EP0085689A1

EP0085689A1 - Verdrängermaschine, insbesondere ringkolbenmaschine

Info

Publication number: EP0085689A1
Application number: EP82902350A
Authority: EP
Inventors: Wolfhart Dipl.-Phys. Willimczik
Original assignee: Individual
Current assignee: Willimczik Wolfhart Dipl-Phys
Priority date: 1981-08-03
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1983-08-17
Also published as: IT8222702A0; IT8222702A1; DE3130670A1; WO1983000527A1; IT1152306B

Description

Verdrängermaschine, insbesondere Ringkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine axparallele Verdrängermaschi¬ ne in einer Ringkolbenbauart gemäß der Gattung des Patent- anspruchs 1.

Eine Reihe von bekannten Verdrängermaschinen ähnlicher Bauart, wie z.B. das Drehschiebersystem haben den Nach¬ teil, daß die Förderelemente nicht zwangsgesteuert werden und daß die Fliehkräfte nicht auf einfache Weise kompen¬ siert werden können.

Diese Konstruktionen, sowie auch die Rollkolbenmaschine besitzen meist nur einen Förderraum und können ohne grö¬ ßeren Bauaufwand-nicht mehrstufig ausgeführt werden.

Ziel der Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile zu beseitigen. Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem mög¬ lichst einfachen Grundelement, einem ringförmigen Kolben, eine Reihe von Verdrängermaschinen mit zwangsgesteuerten Förderelementen gleich für mehrere Arbeitsräume hervorzu¬ bringen, wie Pumpen, Verdichter, Mengenmesser, Druckluft¬ motoren, Hydraulikmotoren bzw. Getriebe, Druckerhöhungs- anlagen u.a.

Erfindungsgemäß ist die gestellte Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Die erfinderische Grundidee, statt eines zylindrischen Kolbens einen ringförmigen zu verwenden, wirkt sich auf mehrere bekannte Prinzipien aus, wie Dreh¬ schieber und Rollkolbenprinzip. Es entstehen von vorn¬ herein radial beiderseits des ringförmigen Kolbens ge- trennte Arbeitsräume, wodurch die Maschinen leicht mehr¬ stufig ausgeführt werden können; bringt aber noch weitere Vorteile. Der Kolben kann sich dabei drehen, abrollen oder ruhen, wobei er durch eine Welle, einen Exzenter oder di- rekt durch ein Kraftfeld angetrieben werden kann. Das glei¬ che gilt für die radialen Arbeitsraumwandungen. Eine Welle ist also nicht immer nötig.

Die Ein- und Auslaßkanäle befinden sich in den betreffen¬ den ruhenden_. eilen. Die erste Verbesserung bezieht sich auf das bekannte Dreh¬ schiebersystem. Der ringförmige Kolben rotiert zwischen zwei exzentrisch zum Kolben verlaufenden, zunächst zylin¬ drischen radialen Arbeitsraumwandungen. Die Schlitze für die Förderelemente sind durch den ringförmigen Kolben ra- dial durchgefräst, und der Kolben wird durch 1 oder 2 Sei¬ tenteile axial außerhalb der Arbeitsräume zusammengehal¬ ten (Anspr. 2) . In den Schlitzen befinden sich als För¬ derelemente Schieber oder Zylinderrollen, oder Kombina¬ tionen zwischen beiden, die jetzt zwischen den beiden äqui- distanten Arbeitsraumwandungen zwangsgesteuert werden.

Die beiden radialen Arbeitsraumwandungen können dabei be¬ liebig huberzeugend gestaltet sein, d.h. sie können meh¬ rere abgerundete "Ecken" haben. Die exzentrisch zylindri¬ sche Form entpricht dabei dem "Eineck" , die elliptische Form dem "Zweieck", dann folgen das "Dreieck", "Viereck" sw.

Der Durchmesser der Zylinderrollen ist gleich dem senkrech¬ ten Abstand der Arbei sraumwandungen. Die Schieber kann man sich aus einer entsprechenden Rolle herausgeschnitten denken, da sie die gleiche radiale Ausdehnung und die glei¬ che Balligkeit an den Enden haben müssen. Außerdem müssen sie hier eine bestimmte Mindestdicke haben, da die Dicht¬ linie an den Enden etwas wandert.

Lose, zylindrische Arbeitsraumwandungen können einmal zu einer Hubverstellung in bekannter Weise herangezogen wer¬ den, zum anderen können sie sich mitdrehen. Da diese Dreh- achse mit der Drehachse der Förderelemente übereinstimmt, kann die innere Arbeiteraumwand zur Aufhängung der Förder¬ elemente benutzt werden, damit die Fliehkräfte durch eine entsprechende Radialkraft kompensiert werden. Die Förder- elemente sind dabei entweder mit einem Spannring oder mit — der inneren Arbeitsraumwand in Umfangsrichtung etwas ver¬ schiebbar verbunden. (Anspruch 3) Die Förderelemente kön¬ nen aber auch an Seilen oder Speichen, die die innere Ar¬ beitsraumwand durchdringen und in der Drehachse der För- derelemente zusammengeführt werden, zumindest in diese Richtung laufen, aufgehangen werden (Anspruch 11). Bei kleineren Maschinen kann im Innern ein Magnet angeordnet sein, der die dann hier nur allein ferromagnetischen För¬ derelemente nach innen zieht (Anspruch 12), mehrere Mag- netpole können dabei auch gleichzeitig zum Antrieb der

Förderelemente benutzt werden. Die Anzahl der Förderele¬ mente ist selbstverständlich beliebig.

Die Symmetrie- bzw. Mittelachsen des Kolbens und der Ar¬ beitsraumwandungen sind in allen Fällen parallel. fallen aber nur beim Anspruch 8 zusammen.

Hier sind die beiden radialen Arbeitsraumwandungen kreis¬ zylindrisch und der Kolben dreht sich um ihre Symmetrie¬ achse, was in den meisten Fällen auch seine Mittelachse ist. Die huberzeugenden Flächen befinden sich hier am Kol- ben, d.h. er ist exzentrisch zylindrisch ("Eineck"), ellip¬ tisch ("Zweieck"), dreieckig, viereckig usw., also mehr¬ eckig mit abgerundeten Ecken. Teile der huberzeugenden Mantelflächen laufen dabei ständig an den zylindrischen Arbeitsraumwandungen entlang. Eine Förderung entsteht wie¬ der durch eine zusätzliche nicht kreisende Trennstelle auf dem Umfang, die einmal durch eine für die Kolbendurchfüh¬ rung geschlitzte, radial bewegliche Trennwand (Anspruch 9) bzw. Schieber, zum anderen durch den gleichen Hub erzeu¬ gende Sperrkolben (Anspruch 10) gebildet wird. Die Sperr¬ kolben werden zwangsgesteuert (z.B. durch Zahnräder), drehen sich mit einem bestimmten Drehzahlverhältnis zum

OMPI IPO ri-ngähnlichen Kolben, sind wesentlich kleiner als dieser und so geformt, daß ihre Mantelflächen ständig aneinander vorbeilaufen.

Nach Anspruch 4 erhalten die Rollkolbenmasσhinen durch den ringförmigen Kolben einen zweiten, innen liegenden

Förderraum. Hier sind Kolben und Arbeitsraumwandungen ge¬ wöhnlich kreiszylindrisch, könnten aber auch gemeinsam elliptisch oder anders geformt sein. Die beiden Mantelflä¬ chen des Kolbens liegen an einer Umfangsstelle an der jeweiligen Arbeitsraumwandung an. Die Abrollbewegung kön¬ nen entweder der Kolben oder die Arbeitsraumwandungen aus¬ führen, die, weil sie hier genauso aufgebaut sind, wie der Kolben, gleichzeitig einen neuen Kolben bilden, wodurch noch mehr unabhängige Arbeitsräume entstehen. Eine nicht kreisende Trennstelle befindet sich wieder an einer Stelle des Umfanges. Der ringförmige Kolben wird entweder durch ein rotierendes Magnetfeld direkt zur Abrollbewegung ge¬ zwungen, oder er ist zumindest mit einem Seitenteil ver¬ bunden, das durch eine Exzenterwelle angetrieben wird. Eine besonders elegante und einfache, hermetisch abge¬ schlossene Pumpe entsteht hierbei durch die Verwendung von elastischen Arbeitsraumwandungen (Anspruch 5) . Die elasti¬ schen Arbeitsraumwandungen sind dabei mit ihrem axialen Ende fest mit dem Kolben verbunden, wodurch die Arbeits- räume nach außen hermetisch abgeschlossen, werden. Am an¬ deren Ende bleiben sie fest mit den starren Arbeitsraum¬ wandungen verbunden. Letztere können aber auch ganz weg¬ gelassen werden, wenn der Kolben ruht, und der drahtver¬ stärkte Elastobalg durch ein exzentrisch gelagertes Sei¬ tenteil selbst bewegt wird (Anspruch 6) . Die ortsfeste Trennstelle auf dem Umfang kann hier in beiden Fällen in einfacher Weise so ausgeführt werden, daß an dieser Stel¬ le die elastischen Arbeitsraumwandungen ganz mit dem Kol¬ ben verbunden sind oder der Kolben eine Unterbrechungs- stelle^r hat, an der die Schlauchzuführungen liegen, die gleichzeitig die erforderliche Trennstelle bilden.

O PI ,.. WIPO - Der Kolben ist bei allen vorhergenannten Fällen normaler¬ weise im Querschnitt rechteckförmig, kann aber auch jede beliebige andere Querschnittsform annehmen, nur muß der Abstand seiner Mantelflächen in Umfangsrichtung. konstant bleiben. Nach Anspruch 7 ist ein pollerähnlicher Quer¬ schnitt vorgesehen, der dem Elastobalg besonders bei An¬ spruch 6 besser Rechnung trägt.

Die zuletzt beschriebene "Exzenterringpumpe" kann auch abrasive Medien pumpen, ist hermetisch dicht wie eine Schlauchpumpe, baut aber wesentlich kleiner und läßt sich leicht zweistufig ausführen. Sie ist aber auch der Exzen¬ terschneckenpumpe überlegen, denn durch die hier äußerst geringe Walkarbeit des Elastomers kann die Pumpe länger trocken laufen und fördert bei Stahldrahteinlagen größere Mengen bei größeren Förderhöhen.

Nachstehend soll die Erfindung anhand mehrerer Ausfüh¬ rungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;

Fig. 1b den dazugehörigen Längsschnitt;

Fig. 2a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;

Fig. 2b den dazugehörigen Längsschnitt;

Fig. 3a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt; Fig. 3b den dazugehörigen Längsschnitt;

Fig. 4a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;

Fig. 4b den dazugehörigen Längsschnitt;

Fig. 5 eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;

Fig. 6 eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt; Fig. 7a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;

Fig. 7b den dazugehörigen Längsschnitt;

Fig. 8 eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;

Fig. 9a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;

Fig. 9b den dazugehörigen Längsschnitt;

Fig.10a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;

Fig.10b den dazugehörigen Längsschnitt;

OMPI Fig. 11a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt; Fig. 11b den dazugehörigen Längsschnitt; Fig. 12 eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt.

1. Ausführungsbeispiel

In Fig. 1a ist ein Querschnitt einer Ringkolbenmaschine nach der LinieA-A von Fig. 1b und in Fig. 1b eine Längs¬ schnitt nach der Linie B-B in Fig. 1a gezeigt. Der ringförmige Kolben 1 ist hier exakt kreisringförmig, aber exzentrisch zwischen den ebenfalls kreisringförmigen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 drehbar gelagert. Die Mittel¬ achsen des Kolbens und der radialen Arbeitsraumwandungen sind hier gleichzeitig die Symmetrieachsen (Rotationssym- metrie) , laufen parallel, fallen aber nicht zusammen. Der Kolben 1 ist starr an einem scheibenförmigen Seitenteil 5 befestigt, welches gleichzeitig eine seitliche, ebene Ar¬ beitsraumwandung bildet und mit der Welle 8 verbunden ist. In den radialen Schlitzen 11 des Kolbens 1, die hier in radialer Richtung vollständig durch den Kolben durchgehen, sind hier als Förderelemente 12 Zylinderrollen 13 angeord¬ net, deren Durchmesser gleich dem senkrechten, also kür¬ zestem Abstand zwischen den radialen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 ist. Da der Kolben 1 hier durch eine gewisse Ex- zentrizität seiner Drehachse gegenüber den Arbeitsraumwan¬ dungen 3 und 4 eine huberzeugende Bahn durchläuft, ent¬ stehen zwischen dem Kolben und der jeweiligen radialen Arbeitsraumwandung insgesamt 2 getrennte Fördermöglich¬ keiten mit mehreren abgeschlossenen Arbeitsräumen 2. Die Ein- und Auslaßkanäle 6 befinden sich in dem seitlichen Teil des Gehäuses 7. Durch den Hebel 19 können die radia¬ len Arbeitsraumwandungen 3 und 4 radial verschoben werden. Durch diese "Hubverstellung" kann die Fördermenge pro Um¬ drehung geregelt werden. Die volle Fördermenge wird er¬ reicht, wenn der Kolben 1 mit seinen beiden Mantelflächen gleichzeitig die beiden radialen Arbeitsraumwandungen berührt, wodurch noch eine ortsfeste Trennstelle 15 ent¬ steht. Die Pumpe besitzt dann nur noch das kleine schäd¬ liche Volumen, das dadurch entsteht, daß die Zylinderrol¬ len 13 die Schlitze 11 nicht ganz ausfüllen. Auch ohne diese Trennstelle 15, die bei anderen Beispielen vorhanden ist, entsteht kein Kurzschluß zwischen Ein- und Auslaß¬ kanal, da deren Abstand. uf dem Umfang größer ist, als der Abstand der Zylinderrollen 13. Da die Zylinderrollen 13 hier zwangsgesteuert werden, können sie eng zwischen den radialen und axialen Arbeitsraumwandungen eingepaßt wer¬ den und u.U. abrollen, wenn sich eine radiale Arbeitsraum¬ wandung mitdrehen kann, was hier zumindest bei der äußeren möglich ist. Man kann sich übrigens die ganze Pumpe aus einem Zylinderrollenlager entstanden denken. Es besteht hier außerdem die Möglichkeit, bei z.B. ölfrei- en Maschinen, die durch die Fliehkraft verursachte Rei¬ bung an den Förderelementen 12 (es müssen nicht immer Zy¬ linderrollen srein) weiter zu verringern. Dazu sind in Fig. 1a zwei Möglichkeiten eingezeichnet. Erstens können die Förderelemente 12 durch eine Aufhängung 20 an der mitrotierenden inneren Arbeitsraumwandung 3 etwas in Um- fangsrichtung verschiebbar angebracht sein, und zweitens kann die Fliehkraft durch magnetische Kräfte kompensiert werden. Für kleinere Maschinen sind in der inneren Ar- beitsraumwandung 3 dafür Permanentmagnete angeordnet. Die¬ se Magnete 21 ziehen die eisenhaltigen oder ebenfalls mag¬ netischen Förderelemente 12 nach innen. Es können natür¬ lich auch Elektromagnete sein. Wird die innere Arbeits¬ raumwandung 3 angetrieben, kann auf diese Weise auch das Drehmoment auf die Förderelemente 12 übertragen werden. Läßt man dazu noch eine dünne Wandung aus unmagnetischem Material stehen, ist es eine hermetisch abgeschlossene Maschine, die von vornherein zweistufig ist. Das Gehäuse 7 kann aus Kunststoff ausgeführt werden, um den magneti¬ schen Fluß nicht zu stören. Die Anzahl der Förderelemente ist selbstverständlich in

OMPI allen Ausführungsbeispielen beliebig. Gehäuseverschraubun- gen u.a. sind der Einfachheit immer weggelassen.

2. Ausführungsbeispiel

Fig. 2a und b zeigen eine ähnliche Ringkolbenmaschine wie im ersten Beispiel, nur daß hier -als Förderelemente 12 Schieber 14 verwendet werden, die man sich aus den Zylin¬ derrollen herausgeschnitten denken kann. Sie haben an ihren Enden die gleiche Balligkeit wie die Zylinderrollen und werden zwischen den äquidistanten radialen Arbeitsraumwan¬ dungen 3 und 4 zwangsgesteuert. Damit die Schieber 14 stän¬ dig an beiden radialen Arbeitsraumwandungen anliegen, müs¬ sen sie eine entsprechend der Exzentrizität bestimmte Min- destdicke haben. Der Kolben 1 ist wieder mit einem Seiten¬ teil 5 starr verbunden, das wiederum mit der Welle 8 ver¬ bunden ist. Dieses Seitenteil bildet hier aber nicht gleich¬ zeitig die axiale Arbeitsraurawandung. Diese wird hier durch feststehende Seitenscheiben gebildet, die eine ringförmige Ausnehmung besitzen, wo der Kolben hindurchragt. 2 orts¬ feste Trennstellen der Arbeitsräume 15 werden durch 2 Be¬ rührungsstellen 16 zwischen dem Kolben 1 und der jeweili¬ gen Arbeitsraumwandung gebildet, die zur Förderung bei 8 Schiebern aber nicht unbedingt notwendig sind. - vom äußeren Arbeitsraum 2 laufen die Ein- und Auslaßkanäle 6 direkt durch das Gehäuse 7 nach außen; vom inneren Ar¬ beitsraum 2 laufen die Kanäle nach innen und werden seit¬ lich aus dem Gehäuse herausgeführt. Das ist speziell eine Ausführung für einen zweistufigen Verdichter. Auch hier gibt es eine Möglichkeit zur Kompensation der auf die Schieber 14 wirkenden Fliehkräfte, und damit der Reibung an der äußeren Arbeitsraumwandung 4. Dazu sind die Schie¬ ber 14 hier in Umfangsriehtung geschlitzt. In diesen Schlit¬ zen sitzt ein Spannring 18, der wiederum in einer Ausdre- hung des Kolbens 1 mit umläuft. Dadurch, daß der Kolben 1 exzentrisch in der Ausdrehung des Kolbens 1 sitzt und gegenüber dem Kolben eine Abrollbewegung macht, bestünde hier sogar nochmals die Möglichkeit, Arbeitsräume anzuord¬ nen, was hier aber nicht ausgenutzt wird.

3. Ausführungsbeispiel

Fig. 3a und b zeigen die.gleiche Ringkolbenmaschine wie in den beiden vorherigen Beispielen, nur daß hier der Kolben 1 an beiden Seiten starr an Seitenteilen 5 befestigt ist, die gleichzeitig die seitlichen Arbeitsraumwandungen bil¬ den. Hier wird nur der äußere Arbeitsräum zur Förderung ausgenutzt. Die Förderelemente 12 kann man sich aus Zylin¬ dern ausgeschnitten denken, cferen Durchmesser aber größer als der Abstand der radialen Arbeitsraumwandungen war, wo- bei die radialen Seiten abgedreht wurden, damit sie zwi¬ schen die radialen Arbeitsraumwandungen passen. Hier ist noch eine andere Variante (alle vorher genannten können hier selbstverständlich auch angewendet werden) zur Kompen¬ sation der Fliehkraft gezeigt, damit die Förderelemente 12 berührungslos an der äußeren Arbeitsraumwandung 4 entlang¬ laufen können.

Die Förderelemente 12 sind hier an Halteseilen 24 bzw. Speichen o.a. befestigt, die wiederum im Zentrum in der Symmetrieachse der Arbeitsraumwandungen 3 und 4 aneinander befestig -sind. Die innere Arbeitsraumwandung 3 ist zu die¬ sem Zweck durchbohrt und dreht sich mit. Die Länge eines Seiles bzw. einer Speiche entspricht dem Radius der inne¬ ren Arbeitsraumwandung 3. Bei mehreren Förderelementen bleibt die Verbindungsstelle der Seile automatisch in der Symmetrieachse, bei nur zwei Förderelementen muß durch eine Halterung dafür gesorgt werden. Da hier die Schleifbewe- gung am äußeren Umfang fehlt, werden diese Maschinen auch geräuschärmer als übliche Drehschieberverdichter und kön¬ nen zudem noch ölfrei laufen. Auch als Druckluftmotor ist diese Konstruktion geeignet, wobei anstelle der Förderele¬ mente 12 auch Schieber oder Rollen verwendet werden kön¬ nen. Die Welle 8 ist hier in der Mitte unterbrochen und an den. Seitenteilen 5 befestigt.

4. Ausführungsbeispiel

In Fig. 4a und b ist die gleiche Ringkolbenraaschine wie im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei hier aber die ra¬ dialen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 elliptisch ausgeführt worden sind, wodurch 2 huberzeugende Abschnitte ("Zweieck") entstehen und insgesamt 4 getrennte Arbeitsräume 2, also Fördermöglichkeiten. Hier eignet sich diese Ausführung spe¬ ziell als Hydraulikmotor, da sich die entstehenden Lager¬ kräfte zweier gegenüberliegender, zusammengeschalteter Ar¬ beitsräume aufheben. Axial wird der Kolben 'hydrostatisch entlastet; seitlich kann, wie auch in den beiden folgenden Ausführungsbeispielen der Kolben auch wie im 2. oder 3. Beispiel ausgeführt werden.

Die Fördermenge pro Umdrehung ist hier nicht regelbar, auch werden nur die äußeren Arbeitsräume 2 genutzt. (Damit in den inneren Arbeitsräumen kein zu hoher Druck entsteht, ha- ben dort die Arbeitsraumwandungen Ausgleichsnuten.)

5. Ausführungsbeispiel

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der gleichen Ringkolbenma- schine, nur daß hier die Arbeitsraumwandungen 3 und 4 drei- eckförmig mit abgerundeten Ecken gestaltet sind. Hier wer¬ den auch die inneren, also insgesamt 6 Arbeitsräume 2 ge¬ nutzt.

6. Ausführungsbeispiel

In Fig. 6 ist eine dem vorherigen Ausführungsbeispiel ana¬ logen Ringkolbenmaschine gezeigt, wobei hier die Arbeits¬ raumwandungen 3 und 4 viereckförmig gestaltet sind und an¬ stelle der Zylinderrollen Schieber 14 verwendet werden. Der exakt kreisringförmige Kolben 11 paßt so genau zwischen den

O H radialen Arbeitsraumwandungen hinein, daß insgesamt 8 orts¬ feste Trennstellen 15 bzw. Berührungsstellen 16 entstehen, sowie 8 getrennte Arbeitsräume 2. (Die Förderelemente kön¬ nen einen Arbeitsraum 2 immer noch in mehrere Arbeitskam- mern unterteilen.) Hier sind nur die zu einem Arbeitsraum gehörenden Ein- und Auslaßkanäle 6 eingezeichnet, weil al¬ les analog den vorher ausgeführten Beispielen ist. Diese Pumpe besitzt ein sehr hohes Schluckvolumen, weil je¬ der der 8 Arbeitsräume bei einer Umdrehung des Kolbens 1 4 Mal gefüllt und entleert wird. Verbindet man die je¬ weils gegenüberliegenden Arbeitsräume miteinander, so ver¬ bleiben durch Parallelschalten dieser Paare immer noch 4 etwa gleich abgestufte Fördermengen, d.h. diese Hydraulik¬ pumpe eignet sich zum Bau eines einfachen hydrostatischen Getriebes für Kraftfahrzeuge mit 4 Gängen.

Noch mehr Möglichkeiten bekommt man, wenn man die radialen Arbeitsraumwandungen fünf-, sechseckig usw. gestaltet. Auch das Schluckvolumen für langsam laufende Hydraulikmo¬ toren steigt dabei noch.

7. Ausführungsbeispiel

Die Ringkolbenmaschine in Fig. 7a und b besitzt einen el¬ liptisch ringförmigen Kolben 1. Durch seine beiden huber- zeugenden Abschnitte stellt er ein "Zweieck" dar. Die ra¬ dialen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 sind exakt kreiszylin- drisch. Ihre Symmetrieachse 10 ist gleichzeitig die Mit¬ telachse 9 des Kolbens 1 und seine Drehachse. Es entstehen wieder zwei Fördermöglichkeiten. Durch die hier mitrotie- rendenBerührungsstellen 16 zwischen Kolben und den radia¬ len Arbeitsraumwandungen entstehen mehrere Arbeitskammern. Der Kolben ist wieder mit einem Seitenteil 5, und dieses mit der Welle 8 verbunden. Eine ortsfeste Trennstelle 15 entsteht durch einen im Gehäuse 7 radial beweglich gela- gerten, ebenen Schieber 14. Er besitzt einen Schlitz 11 zur Kolbendurchführung und wird durch diesen zwangsge- steuert. Die Kanäle 6 befinden sich wieder außen und innen im ruhenden Gehäuse 7. Diese Ausführung eignet sich beson¬ ders als langsam laufende Pumpe für zähe Massen oder als Mengenmesser o.a.

8. Ausführungsbeispiel

In Fig. 8 ist die gleiche Ringkolbenmaschine wie im vor¬ herigen Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt gezeigt, nur werden hier die beiden ortsfesten Trennstellen 15 durch 2 Sperrkolben 23 gebildet, welche ebenfalls mit gleicher Drehzahl um ihre Mittelachsen, und damit gleichzeitig um ihre Schwerpunkte rotieren. Die Sperrkolben sind wesentlich kleiner als der Kolben 1 und ebenfalls derart elliptisch geformt, daß ihre Mantel¬ flächen ständig an den beiden Mantelflächen des Kolbens 1 entlanglaufen und mit einer anderen Mantellinie an einer zylindrischen Ausnehmung des Gehäuses 7 entlanglaufen. Da¬ bei tragen sie auch etwas mit zur Förderung bei. Da es eine reine Drehkolbenmaschine ist, eignet sie sich für schnell¬ laufende oder große Maschinen zur Luftverdichtung, als Ab¬ gasturbolader o.a.

9. Ausführungsbeispiel

Bei allen folgenden Ausführungsbeispielen wird die Verdrän¬ gung durch eine Abrollbewegung erzwungen. Fig. 9a und b zeigen einen Quer- und Längsschnitt einer als "Exzenterringpumpe" ausgeführten Ringkolbenmaschine. Kolben 1 und radiale Arbeitsraumwandungen 3 und 4 sind kreiszylindrisch. Es entstehen wieder 2 getrennte Arbeits¬ räume 2. Durch die erzwungene Abrollbewegung des Kolbens 1 kreisen die Berührungsstellen 16 zwischen dem Kolben und den radialen Arbeitsraumwandungen. Der Kolben ist zu den radialen Arbeitsraumwandungen exzentrisch, d.h. seine Sym¬ metrieachse 9 macht um dia Symmetrieachse der Arbeitsra m-

OMPI Wandungen 10 eine Kreisbewegung. Die feste Trennstelle 15 auf dem Umfang wird durch eine feste, radiale Wand gebil¬ det, wo der Kolben einen radialen Schlitz 11 hat. Auf bei¬ den Seiten dieser Wandung befinden sich die vier Kanäle 6. Es ist eine hermetisch abgeschlossene Pumpe, die auch kei¬ ne Antriebswelle benötigt. Der Kolben 1 wird direkt durch ein rotierendes Magnetfeld zur Abrollbewegung gezwungen. Hier sind 3 Elektromagnete 21 eingezeichnet, die durch Drehstrom erregt werden. Dazu besteht z.B. das Gehäuse 7 aus Kunststoff und der Kolben 1 aus Eisen.

10. Ausführungsbeispiel

Fig. 10a und b zeigen eine Exzenterringpumpe mit 3 Arbeits- räumen 2. Hier ruht der verbreiterte Kolben 1 und nimmt die Kanäle 6 für die beiden inneren und zusammengeschalteten Arbeitsräume auf, die sich beiderseits der ortsfesten Trenn¬ stelle 15 befinden. Diese wird durch eine im Kolben schwenk¬ bar gelagerte, radiale Trennwand gebildet, die durch die Schlitze 11 in den Arbeitsraumwandungen 3 und 4 hindurch¬ gehen. Hier werden die durch das Seitenteil 5 verbundenen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 durch die Welle 8 nebst Exzen¬ ter 17 angetrieben. (Da hier die bewegten Arbeitsraumwan¬ dungen genauso aufgebaut sind wie der Kolben 1 , wären hier die Bezeichnungen vertauschbar.)

Zwischen der Arbeitsraumwandung 4 und dem äußeren Teil des Gehäuses 7 entsteht noch ein Arbeitsraum 2. Das Seitenteil, an dem der ruhende Kolben 1 befestigt ist, gehört hier zum Gehäuse 7. Werden die Arbeitsraumwandungen mit einer elasti- sehen Schicht versehen, so ist diese Pumpe auch unempfind¬ lich gegenüber abrasiven Medien.

11. Ausführungsbeispiel

Fig. 11a und b zeigen einen Quer- bzw. Längsschnitt einer Ringkolbenmaschine als hermetisch abgeschlossene Exzenter- ringpumpe mit elastischen Arbeitsraumwandungen 22. Der zy¬ lindrische, ringförmige Kolben 1 ist wieder an einem Sei¬ tenteil 5 befestigt, das durch Welle 8 und Exzenter 17 zur Abrollbewegung gezwungen wird. Hier sind aber nicht nur die Arbeitsraumwandungen mit einem elastischen Material ausgekleidet; hier geht die elastische Arbeitsraumwandung 22 von dem festen Gehäuse 7 auf den bewegten Kolben 1 über. Sie ist an den gezackt gezeichneten Stellen an einer axia¬ len Seite am Gehäuse und am anderen Ende am Kolben dicht befestigt. An einer Stelle auf dem Umfang ist der Kolben 1 unterbrochen. Dort wird die elastische Arbeitsraumwandung 22 zu einem Schlauch geschlossen und radial nach außen ge¬ führt. Sie bildet gleichzeitig die Kanäle 6 und.die feste Trennstelle 15. Die beiden Arbeitsräume 2 sind hier gleich zusammengeschaltet. Die Walkarbeit des Elastomers ist ähn¬ lich gering wie bei einem Autoreifen. Diese Pumpe kann auch trocken laufen. Wird das elastische Material wie bei einem Autoreifen durch Gewebe und Stahldraht verstärkt, lassen sich auch große Förderhöhen bei großen Fördermengen errei- chen; es könnte aber auch aus reinem Gewebe bestehen. Wird der Einlaß an der Seite axial herausgeführt und die Kanten hart gemacht, werden dort die Feststoffanteile zerkleinert, weil der Kolben die Einlaßkanten dann messerartig über¬ streift. Damit der Kolben die elastische Arbeitsraumwandung nicht in Umfangsrichtung auf Zug belastet, ist das Seiten¬ teil 5 an einer Stelle gegen Verdrehen gesichert. Der ringförmige Kolben 1 ist hier wie auch in allen vor¬ hergenannten Ausführungsbeispielen im Querschnitt recht- eckförmig, könnte hier aber auch schon im Querschnitt pol- lerähnlich gestaltet sein.

12. Ausführungsbeispiel

In Fig. 12 ist der Querschnitt einer Ringkolbenpumpe mit ebenfalls elastischen Arbeitsraumwandungen 22 gezeigt, wo¬ bei aber der Kolben 1 ruht, die Kanäle 6 für die beiden

O H Arbeitsräume 2 aufnimmt und im Querschnitt polierähnlich gestaltet ist, damit der Auflagedruck der elastischen Ar¬ beitsraumwandung 22 möglichst gleichmäßig wird. Die hubförmige Abrollbewegung machen hier die elastischen Arbeitsraumwandungen, die an einer Stirnseite mit den ge¬ zackt gezeichneten Stellen an dem exzentrisch gelagerten Seitenteil 5 befestigt sind, welches wiederum durch Welle 8 mit Exzenter 17 angetrieben wird. An der Umfangsstelle, wo sich die ortsfeste Trennstelle 15 und die Kanäle 6 befin- den, ist die elastische Arbeitsraumwandung 22 als Trenn¬ wand zwischen den Kanälen ganz mit dem Kolben 1 verbunden, aber nicht am Seitenteil 5.

Es ist ebenfalls eine hermetisch abgeschlossene Pumpe mit einem eventuell drahtverstärkten Elastobalg als Verschleiß- teil, wobei die Walkarbeit, und damit auch die Erwärmung gering sind.

Alle Ausführungsbeispiele können leicht als zwei- bzw. mehrstufige. Maschinen ausgeführt werden. Da die meisten außerdem sowohl als Pumpe als auch als Hydraulik- bzw. Druckgasmotor arbeiten können, kann eine derartige Ver¬ drängermaschine sich auch selbst antreiben, und z.B. so als Druckerhöhungsanläge dienen.

Claims

Pat ntansprüche:

1. Verdrängermaschine, insbesondere Ringkolbenmaschine mit parallelen Achsen und sich in Umfangsrichtung er¬ streckenden, abgeschlossenen Arbeitsräumen, die durch mehrere auf dem Umfang verteilte Trennstellen vonein¬ ander getrennt werden, Ein- und Auslaßkanälen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß

a) sich in einem ringähnlichen Raum mit einer inneren Arbeitsraumwandung (3) und einer äußeren Arbeits¬ raumwandung (4) ein zum Teil ringähnlicher Kolben (1) befindet, der ihn in mehrere abgeschlossene

Arbeitsräume (2) unterteilt,

b) der ringähnliche Kolben (1) aus einem starren Teil besteht, das, abgesehen von etwaigen Unterbrechungs- stellen, in Umfangsrichtung gesehen konstante radia¬ le und axiale Ausdehnung besitzt, und die Arbeits¬ raumwandungen (3) und (4) zueinander im wesentlichen äquidistant sind,

c) die Mantelflächen des Kolbens (1) und die radialen Arbeitsraumwandungen (3) und (4) gegeneinander hub-

OMPI IPO erzeugend sind, wodurch sich das Volumen der Ar¬ beitsräume (2) ändert.

2. Verdrängermaschine, insbesondere Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1 , durch folgende Merkmale gekennzeich¬ net: a) der Kolben (1) ist kreisringförmig und besitzt in radialer Richtung durchgehende Schlitze (11) und ist zumindest an einer axialen Seite an einem Sei- tenteil (5) starr befestigt, b) in den Schlitzen (11) befinden sich Förderelemente (12), vorzugsweise Zylinderrollen (13) oder Schie¬ ber (14), die sich radial zwischen den äήuidistanten Arbeitsraumwandungen (3) und (4) erstrecken, c) die Arbeitsraumwandungen (3) und (4) sind gegenüber dem Kolben (1) huberzeugend, d.h. exzentrisch zylin¬ drisch, elliptisch, dreieckförmig, viereckförmig usw.

3. Ringkolbenmaschine nach ^"Anspruch 1 und 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Förderelemente (12) durch eine etwas in Umfangsrichtung verschiebbare Aufhängung (20) mit der mitrotierenden inneren Arbeitsraumwandung (3) bzw. einem mitrotierenden Spannring (18) verbunden sind.

Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der ringförmige Kolben (1) zwischen den einen ringförmigen Raum bildenden Arbeitsraumwandungen (3) und (4) derart exzentrisch gelagert ist, daß er zu¬ mindest an einer Umfangsstelle die entsprechende Ar¬ beitsraumwandung berührt, eine nicht kreisende Trenn¬ stelle (15) an einer Umfangsstelle angeordnet ist, der Kolben im wesentlichen an den radialen Arbeitsraumwan¬ dungen (3) und

(4) abrollt und so mehrere Arbeitsräume (2) entstehen.

OMPI

/_. WWIIPPOO

5; Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß sich zwischen dem ringförmigen Kol¬ ben (1) und den starren Wandungen der Ringnut elasti¬ sche Arbeitsraumwandungen (22) befinden, die an einer axialen Seite fest mit der Ringnut und an der anderen axialen Seite fest mit dem Kolben (1) außer an einer Trennstelle (15) verbunden sind.

6. Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kolben (1) ruht, £die Kanäle (6) aufnimmt/und die Arbeitsraumwandungen (3) und (4) bzw. (22) zu einer Abwälzbewegung an dem Kolben gezwungen werden.

7. Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kolben (1) im Querschnitt pollerähnlich gestaltet ist.

8. Verdrängermaschine, insbesondere Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ar¬ beitsraumwandungen (3) und (4) kreiszylindrisch sind, der Kolben (1) dafür huberzeugende Abschnitte besitzt, d.h. exzentrisch kreisringfδrmig, elliptisch, dreieck- föπnig, viereckförmig usw. ist.

9. Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Trennstelle (15) aus einem radial verschiebbaren Schieber (14) mit einem axial nicht ganz durchgehenden Schlitz für die Kolbendurchführung besteht, der durch die Drehung des Kolbens (1) zwangs¬ gesteuert wird.

10. Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Trennstelle (15) durch rotieren¬ de, den gleichen Hub erzeugende Sperrkolben (23) gebil¬ det wird, die wesentlich kleiner als der Kolben (1)

O PI r - sind, und die in ihren Außenkonturen dem Kolben (1) derart angepaßt sind, daß ihre Mantelflächen ständig dicht aneinander vorbeilaufen.

11. Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Förderelemente (12) an Halte¬ seilen (24) bzw. Speichen o.a. aufgehangen sind, die radial nach innen in die Richtung zur Symmetrieachse (10) der radialen, zylindrischen Arbeitsraumwandung (4) führen.

12. Ringkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß am Ort der inneren Arbeitsraumwan¬ dung (3) Magnete angeordnet sind,, die die Förderele- mente (12) nach innen ziehen und bei einer Drehung auch ein Moment übertragen.