DE873208C

DE873208C - Rotary lobe pump

Info

Publication number: DE873208C
Application number: DESCH3088D
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schimkat
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1943-04-22
Filing date: 1943-04-22
Publication date: 1953-04-13

Description

Drehkolbenpumpe Es sind Pumpen bekannt, die stabförmige Förderkolben und einen Steuerkolben haben, dessen Drehpunkt innerhalb :der Förderkolbenbahn liegt. Man hat auch den Steuerkolben so ausgebildet, daß sein Antrieb unmittelbar durch die Förderkolben erfolgen kann, indem .diese in die Aussparungen des Steuerkolbens eingreifen.. Die Form der Aussparungen trägt dann im wesentlichen die Merkmale der bekannten Innenverzahnung von normalen Zahnrädern, wie sie zur Übertragung von Drehbewegungen usw. gebraucht werden. Sowohl die Flanken der Förderkolben als auch die der Steuerkolbenausschnitte sind so ausgebildet, daß eine zwangsläufige gegenseitige Führung gewährleistet ist. Damit werden aber abgeschlossene Hohlräume, deren. Größe sich zudem mit dem Fortschreiten -des Eingriffs ändert, unvermeidlich. Bei Flüssigkeitspumpen entstehen dann Pressungen der eingeschlossenen Flüssigkeit, die wegen der hohen Leistungsverluste die Verwendung solcher Pumpen in den meisten Fällen unmöglich macht: Es, sind andererseits auch Pumpen mit stab.förmigen Förderkolben und einem Steuerkolben bekannt, dessen Antrieb von der Jörderkolbenachse über besondere Zahnräder erfolgt. Bei diesen Pumpen können die Steuerkolbenausschnitte so groß gemacht werden, daß. keine Flüssigkeitspressungen entstehen. Der Steuerkolbendrehpunkt liegt dann außerhalb der Förderkolbenbahn. Für die Zahnräder ist genügend Raum vorhanden, um sie betriebssicher auszuführen. Es. wird aber damit auch die Pumpe groß, schwer und teuer. Außerdem hat auch der mit seinem Drehpunkt außerhalb der Förderkolbenbahn liegende Steuerkolben aus strömungstechnischen Gründen Nachteile. Es treten die Förderkolben mit ihrer vollen Umlaufgeschwindigkeit etwa rechtwinklig zur'Umlaüfbewegung,der Steuerkolbenausschnitte in diese ein. Da ein Förderkolben hierbei auch die seinem Volumen entsprechende Flüssigkeitsmenge aus dem Steuerkolbenaus,schnitt herausdrängen muß?, entstehen: große Beschleunigungskräfte. Sobald der Förderkölbeni auf der Saugseite d& Pumpe wieder-austritt, muß die gleiche Flüssigkeitsmenge beschleunigt werden; um in den Ausschnitt wieder einzudringen. Da für diesen Vorgang entsprechend dem kleinen Überschneidungswinkel der Kolbenbahnen nur ein kleiner Bruchteil einer AchsenumdTehung, also nur wenig Zeit zur Verfügung steht, können die Beschleunigungskräfte sehr groß werden und eine bedeutende Verlustquelle darstellen. Besonders störend ist der Umstand, daßt die Beschleunigungskräfte für den Flüssigkeitseintritt auf der S augseite höher werden können als der atmosphärische Luftdruck. Es, entstehen dann Störungen wie Vakuumbildung, ungleichmäßige Förderung und. Stoßen sowie Geräusche, die zu starkem Verschleiß und zu Beschädigungen führen können. Die Pumpe mu;ß, also mit einer kleineren Drehzahl betrieben werden, welche ihrer sonstigen Leistungsfähigkeit gar nicht entspricht. Im Interesse einer besseren Ausnutzung des technischen Aufwandes für eine solche Pumpe ist es aber erwünscht, diese mit einer möglichs@t hohen Drehzahl zu betreiben, um einemöglichst hohe Leistung zu erhalten. Es ist, also erforderlich, die Ein- und Austrittszeiten der Förderkolben in die Steuerkolbenausschnitte bezogen auf eine Umdrehung zu -verlängern.Rotary piston pump Pumps are known which have rod-shaped delivery pistons and have a control piston, the pivot point of which lies within: the path of the delivery piston. The control piston has also been designed in such a way that its drive goes through directly the delivery piston can be done by .these in the recesses of the control piston intervene .. The shape of the recesses then essentially bears the characteristics of well-known internal toothing of normal gears, such as those used for the transmission of rotary movements etc. are needed. Both the flanks of the delivery pistons and those of the control piston cutouts are designed so that an inevitable mutual guidance is guaranteed. But with it closed cavities, their. It also increases in size as you progress - the intervention changes, inevitable. In the case of liquid pumps, compression then occurs of the enclosed liquid, which because of the high power losses, the use making such pumps impossible in most cases: there are, on the other hand, too Pumps with rod-shaped delivery pistons and a control piston are known whose drive takes place from the Jörder piston axis via special gears. With these pumps you can the control piston cutouts are made so large that. no liquid squeezes develop. The control piston pivot point is then outside the feed piston path. There is enough space for the gears to make them safe to operate. It. but it also makes the pump large, heavy and expensive. Besides, he also has with its fulcrum outside of the delivery piston path, control piston from fluidic Reasons disadvantages. The delivery pistons enter at full speed roughly right-angled zur'Umlaüfbewegung, the control piston cutouts in this one. Since a delivery piston also has the corresponding volume Amount of fluid from the control piston cutout must be forced out ?, arise: great acceleration forces. As soon as the delivery piston on the suction side d & pump re-emerges, the same amount of liquid must be accelerated; to get into the To penetrate again. As for this process according to the small overlap angle of the piston tracks only a small fraction of an axis rotation, so only a little Time is available, the acceleration forces can be very large and represent a significant source of loss. Particularly annoying is the fact that it the acceleration forces for the liquid entry on the suction side are higher can be called the atmospheric pressure. There then arise disturbances like Vacuum formation, uneven delivery and. Bumping as well as noises that are too strong Wear and damage. The pump must, so with a smaller one Speed are operated, which does not correspond to their other performance. In the interest of better utilization of the technical effort for such However, it is desirable to operate the pump at as high a speed as possible, to get the highest possible performance. It is therefore necessary to and exit times of the delivery pistons in the control piston cutouts based on to lengthen one turn.

Ordnet man. zu diesem Zweck den Steuerkolben drehpunkt innerhalb der Förderkolbenbahn an, so wird die Umfangsgeschwindigkeit von Förderkolben und Steuerkolben nicht nur annähernd gleich große, sondern auch gleich gerichtet. Die Eintrittsgeschwindigkeit ist hauptsächlich durch die Exzentrizität beider Achsen bedingt. Der Überschneidungswinkel der K Kolbenbahnen ist erheblich größer und für den-Flüssigkeitsaustausch steht daher auch viel mehr Zeit zur Verfügung. Diese kann z. B. die lqälfte der Steuerkolbenuinlaufzeit betragen. Dementsprechend kann nun auch die Drehzahl der Pumpe und :damit ihre Leistung erhöht werden, ohne daß durch Vakuumbildung und andere Gründe eine Beeinträchtigung - erfolgt. Die Ausnutzung der Pumpe ist also besser. Jetzt macht aber die Unterbringung der Zahnräder für den! Antrieb des Steuerkolbens im, richtigen Übersetzungsverhältnis Schwierigkeiten. Sie werden zu klein und damit zu schwäch, da die Achsen zu dicht beieinander liegen. Oder es müssen umständliche Behelfslösungen gewählt werden. Immer aber ist mit teuren Herstellungsverfahren und; Störungen; im Betrieb zu rechnen.One arranges. for this purpose the control piston pivot point within the Conveyor piston path, the circumferential speed of the conveyor piston and control piston not only of approximately the same size, but also of the same direction. The speed of entry is mainly due to the eccentricity of both axes. The intersection angle the K piston orbit is considerably larger and stands for the exchange of fluids therefore a lot more time is available. This can e.g. B. half of the control piston running time be. Correspondingly, the speed of the pump and thus its performance can be increased without being adversely affected by vacuum formation and other reasons - he follows. The utilization of the pump is therefore better. But now do the accommodation the gears for the! Drive the control piston in the correct transmission ratio Trouble. They become too small and therefore too weak because the axes are too close lie together. Or cumbersome workarounds have to be chosen. But it is always with expensive manufacturing processes and; Disturbances; to be expected in operation.

Erfindurngsgemä0 wird: nun; ein. . unmittelbarer Antrieb des Steuerkolbens durch die Förderkolben dadurch erreicht, däß jederfFörderkolben den Steuerkolben nur mit einer Flanke führt. Die Steuerkolbenausschnitte sind so groß, daß keine abgeschlossenen Hohlräume entstehen und die Flüssigkeit seitlich gut ausweichen kann. Die Ausbildung der eingreifenden (Flanken: erfolgt trotzdem so, daß' zwischen der einen (oder anderen) Flanke von Förder und Steuerkolben nach den Gesetzen der Kinematik ein: normaler Eingriff für eine gleichförmige Bewegung der Teile gewährleistet ist, aber der Steuerkolben kann, wenn, das die auf ihn wirkenden Flüssigkeitskräfte veranlassen; auch gelegentlich kleine Ausweichbewegungen machen,. Das: Spiel darf nicht so groß werden, da3,die Förderkolben auf dem Umfang des Steuerkolbens. aufsetzen können. Wesentlich ist, da& die Förderkolben: während ihrer Eingriffszeit im 'Steuerkolben niemals eine abdichtende Funktion ausüben.According to the invention: now; a. . direct drive of the control piston achieved by the delivery piston in that each delivery piston controls the control piston only leads with one flank. The control piston cutouts are so large that none closed cavities arise and the liquid evade well to the side can. The formation of the intervening (flanks: nevertheless takes place in such a way that 'between one (or the other) flank of the delivery and control piston according to the laws of Kinematics on: normal engagement for uniform movement of the parts guaranteed is, but the control piston can, if that, the fluid forces acting on it cause; occasionally make small evasive movements. The: game is allowed do not become so large that the delivery pistons on the circumference of the control piston. put on can. It is essential that the delivery pistons: during their engagement time in '' The control piston never has a sealing function.

Um die Sicherheit des Eingriffs zu erhöhen, besonders dann; wenn man besonders große Steuerkolbenaus,schnitte für eine bessere Flüssigkeitsbewegung anwenden will, werden einer weiteren Ausbildung der Erfindung entsprechend immer mindestens zwei Förderkolben. zum Eingriff gebracht, und zwar .derart, daßi in, bezug auf die Bewegungsrichtung von einem Kolben die vordere und vom anderen, Kolben die hintere Flanke eingreift.To increase the safety of the procedure, especially then; if Use particularly large control piston cutouts for better fluid movement want to be a further embodiment of the invention according to always at least two delivery pistons. brought into engagement, in such a way that i in, with respect to the Direction of movement of one piston the front and of the other, piston the rear Flank engages.

Erfindungsgemäß wechseln die eingreifenden Flanken auf der Symmetrieachse. Wenn also beispielsweise ein Förderkolben auf der Druckseite mit seiner hinteren Flanke eingriff, dann ist es auf der Saugseite die vordere. Beim: Umwechseln sind zweckmäßig beide Flanken; des. Förderkolbens. kurzzeitig außer Eingriff. Aber auch dann, wenn. hier für kurze Zeit beide Flanken gleichzeitig im Eingriff wären; ist mit Flüssigkeitspressungen nicht zu rechnen, da die Relativbewegung zwischen Förder-und Steuerkolben hier praktisch gleich Null ist. Dieser :Erfindungsgedanke ist für die Fabrikation der Pumpe sehr wertvoll, .da kleine Ungenauigkeiten keine Rolle spielen und die Pumpe einfacher und damit billiger herzustellen ist. Die Führung des Steuerkolbens wind währenddessen zweclcmäß,ig von den Förderkolben, übernommen, die dem gerade auf der Symmetrieachse befindlichen Förderkolben benachbart sind. An Hand der Abb. i bis 3 wird -der Aufbau und die Wirkungsweise der Pumpe beschrieben. Abb. i zeigt einen Querschnitt und Abb.2 einen Längsschnitt durch die Pumpe; in Abb. 3 ist der Weg gezeigt, den eiiv !Förderkolben bei seinem: Durchgang durch einen Steuerkolbenausschnitt nimmt.According to the invention, the engaging flanks change on the axis of symmetry. So if, for example, a delivery piston on the pressure side with its rear Flank intervened, then it is the front on the suction side. When: are changing expediently both flanks; des. delivery piston. temporarily out of action. But also then, when. here for a short time both flanks would be engaged at the same time; is with liquid pressures not to be expected, since the relative movement between conveying and Control piston is practically zero here. This: Invention idea is for them Manufacture of the pump is very valuable, since small inaccuracies are not important and the pump is simpler and therefore cheaper to manufacture. The guidance of the control piston wind meanwhile, taken over by the delivery pistons, which is currently the case on the axis of symmetry located delivery pistons are adjacent. On the basis of Fig. i to 3 describe the structure and mode of operation of the pump. Fig.i shows a cross section and Fig.2 a longitudinal section through the pump; in Fig. 3 is the The way shown, the eiiv! Delivery piston in its: passage through a control piston cutout takes.

Das Hauptgehäuse r ist durch den Boden 2 abgeschlossen. Dieser trägt die sichelförmige Wand 2Q und die Steuerkolbenachse 2b. Der Steuerkolben 3 dichtet auf der einen Seite gegen die sichelförmige Wand 211 und auf der anderen Seite bei 8 gegen das Hauptgehäuse z ab. Der Förderraum wird durch die Sichel 2a und durch die gegenüberliegende Wand des Hauptgehäuses z gebildet. In diesen ragen die Förderkolben q. hinein, die an :dem Flansch 5 befestigt sind. Dieser Flansch bildet den dichtenden Abschluß, des Pumpenraumes. Förderkolben und Flansch werden durch die Achse 6 gedrehtL Diese ist in dem Deckel 7 gelagert, der die Pumpe abschließt.The main housing r is closed off by the base 2. This one carries the sickle-shaped wall 2Q and the control piston axis 2b. The control piston 3 seals on the one hand against the sickle-shaped wall 211 and on the other hand at 8 against the main housing z. The conveying space is through the sickle 2a and through the opposite wall of the main housing z is formed. The delivery pistons protrude into these q. which are attached to the flange 5. This flange forms the sealing Conclusion, the pump room. The delivery piston and flange are rotated by axis 6L This is stored in the cover 7, which closes the pump.

Der Fördervorgang wickelt sich so ab; daß die zwischen den Förderkolben; befindliche Flüssigkeit durch .den Förderraum in die Druckseite gedrückt wird. Aber auch die dem Volumen der Förderkolben entsprechende:Flüssigkeitsmenge-wirdgefördert; indem die Förderkolben diese bei ihrem Eintritt in eine Steuerkolbenaus-sparung im drucklosen Zustand herausdrängen und dafür auf der Saugseite bei ihrem Austritt die entsprechende neue Flüssigkeitsmenge hineinlassen. Das gesamte Fördervolumen je Umdrehung ist also Förderraumquerschnitt mal mittlerem Umfang. Die Förderung und. die Drehbewegung aller Teile erfolgt völlig stoßfrei und absolut stetig ohne irgendwelche Ungleichförmigkeiten. Die Pumpe zeigt also einen sehr einfachen Aufbau, sie ist billig in der Herstellung und infolge ihres, einfachen Fördervorganges sehr betriebssicher.The funding process is handled like this; that between the delivery pistons; liquid is pressed through .the delivery chamber into the pressure side. but also the one corresponding to the volume of the delivery piston: the amount of liquid is delivered; by doing the delivery pistons enter a control piston recess Push out in the depressurized state and instead on the suction side when they exit let in the corresponding new amount of liquid. The entire funding volume per revolution is therefore the conveying space cross-section times the mean circumference. The promotion and. the rotary movement of all parts takes place completely smoothly and absolutely steadily without any irregularities. The pump shows a very simple structure, it is cheap to manufacture and, as a result of its simple delivery process, is very good operationally reliable.

Das Hauptgehäuse i hat bei 8, wo der Steuerkolben abdichtet, eine Krümmung, die dem Außen durchmesser des Steuerkolbens entspricht. Die Förderkolben dagegen gehen hier frei, sie berühren das Hauptgehäuse überhaupt nicht. Die Abdichtung zwischen Druck- und Saugseite erfolgt also ausschließlich durch den Steuerkolben, und zwar stets nur am äußeren Umfang desselben. Auch an der sichelförmigem Wand 2a dichtet der Steuerkolben nur an seinem äußeren Umfange ab. Daraus, folgt übrigens, daß der Steuerkolben am eigentlichen Fördervorgang nicht beteiligt ist, da an ihm das rechts- und linksdrehende Moment stets gleich groß 'ist und infolgedessen eine Leistung, abgesehen von der unvermeidlichen Reibung, nicht entstehen. kann. Das ist ein wesentlicher Unterschied und eine Verbesserung gegenüber den an sich bekannten Zahnradpumpen. Da solche ihre Abdichtungsstellen einerseits an den eingreifenden Zahnflanken und andererseits am äußeren Umfange am Gehäuse haben, sind dementsprechend die rechts- und linksdrehenden Momente an einem Zahnrad verschieden groß. Solche Zahnräder sind unter Aufnahme der entsprechenden Leistung an dem Fördervorgang beteiligt. Da aber nur ein Zahnrad eine nach außen geführte Achse hat., die die Leistung überträgt, muß das zweite Rad seine Leistung über die Zahnflanken von dem angetriebenen Rad erhalten. Außerdem wandern diese Abdichtungsstellen auf den Flanken im Verlauf .des Eingriffsspiels dauernd hin und her und geben so Anlaß zu einer ständigen Leistungspendelung zwischen den Zahnräderni. Diese Leistungsübertragung und -pendelung und der damit verbundene Verschleiß und Leistungsverlust. ist bei der Pumpe nach der Erfindung vermieden. Der Steuerkolben hat keine Pumpleistung zu vermitteln. Er ist nur ein Steuerorgan. Diese neue Pumpe vereinigt also die Vorteile verschiedener Pumpensysteme in sich, ohne deren Nachteile zu besitzen.The main housing i has a at 8, where the control piston seals Curvature that corresponds to the outside diameter of the control piston. The delivery piston however, go free here, they do not touch the main housing at all. The waterproofing between the pressure and suction side is carried out exclusively by the control piston, and always only on the outer circumference of the same. Also on the sickle-shaped wall 2a only seals the control piston at its outer circumference. It follows from this, by the way, that the control piston is not involved in the actual delivery process because it is part of it the right and left turning moment is always the same 'and consequently one Performance, apart from the inevitable friction, does not arise. can. That is an essential difference and an improvement over the known ones Gear pumps. Since such their sealing points on the one hand at the intervening Tooth flanks and on the other hand on the outer circumference of the housing are accordingly the right and left turning moments on a gear are different in size. Such Gears are involved in the conveying process while absorbing the corresponding power. But since only one gear wheel has an axis leading outwards, which transmits the power, the second wheel must deliver its power via the tooth flanks of the driven wheel obtain. In addition, these sealing points migrate on the flanks in the course of .des Intervention play continuously back and forth and thus give rise to a constant fluctuation in performance between the gears i. This power transmission and oscillation and the with it associated wear and tear and loss of performance. is in the pump according to the invention avoided. The control piston does not have to convey any pumping power. He is only one Control body. This new pump combines the advantages of different pump systems in itself without having their disadvantages.

Der Verschleiß, wird auch :deshalb noch besonders klein, weil zwischen Förderkolben und Steuerkolben keine hin und her gehende Bewegung wie bei Zahnrädern stattfindet. Diese Bewegung erfolgte hier nur in einer Richtung. In Abb. 3 ist .der Weg eines Förderkolbens durch eine Steuerkolbenaussparung dargestellt. Er kommt auf der linken Seite hinein, wechselt auf der Symmetrieachse zur rechten Seite über und verläßt, an der rechten Flanke entlanggleitend, den Ausschnitt wieder. Der glatte ungehin derte Flüssigkeitsaustausch ist hieran auch besonders gut zu erkennen. Es treten keine Pressungen und auch keine Wirbel auf. Die Flüssigkeit1wirdglatt heraus:geschaufelt, sie macht eine fast kreisförmige Bewegung. Es isst möglich, für die eingreifenden Flanken sowohl der Förderkolben als auch des Steuerkolbens kreisbogenförmige Begrenzungslinien zu wählen bei trotzdem gleichförmiger Bewegungsübertragung zwischen den Kolbens. Das bedeutet eine weitere Verbilligung der Herstellung der neuen Pumpe. Da die Flüssigkeit beim Austausch in den Steuerkolbenaussparungen nur in einer Richtung beschleunigt wird, lassen sich Fälle finden, wo der hierbei entstehende dynamische Flüssigkeitsdruck bzw. -sog gerade ausreicht, um den Steuerkolben anzutreiben oder wo er doch entsprechend unterstützend wirkt. Das heißt dann:, daß: die Flanken sich überhaupt nicht oder -doch nur mit sehr geringem Druck berühren. Also ein weiterer Vorteil zur Verminderung des Verschleißes.The wear is also: therefore still particularly small, because between Delivery piston and control piston do not move back and forth like with gears takes place. This movement was only in one direction here. In Fig. 3 the Path of a delivery piston shown through a control piston recess. He comes on the left side, changes on the symmetry axis to the right side and, sliding along the right flank, leaves the cutout again. The smooth one unhindered fluid exchange is also particularly easy to recognize here. It there are no pressures and no vortices. The liquid 1 comes out smoothly: shoveled, it makes an almost circular motion. It eats possible for the intervening Flanks of both the delivery piston and the control piston, arc-shaped boundary lines to be selected with a uniform transmission of motion between the pistons. This means a further reduction in the cost of manufacturing the new pump. As the liquid accelerated in one direction only when replacing in the control piston recesses there are cases where the resulting dynamic fluid pressure or suction is just enough to drive the control piston or where it is has a supportive effect. That means then: that: the flanks do not or -but only touch with very little pressure. So another benefit to reduce of wear and tear.

Das gezeigte Verhältnis von acht Förderkolben und sieben Steuerkolbenaussparun:gen ist nur als Beispiel gewählt. Es können auch andere eZahlen sein.The ratio shown of eight delivery pistons and seven control piston recesses is only chosen as an example. It can also be other e-numbers.

Die Pumpe kann selbstverständlich auch als, hydraulischer Motor verwendet werden. Sie ist hierbei sogar besonders wirkungsvoll, da die an den Förderkolben nur tangential angreifenden Kräfte auch nur in ihrer wahren Größe als Drehmoment an der Achse zur Geltung kommen und keine Kräfteübersetzungen und -überhöhungen, .durch Komponentenbildung an Exzentern, Kurbeln, Taumelscheiben usw. auftreten.The pump can of course also be used as a hydraulic motor will. In this case, it is even particularly effective, since it acts on the delivery piston only tangentially acting forces also only in their true size as torque come into effect on the axis and no force transmissions or excesses, . occur due to the formation of components on eccentrics, cranks, swash plates, etc.

Die Länge derFörderkolben und; damit der Fördermenge der Pumpe kann in bekannter Weise nach den Patenten 643 785 und 665 963 verändert werden. Die Pumpe ist auch für Gase geeignet.The length of the delivery pistons and; so that the delivery rate of the pump can can be changed in a known manner according to patents 643 785 and 665 963. The pump is also suitable for gases.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Pump with rod-shaped delivery piston and a control piston, the pivot point of which is located within the delivery piston path and which is driven by the delivery piston by direct engagement in the control piston cutouts, characterized in that only one flank of each engaged delivery piston is engaged.

2. Pump according to claim i, characterized characterized in that at least two delivery pistons come into engagement at the same time, namely from. at least. a delivery piston. the front one (in relation to the direction of rotation) and the rear flank of at least one delivery piston.

3. Pump according to claim i, characterized in that; switch the engaging flanks in the vicinity of the axis of symmetry. Cited references: U.S. Patent Nos. I 503 362, 1,660,300 ; German patent specification No. 48168: 2.