DE4339029C2 - Flüssigkeitsringmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Flüssigkeitsringmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 2 sowie eine Flüssigkeits­ ringmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 3.

Eine Flüssigkeitsringmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist durch die US-PS 2 364 370 bekannt. Bei der bekannten Flüssigkeitsringmaschine treibt das Laufrad das Gehäuse an. Das Laufrad weist hierzu einen Außenverzahnungs­ kranz auf, der mit einem Innenverzahnungskranz des Gehäuses im Eingriff steht. Die erforderliche Exzentrizität des Lauf­ rades gegenüber dem Gehäuse erfordert, daß der Teilkreis der Innenverzahnung immer kleiner sein muß als der Teilkreis der Außenverzahnung (Fig. 11). Dies führt dazu, daß das Gehäuse immer langsamer dreht als das Laufrad. Die für den Antrieb erforderliche Verzahnung läuft in der Betriebsflüssigkeit um. Dies kann zu einer raschen Zerstörung der Zahnräder führen. Außerdem ergeben sich zusätzliche Verluste durch Wirbelbil­ dung im Flüssigkeitsring.

Weiterhin ist durch die US-PS 953 222 eine Flüssigkeitsring­ maschine bekannt, bei der das umlaufende Gehäuse ein Laufrad antreibt. Über korrespondierende Mitnehmerelemente (gemäß Fig. 4 axiale Stifte am umlaufenden Gehäuse im Eingriff mit korrespondierenden Nuten am Außenumfang des Laufrades bzw. gemäß Fig. 7 sich radial erstreckende Nuten in der Gehäusewand im Eingriff mit zahnähnlichen Mitnehmern am Außenumfang des Laufrades) wird das Laufrad vom umlaufenden Gehäuse ange­ trieben. Auch in diesem Fall sind konstruktionsbedingt - am Gehäuse sind jeweils mehr Mitnehmerelemente angeordnet als am Laufrad - die Gehäusedrehzahlen geringer als die Laufraddreh­ zahlen.

Aufgrund der gegenüber der Laufraddrehzahl geringeren Gehäusedrehzahl bleiben sowohl bei der Flüssigkeitsring­ maschine gemäß der US-PS 2 364 370 als auch bei der Flüssig­ keitsringmaschine nach der US-PS 953 222 immer noch Reibungs­ verluste im Flüssigkeitsring, die durch eine erhöhte Antriebsleistung kompensiert werden müssen.

Durch die DD-PS 12 859 ist eine Flüssigkeitsringmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 2 bekannt. Bei dieser Flüssigkeitsringmaschine treibt ein Ritzel eine Kurbel, auf der ein Laufrad sitzt, an. Das gleiche Ritzel treibt auch das Gehäuse (in der DD-PS 12 859 als Wanne bezeichnet) an. Der Antrieb erfolgt also nicht unmittelbar über das Laufrad. Das Laufrad wird im bekannten Fall also zweifach, nämlich über die Verzahnung zwischen Gehäuse und Laufrad und in einer überlagerten Zusatzdrehung über die exzentrische Kurbel angetrieben. Das Gehäuse weist hierbei eine höhere Drehzahl als das Laufrad auf.

Eine Flüssigkeitsringmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 3 ist durch die DD-PS 44 648 bekannt. Bei dieser Flüssig­ keitsringmaschine handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Flüssigkeitsringmaschine nach der DD-PS 12 859. Bei der Flüssigkeitsringmaschine gemäß der DD-PS 44 648 wird das Gehäuse (in der DD-PS 44 648 ebenfalls als Wanne bezeichnet) vom Laufrad angetrieben. Das Laufrad und das Gehäuse sind hierzu über Parallelkurbeln miteinander gekoppelt, wobei die Parallelkurbeln über Bolzen einerseits mit dem Laufrad und andererseits mit dem Gehäuse verbunden sind. Diese Kopplung von Laufrad und Gehäuse führt dazu, daß die Gehäusedrehzahl gleich der Laufraddrehzahl ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkeits­ ringmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die auftretenden Reibungsverluste im Flüssigkeitsring noch weitergehend reduziert werden.

Die Aufgabe wird jeweils für sich erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 bis 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Bei den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringmaschinen nach Anspruch 1 oder 2 kann unabhängig von der gewählten Betriebsart (Vakuum- oder Kompressorbetrieb) und unabhängig von der Art der Betriebsflüssigkeit sowie unabhängig von der Laufradkonstruktion immer eine im Hinblick auf Reibungsverluste optimale Zuordnung von Laufraddrehzahl zu Gehäusedrehzahl erzielt werden. Durch die Verminderung der Reibungsverluste im Flüssigkeitsring wird der gesamte Flüssigkeitsring beruhigt und stabilisiert, wodurch auch die Sekundärverluste, z. B. beim Gaswechselvorgang, stark reduziert werden.

Bei der Flüssigkeitsringmaschine gemäß Anspruch 1 werden Laufrad und Gehäuse auch unabhängig voneinander angetrieben. Es versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, daß es vorteilhaft ist, eine Regelungseinrichtung vorzusehen, durch die der Antriebsmotor der Laufradwelle sowie der Antriebs­ motor des gleichsinnig umlaufenden Gehäuses in ihren Drehzahlen regelbar sind.

Bei der Flüssigkeitsringmaschine nach Anspruch 2 sind das angetriebene Laufrad und das umlaufende Gehäuse der Flüssigkeitsringmaschine durch eine Kopplungseinrichtung gekoppelt, wobei die Gehäusedrehzahlen im Mittel größer als die Laufraddrehzahlen sind. Bei den gemäß Anspruch 2 möglichen Ausführungen wird eine gerade Laufradwelle, also eine Laufradwelle ohne Kurbelausbildung, verwendet.

Für Anwendungsfälle, bei denen ausschließlich die gleiche Anzahl von Gehäuseumdrehungen und Laufradumdrehungen erwünscht ist, wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Flüssigkeitsringmaschine nach Anspruch 3 gelöst.

Bei einer Flüssigkeitsringmaschine gemäß Anspruch 2, 4, 5 oder 8 stehen die Drehzahlen von Gehäuse und Laufrad immer in einem festen Verhältnis zueinander (bei entsprechender Übersetzung). Demgegenüber pendelt bei einer Flüssigkeits­ ringmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 7 bzw. 9 bis 11 das umlaufende Gehäuse um die gemeinsame mittlere Drehzahl von Gehäuse und Laufrad, wobei jedoch eine vollständige Umdrehung des umlaufenden Gehäuses immer einer vollständigen Umdrehung des Laufrades entspricht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringmaschine,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringmaschine,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer zwischen Laufrad und umlaufendem Gehäuse angeordneten Kopplungseinrichtung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Kopplungseinrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kopplungsein­ richtung im Längsschnitt,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Kopplungseinrichtung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kopplungs­ einrichtung im Längsschnitt,

Fig. 8 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungs­ form einer Kopplungseinrichtung.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine Flüssigkeitsringmaschine bezeichnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel im Vakuumbetrieb, also als Flüssigkeitsringpumpe, arbeitet (die durchgezogenen Pfeile geben die Richtung des geförderten Gases an, mit den gestrichelten Pfeilen ist der Betriebs­ flüssigkeits-Zulauf sowie der Spaltwasser-Ablauf gekenn­ zeichnet). Die Flüssigkeitsringmaschine 1 besteht aus einem Gehäuse 2, in dem ein Laufrad 3 mit seiner Welle 4 drehbar gelagert ist. Die Welle 4 und damit das Laufrad 3 ist um ein Exzentrizitätsmaß 5 zur Achse 6 des Gehäuses 2 versetzt. Die Welle 4 des Laufrades 3 wird auf bekannte Weise von einem nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben.

Um eine zum Laufrad 3 gleichsinnige Rotation des Gehäuses 2 zu erzielen, ist das Gehäuse 2 über eine Kopplungseinrichtung mit der Welle 4 des Laufrades 3 gekoppelt.

Die Kopplungseinrichtung ist in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Mehrscheibenlamellenkupplung 7 ausgebildet, wohingegen bei der in Fig. 2 gezeigten Ausfüh­ rungsform die Kopplungseinrichtung ein Stirnradgetriebe, bestehend aus vier Zahnrädern 8-11, mit einem stufenlos regelbaren Übertragungselement 12 umfaßt. Das Zahnrad 8 sitzt auf der Welle 4 des Laufrades 3 und bildet mit dem Zahnrad 9 die erste Zahnpaarung. Die Zahnräder 10 und 11 bilden die zweite Zahnpaarung, wobei das Zahnrad 11 auf einer mit dem Gehäuse 2 verdrehfest verbundenen Schulter 13 sitzt.

Durch das stufenlos regelbare Übertragungselement 12 kann die Drehzahl der zweiten Zahnpaarung (Zahnräder 10 und 11) und damit die Drehzahl des Gehäuses 2 variiert werden. Durch die stufenlose Regelbarkeit des Übertragungselementes 12 können während der Betriebsphase der Flüssigkeitsringmaschine 1 alle Prozeßparameter berücksichtigt werden, so daß die Flüssigkeitsringmaschine 1 während ihrer Betriebsphase immer auf eine optimale Gehäusedrehzahl einstellbar ist.

Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Mehrscheibenlamellenkupplung 7 kann auch die in Fig. 3 und 4 dargestellte Stiftkupplung 14 eingesetzt werden. Die Stiftkupplung besteht aus zwei in einem Winkel von 180° angeordneten Stiften 15 und 16. Die Stifte 15 und 16 sind mit ihrem einen Ende in der Welle 4 des Laufrades 3 gehalten. Das freie Ende der Stifte 15 und 16 weist jeweils eine Sackbohrung auf, in der eine Feder 17 bzw. 18 sitzt. Die Feder 17 bzw. 18 dient dazu, eine auf das freie Ende der Stifte 15 bzw. 16 aufgestülpte Hülse 19 bzw. 20 radial nach außen zu drücken, wobei die wirkende Zentrifugalkraft die Federn 17 und 18 unterstützt. Die Stifte 15 und 16 ragen zusammen mit ihren Hülse 19 und 20 in Bohrungen 21 und 22 des Gehäuses 2. In den Längsseiten der Bohrungen 21 und 22 sind Bolzen 23 und 24 geführt (Fig. 4), die im wesentlichen quer zur Längsachse der Stifte 15 und 16 wirken. Die Bolzen 23 und 24 sind gegen eine eingebaute Feder 25 bzw. 26 verschiebbar.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann sich der Stift 15 um einen Winkel ± β pendelnd bewegen. Die Hülse 19, die auf dem Stift 15 sitzt, macht diese Pendelbewegung zwangsläufig mit. Für den in Fig. 4 nicht dargestellten Stift 16 gelten die vor­ stehenden Ausführungen analog.

Durch die beim Betrieb auftretenden Pendelbewegungen werden die Bolzen 23 und 24 gegen die eingebauten Federn 25 bzw. 26 in Umfangsrichtung verschoben.

Um eine gedämpfte Bewegung der Bolzen 23 und 24 zu erreichen, sind die Hohlräume der Bolzen 23 und 24 sowie der Federraum mit Öl oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit gefüllt. Für die zwischen dem Bolzen 23 bzw. 24 und der Feder 25 bzw. 26 angeordnete Scheibe 27 bzw. 28 ist die Bohrung so gewählt, daß zusammen mit dem Öl eine Dämpfung erreicht wird.

Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Stiftkupplung 14 ist sowohl eine Ausführung mit nur einseitig wirkendem Stift denkbar, in Fig. 3 umfaßt die Stiftkupplung 14 dann nur den Stift 15 sowie die Feder 16 und die Hülse 19. Bei einer Ausführung mit mehreren Stiften ist dann für jeden Stift mit eingesetzter Feder und aufgestülpter Hülse jeweils eine Bohrung im Gehäuse 2 der Flüssigkeitsringmaschine 1 vorzu­ sehen.

Als weitere Variante für eine Kopplungseinrichtung ist in den Fig. 5 und 6 ein Kurbelstern 29 dargestellt. Der Kurbelstern 29 ist verdrehfest auf der Welle 4 des Laufrades 3 befestigt und weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Arme 30-32 auf.

Der Kurbelstern 29 ist mit seinen Armen 30-32 jeweils mit einer Exzenterscheibe 33-35 verbunden. Die Verbindung zwischen den Armen 30 bis 32 und den Exzenterscheiben 33-35 erfolgt jeweils über Mitnehmerbolzen 36-38. Die Exzenterscheiben 33-35 sind mittels Nadel-, Kugel- oder Gleitlagern im Gehäuse 2 der Flüssigkeitsringmaschine 1 drehbar gelagert. In den Fig. 5 und 6 sind die Exzenterscheiben 33-35 durch drei Kugellager 39-41 im Gehäuse 2 gelagert, wobei die Kugellager 39-41 die Mitnehmerbolzen 36-38 umschließen.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Kopplungseinrichtung kann anstelle des stufenlos regelbaren Übertragungselementes 12 auch eine Ausführungsform gemäß Fig. 7 gewählt werden. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist die erste Zahnpaarung, bestehend aus Zahn­ rad 8 und Ritzel 9, über eine Kardanwelle 42 mit der zweiten Zahnpaarung, bestehend aus Ritzel 10 und Zahnrad 11, verbunden. Die Drehzahl der Welle 4 des Laufrades 3 steht dann immer in einem festen Verhältnis zur Drehzahl des umlaufenden Gehäuses 2.

Eine weitere Möglichkeit, die erste Zahnpaarung mit der zweiten Zahnpaarung zu koppeln, ist in Fig. 8 dargestellt. Bei dieser Ausgestaltung der Kopplungseinrichtung ist der ersten Zahnpaarung (dem Laufrad 3 zugeordneter Zahnradsatz) sowie der zweiten Zahnpaarung (dem Gehäuse 2 zugeordneter Zahnradsatz) jeweils ein Hilfszahnrad 43 bzw. 44 zugeordnet, wobei die Ritzel 9 und 10 der beiden Zahnpaarungen durch eine Ritzelwelle 45 miteinander verbunden sind. Bei der Wahl entsprechender Durchmesser der Zahnräder 8-11 kann dem Gehäuse 2 die gleiche Drehzahl wie dem Laufrad 3 oder eine höhere Drehzahl als dem Laufrad 3 erteilt werden. Es versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, daß mit dieser Anordnung auch eine gegenüber der Laufraddrehzahl niedrigere Gehäusedrehzahl realisierbar ist.

Claims (10)

1. Flüssigkeitsringmaschine (1) mit einem umlaufenden Gehäuse (2) und mit einem gleichsinnig rotierenden Laufrad (3), das mit seiner Welle (4) exzentrisch zum umlaufenden Gehäuse (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (3) und das Gehäuse (2) unabhängig voneinander angetrieben werden, wobei die Anzahl der Umdrehungen des umlaufenden Gehäuses (2) gleich oder größer der Anzahl der Umdrehungen des Laufrades (3) ist.

2. Flüssigkeitsringmaschine (1) mit einem umlaufenden Gehäuse (2) und mit einem gleichsinnig rotierenden Laufrad (3′), das mit seiner Welle (4) exzentrisch zum umlaufenden Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei das angetriebene Laufrad (3) mittels einer Kopplungseinrichtung mit dem umlaufenden Gehäuse (2) zusammenwirkt, wobei die Anzahl der Umdrehungen des umlaufenden Gehäuses (2) größer als die Anzahl der Umdrehungen des Laufrades (3) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (4) des Laufrades (3) das Gehäuse (2) über ein Stirnradgetriebe (8-11) oder über einen Riementrieb antreibt, wobei das Stirnradgetriebe (8-11) bzw. der Riementrieb ein stufenlos regelbares Übertragungselement (12) umfaßt.

3. Flüssigkeitsringmaschine (1) mit einem umlaufenden Gehäuse (2) und mit einem gleichsinnig rotierenden Laufrad (3), das mit seiner Welle (4) exzentrisch zum umlaufenden Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei das angetriebene Laufrad (3) mittels einer Kopplungseinrichtung mit dem umlaufenden Gehäuse (2) zusammenwirkt, wobei die Anzahl der Umdrehungen des umlaufenden Gehäuses (2) gleich der Anzahl der Umdrehungen des Laufrades (3) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung als Stiftkupplung (14) oder als Scheibenkupplung (7) ausgebildet ist.

4. Flüssigkeitsringmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zahnpaarung (8, 9) und die zweite Zahnpaarung (10, 11) des Stirnradgetriebes (8-11) durch eine Kardanwelle (42) miteinander verbunden sind.

5. Flüssigkeitsringmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (8) des Laufrades (3) über ein erstes Hilfszahnrad (43) das Ritzel (9) des Laufrades (3) und das Ritzel (10) des Gehäuses (2) über ein zweites Hilfszahnrad (44) das Zahnrad (11) des Gehäuses (2) antreibt, wobei die beiden Ritzel (9, 10) durch eine gemeinsame Ritzelwelle (45) verbunden sind.

6. Flüssigkeitsringmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiftkupplung (14) dich radial erstreckt, wobei die Länge des Stiftes (15, 16) variiert werden kann.

7. Flüssigkeitsringmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiftkupplung (14) einen axial am Laufrad (3) angeordneten Stift (15, 16) in Verbindung mit einem Gleitstein aufweist, der in einer Nut des Gehäuses (2) radial geführt ist.

8. Flüssigkeitsringmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenkupplung als Einscheibenkupplung ausgebildet ist.

9. Flüssigkeitsringmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenkupplung als Mehrscheiben-Lamellenkupplung (7) ausgebildet ist.

10. Flüssigkeitsringmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrscheiben-Lamellenkupplung als Viskosekupplung ausgebildet ist.