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Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende Maschinen,
Pumpen, Verdichter, Meßvorrichtungen und ähnliche Einrichtungen jener Bauart; bei
denen ein mit Einlaß und Auslaß versehener Zylinderraum durch eine ortsfeste, sichelförmige
Zwischenwand sowie durch Drehkolben und durch ein drehbares, den Einlaß und Auslaß
trennendes und zum Kolbenläufer ,außermittig angeordnetes Dichtungsglied in veränderliche
Arbeitskammern unterteilt wird.
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Maschinen dieser Bauart sind schon in verschiedenen Ausführungsformen
vorgeschlagen worden. Sie besitzen .aber, soweit das drehbare Dichtungsglied die
Achse des Kolbenläufers nicht überschneidet, den Nachteil, :daß sich die Berührungsflächen
von Läufer und Dichtungsglied nicht stets im gleichen Sinn drehen und hierdurch
eine :erhebliche Abnutzung der Maschinenteile durch Reibung verursacht wird.
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Andere bekannte Ausführungen sind so eingerichtet, d.aß das Dichtungsglied
von den in "Taschen desselben eingreifenden Kolben gedreht wird. Auch hierbei ergeben
sich unerwünschte Kraftverluste und eine schnelle Abnutzung der Getriebeteile.
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Bei denjenigen bekannten Drehkolbe nmaschinen, bei welchen die Zahl
der im Dich; tungsglied vorgesehenen Taschen nicht mit der Zahl der Kolben übereinstimmt;
wird eine synchrone Bewegung von Kolbenläufer und drehbarem Dichtungsglied unmöglich
gemacht, so daß im Antrieb besondere Über. setzungen :erforderlich sind.
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Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber eine Drehkolbenmaschine
zum Gegienstand, die von den geschilderten Mängeln. frei ist. Sie geht von derjenigen
Bauart ,aus, bei welcher das Dichtungsglied die Achse des Kolbenläufers überschneidet,
und ist dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Dichtungsglied, in an sich bekannter
Weise synchron zum Läufer umlaeifend, mit dem Läufer durch -zwischen beiden Teilen
angeordnete, un.te r dem Einfluß ihrer Außermittigkeit bewegliche Kupplungsteile
verbunden ist, so daß sich die Drehkolben frei. durch die Taschen des Dichtungsgliedes
bewegen.
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Die in der erfindungsgemäßen Weise giebauten Maschinen zeichnen sich
einerseits durch einen, ruhigen, weitgehend reibungsfreien Gang aus. Durch die Verhütung
unnötiger Beanspruchungen der Getriebeteile durch Reibung, Druck auf die Läuferachs-.
u. dgl. wird die Gefahr des Durchleckens verhütet -und hierdurch eine lange Lebensdauer
bei zuverlässigem Betrieb gewährleistet. Der Aufbau der Maschine ist :einfach und
geschlossen, da sämtliche Teile, auch die Kupplungsglieder zwischen Läufer und Dichtungsglied,
innerhalb des Maschinengehäuses untergebracht werden können. Zugleich ergibt sich
eine einfache Lagerung des Dichtungsgliedes
und die Möglichkeit,
d:ii dasselbe :tragenden Gehäusedeckel jederzeit unbehindert von ineinandergreifendcn
Teilen, wie z. B. Zahnrädern, leicht abnehmen zu können.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der-Erfindung können, soweit die
Verbindung zwischen Dichtungsglied und Läufer nicht durch neben beiden Teilen angeordnete
Kupplungrsglieder erfolgt, zur Kupplung zwischen Dichtungsglied und Läufer am Dichtungsglied
ein oder mehrere drehbar gelagerte Kurbelzapfen dienen, von denen jeder in eine
Vertiefung oder Einkerbung im Kolbenläufer greift. Man könnte auch auf dem Dichtungsglied
Zapfen anordnen, die in einen Schlitz oder ein geschlitztes Teil des umlaufenden
Kolbenläufers greifen oder umgekehrt, wobei die Länge d--s Schlitzes mindestens
dem zweifachen Maß der Außermittigkeit zwischen Dichtungsglied und Läufer -entspricht.
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Anderseits wäre es auch möglich, zwiscben Dichtungsglied und Läufer
eine allseitig gelenkige Verbindung, z. B. einen Gelenkarm, vorzusehen.
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Zweckmäßig wird die erfindungsgemäße Maschine so aufgebaut, daß ein
offenes zylindrisches Gehäuse und ein daran angeschlossenes Fußteil mit einem Lager
versehen sind, das die Läuferwelle trägt, während ein geflanschter Abschlußdeckel
. für das Gehäuse einen Lagerzapfen für. das Dichtungsglied aufweist.
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In der beiliegenden Zeichniuig sind umlaufende Maschinen oder Pumpen
gemäß der Erfindung. veranschaulicht.
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Fig. z bis q. zeigen die Ausführungsform einer Pumpe mit drei Kolben,
wobei Fi:g. i einen Längsschnitt nach Linie I-I der Fig.2. Fig.2 einen Querschnitt
nach Linie II-II der Fig. i; -Fig. 3 eine Ansicht der abgenommenen geflanschten
Deckplatte und Fig. :1 eine Einzelansicht d--s drehbaren Dichtungsgliedes. darstellt.
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Fig. 5 zeigt im Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Pumpe, die mit einem Zweikolbenläufer versehen ist und bei welcher ' die synchrone
Drehung zwischen Dichtungsstück und Drehkolben durch .einen Gelenkarm bewerkstelligt
wird.
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Die Fig. 6 bis -1:2 veranschaulichen .ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Pumpe oder Drehkolb-enmaschüie, bei welcher düe synchrone Drehung von. Dichtungsstück
und Läufer mittels einer einzigen Kurbelzapfenverbindung erzielt wird. Fig. 6 gibt
einen Längsschnitt; - Fig. 7 eine Ansicht der abgenommenen Deckplatte und Fig. S
eine Vorderansicht des Gehäuses wieder. Die Fig. 9 und. io sind' Seiten- bzw. Vorderansichten
cl-es die- Kolben tragenden Läufers, während :die Fig. i i -und 1 2 entsprechende
Ansichten des drehbaren Dichtungsstückes darstellen.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche ;oder äquivalente Teile.
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"@"Iii den Fig. i bis :1 ist das Pumpengehäus: niit i bezeichnet und
aus einem Stück mit einem Fußsock^l 2 und einem Lager 3 für eine Pumpenwell° 4 hergestellt.
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Eine Läuferscheibe 5 besteht aus einem Stück mit der Welle 4. und
trägt, von ihrer Vorderseite abstehend, drei Kolben 6, ,.- und 8, die, jeweils um
i20"- -Zueinander versetzt, mittig zur Drehachse d-cs Läufers 5 -liegen.
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g bezeichnet eine Stopfbüchse, die, je nach dem Arbeitsmittel, das
durch die Pumpe gefördert wird, von jeder geeigneten Form sein kann; sie ist am
äußeren Ende des Lagers 3 angebracht.
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Mit io ist eine g.-flanschte Abdeckplatte bezeichnet, die am Gehäuse
i mittels Kopfschrauben i i oder Schraubenbolzen und Muttern befestigt ist und auf
welcher die Einlaß-und Auslaßöffnungen 12 , 13 angeordn°t sind. Der Dreh sinn des
Läufers 5 ist, wie sich aus dem Pfeil in Fig. 2 ergibt, im@ Sinne des Uhrzeigers
gewählt, obwohl die Pumpe naturgemäß auch umkehrbar ist.
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Die Abdeckpl.atte io besitzt eine glocken-oder becherförmige Ges"alt
und hat eire inner :° kreiszylindrische Mantelfläche 14, an der die Kolben während
der Pumpenarbeit entlang laufen. Von der Abdeckplatte ragt in enger Berührung mit
der vorderen Stirnfläche des Läufers 5 .ein halbmond- od-:r teilringförmiges Wandstück
15 ab, dessen äußere Mantelfläche 16 mittig zum Zylindermantel 14
und damit zur Drehachse des Läufers 5 ist, wobei die einander gegenüberliegenden
Teile des Mantels 1q. und des Mantels 16 den eigentlichen Arbeitsraum i9 bestimmen,
dicivährend der Pumpenarbeit nacheinander von den Kolben 6, 7 und 8 durchlaufen
wird.
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2o bezeichnet ein umlaufendes Dichtungsglied, das drehbar innerhalb
des getlanschten Deckels io auf einem außermittigen Lagerzapfen 21 gelagert ist,
welcher an der Stirnwand 18 des Deckels io sitzt, wobei das halbmondförmige Wandstück
15 eine innere Mantelfläche 17 aufweist, die zii dem umlaufenden Dichtungsstück
2o mittig ist, wie Fig. 2 zeigt.
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Das umlaufende Dichtungsstück 20 liesitZt eine große mittlere kreisförmige
Bohrung 22, die eine passende Lagerfläche auf dem Zapfen 21 ergibt, und an ihrem
Umfang Taschen 23, 2¢ und 25 zur Aufnahme der Kolben 6, 7 und 8 während ihrer Umlaufbewegung;
die verbleibenden Umfangsteile 26, 27 und 28 des Stückes 20 sind Kreisbog2nstücke,
welche mit der inneren Mantelfläche 17 der Zwischenwand 15 und mit
dem Abschnitt 2g der Mantellhiche
14. zwischen Einlaß-r2 und Auslaß
13 in gleitender Berührung stehen, so daß die beiden letzteren voneinander getrennt
werden.
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Eine synchrone Umdrehung des Dichtungsgliedes 2o mit dem Läufer 5
wird bei diesem Ausführungsbeispiel mittels dreier Scheiben ,;o erzielt, die auf
der einen Seite axiale Lagerzapfen 3 r aufweisen, die in Bohrungen 32 des umlaufend°ii
Dichtungsgliedes 2o gelagert sind (Fig. 4): von dcii ciitgcgeiigeSetzten Stirnflächen
der Scheiben ragen Kurbelzapfen 33 ab, welche in Treiblager 3.1 des Läufers 5 gelagert
sind.
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Der Hub t'Ausschlag) der Kurbelzapfen 33 entspricht dem Grad der Außermittigkeit
zwischen den Drehachsen des Läufers 5 und des Dichtungsg licdes 2o, so daß das Dichtungsstück
2o, wenn. der Läufer durch die Welle .l angetrieben wird, sich synchron dazu bewegt,
wobei der Außermittigkeit durch die Kurbelzapfen 33 Rechnung getragen wird, die
mit ihren Scheiben 30 um die Achsen der Lager 31 kreisen.
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Der Arbeitsraum i9, der zwischen der Außenwand 16 der halbmondförmigeli
Zwischenwand 15 und der kreiszylindrischen Mantelfläche 1.1 des Deckels io gebildet
wird, erstreckt sich hier auf den halben Umfang des Läufers 5 ; folglich ist jeder
Kolben während einer halben Umdrehung wirksam, so daß bei drei Kolben, #,vie im
Zeichnungsbeispiel, die Förderung gleichmäßig ist und das Arbeitsmittel durch die
Kammer zum Auslas der Pumpe nach einander durch die Kol-1>crl 8, 7 und 6 gefördert
wird. In der aus der Zeichnung (Fig. 2) sich ergebenden Pumpenstellung verläßt der
Kolben 8 eben den Arbeitsraum, nachdem er seinen Arbeitshub beendet hat, während
der Kolben 7 soeben in die Kammer 19 zu Beginn seines Arbeitshubes eingetreten ist.
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Beim Verlassen der Zylinderkammer treten die Kolben in ihre zugehörigen
Taschen im Dichtungsglied 20. In Fig. 2 befindet sich der Kolben 6 während der Rückkehr
zur Saugseite der Pumpe in seiner Tasche 23. Wie zu ersehen ist, ist dis Ausdehnung
jeder Tasche erheblich g:ringer als die Ausdehnung des zwischen Einlas und Auslas
liegenden Mantelabschnittes 29, so das eine wirksame Abdichtung durch den kreisbogenförmigen
Teil 26, 27 oder 28 des Dichtungsgliedes gesichert ist, der sich jeweils in gleitender
Berührung mit der Wand 29 befindet.
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Wie sich aus Fig. 3 deutlich ergibt, ist der Wandabschnitt 29 zwischen
den Pumpcnöiinungen mittig zum Zapfen 21, der die Drehachse des 2o darstellt; der
Wandabschnitt unterbricht also die Manie] lläche 14., w;lchc mittig zum Läufer 5
liegt; dieses leichte Überschneiden Zwischen Dichtungsglied und Läufer ist notwendig,
-um die Umfangsabdichtung sicherstellen zu können.
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118 ist eine einstellbare oder auswechselbare Scheibe, die auf dem
Zapfen 21 der Wand 18 des Deckels 1o anliegend sitzt. Zwischen der In ,nelifläch
e dieser Scheibe und der Innenfläche des Läufers 5 dreht sich das Dichtungsstück
2o, welches hierdurch als Abschluß zwischen Einlaß- und Auslaßseite der Pumpe entlang
diesen Flächen dient.
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Durch die Anordnung der auswechselbaren Scheibe 118 wird es möglich,
Abnutzungen ohne Schwierigkeiten dadurch auszugleichen, daß man die Abdeckplatte
io durch Entfernen der Schraubenbolzen 1 r abnimmt, das Dichtungsstück 2o vom Zapfen
21 abnimmt und die Scheibe 118 durch eine solche von etwas größerer Dicke ersetzt.
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Die Scheibe 118 kann frei drehbar gelagert oder durch Eingriff mit
dem Deckelflansch gegen Drehung ,abgeriegelt sein, welcher den Lagerteil des Zapfens
21 von seiner mit Gewinde vers.--henen Verlängerung 121 trennt, die eine den Lagerzapfen
in seiner Stellung am Deckel 1o sichernde Schraubenmutter trägt. Falls erwünscht,
kann die Scheibe 118 auch einstellbar .ausgebildet sein, um Abnutzungen der Maschinenteile
weiter leicht ausgleichen zu können.
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Während der Arbeit der Purnpe ist der Läufer 5 axialem Druck durch
das unter Druck stehende Arbeitsmittel ausgesetzt; zum Ausgleich dieses Druckes
kann ein ringförmiger Raum 1 o r, der im Gehäuse i hinter dem Läufer 5 vorgesehen
ist, mit der Druckseite der Pumpe verbunden werden, so das auch die Rückseite des
Läufers dem Förderdruck unterworfen ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wird das Dichtungsglied mittels
eines Gelenkarmes 35 von der Pumpenwelle q. angetrieben. Der Läufer trägt bei dieser
Bauart zwei einander gegenüberliegende Kolben 36 und 37. Der von der Abdeckplatte
io getragene Lagerzapfen 38, xuf welchem sich das Dichtungsglied q.1 dreht, hat
hier die Gestalt eines Ringes, der in das Pumpengehäuse 1 außermittig zur Pumpenwelle
4. hineinragt und in seiner Lage auf der Platte 1 o durch eine Endplatte 39 und
Schraubenbolzen 40 festgehalten wird.
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Werden zwei Kolben benutzt, wie im Beispiel der Fig.5, so wird das
Dichtungsglied an Stelle der drei Taschen 23, 2:1 und 25, die für die Dreikolbenbauart
nach Fig. 1 und 2 vorgesehen sind, mit zwei sich gegenüberliegenden Taschen zur
Aufnahme der Kolben 36 und 37 versehen. Vom Arm35 wird die Drehung zu dem mit 41
bezeichneten Dichtungsglied übertragen, und zwar über eine Büchse
42,
die im Ring 38 gelagert ist und an ihrem dem Läufer zugewandten Ende einen sich
nach außen erstreckenden Flansch 43 besitzt, mit welchem das Dichtungsglied 41 zwecks
Drehung durch Klauen, Nieten oder inirgendeiner anderen geeigneten Weise verbunden
ist.
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Bei dieser Art des Antriebs steht das DichtLuigsglied nicht in Berührung
mit der Läuferstirnfläche, - vielmehr li^gt statt dessen die flache, ringförmige
Fläche 44 des Flansches 43, der mittig mit dem Dichtungsglied 41 ist und mit ihm
umläuft, in enger Berührung an der Läuferfläche an. Auf diese Weise werden die Einlaß-
und Auslaßöffnungen voneinander über die Läuferfläche voneinander getrennt. Der
Flansch 43 besitzt Taschen, die mit jenen im Dichtungsglied zur Aufnahme der Kolben
36 und 37 zus,aminenfallen.
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Um die Zerlegung und Wiedervereinigung der verschiedenen Pumpenteile
nach Bedarf zu erleichtern, ist das an einem quer zur Bohrung der Büchse 42 laufenden
Zapfen 46 #Aigreifende Kugelende 45 des Gelenkarmes 35 gabelförmig gestaltet, wodurch
beim Entfernen der Schraubenbo1z.en i i, durch welche die Abdeckplatte io am Hauptkörper
i der Pumpe befestigt ist, die das drehbare Dichtungsglied 41 tragende Abdeckplatte
abgezogen werden kann.
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Ein Vorteil dieser Bauart liegt in dem ausnahmsweise langen und mit
großem Durchmesser ausgestatteten Lager 38 für das umlaufende Dichtungsglied 41,
wodurch die Pumpe erhöhte Dauerhaftigkeit erhält.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig.6 bis
12 veranschaulicht; auch hier sind zwei einazider gegenüberliegende Kolben auf-dem
Läufer angeordnet. Synchrone Drehung zwischen Dichtungsglied und Läufer wird bei
diesem Ausführungsbei,-spiel mittels eines an dem Dichtungsglied 2o angeordneten
Kurbelzapfens 5o erzielt, der an einem in einer radial angeordneten, im Läuferkörper
56 ausgebildeten Führung gleitenden Block 5 i angreift.
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Wie bei dem .erstbeschriebenen Beispiel ist das umlaufende Dichtungsstück
2o auf einem durch die Abd eckplatte io getragenen Zapfen 21 gelagert, wobei wieder
.eine auswechselbare Scheibe 118 zum Ausgleich -von Abnutzungen vorgesehen ist.
Doch münden bei diesem Beispiel, wie aus Fig.7 zu ersehen, die Einlaß-und Auslaßöffnungen
12 und 13 horizontal von der Abdeckplatte io aus in axialer Ausrichtung .zueinander.
Diese Anordnung der Öffnungen ist für manche Zwecke erwünscht.
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Die Kolben sind mit 52 und 53 bezeichnet und sind, wie in Fig. io
gezeigt, anstatt symmetrische oder Segmentform zu besitzen, so gestaltet, daß eine
wirksame Kolbenfläche mit den Wänden der Arbeitskammer i9 gegeben ist, während die
zugehörigen Taschen 54 und 55 im Dichtungsglied (Fig. i2) soweit als möglich verkleinert
sind, so daß .eine möglichst große Kreiszylinderfläche auf demDichtungsstück 2o
für die Zusammenarbeit mit der inneren Mantelfläche des halbmondförmigen Teiles
15 und mit der Wand 29 zur Abdichtung der Sang- und Lieferseite der Pumpe übrigbleibt.
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Ein einfacher Kurbelzapfcil5o des Dichtungsgliedes 2o in Eingriff
mit einem Block 51, der zu diesem Zweck in einer radial verlaufenden Führung 56
im Läufer 5 geführt ist. reicht aus, um eine gleichförmige Drehung der beiden Teile
zu gewährleisten. Um aber die Stöße zu vermindern, die sich aus dem Grad der Außenmittigkeit
zwischen Läufer und Dichtungsstück 2o ergeben, 'und um hierdurch die Wirksamkeit
der Übertragung zu erhöhen, kann der Block 51 als Kolben und die Führung 56 als
Zylinder ausgebildet werden, wobei öffnungen 57 und 58 in der Rück--wand des Läufers
vorgesehen sind, die mit halbringförmigen Kanälen 59 und 6o in der Wand des Gehäuses
i zusammenarbeiten, wie sich dies deutlich .aus Fig. 8 ergibt.
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Zusätzliche öffnungen 61 und 62 sind in dem Läuferkörper vorgesehen,
die mit hall)-ringförmigen Kanälen 63 und 64 in der Abdeckplatte i o in Verbindung
stehen, wobei der Kanal 63 durch eine öffnung 65 in Verbindung mit dem Auslaß 13
steht- und der Kanal 64 durch eine öffnung 66 mit dem Einlaß 12. Die Anordnung ist
derart, daß, wenn der Kurbelzapfen 5o den Block 51 nach innen zu bewegen sucht,
Flüssigkeit unter Druck von der Auslaßseite der Pumpe in den Zylinder 56 durch die
Öffnung 57 tritt und so den Block 51 nach innen treibt. Auch die rückwärtige Auswärtsbewegung
des Blocks 51 während jeder Umdrehung iidrd durch die unter Druck stehende Flüssigkeit
unterstützt, welche durch die Öffnung 58 in den Zylinder 56 tritt und den Block
51 nach außen zwingt.
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Wenn in der Beschreibung erwähnt ist, daß bestimmte Flächen in gleitender
Berührung miteinander stehen, so werden die Teile praktisch so ausgeführt, daß zwischen
den betreffenden Flächen ein Arbeitsspiel besteht, und daß die Pumpe aus Gußteilen
oder aus Metallpreßteilen hergestellt werden kann.
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Durch die Ausschaltung von Futterdichtungen wird Reibungsberührung
zwischen den arbeitenden Teilen der Maschine vermieden und entbehrlich, so daß das
geräuschlose Arbeiten und die Dauerhaftigkeit verbessert werden. Ist es erwünscht,
die Wirksamkeit der Dichtungen zwischen einander anliegenden Flächen zu erhöhen,
so können einige dieser Flächen, vorzugsweise die umlaufenden, mit Riefen, Rillen
o. dgl. versehen werden, um
hierdurch eine Labyrinthdichtung zu
erzielen.
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Ferner können die Pumpen auch mit nur einem Kolben hergestellt werden,
obwohl die Ausführungen mit zwei oder drei Kolben, wie sie oben beschrieben wurden,
zu 'bevorzuge n sind, da bei ihnen eine gleichförmig fortlaufende Förderung erreicht
wird. Das drehbare Dichtungsglied kann doppelt angeordnet sein, derart, d.aß eines
auf jeder Seite :eines mittleren Läufers vorgesehen wird, der auf jeder Seite von
ihm abstehende Kolben trägt. Eine Pumpe mit veränderlicher Leistung kann dadurch
geschaffen werden, daß die Kolben 6, ; und 8 oder 36, 37 an einem Kranz befestigt
sind, der sich zwar mit dem Läufer 5 dreht, aber axial zu ihm beweglich ist, Zwobei
ein zur Kolbenkammer i 9 bewegliches Kopfstück mit dem Kolbenkranz zusammenarbeitet,
um, beispielsweise mittels .eines die jeweils eingestellte Lage des Zylinderkopfes
und Kranzes sichernden .Schraubenbolzens, die Zylinderstellung nach Wunsch zu ändern.
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In der vorhergehenden Beschreibung sind Maschinen erläutert worden,
die als Pumpen dienen. Dieselben sind aber auch .als A.ntriebsinascliineii brauchbar.
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Da zwischen den zueinander beweglichen Teilen keine Reibung zwecks
Dichtung erforderlich ist, können diese Teile mit einer Schutzschicht versehren
werden, so daß die ertlndungsgernäße Maschine auch zur Förderung an sich zerstörend
wirkender Flüssigkeiten geeignet ist.