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Drehkolbenpumpe mit feststehendem Gehäuse, an ihm angeordneten Widerlagern
und sich um ihre eigene Achse ständig drehenden Kolben Es sind Drehkölbenmaschinen
bekannt, bei welchen der sich im Innern eines Gehäuses drehende Läufer mit sich
um ihre eigene Achse drehenden Kolben ausgerüstet ist. Diese Kolben haben volle
zylindrische Form und besitzen einen bogenförmigen Ausschnitt, damit sie über die
an dem feststehenden Gehäuse vorhandenen, als Widerlager wirkenden Vorsprünge hinweggleiten
- können, in denen die Ein- und Ausströmkanäle angeordnet sind.
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Bekannt sind ferner ähnliche Maschinen, bei welchen im Gegensatz hierzu
sich das Gehäuse mit den als Kolben wirkenden Vorsprüngen dreht, wogegen der mittlere
Teil mit den sich drehenden Widerlagern feststeht.
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Derartige Maschinen haben, falls sie als Pumpe arbeiten sollen, infolge
ihres geringen Fassungsvermögens nur eine geringe Leistung.
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Es ist bereits auch eine Pumpe in Vorschlag gebracht, bei welcher
sich die Kolben zwischen einem festen Kern und einem feststehenden Gehäuse drehen.
Zwischen dem Ein- und Austritt ist ein Widerlager in Form eines sich drehenden Hohlzylinders
mit einer Durchbrechung seiner Wandung angeordnet, die den Kolben den Durchtritt
gestattet. An der eigentlichen Pumpwirkung nimmt hierbei das Drehwiderlager nicht
teil.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Drehkolbenpumpe von großer Leistungsfähigkeit,
die aus einem feststehenden Gehäuse, an welchem sich gegenüberliegende, -als Widerlager
wirkende Wände angebracht sind, und aus Kolben besteht, welche sich um ihre eigene
Achse drehen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß jeder Kolben als Hohlzylinder
mit Durchbrechung seiner Wandung für den Vorbeigang an den Widerlagern ausgebildet
ist, so daß auch der Innenraum der Kolben zur Saug- und Druckwirkung dient.
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Aus den Zeichnungen gehen die Bau- und die Arbeitsweise der Pumpe
hervor.
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Die Abb. i, a, 3 zeigen schematisch die Pumpe mit feststehendem Gehäuse,
und zwar sind Abb. i und :2 Schnitte nach A-B und C-D der Abb. 3; letztere ist ein
senkrechter Längsschnitt durch die Pumpe.
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Die Abb. 4, 5 und 6 zeigen schematisch die Pumpe mit umlaufendem Gehäuse,
und zwar sind Abb.4 und 5 senkrechte Schnitte nach A-B und C-D von Abb. 6; letztere
ist ein senkrechter Längsschnitt der Pumpe.
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Die Abb. 7 und 8 zeigen die Stellung, welche die kleinen Hohlzylinder
gegenseitig
einnehmen und in welcher deren Schlitze sich gegenüberstehen
bei feststehendem und bei drehbarem Gehäuse.
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Abb.9 stellt die Gerade dar, auf welcher ein beliebiger Punkt eines
Kreises sich bewegt, der sich im Innern eines Kreises doppelten Durchmessers abwälzt.
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Die Abb. io und i5 stellen die Pumpe mit feststehendem Gehäuse in
sechs verschiedenen gegenseitigen Stellungen des Gehäuses und der kleinen Innenzylinder
.dar zur Erläuterung der Arbeitsweise in dem Falle, in welchem die Vorrichtung zum
dichten Abschluß zwischen der Saug- und Druckleitung aus geneigt angeordneten Flächen
besteht.
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Die Abb. 16 bis 21 zeigen schematisch eine Pumpe mit sich drehendem
Gehäuse in sechs verschiedenen gegenseitigen Stellungen des Gehäuses zu den kleinen
Zylindern bei Anwendung einer Hilfsvorrichtung zur Verhütung der unmittelbaren Verbindung
von Ein- und Auslaß.
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Die Abb. 22 und 23 zeigen eine praktische Ausführungsform im Längs-
und im Querschnitt einer Pumpe mit feststehendem Gehäuse mit Schrägflächen als Widerlager
gemäß den schematischen Abb: io bis 15.
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Die Abb. 2q. und 25 zeigen eine praktische Ausführungsform im Längs-
und Querschnitt einer Pumpe mit feststehendem Gehäuse gemäß den Abb. 16 bis 2i.
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Bei der Pumpe mit feststehendem Gehäuse drehen sich die beiden Innenzylinder
i und 2 (Abb: 1, 2,'3) um "ihre Achsen, 'und diese Achsen drehen sich um die. Achse
des Gehäuses 3 mit halber Geschwindigkeit. Die Drehrichtungen sind durch- Pfeile
angegeben. q. und 5 sind die mit dem Gehäuse aus einem Stück bestehenden Widerlager.
In dem Gehäuse sind die Schlitze 7 und 8 angebracht, die unter sich durch einen
Kanal g' in Verbindung stehen, der an das Saugrohr 4.o angeschlossen ist.
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Die Schlitze 9 und io stehen .unter sich durch einen Kanal 12 in Verbindung,
der an das Druckrohr 41 angeschlossen ist. Der Zylinder i ist auf seiner Gesamtlänge
mit einem Schlitz 13 versehen und der Zylinder 2 ebenfalls auf seiner Gesamtlänge
mit einem Schlitz 1q..
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Es ist vor Erläuterung der Arbeitsweise nötig, an folgende geometrische
Tatsache zu erinnern: Wenn ein Kreis B (Abb. 9) im Innern eines Kreises C doppelten
Durchmessers abrollt, so besitzt jeder Punkt A des Kreises B als geometrischen
Ort eine Gerade C°, welche durch "den Mittelpunkt D des Kreises C hindurchgeht.
Dieser Punkt A beschreibt im allgemeinen eine Hypocycloide, welche in eine Gerade
übergeht, wenn das Verhältnis der Radien der beiden Kreise zueinander i : 2 beträgt.
Unter diesen Umständen liegt die Mitte der Schlitze der beiden Innenzylinder stets
auf den Flächen q. des Gehäuses, und die Ränder dieser Schlitze liegen, wie die
Abb. io und 15 zeigen, auf zwei geneigten Flächen, welche durch die Achse des Gehäuses
hindurchgehen.
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Es ist ferner zu beachten, daß in der besonderen Stellung der Innenzylinder
gemäß Abb. i und Abb. 7 die Schlitze unter sich in Verbindung stehen und das Saugrohr
mit dem Druckrohr verbinden.
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Um Austritte von Flüssigkeit zu vermeiden, verwendet man die vorerwähnten
geneigten Widerlagerflächen.
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Die Arbeitsweise der Pumpe ergibt sich aus den Abb. io bis 15. Die
punktierten Pfeile bezeichnen den Drehsinn der Zylinder, die vollen Pfeile die Saugrichtung
und die Doppelpfeile die Druckrichtung. Die Räume, welche mit dem Saugrohr in Verbindung
stehen, sind senkrecht schraffiert, die, welche mit dem Druckrohr in -Verbindung
stehen, waagerecht. Die nichtschraffierten Räume bezeichnen die Räume, welche augenblicklich
weder mit dem- Saug- noch mit dem Druckrohr verbunden sind.
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Die Widerlager q. und 5 mit den geneigten Flächen 34, 35 tragen
Längsschlitze 36, 37, deren Lage und Breite so bestimmt werden, daß die vollen Teile
dieser Schrägflächen bei jeder beliebigen Stellung der Innenzylinder die unmittelbare
Verbindung -zwischen Saug-und Druckrohr verhindern: Die Schlitzränder der Innenzylinder
bewegen sich auf den beiden geneigten Flächen, und zwischen den Rändern und diesen
,geneigten Flächen.besteht ein nur geringer Zwischenraum, um einerseits Gleitreibungen
und andererseits Verbindung zwischen dem Saug-. und Druckrohr zu verhindern.
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Die Arbeitsweise ergibt sich ohne weiteres aus den Abb. io bis 15.
Bei der Drehung der Innenzylinder entstehen veränderliche Räume, welche mit der
Saugleitung in Verbindung treten, sobald deren Rauminhalt wächst. Dieser wachsende
Rauminhalt bewirkt die Ansaugung. Diese Räume treten mit dem Druckrohr in Verbindung,
sobald sie abnehmen. Diese Abnahme bewirkt die Druckförderung.
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Für die Pumpe mit sich drehendem Gehäuse geben die Abb. q. und 8 die
Stellungen der Innenzylinder, welche die unmittelbare Verbindung zwischen Saug-
und Druckleitung herstellen.
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Die Abb: 16 und 21 zeigen eine von der vorerwähnten verschiedene Einrichtung
zur Vermeidung der unmittelbaren Verbindung gemäß der Abb. B. Sie besteht darin,
daß ein zum Gehäuse konzentrischer Zylinder 31 in
starrer Verbindung
mit diesem angeordnet wird, der Schlitze 39 trägt zum freien Durchtritt der beiden
sich drehenden Innenzylinder i und 2. Durch diese Einrichtung werden Verluste, die
auftreten würden, wenn die einzelnen Teile die Stellung der Abb. 8 einnehmen, verhindert.
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Die bei der Stellung der Teile nach Abb. 4 möglichen Austritte werden
dadurch vermieden, daß zwei Schrägflächen 34, 35, die den in Abb. io bis 15 dargestellten
entsprechen, angeordnet sind.
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Bei der Pumpe mit sich drehendem Gehäuse ist dieses von einem Ringraum
15, 17 umgeben (Abb.4, 5, 6), welcher durch eine Ringwand 16 in zwei Kammern getrennt
ist (Abb. 6) ; die Kammer 13 steht mit dem Saugrohr, die Kammer 17 mit dem Druckrohr
in Verbindung.
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Die Arbeitsweise der Pumpe ergibt sich aus den Abb. 16 bis 21. Die
Pfeile und Schraffierungen haben dieselbe Bedeutung wie bei den Abb. io bis 15.
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Selbstverständlich ist die Einrichtung nach den Abb. 16 bis 21 auch
für Pumpen mit feststehendem Gehäuse verwendbar. Im allgemeinen sind die Einrichtungen
zur Vermeidung von Austritten nach Belieben für Pumpen mit feststehendem und mit
drehbarem Gehäuse benutzbar.
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Das angesaugte Volumen bei einer Umdrehung des Gehäuses (oder der
beiden Innenzylinder in bezug auf Pumpen mit feststehendem Gehäuse) ist gleich dem
doppelten inneren Volumen des Außenzylinders nach Abzug der Volumina, welche durch
die " Schaufeln, die geneigten Flächen usw. beansprucht werden.
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Ein praktisches Ausführungsbeispiel einer. Pumpe mit feststehendem
Gehäuse ist in den Abb. 22 und 23 dargestellt. Die Hauptachse 24 mit ihrer Verlängerung
25 wird durch den Antriebsmotor in Drehung versetzt. Zwei Ringscheiben 22, 23, welche
auf die Achsen 24 und 25 aufgesetzt sind, drehen sich auf Kugellagern. Zwei andere
Achsen 20 und 21 sind auf die beiden Innenzylinder i und 2 aufgekeilt. Zwei Zahnräder
27, 28 der Achsen 2o und 21 kämmen .mit einem Zahnrad 26 des Pumpengehäuses 3, dessen
Durchmesser doppelt so groß ist wie der der beiden anderen Zahnräder. In der Wandung
des Gehäuses sind die Saugkanäle 9' und die Druckkanäle 12 angebracht.
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Die in den Abb. 24 und 25 dargestellte Pumpe besitzt einen feststehenden
Außenzylinder mit konzentrisch eingesetztem Zylinder 31 entsprechend der schematischen
Darstellung der Abb. 16 bis 21. Mit diesem Zylirder sind zwei Scheiben 22 und 23
starr verbunden, welche mit zwei anderen Scheiben 32 und 33 fest verbunden sind.
Letztere sitzen auf den Hauptachsen 24 und 25, liegen in gegenseitiger Verlängerung
und werden durch einen Motor getrieben. Die Zylinder i und 2 sitzen auf den Achsen
20, 21, die einerseits an den Scheiben 22 und 32 und andererseits an den Scheiben
23 und 33 befestigt sind. Zwei Zahnräder 27 und 28, die auf die Zylinder i und 2
aufgesetzt sind, kämmen mit dem Zahnrad 26 doppelten Durchmessers, welches an dem
Gehäuse der Pumpe angebracht ist.