DE60129857T2

DE60129857T2 - Kugelförmige fluidmaschine mit durchflussregelungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60129857T2
Application number: DE60129857T
Authority: DE
Inventors: William Frank Burnet TURNER
Original assignee: Spherical Machines Inc Abilene; Spherical Machines Inc
Current assignee: Spherical Machines Inc Abilene; Spherical Machines Inc
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2021-05-08
Also published as: EP1409845A1; ES2293989T3; WO2002073006A1; US20010010801A1; US7214045B2; EP1409845B1; ATE369483T1; DE60129857D1

Description

Die Erfindung betrifft generell Fluidströmungsmaschinen oder -vorrichtungen, wie Motoren, Pumpen oder Kompressoren, genauer gesagt die Konstruktion und Steuerung bzw. Regelung von derartigen Maschinen unter Verwendung von drehbar montierten Flügeln.
Rotationsmotoren, Pumpen und Kompressoren sind seit vielen Jahren bekannt. Generell bestehen diese Vorrichtungen aus einem Gehäuse, in dem ein oder mehrere Flügel rotieren. Dies steht im Gegensatz zu denjenigen Vorrichtungen, die einen sich linear bewegenden, hin- und hergehenden Kolben benutzen. Im Falle von Rotationspumpen oder Kompressoren werden die Flügel mit einer Welle gedreht, um das Fluid unter Druck zu setzen oder dessen Durchfluß durch die Vorrichtung zu bewirken. Bei einem Rotationsmotor tritt der entgegengesetzte Fall auf. Fluid wird in die Vorrichtung unter Druck eingeführt, um die Flügel zu verdrängen, die wiederum eine Antriebs welle in Drehung versetzen und antreiben, mit der die Flügel verbunden sind.
Bei Rotationsfluidpumpen wird der Fluiddurchfluß typischerweise durch die Geschwindigkeit geregelt bzw. gesteuert, mit der die Rotationsflügel gedreht werden. Durch Erhöhung der Geschwindigkeit wird mehr Fluid durch die Vorrichtung gepumpt, während durch Reduzierung der Geschwindigkeit die Menge des gepumpten Fluides verringert wird. Eine Umkehr des Durchflusses durch die Vorrichtung, wenn sie überhaupt möglich ist, erfordert eine Drehung der Flügel in der entgegengesetzten Richtung oder eine Umgestaltung oder Umkehr der Einlaß- und Auslassöffnungen.
Die US-PS 5 199 864 offenbart eine Rotationsfluidpumpe, bei der Flügel Verwendung finden, die sich in einem kugelförmigen Gehäuse drehen. Diese Vorrichtungen sind besonders wirksam und in der Lage, große Fluidmengen zu verdrängen. Die Durchflussleistung dieser Vorrichtungen wird jedoch ebenfalls üblicherweise dadurch gesteuert bzw. geregelt, daß die Geschwindigkeit verändert wird, mit der die Flügel im Gehäuse rotieren. Da dies typischerweise eine Veränderung der Geschwindigkeit des Motors, der die Welle dreht, erforderlich macht, ist es oft schwierig, den Durchsatz mit irgendeinem Genauigkeitsgrad zu steuern bzw. zu regeln. Ferner kann die Durchflussrichtung nicht umgekehrt werden, ohne die Vorrichtung zu modifizieren oder die Drehrichtung der Welle, die die Flügel antreibt, umzukehren.
Diese Vorrichtungen des Standes der Technik sind ferner anderen mechanischen Beschränkungen unterworfen, wie beispielsweise einer unangemessenen Wärmeabführung von den Vorrichtungen, der Konstruktion der Flügel zum Vorsehen einer verbesserten Leistung, den Verfahren der Aneinanderbefestigung der kugelförmigen Ringeinheit, um die sich die Flügel drehen.
Erforderlich ist daher eine Fluidmaschine oder -vorrichtung, wie ein Rotationsmotor, eine Pumpe oder ein Kompressor, bei der der Fluiddurchfluß durch die Vorrichtung auf wirksame, einfache und genaue Weise gesteuert bzw. geregelt werden kann und die eine Drehung der Antriebswelle oder Drehwelle der Vorrichtung in einer generell konstanten Geschwindigkeit oder Drehrichtung ermöglicht, während die Richtung oder der Durchsatz des Fluides verändert wird, und die darüber hinaus die mechanischen Beschränkungen der Vorrichtungen des Standes der Technik beseitigt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fluidmaschine geschaffen, die umfaßt: ein Gehäuse, das einen generell kugelförmigen Innenraum bildet und mindestens einen Fluideinlaß und mindestens einen Fluidauslaß aufweist, die mit dem Innenraum des Gehäuses in Verbindung stehen; einen Primärflügel, der im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist; eine Welle mit einer primären Drehachse, die am Gehäuse montiert ist, wobei der Primärflügel so mit der Welle verbunden ist, daß er von der Welle um die primäre Drehachse gedreht wird; einen festen Zapfen, der sich in das Innere des Gehäuses ge genüber der Welle erstreckt, wobei die Achse des festen Zapfens relativ zur Welle fest ist und der feste Zapfen einen kugelförmigen Endabschnitt aufweist, um den sich der Primärflügel dreht; einen Trägerring, der drehbar auf dem kugelförmigen Endabschnitt des festen Zapfens gelagert ist, wobei die Drehachse des Trägerringes relativ zur primären Drehachse unter einem schiefen Winkel orientiert ist; und einen Sekundärflügel, der um eine Achse senkrecht zur primären Drehachse schwenkbar montiert ist, so daß der Sekundärflügel zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position relativ zum primären Flügel verschwenkt werden kann, wenn der Primärflügel und Sekundärflügel von der Welle um die primäre Drehachse gedreht werden, wobei der Primärflügel und Sekundärflügel den Innenraum des Gehäuses in Kammern unterteilen und das Volumen der Kammern variiert, wenn der Sekundärflügel zwischen einer offenen und geschlossenen Position bewegt wird, wobei ferner der Sekundärflügel mit dem Trägerring so schwenkbar verbunden ist, daß der Sekundärflügel um eine Achse senkrecht zur Drehachse des Trägerringes verschwenkt werden kann, und wobei die Drehung des Trägerringes bewirkt, daß sich der Sekundärflügel zwischen der offenen und geschlossenen Position hin- und herbewegt, wenn der Sekundärflügel von der Welle um die primäre Drehachse gedreht wird; dadurch gekennzeichnet, daß der feste Zapfen so verstellbar am Gehäuse montiert ist, daß er in verschiedene feste Positionen gedreht werden kann, und daß die Maschine eine Betätigungseinheit aufweist, die den festen Zapfen in verschiedene feste Positionen dreht, um den Grad der Verbindung der Fluideinlaß- und Fluidauslaßöffnungen mit den Kammern zu verändern und auf diese Weise die Menge oder Richtung des Fluidstromes der Fluidmaschine zu steuern und zu verstellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Regulieren des Fluidstromes in einer Fluidmaschine zur Verfügung gestellt, das umfasst: Vorsehen eines Gehäuses der Fluidmaschine mit einem kugelförmigen hohlen Innenraum und einer ersten und zweiten Fluidöffnung, die im Abstand voneinander angeordnet sind, um für eine Fluidverbindung zwischen dem Äußeren und Inneren des Gehäuses zu sorgen, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Öffnungen mit einer Fluidquelle in Verbindung steht; Vorsehen eines Primärflügels, der im Gehäuse angeordnet und um eine primäre Achse drehbar ist; Vorsehen eines festen Zapfens, der sich in den Innenraum des Gehäuses erstreckt und dessen Achse relativ zur Welle fest ist, wobei der feste Zapfen einen kugelförmigen Endabschnitt aufweist, der im Innenraum angeordnet ist, um den sich der Primärflügel dreht; Vorsehen eines Trägerringes, der drehbar am kugelförmigen Endabschnitt des festen Zapfens montiert ist und sich um eine Trägerringachse dreht, die relativ zur Primärachse unter einem schiefen Winkel orientiert ist; Vorsehen eines Sekundärflügels, der so schwenkbar am Primärflügel montiert ist, daß der Sekundärflügel um eine Achse senkrecht zur Primärachse verschwenken kann, um ein Verschwenken des Sekundärflügels zwischen einer offenen und geschlossenen Position relativ zum Primärflügel zu ermöglichen, wenn sich der Primärflügel und Sekundärflügel zusammen um die Primärachse drehen, wobei der Primär- und Sekundärflügel das Innere des Gehäuses in Kammern unterteilen und der Sekundärflügel so schwenkbar mit dem Trägerring verbunden ist, daß der Sekundärflügel um eine Achse senkrecht zur Drehringachse schwenkt; Drehen des Primär- und Sekundärflügels um die Primärachse, während sich der feste Zapfen in einer ersten festen Position befindet, wobei die Drehung des Sekundärflügels um die Primärachse bewirkt, daß sich der Trägerring um die Drehringachse dreht und somit bewirkt, daß sich der Sekundärflügel zwischen einer offenen und geschlossenen Position hin- und herbewegt, wenn der Primär- und Sekundärflügel um die Primärachse gedreht werden, und wobei der Primär- und Sekundärflügel eine Einlasskammer bilden, wenn sich der Sekundärflügel in die offene Position bewegt, so daß Fluid in die Einlasskammer durch die erste Öffnung eindringt, während die erste Öffnung in Verbindung mit der Einlasskammer steht, und wobei der Primär- und Sekundärflügel eine Auslasskammer bilden, wenn der Sekundärflügel in die geschlossene Position bewegt wird, so daß Fluid die Auslasskammer durch die zweite Öffnung verläßt, während sich die zweite Öffnung in Verbindung mit der Auslasskammer befindet; dadurch gekennzeichnet, daß der feste Zapfen so verstellbar am Gehäuse montiert wird, daß er in verschiedenen Positionen orientiert werden kann, und daß mit Hilfe einer Betätigungseinheit der feste Zapfen so in eine zweite Position gesteuert wird, daß der Grad der Verbindung der ersten und zweiten Öffnung mit der Einlaß- und Auslasskammer, der vom Primär- und Sekundärflügel definiert wird, wenn sich der Primär- und Sekundärflügel um die Primärachse drehen, verändert wird, um den Fluidstrom durch die Maschine zu variieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung besitzt das Gehäuse Kühlrippen zum Verbessern der Wärmeübertragung zur Umgebung.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist mindestens ein wesentlicher Abschnitt von einem Flügel oder mehreren Flügeln hohl ausgebildet, um die Materialkosten und das Gewicht zu reduzieren und die Leistung der Vorrichtung zu verbessern.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung besitzt die Betätigungseinheit eine Steuerplatte oder einen Steuerhebel, die bzw. der relativ zur Position von einer oder mehreren Öffnungen eingestellt ist, um den Durchsatz oder die Richtung des Fluides zu steuern.
Andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung von speziellen Ausführungsformen der Erfindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und von deren Vorteilen wird nunmehr auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen bezug genommen. Hiervon zeigen:
1 eine perspektivische Vorderansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Fluidpumpe, wobei die obere Hälfte eines Gehäuses der Pumpe auseinandergezogen dargestellt ist, um innere Komponenten der Vorrichtung darzustellen;
2 eine perspektivische Ansicht der unteren Hälfte des Gehäuses der Pumpe der 1, wobei die inneren Komponenten entfernt sind;
3 eine perspektivische Ansicht einer Welle und Primärflügeleinheit der Pumpe der 1, wobei die Primärflügeleinheit in zwei Hälften auseinandergezogen ist;
4 eine perspektivische Ansicht einer Sekundärflügeleinheit der Pumpe der 1, wobei die Sekundärflügeleinheit in zwei Hälften auseinandergezogen ist;
5 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer festen Zapfeneinheit der Pumpe der 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine perspektivische Ansicht eines Durchflußkapazitätssteuerhebels zum Drehen des festen Zapfens der 5, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist;
7 eine Schnittansicht des Hebels der 6 entlang Linie 7-7;
8A eine detaillierte Schnittansicht der Pumpe der 1;
8B eine Schnittansicht der Pumpe der 1, wobei diverse Drehachsen der Vorrichtung dargestellt sind;
8C eine schematische Darstellung des Pumpengehäuses, wobei die Drehung einer Steuerebene in bezug auf das Pumpengehäuse dargestellt ist;
9A eine perspektivische Ansicht der Pumpe der 1, wobei die obere Hälfte des Gehäuses entfernt ist und der Steuerhebel in einer 0°-Position dargestellt ist;
9B eine Vorderansicht der Pumpe der 9A;
9C eine Draufsicht der Pumpe der 9A;
9D eine Seitenansicht der Pumpe der 9A; die
10A-10E perspektivische Folgeansichten der Pumpe der 9A-9B, wobei sich der Steuerhebel in der 0°-Position befindet, wenn die Welle der Pumpe während des Betriebes der Pumpe um 180° gedreht wird;
11A eine perspektivische Ansicht der Pumpe der 1, wobei die obere Hälfte des Gehäuses entfernt ist und sich der Steuerhebel in einer 180°-Position befindet;
11B eine Vorderansicht der Pumpe der 11A;
11C eine Draufsicht der Pumpe der 11A;
11D eine Seitenansicht der Pumpe der 11A; die
12A-12B perspektivische Folgeansichten der Pumpe der 11A-11C, wobei sich der Steuerhebel in einer 180°-Position befindet, wenn die Welle der Pumpe während des Betriebes der Pumpe um 180° gedreht wird;
13A eine perspektivische Ansicht der Pumpe der 1, wobei die obere Hälfte des Gehäuses entfernt ist und sich der Steuerhebel in einer 90°-Position oder neutralen Position befindet;
13B eine Vorderansicht der Pumpe der 13A;
13C eine Draufsicht der Pumpe der 13A;
13D eine Seitenansicht der Pumpe der 13A; die
14A-14E perspektivische Folgeansichten der Pumpe der 13A-13D, wobei sich der Steuerhebel in der neutralen 90°-Position befindet, wenn die Welle der Pumpe während des Betriebes der Pumpe um 180° gedreht wird;
15 eine schematische Darstellung eines Fluidsystems unter Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Pumpe bei einem Fluidstrom in einer vorgegebenen Richtung;
16 eine schematische Darstellung eines Fluidsystems unter Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Pumpe mit Fluiddurchfluß in einer umgekehrten Richtung gegenüber der der 15 durch Drehung des Steuerhebels;
17 eine Ansicht einer Durchflusskapazitätssteuerplatte zur Verwendung mit der Pumpe der 1 zur Montage der festen Zapfeneinheit in unterschiedlichen festen Positionen, die erfindungsgemäß ausgebildet ist;
18 eine Seitenschnittansicht der Steuerplatte der 17 und der festen Zapfeneinheit der Pumpe der 1, wobei die Steuerplatte von der festen Zapfeneinheit entfernt dargestellt ist, um zu zeigen, wie die Steuerplatte montiert ist;
19 eine Draufsicht einer anderen Durchflusskapazitätssteuerplatte zur Ver wendung mit der Pumpe der 1, wobei Passstiftlöcher der Steuerplatte in einer anderen Orientierung dargestellt sind, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist;
20 eine Ansicht der Steuerplatte der 17, die am Gehäuse der Pumpe der 1 montiert ist;
21 eine Ansicht der Steuerplatte der 19, die am Gehäuse der Pumpe der 1 montiert ist;
22 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Sekundärflügelhälfte für eine Sekundärflügeleinheit, die erfindungsgemäß ausgebildet ist; und
23 eine perspektivische Ansicht einer Primärflügelhälfte einer Primärflügeleinheit zur Verwendung in Zusammenwirkung mit der Sekundärflügelhälfte der 22, die erfindungsgemäß ausgebildet ist.
Wie man 1 der Zeichnungen entnehmen kann, ist mit 10 generell eine Fluidpumpe oder ein Kompressor bezeichnet, die bzw. der Merkmale der vorliegenden Erfindung verwirklicht. Die Pumpe 10 besitzt generell eine ent sprechende Konstruktion wie die in der US-PS 5 109 864 beschriebene Vorrichtung, auf die hiermit Bezug genommen wird. Obwohl die Vorrichtung 10 in bezug auf die Funktion und ihren Gebrauch als Fluidpumpe oder als Kompressor spezieller beschrieben wurde, kann sie auch als Motor Verwendung finden, wie für den Fachmann ohne weiteres klar ist.
Die Pumpe 10 besitzt ein Metallgehäuse 12, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, das in zwei Hälften 14, 16 ausgebildet ist. Obwohl das Gehäuse 12 und andere Komponenten der Pumpe 10 hier generell so beschrieben und dargestellt sind, daß sie aus Metall ausgebildet sind, können auch viele andere Materialien, wie Kunststoff oder polymere Materialien, in Abhängigkeit vom Anwendungsfall der Vorrichtung 10 Verwendung finden, wie dies für den Fachmann klar ist. Daher ist die Erfindung nicht auf die speziellen Arten von Materialien beschränkt, die bei ihrer Konstruktion Verwendung finden.
Jede Hälfte 14, 16 des Gehäuses 12 ist genauso ausgebildet wie die andere Hälfte und besitzt einen halbkugelförmigen Innenraum 18 (2), der einen kugelförmigen Innenraum des Gehäuses 12 bildet, wenn die zwei Hälften 14, 16 miteinander verbunden sind. Jede Gehäusehälfte oder jedes Teil 14, 16 ist mit einem kreisförmigen Flansch 20 versehen, der eine ebene Stirnfläche 21 aufweist, die sich um den Umfang des Innenraumes 18 erstreckt und gegen den entsprechenden Flansch 20 des anderen Gehäuseteiles 14, 16 stößt und hiermit in Eingriff steht. Die Flanschfläche 21 liegt in einer Ebene, die den Innenraum 18 des kugelförmigen Gehäuses in zwei halbkugelförmige Hälften unterteilt, wenn die Gehäusehälften 14, 16 miteinander verbunden sind.
Eine fluiddichte Dichtung wird zwischen den Gehäusehälften 14, 16 gebildet, wenn die Hälften 14, 16 miteinander verbunden werden. Ein Dichtungsring oder Dichtungselement (nicht gezeigt) kann zwischen den Flanschseiten 21 angeordnet sein, um dies zu erreichen. Der Flansch 20 kann mit Löchern 22 versehen sein, um Bolzen oder Befestigungselemente (nicht gezeigt) zum Verbinden der Gehäusehälften 14, 16 aufzunehmen. Alternativ dazu können die Hälften 14, 16 auf herkömmliche Weise verschweißt, verklebt oder sonstwie verbunden werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Vorzugsweise sind die Gehäusehälften 14, 16 jedoch auf nicht dauerhafte Weise aneinander befestigt, um einen Zugang zum Gehäuseinneren zu ermöglichen, falls erforderlich.
In jedem Gehäuseteil 14, 16 sind hintere und vordere Fluidöffnungen 24, 26 ausgebildet, die eine Verbindung zwischen der Außenseite des Gehäuses und dem Gehäuseinnenraum 18 bilden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Fluidöffnungen 24, 26 in Umfangsrichtung im Abstand von etwa 30° gegenüber der nächsten Öffnung angeordnet, wobei die ungefähre Mitte einer jeden Fluidöffnung in einer Ebene liegt, die senkrecht zu den Flanschseiten 21 orientiert ist und das Innere des Gehäuses 12 in zwei Teile teilt, wenn die Gehäusehälften 14, 16 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Öffnungen 24, 26 etwa 45° von den Flanschseiten 21 auf jeder Gehäusehälfte 14, 16 angeordnet.
Am rückwärtigen Ende einer jeden Gehäusehälfte 14, 16 benachbart zur hinteren Öffnung 24 ist ein vertiefter Bereich 28 im kreisförmigen Flansch 20 ausgebildet, um eine Haupteingangswelle 32 (1) aufzunehmen, die sich über eine Strecke in den Gehäuseinnenraum 18 erstreckt. Die primäre Achse oder Drehachse 33 der Eingangswelle 32 liegt generell in der gleichen Ebene wie die Flanschseiten 21. Eine Eingangswellenmanschette 34 erstreckt, sich von den Gehäusewellen 14, 16 nach außen und ist mit einer entsprechenden Flanschfläche 36 versehen, um die Verbindung der Gehäusehälften zu erleichtern.
Am vorderen Ende des Gehäuses 12 gegenüber der Manschette 34 in jeder Gehäusehälfte 14, 16 ist ein vertiefter Bereich 38 im kreisförmigen Flansch 20 ausgebildet, um eine Zapfenbahn zur Aufnahme eines festen Zapfens 40 (1) zu bilden. Ein Halsteil 42 erstreckt sich vom kreisförmigen Flansch 20 nach außen und ist ebenfalls mit einer Flanschfläche 34 versehen, um das Verbinden der Gehäusehälfte zu erleichtern.
Bei der dargestellten speziellen Ausführungsform ist das Äußere des Gehäuses 12 mit einer Vielzahl von parallelen beabstandeten Rippen 48 versehen, die dem Gehäuse strukturelle Festigkeit verleihen, während das Gewicht der Vorrichtung reduziert wird. Diese Rippen 48 sorgen fer ner für eine vergrößerte Oberfläche des Gehäuses, um die Wärmeübertragung zu erleichtern.
Im Gehäuse 12 sind Primär- und Sekundärflügeleinheiten 52, 54 untergebracht. Wie in 3 gezeigt, ist die allgemein mit 52 bezeichnete Primärflügeleinheit in der Form von zwei Metallhälften 56, 58 ausgebildet. Die Primärflügelhälften 56, 58 sind generell gleich ausgebildet und besitzen jeweils eine generell ebene Innenfläche 59, die gegen die Innenfläche der anderen Hälfte stößt. Die Primärflügelhälften 56, 58 haben jeweils gegenüberliegende Flügelelemente 62, 64, die an gegenüberliegenden Enden über integrierte Scharnierabschnitte 66, 68 miteinander verbunden sind, um eine mittlere kreisförmige Öffnung 69 zu bilden. Wenn die Primärflügelhälften 56, 58 miteinander verbunden sind, bilden die Flügelelemente 62, 64 einzelne gegenüberliegende Flügel 50. Bolzenlöcher 65 zur Aufnahme von Senkbolzen oder Schrauben (nicht gezeigt) sind für diesen Zweck vorgesehen. Die Flügelhälften 56, 58 können jedoch auch über viele andere Befestigungseinrichtungen miteinander verbunden werden und können verklebt, verschweißt oder auf irgendeine andere herkömmliche Art und Weise, die dem Fachmann bekannt ist, aneinander befestigt werden. Zur Ausrichtung dienende Passstifte 67, die in Passstiftlöchern angeordnet sind, welche in den Seiten 59 ausgebildet sind, können ebenfalls vorgesehen sein, um sicherzustellen, daß die Flügelhälften 56, 58 richtig aneinandergepasst und aneinander befestigt werden.
Die Flügelelemente 62 sind jeweils mit einer Eingangswellenausnehmung 60 versehen, die in der ebenen Fläche 59 ausgebildet ist, um die Eingangswelle 32 aufzunehmen und zu koppeln, wenn die Flügelhälften 56, 58 miteinander verbunden werden. Die Primärflügeleinheit 52 wird fest mit der Eingangswelle 32 verbunden, so daß die Drehung der Eingangswelle 32 auf die Primärflügeleinheit 52 übertragen wird, um die gegenüberliegenden Flügel 50 innerhalb des Gehäuseinnenraumes 18 zu drehen.
In entsprechender Weise sind die Flügelelemente 64 mit einer Ausnehmung 70 für einen festen Zapfen versehen, die in der ebenen Fläche 59 ausgebildet ist, um den festen Zapfen 40 aufzunehmen. Diese Ausnehmung 70 ist so ausgebildet, daß sie die Primärflügeleinheit 52 um den festen Zapfen 40 frei drehen kann. Die äußeren Enden der Flügelelemente 62, 64 besitzen eine generell konvexe sphärische mondförmige Oberflächenkonfiguration, die dem sphärischen Innenraum 18 des Gehäuses 12 entspricht.
Die Scharnierabschnitte 66, 68 sind jeweils mit einer Stummelwellenausnehmung 72 versehen. Es ist eine Stummelwelle 74 dargestellt, die mit dem Scharnierabschnitt 66 der Flügelhälfte 56 versehen ist. Diese Stummelwelle 56 kann einstückig mit einer der Flügelhälften 56, 58 oder als separates Element, das an Ort und Stelle fixiert ist, ausgebildet sein. Wie gezeigt, steht die Stummelwelle 74 über den Scharnierabschnitt 66 eine Strecke nach außen vor. Die Scharnierabschnitte 66, 68 sind jeweils entlang den äußeren Seitenrändern quadratisch oder eben ausgebildet.
Wie in 4 gezeigt, wird auch die Sekundärflügeleinheit 54 von zwei Hälften 76, 78 gebildet, die jeweils eine entsprechende Konstruktion besitzen. Die Sekundärflügelhälften 76, 78 sind aus Metall geformt und generell gleich ausgebildet. Jede Hälfte besitzt eine Innenfläche 80, die generell eben ist und gegen die Innenfläche der anderen Flügelhälfte stößt. Die Sekundärflügelhälften 76, 78 haben jeweils gegenüberliegende Flügelelemente 82, 84, die an gegenüberliegenden Enden über integrierte Scharnierabschnitte 86, 88 miteinander verbunden sind, um eine zentrale kreisförmige Öffnung 90 zu bilden. Wenn die Sekundärflügelhälften 76, 78 miteinander verbunden sind, bilden die Flügelelemente 82, 84 einzelne gegenüberliegende Flügel 98. Die Flügelhälften 76, 78 können über Bolzen, Schrauben oder andere Befestigungselemente miteinander verbunden oder verklebt oder sonstwie in irgendeiner herkömmlichen Weise, die dem Fachmann bekannt ist, aneinanderbefestigt sein. Zu diesem Zweck sind Bolzenlöcher 97 vorgesehen. Zusätzlich können Passstiftlöcher 99 zur Aufnahme von Passstiften, wie den Passstiften 67 der 3, vorgesehen sein.
Die Flügelelemente 82, 84 sind jeweils mit Schwenkpfostenausnehmungen 92 versehen, die in den Innenflächen 80 einer jeden Flügelhälfte 76, 78 ausgebildet sind. Die äußersten Enden der Flügelelemente 82, 84 besitzen ferner eine generell konvexe sphärische mondförmige Fläche entsprechend dem sphärischen Innenraum 18 des Gehäuses 12.
Die Scharnierabschnitte 86, 88 sind jeweils mit einer Stummelwellenausnehmung 94 versehen. Eine zweite Stummelwelle 96 ist gezeigt, die mit dem Scharnierabschnitt 88 der Flügelhälfte 78 versehen ist. Diese Stummelwelle 96 kann mit einer der Flügelhälften 76, 78 einstückig ausgebildet oder als separates Element, das an Ort und Stelle fixiert ist, ausgebildet sein. Wie gezeigt, steht die Stummelwelle 96 eine Strecke vom Scharnierabschnitt 88 nach innen vor. Beide Scharnierabschnitte 86, 88 sind quadratisch oder eben entlang dem inneren Seitenrand ausgebildet und entsprechen den ebenen äußeren Seitenrändern der Scharnierabschnitte 66, 68 der Primärflügelhälften 56, 58. Die Außenseite der Scharnierabschnitte 86, 88 hat die Form eines konvexen sphärischen Segmentes oder Sektors, das bzw. der mit der gekrümmten Fläche der äußeren Enden der Flügelelemente 82, 84 sanft konturiert ist und in seiner Form dem sphärischen Innenraum 18 des Gehäuses 12 entspricht.
Wenn die Primär- und Sekundärflügel 52, 54 miteinander verbunden sind (1) und an der Haupteingangswelle 32 montiert sind, sind die Stummelwellen 74, 96 generell konzentrisch. Die Stummelwelle 74 der Primärflügeleinheit 52 ist in den Ausnehmungen 94 des Scharnierabschnittes 86 der Sekundärflügeleinheit 54 angeordnet, um eine Relativdrehung der Sekundärflügeleinheit 54 um die Stummelwelle 74 zu ermöglichen. In entsprechender Weise ist die Stummelwelle 96 der Sekundärflügeleinheit 54 in den Ausnehmungen 72 des Scharnierabschnittes 68 der Primärflügeleinheit 52 angeordnet und ermöglicht eine Relativdrehung der Primärflügeleinheit 52 um die Stummel welle 96. Auf diese Weise verbleiben die Primär- und Sekundärflügeleinheiten 52, 54 in einem verriegelten Zustand, während sich die Sekundärflügeleinheit 54 relativ zur Primärflügeleinheit 52 um eine Achse verschwenken kann, die senkrecht zur Primärachse 33 der Eingangswelle 32 verläuft.
5 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht eines festen Zapfens oder einer Ringeinheit 100. Die feste Zapfeneinheit 100 besitzt den zylindrischen Zapfen 40, der in den Ausnehmungen 38 der Gehäusehälften 14, 16 angeordnet ist, wie vorstehend. Der zylindrische Zapfen 40 ist koaxial zur Primärachse 33 der Eingangswelle 32 angeordnet, wenn er am Gehäuse 12 montiert ist. Am inneren Ende des Zapfens 40 befindet sich ein sphärischer Zapfenabschnitt 102 in der Form eines Kugelabschnittes. Von der Innenseite des sphärischen Zapfenabschnittes 102 steht ein zylindrischer Trägerringzapfen 104 vor. Die Längsachse des Trägerringzapfens 104 ist unter einem schiefen Winkel zur Achse des Zapfens 40 orientiert. Dieser Winkel kann variieren, liegt jedoch vorzugsweise zwischen etwa 30° und 60°, wobei 45° der bevorzugte Winkel ist. Ein runder Vorsprung 106 steht vom Ende des Zapfens 104 vor, um die Montage einer Endkappe 108 zu erleichtern, die die Form eines sphärischen Abschnittes besitzt. Die Endkappe 108 ist mit einer Ausnehmung 110 zur Aufnahme des Vorsprungs 106 des Zapfens 104 versehen. Bei der dargestellten Ausführungsform findet ein Paar von mit einem Gewinde versehenen Befestigungselementen 112, wie Schrauben oder Bolzen, die in exzentrisch angeordneten, im Vorsprung 106 ausgebildeten Löchern 114 angeordnet sind, Verwendung, um die Endkappe 108 am Zapfen 104 zu befestigen. Es können zwei oder mehr Befestigungselemente Verwendung finden. Da die Befestigungselemente relativ zur Achse des Schaftes 40 exzentrisch angeordnet sind, verhindern sie eine Drehung der Endkappe 108 relativ zum Zapfen 40.
Die Endkappe 108 findet Verwendung, um einen zentralen Trägerring 116 zu befestigen, der drehbar auf dem Trägerringzapfen 104 montiert ist. Der Trägerring 116 ist mit einer Außenfläche in der Form eines Kugelsegmentes ausgebildet, so daß nach der Montage des Trägerrings 116 am Zapfen 104 und der Befestigung der Endkappe 108 die Kombination aus dem sphärischen Abschnitt 102, dem Trägerring 116 und der Endkappe 108 generell eine vollständige Kugel bildet, die mit dem Ende des Zapfens 40 verbunden ist. Der Durchmesser dieser Kugel entspricht generell dem Durchmesser der zentralen Öffnungen 69, 90 der Primär- und Sekunddrflügeleinheiten 52, 54, so daß sich die Flügeleinheiten 52, 54 um diesen Kugelabschnitt der ersten Zapfeneinheit 100 drehen können, während sie in festem Eingriff hiermit stehen. Der Trägerring 116 ist zwischen dem Kugelabschnitt 102 und der Endkappe 108 zentriert.
Der Trägerring 116 ist mit in entgegengesetzten Richtungen vorstehenden Schwenkpfosten 118 versehen, die von der Außenfläche des Trägerringes 116 radial nach außen vorstehen. Diese Pfosten 118 sind entlang einer Achse konzentrisch orientiert, die senkrecht zur Drehachse des Trägerringes 116 verläuft. Die Pfosten 118 sind in den Schwenkpfostenausnehmungen 92 der Sekundärflügelhälften 76, 78 angeordnet, wenn die Flügeleinheit 50 über dem Kugelabschnitt der festen Zapfeneinheit 100 montiert ist, die vom Kugelabschnitt 102, Trägerring 104 und der Endkappe 108 gebildet wird.
Mit dem Zapfen 40 gegenüber dem Kugelabschnitt 102 verbunden ist ein Durchflusskapazitätssteuerhebel 120 zum manuellen Drehen des Zapfens 40 und des Kugelabschnittes 102. Dieser Steuerhebel 120, der in größeren Einzelheiten in den 6 und 7 gezeigt ist, besitzt einen generell kreisförmigen Hauptabschnitt 122. Ein Hebelarm 124 erstreckt sich vom Hauptabschnitt 122 aus. Generell in der Mitte des Hauptabschnittes 122 ist ein Bolzenloch 126 ausgebildet, um einen Bolzen 128 zur Befestigung des Hebels 120 am Zapfen 40 mit Hilfe eines zentralen Bolzenlochs 130, das im äußeren Ende des Zapfens 40 ausgebildet ist, aufzunehmen. Um das Bolzenloch 126 herum sind Passstiftlöcher 132 angeordnet, die den Zapfen ausgebildeten Passstiftlöchern 134 entsprechen. Passstifte 136 sind in den Passstiftlöchern 132, 134 angeordnet, um eine Drehung des Steuerhebels 120 relativ zum Zapfen 40 zu verhindern. Obwohl ein spezielles Verfahren zum Verbinden des Hebels 120 mit dem Zapfen 40 dargestellt ist, versteht es sich für den Fachmann, daß hierfür auch andere Mittel Verwendung finden können.
Ein bogenförmiger Schlitz 138, der sich in einem Bogen von etwa 180° erstreckt, ist im Hauptabschnitt 122 des Hebels 120 ausgebildet, um eine Stellschraube und einen Bolzen 140 aufzunehmen. Der bogenförmige Schlitz 138 überlagert ein Bolzenloch 142, das im Gehäusehalsteil 42 der Gehäusehälfte 14 ausgebildet ist, wenn die Zapfeneinheit 100 am Gehäuse 12 montiert ist. Die Stellschraube 140 findet Verwendung, um die Position des Hebels 120 zu fixieren und eine Drehung des Zapfens 40 zu verhindern, wenn sich dieser einmal in der gewünschten Position befindet. Durch Lösen der Stellschraube 140 kann der Hebel 120 in verschiedene Positionen gedreht werden, um die Zapfeneinheit 100 zu drehen, wobei die Stellschraube 140 im Schlitz 138 gleitet.
8A ist eine Längsschnittansicht der montierten Pumpe 10 in größeren mechanischen Einzelheiten. Obwohl eine spezielle Ausführungsform dargestellt ist, versteht es sich für den Fachmann, daß eine Vielzahl von anderen Konfigurationen und Komponenten, wie Lagern, Dichtungen, Befestigungselementen etc., Verwendung finden kann, um die richtige Funktionsweise der Pumpe 10 sicherzustellen. Die beschriebene Ausführungsform dient dazu, das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, und beschränkt die Erfindung in keiner Weise auf die spezielle dargestellte Ausführungsform.
Wie man erkennen kann, erstreckt sich die Eingangswelle 32 durch die Manschette 34 am rückwärtigen Ende des Gehäuses 12. Die Manschette 34 bildet einen Hohlraum 144, der ein Paar von in Längsrichtung beabstandeten Eingangswellenrollenlagereinheiten 146, 148 aufnimmt. Die Rollenlagereinheit 146, 148 umfaßt einen Innenring 154 und einen Außenring 156, der eine Vielzahl von mit Umfangsabstand angeordneten konischen Rollenlagern 158 aufnimmt, die zwischen den Ringen angeordnet sind. Abstandshalter 150, 152 halten die Rollenlagereinheiten 146, 148 in einer Lage mit Längsabstand entlang der Eingangswelle 32, wobei der Innenring 154 der Rollenlagereinheit 148 gegen eine nach außen vorstehende ringförmige Stufe 160 der Antriebswelle 32 stößt und der Außenring 156 gegen eine nach innen vorstehende ringförmige Schulter 162 der Manschette 34 stößt.
Eine auf einen Gewindeabschnitt 165 der Eingangswelle 32 geschraubte Lagermutter 164 stößt gegen den Innenring 154 der Lagereinheit 146 und spannt die Innenringe 154 vor. Mit dem Ende der Manschette 34 ist ein Lagerhalterring 166 verbolzt. Dieser Lagerhalterring 166 stößt gegen den Außenring 156 der Lagereinheit 146 und spannt die Außenlagerringe 156 vor. Der Halterring 166 dient ferner zum Schließen des Hohlraumes 144 der Gehäusemanschette 34. Eine ringförmige Öldichtung 168, die auf der ringförmigen Lippe 170 des Halterringes 166 sitzt, ist gegen die Außenseite der Lagermutter 164 gelagert, um ein Lecken von Öl oder Schmiermittel aus dem Lagerraum 144 zu verhindern.
Im vertieften Bereich 28 befindet sich eine Unterlegscheibe 172, die die Eingangswelle 32 umgibt und gegen den Innenring 154 der Lagereinheit 148 stößt. Eine komprimierte Schraubenfeder 174 stößt gegen die Unterlegscheibe 172 und ist gegen eine Karbonhülse 176 gelagert. Die Hülse 176 ist mit einer O-Ring-Dichtung 178 versehen, die in einer inneren Ringnut der Hülse 176 angeordnet ist. Die Hülse 176 stößt gegen eine feste ringför mige Keramikplatte 180, die an einer ringförmigen Lippe 182 sitzt, welche in den vertieften Bereich 28 vorsteht. Der niedrige Reibungskoeffizient zwischen der Karbonhülse 176 und der Keramikplatte 180, die gegen-überliegen, ermöglicht, daß sich die Hülse 176 mit der Eingangswelle 32 drehen kann, während eine fluiddichte Dichtung vorsehen wird, um einen Fluiddurchfluß zwischen dem Pumpeninnenraum 18 und dem Manschettenraum 144 zu verhindern.
Die Eingangswelle 32 erstreckt sich über eine kurze Distanz in den Innenraum 18 des Gehäuses 12 und ist mit der Primärflügeleinheit 52 innerhalb der Ausnehmungen 60, die in den Flügelhälften 56, 58 ausgebildet sind, verbunden. Das Ende der Welle 32 ist mit einer ringförmigen Manschette 184 versehen, die in Nuten 186 angeordnet ist, welche in den Ausnehmungen 60 der Flügelhälften 56, 58 ausgebildet sind, um eine relative Axialbewegung zwischen der Welle 32 und der Flügeleinheit 52 zu verhindern. Die Drehbewegung der Flügeleinheit 52 und der Welle 32 wird durch Keilelemente 188 verhindert, die in Keilschlitzen der Flügeleinheit 52 und der Welle 32 angeordnet sind.
Längsrollenlager 206 umgeben den Abschnitt 40 des festen Zapfens innerhalb der Ausnehmung 70 der Primärflügeleinheit 52. Dichtungen 208, 210 sind an jedem Ende der Rollenlagereinheit 206 vorgesehen, um ein Entweichen von Fluid entlang dem festen Zapfen 40 durch Ausnehmungen 70 zu verhindern. Eine statische O-Ring-Dichtung 212 umgibt den Zapfen 40 an der Grenzfläche des Hebelarmes 120 mit dem Gehäusehalsteil 42, um einen Fluidverlust durch die Zapfenbahn 38 zu verhindern.
Rollenlagereinheiten 214, 216 umgeben den Trägerringzapfen 104. Jede Rollenlagereinheit 214, 216 besitzt einen Innenring 218 und einen Außenring 220 mit einer Vielzahl von dazwischen angeordneten konischen Rollenlagern 222. Die Innenringe 218 der Einheiten 214, 216 sind mit Hilfe eines Abstandshalters 224 voneinander beabstandet. Die Innenseite des Trägerringes 116 ruht an den Außenringen 220. Ein Ringsteg 226 steht radial von der inneren Ringfläche des Trägerringes 116 nach innen vor, dient als Abstandshalter zwischen den Außenringen 220 und verhindert eine Axialbewegung des Trägerringes 116 entlang dem Zapfen 104.
Lippendichtungen 230, 232, die in Innenseiten der Endkappe 108 und des Kugelabschnittes 102 vorgesehen sind, stehen mit den Seitenrändern des Trägerringes 116 in Eingriff, um zu verhindern, daß Fluid in den Ringraum eindringt, der den Trägerringzapfen 104 umgibt, in dem die Lagereinheiten 214, 216 untergebracht sind und der geeignetes Schmiermittel zum Schmieren der Lagereinheiten 214, 216 enthält.
Axial orientierte Rollenlager 234 umgeben die Schwenkpfosten 118, so daß sich die Sekundärflügel 54 drehen können. Fluiddichtungen 236 sind an der Basis der Pfosten 118 vorgesehen. Radial orientierte Drucklager 238 sind an den Enden der Pfosten 118 angeordnet und werden durch Druckkappen 240 an Ort und Stelle gehalten.
Die Druckkappen 240 werden in Ringnuten 242 gehalten, die in den Schwenkpfostenausnehmungen 92 ausgebildet sind.
Wie man erkennen kann, sind die äußeren Enden der Primärflügel 52 und Sekundärflügel 54 in enger Nachbarschaft oder in naher Berührung zueinander angeordnet, um Spiel mit dem Innenraum 18 des Gehäuses 12 vorzusehen. Es gibt ferner ein geringes Spiel zwischen dem sphärischen Endabschnitt der festen Zapfeneinheit 100 und den zentralen Öffnungen 69, 90 der Primär- und Sekundärflügel 52, 54. Dieses Spiel sollte so klein wie möglich sein, um eine freie Bewegung der Flügel 52, 54 im Innenraum 18 zu ermöglichen, jedoch gleichzeitig einen Schlupf oder einen Fluidverlust aufgrund des Spieles zu minimieren.
8B zeigt die Beziehung zwischen den verschiedenen Drehachsen der Pumpenkomponenten. Wie gezeigt, dreht sich der Sekundärflügel 54 um eine Sekundärflügeldrehachse, die der Trägerringachse 246 entspricht. Die Achse 246 schneidet die Primärflügelachse 33 unter einem schiefen Winkel und bildet eine Steuerebene 247. Der Sekundärflügel 54 schwenkt um die Schwenkpfosten 118 um eine Sekundärflügelschwenkachse 245, die senkrecht zur Trägerringachse 246 verbleibt.
8C zeigt eine Endansicht der Pumpe 10 entlang der Primärachse gesehen und die verschiedenen Orientierungen der Steuerebene 247, die durch Drehen der festen Zapfen einheit 100 erreicht werden können, wie nachfolgend beschrieben.
Wie die 9-14 zeigen, ist die Pumpe 10 mit entferntem oberen Gehäuse 16 dargestellt, um die inneren Komponenten der Pumpe 10 zu verdeutlichen. Die Öffnungen 24, 26 des oberen Gehäuses 16 sind jedoch dargestellt, um ihre Relativlage zu verdeutlichen, wenn das obere Gehäuse 16 vorhanden wäre. Obwohl die Eingangswelle 32 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden kann, wird für die Zwecke der nachfolgenden Beschreibung die Betriebsweise der Pumpe 10 so erörtert, daß sich die Eingangswelle 32 im Uhrzeigersinn dreht, wie durch den Pfeil 244 angedeutet.
Wie die 9A-9D zeigen, ist die Pumpe 10 so dargestellt, daß der Hebel 120 voll in eine 0°-Anfangsstellung gedreht ist. Wenn sich der Hebel 120 in dieser Position befindet, ist die feste Zapfeneinheit 100 so orientiert, daß der Trägerring oder die Sekundärachse 246 unter einem Winkel von 45° nach rechts von der Primärachse 33 orientiert ist, wie in 9C gezeigt, so daß die Steuerebene 247 (8B und 8C) in einer im wesentlichen horizontalen Ebene liegt, die generell der Ebene der Flansche 20, die das Gehäuse 12 unterteilt, entspricht oder parallel zu dieser verläuft.
Die 9A-9D zeigen die Primär- und Sekundärflügel 50, 98, wobei sich der Sekundärflügel 98 in einer zentralen Zwischenposition seines Hubes befindet. Die vordere Öffnung 26 des oberen Gehäuses 16 und die hintere Öffnung 24 des unteren Gehäuses 14 dienen als Auslassöffnungen, während die hintere Öffnung 24 des oberen Gehäuses 16 und die vordere Öffnung 26 des unteren Gehäuses 14 als Einlassöffnungen dienen. Die Primär- und Sekundärflügel 50, 98 unterteilen den sphärischen Innenraum 18 des Gehäuses in vier Kammern, die durch die Räume zwischen den Primär- und Sekundärflügeln 50, 98 gebildet werden, welche mit 248, 250 bezeichnet sind. Obwohl nicht sichtbar, sind entsprechende Räume oder Kammern in der unteren Gehäusehälfte 14 vorhanden.
Die 10A-10E zeigen Folgeansichten der Pumpe 10 im Betrieb, wobei sich der Steuerhebel 120 in der 0°-Position befindet, wenn die Eingangswelle eine Drehung um 180° durchgeführt hat. Um die Beschreibung der Betriebsweise zu vereinfachen, sind die gegenüberliegenden Sekundärflügel mit 98A, 98B bezeichnet, während die gegenüberliegenden Primärflügel mit 50A, 50B bezeichnet sind. Wie in den 9A und 9C gezeigt, werden, wenn die Eingangswelle 32 gedreht wird, die Primär- und Sekundärflügeleinheiten 52, 54 um die Primärachse 33 im Innenraum 18 des Gehäuses gedreht. Da die Sekundärflügeleinheit 54 schwenkbar mit Hilfe der Schwenkpfosten 118 am Trägerring 116 montiert ist, bewirkt die Sekundärflügeleinheit 54, daß sich der Trägerring 116 auf dem Trägerringzapfen 104 (nicht gezeigt) um die Trägerringachse 245 dreht. Da die Trägerringachse 245 unter einem schiefen Winkel zur Primärachse 33 orientiert ist, bewirkt der Trägerring 116, daß sich jeder Sekundärflügel 98A, 98B zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position hin- und her oder vor und zurück bewegt.
10A zeigt die Pumpe 10 mit dem Sekundärflügel 98A in der vollständig geschlossenen Position relativ zum Primärflügel 50A. In der vollständig geschlossenen Position stößt der Sekundärflügel 98A gegen den Primärflügel 50A oder befindet sich in enger Nachbarschaft zu diesem, so daß das Volumen dazwischen minimal ist. Im Gegensatz dazu befindet sich in bezug auf den gegenüberliegenden Primärflügel 50B der Flügel 98A in einer vollständig offenen Position, so daß der Raum zwischen den Flügeln 98A und 50B sein Maximum einnimmt. Jegliches Fluid im Raum zwischen den Flügeln 98A, 50A wird durch die Öffnung 26 des oberen Gehäuses vollständig abgegeben. Es gibt eine geringfügige Überlappung oder Verbindung der Primär- und Sekundärflügel 50A, 98A mit der Öffnung 26 entlang ihrem Rand, wenn sie sich in der vollständig geschlossenen Position befinden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Primärflügel 50A, 50B so dimensioniert, daß sie die Öffnungen 24, 26 vollständig abdecken und abdichten, so daß eine geringfügige Drehung über diesen Punkt hinaus bewirkt, daß die Primärflügel 50A, 50B die Verbindung mit den Kammern 248, 250 während der Drehung nur für einen Augenblick unterbrechen.
10B zeigt die Pumpe 10 mit der gegenüber 10A um etwa 45° gedrehten Welle. Hierbei beginnt sich der Sekundärflügel 98A in bezug auf den Primärflügel 50A in die offene Position zu bewegen. Dadurch wird Fluid in den Öffnungsraum durch die untere Einlassöffnung 26 des unteren Gehäuses 14 gezogen. Der Sekundärflügel 98B beginnt ebenfalls sich relativ zum Primärflügel 50A in die geschlossene Position zu bewegen. Das in der Kammer zwischen dem Primärflügel 50A und dem Sekundärflügel 98 angeordnete Fluid wird somit komprimiert oder aus der oberen Auslassöffnung 26 des oberen Gehäuses 16 herausgepreßt.
In entsprechender Weise wird zwischen dem Sekundärflügel 98A und dem Primärflügel 50B angeordnetes Fluid durch die untere Öffnung 24 des unteren Gehäuses 14 abgegeben, wenn sich der Sekundärflügel 98A relativ zum Primärflügel 50B in die geschlossene Position zu bewegen beginnt. Fluid wird auch durch die Einlassöffnung 24 des oberen Gehäuses 16 gezogen, wenn der Sekundärflügel 98B relativ zum Primärflügel 50B in eine offene Position bewegt wird.
Die 10C und 10D zeigen die weitere Drehung der Welle 32 in Schritten von etwa 45°. Wenn sich der feste Zapfen 100 in der 0°-Position befindet, ist das Timing derart, daß die durch die Primär- und Sekundärflügel 50, 98 erzeugten Kammern während generell des gesamten Hubes des Flügels 50 zwischen der geschlossenen und offenen Position in kontinuierlicher Verbindung mit den Öffnungen 24, 26 verbleiben. Auf diese Weise wird Fluid weiterhin in die Kammern gezogen oder von diesen abgegeben, wenn die Sekundärflügel 98 während der Drehung der Welle 32 entweder in die offene oder in die geschlossene Position bewegt werden.
10E zeigt die Pumpe 10 nach der Drehung der Welle 32 um 180°. Der Sekundärflügel 98B befindet sich in der vollständig geschlossenen Position relativ zum Primärflügel 50A, wie dies beim Sekundärflügel 98A der Fall war, als sich die Welle 32 in der 0°-Position der 10A befand. Durch Fortsetzung der Drehung der Welle 32 wird der Prozeß wiederholt, so daß das Fluid in die Pumpe gezogen, komprimiert und durch die Hin- und Herbewegung des Sekundärflügels zwischen der offenen und geschlossenen Position, die durch die Drehung des Trägerringes 116 um seine schiefe Achse 246 erzeugt wird, abgegeben wird.
Durch Drehung des festen Zapfens 100 in unterschiedliche feste Positionen kann der Fluidstrom durch die Pumpe 10 verstellt und sogar umgekehrt werden, ohne dass die Drehrichtung der Eingangswelle 32 verändert wird. 11A zeigt die Pumpe 10 mit dem vollständig aus der 0°-Position der 9A-9D um 180° gedrehten Hebel 120. In dieser Position ist die feste Zapfeneinheit 100 so orientiert, daß die Trägerringachse 246 unter einem Winkel von etwa 45° von der Primärachse 33 nach links verläuft, wie in 11C gezeigt, oder unter einem Winkel von etwa 90° gegenüber der Orientierung der Achse 246 gemäß 9C. In dieser Position liegt die Steuerebene 247 in einer im wesentlichen horizontalen Ebene, die generell der Ebene der Flansche 20 entspricht, die das Gehäuse 12 unterteilt, oder parallel zu dieser verläuft.
Bei der Konfiguration der 11A-11D dienen die vordere Öffnung 26 des oberen Gehäuses 16 und die Öffnung 24 des unteren Gehäuses 14 als Einlassöffnungen, während die Öffnung 24 des oberen Gehäuses 16 und die Öffnung 26 des unteren Gehäuses 14 als Auslassöffnungen dienen.
Die 12A-12E zeigen Folgeansichten der Pumpe 10, wobei der Steuerhebel 120 in die 180°-Position gedreht ist, wenn die Eingangswelle 32 eine Drehung von 180° durchgeführt hat. In 12A ist die Pumpe 10 in einem Zustand gezeigt, in dem sich der Sekundärflügel 98A gegenüber dem Primärflügel 50A in der vollständig geschlossenen Position befindet. Der Flügel 98A befindet sich in bezug auf den Primärflügel 50B in einer vollständig offenen Position. Wenn, wie in 12B gezeigt, die Eingangswelle 32 gedreht wird, wie durch den Pfeil angedeutet, beginnt sich der Sekundärflügel 98A relativ zum Primärflügel 50A in die offene Position zu bewegen. Der zwischen dem Sekundärflügel 98A und dem Flügel 50A gebildete Raum oder die entsprechende Kammer steht in kontinuierlicher Verbindung mit der Öffnung 26 des oberen Gehäuses 16, da er in die offene Position bewegt wird. Durch das zunehmende Volumen dieser Kammer, wenn die Welle 32 gedreht wird, wie in den 12C und 12D gezeigt, wird Fluid durch die obere vordere Öffnung 26 eingezogen. Wenn dies passiert, bewegt sich der Sekundärflügel 98B relativ zum Primärflügel 50A in die geschlossene Position, wodurch Fluid zwischen diesen Flügeln 98B, 50A durch die vordere Öffnung 26 des unteren Gehäuses 14 gedrückt wird.
12E zeigt die Pumpe nach der Drehung der Welle 32 um 180°. Der Sekundärflügel 98B befindet sich nunmehr in der geschlossenen Position relativ zum Primärflügel 50A, so daß der Prozeß wiederholt werden kann. Wenn sich der Hebel 120 in der 180°-Position befindet, wird Fluid auch durch die hintere Öffnung 24 im oberen Gehäuse 16 abgegeben und durch die hintere Öffnung 24 des unteren Gehäuses 14 in entsprechender Weise wie bereits in Verbindung mit den vorderen Öffnungen 26 beschrieben eingeführt. Die Öffnungen 24, 26 verbleiben in generell konstanter Verbindung mit einer der durch die Flügel 50, 98 erzeugten Kammern während des Gesamthubes des Flügels 98 zwischen der offenen und geschlossenen Position.
Die 13A-13D zeigen die Pumpe 10 in einem Zwischenmodus oder neutralen Modus, wobei der Steuerhebel 120 eine aufrechte 90°-Stellung einnimmt. In dieser Position ist die feste Zapfeneinheit 100 so orientiert, daß die Trägerringachse 246 in einer Ebene senkrecht zu den Gehäuseflanschen 20 liegt und mit einem Winkel von 45° unter der Primärachse 33 orientiert ist, wie in 13D gezeigt. In dieser Orientierung befindet sich die Steuerebene 247 in der 90°-Position oder vertikalen Position, wie in 8C gezeigt. In diesem Modus stehen die Öffnungen 24 und 26 nur über etwa 50 der Zeit mit den von den Flügeln 50, 98 erzeugten Kammern in Verbindung.
14A zeigt den Sekundärflügel 98 in einer mittleren Position oder Zwischenposition, wobei der Primärflügel 50 so orientiert ist, daß er die Öffnungen 24, 26 ab deckt und abdichtet. Wenn sich die Eingangswelle 32 aus dieser Zwischenposition dreht, wie in 14B gezeigt, beginnt die Öffnung 26 des oberen Gehäuses 16 mit der Kammer zwischen dem Sekundärflügel 98B und dem Primärflügel 50A in Verbindung zu treten, und steht die Öffnung 26 des unteren Gehäuses 14 mit der Kammer zwischen dem Sekundärflügel 98A und dem Primärflügel 50A in Verbindung. Wenn der Sekundärflügel 98B relativ zum Primärflügel 50A in die offene Position bewegt wird, wird etwas Fluid durch die Öffnung 26 des oberen Gehäuses 16 gezogen. In entsprechender Weise wird der Sekundärflügel 98A relativ zum Primärflügel 50A in die geschlossene Position bewegt, so daß darin befindliches Fluid aus der unteren Öffnung 26 gedrückt wird.
14C zeigt den Sekundärflügel 98B in der vollständig offenen Position relativ zum Primärflügel 50A. Der Sekundärflügel 98A, der nicht sichtbar ist, befindet sich in der vollständig geschlossenen Position relativ zum Primärflügel 50A, wobei der geschlossene Raum zwischen dem Primärflügel 50A und dem Sekundärflügel 98A in Verbindung mit der unteren vorderen Öffnung 26 des unteren Gehäuses 14 steht.
Wenn sich die Welle 32 weiter dreht, wird, wie in 14D gezeigt, etwas Fluid aus dem oberen Gehäuse 16 durch die Öffnung 16 herausgedrückt, da sich der Sekundärflügel 98B nunmehr relativ zum Flügel 50A in die geschlossene Position bewegt. Fluid wird auch durch die untere Öffnung 26 eingezogen, wenn sich der Sekundärflügel 98A relativ zum Primärflügel 50A in die offene Position bewegt.
14E zeigt die Pumpe 10 nach Drehung der Welle 32 um 180° aus ihrer ursprünglichen Position der 14A. Der Sekundärflügel 98 befindet sich wiederum in der Zwischenposition, wie in der von 14A, und der Prozeß wird wiederholt. Mit dem Steuerhebel 120 in der 90°-Position stehen, wie beschrieben, die Öffnungen 26 des unteren und oberen Gehäuses 14, 16 nur mit den vom Primär- und Sekundärflügel 50, 98 gebildeten Kammern über etwa 50 der Zeit in Verbindung. Dies führt dazu, daß gleiche Volumina des Fluides durch jede der vorderen Öffnungen 26 im oberen und unteren Gehäuse während dieses neutralen Modus eingezogen und abgegeben werden. Die Funktionsweise ist die gleiche in bezug auf den Fluidstrom durch die hinteren Öffnungen 24 im unteren und oberen Gehäuse 14, 16. Der Netto-Fluidstrom durch die Pumpe 10 beträgt daher im wesentlichen 0.
Durch Drehung des Steuerhebels 120 zwischen der 0°- und 180°-Position kann der Fluidstrom genau auf sanfte und kontinuierliche Weise erhöht oder erniedrigt und in jeder Strömungsrichtung geführt werden. Dies ist auf die erhöhte Zeitdauer zurückzuführen, während der die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen mit den Kammern 248, 250, die von den Flügeln 50, 98 gebildet werden, während des Expansions- und Kompressionshubes des Sekundärflügels 98 in Verbindung stehen. Wenn somit beispielsweise der Hebel 120 aus der 90°-Stellung oder neutralen Stellung in die 0°-Stellung der 10A gedreht wird, wird die Zeitdauer, während der die vordere Öffnung 26 des oberen Gehäuses 16 mit der vom Primärflügel 50A und den Sekundärflügeln 98 gebildeten Kammer in Verbindung steht, wenn sich die Sekundärflügel 98 in die geschlossene Position bewegen, verlängert, was dazu führt, daß mehr und mehr Fluid durch diese Öffnung strömt. Wenn, wie vorstehend beschrieben, sich der Hebel in der vollen 0°-Position befindet, steht die Öffnung 26 des oberen Gehäuses 16 in Verbindung mit der durch den Primärflügel 50A und die Sekundärflügel 98 gebildeten Kammer während nahezu des gesamten Kompressionshubes der Sekundärflügel 98 relativ zum Flügel 50A, so daß ein vollständiger Durchfluß erreicht wird, wenn sich die Pumpe 10 in diesem Modus befindet. Entsprechende Ergebnisse in umgekehrter Strömungsrichtung werden erzielt, wenn der Hebel 120 zwischen der 90°- und 180°-Stellung gedreht wird, wie in 12A gezeigt ist.
Die 15 und 16 zeigen die Pumpe 10 bei Verwendung in unterschiedlichen Fluiddurchflußsystemen. Wie in 15 gezeigt, wird die Pumpe 10 von einem geeigneten Motor 254 angetrieben, der die Eingangswelle 32 der Pumpe dreht. Die Pumpe 10 steht mit einem Fluidspeicher oder Gefäß 256 in Verbindung. Hier ist der Hebel 120 in der 0°-Position orientiert. Wenn die Pumpe 10 betätigt wird, wird Fluid aus dem Gefäß 256 zum Speichergefäß 258 gepumpt. 16 zeigt generell das gleiche System, mit der Ausnahme, daß der Hebel 120 um 180° gedreht ist, so daß ein umgekehrter Fluidstrom erreicht wird, während der Motor 254 weiterhin die Eingangswelle 32 in der gleichen Richtung wie in 15 dreht.
Die 17-21 zeigen eine andere Ausführungsform, bei der eine Fluidkapazitätssteuerplatte 260 anstelle des Steuerhebels 120 Verwendung findet. Bei der Steuerplatte 260 handelt es sich um eine ebene, kreisförmige Metallplatte mit einem zentralen Bolzenloch 262 zur Aufnahme eines Bolzens 264 (18). Der Bolzen 264 findet zur Befestigung der Steuerplatte 260 am festen Zapfen 40 der festen Zapfeneinheit 100 mit Hilfe des im festen Zapfen 40 ausgebildeten Gewindebolzenlochs 130 Verwendung. Passstiftlöcher 266 sind in der Platte 260 um das Bolzenloch 262 herum ausgebildet und entsprechen den Passstiftlöchern 134 des festen Zapfens 40 zur Aufnahme der Passstifte 136. Die Passstiftlöcher 266 sind in Umfangsrichtung mit einem Abstand von 90° angeordnet. Die in den Passstiftlöchern 266 angeordneten Passstifte 136 verhindern eine Drehung der Steuerplatte 260 relativ zum Zapfen 40.
Entlang dem Umfang der Platte 260 sind beabstandete Bolzenlöcher 268 ausgebildet. Diese Bolzenlöcher 268 sind so ausgebildet, daß sie die Bolzenlöcher 270 (1 und 2), die im Halsteil 42 des Gehäuses 12 ausgebildet sind, überlagern. Wie in 20 gezeigt, sind die Bolzenlöcher 266 generell entlang vertikalen und horizontalen Linien ausgerichtet, wenn die Platte 260 am Halsabschnitt 42 des Gehäuses 12 montiert ist.
Unter Verwendung der Steuerplatte 260 kann die feste Zapfeneinheit 100 in 90°-Schritten relativ zum Gehäuse 12 in unterschiedliche feste Positionen gedreht werden, indem die Steuerplatte 260 am Gehäuse 12 neu positioniert und mit diesem verbolzt wird.
19 zeigt eine andere Steuerplatte 260'. Diese Steuerplatte 260' entspricht generell der Platte 260 der 17 mit entsprechenden Komponenten, die das gleiche, mit einem versehene Bezugszeichen besitzen. Die Steuerplatte 260' weist die vier Passstiftlöcher 266' auf, die unter etwa 30° gegenüber den vertikalen und horizontalen Positionen ausgerichtet sind, wenn die Platte 260' am Gehäuse 12 montiert ist, wie in 21 gezeigt. Die Platte 260' kann auch umgekehrt werden, so daß die Unterseite nach außen weist. Hierdurch werden die Passstiftlöcher 266 so orientiert, daß sie unter einem Winkel von etwa 60° gegenüber den vertikalen und horizontalen Positionen angeordnet sind. Wie der Fachmann weiß, können viele unterschiedliche Steuerplatten mit unterschiedlichen Passstiftlochkonfigurationen bei der Pumpe 10 vorgesehen sein, um die feste Zapfeneinheit 100 so zu orientieren, daß eine optimale Kompression oder ein optimaler Fluidstrom erzielt wird.
Obwohl nicht dargestellt, können auch andere Einrichtungen zum Drehen der festen Zapfeneinheit 100 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Zapfen 40 mit einer Schnecke und einem Schneckenrad gekoppelt sein, um den festen Zapfen in verschiedene Positionen zu drehen. Diese Anordnung kann wiederum mit einer Steuereinheit in Verbindung stehen, die eine Drehung der festen Zapfeneinheit bewirkt, um den Fluidstrom oder die Kapazität der Pumpe 10 automatisch zu steuern und zu verstellen.
Bei einer anderen Ausführungsform können die Flügel mit Ausnehmungen oder ausgehöhlten Bereichen versehen sein, um das Gewicht des Flügels zu reduzieren, wie in 23A gezeigt. Dies ist besonders wichtig in bezug auf den Sekundärflügel, da dieser Sekundärflügel sowohl gedreht als auch entlang der Primärachse hin- und herbewegt wird. Da der Sekundärflügel zwischen der offenen und geschlossenen Position hin- und herbewegt wird, erfährt er zahlreiche und rasche Änderungen seiner Winkelgeschwindigkeit während des Gebrauchs. Die durch diese Änderungen in der Winkelgeschwindigkeit erzeugten Trägheitskräfte bewirken eine starke Belastung des Flügels. Durch Reduzierung des Gewichtes des Flügels können die Trägheitskräfte verringert werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei Pumpen, die mit hoher Geschwindigkeit und niedrigen Drücken operieren.
Die 22 und 23 zeigen Primär- und Sekundärflügelhälften 271, 272. Diese Primär- und Sekundärflügelhälften 271, 272 entsprechen den Flügelhälften 56, 58, 76 und 78, wobei entsprechende Komponenten mit den gleichen, mit einem versehenen Bezugszeichen ausgestattet sind. Obwohl nur eine der Primär- und Sekundärflügelhälften dargestellt ist, ist die andere passende Flügelhälfte in entsprechender Weise konstruiert.
Wie in 22 gezeigt, ist die Sekundärflügelhälfte 271, die für den hin- und hergehenden Sekundärflügel verwendet wird, mit ausgenommenen oder ausgeschnittenen Bereichen 274, 276 in der Außenfläche der Flügelelemente 82', 84' versehen, um eine Gewichtsreduzierung zu erreichen. Eine zentrale Rippe 278 unterteilt die ausgenommenen Bereiche 274, 276 und sorgt für eine strukturelle Unterstützung zur Verfestigung der Flügelelemente 82', 84'. Die Dicke der Rippe 278 steigt vom inneren Ende bis zum äußeren Ende der Flügelelemente 82', 84' an. Hierdurch wird eine größere Festigkeit in der Nähe der äußeren Erstreckung des Flügelelementes erzeugt, wo diese aufgrund der höheren Geschwindigkeit und der Zentrifugalkräfte, die in der Nähe der Enden der Flügel auftreten, am meisten benötigt wird.
Wie in 22 gezeigt, ist die Primärflügelhälfte 272 so konstruiert, daß sie der Konfiguration der Sekundärflügelhälfte 271 entspricht. Die Primärflügelelemente 62', 64' besitzen jeweils vorstehende Elemente 280, 282, die so geformt sind, daß sie von den Ausnehmungen 274, 276 der Sekundärflügel auf enge Weise aufgenommen werden. Ein zwischen den Elementen 280, 282 ausgebildeter Kanal 284 nimmt die Rippe 278 auf.
Die Pumpe 10 kann als Kompressor zum Komprimieren von komprimierbaren Fluiden Verwendung finden. Bei einer Verwendung in diesem Modus kann ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) mit den Auslaßöffnungen gekoppelt sein, oder die Auslassöffnungen können mit Ventilen (nicht gezeigt) versehen sein, die so gesteuert sind, daß sie während eines vorgegebenen Punktes im Kompressionshub der Flügel öffnen, so daß die gewünschte Kompression erreicht wird. Es kann auch möglich sein, eine Vorkompression in der Pumpe 10 selbst vorzusehen, indem die Ver bindung der Kammern zwischen den Flügeln während des Kompressionshubes verzögert wird. Dies kann erreicht werden, indem der Primärflügel oder die Auslaßöffnungen selbst so ausgebildet sind, daß die Verbindung mit der durch die Flügel gebildeten Kompressionskammer während des Kompressionshubes verzögert wird. Durch Drehen der festen Zapfeneinheit in unterschiedliche Positionen können auch die Kompression und der Fluidstrom verstellt werden, wie vorstehend beschrieben.
Die Pumpe 10 kann auch dazu verwendet werden, inkompressible oder hydraulische Fluide zu pumpen. Wenn die Pumpe 10 fluiddicht ausgebildet ist, so daß es im wesentlichen kein Austreten von Fluid über die Flügel gibt, sollte das Timing so eingestellt sein, daß sich die Auslassöffnungen während des gesamten Kompressionshubes mit der Kompressionskammer in Verbindung befinden, d.h., wenn sich der Steuerhebel in einem der Modi mit vollem Durchfluß, d.h. der vollen 0°- oder 180°-Stellung, befindet, wie vorstehend beschrieben. Sonst kann die Möglichkeit einer Fluidblockierung auftreten, wenn die Flügel auf das Fluid einwirken. Es kann auch möglich sein, die Pumpe so auszubilden, daß während des Betriebes ein gewisses Gleiten des Fluidstromes über die Flügel auftritt, um eine derartige hydraulische Fluidblockade zu vermeiden. In solchen Fällen kann die Verbindung der Auslaßöffungen mit den Kompressionskammern in einem gewissen Ausmaß verzögert werden, ohne daß eine Fluidblockade auftritt.
Die Vorrichtung 10 kann auch als Motor funktionieren, wobei unter Druck stehende Fluide in die Vorrichtung eingeführt und dann abgegeben werden. Die Funktionsweise ist daher umgekehrt, so daß die in die Pumpe eingeführten expandierenden oder unter Druck stehenden Fluide auf die Flügel einwirken, um auf diese Weise die Welle 32 zu drehen.
Die Fluidvorrichtung der Erfindung besitzt diverse Vorteile. Die Pumpe selbst ist sehr effizient, wobei im wesentlichen das Doppelte des freien Volumens des Pumpeninnenraumes bei jeder Umdrehung der Eingangswelle gepumpt wird, wenn im Modus mit vollem Durchfluß gearbeitet wird. Die Vorrichtung muß nicht geprimed werden, wie dies bei vielen Vorrichtungen des Standes der Technik der Fall ist. Sie kann für viele unterschiedliche Anwendungsfälle und mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Fluiden, sowohl kompressiblen als auch nicht kompressiblen Fluiden, eingesetzt werden. Sie kann auch als Vakuumpumpe verwendet werden. Ferner kann sie sogar als Motor eingesetzt werden.
Bei sphärischen Pumpen des Standes der Technik mussten die Flügeleinheiten während der Herstellung richtig positioniert und orientiert werden, um das richtige Timing des Ansaugens und Ausstoßens und eine korrekte Funktionsweise der Pumpe sicherzustellen. Dieses Timing konnte nach der Montage der Pumpe nicht mehr variiert werden. Des weiteren konnte der Fluidstrom nicht anders verändert werden als durch Variation der Geschwindigkeit, mit der die Antriebswelle gedreht wurde. Demgegen über ermöglicht die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine einfache Steuerung des Timings oder der Pumpenkapazität mit einem größeren Grad an Genauigkeit durch Verstellen oder Drehen der Orientierung der festen Zapfeneinheit und ohne Verstellen oder Variieren der Drehung der Betriebswelle oder Eingangswelle. Des weiteren kann das Timing nach der Herstellung der Pumpe und nach der vollständigen Montage derselben in einfacher Weise hergestellt werden. Die Richtung des Fluidstromes kann sogar während des Betriebes umgekehrt werden, ohne die Drehrichtung der Eingangswelle zu verändern. Sowohl der Hebel 120 als auch die Steuerplatte 260 bilden einfache Einrichtungen zum Orientieren der festen Zapfeneinheit und zum Einstellen und Sicherstellen des richtigen Timings in bezug auf Ansaugen und Ausstoßen. Obwohl dargestellt ist, daß die Ringeinheit in der Mitte des Gehäuseinnenraumes angeordnet ist, um den hin- und hergehenden Sekundärflügel zu führen, wenn sich der Sekundärflügel um die Ringeinheit dreht, kann auch eine Ringeinheit verwendet werden, die außerhalb zum Sekundärflügel angeordnet ist, und zwar mit einem Trägerring, der an verschiedenen Stellen außerhalb des Sekundärflügels anordbar ist.
Die Pumpe besitzt andere vorteilhafte Merkmale, beispielsweise die Rippen des äußeren Gehäuses, die das Gewicht reduzieren und für eine vergrößerte Oberfläche für die Wärmeübertragung sorgen. Die ausgehöhlten oder ausgenommenen Sekundärflügel, wodurch das Flügelgewicht reduziert wird, tragen ebenfalls zu einer sanften und wirksamen Funktionsweise der Vorrichtung bei.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen erläutert. Es versteht sich, daß die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft und in keiner Weise beschränkend sind und daß ein großer Bereich von Variationen vorgeschlagen wird, die innerhalb des Umfangs der Patentansprüche liegen.

Claims

Fluidmaschine mit einem Gehäuse (12), das einen generell kugelförmigen Innenraum bildet und mindestens einen Fluideinlass (24, 26) und mindestens einen Fluidauslass (24, 26) aufweist, die mit dem Innenraum des Gehäuses in Verbindung stehen; einem Primärflügel (52), der im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist; einer Welle (32) mit einer primären Drehachse (33), die am Gehäuse montiert ist, wobei der Primärflügel (52) so mit der Welle verbunden ist, dass er von der Welle um die primäre Drehachse gedreht wird; einem festen Zapfen (40), der sich in das Innere des Gehäuses gegenüber der Welle (32) erstreckt, wobei die Achse des festen Zapfens relativ zur Welle fest ist und der feste Zapfen einen kugelförmigen Endabschnitt (102) aufweist, um den sich der Primärflügel dreht; einem Trägerring (116), der drehbar auf dem kugelförmigen Endabschnitt (102) des festen Zapfens gelagert ist, wobei die Drehachse des Trägerringes relativ zur primären Drehachse (33) unter einem schiefen Winkel orientiert ist; und einem Sekundärflügel (54), der um eine Achse senkrecht zur primären Drehachse (33) schwenkbar montiert ist, so dass der Sekundärflügel zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position relativ zum Primärflügel (52) verschwenkt werden kann, wenn der Primärflügel und Sekundärflügel von der Welle (32) um die primäre Drehachse (33) gedreht werden, wobei der Primärflügel und Sekundärflügel den Innenraum des Gehäuses in Kammern unterteilen und das Volumen der Kammern variiert, wenn der Sekundärflügel zwischen einer offenen und geschlossenen Position bewegt wird, wobei ferner der Sekundärflügel mit dem Trägerring (116) so schwenkbar verbunden ist, dass der Sekundärflügel (54) um eine Achse senkrecht zur Drehachse des Trägerringes verschwenkt werden kann, und wobei die Drehung des Trägerringes (116) bewirkt, dass sich der Sekundärflügel zwischen der offenen und geschlossenen Position hin- und herbewegt, wenn der Sekundärflügel von der Welle um die primäre Drehachse gedreht wird; dadurch gekennzeichnet, dass der feste Zapfen (40) so verstellbar am Gehäuse montiert ist, dass er in ver schiedene feste Positionen gedreht werden kann, und dass die Maschine eine Betätigungseinheit (120, 260) aufweist, die den festen Zapfen (40) in verschiedene feste Positionen dreht, um den Grad der Verbindung der Fluideinlass- und Fluidauslassöffnungen (24, 26) mit den mit den Kammern zu verändern und auf diese Weise die Menge oder Richtung des Fluidstromes der Fluidmaschine zu steuern und zu verstellen.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei der die Betätigungseinheit (120) eine Steuereinheit ist, die ein Schneckenrad und eine mit dem festen Zapfen (40) verbundene Schnecke steuert, um den festen Zapfen zu drehen und auf diese Weise die Menge oder Richtung des Fluidstromes der Fluidmaschine zu verstellen.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei der die Betätigungseinheit ein am festen Zapfen (40) befestigter Steuerhebel (120) ist.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei der die Betätigungseinheit eine Fluidkapazitätssteuerplatte (260) ist, die am festen Zapfen (40) befestigt ist.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei der der Primärflügel (52) in der Form von zwei Hälften (56, 58) ausgebildet und verbunden ist, wobei jede Hälfte eine Innenfläche (59) aufweist, die in abgedichteter Weise gegen die Innenfläche der anderen Hälfte stößt, und wobei die Hälften an gegenüberliegenden Enden miteinander verbunden sind, um eine zentrale Öffnung zu bilden.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei der der Sekundärflügel (54) in der Form von zwei Hälften (76, 78) ausgebildet und verbunden ist, wobei jede Hälfte eine Innenfläche (80) aufweist, die in abgedichteter Weise gegen die Innenfläche der anderen Hälfte stößt, und wobei die Hälften an gegenüberliegenden Enden verbunden sind, um eine zentrale Öffnung zu bilden.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei der das Äußere des Gehäuses mit einer Vielzahl von nach außen vorstehenden Rippen (48) versehen ist.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei der mindestens ein wesentlicher Abschnitt des Sekundärflügels (54) hohl ist.
Verfahren zum Regulieren des Fluidstromes in einer Fluidmaschine mit den folgenden Schritten: Vorsehen eines Gehäuses (12) der Fluidmaschine mit einem kugelförmigen hohlen Innenraum und einer ersten und zweiten Fluidöffnung (24, 26), die im Abstand voneinander angeordnet sind, um für eine Fluidverbindung zwischen dem Äußeren und Inneren des Gehäuses zu sorgen, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Öffnungen mit einer Fluidquelle in Verbindung steht; Vorsehen eines Primärflügels (52), der im Gehäuse angeordnet und um eine primäre Achse (33) drehbar ist; Vorsehen eines festen Zapfens (40), der sich in den Innenraum des Gehäuses erstreckt und dessen Achse relativ zur Welle fest ist, wobei der feste Zapfen einen kugelförmigen Endabschnitt (102) aufweist, der im Innenraum angeordnet ist, um den sich der Primärflügel dreht; Vorsehen eines Trägerringes (116), der drehbar am kugelförmigen Endabschnitt (102) des festen Zapfens montiert ist und sich um eine Trägerringachse dreht, die relativ zur Primärachse (33) unter einem schiefen Winkel orientiert ist; Vorsehen eines Sekundärflügels (54), der so schwenkbar am Primärflügel (52) montiert ist, dass der Sekundärflügel um eine Achse senkrecht zur Primärachse (33) verschwenken kann, um ein Verschwenken des Sekundärflügels zwischen einer offenen und geschlossenen Position relativ zum Primärflügel zu ermöglichen, wenn sich der Primärflügel und Sekundärflügel zusammen um die Primärachse drehen, wobei der Primär- und Sekundärflügel (52, 54) das Innere des Gehäuses in Kammern unterteilen und der Sekundärflügel (54) so schwenkbar mit dem Trägerring (116) verbunden ist, dass der Sekundärflügel um eine Achse senkrecht zur Trägerringachse schwenkt; Drehen des Primär- und Sekundärflügels (52, 45) um die Primärachse (33), während sich der feste Zapfen (40) in einer ersten festen Position befindet, wobei die Drehung des Sekundärflügels um die Primärachse bewirkt, dass sich der Trägerring (116) um die Trägerringachse dreht und somit bewirkt, dass sich der Sekundärflügel zwischen einer offenen und geschlossenen Position hin- und herbewegt, wenn der Primär- und Sekundärflügel um die Primärachse gedreht werden, und wobei der Primär- und Sekundärflügel eine Einlasskammer bilden, wenn sich der Sekundärflügel in die offene Position bewegt, so dass Fluid in die Einlasskammer durch die erste Öffnung eindringt, während die erste Öffnung in Verbindung mit der Einlasskammer steht, und wobei der Primär- und Sekundärflügel (52, 54) eine Auslasskammer bilden, wenn der Sekundärflügel in die geschlossene Position bewegt wird, so dass Fluid die Auslasskammer durch die zweite Öffnung verlässt, während sich die zweite Öffnung in Verbindung mit der Auslasskammer befindet; dadurch gekennzeichnet, dass der feste Zapfen (40) so verstellbar am Gehäuse montiert wird, dass er in verschiedenen festen Positionen orientiert werden kann, und dass mit Hilfe einer Betätigungseinheit (120, 260) der feste Zapfen (40) so in eine zweite Position gesteuert wird, dass der Grad der Verbindung der ersten und zweiten Öffnung (24, 26) mit der Einlass- und Auslasskammer, der vom Primär- und Sekundärflügel definiert wird, wenn sich der Primär- und Sekundärflügel um die Primärachse drehen, verändert wird, um den Fluidstrom durch die Maschine zu variieren.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Betätigungseinheit ein Steuerhebel (120) ist, der am festen Zapfen fixiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Betätigungseinheit eine Fluidkapazitätssteuerplatte (260) ist, die am festen Zapfen fixiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Betätigungseinheit eine Steuereinheit ist, die ein Schneckenrad und eine mit dem festen Zapfen verbunden Schnecke steuert, um den festen Zapfen zu drehen und auf diese Weise die Menge oder Richtung des Fluidstromes der Fluidmaschine zu verstellen.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, die eine Laufringeinheit (100) aufweist, um ein Hin- und Herschwingen des Sekundärflügels (54) der Fluidmaschine zu bewirken, während er sich um die Primärachse (33) in einem Gehäuse der Fluidmaschine dreht, wobei die Laufringeinheit umfasst: einen Trägerringzapfen (104), der im Gehäuse der Fluidmaschine montiert ist; wobei der Trägerring (116) zum Verbinden mit dem Sekundärflügel dient, und eine Endkappe (108) mit einer Ausnehmung (110) zur Aufnahme des vorstehenden Ansatzes (106) des Trägerringzapfens, der daran über mindestens zwei entfernbare Befestigungselemente (112) befestigt ist, welche in Bezug auf die zweite Achse exzentrisch angeordnet sind.