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Als Pumpe oder Motor verwendbare Maschine Die Erfindung betrifft eine
als Pumpe oder Motor verwendbare Maschine mit einer um einen Tragzapfen rotierenden
Zylindertrommel, in der auf einem Teilkreis durchgehend achsparallele Zylinderbohrungen
angeordnet sind, die jeweils in Bohrungsm'itte radiale zur Tragzapfenacbse führende
Kanäle aufweisen, und in denen beiderseits von diesen Kanälen Kolben arbeiten, die
mit ihren aus den Zylinderbohrungen herausragenden Köpfen an mit Axiallagern versehenen
Schiefscheiben mit festem Neigungswinkel anliegen.
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Die Arbeitsweise -einer derartigen Maschine ist folgende: Soll sie
als Pumpe arbeiten, so wird die Trommel mit den in den achsparallelen Zylinder-Bohrungen
angeordneten Kolben in Rotation versetzt. Durch eine entsprechende Einstellung der
Schiefscheiben zueinander läßt sichdabei erreichen, daß die Kolben je nach -der
Stellung der Trommel das flüssige Medium durch den Zuleitungskanal im Inneren des
Tragzapfens ansaugen und durch den weiteren Druckkanal im Inneren des Tragzapfens
unter Druck weiter fördern. Werden die Schiefscheiben durch Verdrehen derselben
in eine Lage gebracht, daß sie parallel zueinander liegen, dann erfolgt eine Verschiebung
der Kolben in der Weise, @daß keine Förderung von Flüssigkeit erfolgt. je nach der
Größe der Abweichung der Schiefscheiben von der parallelen Lage zueinander
ändert
sich auch die Größe der geförderten Flüssigkeitsmenge.
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Wird die Maschine als Motor verwendet, dann arbeitet sie umgekehrt.
Das unter Druck eingebrachte Medium sorgt nämlich nun für die Längsverschiebung
der Kolben, so daß diese durch ihr Anliegen an den Schiefflächen eine Rotationsbewegung
der Trommel auslösen.
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Vorrichtungen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungen bekanntgeworden.
Die bekannten Maschinen weisen. jedoch eine Railte von Mängeln auf. Zunächst einmal
:ist kein erschütterungs- und geräuscharmer Lauf der Maschine in Verbindung mit
einem hohen mechanischen und hydraulischen Wirkungsgrad gewährleistet. Dies ist
einmal darauf zurückzuführen, daß die beweglichen Teile nicht genügend schwingungsfrei
gelagert sind und sie verhältnismäßig große Abmessungen aufweisen, womit Reibungsflächen
beträchtlicher Größe verbunden, sind. Nachteilig ist außerdem die Art der Zuführung
des flüssigen Mediums in das Innere der Zyliniderbohrungen. In diesem Zusammenhang
ist beispielsweise eine Maschine zu nennen, bei der die Arbeitsflüssigkeit den Zylindern
durch den mit großer Geschwindigkeit umlaufenden Trommelmantel zugeführt wird. Diese
Art der Zuführung b'ed.ingt außerordentlich große Trennflächen zwischen dem Gdhäuse
und dem Trommelumfang, die sich nur schwer abdichten lassen. Hinzu kommt noch, daß
wegen der großen Flächen ein starker Verschleiß auftritt, der im Laufe der Zeit
die Leckverluste weiter erhöht. Schließlich erfordern die großen Abmessungen auch
ein verhältnismäßig großes Spiel von vornherein.
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Eine weitere bekannte Maschine führt die Arbeitsflüssigkeit den Zylinderräumen
durch den Tragzapfen der Trommel hindurch zu und durch diesen wieder ab. Hierzu
sind vier Böhrungen im Tragzapfen angeordnet. Nachteilig ist dabei, daß der Durchflußquerschnitt
der einzelnen Bohrungen für die Arbeitsflüssigkeit nur verhältnismäßig gering sein
kann, so daß sich große Strömungsgeschwindigkciten und Reibungsverluste ergeben.
Hinzu kommt noch, daß die Anordnung der vier Bohrungen, die von einer Seite her
in das Zapfeninnere eingebohrt sind, einen Zapfen mit einem verhältnismä&ig
großen Durchmesser erforderlich machen. Dies hat ebenso wie bei der zuvor aufgeführten
Maschine zur Folge, daß die Trennflächen zwischen Zapfen und Trommel verhältnismäßig
groß sind und daß infolgedessen mit erhebl.ic-hen Leckverlu@sten gerechnet werden
muß. Andere Ibekannte Vorrichtungen bedienen sich eines zweigeteilten Trommelzapfens,
der schon ail-lein durch die Zweiteilung des Zapfens keinen steifen Träger für die
Trommel darstellt. Eine genügende Steifigkeit .des Zapfens ist aber eine wesentliche
Voraussetzung, um einen schwingungsfreien Lauf zu erzielen.
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Um die Nachteile der bekannten Maschinen zu vermeiden, sieht die Erfindung
vor, daß der Tragzapfen, um den zwei gleiche Schi@fsc'heIiben in an sich bekannter
Weise mittels geeigneter Kopplungsorgane in zueinander gegenläufigem Sinne verstellbar
sind, an beiden Seiten im Gehäuse fest eingespannt ist und von beiden Seiten her
mit je einer zentrisch, bis zu einer Scheidewand reichenden Bohrung versehen ist,
die der Zu- bzw. Abführung der Flüssigkeit zu bzw. von der um den Tragzapfen rotierenden
Zylindertrommel dienen, welche in an Eiich bekannter Weise durch ein. Ritzel über
einen auf ihrem äußeren Umfang angebrachten Zahnkranz angetrieben wird.
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Durch die Anordnung einer einzigen zentralen Bohrung im Zapfen, die
lediglich in der Mitte durch eine Scheidewand aufgeteilt ist, läßt sich der offene
Querschnitt .der Bohrung !bei einer bestimmten Biegefestigkeit im Verhältnis zum
verfügbaren Durchmesser . des Tragzapfens verhältnismäßig groß halten, so daß sich
nur mäßige Strömungsgeschwindigkeiten und dementsprechend geringe Strömungsgeräusche
einstellen. Besonders vorteilhaft ist es, daß andererseits der Zapfen einen verhältnismäßig
geringen Außendurchmesser aufweisen kann, wodurch sowohl der Durchmesser der Trommel
-als auch der des zentrisch zur Achse liegenden Teilkreises der Zylinder mit den
verschiebbaren Kolben und der Durchmesser der Axiallager gering gehalten sein kann.
Dadurch ist eine gedrängte, bezüglich Gewicht und Massenträgheit besonders vorteilhafte
Bauweise erzielt. Eine weitere Folge davon ist, daß sich nur geringe Umfangsgeschwindigkeiten
der am Umfang angetriebenen Trommel und an den Laufflächen der Trommel sowie der
Axiallager auf den Tragzapfen einstellen. Darüber hinaus können Triebräder verwendet
werden, die ebenfalls verhältnismäßig geringe Durchmesser aufweisen. Hierdurch ist
die Maschine nach der Erfindung besonders an solchen Stellen geeignet, an denen
nur wenig Platz zur Unterbringung eines durch Arbeitsflüssigkeit betriebenen Motors
oder einer Arbeitsflüssigkeit fördernden Pumpe zur Verfügung steht. Die Arbeitsflüssigkeit
wird der Trommel von einem Ende des Zapfens her zugeführt und dem anderen Ende des
Zapfens abgeführt. Dadas Eintreten der Arbeitsflüssigkeit in das Innere der Trommel,
nämlich in den Zylinder, von der Trommelachse her erfolgt, ergibt sich dem kleinen
Durchmesser des Tragzapfers entsprechend an der Übergangsstelle ein Spalt von nur
sehr geringer Länge und Breite, so daß kaum nennenswerte Leckverluste beim Übergang
der Arbeitsflüssigkeit vom feststehenden Zapfen in die umlaufende Trommel auftreten.
Die bei der Drehung der Trommel herrschende Zentrifugalkraft begünstigt :das Ansaugen
der Arbeitsflüssigkeit, da diese beim Eintritt in die Trommel durch die Zentrifugalkraft
nach außen in die Zylinderräume geschleudert wird. Es genügt daher die Arbeitsflüssigkeit
mit geringem Überdruck zuzuführen, der sich beim Schleudervorgang verstärkt und
infolgedessen mit dafür sorgt, daß die Kolben stets an die Axiallager angedrückt
sind.
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Durch das beiderseitige feste Anspannen des Tragzapfens im Gehäuse
sind Durchbiegungen und Schwingungen so gut wie völlig vermieden,
was
wesentlich dazu beiträgt, Geräusche zu vermeiden und die Lebensdauer aller Gleit-
und Wälzflächen zu erhöhen. Durch die Einspannung des Tragzapfens und die gedrängte
Bauweise der Maschine nach der Erfindung ist die Möglichkeit geschaffen, erfindungsgemäß
die Zylindertrommel zugleich als Anker eines Elektromotors auszubilden und sie innerhalb
eines elektromotorischen Ständers anzuordnen, so daß der Antrieb der Zylindertrommel
mit der Maschine nach der Erfindung eine geschlossene Baueinheit bildet. Selbstverständlith
ist die Maschine nach der Erfindung auch als Motor verwendbar, wobei die Zylindertrommel
als Anker eines Dynamos ausgebildet sein kann.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an dem Beispiel einer Pumpe norih
näher veranschaulicht. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch eine gemäß der Erfindung
ausgebildete Pumpe, Fig.2 eine Darstellung der Anordnung von Steuerkörper, Steuerzapfen
und Trommel, Fig.3 ebne Darstellung entsprechend Fig.2 in einer anderen Schaltstellung
und' Fig.4 ebenfalls eine Darstellung entsprechend Fig. 2 in einer dritten Schaltstellung.
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Die in Fig. i dargestellte Pumpe weist eine Trommel i auf, die mit
parallel zu ihrer Drehachse angeordneten Bohrungen 2 versehen ist. In jeder dieser
Bdhrungan 2 sitzen zwei Kolben: 3 und 4. Die Trommel i wird durch ein in der Zeichnung
nicht dargestelltes Antriebsaggregat über eine Welle 5 und ein entsprechendes Übersetzungsgetriebe
6, 7 in Drehbewegung versetzt.
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An den Stirnenden der Trommel i sind Steuerkörper 8 und 9 angeordnet.
Diese Steuerkörper sind. auf einem Steuerzapfen io drehbar gelagert, der auch gleichzeitig,der
Abstützung und Lagerung der Trommel i dient. Die Steuerkörper 8 und 9 weisen an
ihrem der Trommel i zugekehrten Enden Schrägflächen i i und 12 auf. Auf diesen Flächen
i i, 12 sind Lagerscheiben 13, 14 befestigt, die sich gegenüber den Steuerkörpern
frei drehen können. Die Kolben 3 und 4 können an den Lagerscheiben 13 und 14 angelenkt
sein, um eine Saugwirkung ausüben zu können. Es ist aber auch möglich, das Fördermittel
der Pumpe bereits unter einem kleineren Überdruck zuzuführen, so daß die Kolben:
3 und 4 durch das Fördermittel selbst jeweils in kraftschlüssiger Verbindung mit
den Lagerscheiben'13 und 14 gehalten werden.
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Bei Rotation der Trommel i wird nun durch die Zuführungsleitung 15
innerhalb des Steuerzapfens io daß Fördermittel der Steueröffnung 16 zugeführt und
gelangt über einen Kanal 17 in einen der Zylinder z. Bei der Relativbewegung der
Kolben, 3 und 4 gegenüber den Steuerkörpern 8 und 9 gehen die ersteren auseinander,
so -daß das Fördermittel nachströmen kann. Haben die Kollben 3 und 4 ihre äußerste
Stellung erreicht, die in Fig. i bei dem oberen Kolbenpaar dargestellt ist, so kommt
nunmehr der entsprechende Kanal 17 mit einer Staueröffnung 18 in Verbindung, so
daß unter dem Druck der sich wieder aufeinander zubewegenden Kolben 3 und 4 d'as
Fördermittel in dlie Förderleitung i9 abströmen kann, die ebenfalls innerhalb des
Steuerzapfens io angeordnet ist.
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Um nun die Fördermenge der Pumpe, regeln zu können, sind die beiden
Steuerkörper 8 und 9 in ihrer gegenseitigen Lage zueinander einstellbar. Zu diesem
Zweck ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeder der Steuerkörper mit einem
Schneckenrad 2o, 2 i versehen. Die Schneckenräder greifen in Schnecken 22, 23 ein,
die über eine Zahnstange 24 verstellbar sind, die mit auf den Schnekkenwellen sitzenden
Za'hnrä'dern 25, 26 kämmt. Die beiden Schnecken 22 und 23 besitzen gegenläufige
Steigung, so daß bei Verschiebung der Zahnstange 24 sich die beiden Schneckenräder
2o und 21 und damit die Steuerkörper 8 und 9 zwar um gleich große Winkel, jedoch
in enige gengesetztem Drehsinn verdrehen. Es ist daher möglich, daß die beiden Steuerkörper
8 und 9 aus einer Lage, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, so weit zueinander in
Richtung der Pfeile 27, 28 verdreht werden können, daß ihre Schrägflächen i i, i2
parallel zueinander stehen. In dieser Stel4ung, die in Fig. 3 veranschaulicht ist,
führen die Kolben 3, 4 zwar auch axiale Bewegungen aus. Da jedoch der Abstand der
Schrägflächen ii und 12 in allen Punkten der gleiche ist, bleibt auch der gegenseitige
Abstand der Kolben 3 und 4 erhalten, und es findet keine Verdrängung statt, so daß
die Pumpe also auch nicht fördert.
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Werden die Steuerkörper 8 und 9 aus dieser in Fig.3 dargestellten
Lage in derselben Richtung, nämlich in Richtung der Pfeile 27, 28, weiter bewegt,
so gelangen sie schließlich in eine Stellung, die in Fig. 4 verdeutlicht ist, Steuerkörper
8 und 9 haben die gleiche Winkelstellung zueinander wie in der Stellung nach Fig.
2, jedoch besitzen ihre Winkel gegenüber der Ausgangsstellung ein negatives Vorzeichen,
so daß jetzt zwar dieselbe Fördermenge gefördert wird wie bei der Stellung gemäß
Fig. 2, jedoch in entgegengesetzter Richtung, d. h. also, Saug- und Druckseite sind
gegeneinander vertauscht. In den jeweiligen Zwischens.telllungen ist die Fördermenge
entsprechend reduziert.
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Der Pfeil 29 deutet die Drehrichtung der Trommel i an, die Pfeile
30, 31, 32 und 33 die Strömungsgrichtung des Fördermittels.
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Die vorstehend beschriebene Regeleinrichtung für,die Pumpe hat den
Vorteil, daß Schwingungserscheinungen, wie sie - bei derartigen Pumpen häufig auftreten,
mit Sicherheit vermieden werden können. Die Steuerkörper können sehr stabil ausgebildet
werden, da ihre Durdhtrittsbohrung nicht größer ausgeführt zu sein braucht, als..es
das Lagerspiel gegenüber dem Steuerzapfen erfordert. Mit gleichem Erfolg läßt sich
eine derartige Regeleinrichtung auch bei Motoren verwenden.
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Statt die Trommel i rotieren zu lassen, ist es auch möglich, bei starr
angeordneter Trommel Steuerkörper 8 und 9 und Steuerzapfen io mit gleicher Geschwindigkeit
rotieren zu lassen. Die
Steuerkörper 8 und 9 sind dann in entsprechender
Weise gegenüber dem Steuerzapfen io einstellbar.