DE69423770T2

DE69423770T2 - Taumelscheibenmaschine

Info

Publication number: DE69423770T2
Application number: DE69423770T
Authority: DE
Inventors: Alfred Parker
Original assignee: VACUUM PUMPING SYSTEMS Ltd
Current assignee: VACUUM PUMPING SYSTEMS Ltd
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2014-10-29
Also published as: ATE191256T1; EP0725887A1; CA2174932A1; DE69423770D1; AU695264B2; WO1995012054A1; DK0725887T3; US5735172A; EP0725887A4; CA2174932C; EP0725887B1; AU8068194A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Taumelscheibenmaschinen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In meinem US-Patent Nr. 3942384 ist eine Taumelscheibenmaschine beschrieben, die ein Gehäuse und eine von dem Gehäuse getragene Welle aufweist, wobei auf der Welle eine hin- und hergehende, kugelmontierte Taumelscheibe über eine winkelmäßig versetzte Lagerzapfenanordnung so angebracht ist, daß eine Drehung der Welle eine Hin- und Herbewegung der Taumelscheibe innerhalb einer definierten Kammer (innerhalb definierten Kammern) hervorruft. Die Taumelscheibenkammer ist durch eine Stauplatte oder Ablenkplatte geteilt.
Bei der in dem US-Patent Nr. 3942384 beschriebenen Maschine gibt es eine Reihe von Aspekten, die, wie ich entdeckt habe, verbessert werden könnten, nämlich:
a) Das Mittel zum Positionieren der kugelmontierten Taumelscheibe.
b) Das Mittel zum Tragen der Stauplatte in der Einheit.
c) Die Schmierung.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, sich mit den obenerwähnten Aspekten zu befassen, die, wie ich herausgefunden habe, die Brauchbarkeit und Wirksamkeit der Maschinen wesentlich verbessern.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Taumelscheibenmaschine verwirklicht, aufweisend ein Gehäuse, das Endeinheiten hat, zwei Endkonusse, die entgegengesetzte, halbkugelförmige Oberflächen haben und mit dem Gehäuse eine Kugeleinheit- und Taumelscheibenkammer definieren, eine bezüglich des Gehäuses gelagerte Welle, die eine Kugeleinheit und eine Taumelscheibe trägt, welche die Taumelscheibenkammer einnehmen, eine relativ zu dem Gehäuse angeordnete Stauplatte, welche die Taumelscheibenkammer schneidet und teilt, wobei mindestens einer der Konusse in dem Gehäuse auf einer Führung verschiebbar angebracht ist, wobei die Anordnung so ist, daß während des Betriebs der Maschine eine begrenzte axiale Bewegung des mindestens einen Konus möglich ist, während eine Drehbewegung des Konus durch die Führung verhindert wird.
Der mindestens eine Endkonus kann Dichtungsmittel zwischen seiner äußeren Oberfläche und dem Gehäuse haben.
Die Führung kann durch Stifte verwirklicht sein.
Die Stifte können an dem mindestens einen Endkonus befestigt sein und in Öffnungen der angrenzenden Endeinheit gleiten.
Zwischen dem mindestens einen verschiebbaren Endkonus und seiner angrenzenden Endeinheit können Vorspannmittel vorgesehen sein.
Die Maschine kann einen schwingungsfähigen, gabelförmigen Drehzapfen zwischen der Kugeleinheit und der Taumelscheibe aufweisen, wobei der Drehzapfen einen Längsschlitz zwischen seinen zwei Gabelästen hat, die durch eine an der Kugeleinheit angebrachte Basis miteinander verbunden sind, und die Taumelscheibe in den Schlitz des Drehzapfens paßt.
Die äußeren Enden der Gabeläste können halbkugelförmig sein und in eine halbkugelförmige, innere Oberfläche des Gehäuses eingreifen, und es gibt ein reibendes Dichtungselement auf einem inneren Teil des schwingungsfähigen Drehzapfens, wobei sich das Dichtungselement an die kugelförmige Oberfläche der kugelförmigen Kugel anpaßt.
Das Dichtungselement kann durch eine Feder nach außen vorgespannt sein.
Die Basis des gabelförmigen Elements kann mit einer gerundeten Oberfläche versehen sein.
Die Welle kann mindestens einen Durchgang haben, wobei der Durchgang an einem Ende zu einem Lager hin offen ist, und an dem anderen Ende nach außerhalb des Gehäuses offen ist, und ein Rückschlagventil in dem Durchgang vorgesehen ist, wobei die Bauweise und Anordnung so sind, daß das Rückschlagventil einem in dem Durchgang vorgesehenen Schmiermittel ermöglicht, nur in der Richtung von dem nach außerhalb des Gehäuses offenen Ende nach dem zu dem Lager hin offenen Ende durch den Durchgang hindurch zu fließen.
Das Schmiermittel kann in einem Vorratsbehälter vorgesehen sein, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Vorratsbehälter einen Schmiermittelausgang hat, der zu dem nach außerhalb des Gehäuses offenen Ende des Durchgangs hin offen ist.
Die Erfindung besteht aus der obenerwähnten Komponenten und Merkmalen, und gemäß der Erfindung werden Bauweisen in Betracht gezogen, für die in der folgenden Beschreibung Beispiele wiedergegeben sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die Folgendes darstellen:
Die Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer gemäß der Erfindung gebauten Taumelscheibenmaschine, wobei einige innere Details mit gestrichelten Linien wiedergegeben sind.
Die Fig. 2 ist ein Querschnitt der Taumelscheibenmaschine der Fig. 1.
Die Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht der aus der Taumelscheibe, der Stauplatte und der Achse bestehenden Einheit für die Maschine der Fig. 1.
Die Fig. 4 ist ein Aufriß, teilweise im Schnitt, eines Teils der Taumeischeibenmaschine der Fig. 1, wobei dieser Aufriß das Verbindungselement und die Stauplatte für die Maschine der Fig. 1 detaillierter wiedergibt.
Die Fig. 5 und Sa sind Aufrisse eines mit einem Schlitz versehenen Elements der Maschine der Fig. 1.
Die Fig. 6 ist eine detaillierte partielle Schnittansicht einer Ausgangsöffnung für die Maschine der Fig. 1.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

In den Zeichnungen, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine Taumelscheibenmaschine wiedergegeben, die ein Gehäuse 1 aufweist, das mit Endelementen 2 und 3 versehen ist, wobei sich in dem Endelement 3 eine Welle 4 dreht. Die Welle 4 treibt über ein Verbindungselement 6, das mit dem Pfeil 6 allgemein bezeichnet ist, eine Taumelscheibe 5 an. Das Verbindungselement 6 kann eine versetzte Muffe 7 aufweisen, die auf die Welle 4 aufgekeilt ist oder auf andere Weise darauf befestigt ist, und die einen nichtrotierenden Kugelbereich 8 trägt, auf dem die Taumelscheibe 5 angebracht ist. Zwischen der Muffe 7 und dem Kugelbereich 8 können Rollenlager (nicht wiedergegeben) vorgesehen sein.
Außerdem ist eine in den Schlitzen 10 des Gehäuses 1 befestigte Stauplatte 9 vorgesehen, wobei die untere Oberfläche der Stauplatte 9 wie die innere Wand des Gehäuses 1 halbkugelförmig ist. Die Stauplatte 9 schneidet die Taumelscheibe 5, und bei der Schnittstelle ist ein schwingungsfähiges, schwenkbares, geschlitztes Element 40 vorgesehen. Die Bauweise der Stauplatte 9 und des schwenkbaren, geschlitzten Elements 40 wird unten ausführlicher beschrieben.
Das Endelement 2 bildet einen Teil einer Endeinheit, die eine Endplatte 11 (Fig. 2) und eine Endglocke 12 umfaßt, in der ein Exzenter 13 angebracht ist.
Das Gehäuse 1 hat eine hohle, zylindrische Wand 14; und ein Endkanus 15 hat eine zylindrische Oberfläche 16, die auf der Wand 14 gleitet, wobei sie durch O-Ringe 30 abgedichtet ist.
Mehrere Führungen, zum Beispiel vier, in Form von Stiften 18, sind in der Endglocke 12 angebracht. Die Führungsstifte 18 sind vorzugsweise in den Endkonus 15 eingepreßt oder auf andere Weise darin befestigt, und sie gleiten in Öffnungen 19 der Endglocke 12. Die Führungsstifte können jedoch auch in der Endglocke 12 befestigt werden und in dem Endkonus 15 gleiten. Die Öffnungen 19 sind blinde Löcher oder haben Stopfen 20. Folglich ist der Endkonus 15 gegenüber einer Drehbewegung fest, aber er kann durch Gleiten der Stifte 18 in den Löchern 19 eine gewisse axiale Bewegung ausfuhren. Demgemäß sollten die Stifte und die Öffnungen, in die sie hineinpassen, aus verschiedenen Metallen sein, z. B. rostfreier Stahl und Aluminium, oder rostfreier Stahl und Messing, oder Stahl und Gußeisen, oder eine andere Kombination aus verschiedenartigen Metallen, von der bekannt ist, daß sie gute Reibungs- und Abnutzungseigenschaften hat. Es kann eine gewisse Schmierung vorgesehen werden, zum Beispiel durch Verwendung eines Fettnippels, wobei das Fett, wie gewünscht, ein Molybdändisulfid-Additiv oder dergleichen aufweist.
Beim Betrieb ergibt sich gewöhnlich ein gewisser Druck zwischen der Endglocke 12 und dem Endkonus 15, der genügt, um die gekrümmte Oberfläche des Endkonus 15 gegen den Kugelbereich 8 zu drücken. Wenn gewünscht, kann jedoch eine Art von Federanordnung vorgesehen werden, um einen gewissen Druck zwischen der Endglocke 12 und dem Konuselement 15 aufrechtzuerhalten, und zum Beispiel können kurze Druckfedern (nicht wiedergegeben) um z. B. zwei der Stifte 18 herum vorgesehen werden.
Bei den gegenwärtigen Taumelscheibenmaschinen wird, wenn ein sich bewegender Konus durch einen Mittelzapfen geführt wird, nach einer beträchtlichen Anzahl von Betriebsstunden eine Außenmantelerosion der Gegenfläche sichtbar. Obwohl sich keine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Maschine ergibt, ist eine solche Erosion unerwünscht. Ich glaube, daß die Ursache dieser Erosion die gegenseitige Reibung der Oberflächen der zwei Legierungen ist, bei der Aluminiumoxid freigesetzt wird, und das Oxid allmählich Abnutzungsmuster mit U-Anordnung hervorruft, wobei diese Form auf die leicht gerichtete Bewegung des Konus zurückzuführen ist, die unter dem Einfluß des rotierenden Linienkontakts zwischen der Taumelscheibe und dem Konus wirkt. Die vorliegende Erfindung wurde ersonnen, um das Problem zu beseitigen, oder zumindest das Problem weiter zu begrenzen. Der oder jeder sich bewegende Konus ist mit den Führungsstiften oder Säulen ausgerüstet, die in der Endglocke angeordnet sind. Diese Stifte oder Säulen bestehen aus einem Material, das eine dauernde feste Passung bei einem Element und eine Gleitpassung bei dem anderen ergibt, und wie angegeben wurde, sind rostfreier Stahl oder rostfreies Eisen, Messing, Bronze und hartes PTFE mögliche Materialien. Vorzugsweise ergibt sich ein hoher Ausdehnungskoeffizient, eine gute Festigkeit, und die Fähigkeit, bei einem Element eine feste Passung beizubehalten, und dennoch bei dem anderen Element ein zufriedenstellendes Gleitlager aufrechtzuerhalten.
Die Welle 4 ist mit einem zentralen Durchgang 21 versehen, und ein weiterer Durchgang 22 ist von dem Durchgang 21 nach dem zwischen dem kugelförmigen Element 8 und der Welle 4 gelegenen Lager vorgesehen. Der Durchgang 21 ist an dem Ende der Welle, das an das Ende 2 des Maschinengehäuses angrenzt, aus der Welle herausgeführt. Der Zugang zu dem Durchgang 21 erfolgt über den hohlen Stift 23, der mittels z. B. einer Preßpassung oder eines Schraubengewindes in den Durchgang eingesetzt ist. Der Stift 23 hält an seinem innersten Ende eine Kugel 24 zurück, wobei diese Kugel durch ein Vorspannmittel, das eine Feder 25 aufweist, fest gegen das innerste Ende des Stiftes 23 gedrückt wird. Beim Betrieb habe ich herausgefunden, daß ein Durchgang wie der Durchgang 21 verwendet werden kann, um ein Schmiermittel zu befördern. Ich habe jedoch festgestellt, daß infolge der Wirkung der Taumelscheibe in jeder Kammer der Maschine zu jeder Zeit entweder ein Überdruck oder ein Vakuum gegenüber dem Atmosphärendruck vorhanden ist. Dieses Vakuum oder dieser Überdruck behindert eine wirksame Schmierung, da das Schmiermittel innerhalb der Durchgänge 21 und 22 einfach vor und zurück gedrückt wird. Ich habe herausgefunden, daß die Schmierung viel wirksamer ist, wenn ein Rückschlagventil, wie eine Kugel 24 und eine Feder 25, in dem Durchgang 21 vorgesehen wird. Wenn in der betreffenden Kammer ein Vakuum vorhanden ist, wird die Kugel entgegen der Kraft der Feder von dem Stift 23 abgehoben, und das Schmiermittel fließt in das Lager. Wenn das Vakuum nicht vorhanden ist, verschließt die Kugel 24 den Durchgang in dem Stift 23, so daß das Schmiermittel die Maschine nicht verläßt. Folglich muß das Schmiermittel der Maschine nicht unter Druck oder durch eine separate Pumpe zugeführt werden. Wenn die Maschine läuft, wird das Öl in dem Durchgang 22 Zentrifugalkräften unterworfen, die Druck erzeugen, um das Öl auf alle zu schmierenden Oberflächen zu verteilen.
In den Fig. 4 und 5 und Sa, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein Teil der Taumelscheibenmaschine der Fig. 1 bis 3 detaillierter wiedergegeben. Das schwingungsfähige Element, das mit dem Pfeil 40 allgemein bezeichnet ist, ist gabelförmig, wobei sich zwei Teile 41 und 42 ergeben, eines auf jeder Seite der Taumelscheibe 5, und die Basisverbindung zwischen den Gabelästen 41 und 42 hat eine verrundete Form, wie bei 43 gezeigt ist. Dies ist besonders wünschenswert, weil das schwingungsfähige Element sehr stark beansprucht wird, und die gerundete Form die Last bei dieser Verbindungsstelle verteilt.
In dem Zwischenraum zwischen den Gabelästen 41 und 42 ist eine Verschlußplatte 44 angebracht, die eine Oberfläche 45 hat, die der Oberfläche 46 des kugelförmigen Elements 8 entspricht, das einen Teil des Taumelscheibenantriebs bildet.
Das untere Ende des Elements 40 ist in der Öffnung 47 des kugelfömigen Elements 8 schwenkbar angebracht, und die Einheit kann frei schwingen. In der Basis des Elements 40 ist ein Montageblock 47 angebracht, der eine zu der Oberfläche 46 komplementäre Oberfläche 48 hat. Der Block kann durch eine Feder 49 nach außen vorgespannt werden, wie wiedergegeben ist.
In der Fig. 6 der Zeichnungen kann ein Ausgang 50 der Taumelscheibenkammer mit einem Ventilelement, das mit dem Pfeil 51 allgemein bezeichnet ist, bedeckt werden, wie wiedergegeben ist. Der Ventilschaft 53 kann, wie angegeben, federbelastet sein, oder frei sein, oder von dem Tragblock 54 innerhalb der kugelförmigen Ventilkammer 55 getragen werden. Ein gekrümmter Fuß 56 des Ventilelements kann mit einem gießbaren, elastischen Material bedeckt sein, das mit dem Fuß verkeilt ist. Die Stufen 57 auf dem Umfang des gießbaren Materials schützen das Ventil in dem Fall einer Kollision mit oberen Gebieten des Gehäuses 55.
Wenn gewünscht, kann das Gehäuse in einer Ebene, welche die Achse der Welle 4 enthält, geteilt werden, oder in Ebenen, die quer zu dieser Achse sind, geteilt werden.
Die Bauweise dieses Dichtungselements und des Schwingungselements hat, zumindest bei der bevorzugten Form, die folgenden Vorteile:
1. Sie beseitigt die Schwierigkeit der maschinellen Bearbeitung der kugelförmigen Oberfläche auf dem Boden des Teilungsschlitzes der Taumelscheibe.
2. Durch Verbinden der zwei Gabelungen 41 und 42 wird eine eventuelle Tendenz, daß diese zwei Teile zwischen dem halbrunden Sockel und der Stauplatte festgeklemmt werden, beseitigt.
3. Das federbelastete Dichtungselement 24 hält eine sehr gute Fluidabdichtung aufrecht.
4. Die maschinelle Bearbeitung ist im allgemeinen vereinfacht.
5. Das System aus Stauplatte/schwingungsfähigen Element kann bei dem diametral gegenüberliegenden Bereich leicht verdoppelt werden.
6. Die Anordnung des schwingungsfähigen Elements in der zentralen Kugel trägt dazu bei, der Konstruktion Festigkeit zu geben.
Die Aspekte der vorliegenden Erfindung wurden nur mittels eines Beispiels beschrieben, und es sollte klar erkannt werden, daß Änderungen und Hinzufügungen gemacht werden können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.

Claims

1. Taumelscheibenmaschine, aufweisend ein Gehäuse (1), mit Endeinheiten (2, 3), und zwei Endkonussen (15), die entgegengesetzte, halbkugelförmige Oberflächen haben und mit dem Gehäuse eine Kugeleinheit- und Taumelscheibenkammer definieren, eine in dem Gehäuse gelagerte Welle (4), die eine Kugeleinheit (8) und eine Taumelscheibe (5) trägt, die in der Taumelscheibenkammer angeordnet sind, und eine an dem Gehäuse (1) befestigte Stauplatte oder Ablenkplatte (9), die die Taumelscheibenkammer schneidet und teilt, wobei mindestens einer der Konusse (15) in dem Gehäuse (1) auf einer Führung (18) verschiebbar angebracht ist, und die Anordnung so ausgelegt ist, daß während des Betriebs der Maschine eine begrenzte axiale Bewegung des mindestens einen Konus (15) möglich ist, während eine Drehbewegung des Konus (15) durch die Führung (18) verhindert wird.

2. Taumelscheibenmaschine wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der mindestens eine Endkonus (15) Dichtungsmittel zwischen seiner äußeren Oberfläche und dem Gehäuse hat.

3. Taumelscheibenmaschine wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, wobei die Führung (18) durch Stifte verwirklicht ist.

4. Taumelscheibenmaschine wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei die Stifte (18) an dem mindestens einen Endkonus (15) befestigt sind und in einer Öffnung der angrenzenden Endeinheit (12) gleiten.

5. Taumelscheibenmaschine wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, wobei Vorspannmittel zwischen dem mindestens einen verschiebbaren Endkonus und seiner angrenzenden Endeinheit (12) vorgesehen sind.

6. Taumelscheibenmaschine gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen schwingungsfähigen, gegabelten Zapfen (40) zwischen der Kugeleinheit und der Taumelscheibe, wobei der Zapfen einen Längsschlitz hat zwischen den zwei Gabelästen (41, 42), die durch eine an der Kugeleinheit angebrachte Basis miteinander verbunden sind, und die Taumelscheibe (5) in den Schlitz des Zapfens (40) paßt.

7. Taumelscheibenmaschine wie in Anspruch 6 beansprucht, wobei die äußeren Enden der Gabeläste (41, 42) halbkugelförmig sind und in eine halbkugelförmige innere Oberfläche (45) des Gehäuses (1) eingreifen, und ein reibendes Dichtungselement (47) auf einem inneren Teil des schwingungsfähigen Zapfens (40) angeordnet ist, wobei sich das Dichtungselement (47) an die kugelförmige Oberfläche (46) der kugelförmigen Kugel (8) anpaßt.

8. Taumelscheibenmaschine wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei das Dichtungselement (47) durch eine Feder (49) nach außen vorgespannt ist.

9. Taumelscheibenmaschine wie in Anspruch 6 bis 8 beansprucht, wobei die Basis des gabelförmigen Elements mit einer gerundeten Oberfläche (43) versehen ist.

10. Taumelscheibenmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (4) mindestens einen Durchgang (21) hat, wobei der Durchgang (21) an einem Ende zu einem Lager hin offen ist, und an dem anderen Ende nach außerhalb des Gehäuses (1) offen ist, und ein Rückschlagventil (24, 25) in dem Durchgang (21) vorgesehen ist, wobei die Bauweise und Anordnung so sind, daß das Rückschlagventil (24, 25) einem in dem Durchgang vorgesehenen Schmiermittel ermöglicht, nur in der Richtung von dem nach außerhalb des Gehäuses (1) offenen Ende nach dem zu dem Lager hin offenen Ende durch den Durchgang hindurchzufließen.

11. Taumelscheibenmaschine wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei das Schmiermittel in einem Vorratsbehälter vorgesehen ist, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Vorratsbehälter einen Schmiermittelausgang hat, der zu dem nach außerhalb des Gehäuses (1) offenen Ende des Durchgangs hin offen ist.