EP0277114B1

EP0277114B1 - Verdrängermaschine

Info

Publication number: EP0277114B1
Application number: EP86904164A
Authority: EP
Inventors: Wolfhart Willimczik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1990-12-27
Anticipated expiration: 2006-07-11
Also published as: WO1988000642A1; EP0277114A1; JPH01500208A; US4884957A; DE3676711D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine mit einem durch einen Deckel abgeschlossenen Gehäuse, einem darin rotierenden Verdrängungskörper und einer gemeinsam mit dem Verdrängungskörper rotierenden Dichtung, wobei das Gehäuse eine dem Verdrängungskörperzugewandete Stirnfläche umfaßt, welche mit der Drehachse des Verdrängungskörpers einen von 90° abweichenden Winkel einschließt und eine zur Drehachse des Verdrängungskörpers konzentrische Ausdrehung aufweist, der Verdrängungskörper durch Ausnehmungen gebildete Ausnehmungen aufweist, die parallel zur Drehachse des Verdrängungskörpers verlaufen und dichtend in die Ausdrehung eingreifen, wobei die Dichtung, die Ausdrehung abdichtend, auf der zur Drehachse geneigten Stirnfläche des Gehäuses um eine gegen die Drehachse des Verdrängungskörpers um einen kleinen Winkel geneigte und diese schneidende Achse rotiert und mit den Verdrängerflächen in formschlüssigem Eingriff steht, derart, daß zwischen den Verdrängerflächen in der Ausdrehung und der Dichtung Arbeitsräume gebildet werden, deren Volumen sich bei Drehung des Verdrängerkörpers ändert.
Eine derartige Verdrängermaschine wurde in der DE-A-3308434 beschrieben. Dort besteht der Verdrängungskörper bzw. Flügelrotor aus zwei starren, in einer Ebene liegenden Flügeln, die in der Ringnut dichtend rotieren.
Nachteilig ist dabei, daß nur zwei Arbeitskammern gebildet werden können, wodurch ein verhältnismäßig hoher Pulsationsgrad und andere funktionelle Nachteile entstehen.
Auch benötigt hier die mitrotierende Dichtung bzw. Scheibenrotor noch eine Zentrierung.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen, ohne dabei neu entstehende Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Eine einfache Erhöhung der Flügelzahl bei einer Vorrichtung gemäß DE-A-33 08 434 führt nicht zum Ziel, weil in diesem Fall elastische Arbeitsraumwandungen notwendig würden.
Diese Lösung hat außerdem den Vorteil einer großen Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Form, der Lage und der Zahl der Verdrängerflächen, da nun jeder Ausnehmung ein eigener Dichtkörper zugeordnet werden kann, so daß die Dichtkörper die im Verlauf einer Drehung auftretenden geringfügigen Verschiebebewegungen unabhängig voneinander ausführen können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind daher mehrere über dem Umfang des Verdrängerkörpers gleichmäßig verteilte Ausnehmungen vorgesehen, die entsprechend viele Verdrängerflächen ergeben, was zu einer sehr geringen Pulsation der Maschine führt.
Im einfachsten Fall hat der Verdrängerkörper-in der Aufsicht gesehen-den Umriß eines Vielecks, dessen achsparallele Seiten die Verdrängerflächen bilden.
Im allgemeinsten Fall ist jedoch die die Ausnehmung erzeugende Fläche eine Rotationskörperfläche, vorzugsweise eine Zylindermantelfläche.
Hierbei kann die Achse des erzeugenden Rotationskörpers außerhalb, in oder innerhalb der Ausdrehung liegen, so daß die Ausnehmung sich am Außenumfang, in dem Verdrängerkörper oder an dessen Innenumfang befindet. Im ersteren Fall hat der Verdrängerkörper dann in der Aufsicht gesehen einen Umriß ähnlich einem Kettenzahnrad, im letzteren Fall den entsprechenden Umriß am Innenumfang, während bei innerhalb der Ausdrehung liegender Achse des erzeugenden Rotationskörpers die Ausnehmung bzw. die Ausnehmungen die Gestalt von Löchern in dem Verdrängerkörper haben. Man erkennt, daß die gebogene, kreisbogenartige Form, die die Ausnehmungen in dem genannten ersteren und in dem genannten letzteren Fall haben, gegenüber einer planflächigen Ausbildung der Ausnehmungen eine größere Breite der Ausdrehung in dem Gehäuse und damit ein größeres Arbeitsvolumen zuläßt.
Im Regelfall hat die Ausdrehung die Form einer Ringnut von grundsätzlich beliebigem, geeignetem Profil. Die Ausdrehung kann allerdings auch bis an eine drehfest mit dem Verdrängerkörper verbundene Welle heranreichen, hat dann also keine von dem Material des Gehäuses gebildete Innenwand.
Diese Ausführungsform läßt sich in der Weise weiterbilden, daß die Ausdrehung kugelschalenförmig ist und daß die mit dem Verdrängerkörper drehfest verbundene Welle verschwenkbar in dem Gehäuse gelagert ist. In dieser Bauform hat die Verdrängermaschine ein während des Betriebes veränderbares Kammervolumen, das mit zunehmendem Winkel zwischen der Antriebswelle des Verdrängerkörpers und der Achse, um die die Dichtkörper rotieren, steigt.
Weiter besteht die Möglichkeit, den verfügbaren Arbeitsraumquerschnitt auf mindestens zwei konzentrischeAusdrehungen (Ringnuten) aufzuteilen. Man kann die Maschine dann zur Umwandlung hydraulischer und pneumatischer Größen, z.B. zur Druckerhöhung oder als hydraulisch angetriebene Pumpe oder Verdichter verwenden. Die Antriebswelle des Verdrängerkörpers kann hierbei entfallen.
Bei allen Ausführungsformen ist in jeder Ausnehmung ein Dichtkörper angeordnet, der in linienförmiger Anlage an die zugeordneten Verdrängerflächen gehalten wird und mit diesen umlaufen. Soweit die Ausnehmungen zwischen den Verdrängerflächen die Form von Löchern haben, sind die Dichtkörper Kreisscheiben oder Zylinder, die schrägachsig zu der Welle des Rotors umlaufen und hierbei infolge der unterschiedlichen, an ihrem Innen- und ihrem Außenumfang angreifenden Reibungskräfte langsam rotieren. Dies begünstigt den Einlaufvorgang zwischen den beteiligten Gleitflächen und verhindertdie Bildung von in Umfangsrichtung des Verdrängerkörpers verlaufenden Riefen z.B. zwischen der Oberseite der Dichtkörper und der Innenfläche des Deckels des Gehäuses.
Die Dichtkörper können durch einen gemeinsamen Spannring in Anlage an die Verdrängerflächen gehalten werden, vor allem, wenn die Ausnehmungen am Außenumfang des Verdrängerkörpers vorgesehen sind.
Eine Verbesserung besteht darin, daß zwischen dem Spannring und den Dichtkörpern zusätzlich federnde Elemente angeordnet sind, die die Dichtkörper einzeln belasten.
Da mit der Verdrängermaschine sehr hohe Drücke (mehr als 100 bar bei Wasser) erreichbar sind, müssen die Dichtkörper hydrostatische Entlastungsbohrungen haben, die abgedichtete Taschen etwa gleicher Größe auf gegenüberliegenden Großflächen der Dichtkörper verbinden.
Zur Kompensation des Verschleißes der der Stirnfläche des Gehäuse bzw. der der Innenfläche des Deckels zugewandten Stirnflächen der Dichtkörper können diese rechtwinklig zu ihrer Längsachse geteilt ausgebildet sein und ein in axialer Richtung elastisches Element enthalten. Der hydrostatische Druckausgleich bleibt dabei voll erhalten. In jedem Fall müssen die Dichtkörperteile abgedichtet miteinander verbunden sein.
Ohne das Konzept der voneinander unabhängig beweglichen Dichtkörper aufzugeben, können diese im Bereich ihrer deckelseitigen Stirnfläche durch vorzugsweise elastische Stege zu einem einstückigen Formteil verbunden sein, da die Bewegungen, die die einzelnen Dichtkörper relativ zueinander ausführen, bei den in der Praxis benutzten kleinen Schrägwinkeln von meist weniger als 10° sehr gering sind.
Auch können die einzelnen Dichtungen zusammengefaßt und mit einer externen Welle verbunden sein.
Schließlich bietet die Verdrängermaschine insbesondere in der Ausführungsform mit innerhalb des Verdrängerkörpers oder an dessen Innenumfang ausgebildeten Verdrängerflächen die Möglichkeit des berührungslosen Antriebes, z.B. durch Einbettung von Permanentmagneten im Bereich des Außenumfanges des Verdrängerkörpers oder durch dessen Ausbildung als Kurzschlußläufer eines Elektromotors.
Die hier vorgeschlagene Verdrängermaschine hat ein sehr breites Anwendungsgebiet, das von Pumpen und Verdichtern für Flüssigkeiten und Gase bis zu Druckluftmotoren, Retardern, Mengenmessern, hydrostatischen Kupplungen und Verdrängerturbinen reichen kann. Hierbei sind auch Kombinationen möglich, nicht nur der einzelnen Ausführungsbeispiele untereinander, sondern auch mit anderen Maschinen, wie z.B. einer Strömungsmaschine, dergestalt, daß der Verdrängerkörper an seinem äußeren Umfang als Laufrad einer Kreiselpumpe oder als Turbinenrad ausgebildet ist.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Verdrängermaschine nach der Erfindung in schematischer Vereinfachung bespielhaft dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform mit dreiflächigem Verdrängerkörper,
Figuren 2a, 2b die erste Ausführungsform im Schnitt und in der Aufsicht, (Kanäle sind versetzt gezeichnet)
Figuren 3a, 3b eine zweite Ausführungsform mit vierflächigem Verdrängerkörper im Schnitt und in der Aufsicht,
Figuren 4a, 4b eine für besonders hohe Drucke geeignete Weiterbildung der ersten Ausführungsform im Schnitt und in der Aufsicht,
Figuren 5a, 5b eine hinsichtlich der Förderleistung verbesserte und für hohe Drucke verwendbare Weiterbildung der ersten Ausführungsform im Schnitt und in der Aufsicht,
Figuren 6a, 6b einen dreiflächigen Verdrängerkörper mit geraden bzw. konkaven Verdrängerflächen,
Figuren 7a, 7b einen vierflächigen Verdrängerkörper mit geraden bzw. konkaven Verdrängerflächen, wobei an einer Verdrängerfläche ein Dichtkörper anliegt,
Figuren 8a, 8b einen fünfflächigen Verdrängerkörper mit geraden bzw. konkaven Verdrängerflächen,
Figuren 9a bis 9c einen Schnitt durch drei Ausführungsformen des Dichtkörpers in Figur 7b längs der Linie A-A,
Figur 10 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines äußeren Spannrings, zur Verwendung in Verbindung mit einem vierflächigen Verdrängerkörper,
Figuren 11a, 11b eine dritte Ausführungsform der Verdrängermaschine mit veränderbarem Fördervolumen im Schnitt und in der Aufsicht,
Figuren 12a, 12b eine vierte Ausführungsform der Verdrängermaschine mit besonders geringem Pulsationsgrad im Schnitt und in der Aufsicht,
Figur 13 eine fünfte Ausführungsform in der Aufsicht, bei der der Verdrängerkörper elektromagnetisch (berührungslos) antreibbar ist,
Figuren 14a, 14b eine sechste Ausführungsform im Schnitt und in der Aufsicht,
Figur 15a einen Schnitt durch einen Dichtkörper für die sechste Ausführungsform,
Figur 15b einen Schnitt durch eine Abwandlung der Dichtkörper,
Figuren 16a, 16b eine siebte Ausführungsform der Verdrängermaschine im Schnitt und in der Aufsicht, mit zwei zueinander konzentrischen Ringnuten.

Die in den Figuren 1 bis 2b veranschaulichte Verdrängermaschine besteht aus einem durch einen Deckel 2 verschlossenen Gehäuse 1, in dem eine Welle 3 gelagert ist, die drehfest mit einem Verdrängerkörper 4 verbunden ist. Der Verdrängerkörper 4, der im rechten Teil der Figur 1 in zwei Seitenansichten und einer Aufsicht zusätzlich dargestellt ist, läuft in einer Ausdrehung 5 des Gehäuses 1, deren Form man sich als dadurch entstanden vorstellen kann, daß zunächst ein zu der Bohrung der Welle 3 laufender Kegel konzentrisch zu dieser Bohrung ausgedreht und anschließend diese Fläche so weit schräg abgetragen wird, daß die gezeichnete, die Ausdrehung 5 enthaltende, schräge Stirnfläche 6 des Gehäuses 1 entsteht. Auf diese Stirnfläche 6 wird der Deckel 2 aufgesetzt und mit ihr verschraubt. Der Verdrängerkörper 4 hat in der Aufsicht die Form eines gleichseitigen Dreiecks, dessen Seitenflächen teilweise in dei Ausdrehung 5 eintauchen und die Verdrängerflächen 4a bilden. Jeder Verdrängerfläche 4a ist ein Dichtkörper 7 zugeordnet. Die Dichtkörper 7 laufen mit ihren unteren Großflächen auf der Stirnfläche 6 des Gehäuses 1. Ihre den Verdrängerflächen 4 zugewandten Seitenflächen sind derart abgeschrägt, daß sich zwischen jeder Verdrängerfläche 4a und dem zugehörigen Dichtkörper 7 eine Linienberührung längs der Kante 7a in Höhe der Stirnfläche 6 des Gehäuses 1 ergibt. Durch einen Spannring 8 werden die in der Aufsicht etwa kreissegmentförmigen Dichtkörper 7 mit ihren geraden Kanten 7a in Anlage an die jeweiligen Verdrängerflächen des Verdrängerkörpers 4 gehalten. Um das Kippmoment möglichst klein zu halten, ist der Spannring 8 auf dem Umfang der kreissegmentförmigen Dichtkörper 7 möglichst nahe an deren unterer Großfläche angeordnet, wo auch die entsprechende Gegenkraft auf die Dichtkanten 7a wirkt.
In die Ausdrehung 5 mündet ein Einlaßkanal 9. Der Deckel 2 enthält einen Außlaßkanal 10. Die Ausdrehung 5 und die unteren Großflächen der Dichtkörper 7 begrenzen einen Arbeitsraum, dessen Querschnitt an der Umfangsstelle 11 ein Maximum und an der Umfangsstelle 12 ein Minimum (im gezeichneten Beispiel gleich Null) ist. Bei Drehung der aus dem Verdrängerkörper 4 und den Dichtkörpern 7 bestehenden Anordnung in Richtung des in Fig. 2b eingezeichneten Pfeiles entweicht das über den Einlaßkanal 9 in den Arbeitsraum eingetretene und in diesem durch die betreffende Verdrängerfläche verdrängte Medium unter geringfügigem Abheben des jeweiligen Dichtkörpers 7 in den darüberliegenden, von dem Deckel 2 umschlossenen Raum und von dort über den Auslaßkanal 10. Der hierdurch entstehende Förderdruck drückt saugseitig den Verdrängerkörper 4 und die Dichtkörper 7 an ihre Gleitflächen, wodurch eine gute Abdichtung erzielt wird.
Dadurch, daß der Auslaßkanal 10 außen am Deckel 2 angeordnet ist, ergibt sich zusätzlich ein gewisser Kreiselpumpeneffekt. Obwohl die Dichtkörper 7 um eine Drehachse 13 umlaufen, die gemäß Fig. 2a mit der Antriebswelle 3 des Verdrängerkörpers 4 einen kleinen Winkel a einschließt (nämlich denjenigen Winkel, um den die Stirnfläche 6 von einer zu der Welle 3 rechtwinkligen Ebene abweicht), bleiben die exakt geraden Dichtkanten 7a der Dichtkörper 7 in jeder Drehstellung in Anlage an die betreffende exakt ebene Verdrängerfläche 4a. Diese Ausführungsform der Verdrängermaschine eignet sich wegen ihrer höhen Dichtheit als Pumpe für kleine und sehr kleine Fördermengen, ist im drucklosen Zustand trockenlaufsicher und hat dabei ein hohes Ansaugvermögen. Die Verdrängermaschine kann z.B. als Pumpe für Kfz-Scheibenwaschanlagen, als Schmierölpumpe oder als Vakuumpumpe verwendet werden. Die verschließenden Flächen stellen sich alle selbsttätig nach.
Die Fig. 3a und 3b zeigen eine zweite Ausführungsform der Verdrängermaschine. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist hier der Verdrängerkörper 34 in der Aufsicht näherungsweise quadratisch, hat also vier Verdrängerflächen 34a, mit denen dementsprechend vier in der Aufsicht kreisabschnittförmige Dichtkörper 37 zusammenwirken. Des weiteren ist anstelle einer kegeligen Ausdrehung eine zylindrische Ausdrehung 35 als gehäuseseitige Begrenzung des Arbeitsraumes vorgesehen. Die Ausdrehung 35 kann auch als zu der Antriebswelle 33 konzentrische Ringnut mit einem Innendurchmesser gleich Null bzw. einem sich bis an die Welle 33 heran erstreckenden Nutgrund angesehen werden. Die Lage des Auslaßkanals 310 in dem Deckel 32 ist grundsätzlich beliebig. Wie im Fall der ersten Ausführungsform wirken die von einem gemeinsamen, elastischen Spannring 38 in Anlage an den Verdrängerkörper 34 gehaltenen Dichtkörper 37 als Rückschlagventile. Die Bauart der Verdrängermaschine hat eine geringere Pulsation als die Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 2b und hat im übrigen etwa die gleichen Eigenschaften wie die erste Ausführungsform.
Die Fig. 4a und 4b zeigen eine Weiterbildung der ersten Ausführungsform, die sich für höchste Drücke eignet. Die Ausdrehung hat hier die Form einer Ringnut 45 mit Halbkreisbogenprofil. In diese Ringnut 45 münden sowohl der Einlaßkanal 49 als auch der Auslaßkanal 410. An der Stelle 412 wird das Volumen des Arbeitsraums bzw. dessen Querschnitt zu Null. Der in der Aufsicht wiederum dreieckförmige Verdrängerkörper 44 mit seinen entsprechend der Ringnut 45 profilierten Verdrängerflächen 44a arbeitet mit drei Dichtkörpern 47 zusammen, die hydrostatisch entlastet sind. Zu diesem Zweck sind die Dichtkörper 47 auf beiden Großflächen mit mehreren vorzugsweise genau flächengleichen Taschen 47b versehen, die über Bohrungen 47c miteinander verbunden sind. Die stehengebliebenen Teile der Großflächen der Dichtkörper 47 bilden Dichtstege 47d, die die Taschen 47b in Verbindung mit der Stirnfläche des Gehäuses 41 bzw. der Innenfläche des Dekkels 42 gegeneinander abdichten. Die Dichtkörper 47 werden mittels eines Spannringes 48 und eines in einer Nut der Dichtkörper 47 untergebrachten O-Ringes 481 mit ihren Dichtkanten 47a gegen die Verdrängerflächen 44a des Verdrängerkörpers 44 gehalten. Der Förderdruck übt keinerlei Kräfte auf den Spannring 48 aus. Auch auf den Verdrängerkörper wirken nur geringe axiale Kräfte. Diese Bauart der Verdrängermaschine eignet sich daher als Hydraulikpumpe oder Hydraulikmotor für sehr hohe Drucke im Bereich von 1000 bar.
Eine andere Weiterbildung der ersten Ausführungsform der Verdrängermaschine zeigen die Figuren 5a und 5b. Der wiederum dreieckförmige Verdrängerkörper 54 hat hier in der Aufsicht kreisbogenförmige Verdrängerflächen 54a, denen die Dichtkörper 57 angepaßt sind, die wie im Fall der Figuren 4a und 4b hydrostatische Entlastungsbohrungen 57c und die entsprechenden, abgedichteten Taschen 57b auf beiden Großflächen aufweisen. Durch die kreisbogenartige Form der Verdrängerflächen wird gegenüber der Ausführungsform mit geraden Verdrängerflächen eine Vergrößerung des Arbeitsraumes möglich, dessen maximale Breite nicht größer sein kann als der Unterschied zwischen dem Radius des um den Verdrängerkörper umbeschriebenen und dem Radius des in den Verdrängerkörper einbeschriebenen Kreises. Bei dieser Weiterbildung mit erhöhtem Fördervolumen liegen die etwa linsenförmigen Dichtkörper 57 weiterhin längs einer Dichtlinie 57a an der betreffenden Verdrängerfläche an. Die durch die gebogene Dichtlinie bedingten Ungenauigkeiten sind äußerst gering und verschwinden nach kurzer Einlaufzeit, in der sich eine Profilierung der Verdrängerfläche 54a ausbildet, bei der die Dichtlinie 57a ständig über ihre ganze Länge an der Verdrängerfläche anliegt, falls eine solche Profilierung nicht schon bei der Herstellung vorgesehen wurde. Die Dichtkörper 57 werden durch einen elastischen Spannring 581 in Anlage an den Verdrängerkörper 54 gehalten.
Die Figuren 6a und 6b lassen noch einmal den Unterschied zwischen einem in der Aufsicht dreieckförmigen Verdrängerkörper 67 mit geraden Verdrängerflächen 64a bzw. in der Aufsicht kreisbogenförmigen Verdrängerflächen 64b erkennen.
Die Figuren 7a bzw. 7b und 8a bzw. 8b verdeutlichen, daß die gerade bzw. gekrümmte Ausgestaltung der Verdrängerflächen auch bei einem in der Aufsicht viereckigen, fünfeckigen bzw. vielekkigen Verdrängerkörper 74 bzw. 84 möglich ist.
In Fig. 7b ist zusätzlich einer der dann linsenförmigen Dichtkörper 77 gezeigt, dessen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 9a dargestellt ist. Dieser Dichtkörper hat auf beiden Großflächen abgedichtete Taschen 77b, die durch eine Bohrung 77c zur hydrostatischen Entlastung miteinander verbunden sind. Während auf der oberen Großfläche die Abdichtung durch stehengebliebene Stege 77d verwirklicht ist, sind in die Ränder der unteren Großfläche Dichtleisten 77e und 77f eingelassen, von denen die Dichtleiste 77e gleichzeitig die Dichtkante 77a bildet, die an der entsprechenden Dichtfläche des Verdrängerkörpers 74 (Fig. 7b) anliegt.
Figur 9b zeigt eine Verbesserung dieses Dichtkörpers. Während im Fall der Figur 9a die Dichtleisten 77e bzw. 77f zur Verschleißkompensation vorzugsweise durch O-Ringe unterstützt werden, sind bei der Weiterbildung gemäß Fig. 9b die Dichtleisten auch der unteren Großfläche als stehengebliebene Stege ausgebildet, während der Dichtkörper selbst aus zwei Teilen 771 und 772 besteht, zwischen denen eine Schraubendruckfeder 773 angeordnet ist. Ein O-Ring 774 stellt eine dichte Verbindung zwischen den beiden Teilen 771 und 772 her, läßt jedoch die zur Verschleißkompensation notwendige und durch die Feder 773 erzeugte Längen- bzw. Dickenänderung zu. Damit läßt sich ein sehr großer Nachstellbereich verwirklichen. Der gleiche axial elastische Aufbau der Dichtkörper ist auch bei allen anderen Ausführungsformen möglich.
Figur 9c zeigt eine weitere Ausführungsform eines in axialer Richtung elastischen Dichtkörpers, der aus zwei Teilen 771 und 772 besteht, die über ein hülsenförmiges Zwischenstück 775 derart miteinander verbunden sind, daß das obere Teil 771 unter der Wirkung einer zwischen den beiden Teilen angeordneten Schraubendruckfeder 773 in axialer Richtung gegenüber dem unteren Teil 772 elastisch verschiebbar ist, wobei das hülsenförmige Zwischenstück die dichte Verbindung zwischen den Teilen 771 und 772 aufrechterhält. Diese Ausführungsform des Dichtkörpers ist für stark schleißende Medien geeignet. Der hydrostatische Druckausgleich bleibt hierbei voll erhalten.
Wie bereits erwähnt, sind die Relativverschiebungen der Dichtkörper gegeneinander äußerst gering, so daß der Spannring wie z.B. 38 in den Figuren 3a und 3b eine nur sehr geringe Elastizität zu haben braucht, d.h. nur nicht formbeständig zu sein braucht und aus Metall bestehen kann.
Figur 10 zeigt eine Ausführungsform bei der der eigentliche Spannring 108 zusätzliche innenseitige Blatt- oder Bügelfedern 108a trägt, die für den Andruck der jeweiligen Dichtkörper an den Verdrängerkörper sorgen und so auch den Verschleiß ausgleichen. Das ausgezeichnete Ausführungsbeispiel ist für einen vierflächigen Verdrängerkörper vorgesehen.
Die Figuren 11 und 11b zeigen eine Ausführungsform der Verdrängermaschine ähnlich derjenigen in den Figuren 1 bis 2b, jedoch mit veränderbarem Fördervolumen. Die Ausdrehung 115 muß hierbei kugelschalenförmig sein; der Verdrängerkörper 114 hat dementsprechend das Profil einer Kugelkalotte. Die Welle 113 ist in einem nur schematisch dargestellten Schwenklager 50 aufgenommen, das gemäß dem Pfeil 51 entsprechend dem Pfeil 52 verschwenkbar ist. Durch die Verschwenkbewegung wird der Winkel zwischen der Welle 113 und der Achse 13, um die sich die Dichtkörper 117 bewegen, verändert. Hierdurch ändert sich das Volumen des Arbeitsraumes. Bei einem Winkel von 0° ist die Förderung Null. In dieser Ausführungsform eignet sich die Verdrängermaschine z.B. als Hydraulikpumpe mit während des Laufes veränderbarem Hubvolumen. Ähnlich wie bei den anderen Ausführungsformen hält eine Spannring 118 über einen O-Ring 1181 die Dichtkörper 117 mit ihren Dichtkanten 117a in Anlage an den Verdrängerkörper 114. Die Öffnung 119 in der Ausdrehung 115 kann z.B. den Einlaßkanal bilden.
Die Figuren 12a und 12b zeigen eine Ausführungsform der Verdrängermaschine, die sich als Hydraulikmotor mit sehr hohem Drehmoment bei sehr geringer Pulsation eignet. Das hohe Drehmoment wird allein dadurch erzielt, daß der Arbeitsraum in Form der Ringnut 125 mit verhältnismäßig großem Durchmesser ausgebildet ist, ohne daß sich das Schluckvermögen und damit die Leistung hierdurch erhöht. Die geringe Pulsation beruht-unabhängig hiervon-auf der Verwendung eines Verdrängerkörpers 124 mit zehn kreisbogenförmigen Verdrängerflächen 124a mit denen zehn Dichtkörper 127 zusammenwirken. Die Dichtkörper 127, die in der schon beschriebenen Weise hydrostatisch druckentlastet ausgebildet sind, haben die Form von Zylindern und werden durch einen Spannring 128 in Anlage an die jeweiligen Verdrängerflächen gehalten. Die Dichtkanten 127a ist durch Freidrehung der Dichtkörper in ihrem mittleren Teil erzeugt. Durch geeignete Materialwahl kann eine geringfügige Elastizität der Dichtkante 127a erzielt werden; bei entsprechender Profilierung der Verdrängerflächen 124a können sie aber auch starr sein. Die Dichtkörper 127 drehen sich im Betrieb der Verdrängermaschine langsam um ihre Symmetrieachse. Hierdurch wird einer Riefenbildung (z.B. infolge eines Fremdkörpers zwischen den Dichtflächen) entgegengewirkt. Einlaß- und Auslaßkanal liegen hier-entsprechend dem Abstand aufeinanderfolgender Verdrängerflächen 124a-sehr dich benachbart. Als Hydraulikmotor kann diese Verdrängermaschine auch für die Wasserhydraulik verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform der Verdrängermaschine zeigt Figur 13. Bei dieser Ausführungsform sind die Verdrängerflächen 134a des Verdrängerkörpers 134 ebenfalls kreisbogenförmig ausgebildet, weisen jedoch nach innen und wirken mit Dichtkörpern 137 zusammen, die ähnlich wie die Dichtkörper 127 in den Figuren 12a und 12b ausgebildet sind. Ein innenliegender Spannring 138 hält die Dichtkörper 137 in Anlage an die Verdrängerflächen 134a. Der Verdrängerkörper 134 wird berührungslos angetrieben, ist also nicht mit einer Antriebswelle verbunden. Vielmehr sind in seinen äußeren Umfang Permanentmagnete 134b eingebettet, die den einen Teil einer magnetischen Kupplung bilden, deren anderer, nicht dargestellter Teil sich außerhalb des hier nicht gezeichneten Gehäuses der Verdrängermaschine befindet. Diese Bauart eignet sich daher als hermetisch dichte Pumpe. In entsprechender Weise läßt sich der Verdrängerkörper auch als Kurzschlußläufer eines Elektromotors ausbilden und mithin ebenfalls berührungslos antreiben.
Die Figuren 14a und 14b zeigen eine Ausführungsform eines Verdrängerkörpers 145, bei der er als Kreisscheibe ausgebildet ist, die oberhalb der den Arbeitsraum bildenden Ringnut 145 sechs Bohrungen 144 hat, wobei der jeweils über der Ringnut liegende und in diese eintauchende Wandteil jeder Bohrung als Verdrängerfläche 144a wirkt. In jeder Bohrung sitzt ein Dichtkörper 157, wie er beispielhaft in Figur 15 im Schnitt in einer druckentlasteten Ausführung dargestellt ist. Auch diese Ausführungsform ist für sehr hohe Drücke geeignet, da auch auf den Verdrängerkörper 144 nur geringe axiale und radiale Kräfte wirken.
Die einzelnen Dichtkörper verschieben sich bei den meist kleinen Schrägwinkeln von weniger als 10° nur wenig gegeneinander. Sie können daher in einen gemeinsamen, elastischen Ring eingebettet werden oder auch gemäß Figur 5b über Stege 157c einstückig miteinander verbunden werden, sofern die Dichtkörper 157 aus einem geeigneten elastischen Material bestehen. Diese Ausführung eignet sich besonders für einfache, billige Pumpen. Sofern die Dichtkörper in dieser Weise über dem Verdrängerkörper miteinander verbunden sind, können die axialen Druckentlastungsbohrungen so groß gemacht werden, daß sowohl der Einlaß- als auch der Auslaßkanal im Deckel angeordnet werden können, so daß das Fördermedium vom Einlaß, über die Bohrungen und die Ausdrehung zum Auslaßkanal fließt, die Ausdrehung selbst also keine Einlaß- und keine Auslaßöffnung zu haben braucht.
Die Figuren 16a und 16b veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Verdrängermaschine, die zur Umwandlung hydraulischer bzw. pneumatischer Größen geeignet ist und z.B. zur Druckerhöhung oder als hydraulisch angetriebene Pumpe oder Verdichter Verwendung finden kann. In dem Gehäuse 161 sind zwei zueinander konzentrische Ringnuten 165a und 165b angeordnet in die der Verdrängerkörper 164 mit jeweils vier Verdrängerflächen 164a bzw. 164b eingreift. Der Verdrängerkörper hat keine Antriebswelle. Er ist lediglich durch eine Kugel 170 gegen Herausfallen gesichert. Über der inneren Ringnut 165a befinden sich vier zylindrische Dichtkörper 167a, die die Ringnut hydrostatisch entlastet abdichten und durch Fliehkraft abdichtend gegen die Verdrängerflächen gehalten werden. Über der äußeren Ringnut 165b größeren Querschnitts sind vier linsenförmige Verdrängerkörper 167b angeordnet, die durch einen äußeren Spannring 168 gegen die entsprechenden Verdrängerflächen 164b gedrückt werden. Beide Ringnuten bilden getrennte Arbeitsräume mit getrennten Ein- und Auslaßkanälen (in den Figuren etwas versetzt gezeichnet).
In dieser Ausführungsform kann der äußere Teil der Verdrängermaschine als Hydraulikmotor und der innere als Hydraulikpumpe arbeiten, wobei der Druck entsprechend dem Verhältnis der Volumina der Arbeitsräume erhöht wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die innere Ringnut mit Druckwasser zu beaufschlagen, so daß der innere Teil den Antrieb des äußeren Teils bildet, der als Pumpe oder Verdichter wirken kann.

Claims

1. Verdrängermaschine, mit einem durch einen Deckel (2) abgeschlossenen Gehäuse (1), einem darin rotierenden Verdrängungskörper (4) und einer gemeinsam mit dem Verdrängungskörper rotierenden Dichtung (7, 8),

wobei das Gehäuse (1) eine dem Verdrängungskörper (4) zugewandte Stirnfläche (6) umfaßt, welche mit der Drehachse (3) des Verdrängungskörpers (4) einen von 90° abweichenden Winkel einschließt und eine zur Drehachse (3) des Verdrängungskörpers (4) konzentrische Ausdrehung (5) aufweist,

wobei der Verdrängungskörper (4) durch Ausnehmungen gebildete Verdrängerflächen (4a) aufweist, die parallel zur Drehachse (3) des Verdrängungskörpers (4) verlaufen und dichtend in die Ausdrehung (5) eingreifen, und

wobei die Dichtung (7, 8), die Ausdrehung abdichtend, auf der zur Drehachse (3) geneigten Stirnfläche (6) des Gehäuses (1) um eine gegen die Drehachse (3) des Verdrängungskörpers (4) um einen kleinen Winkel geneigte und diese schneidende Achse rotiert und mit den Verdrängerflächen (4a) in formschlüssigen Eingriff steht, derart daß zwischen den Verdrängerflächen (4a), der Ausdrehung (5) und der Dichtung (7, 8) Arbeitsräume gebildet sind, deren Volumen sich bei Rotation des Verdrängungskörpers (4) ändert, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verdrängermaschine mindestens drei Arbeitsräume umfaßt, wobei die eine Arbeitskammer begrenzenden Verdrängerflächen (4a) jeweils in einer gemeinsamen, höchstens einfach gekrümmten Fläche (Ebene, Zylindermittel usw.) liegen.

2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (4)-in der Aufsicht gesehen-den Umriß eines Vielecks hat, dessen achsparallele Seiten die Verdrängerflächen (4a) bilden.

3. Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausnehmung erzeugende Fläche eine Rotationskörperfläche, vorzugsweise eine Zylindermantelfläche, ist.

4. Verdrängermaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des die Ausnehmung im Verdrängerkörper erzeugenden Rotationskörpers außerhalb, in oder innerhalb der Ausdrehung (5) liegt, so daß die Ausnehmung sich am Außenumfang, in dem Verdrängerkörper oder an dessen Innenumfang befindet.

5. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdrehung (5) bis an eine drehfest mit dem Verdrängerkörper (4) verbundene Welle (3) heranreicht.

6. Verdrängermaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdrehung (115) kugelschalenförmig ist und daß die mit dem Verdrängerkörper (114) drehfest verbundene Welle (113) verschwenkbar (Schwenklager 50) in dem Gehäuse (11) gelagert ist.

7. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verfügbare Arbeitsraumquerschnitt auf mindestens zwei konzentrische Ausdrehungen (165a, 165b) aufgeteilt ist.

8. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus Dichtkörpern besteht, die durch einen Spannring (108) zusammengehalten sind, und zwischen dem Spannring (108) und den Dichtkörpern zusätzlich federnde Elemente (108a) angeordnet sind, die die Dichtkörper einzeln belasten.