DE69503862T2

DE69503862T2 - Pumpe mit doppelzylindrischen rotoren

Info

Publication number: DE69503862T2
Application number: DE69503862T
Authority: DE
Inventors: Phil Chan Chunan Rha
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1995-05-03
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2015-05-04
Also published as: JP2960779B2; JPH09504590A; ES2119436T3; KR970009955B1; KR950033090A; CN1130416A; DK0708888T3; ATE169377T1; WO1995031644A1; CN1081749C; US5704774A; DE69503862D1; EP0708888A1; EP0708888B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Technischer Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe und im einzelnen eine Pumpe eines neuen Typs, umfassend ein Paar zylindrischer Verdränger, welche jeweils so ausgebildet sind, daß sie um ein Paar Wellen in entgegengesetzten Richtungen bei derselben Exzentrizität bezüglich der assoziierten Wellen umlaufen, wobei ein konstanter Abstand zwischen ihnen gewahrt wird, wodurch ein geräuschloses und starkes Pumpen von Fluid mit hoher Leistungsfähigkeit erhalten werden kann.

Beschreibung des Stands der Technik

Im allgemeinen sind herkömmliche Pumpen so ausgebildet, daß eine Funktion des Pumpens von Fluid durch Rotieren eines Verdrängers des Schaufeltyps, des Zahnradtyps, des Spiralelementtyps oder des Kurvenscheibentyps um eine festgelagerte Achse in einem Pumpenkörper erhalten wird. Jedoch weisen solche herkömmlichen Pumpen insofern einen Nachteil auf, als sie aufgrund einer großen Länge der Bewegung des Verdrängers pro Ansaug-/ Förderhub, einer sehr großen Fläche des Verdrängers in Kontakt mit dem auszustoßenden Fluid und eines intensiven Verwirbelungszustands aufgrund des Kontakts zwischen dem Verdränger und dem Fluid einen großen Kraftverbrauch aufweisen. Ferner bringen diese Pumpen eine große Reibungswärme und das Phänomen des Abriebs mit sich. Daher sind sie hinsichtlich der Schwierigkeit, einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu ermöglichen, und einer kurzen Lebensdauer von Nachteil. Da diese herkömmlichen Pumpen eine komplexe Verdrängerkonstruktion und eine komplexe Verdrängerkammerkonstruktion aufweisen, unterliegen sie Einschränkungen bezüglich Design und Anwendung. Beispielsweise ist bei der Pumpe des Schaufeltyps die Fertigung des Verdrängers sehr schwierig und kostspielig. Im einzelnen ist eine Pumpe dieses Typs für das Herauspumpen von menschlichen Ausscheidungsprodukten, von eine Vielzahl von Fremdkörpern enthaltendem Abwasser oder von anderen Fluiden, welche andere feste Materie enthalten, ungeeignet, da die in dem Fluid enthaltene Materie die Schaufeln des Verdrängers behindert und somit die Pumpwirkung des Verdrängers stören. Außerdem weist diese Pumpe eine für das Fördern einer chemischen Flüssigkeit ungeeignete Konstruktion auf, da bei einer solchen eine turbulente Strömung vermieden werden sollte, und ist auch für die Anwendung als Vakuumpumpe ungeeignet.
Im Fall einer Pumpe des Typs, welcher einen zylindrischen Pumpenkörper mit Rückschlagventilvorrichtungen und einen für eine lineare Hin- und Herbewegung in dem Pumpenkörper ausgebildeten Kolben umfaßt, wird ein geringer Wirkungsgrad der Pumpe erzielt, da sie eine pulsierende Pumpwirkung umfaßt, welche für den Wirkungsgrad der Pumpe nachteilig ist und einen verhältnismäßig großen Anteil an Totvolumen zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben aufweist, welches nicht zu dem Ansaugen und Fördern von Fluid beiträgt. Da der Hub des Kolbens verhältnismäßig lang ist, weist diese Pumpe außerdem insofern einen Nachteil auf, als sie im Verhältnis zu ihrer Pumpkapazität übermäßig groß ist.
Die koreanische Patentveröffentlichung Nr. 91-4769 (entspricht der japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 63-126511) offenbart einen Umlaufkolbenverdichter, welcher auf eine ähnliche Weise arbeitet wie die Pumpe der vorliegenden Erfindung. Dieser Verdichter umfaßt einen Zylinder, einen kreisförmigen Rotor, welcher in dem Zylinder zum Ausführen einer exzentrischen Rotation in einer umfangsmäßigen Richtung entlang der inneren Oberfläche des Zylinders angeordnet ist, und ein bewegbares Schaufelement, welches zum Unterteilen der zwischen dem Zylinder und dem Rotor definierten Kammer in einen saugseitigen Niederdruckraum und einen auslaßseitigen Hochdruckraum ausgebildet ist. Jedoch bringt diese Konstruktion einen langen Hub des Rotors zum Ausführen eines vollständigen Pumpzyklus mit sich, da ihre Pumpwirkung durch die exzentrische Rotation nur eines einzigen kreisförmigen Rotors erhalten wird. Infolgedessen wird ein geringer Wirkungsgrad der Pumpe erhalten. Ferner weist dieser Verdichter eine komplexe Konstruktion auf, einschließlich einer Anzahl von Schwachstellen, hauptsächlich aufgrund seines verhältnismäßig dünnen bewegbaren Schaufelelements zum Unterteilen der zwischen dem Zylinder und dem Rotor definierten Kammer in den niederdruckseitigen Raum und den hochdruckseitigen Raum, und Ventilvorrichtungen zum Verhindern eines Rückwärtsfließens des Fluids von einer Ausstoßöffnung während des Ansaughubs des Rotors. Infolgedessen weist der Verdichter Nachteile hinsichtlich der Schwierigkeit, einen störungsfreien Betrieb unter hohem Druck und bei hoher Geschwindigkeit zu erreichen, sowie eine kurze Lebensdauer auf.
Vorgeschlagen worden ist auch eine Flügelzellenpumpe des Typs mit einem exzentrisch rotierenden kreisförmigen Element, einer Mehrzahl von plattenförmigen, auf dem drehenden Element so angebrachten Flügeln, daß sie sich in das Element radial herein- und herausbewegen können, und einem zylindrischen Pumpengehäuse, in welchem das rotierende Element entlang der Innenseite des Gehäuses gleitet. Eine solche Flügelzellenpumpe ist in der koreanischen Patentveröffentlichung Nr. 90-3682 (entspricht der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Sho 61-178289) offenbart. Jedoch weist diese Pumpe ähnliche Nachteile wie diejenigen des zuvor erwähnten Verdichters auf, da ihre Pumpwirkung nur durch ein einzelnes exzentrisch drehendes Element bewirkt wird und sie eine Pumpenkonstruktion umfaßt, bei welcher eine Anzahl von plattenförmigen Flügeln so angebracht sind, daß sie sich während des Pumpbetriebs in das drehende Element radial herein- und herausbewegen können.
Ebenfalls vorgeschlagen worden ist eine Pumpe des Typs mit einem ortsfesten Spiralelement, welches in Spiralform ausgebildet ist, und einem bewegbaren Spiralelement, welches in einer Spi ralform ähnlich derjenigen des ortsfesten Spiralelements ausgebildet ist, wobei beide Spiralelemente zusammenwirken, um die beabsichtigte Wirkung des Pumpens eines Fluids wie etwa eines Kühlmittels zu erzielen. Eine solche Pumpe des Spiralelementtyps ist beispielsweise in der koreanischen Patentveröffentlichung Nr. 89-628 (entspricht der japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 59-222753 und der japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 59-168236) offenbart. Jedoch weist diese Pumpe eine komplexe Konstruktion auf, welche Schwierigkeiten bei der Herstellung und hohe Herstellungskosten verursacht, da ihre Spiralelemente zum Ausführen ihres Pumpvorgangs eine komplizierte Spiralkonstruktion aufweisen, welche mit komplexen, nach innen gewundenen und kreisförmigen Krümmungen ausgebildet werden müssen. Ferner ist die Ansaug-/Fördermenge pro Pumpzyklus des bewegbaren Spiralelements verhältnismäßig klein, da das Ansaugen und Fördern des Fluids durch eine lange enge, zwischen dem bewegbaren Spiralelement und dem ortsfesten Spiralelement definierten Fluidkammer während ihres Pumpbetriebs ausgeführt wird. Infolgedessen ist diese Pumpe für den Einsatz zum Pumpen eines Fremdkörper enthaltenden Fluids oder eines zähflüssigen Fluids oder für den Einsatz zum Pumpen von anderen allgemein üblichen Fluiden in großen Mengen ungeeignet.
Aus US-A-1 041 606 ist eine Pumpe bekannt, die ein Paar identischer Verdränger umfaßt, welche sich in zwei identischen Verdrängerkammern befinden, welche parallel zueinander angeordnet und an ihren am nächsten beieinanderliegenden Wandpositionen miteinander verbunden sind. Die Verdränger laufen um ihre jeweilige Achse in entgegengesetzten Richtungen um und sind in einem variablen Abstand durch Gleitstücke miteinander verbunden, welche anhand von jeweils auf dem anderen Verdränger angebrachten Vorsprüngen in engem Kontaktmiteinander gehalten werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die zuvor erwähnten Probleme und Nachteile der herkömmlichen Pumpen zu lösen und somit eine Pumpe mit einer einfachen und effizienten Konstruktion bereitzustellen, wodurch eine einfache Fertigung, ein hoher Wirkungsgrad der Pumpe und eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten ermöglicht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Bereitstellung einer Pumpe erfüllt, welche umfaßt: ein Paar identischer zylindrischer Verdränger, welche so ausgebildet sind, daß sie jeweils um ihre Achsen in entgegengesetzten Richtungen bei derselben Exzentrizität bezüglich dieser assoziierten Achsen umlaufen, während sie in einem konstanten Abstand zueinander gehalten werden; ein Paar identischer zylindrischer Verdrängerkammern, welche so ausgebildet sind, daß sie die jeweiligen Verdränger so aufnehmen, daß die Verdränger jeweils an den inneren Oberflächen der Verdrängerkammern entlanggleiten; und eine Verbindungsplatte, welche zum Verbinden der Verdränger miteinander ausgebildet ist.
Die Verdränger sind ferner durch eine Übersetzungsgetriebeeinheit miteinander gekoppelt, welche ein Paar identischer Getrieberäder umfaßt, welche miteinander in Eingriff stehen und mit den Wellen exzentrisch gekoppelt sind.
Aufgrund der einfachen, völlig kreisrund geformten Verdränger und Verdrängerkammern der Pumpe weist die vorliegende Pumpe kaum von den bewegbaren Pumpenelementen herrührende Schwachstellen auf, wie sie üblicherweise bei den herkömmlichen Pumpen auftreten. Desweiteren zeichnet sich die vorliegende Pumpe durch ihre sehr einfache Fertigung und die lange Lebensdauer der Pumpe aus. Da die Verdränger mit der völlig kreisförmigen Gestalt jeden Pumpzyklus abwechselnd im wesentlichen dadurch ausführen, daß jede Hälfte des Verdrängerpaars um ihre jeweilige Achse umläuft und daß sie gleichmäßig an den inneren Ober flächen der Verdrängerkammern entlanggleitet, kann durch die Pumpe ein Pumpbetrieb erhalten werden, der fast frei ist von unerwünschtem Pulsieren, Lärm und Schwingungen. Außerdem kann ein effizientes und geräuschloses Pumpen ohne Kraftverschwendung aufgrund eines kurzen Hubs der Verdränger während eines Pumpzyklus, einer minimierten Kontaktfläche zwischen den Verdrängern und dem zu fördernden Fluid und aufgrunddessen, daß keine Strudel- oder Wirbelströmung erzeugt wird, erhalten werden. Insbesondere versagt sie selbst bei einem Betrieb bei hoher Geschwindigkeit und hohem Pumpdruck nicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Aufgaben und Aspekte der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich werden, wobei
die Fig. 1A bis 1D Schnitte zum Darstellen einer Grundkonstruktion der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung und ihres Betriebs sind;
Fig. 2 eine teilweise als Schnitt gezeigte Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Verdränger der in Fig. 1 gezeigten Pumpe ist;
die Fig. 3A und 3B schematische Ansichten zur Erläuterung der funktionalen Beziehung der beiden Verdränger zueinander in dem Fall sind, daß die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Verdrängerwellen und die Umlaufwinkelgeschwindigkeiten der um die Verdrängerwellen umlaufenden Verdränger so eingestellt sind, daß sie miteinander identisch sind;
Fig. 4 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 2 ist;
es keine Fig. 5 gibt;
die Fig. 6A und 6B schematische Ansichten sind, welche eine andere mögliche Ausführungsform zeigen;
Fig. 7 eine perspektivische Explosionsansicht einer Pumpe ist, welche gemäß der in den Fig. 1, 2 und 4 erläuterten Ausführungsform konstruiert ist;
Fig. 8 ein Schnitt der in Fig. 7 gezeigten Pumpe im zusammengebauten Zustand ist;
Fig. 9 ein schematischer Schnitt ist, welcher eine andere mögliche Ausführungsform für das exzentrische Umlaufen der Verdränger um ihre Verdrängerwellen darstellt;
Fig. 10 ein schematischer Schnitt ist, welcher eine weitere mögliche Ausführungsform für das exzentrische Umlaufen der Verdränger um ihre Verdrängerwellen darstellt;
Fig. 11 ein Schnitt ist, welcher eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, umfassend die auf den äußeren Oberflächen der Verdränger gebildeten Beschichtungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Fig. 1A bis 1D sind Schnitte zur Erläuterung des grundlegenden Konzepts der Konstruktion und des Betriebs der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in den Fig. 1A bis 1D gezeigt ist, umfaßt die erfindungsgemäße Pumpe einen ersten Verdränger 3 mit einem vollkommen kreisförmig geformten (oder zylindrisch geformten) Körper. Der erste Verdränger 3 läuft um eine Achse 1 in einer vorher bestimmten Richtung mit einer vorgegebenen Exzentrizität bezüglich der Achse 1. Die Pumpe umfaßt außerdem einen zweiten Ver dränger 4 mit derselben Konstruktion wie der erste Verdränger 3, das heißt, mit einem vollkommen kreisförmig geformten Körper. Der zweite Verdränger 4 läuft um eine andere Achse 2, welche nahe der Achse 1 parallel zu der Achse 1 angeordnet ist, in einer Richtung, welche der Umlaufrichtung des ersten Verdrängers 3 direkt entgegengesetzt ist, mit derselben Exzentrizität zu der Achse 2 wie diejenige des ersten Verdrängers 3 zu der Achse 1. Die Pumpe umfaßt außerdem ein Paar Verdrängerkammern, wobei die erste durch das Bezugszeichen 5 und die zweite durch das Bezugszeichen 6 dargestellt ist. In der ersten Verdrängerkammer 5 gleitet der erste Verdränger 3 auf vorher bestimmte Weise an ihrem Umfang entlang. In der zweiten Verdrängerkammer 6 gleitet der zweite Verdränger 4 ebenfalls auf vorher bestimmte Weise an ihrem Umfang entlang. Zwar sind die Achsen 1 und 3, welche die Umlaufmittelpunkten der Verdränger 3 bzw. 4 sind, in der Form von Punkten für die zweckmäßige Erläuterung dargestellt, doch sind sie in der Tat die Wellen, welche jeweils in der Mitte der entsprechenden Verdrängerkammern 5 und 6 angeordnet sind. Eine dieser Wellen kann eine Antriebswelle sein, welche in einer vorher bestimmten Richtung durch eine externe Antriebsvorrichtung wie etwa einem elektrischen Motor gedreht wird, während die andere eine angetriebene Welle ist, welche durch die Drehkraft der Antriebswelle in einer Richtung gedreht wird, die derjenigen der Antriebswelle entgegengesetzt ist.
Die ersten und zweiten Verdränger 3 und 4 sind jeweils in den Verdrängerkammern 5 bzw. 6 so angeordnet, daß sie in entgegengesetzten Richtungen um die Achsen 1 und 2 umlaufen, das heißt, um ihre Umlaufmittelpunkte, unter der Bedingung, daß sie in einem gleichbleibenden Abstand voneinander entfernt sind. Die ersten und zweiten Verdrängerkammern 5 und 6, in welchen die ersten und zweiten Verdränger 3 und 4 auf eine bestimmte Weise an deren Umfang entlanggleiten, stehen über eine gemeinsame Ansaugöffnung 7 auf einer Seite ihrer benachbarten Bereiche miteinander in Verbindung. Die ersten und zweiten Verdrängerkammern 5 und 6 stehen außerdem über eine gemeinsame Ausstoßöff nung 8 auf der anderen Seite ihrer benachbarten Bereiche miteinander in Verbindung. Die ersten und zweiten Verdrängerkammern 5 und 6, die Ansaugöffnung 7 und die Ausstoßöffnung 8 können wie in dem dargestellten Fall in einem einzigen Gehäuse 9 angeordnet sein.
Eine Verbindungsplatte 10 ist zwischen den ersten und zweiten Verdrängern 3 und 4 angeordnet. Die Verbindungsplatte 10 erstreckt sich durch einen Schlitz 11, welcher an den einander am nächsten benachbarten Bereichen der ersten und zweiten Verdrängerkammern 5 und 6 ausgebildet ist. Die Verbindungsplatte 10 ist an ihrem einen Ende mit dem ersten Verdränger 3 und an ihrem anderen Ende mit dem zweiten Verdränger 4 verbunden. Zusammen mit den ersten und zweiten Verdrängern 3 und 4 dient die Platte 10 zum Trennen der in dem Gehäuse 9 ausgebildeten Fluidkammer während des Betriebs der Pumpe in einen Raum H auf der Hochdruckseite und einen Raum L auf der Niederdruckseite, wie beispielsweise in Fig. 1B gezeigt. Die Fluidkammer des Gehäuses 9 ist durch die ersten und zweiten Verdrängerkammern 5 und 6, die Ansaugöffnung 7, die Ausstoßöffnung 8 und den Schlitz 11 definiert.
Fig. 1A zeigt einen anfänglichen Zustand der Pumpe, in welchem sich die ersten und zweiten Verdränger 3 und 4 an ihren untersten Totpunkten in dem Gehäuse 9 befinden und vertikal miteinander ausgerichtet sind. Wenn die ersten und zweiten Verdränger 3 und 4 beginnen, um ihre Umlaufachsen 1 und 2 in jeweils einander entgegengesetzte Richtungen von dem anfänglichen Zustand aus umzulaufen, führen die Verdränger 3 und 4 während des Pumpens wiederholt eine Reihe von Bewegungen aus, wobei die in Fig. 1B, Fig. 1C und Fig. 1D gezeigten aufeinanderfolgenden Zustände erhalten werden und wobei sie dann in den in Fig. 1A gezeigten Zustand zurückkehren. Fig. 1B zeigt den Zustand, in welchem einer der Verdränger, z. B. der Verdränger 3, aus dem Zustand von Fig. 1A durch einen Winkel von 90º um seine Umlaufachse 1 in einer durch den Pfeil angegebenen Richtung umgelaufen ist. Fig. 1C zeigt den Zustand, in welchem der Verdränger 3 wieder durch einen Winkel von 90º in derselben Richtung wie in Fig. 1B aus dem Zustand von Fig. 1B umgelaufen ist. Fig. 1D zeigt den Zustand, in welchem der Verdränger 3 wieder durch einen Winkel von 90º in derselben Richtung wie in Fig. 1C aus dem Zustand von Fig. 1C umgelausfen ist. In anderen Worten gesagt durchlaufen die bewegbaren Elemente der Pumpe einschließlich der ersten und zweiten Verdränger 3 und 4 und der die Verdränger 3 und 4 verbindenden Platte 10 die aufeinanderfolgenden kontinuierlichen Zustände der Fig. 1A, 1B, 1C und 1D, in dieser Reihenfolge, wobei jeder der Verdränger 3 und 4 einen vollständigen Umlauf ausführt. Während dieses Ablaufs gleiten die ersten und zweiten Verdränger 3 und 4 auf bestimmte Weise an den inneren zylindrischen Oberflächen der ersten und zweiten Verdrängerkammern 5 und 6 so an ihrem Umfang entlang, daß ihre äußeren zylindrischen Oberflächen jeweils in engem Kontakt mit den inneren Oberflächen der Verdrängerkammern 5 und 6 stehen.
Während sowohl die ersten und zweiten Verdränger 3 und 4 als auch die die Verdränger verbindende Platte 10 zusammen als einzelner einstückiger bewegbarer Körper betrachtet werden, ist der Innenraum des Gehäuses 9 in einen auf der Hochdruckseite angeordneten Raum (zum Beispiel der Raum H), welcher mit der Seite der Ausstoßöffnung 8 kommuniziert, und einen auf der Niederdruckseite angeordneten Raum (zum Beispiel der Raum H), welcher mit der Seite der Ansaugöffnung 7 kommuniziert, unterteilt, so daß während des zuvor erwähnten Ablaufs eine Wirkung des Ansaugens und des Ausstoßens eines Fluids erzeugt wird. Zum Beispiel, wenn der erste Verdränger 3 an der inneren Oberfläche der ersten Verdrängerkammer 5 entlanggleitet, beispielsweise aus dem Zustand in Fig. 1B über den Zustand in Fig. 1C in den Zustand in Fig. 1D, wird das Volumen eines in der ersten Verdrängerkammer 5 auf der linken Seite des ersten Verdrängers 3 und der Platte 10 definierten Raums allmählich verringert, wodurch das Ausströmen eines in dem Raum enthaltenen Fluids unter Druck zu der Ausstoßöffnung 8 hin bewirkt wird. Gleichzeitig wird das Volumen eines in der ersten Verdrängerkammer 5 auf der rechten Seite des ersten Verdrängers 3 und der Platte 10 defi nierten Raums allmählich vergrößert, wodurch sein Innendruck verringert wird. Infolgedessen wird in dem rechten Raum der ersten Verdrängerkammer 5 ein Vakuum gebildet, wodurch eine Kraft zum Ansaugen eines Fluids erzeugt wird. Indem er der zuvor erwähnten Bewegung des ersten Verdrängers 3 folgt, gleitet der zweite Verdränger 4 an der inneren Oberfläche der zweiten Verdrängerkammer 6 entlang, beispielsweise aus dem Zustand in Fig. 1D über den Zustand in Fig. 1A in den Zustand in Fig. 1C, und das Volumen eines in der zweiten Verdrängerkammer 6 an der linken Seite des zweiten Verdrängers 4 und der Platte 10 definierten Raumes wird allmählich verringert, wodurch das Ausströmen eines in dem Raum enthaltenen Fluids unter Druck zu der Ausstoßöffnung 8 hin bewirkt wird. Gleichzeitig wird das Volumen eines in der zweiten Verdrängerkammer 6 an der rechten Seite des zweiten Verdrängers 4 und der Platte 10 definierten Raumes allmählich erhöht, so daß sein Innendruck gesenkt wird. Infolgedessen wird in dem rechten Raum der zweiten Verdrängerkammer 6 ein Vakuum erzeugt, wodurch eine Kraft zum Ansaugen eines Fluids erzeugt wird. Somit kann die Pumpe das Fluid auf eine im wesentlichen kontinuierliche Weise fördern, da die Vorgänge des Fluid-Ansaugens und -Ausstoßens der ersten und zweiten Verdränger 3 und 4 abwechselnd auf eine wiederholte, kontinuierliche Weise durchgeführt werden.
Besonders beachtet werden sollte, daß während des Betriebs der Pumpe einer der Verdränger 3 und 4, zum Beispiel der Verdränger 3, die Durchführung seines Fluid-Ansaugens und -Ausstoßens genau dann beginnt, wenn der andere Verdränger, zum Beispiel der Verdränger 4, seinen Fluid-Ansaug- und -Ausstoßhub während des Umlaufens um seine Achse 2 durch einen Winkel von 180º beendet. Wenn die Achse 1 eine Antriebswelle ist, wird bei jeder halben (1/2) Umdrehung der Antriebswelle ein vollständiger Fluid-Ansaug- und -Ausstoßvorgang durchgeführt. Daher kann die Pumpe der vorliegenden Erfindung dieselbe Fluidmenge fördern wie die herkömmlichen Pumpen mit einer Konstruktion eines einzelnen umlaufenden Zylinders (koreanische Patentveröffentlichung Nr. 91-4769), welche so ausgebildet sind, daß bei jeder.
Umdrehung der Antriebswelle ein vollständiger Fluid-Ansaug- und -Ausstoßvorgang erhalten wird, während eine Pumpgeschwindigkeit und eine Antriebsenergie verwendet werden, welche im wesentlichen die Hälfte der bei den herkömmlichen Pumpen verwendeten Pumpgeschwindigkeit und Antriebsenergie betragen. In anderen Worten gesagt erzielt die Pumpe der vorliegenden Erfindung eine Fluidfördermenge, welche im wesentlichen dem Doppelten der von den herkömmlichen Pumpen bei derselben Pumpgeschwindigkeit und Pumpenkapazität erhaltenen Fördermenge entspricht. Zwar sind die Vorgänge des Fluid-Ansaugens und -Ausstoßens der Verdränger 3 und 4 als bei bestimmten Bewegungspositionen durchgeführt beschrieben worden, doch werden sie tatsächlich an fast allen Positionen der Verdränger 3 und 4 in einer symmetrisch komplementären und kontinuierlichen Weise bewirkt. Hinsichtlich der Fluid-Ansaug- und -Ausstoßfunktion bietet daher die erfindungsgemäße Pumpe einen Pumpbetrieb mit einem hohen Pumpenwirkungsgrad, welcher von den herkömmlichen Pumpen nicht erwartet wird, und dieser ist aufgrund der harmonischen Pumpwirkungen der Verdränger 3 und 4 mit der symmetrisch komplementären Beziehung zueinander fast frei von Pulsierungsphänomenen, Geräuschen und Schwingungen. Desweiteren ist der Pumpbetrieb der erfindungsgemäßen Pumpe sehr ruhig und robust, da die Verdränger 3 und 4 gleichmäßig und geräuschlos an jeder der inneren Oberflächen der Verdrängerkammern 5 und 6 entlanggleiten, während sie mit den inneren Oberflächen in engem Kontakt stehen. Demgemäß gibt es keine Überlastung selbst im Betrieb mit hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck. Da die Rate des Abriebs und der Beschädigung der für die Pumpe verwendeten Mechanismen minimiert sind, wird eine lange Lebensdauer der Pumpe erreicht. Außerdem weist die Pumpe eine einfache Konstruktion der Verdränger 3 und 4 und der Verdrängerkammern 5 und 6 auf und kann uneingeschränkt auf viele erforderliche Pumpkapazitäten angepaßt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das exzentrische Umlaufen der Verdränger 3 und 4 um die jeweiligen Achsen 1 und 2 durch eine in Fig. 2 gezeigte Anordnung erreicht. Bei der Anordnung in Fig. 2 sind Scheiben 14 und 15, welche jeweils exzentrische Wellen 12 und 13 aufweisen, mit jeweils einem Ende der in Form von Wellen ausgebildeten Umlaufachsen 1 und 2 gekoppelt. An den jeweiligen freien Enden der exzentrischen Wellen 12 und 13 sind die Verdränger 3 und 4 drehbar angebracht. Die Verbindungsplatte 10 ist an ihren beiden Enden fest mit den jeweiligen entsprechenden Teilen der Verdränger 3 und 4 gekoppelt. Die Wellen 1 und 2 sind mittels Getrieberädern 16 und 17 funktionell so miteinander verbunden, daß sie in entgegengesetzten Richtungen drehen. Das Koppeln mit der Platte 10 kann dadurch erreicht werden, daß die Platte 10 einstückig mit den Verdrängern 3 und 4 ausgebildet wird, oder durch Anschweißen einer separaten Verbindungsplatte an die Verdränger 3 und 4. Aufgrund einer solchen festen Kopplung der Verbindungsplatte 10 mit den Verdrängern 3 und 4 kann sich die Platte 10 einstückig mit den Verdrängern 3 und 4 bewegen, so daß kein Abrieb oder keine Beschädigung an den -Verbindungsbereichen der Platte 10 auftreten kann. Infolgedessen kann durch das Bereitstellen einer Pumpe mit einer festen und dauerhaften Konstruktion fast ohne Schwachstellen möglich ein Vorteil erhalten werden.
Wenn die Wellen 1 und 2 bei dieser Ausführungsform drehen, werden die exzentrisch mit den Wellen 1 und 2 gekoppelten Verdränger 3 und 4 in entgegengesetzten Richtungen um die Wellen 1 und 2 umlaufen gelassen, während ein gleichbleibender Abstand zwischen ihnen beibehalten wird. Wenn die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Wellen 1 und 2 und daher die Umlaufwinkelgeschwindigkeiten der um die Wellen 1 und 2 umlaufenden Verdränger 3 und 4 so eingestellt werden, daß sie miteinander identisch sind, wird der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Verdränger 3 und 4 in dem in Fig. 3B gezeigten Zustand, welcher nach dem Umlaufen der Verdränger 3 und 4 um 90º in entgegengesetzten, durch die Pfeile in Fig. 3 gezeigten Richtungen von dem anfänglichen, in Fig. 3A gezeigten Zustand erreicht wird, grösser als der Abstand in dem in Fig. 3A gezeigten Zustand. Infolgedessen kann im Betrieb eine Überlastung der Mechanismen auftreten.
Um das Umlaufen der Verdränger in entgegengesetzten Richtungen unter der Bedingung, daß der Abstand zwischen den Verdrängern 3 und 4 konstant gehalten werden muß, zu ermöglichen, sollten die Umlaufwinkelgeschwindigkeiten der Verdränger 3 und 4 auf solche Weise voneinander verschieden sein, daß, wenn der Verdränger 3 den in Fig. 3B gezeigten Zustand erreicht, nachdem er durch einen Winkel von 90º in der Richtung, die durch den in Figur A dargestellten Pfeil angegeben wird, aus dem in Fig. 3A gezeigten Zustand umgelaufen ist, der Verdränger 4 einen Zustand erreicht, bei welchem er durch einen Winkel, welcher geringfügig größer ist als 90º, in einer der Richtung des Verdrängers 3 entgegengesetzten Richtung umgelaufen ist. Aus diesem Grund werden die Verdränger 3 und 4 durch eine Übersetzungsgetriebeeinheit miteinander verbunden, die ein Paar identischer Getrieberäder 16 und 17 umfaßt, welche miteinander in Eingriff stehen und jeweils mit den Wellen 1 und 2 exzentrisch gekoppelt sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, welche ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 ist. Wenn das an der Welle 1 angebrachte Getrieberad 16 um 90º aus dem in Fig. 4 gezeigten Zustand durch eine Drehung der Welle 1 in dieser Konstruktion dreht, drehen das Getrieberad 17, das an seinem Bereich mit kleinem Durchmesser mit dem Bereich mit großem Durchmesser des Getrieberads 16 in Eingriff steht, und somit die Welle 2, die das Getrieberad fest trägt, um einen Winkel, welcher größer ist als 90º, in eine durch einen Pfeil in Fig. 4 angezeigte Richtung. Durch einen solchen Vorgang unterscheiden sich die Verdränger 3 und 4, welche jeweils um die Wellen 1 und 2 umlaufen, hinsichtlich der Umlaufwinkelgeschwindigkeit voneinander, so daß ihre entgegengesetzten Drehungen um die Wellen 1 und 2 unter einer Bedingung, daß der Abstand zwischen den Verdrängern 3 und 4 konstant gehalten werden soll, durchgeführt werden können.
Die Fig. 6A und 6B erläutern eine weitere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Platte 10 fest mit beiden Verdrängern 3 und 4 gekoppelt, ohne jedoch an ihrem einen Ende mit einem entsprechen den Verdränger 3 oder 4 gleitbar verbunden zu sein. In diesem Fall ist ein Paar elastischer Elemente 18 und 19 zwischen dem Verdränger 3 und einer den Verdränger 3 tragenden exzentrischen Welle 12 bzw. zwischen dem Verdränger 4 und einer den Verdränger 4 tragenden exzentrischen Welle 12 angeordnet, um eine Veränderung des Abstands zwischen den Mittelpunkten der Verdränger 3 und 4 auszugleichen. Nur eines der elastischen Elemente 18 und 19 kann eingebaut werden.
Eine vollständige Pumpenkonstruktion gemäß einer der in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigten Ausführungsformen ist in Fig. 7, welche eine perspektivische Explosionsansicht ist, und in Fig. 8, welche ein Fig. 7 entsprechender Schnitt ist, gezeigt. Diese Konstruktion umfaßt ein Paar Verdrängerwellen 1 und 2. Die Welle 1 dient als eine von einer externen Antriebsquelle gedrehten Antriebswelle, während die Welle 2 als eine angetriebene Welle dient, welche durch eine über die Übersetzungsgetrieberäder 16 und 17 übertragene Drehkraft der Antriebswelle 1 gedreht wird. Ein Paar Verdränger 3 und 4 sind exzentrisch auf den Wellen 1 und 2 mit derselben Exzentrizität angebracht. Die Verdränger 3 und 4 sind so mit der Platte 10 gekoppelt, daß sie miteinander integriert sind, wodurch sie die zuvor erwähnten Umdrehungen ausführen können, während ein konstanter Abstand zwischen ihnen beibehalten wird. Übersetzungsgetrieberäder 16 und 17, welche zum Koppeln der Wellen 1 und 2 miteinander ausgebildet sind, weisen die Form von exzentrischen Getrieberädern auf, wodurch das Umlaufen der Verdränger 3 und 4 in entgegengesetzten Richtungen ermöglicht wird, während ein konstanter Abstand zwischen ihnen beibehalten wird, wie zuvor erwähnt. Eine Endplatte 20 und eine Zwischenplatte 21 sind jeweils mit den seitlichen Enden des Gehäuses 9 verbunden. Zwischen der Endplatte 20 und der Zwischenplatte 21 ist ein Paar dicht verschlossener Verdrängerkammern 5 und 6 in dem Gehäuse 9 ausgebildet. In den Verdrängerkammern 5 und 6 werden die Verdränger 3 bzw. 4 umlaufen gelassen. Die Zwischenplatte 21 dient ebenfalls zum drehbaren Tragen der Wellen 1 und 2 mittels Lagern 22, 23, 24 und 25. An der Seite der Zwischenplatte gegenüber dem Gehäuse 9 ist eine geeignete Abdeckkonstruktion 26 fest angebracht, welche dazu dient, die Wellen 1 und 2 und deren Getrieberäder 16 und 17 abzudecken, um sie zu schützen. Vorzugsweise sind die Verdränger 3 und 4 jeweils mit exzentrischen Wellen 12 und 13 durch Zapfen verbunden.
Die in Fig. 6 gezeigte Pumpe weist dieselbe Konstruktion wie die den Fig. 7 und 8 gezeigte Konstruktion auf, außer daß die Befestigungsstrukturen der Verdränger 3 und 4 und der Getrieberäder 16 und 17 von denjenigen der Fig. 7 und 8 geringfügig verschieden sind.
Fig. 9 erläutert eine weitere mögliche Ausführungsform für das exzentrische Umlaufen der Verdränger um deren Wellen 1 und 2. Anstatt die exzentrischen Wellen 12 und 13 zu verwenden, welche jeweils an den Enden der Wellen 1 und 2 vorgesehen und zum Tragen der Verdränger 3 und 4 ausgebildet sind, wie in den zuvor genannten Fällen, wird bei dieser Konstruktion ein Paar exzentrischer Ringe 27 und 28 verwendet, welche jeweils um konzentrische, an den Enden der Wellen 1 und 2 ausgebildete Verlängerungen 12' und 13' herum eingepaßt sind. Um die exzentrischen Ringe 27 und 28 werden jeweils die Verdränger 3 und 4 angebracht.
Fig. 10 erläutert noch eine weitere mögliche Ausführungsform für das exzentrische Umlaufen der Verdränger 3 und 4 um deren Wellen 1 und 2 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Paar Schwenkhebel 29 und 30 zwischen der Welle 1 und dem Verdränger 3 bzw. zwischen der Welle 2 und dem Verdränger 4 als Verbindung vorgesehen.
Bei allen zuvor erwähnten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Verdränger 3 und 4 jeweils an ihren äusseren Oberflächen mit den Beschichtungen 31 und 32 aus einem Elastizität und Dauerhaftigkeit zeigenden Material, beispielsweise Kautschuk, wie in Fig. 11 gezeigt beschichtet sein. In diesem Fall dienen die Beschichtungen 31 und 32 zum Verbessern des zwischen jedem der Verdränger 3 und 4 und jeder entsprechenden Verdrängerkammer 5 und 6 erzeugten Abdichtungseffekts und dadurch wird ermöglicht, daß ein feste Stoffe enthaltendes Fluid ohne jegliche Störung gepumpt werden kann.
Wenn die Umlaufrichtungen der jeweils um ihre Wellen 1 und 2 umlaufenden Verdränger 3 und 4 so eingestellt werden, daß sie das Gegenteil der in allen vorigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erwähnten Richtungen darstellen, dient die Ansaugöffnung 7 als Ausstoßöffnung, während die Ausstoßöffnung 8 als Ansaugöffnung dient. In dieser Hinsicht kann die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Pumpe als eine in zwei Richtungen arbeitende Pumpe ohne Einschränkung der Fluid- Ansaug- und Ausstoßrichtungen betrachtet werden, im Unterschied zu den herkömmlichen Pumpen. Ein solches Merkmal der erfindungsgemäßen Pumpe resultiert aus der charakteristischen Konstruktion und Funktion der Verdränger 3 und 4, welche in der Form zweier identischer zylindrischer Körpern ausgebildet sind und durch eine symmetrisch komplementäre Bewegung miteinander in Beziehung stehen.

Claims

1. Pumpe umfassend:

Ein Paar identischer, zylindrischer Verdrängerkammern (5, 6), von denen jede eine innere Wandoberfläche definiert, wobei die Verdrängerkammern (5, 6) miteinander über einen Schlitz (11) verbunden sind, welcher in den einander zunächst angeordneten Abschnitten der Verdrängerkammern (5, 6) ausgebildet ist;

ein Paar identischer, kreisrund geformter Verdränger (3, 4), die jeweils in den Verdrängerkammern (5, 6) angeordnet sind und welche auf jeweiligen Wellen (1, 2) drehbar montiert sind, um um jeweilige Achsen in entgegengesetzten Richtungen mit derselben Exzentrizität bzgl. diesen Achsen umzulaufen, während sie an den inneren Wandoberflächen der Verdrängerkammern (5, 6), in denen sie angeordnet sind, entlanggleiten;

eine Verbindungsplatte (10), welche die Verdränger (3, 4) miteinander verbindet, wobei sich die Verbindungsplatte (10) durch den Schlitz (11) erstreckt;

eine Ansaugöffnung (7) und eine Ausstoßöffnung (8), welche jeweils an gegenüberliegenden Seiten von Teilen der Verdrängerkammern (5, 6) benachbart zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsplatte (10) die Verdränger (3, 4) auf einem konstanten Abstand zueinander hält und daß die Verdränger (3, 4) miteinander durch eine Übersetzungsgetriebeeinheit gekoppelt sind, welche ein Paar identischer Getrieberäder (16, 17) ent hält, die miteinander in Eingriff stehen und welche mit den Wellen (1, 2) exzentrisch gekoppelt sind.

2. Pumpe nach Anspruch 1, worin die beiden Verdränger (3, 4) fest mit der Verbindungsplatte (10) verbunden sind, und worin mindestens einer der Verdränger (3, 4) mit einem elastischen Element (18; 19) versehen ist, welches zwischen dem Verdränger (3; 4) und einem Träger zum Unterstützen des Umlaufs des Verdrängers (3; 4) angeordnet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, welche ferner ein Paar Scheiben (14, 15) umfaßt, welche an den jeweiligen Enden der Wellen (1, 2) befestigt sind und welche jeweilige Umlaufmittelpunkte für die Verdränger (3, 4) in dergleichen Weise bilden; wobei jede der Scheiben (14, 15) eine exzentrische Welle (12, 13) aufweist, welche so ausgebildet ist, daß sie den jeweils zugehörigen Verdränger (3, 4) trägt.

4. Pumpe nach Anspruch 1, welche ferner ein Paar exzentrischer Ringe (27, 28) umfaßt, welche rund um jeweilige konzentrische Vorsprünge gelegt sind, welche an den Enden der Wellen (12', 13') vorgesehen sind und welche die jeweiligen Umlaufmittelpunkte der Verdränger (3, 4) in gleicher Weise bilden, wobei jeder der exzentrischen Ringe (27, 27) so ausgebildet ist, daß er den jeweils zugehörigen Verdränger (3, 4) aufnimmt, um den so aufgenommenen Verdränger (3, 4) zu halten.

5. Pumpe nach Anspruch 1, welche ferner ein Paar Schwenkhebel (29, 30) umfaßt, wobei jeder zwischen jeder der Wellen (1, 2) und jedem der korrespondierenden Verdränger (3, 4) angeordnet und so ausgebildet ist, daß jeder Verdränger (3, 4) in die Lage versetzt ist, um die jeweils zugehörige Welle (1, 2) mittels der Drehkraft der Welle umzulaufen.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche ferner eine Beschichtung (31, 32) umfaßt, welche an der äußeren Ober fläche von mindestens einem der Verdränger (3, 4) vorgesehen ist, wobei die Beschichtung (31, 32) aus einem Material hergestellt ist, welches Elastizität und Beständigkeit aufweist.