DE686009C - Regelbare Drehkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf regelbare Drehkolbenpumpen und Kraftmaschinen -mit zwei außermittig ineinandergelagerten umlaufenden Trommelläufern und mehreren in diesen angeordneten Trennschiebern, bei der der innere Trommelläufer auf der Kröpfung eines zu Regelungszwecken schwenkbaren Tragzapfens drehbar gelagert und mit dem äußeren Trommelläufer so gekoppelt ist, daß beide mit gleicher Drehzahl umlaufen, und bei der innerhalb der umlaufenden Trommeln keinerlei Ventile zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung vorgesehen sind. Die Größe des Förderraumes derartiger Drehkolbenmaschinen ist bei gleichbleibenden Trommelabmessungen in erster Linie durch die Größe des Achsabstandes der beiden Trommelläufer bedingt. Es ist daher gebräuchlich, die bei einer Umdrehung erhielte Fördermenge durch Verringerung des Achsabstandes zu verkleinern, indem man die eine Läuferachse in Richtung auf die andere Läuferachse verschiebt. Die geradlinige Verschiebung einer Läuferachse erfordert jedoch einen recht erheblichen baulichen Aufwand. Bei manchen Ausführungen ist sogar eine Änderung des Achsabstandes der beiden Trommelläufer unzulässig, da die zur Kopplung der beiden Läufer dienende Kupplung die Innehaltung eines bestimmten Achsabstandes erfordert. Dies ist z. B. bei der in den Abb. 1 und 2 gezeigten beispielsweisen Ausführung der Fall, wo die Kopplung der beiden Trommelläufer durch zwangläufige Führung eines gelenkig gelagerten Trennschiebers erzielt wird. Würde man bei dieser Ausführung den Achsabstand der beiden Trommelläufer ändern, ohne gleichzeitig den · Abstand des Führungszapfens von der Achse der Innentrommel entsprechend zu ändern, so würde der Gleichlauf der beiden Trommeln gestört sein.

Bei gleichbleibendem Achsabstand läßt sich die Fördermenge dadurch regeln, daß ein mehr oder weniger großer Teil der bereits geförderten Menge wieder nach der Saugseite zurückgeführt wird. Das wird dadurch erreicht, daß die Achse des inneren Läufers um die Achse des äußeren Läufers geschwenkt

wird. Dabei werden die Hubzeiten gegenüber den durch die Lage der Ein- und Auslaßkanäle festgelegten Ein- und Auslaßzeiten so verlagert, daß die Zellen während eines Umlaufes zeitweise als Pumpe und zeitweise als. Kraftmaschine arbeiten, wobei die jeweils zurückströmende Flüssigkeit die zu ihrer Förderung zuviel aufgewandte Arbeit wieder zurückgibt.

ίο Der Gedanke, die Achse des inneren Trommelläufers zu Regelungszwecken schwenkbar anzuordnen, ist nicht neu. In einer bekannten Ausführung ist die Achse des inneren Trommelläufers um eine Achse außerhalb der Achse des äußeren Trommelläufers schwenkbar angeordnet, so daß bei der Schwenkung der inneren Läuferachse nicht nur die Lage, sondern auch die Größe des Achsabstandes der beiden Läufer verändert wird. Die Regelung der Fördermenge erfolgt dort durch die dabei eintretende Größenänderung des Hubraumes. Dabei wird der innere Läufer von dem unmittelbar angetriebenen Außenläufer durch einen in diesem starr befestigten Trennschieber mitgenommen, so daß er sich mit gleicher Drehzahl, aber ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit mitdrehen muß. Damit durch die Verschwenkung der Achse des inneren Trommelläufers und die dadurch bedingte Phasenverschiebung die Ein- und Auslaßzeiten nicht in Mitleidenschaft gezogen werden, sind bei der bekannten Ausführung innerhalb der Läufer zwischen den getrennten Ein- und Auslaßöffnungen der Arbeitszelle selbsttätige Rückschlagklappen angeordnet.

Bei mehrzelligen Drehkolben vermeidet man es möglichst, die Zellen mit getrennten ventilgesicherten Ein- und Auslaßöffnungen zu versehen. Man ordnet meist für jede Zelle eine einzige große Ein- und Auslaßöffnung im Mantel des äußeren Trommelläufers an. Durch geeignete Einmündungen der in dem feststehenden Gehäuse angeordneten Ein- und Auslaßkanäle in die Gehäusebohrung, in der die äußere Trommel mit geringem Passungsspiel umläuft, werden die Ein- und Auslaßzeiten durch den Umlauf der Trommel selbsttätig geregelt, und zwar bei Förderung von unzusammendrückbaren Flüssigkeiten in der Weise, daß die Zellenöffnungen während des gesamten Saughubes mit der Saugleitung und während des gesamten Druckhubes mit der Druckleitung in Verbindung stehen und die Zellen beim Übergang von Saug- zu Druckhub und von Druck- zu Saughub nur im Augenblick der Erreichung ihrer Größt- bzw. Kleinstwerte von Saug- und Druckleitung vollständig abgeschlossen sind. "

Verschwenkt man nun aber bei solcher Anordnung die Achse des inneren Trommelläufers um die Achse der Gehäusebohrung, so verschieben sich auch die Zeitpunkte der Größt- und Kleinstwerte der Zellenräume gegenüber den festliegenden Ein- und Ausj. laßzeiten, denn letztere sind bei dieser Anl· Ordnung unabhängig von der Lage der Achse des inneren Trommelläufers und nur durch Form und Lage der Ein- und Auslaßkanäle im Gehäuse und die Zellenöffnungen im äußeren Trommelläufer bestimmt. Diese 7" Phasenverschiebung der Hubzeiten gegenüber den feststehenden Ein- und Auslaßzeiten hat bei einer Pumpe zur Folge, daß die Zellen bei der Drehung der Trommelläufer je nach der Größe der Phasenverschiebung nur noch einen mehr oder minder großen Teil des Saughubes mit dem Saug- oder Einlaßkanal und den restlichen Teil des Saughubes mit dem Druck- oder Auslaßkanal in Verbindung stellen, so daß ein Teil der bereits geförderten Flüssigkeitsmenge wieder in die Zellen zurückströmt. Entsprechend geben die Zellenöffnungen auch beim Druckhub zeitweise den Auslaßkanal und zeitweise den Einlaßkanal frei, so daß die von der Auslaßseite aufgenommene Flüssigkeitsmenge nach der Einlaßseite zurückgefördert wird. Die Zellen arbeiten dann beim Umlauf zeitweise als Pumpe und zeitweise als Kraftmaschine, denn die zurückströmende Flüssigkeit gibt die vor- go her für ihre Förderung zuviel aufgewandte Arbeit wieder ab. Je größer die Phasenverschiebung ist, um so-größer wird die wieder zurückströmende Flüssigkeitsmenge, und um so geringer wird die verbleibende Fördermenge und die erforderliche Antriebsleistung. Bei Kraftmaschinen bewirkt eine entsprechende Schwenkung der Achse des inneren Trommelläufers in dem feststehenden Gehäuse, welches die Zufluß- und Abflußkanäle enthält, daß durch die Verschiebung der Hubzeiten gegenüber den Ein- und Auslaßzeiten die Zellen nicht mehr ständig als Kraftmaschine, sondern bei jeder Umdrehung auch vorübergehend als Pumpe arbeiten und i°5 je nach Größe der Phasenverschiebung einen mehr oder minder großen Teil der abgeflossenen Treibflüssigkeit von der Abflußleitung wieder nach der Zuflußleitung zurückfördern. Dabei wird ein entsprechender Teil der zuvor abgegebenen Arbeit für die Pumparbeit verbraucht, so daß die verfügbare Nutzleistung verringert wird.

Wegen der Unzusammendrückbarkeit der Flüssigkeiten kann diese einfache Regelung der Fördermenge durch Phasenverschiebung der Hubzeiten bei drehschiebergesteuerten Drehkolbenmaschinen mit flüssigem Arbeitsmittel nicht ohne weiteres angewandt werden, denn da die ventillosen Saug- und Druckleitungen beim Umlauf nicht vorübergehend durch die Zellenöffnungen kurzgeschlossen

werden dürfen, müssen die Zellen sowoh beim Übergang von der Druck- zur Saugleitung als auch beim Übergang von der Saugzur Druckleitung eine Stellung durcheilen, in der sie weder mit der Druck- noch Saugleitung in Verbindung stehen. Bei voller Förderung einer Pumpe erfolgt der vollständige Zellenabschluß beim Übergang von der Druck zur Saugleitung in dem Augenblick, wo die to Zellenräume ihren Kleinstwert erreicht haben, und beim Übergang von der Saug- zur Druck leitung stehen dann die Zellen im Augenblick der Erreichung ihres Größtwertes zwischen den beiden Leitungen. Da in den Augenblicken der Hubumkehr den Zellen weder Flüssigkeit zu- noch abfließt, ist in diesen Stellungen ein vollständiger Zellenabschluß ohne weiteres zulässig. Wenn man nun zur Drosselung der Fördermenge durch Schwenkung der Achse des inneren Trommelläufers eine Phasenverschiebung der Hubzeiten gegenüber den Ein- und Auslaßzeiten erzielt, so werden dann die Zellen bei jeder Umdrehung zweimal mitten im Hube von den ventillosen Saug- und Druckleitungen vollständig abgeschlossen. Bei Flüssigkeitspumpen müssen jedoch während des Hubes stets genügend große Zellenöffnungen für den der Hubgeschwindigkeit entsprechenden Zu- oder Abfluß des Arbeitsmittels frei bleiben.

Um nun bei drehschieberartig gesteuerten Drehkolbenpumpen zu vermeiden, daß die Zellen nach einer Verschwenkung der Achse des inneren Trommelläufers mitten im 'Hube vorübergehend vollständig abgeschlossen werden, sind gemäß der Erfindung zwischen den ventillosen Zu- und Abflußkanälen zusätzliche, durch selbsttätig wirkende Ventile abgeschlossene Hilfskanäle vorgesehen, die das Zufließen von Arbeitsmittel in die Zellen bei ihrem Übergang von der Saug- nach der Druckseite bzw. das Entweichen von Arbeitsmittel aus den Zellen bei ihrem Übergang von der Druckseite nach der Saugseite gestatten, ohne daß Druck- und Saugseite miteinander kurzgeschlossen werden.

Die Erfindung läßt sich nicht nur bei Flüssigkeitspumpen zur Regelung der Fördermenge, sondern auch sinngemäß bei Drehkolbenkraftmaschinen zur Regelung der Füllung anwenden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einer regelbaren Drehkolbenpumpe befinden sich die Zellenöffnungen im Mantel des äußeren Trommelläufers, doch können die Öffnungen auch in einer Seitenfläche desselben angeordnet sein.

Mit Rücksicht auf die gewählte Gleichlaufkupplung der beiden Trommelläufer durch zwangläufige Führung eines Trennschiebers ist auf eine Verstellung der Größe des Achsabstandes der beiden Läufer verzichtet worden, so daß eine Änderung des Hubraumes selbst nicht stattfindet, die Fördermenge wird nur dadurch verringert, daß ein Teil der geförderten Flüssigkeitsmenge wieder zurückgeführt wird. Es findet also nur eine Verlagerung der Zellen gegenüber den Saug- und Druckleitungen statt.

An Hand einer beispielsweisen Ausführungs form sei die Erfindung näher erläutert. Fig. ι zeigt im Querschnitt den Trommelkolben in der Einstellung auf größte Förderung, und zwar geht der Querschnitt durch die Gehäusemitte längs der Linie c-d der Fig. 3 durch die beiden Trommelläufer. Die Hilfskanäle werden bei dieser Einstellung nicht wirksam, da sich der Zelleninhalt an dem Totpunkt nicht ändert.

Fig. 2 und 3 zeigen den Trommelkolben mit um 90⁰ geschwenkter Achse des inneren Trommelläufers, und zwar zeigt Fig. 2 einen Querschnitt durch die Mitte von Gehäuse und äußerem Trommelläufer sowie längs der Linie a-b der Fig. 3 durch die Trommelkupplung und Fig. 3 einen Längsschnitt nach Linie e-f der Fig. 2.

In dem Gehäuse 1 dreht sich der äußere Trommelläufer 2, der von der Antriebswelle 3 über die Seitenwand 17 angetrieben wird. Außermittig in dem äußeren Trommelläufer2 ist der innere Trommelläufer 4 auf zwei Kugellagern 5 und 6 auf einer Kröpfung des Tragzapfens 7 drehbar gelagert. Der Tragzapfen 7 ist mittig in dem Seitendeckel 8 des Gehäuses 1 schwenkbar gelagert, und zwar dient zu seiner Schwenkung der Hebel 9, der durch die Klemmschraube 10 und den Federkeil 11 auf dem Tragzapfen 7 befestigt-ist. Die einzelnen Zellen werden durch je zwei Pendelschieber 12 und 13 bzw. durch den Kupplungsschieber 14 getrennt. Die Pendelschieber 12, 13, 14 tragen an ihrem äußeren Ende einen runden Wulst, der in einer Bohrung des äußeren Trommelläufers 2 schwingend gelagert ist. Durch die Schraubenfeder 15 (Fig. 3), die in etwas versetzten Aussparungen der Pendelschieber 12 und 13 gelagert ist, wird je einer der beiden Pendelschieber 12 und 13 gegen eine der Seitenwände 16 und no 17 des äußeren Trommelläufers 2 gedrückt, so daß eine gute seitliche Abdichtung der Zellen erzielt wird. In dem inneren Trommelläufer 4 werden die Pendelschieber 12 und 13 zwischen je zwei halbmondförmigen Führungsbacken 18 schwingend und gleitend geführt. Um eine einwandfreie Führung der Pendelschieber 12 und 13 und der Führungsbacken 18 zu gewährleisten, tragen die Pendelschieber 12 und 13 besondere Fühungszungen. Im übrigen sind die Pendelschieber 12 und 13 aber denkbar kurz aus-

geführt, so daß man trotz reichlichem Achsabstand der Trommelläufer 2 und 4 in dem inneren Trommelläufer 4 noch ausreichend Raum für den Einbau von Wälzlagern findet. Die Führungsbacken iS sitzen mit leichtem Spiel in den Bohrungen des inneren Trommelläufers 4 und werden auf der Innenseite durch die Federbügel 19 auseinandergedrückt, so daß sie sich sowohl an dem inneren Trommelläufer4 als auch an den Pendelschiebern 12 und 13 gasdicht anlegen (Fig. 2).

Die Kupplung der beiden Trommelläufer 2 und 4 erfolgt durch eine zusätzliche Führung des Kupplungsschiebers 14 durch den Führungszapfen 20 (Fig. 3). Dieser Führungszapfen 20 ist in den Zapfenträger 21 eingepreßt. Der Zapfenträger 21 wird mittels der Klemmschraube 22 auf dem Tragzapfen 7 festgeklemmt, nachdem er vorher durch die Schraube 26 angezogen worden ist. Die zwangläufige Kupplung der beiden Trommelläufer 2 und 4 kommt dadurch zustande, daß die beiden Führungsbacken 25, zwischen denen der Kupplungsschieber 14 gleitet, Steuerarme 24 tragen, die durch die U-förmige Hülse 23, in deren Schlitz der Führungszapfen 20 gleitet, zusammengehalten werden. Dabei muß der Kupplungsschieber 14 mit seiner langen Führungszunge stets auf den Führungszapfen 20 gerichtet bleiben. Durch die besondere Lage des Führungszapfens 20 gegenüber den beiden Läuferächsen erreicht man, daß sich die beiden Trommelläufer 2 und 4 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um ihre Achsen drehen müssen. Die seitliche Abdichtung des inneren Trommelläufers 4 gegen die beiden Seitenwände 16 und 17 des äußeren Trommelläufers 2 erfolgt durch besondere Abdichtungen, und zwar gegen die Seitenwand 17 durch die Lederdichtung 27, die runde Aussparungen für die halbmondförmigen Führungsbacken 18 aufweist. Diese Lederdichtung 27 ist in eine Blechplatte 29 eingefaßt. Gegen die Seitenwand 16 wird der innere Trommelläufer 4 durch die federnde Blechscheibe 28 abgedichtet. Diese trägt auch entsprechende Aussparungen für die Führungsbacken 18. Die zwischen den einzelnen Bohrungen liegenden Außenränder der Blechscheibe 28 sind etwas aufgebogen .und legen sich federnd gegen die Seitenfläche 17.

Die Zellenöffnungen befinden sich im Mantel des äußeren Trommelläufers 2. Die Ein- und Auslaßkanäle sind so im Gehäuse 1 angeordnet, daß sie sich fast über einen halben Umfang der Gehäusebohrung erstrecken. Zwischen Einlaß- und Auslaßkanal, bleibt zu beiden Seiten je ein Steg stehen, der gerade so breit ist, daß er die umlaufenden Zellen-Öffnungen vorübergehend vollständig abzuschließen vermag. In diesen beiden Stegen zwischen den ventillosen Saug- und Druckkanälen befinden sich gemäß der Erfindung zusätzliche Hilfskanäle, die durch selbsttätige Ventile geschlossen sind, so daß die Strömung nur in einer Richtung hindurchfließen kann und ein Zurückströmen von der Druck- und Saugseite verhindert wird. Und zwar steht der linke Hilfskanal über das Kugelrückschlagventil29 mit der Saugleitung der Pumpe in Verbindung. Das Ventil 29 läßt die Strömung nur in der Richtung von der Saugleitung zur teilweise bzw. ganz abgedeckten Zelle des Drehkolbens hindurchfließen, so daß durch Nachfüllung in der Zelle kein luftleerer Raum entstehen kann. Der rechte Hilfskanal steht über das Druckventil 30 mit der Druckleitung der Pumpe in Verbindung. Das Tellerventil 30 läßt die Strömung nur in der Richtung von der jeweilig abgeschlossenen Drehkolbenzelle zur Druckleitung hindurchtreten,. so daß durch teilweise Entleerung in der Zelle auch dann kein unzulässiger Überdruck entstehen kann, ■ wenn diese wie in der in Fig. 2 gezeigten Stellung mitten im Druckhub· bei höchster Hubgeschwindigkeit sonst vollständig abgeschlossen ist.

Fig. ι zeigt den Drehkolben in der Einstellung auf größtmögliche Förderung. Die Achse des inneren Trommelläufers 4 ist so geschwenkt, daß die Drehkolbenzellen während des gesamten Saughubes mit der Saugleitung und während des gesamten Druckhubes mit der Druckleitung in Verbindung stehen. Der Übergang der Zellen von der Saug- zur Druckseite und von der Druck- zur Saugseite erfolgt in den beiden Totlagen der Zellen, d. h. in den Augenblicken der Erreichung der Größt- und Kleinstwerte der Zelleninhalte, unter vorübergehendem vollständigem Zellenabschluß. Da die Trommelzellen in den beiden Totlagen keinerlei Verdränger- oder Saugwirkung ausüben, fließt den Zellen in diesen Augenblicken weder Flüssigkeit zu noch ab. Die Ventile in den Hilfskanälen bleiben also geschlossen. Werden die beiden Trommelläufer nun in der Richtung der Umfangspfeile angetrieben, so no verläuft die Strömung in Richtung der eingetragenen Pfeile, und die Maschine arbeitet als Pumpe mit größtmöglicher Förderung.

Bei Fig. 2 und 3 ist die Achse des inneren Trommelläufers 4 um 90⁰ herumgeschwenkt worden. Die Drehkolbenzellen stehen nunmehr nur noch während des halben Saughubes mit der Saugleitung, während des übrigen Saughubes dagegen bereits mit der Druckleitung in Verbindung. Andererseits öffnen sich die Zellen auch nur während der ersten Hälfte des Druckhubes nach der

Druckleitung, während sie in der zweiten Hälfte des Druckhubes nach der Saugseite hin offen stehen. Der Übergang der Zellen von der Saug- zur Druckseite und von der Druckzur Saugseite erfolgt nunmehr mitten im Hube in den Augenblicken größter Saug-'und Druckwirkung. Die Saug- und Druckventile in den Hilfskanälen müssen sich daher öffnen, um die Strömung hindurchzulassen. Abgesehen von der Strömung durch die Hilfskanäle tritt bei Schwenkung um 90⁰ keine weitere Förderung auf, denn die während eines halben Saughubes von den Zellen nach der Druckseite geförderte Flüssigkeit gelangt während eines halben Druckhubes wieder nach der Saugseite zurück.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regelbare Drehkolbenpumpe oderKraftmaschine mit zwei außenmittigineinandergelagerten, gekuppelten Trommelläufern und mehreren in diesen angeordneten Trennschiebern, bei der der innere Trommelläufer auf der Kröpfung eines zu Regelungszwecken schwenkbaren Tragzapfens drehbar gelagert ist und der Zu- und Abfluß des Arbeitsmittels durch ventillose Leitungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ventillosen Zu- und Abfluß leitungen zusätzliche, durch selbsttätig wirkende Ventile abgeschlossene Hilfskanäle vorgesehen sind, die das Zufließen von Arbeitsmittel in die Zellen bei ihrem Übergang von der Saugnach der Druckseite bzw. das Entweichen von Arbeitsmittel aus den Zellen bei ihrem Übergang von der Druck- nach der Saugseite gestatten, ohne daß Druck- und Saugleitung miteinander kurzgeschlossen werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen