DE69612019T2 - Rotationskolbenpumpe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Es ist eine Rotationskolbenvorrichtung bekannt (Sphärischer Motor mit Drehkolben, Japanische Patentanmeldung No. 47-44565, Klasse 51B61, FOIC 3/00, veröffentlicht 1972), wobei alle Teile der Gravitationszentren während des Betriebs bewegungslos bleiben. Strukturell ist sie in Form eines Gehäuses mit einer sphärischen Kammer gestaltet, die ein Hooke- Gelenk mit Wellen aufnimmt, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Die Kreuzform des Gelenks ist in Form einer Scheibe gestaltet und Gabeln der Wellen haben die Form von Halbscheiben. Die Flächen der Gabeln und der Kreuzform definieren vier Arbeitskammern mit einem Rauminhalt, der sich zweimal pro Umdrehung ändert. Die Vorrichtung weist die folgenden Nachteile auf: die paarweise parallele Anordnung der Arbeitskammern, von denen das eine Paar Kammern um 90 Grad relativ zueinander und in ihrer Form drehphasenverschoben ist, so daß sich jedes Paar Kammern in Drehrichtung um 180 Grad erstreckt. Aus diesem Grunde ist die diametrische Ebene der sphärischen Kammer des Gehäuses, wo die Symmetrieachsen der Wellen liegen und sich kreuzen, ständig von Hohlräumen aus zwei oder vier Arbeitskammern durchdrungen. Dies beschränkt grundsätzlich die Möglichkeiten, den hydrodynamischen Widerstand dieser Vorrichtung zu reduzieren
• Die GB-A-703 216 offenbart eine Pumpe, die ein Gehäuse mit einer sphärischen Kammer aufweist, die eine Gruppe von Rotationskolben aufnimmt, wobei das Gehäuse in Gehäuseteile in einer Ebene geteilt ist, welche von der Achse der Kolbenwellen abweicht.
• Die US-A-2 727 465 offenbart eine Pumpe mit Wellen, die schwenkbar miteinander verbunden sind.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Rotationskolbenvorrichtung zu schaffen, welche den hydrodynamischen Widerstand mehrfach reduziert.
• Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch die Merkmale aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Eine vorteilhafte weitere Ausführungsform ist in Anspruch 2 beschrieben.
• Das Gehäuse hat die Form einer Scheibe mit einer Durchgangsöffnung mit einem Bereich, der nicht von Hohlräumen aus Arbeitkammern der Rotationskolbengruppe durchdrungen wird, da deren Gestaltung auf einem modifizierten Hooke-Gelenk basiert.
• Bei einem bekannten Hooke-Gelenk ist jede der beiden Achsen der Kreuzform über zwei Gelenkverbindungen mit einer Gabel der Wellen verbunden. Die Teile der Gelenkverbindung sind: zwei Muffen an jeder Wellengabel und zwei Zapfen an den Endflächen jeder Kreuzformachse. Diese Rotationskolbenvorrichtung basiert auf dem kinematischen Schema eines Hooke- Gelenks. Gemäß diesem Schema weisen die beiden Kreuzformachsen jeweils einen Zapfen für die Gelenkverbindung auf, die in den Mittelteilen der Kreuzformachsen liegen, räumlich integriert sind und jeweils mit einer Muffe der Kreuzform verbunden sind, und die Muffen sind als bogenförmige Halbmuffen gestaltet. Die Kreuzform hat eine sphärische Form. Die Zapfen der Kreuform der Gelenkverbindungen haben eine konkave Form und rotieren mit den Wellen. Überschneidend an zwei diametrisch einander gegenüberliegenden Stellen haben sie einen sphärischen Umriß der Kreuzform entlang der diametrischen Linien in Ebenen, die in einem Winkel zueinander positioniert sind. Die bogenförmigen Halbmuffen sind mit einer äußeren sphärischen Fläche und einer inneren sphärischen Fläche in Drehrichtung versehen, die der inneren konkaven Fläche des Drehgelenks entspricht und diesem und der Fläche des Längsschnitts der Muffe komplementär ist. Die Kreuzform und die bogenförmigen Halbmuffen liegend in der Durchgangsöffnung des scheibenförmigen Gehäuses, und die Innenfläche der Öffnung hat die Form eines sphärischen Ringes mit konstanter oder veränderlicher Breite.
• Die Kreuzform weist 4 Kammern auf, von denen jede durch eine der beiden konkaven rotierenden Flächen der Kreuzform, durch einen Teil der konkaven komplementären Fläche der Drehung der einen bogenförmigen Halbmuffe, durch die Fläche des Längsschnitts einer anderen Muffe und durch die Innenfläche des inneren sphärischen Ringes der Durchgangsöffnung in dem Gehäuse definiert wird.
• Die Anordnung der Kammern, die bei Rotation aufeinanderfolgen, ist sequentiell und der Hohlraum jeder Kammer in Drehrichtung erstreckt sich etwas weniger als 90 Grad. Aus diesem Grunde wird die diametrische Ebene der inneren sphärischen Fläche der Durchgangsöffnung in dem Gehäuse, wo die Symmetrieachsen der Wellen liegen und sich viermal pro Umdrehung schneiden, nicht von den Hohlräumen der Kammern der Rotorkolbengruppe durchdrungen, da sie von den Teilen der Rotationskolbengruppe überlappt wird. Wenn man sich eine ersetzte diametrische Ebene durch die dünne Scheibe mit einer äußeren sphärischen Fläche denkt, wird viermaliges Überlappen in vier Überlappungsphasen pro Umdrehung der Rotorkolbengruppe umgewandelt. Denkt man sich eine Erhöhung der Dicke der sphärischen Scheibe, vergrößern sich auch die Überlappungsphasen und stimmen überein, wenn die Breite der sphärischen Scheibe und die Breite des Kolbens gleich sind. Eine sphärische Scheibe derartiger Dicke wird überhaupt nicht von den Hohlräumen der Kammern durchdrungen und wird von den Teilen der Rotationskolbengruppe konstant überlappt. Dadurch wird der Bereich der Durchgangsöffnung des scheibenförmigen Gehäuses nicht von den Hohlräumen der Kammern der Rotationskolbengruppe durchdrungen, wenn die minimale Breite des inneren sphärischen Ringes der Durchgangsöffnung in dem Gehäuse mit der Breite des Kolbens vergleichbar ist. Praktisch kann die Breite des scheibenförmigen Gehäuses auch innerhalb der Begrenzung des Kolbens der Rotationskolbengruppe liegen.
• Bei der betrachteten Rotationskolbenvorrichtung ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung in einem scheibenförmigen Gehäuse vergleichbar mit der Breite des Gehäuses, das eine große Reduzierung des hydrodynamischen Widerstandes im Vergleich zu dem Prototyp bewirkt. Gemäß den technologischen, Betriebs- und anderen Anforderungen kann die äußere Form des Gehäuses von der Scheibe abweichen.
• In Fig. 1 ist eine Gestaltung der Rotationskolbenvorrichtung zur Verwendung als Pumpe gezeigt.
• In Fig. 2 ist eine Gruppe von Teilen der Rotationskolbenvorrichtung dargestellt.
• Die dargebrachte Rotationskolbenvorrichtung weist ein scheibenförmiges Gehäuse (1) mit einer Durchgangsöffnung (2), deren Innenfläche (3) die Form eines sphärischen Ringes hat, zwei Wellen (4), die in einem Winkel zueinander positioniert sind und in das Gehäuse hinein gerichtet sind, und eine Rotationskolbengruppe auf, die an den Wellen montiert ist und in der Durchgangsöffnung liegt. Ein Rotor (5) hat an der Innenseite vier Kammern (6) und stellt kinematisch eine Kreuzform dar. Die Kammern des Rotors sind durch zwei konkave rotierende Flächen (7) und (8) definiert, die kinematisch Zapfen von Gelenkverbindungen mit zwei zu den Wellen gekreuzten Achsen (9) und (10) darstellen. Der Zapfen (7) gehört zu der Achse (·9) und der Zapfen (8) gehört zu der Achse (10). Zwei bogenförmige Halbmuffen (11) und (12) der beiden Gelenkverbindungen sind an den Wellen senkrecht zu ihren Achsen (eine Muffe an jeder Welle) angeordnet und stellen Doppelkolben der vier Kammern des Rotors dar. Der Rauminhalt der Kammer in Richtung der Kolbenbewegung ist von der dem Kolben gegenüberliegenden Seite durch die Fläche des zweiten Doppelkolbens (13) begrenzt, der die Kammer in seitlicher Richtung überlappt. Bei der Bewegung der Wellen bewegt sich jeder Kolben der Rotationskolbengruppe entlang der Kammer des Rotors, wobei sich ihr Rauminhalt zweimal pro Umdrehung ändert. Die Strömungsrichtung des Fluids durch die Öffnung hindurch hängt von der Drehrichtung der Wellen der Rotationskolbengruppe ab.

Claims (2)

1. Rotationskolbenvorrichtung, die ein Gehäuse (1) mit einer sphärischen Kammer aufweist, die eine Rotationskolbengruppe aufnimmt, die ein modifiziertes Hooke-Gelenk darstellt, wobei die Wellen (4) des Gelenks in das Innere des Gehäuses (1) gerichtet sind, wobei an den Wellen (4) des Gelenks senkrecht zu ihren Achsen Muffen (11, 12) angebracht sind, die Gelenkverbindungen der Wellen mit einer Kreuzform bilden, die eine sphärische Form hat, wobei Teile (7, 8) der Gelenkverbindungen mit ihren beiden Achsen (9, 10), eines an jeder Achse, mit den Wellen im Mittelteil der Kreuzform liegen, wobei die Teile (7, 8) die Form konkaver rotierender Flächen mit sphärischem Umriß der Kreuzform entlang der diametrischen Linien in den Ebenen haben, die in einem Winkel zueinander positioniert sind und die Muffen (11, 12) der Wellen (4) aufnehmen, wobei die Muffen (11, 12) der Wellen (4) als bogenförmige Halbmuffen gestaltet sind, und wobei die Kreuzform funktionell einen Rotor (5) der Rotationskolbenvorrichtung darstellt, wobei die bogenförmigen Halbmuffen Doppelkolben (13) der Vorrichtung sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) die Form einer Scheibe und eine Durchgangsöffnung (2) mit einer Innenfläche (3) aufweist, welche die Form eines sphärischen Ringes hat, wobei das Gehäuse (1) in der Ebene, in der die Achsen der Wellen (4) verlaufen in zwei Teile geteilt ist.

2. Rotationskolbenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Innenflächen der konkaven Teile (7, 8) des Rotors (5) mit einer sphärischen Fläche und vier konischen Flächen versehen sind.