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Rotierende Maschine mit volumenveränderlichen Kammern
Gegenstand der
Erfindung ist eine. neuartige rotierende Maschine mit volnmenveränderl ichen Kammern,
.die einen gleichförmigen, d. h. praktisch pulsationsfreien Umlauf des Strömungsmittels
ermöglicht, von einfacher Ausführung ist und mit großer Geschwindigkeit sich zu
drehen vermag, d. h. unmittelbar durch einen Elektromotor oder eine Wärmekraftmaschine
angetrieben werden kann.
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Die rotierende Maschine nach der Erfindung ist als Flüssigkeitspumpe,
Verdichter, Vakuumpumpe, Mengenmesser bzw. Zähler, Motor oder für jeden anderen
Verwendungszweck geeignet; s.ie besitzt ein geschlossenes Gehäuse, in Idem die umlaufenden
Teile gelagert sind und das mit Zuführungs- und Abführungsleitungen versehen ist,
und weist insbesondere die nachstehend aufgeführten Merkmale auf.
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Der Läufer besitzt im wesentlichen die Form einer zylindrischen Trommel,
die in zwei Kammern durch eine Trennwand unterteilt ist, die senkrecht zur Achse
verläuft und in der die Läuferwelle befestigt ist. Der Läufer trägt an seinem Umfang
zwei radiale Flügel, die in je einer der beiden Kammern befestigt und um ISOa gegeneinander
versetzt sind.
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Zwei gleichachsige, im wesentlichen zylindrische Kerne sind in den
beiden Kammern des Läufers derart angeordnet, daß sie diesen längs einer gemeinsamen
Erzeugenden tangieren und um ihre in bezug auf das Gehäuse festliegenlde geometrische
Achse drehbar sind. Sie weisen an ihrem Umfang
eine Gleitführung
für den entsprechenden Flügel auf, wobei Mittel vorgesehen sind, um eine freie Einstellung
der Gleitfü:hrung sow.ie die Abdichtung zwischen dem Läufer und jedem. Kern beiderseits
des entsprechenden Flügels zu gewährleisten.
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Im Mantel des Läufers ist eine Gruppe von Öffnungen vorgesehen, u,m
Idie Zuführung und Abführung des Strömungsmittels in die bzw. aus den Kammern zu
gewährleisten, die zwischen dem Läufer und den Kernen hinter bzw. vor jedem Flügel,
auf den Drehungssinn des Läufers bezogen, gebildet werden.
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Schiießlich sind Mittel für die Abdichtung zwischen den Saug- und
Druckleitungen für das Strömungsmittel vorgesehen.
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Die Erfindung hat ferner eine volumetrische Pumpe zum Gegenstand,
die die obigen Merkmale sowie weitere vorteilhafte Kennze-ichen aufweist, die eine
besonders einfache Ausführung mit einer IgeringenZahl vonEinzelteilen ergeben, die
meistens gegossen und zur Erzielung der erforderlichen Abdichtung zwischen den verschiedenen
festen und beweglichen Teilen bearbeitet sind. Es kommen nur zwei plastische Dichtungen
zur Anwendung, die in der Nähe der Lager der Läuferwelle auf dieser Welle angeordnet
sind.
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Nachstehenld ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben,
Idas in den Zeichnungen dargestellt ist, das jedoch die Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung in keiner Wei.se einschränkt, und zwar zeigt Fig. 1 einen längs der
Drehachse geführten Schnitt Idurch eine Pumpe nach der Erfindung nach der Linie
I-I in Fig. 2 und Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zur Drehachse nach der Linie II-II
in Fig. I.
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Die Pumpe 2I enthält einen Läufer 22 in Form einer zylindrischen
Trommel, die durch eine senkreicht zur Achse verlaufende Zwischenwand 23 in zwei
symmetrische Teile unterteilt ist; in 'der Trennwand ist eine Welle 24 durch ein
Gewinde 25 befestigt, wobei ein Bund 26 der Welle in einer gleichgeformten Aussparung
der Trennwand anliegt.
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D.as geschlossene Gehäuse der Pumpe 21 besteht aus zwei Seitenteilen
27 und einem Mittelteil 28, die durch Bolzen 29 mit Muttern sowie durch zwei an
den Enden m.it Gewinde und aufgeschraubten Muttern versehene Stangen 30 zusammengehalten
werden.
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Die Weile 24 Idringt frei durch eine Bohrung des Gehäuses und ist
an seinem Ende in einem Rollenlager 31 mittels der Rollen 32 und auf der entgegengesetzten
Seite in einem Kugellager 33 mittels der Kugeln 34 gelagert; die Lager 31 und 33
sind durch Schrauben 35 an den Seitenteilen 27 des Gehäuses befestigt. Dichtungsringe
36 umgeben die Welle 24 und sind in Aussparungen angeordnet, die im Gehäuse auf
der Innenseite der Lager 3I und 33 vorgesehen sind.
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Die Seitenteile 27 des Gehäuses weisen zwei zylindrische Tragiapfen
37 auf, die exzentrisch in bezug auf Idas Durchgangsloch der Welle 24 ausgebildet
sind; auf denselben sind Lagerbüchsen 38 angebracht, während zwei - zylindrische
Kerne 39 mit axialer Bohrung sich ohne Spiel auf den Büchsen 38 drehen können.
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Die Kerne 39 liegen genau an der Trennwand 23 an und berühren an
ihrem radialen Umfang längs einer Erzeugenden die zylindrische Innenwand des Läufers
22. Auf diese Weise werden beiderseits der Trennwand 23 zwei ringförmige Kammern
gebildet, die einen sichelförmigen Querschnitt -besitzen, dessen Spitzen sich treffen
(vgl. Fig. 2).
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Die Kerne 39 werden an der Außenseite durch einen Dichtungskranz
40 gehalten, der seinerseits durch einen Gewindering 41 gehalten wird, der in ein
entsprechendes Gewinde Ides Läufers 22 ein geschraubt ist. Der Läufer 22 kann sich
frei zwischen zwei benachbarten Seitenflächen der Seitenteile 27 des Gehäuses drehen,
und diese Flächen sind von zwei Ringräumen 42 umgeben, die durch geeignete Kanäle
mit einer Leitung 43 in Verbindung stehen, die ,der Flüssigkeitszuführung dient
(Fig. 2).
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Der Läufer 22 ist im Innern mit zwei radialen Flügeln 44 versehen,
die beilderseits der Trennwand 23 angeordnet sind und um iSo0 gegeneinander versetzt
sind. Die Flügel 44 hängen in geeigneter Weise mit dem Läufer zusammen; bei den
dargestellten Ausführungsbeispielen sind sie in Nuten des Läufers 22, der Trennwand
23 und des Dichtungsringes 40 eingelassen.
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Jeder der Flügel 44 gleitet in einem Achsbolzen 45, der in einem
zylindrischen Loch des Kerns 39 frei schwingen kann, das gleichachsig zum Kern liegt
und denselben längs einer Erzeugenden berührt. Infolge dieser Anordnung wird durch
die Drehung des Läufers 22 eine Drehung der Kerne 39 hervorgerufen, wobei der Achsbolzen
45 an dem Flügel 44 gleitet und dabei frei in seinem Loch relativ zum Kern 39 schwingt.
Der Flügel 44 ist also an allen vier Seiten eingeschlossen.
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- Zwischen dem Mittelteil 28 des Gehäuses und der Außenseite des
Läufers ist eine ringförmige mittlere Kammer 46 auslgebildet, die mit der Förderleitung
47 der Pumpe in Verbindung steht. Der Läufer 22 weist beilderseits jedes Flügels
44 eine oeffnung 48, die mit der zugehörigen Einlaßkammer 42 in Verbindung steht,
und eine Öffnung 49 auf, die mit der Förderkammer 46 in Verbindung steht.
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In der Kammer 46- sind zwei Klappen 50 um eine zur Welle 24 parallele
Achse 51 schwenkbar. Die Innenfläche dieser Klappen legt sich eng an die Außenfläche
des Rotors 22 unter der Wirkung von Federn 52 an. Zwei metallische D.ichtun'gsringe
54, aus zwei Teilen bestehend, sind zwischen dem Mittelteil 28 und den Seitenteilen
27 des Gehäuses eingeklemmt und dringen in zwei entsprechende Nuten ,des Läufers
22, so daß sie jedes Lecken zwischen der Kammer 46 und den Kammern 42 verhindern.
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Schließlich ist ein Ablaßventil 53 für ueberdruck zwischen der Förderleitung
47 und der Zuführungsleitung 43 vorgesehen.
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Im Betrieb dreht sich die Pumpe in der Pfeilrichtung. In Fig. 2 befindet
!sich der obere Flügel
am Anfang seiner Bewegung, und unter der
Voraussetzung, daß die Zuführungsleitung zur Pumpe unter Druck steht, ist der Raum
zwischen dem Läufer 22 und dem mit diesem Flügel zusammenhängenden Kern 39 durch
die entsprechende Öffnung 48 mit Flüssigkeit gefüllt. Die Förderöffnung 49 ist durch
die Klappe 50 geschlossen; beim Vorrücken stößt der Flügel die Flüssigkeit vor sich
her, ohne daß eine Förderung stattfindet, bis die hinter zudem Flügel liegende Öffnung
48 die Erzeugende, längs welcher Berührung zwischen dem Läufer 22 und dem Kern 39
besteht, überschritten hat; in diesem Augenblick ist Idie vor dem Flügel befindliche
Flüssigkeit in einen geschlossenen Raum eingeschlossen, aus den sie nur durch die
Austritts öffnungqg entweichen kann; die Förderung von Flüssigkeit hält bis zu dem
Augenblick an, in dem der Flügel seine Ausgangsstellung wieder eingenommen hat.
Während dieser selben Umdrehung des Flügels ist die Flüssigkeit hinter demselben
durch die Öffnung 48 angesaugt worden, und derselbe Kreislauf wiederholt sich bei
jeder Umdrehung.
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Die Arbeitsweise des Flügels 44, der gegen den ersten um 180° versetzt
ist, spielt sich in dessen Kammer, die von der ersten durch die Zwischenwand 23
getrennt ist, in derselben Weise ab, iedoch ist seine Förderleistung am größten,
wenn diejenige des ersten Flügels am kleinsten ist. Man erhält somit in der Förderleitung
47 eine fortlaufende und praktisch konstante, d. h. keine merklichen Pulsationen
aufweisende Förderung. Tatsächlich kann man die beschriebene Pumpe mit großer Geschwindigkeit
umlaufen lassen und die Pumpenwelle 24 unmittelbar mit der Antriebswelle eines Elektromotors
kuppeln. Auf diese Weise läßt sich alsi ein Motorpumpenaggregat verwirklichen, das
bei geringem Raumbedarf eine große Förderleistung besitzt und unter hohen Drücken
zu fördern vermag. Dieses Ergebnis ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß
die Flügel an allen vier Seiten eingelassen sind, wodurch jedes Lecken zwischen
der Druckseite und der Saugseite unterbunden ist.
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Um die Erläuterung der Wirkungsweise zu erleichtem, war vorausgesetzt,
daß die zu pumpende Flüssigkeit in der Speiseleitung unter Druck steht; jedoch hat
die Erfahrung gezeigt, daß man auf der Saugseite leicht einen Unterdruck von 720
mm Quecksilbersäule u.nd auf der Förderseite einen Druck von 7 klg/cm2 erzielen
kann.
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Die vorstehend beschriebene Pumpe stellt nur ein Ausführungsbeispiel
dar, das auf mannigfache Weise abgeändert werden kann, ohne daß dadurch an den Vorteilen
und der Wirtschaftlichkeit der Erfindung eingebüßt wird.
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Vor allem kann auf Grund der Erfindung eine umlaufende Maschine zum
Gebrauch als Gasverdichter mit zwei Kompressionsstufen verwirklicht werden, indem
insbesondere die Trennwand des Läufers so angeordnet wird, daß zwei Kammern von
ganz verschiedenen Rauminhalten erhalten werden, die größere für den Niederdruck
und die kleinere für die Aufnahme des auf Niederdruck gebrachten Gases zwecks Verdichtung
auf den Enddruck, vorzugsweise nach Abkühlung; selbstverständlich werden dementsprechend
feste Leitungen für den Umlauf des Druckmittels angeordnet.