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Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenmaschinen,
bei denen eine Drehachse einseitig beansprucht wird, so daß unter dem Einfluß dieser
einseitigen Beanspruchung (etwa eines einseitigen Druckes) die Achse exzentrisch
läuft und daher zu starker Reibung, unsymmetrischer Abnutzung und Klemmungen ausgesetzt
ist.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile durch die Art der Lagerung
derartiger Achsen. Obgleich die Erfindung allgemein an Maschinen mit umlaufenden
Achsen Verwendung finden kann, bei denen etwa durch eine Flüssigkeit ein einseitiger
Druck auf die Achse ausgeübt wird, soll sie als besonders wichtiges Ausführungsbeispiel
an einer Kugelpumpe erläutert werden, die einerseits dem Druck, andererseits der
Saugwirkung einer schweren Flüssigkeitssäule ausgesetzt ist.
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Wenn eine drehbare Achse unter dem Einfluß eines Druckes steht, der
im wesentlichen auf einer Seite der Achse angreift, so daß ein Drehmoment um die
Achse entsteht, wird der drehbare Körper geneigt sein, diesem Drehmoment folgend
sich zu bewegen (Turbinenprinzip). Wenn dagegen ein Druck auf eine Drehachse von
beiden Seiten her ausgeübt wird, so daß dem etwa vorhandenen Drehmoment gegenüber
der Lagerdruck der Achse auf ihre Lagerung beträchtlich überwiegt, wird auf der
Seite der Lagerung, auf die der Druck wirkt, das zur Reibungsverminderung vorhandene
01 herausgequetscht. Die Reibung kann unter Umständen so stark vergrößert werden,
daß eine zweckentsprechende Bewegung nicht mehr möglich ist. Bei Kugelpumpen beispielsweise,
bei denen eine Kugel in einer Hohlkugel sich um zwei Achsen dreht, die beide in
der Ebene senkrecht zu dem geförderten Flüssigkeitsstrom liegen, ist nicht zur Vermeidung
schädlicher Reibungswiderstände eine Verminderung des Achsendruckes auf das Lager
erwünscht; es kommt noch dazu: wenn die Kugel infolge ihrer Achsenlagerung dem Flüssigkeitsdruck
besser nachzugeben imstande ist als die fest gelagerte Hohlkugel (die ihrerseits
bei den bekannten Ausführungsformen mit dem Achsenlager fest verbunden ist), verschieben
sich die Mittelpunkte von Kugel und Hohlkugel gegeneinander, so daß die Pumpe in
Gefahr gerät, überhaupt undicht zu werden.
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Erfindungsgemäß wird dieser .Nachteil dadurch vermieden, daß nicht
nur die Kugel, sondern gleichzeitig die diese umgebende Hohlkugel nachgiebig gelagert
ist. Auf diese Weise ist der statische Druck, der von der Flüssigkeit auf die Kugel
ausgeübt wird, von derselben Größenordnung wie der Druck der Flüssigkeit gegenüber
der Hohlkugel. Es werden sich also die Mittelpunkte beider Kugeln nicht verlagern;
auch die sich drehenden Achsen bleiben konaxial zu den Achsenlagern.
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Die tatsächlichen Verschiebungen, die die unter einseitigem statischen
Druck stehenden Maschinenteile erfahren, sind im allgemeinen so gering, daß der
Betrag der gemeinsamen Verlagerung beider Achsen gegeneinander, der bei einer erfindungsgemäßen
Einrichtung auftreten wird, keine Erschwerung des Antriebs nach sich
ziehen
wird. Man kann die Ausführung weiterhin so treffen, daß ein Punkt derjenigen Achse,
die als Antriebsachse dient, trotz der Bewegungsfreiheit der gesamten Anordnung
festgehalten wird, so daß für diejenigen Teile der Achse, längs derer die Kupplung
mit der Antriebsvorrichtung erfolgt, die Verschiebung infolge großer Drücke besonders
klein bleibt.
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Die Abb. i und 2 stellen beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
an einer Kugelpumpe, im Schnitt von der Seite gesehen, dar.
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Kugelpumpen in der in den Abbildungen dargestellten Art sind durch
die Patente 280 324 und 428 682 bekannt geworden. i ist eine Kugel, die mit
Ausschnitten versehen ist, in denen zwei als Keile ausgebildete Kugelausschnitte
:2 und 3 beweglich angeordnet sind. Der Keil 2 ist um eine Achse q. drehbar gelagert,
die in der gezeichneten Stellung senkrecht zur Ebene der Abb. i steht. Der Keil
3 ist um eine Achse drehbar, die senkrecht zur Kante des Keiles 2 steht und in der
Ebene der Abb. i liegt, der Deutlichkeit halber aber nicht gezeichnet ist.
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An dem Keil 2 ist die Antriebswelle 5 Tbefestigt, an dem Keil 3 die
Blindwelle 6. Beide Wellen sind gegeneinander geneigt und fest gelagert. Die Kugel
i wird von einem Ringgehäuse ii umgeben, das auf seiner Innenseite hohlkugelförmig
ausgebildet ist. Das Gehäuse ii dient außer zur Lagerung der Kugel zur Abdichtung
der Förderkammern und zur Steuerung der Ein- und Auslaßschlitze für die zu fördernde
Flüssigkeit. i2 und 13 sind Rohre, durch die die geförderte Flüssigkeit strömt.
An der Welle 5 ist ein Zahnrad 14 befestigt, in das die Innenzahnung eines Randes
15 eingreift, das um die Welle 16 gedreht werden kann. Der Griff 17 dient zum Antrieb
der Pumpe von Hand.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende Wird die Antriebswelle
gedreht, so führt die Kugel infolge der Neigung der Wellen 5 und 6 gegeneinander
außer der drehenden Bewegung auch eine schwingende Bewegung aus. Bei einer Drehung
der-Welle 5 im Sinne des Pfeiles 7 bewegt sich beispielsweise die Fläche 8 der Kugel
i gegen den Keil 2 ; dadurch wird der Raum 9 verkleinert, der Raum io vergrößert.
Wenn die Kammern 9 und io ihr kleinstes oder größtes Volumen erreicht haben, hat
sich der Keil e um go ° aus der gezeichneten Stellung gedreht, nimmt also dieselbe
Lage ein, die in der gezeichneten Stellung der Keil 3 einnimmt. In dieser Lage sind
die Kammern 9 und io durch das Ringgehäuse ii dicht abgeschlossen. Bei weiterer
Drehung des Keiles 2 verkleinert sich das Volumen der oben liegenden Kammern, während
das der unten liegenden sich vergrößert; diese saugen also Flüssigkeit an, jene
stoßen die Flüssigkeit nach oben ab.
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Bei den bekannten Ausführungen war das Ringgehäuse ii starr mit der
Rohrleitung 12, 13 verbunden (vgl. Abb. i der Patentschriften 280 324 und
428 682). Eine derartige starre Befestigung des Ringgehäuses hat sich bei eingehenden
Versuchen als sehr ungünstig erwiesen. Unter dem Druck der geförderten und unter
der Saugwirkung der von unten nachströmenden Flüssigkeit wird nämlich die Kugel
nach unten gezogen und verlagert sich ein wenig. Da aber die Kugel sehr genau in
das Ringgehäuse eingeschliffen sein muß, so genügt eine Verlagerung um Bruchteile
eines Millimeters, um die Reibung beträchtlich zu erhöhen. Dadurch wird neben anderen
unangenehmen Störungen die Abnutzung so groß, daß nach einiger Zeit die Pumpe in
Gefahr gerät, undicht zu werden.
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Erfindungsgemäß wird nun das Ringgehäuse ii so ausgebildet, daß es
in der Rohrleitung 12 für die Förderflüssigkeit in Richtung der Achse A-A innerhalb
gewisser Grenzen frei beweglich ist. Auf diese Weise ist nicht nur der freie Teil
der Oberfläche der Kugel i dem Druck der Flüssigkeit ausgesetzt, sondern auch die
freie Überfläche des Ringgehäuses ii. Wenn sich also die Kugel unter dem Druck der
geförderten Flüssigkeitsmenge etwas nach unten bewegt, so wird das Ringgehäuse ii
bei geeigneter Wahl seiner dem Druck der Flüssigkeit ausgesetzten Oberfläche sich
in demselben Sinne wie ' die Kugel bewegen, d. h. die Kugel wird relativ zum Gehäuse
ii ihre Lage nicht ändern.
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Abb. 2 zeigt eine etwas andere Ausbildung der Lagerung für Kugelpumpen
nach der Erfindung. Während bei der Ausführung nach Abb. i auf das Ringgehäuse ii
sowohl ein Druck in Richtung als auch in entgegengesetzter Richtung der strömenden
Flüssigkeit ausgeübt wird, so daß für die Größe der Verlagerung der Unterschied
der in beiden Richtungen wirkenden Drücke maßgebend ist, wirkt bei einer Ausführung
nach Abb. 2 der Druck der Flüssigkeit auf das Ringgehäuse nur in derselben Richtung
wie auf die Kugel. Zu diesem Zweck ist das Ringgehäuse mit einem Ansatz i8 versehen,
der genau in eine Erweiterung der Rohrleitung 13 eingepaßt ist. Der innere Durchmesser
des Ansatzes 18 des Ringgehäuses ist bei dieser Ausführung genau gleich dem Durchmesser
der Leitung 13. Nach oben ist das Gehäuse ii ebenfalls mit einem Ansatz i9 versehen,
dessen äußerer Durchmesser genau gleich dem inneren Durchmesser der Rohrleitung
i2 ist. Bei dieser Ausbildung des Gehäuses wirkt der Druck der Flüssigkeit nur auf
die Fläche, die durch die Wandstärke des Ansatzes i9 gegeben ist, und zwar in derselben
Richtung wie auf die Kugel i. Denn ein Eindringen der Förderflüssigkeit in den sehr
kleinen Spalt zwischen der Ringfläche des Ansatzes 18 und dem Rohrabsatz wird durch
die Oberflächenspannung der Förderflüssigkeit und durch die Venturirohrwirkung verhindert,
so daß also die Förderflüssigkeit keinen Druck
auf die gegen den
Rohrabsatz sich legende Ringfläche des Ansatzes 18 ausüben kann.
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Für viele Zwecke wird es vorteilhaft sein, das Ringgehäuse so auszubilden,
daß° durch die strömende Flüssigkeit gar kein Druck auf dasselbe ausgeübt wird.
Das kann nach dem weiteren Gegenstand der Erfindung dadurch erreicht werden, daß
der Ansatz ig genau in derselben Weise in die Rohrleitung 12 eingelagert ist wie
Ansatz 18 in Leitung 13. Wenn sich bei einer derartigen Ausbildung des Ringgehäuses
die Kugel unter dem Druck der Flüssigkeit verlagert; so nimmt sie das Ringgehäuse
ohne weiteres mit, da zu dessen Bewegung nur die Reibung der Ansätze 18 und ig gegen
die Leitungsrohre 12 und 13 zu übertragen ist.