EP1377728B1 - Schwenkkolbenverdränger - Google Patents

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EP1377728B1
EP1377728B1 EP02766621A EP02766621A EP1377728B1 EP 1377728 B1 EP1377728 B1 EP 1377728B1 EP 02766621 A EP02766621 A EP 02766621A EP 02766621 A EP02766621 A EP 02766621A EP 1377728 B1 EP1377728 B1 EP 1377728B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
swivelling
dividing strip
divider
swivelling piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02766621A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1377728A1 (de
Inventor
Erich Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KNF Neuberger GmbH
Original Assignee
KNF Neuberger GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KNF Neuberger GmbH filed Critical KNF Neuberger GmbH
Publication of EP1377728A1 publication Critical patent/EP1377728A1/de
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Publication of EP1377728B1 publication Critical patent/EP1377728B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/38—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/02 and having a hinged member
    • F01C1/39—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/02 and having a hinged member with vanes hinged to the inner as well as to the outer member

Definitions

  • the invention relates to a Schwenkkolbenverdränger with a Displacer housing, in which an approximately cylindrical receiving space for an approximately cylindrical, smaller in outer diameter and mounted eccentrically to the receiving space on an eccentric drive Swivel piston is provided between its outer wall and the inner wall of the receiving space is an approximately sickle-shaped Interspace forms, which by one, between one in the housing located inlet opening and an outlet opening arranged Divider divided into a pressure chamber and a suction chamber is, on the one hand with the housing and on the other connected to the pivot piston, outer and inner Attachment points of the divider in the circumferential direction of the Swivel piston offset from each other and are where the divider is made of bendable material.
  • the divider also made of a flexible Material, such as a thin spring metal strip or a spring strip package, or of an elastomeric material, For example, reinforced rubber, or as one of such Materials composite construction can be made can, with the divider always a uniform thickness having.
  • DE 26 28 365 A1 that the separating web hinged at its bead-shaped attachment points rotatably in associated recesses of the rotary piston on the one hand and the housing is mounted on the other, closes the DE 26 28 365 A1 does not mean that the u.a. also made of elastic or flexible materials or materials Trennsteg the elasticity of the material used at least almost maintained.
  • a so-called rotary piston compressor a compressor housing with an approximately cylindrical receiving space Has. In the receiving space is also about cylindrical, provided in the outer diameter of smaller rolling piston, the mounted eccentrically to the receiving space on an eccentric drive is.
  • the previously known rotary compressor has a metal Link on the one hand on the rolling piston and on the other hinged to the peripheral space bounding the receiving space is held.
  • the connecting member which is the suction chamber from the pressure chamber separates, consists of a bolt-shaped linkage members provided circular arc piece, which is when rolling of the rolling piston inserts tightly into a recess in the housing wall, causing a gentle rolling overflow of the rolling piston is achieved. While the outlet slot with the pressure side permanently communicates, controls the link at his Pivoting the inlet slot of this otherwise valveless Single compressor.
  • a Schwenkkolbenverdränger is known in which the between the outer peripheral piston wall and the Inner wall of the receiving space remaining crescent-shaped gap is divided by a divider, which consists of a elastic material.
  • This divider which is about radial is oriented to the oscillating piston, is in the rolling movement the swing piston on the inner wall of the receiving space cyclically compressed and stretched. Due to these stretching and compression loads the elastic material of the divider becomes so claims that connected to the pivot piston divider only a comparatively short life is granted.
  • the achievement of this task is in the Schwenkkolbenverdränger of the type mentioned in particular in that the divider near its two attachment ends Bending sections and inbetween a more rigid Intermediate section has.
  • the also made of bendable material manufactured divider of the rotary piston displacer according to the invention has an intermediate section compared to the bending portions provided near the attachment ends designed more rigid and therefore against compression of the Trennstegs is relatively insensitive.
  • the inventive design of the divider allows that this divider the relatively large tensile and especially the Can absorb compression forces by the at a fast-running swivel piston compressor on the divider acting mass forces can arise.
  • the Schwenkkolbenverdränger invention has none metal parts rubbing against each other, the abrasive media should not be suspended or an additional Lubrication required in the area of the receiving space. Since the one hand with the housing and on the other hand with the Swivel piston connected divider between its outer and inner attachment point runs approximately helically, is this divider when rolling the pivot piston only one Bending stress, but not additional stretching and compression loads exposed. Because the divider, made only of bendable Material consist, but not necessarily made of elastic material must be prepared during the operation of the invention Schwenkkolbenverdrfiters only comparatively small Loads is exposed, the invention is characterized Schwenkkolbenverdränger in this respect by a long life and a versatile usability. The long life is further increased by the fact that the flexible divider no is subjected to elastic deformation, so that one with additional energy expenditure and with increased warming Connected flexing work on the divider can be avoided.
  • the outer attachment point of Trennstegs on the housing between the inlet opening and the Outlet opening and the inner attachment point in Circumferential direction offset to an outer Attachment point is arranged on the rotary piston that the Divider in abutment position on the inner wall of the receiving space covers the inlet or outlet.
  • the divider becomes during the rolling movements of the rotary piston so sealing pressed against the inlet or outlet opening that a performance-reducing return flow of the pumped medium avoided can be.
  • a preferred embodiment which is characterized by a particularly high work performance, provides that the outer Attachment point of the divider to the housing between the Inlet opening and the outlet opening close to the outlet opening and the inner attachment point of the divider on the Swivel piston next to the inlet opening, the outlet opening turned away, are arranged.
  • a hinged tilting of the divider during the Rolling movements of the rotary piston is facilitated when the Divider at its attachment bead-like, preferably in cross-section has approximately round or rounded formations and if in the housing and the rotary piston to matching mounting recesses are provided.
  • Schwenkkolbenverdrnatureers does not necessarily have to be made of elastic material, but can also consist of solely flexible material can the divider, for example made of flexible plastic and / or an elastomer and / or spring steel.
  • the two bending sections of the divider have a smaller cross-section than the intermediate section.
  • the Schwenkkolbenverdrnatureers invention must the divider the torque of the rotary piston not only as Traction, but also can absorb as a compressive force.
  • This can by a corresponding, for example, thickened shape of the divider and / or about one incorporated into the divider Reinforcement can be achieved.
  • the intermediate section the divider a gain, preferably a Reinforcing insert to increase the compressive stiffness in the Compound level has between the attachment ends.
  • the housing and / or the rotary piston in the circumferential course of the Trennstegs recesses for at least partially receiving the Have separating web.
  • a short circuit between pressure and suction chamber can be effectively avoid if laterally next to the swinging piston between at least one of its side walls and the housing or a drive shaft guide at least one circumferentially closed seal is provided. It can as seals ring seals and / or bellows seals be provided.
  • Another refinement embodiment according to the invention is that the Schwenkkolbenverdränger part of a Compressed air motor and that at least two axially juxtaposed Schwenkkolbenverdränger with in Rotation direction preferably offset by 180 ° swivel piston are provided. Are the swing pistons offset by 180 ° arranged, then at the 12 o'clock position a Oscillating piston an overflow of compressed air between inlet and outlet opening prevented. This is a startup of the engine from any position.
  • FIG. 1 is different versions 1, 2, 3 a Schwenkkolbenverdrnatureers shown.
  • the swivel piston displacer 1, 2 and 3 have a displacement housing 4, the at least one approximately cylindrical receiving space 5 bounded.
  • In the at least one receiving space 5 is an approximately cylindrical and in the outer diameter slightly smaller swing piston. 6 intended.
  • the pivoting piston 6 of the at least one Receiving space 5 is mounted on an eccentric drive 7.
  • the one end of the bridge with the rotary piston. 6 connected divider 8 is with its other web end between a located in the displacer housing 4 inlet port 11 and an outlet opening 12 held on the displacer housing 4.
  • the swivel piston displacers 1, 2, 3 shown here have no metal parts rubbing against each other, the abrassiven Media should not be suspended or an additional Lubrication required in the area of the receiving space. Since the one hand with the displacer 4 and on the other with the swing piston 6 connected divider 8 between his outer and inner attachment point approximately spirally runs, this divider is 8 when rolling the Swivel piston 6 exposed to only one bending stress. There the flexible divider 8 no elastic deformation is exposed, with an additional energy expenditure and increased heating associated flexing work on the divider 8 avoided.
  • the illustrated here Schwenkkolbenverdränger 1, 2, 3 are therefore characterized by a long life and their versatile usability.
  • the outer one is Attachment point of the divider 8 on the displacer 4 between the inlet opening 11 and the outlet opening 12 and the inner attachment point on the rotary piston 6 in the circumferential direction arranged at a distance offset from one another such that the Trennsteg 8 in abutment position on the inner wall of the Recording space covers the inlet opening 11.
  • the divider 8 can be fixed to the outside of the rotary piston 6 be formed. Here, however, the divider 8 is both on Displacer 4 as well as on the pivot piston 6 releasably held.
  • the divider 8 points to his Fastening bead-like, preferably in cross section approximately round or rounded projections 15 which in the housing 4 and on the pivot piston 6 in matching mounting recesses are held.
  • the receiving space is in the Figures 1 to 3 hermetically illustrated liquid pump tightly formed. This is laterally next to the pivot piston. 6 on the drive-side side wall and an adjacent Drive shaft guide 13 a circumferentially closed Seal 16 provided here as a bellows seal is designed.
  • the Schwenkkolbenverdränger 2 shown in Figure 4 is as Compressor formed.
  • an exhaust valve 20 is provided.
  • the Exhaust valve 20 has a centrally held membrane disk on which the outlet openings 12 on the displacer 4 close.
  • the trained as a compressor Swivel piston displacer 2 for example, when pumping no bellows seal from air 16.
  • Such a bellows seal 16 is only required for a compressor 2, for example toxic, expensive or radioactive gases has pumped.
  • the side surfaces of the Swivel piston 6 with not visible in Figure 4 sealing rings be sealed.
  • a Schwenkkolbenverdränger 3 is shown, the here serves as a compressed air motor. To start the engine off ensure each pivot position out, has the designed as a compressed air motor Schwenkkolbenverdränger 3 two offset by 180 ° pivoting piston 6, which is also at the 12 o'clock position a rotary piston 6 an overflow of compressed air between inlet and outlet ports 11, 12 prevent.
  • the Schwenkkolbenverdränger shown here and in particular the liquid pump 1 according to the figures 1 to 3 can also as reversible, i. Direction of rotation variable pump designed be. Since the divider 8 in such a reversible Liquid pump 1, the torque of the rotary piston 6 is not only as a tensile force, but also as a compressive force, is an at least partially reinforcing the dividing web. 8 appropriate. For all here shown Schwenkkolbenverdrängern must the divider 8 beyond the Pressure differences between the pressure chamber 9 and the suction chamber 10th be able to record. Also, there are corresponding reinforcements and support options advantageous.
  • Such Reinforcement can, for example, by the in Figure 6 shown shaping of the divider 8 done, in which the two bending sections of the divider a smaller one Have cross section as the thickened intermediate portion 22. Additionally or alternatively, it may also be appropriate if the divider 8 in the region of its intermediate portion 22 a Armiereinlage 21, with which the Pressure stiffness in the connection plane between the Can increase attachment ends of the divider 8 (Fig.7).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkkolbenverdränger mit einem Verdrängergehäuse, in dem ein etwa zylindrischer Aufnahmeraum für einen etwa zylindrischen, im Außendurchmesser kleineren und exzentrisch zum Aufnahmeraum auf einem Exzenterantrieb gelagerten Schwenkkolben vorgesehen ist, der zwischen seiner Außenwand und der Innenwand des Aufnahmeraums einen etwa sichelförmigen Zwischenraum bildet, welcher durch einen, zwischen einer im Gehäuse befindlichen Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung angeordneten Trennsteg in einen Druckraum und einen Saugraum geteilt ist, wobei die einerseits mit dem Gehäuse und andererseits mit dem Schwenkkolben verbundenen, äußeren und inneren Befestigungsstellen des Trennstegs in Umfangsrichtung des Schwenkkolbens versetzt zueinander angeordnet sind und wobei der Trennsteg aus biegbarem Material besteht.
Aus der DE 26 28 365 A1 ist bereits ein Schwenkkolbenverdränger der eingangs erwähnten Art bekannt, in dessen Verdrängergehäuse ein etwa zylindrischer Aufnahmeraum für einen etwa zylindrischen, im Außendurchmesser kleineren und exzentrisch zum Aufnahmeraum auf einem Exzenterantrieb gelagerten Schwenkkolben vorgesehen ist. Dieser Schwenkkolben bildet zwischen seiner Außenwand einerseits und der Innenwand des Aufnahmeraums andererseits einen etwa sichelförmigen Zwischenraum, der durch einen Trennsteg in einen Druckraum und einen Saugraum geteilt ist. Dieser Trennsteg, dessen in Umfangsrichtung des Schwenkkolbens versetzt zueinander angeordneten Befestigungsstellen einerseits mit dem Gehäuse und andererseits mit dem Schwenkkolben verbunden sind, kann aus biegbarem Material hergestellt werden. In diesem Zusammenhang ist in der DE 26 28 365 A1 ausdrücklich erwähnt, daß der Trennsteg auch aus einem flexiblen Werkstoff, beispielsweise einem dünnen Federmetallstreifen oder einem Federstreifenpaket, oder aus einem elastomerischen Werkstoff, beispielsweise verstärktem Gummi, oder als eine aus solchen Werkstoffen zusammengesetzte Konstruktion hergestellt werden kann, wobei der Trennsteg stets eine gleichmäßige Dicke aufweist.
Obwohl in der DE 26 28 365 A1 hervorgehoben ist, daß der Trennsteg an seinen wulstförmigen Befestigungsstellen scharnierartig drehbar in zugeordneten Aussparungen des Schwenkkolbens einerseits und des Gehäuses andererseits gelagert ist, schließt die DE 26 28 365 A1 nicht aus, daß der u.a. auch aus elastischen oder flexiblen Werkstoffen oder Werkstofflagen hergestellte Trennsteg die Elastizität des dafür verwendeten Materials wenigstens annähernd beibehält. Bei einem derart biegbaren Trennsteg besteht jedoch das Problem, daß das dabei verwendete Material die während des Betriebs des vorbekannten Schwenkkolbenverdrängers auftretenden Zugkräfte noch vergleichsweise gut aufzunehmen vermag, daß aber ebenfalls durch die Oszillationsbewegung des Schwenkkolbens bewirkte Stauchungen des Trennstegs zu unerwünschten Verformungen des Trennstegs im Verlauf seiner Längserstreckung und dadurch zu erhöhten Materialermüdungen führen können.
Man kennt auch bereits einen sogenannten Rollkolbenverdichter, der ein Verdichtergehäuse mit einem etwa zylindrischen Aufnahmeraum hat. Im Aufnahmeraum ist ein ebenfalls etwa zylindrischer, im Außendurchmesser kleinerer Rollkolben vorgesehen, der exzentrisch zum Aufnahmeraum auf einem Exzenterantrieb gelagert ist. Der vorbekannte Rollkolbenverdichter weist ein metallenes Verbindungsglied auf, das einerseits am Rollkolben und andererseits an der den Aufnahmeraum begrenzenden Umfangswand gelenkig gehalten ist. Das Verbindungsglied, das den Saugraum vom Druckraum trennt, besteht aus einem mit bolzenförmigen Anlenkungsgliedern versehenen Kreisbogenstück, welches sich beim Abwälzen des Rollkolbens in eine Aussparung der Gehäusewand dicht einlegt, wodurch ein sanftes rollendes Überlaufen des Rollkolbens erzielt wird. Während der Auslaßschlitz mit der Druckseite dauernd in Verbindung steht, steuert das Verbindungsglied bei seiner Schwenkbewegung den Einlaßschlitz dieses ansonsten ventillosen Einzelverdichters.
Bei diesem vorbekannten Rollkolbenverdichter sind dynamische Lager und Dichtungen erforderlich, die ständig einer ausreichenden Schmierung bedürfen. Darüber hinaus bedürfen auch die als Gelenk wirkenden Anlenkungsglieder des Verbindungsgliedes einer solchen Schmierung. Eine solche Schmierung kann jedoch zu einem unerwünschten Eintrag des Schmierstoffes in das Fördermedium führen.
Man hat auch bereits einen Verdränger geschaffen, bei dem ein im Verdrängergehäuse gehaltener Trennsteg in einer Aussparung im Rollkolben vorsteht, die sich in Richtung zum Trennsteg keilförmig verjüngt (vgl. US-PS 4 157 882). Dieser Trennsteg wird beidseits von Dichtleisten beaufschlagt, die im Rollkolben verschieblich geführt und mittels Druckfedern dichtend an den Trennsteg gepreßt sind.
Da sich mit Hilfe der Dichtleisten nur eine linienförmige Abdichtung im Arbeitsraum erreichen läßt, ist der mit diesen vorbekannten Verdrängern erreichbare Arbeitsdruck eher begrenzt. Darüber hinaus reiben bei diesem vorbekannten Verdränger im Bereich des Trennsteges verschiedene metallene Teile aneinander, so daß sich ein Fördern abrassiver Medien verbietet und dieser Verdränger nur einen eingeschränkten Einsatzbereich hat.
Aus der DE-OS 27 51 384 ist ein Schwenkkolbenverdränger bekannt, bei dem der zwischen Schwenkkolben-Außenwand und der Innenwand des Aufnahmeraums verbleibende sichelförmige Zwischenraum durch einen Trennsteg geteilt ist, der aus einem elastischen Material besteht. Dieser Trennsteg, der etwa radial zum Schwenkkolben orientiert ist, wird bei der Abrollbewegung des Schwenkkolbens an der Innenwand des Aufnahmeraums zyklisch gestaucht und gestreckt. Aufgrund dieser Streck- und Stauchbelastungen wird das elastische Material des Trennstegs derart beansprucht, daß dem mit dem Schwenkkolben verbundenen Trennsteg nur eine vergleichsweise kurze Lebensdauer beschieden ist.
Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, einen vielseitig einsetzbaren und dauerhaft belastbaren Schwenkkolbenverdränger der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der möglichst wartungsarm ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Schwenkkolbenverdränger der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß der Trennsteg nahe seiner beiden Befestigungsenden Biegeabschnitte und dazwischen einen demgegenüber biegesteiferen Zwischenabschnitt aufweist. Der ebenfalls aus biegbarem Material hergestellte Trennsteg des erfindungsgemäßen Schwenkkolbenverdrängers hat einen Zwischenabschnitt, der im Vergleich zu den nahe den Befestigungsenden vorgesehenen Biegeabschnitten biegesteifer ausgestaltet und daher gegen Stauchungen des Trennstegs vergleichsweise unempfindlich ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Trennstegs erlaubt es, dass dieser Trennsteg die relativ großen Zug- und insbesondere die Stauchkräfte aufzunehmen vermag, die durch die bei einem schnell-laufenden Schwenkkolbenverdichter am Trennsteg einwirkenden Massenkräfte entstehen können. Da nämlich der Trennsteg mit seinem als Anlenkungsstelle am Schwenkkolben dienenden Stegende durch den oszillierenden Schwenkkolben etwa auf einem Kreisbogen im Aufnahmeraum rauf- und runterbewegt wird, wirken auf den Trennsteg erhebliche Kräfte ein, von denen insbesondere die Druck- oder Stauchkräfte das biegsame Material des Trennstegs erheblich beanspruchen können. Bei dem erfindungsgemäßen Schwenkkolbenverdränger wirkt die biegesteifere Ausgestaltung des Trennsteg-Zwischenabschnitts einer durch Stauchungen bewirkten Verformung des Trennstegs in diesem Bereich wirkungsvoll entgegen. Demgegenüber sind die Biegeabschnitte wesentlich biegsamer ausgestaltet und erleichtern ein scharnierartiges Abkippen des Trennstegs in diesem nahe den Befestigungsenden angeordneten Bereich.
Auch der erfindungsgemäße Schwenkkolbenverdränger weist keine aneinander reibenden metallenen Teile auf, die abrassiven Medien nicht ausgesetzt werden dürften oder eine zusätzliche Schmierung im Bereich des Aufnahmeraumes erforderlich machen. Da der einerseits mit dem Gehäuse und andererseits mit dem Schwenkkolben verbundene Trennsteg zwischen seiner äußeren und inneren Befestigungsstelle etwa spiralförmig verläuft, wird dieser Trennsteg beim Abrollen des Schwenkkolbens nur einer Biegebeanspruchung, nicht aber zusätzlichen Streck- und Stauchbelastungen ausgesetzt. Da der Trennsteg, der nur aus biegbarem Material bestehen -, nicht aber unbedingt aus elastischem Material hergestellt sein muß, während des Betriebs des erfindungsgemäßen Schwenkkolbenverdrängers nur vergleichsweise geringen Belastungen ausgesetzt ist, zeichnet sich der erfindungsgemäße Schwenkkolbenverdränger insoweit durch eine lange Lebensdauer und eine vielseitige Einsetzbarkeit aus. Die lange Lebensdauer wird noch dadurch erhöht, daß der biegsame Trennsteg keiner elastischen Verformung ausgesetzt ist, so daß eine mit zusätzlichem Energieaufwand und mit erhöhter Erwärmung verbundene Walkarbeit am Trennsteg vermieden werden kann.
Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Schwenkkolbenverdrängers, daß der Trennsteg der Kolbenbewegung ohne elastische Verformung oder Reibung verursachende Bewegung allein durch scharnierartiges Abkippen folgt.
Zweckmäßig ist es, wenn die äußere Befestigungsstelle des Trennstegs an dem Gehäuse zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung und die innere Befestigungsstelle in Umfangsrichtung derart versetzt zu einer äußeren Befestigungsstelle am Schwenkkolben angeordnet ist, daß der Trennsteg in Anlageposition an der Innenwand des Aufnahmeraums die Ein- oder Auslaßöffnung überdeckt. Somit wird der Trennsteg während der Abrollbewegungen des Schwenkkolbens derart dichtend gegen die Ein- oder Auslaßöffnung gedrückt, daß eine leistungsmindernde Rückströmung des Fördermediums vermieden werden kann.
Zweckmäßig kann es sein, wenn der Trennsteg in Anlageposition an der Innenwand des Aufnahmeraums die Öffnung des Einlaßkanals überdeckt.
Eine bevorzugte Ausführungsform, die sich durch eine besonders hohe Arbeitsleistung auszeichnet, sieht vor, daß die äußere Befestigungsstelle des Trennstegs an dem Gehäuse zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung nahe an der Auslaßöffnung und die innere Befestigungsstelle des Trennstegs an dem Schwenkkolben neben der Einlaßöffnung, der Auslaßöffnung abgewandt, angeordnet sind.
Ein scharnierartiges Abkippen des Trennsteges während der Abrollbewegungen des Schwenkkolbens wird erleichtert, wenn der Trennsteg an seinen Befestigungsenden wulstartige, vorzugsweise im Querschnitt etwa runde oder gerundete Anformungen aufweist und wenn im Gehäuse und dem Schwenkkolben dazu passende Befestigungsausnehmungen vorgesehen sind.
Um auch die auf den Trennsteg einwirkenden Biegebelastungen weitestgehend zu reduzieren und um die Lebensdauer noch zusätzlich zu erhöhen ist es zweckmäßig, wenn die wulstartigen Befestigungs-Anformungen des Trennstegs an gegenüberliegenden Seiten seiner Mittellängsebene vorstehen und wenn der Trennsteg vorzugsweise im Längsschnitt im weitesten Sinne etwa S-förmig ausgebildet ist.
Da der Trennsteg des erfindungsgemäßen Schwenkkolbenverdrängers nicht notwendig aus elastischem Material hergestellt sein muß, sondern auch aus allein biegsamem Material bestehen kann, kann der Trennsteg beispielsweise aus flexiblem Kunststoff und/oder einem Elastomer und/oder aus Federstahl bestehen.
Um die Biegebewegungen des Trennsteges zu erleichtern, kann es zweckmäßig sein, wenn die beiden Biegeabschnitte des Trennstegs einen geringeren Querschnitt als der Zwischenabschnitt aufweisen.
Bei einer umsteuerbaren, d.h. drehrichtungsvariablen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkkolbenverdrängers muß der Trennsteg das Drehmoment des Schwenkkolbens nicht nur als Zugkraft, sondern auch als Druckkraft aufnehmen können. Dies kann durch eine entsprechende, beispielsweise verdickte Formgebung des Trennsteges und/oder etwa eine in den Trennsteg eingearbeitete Verstärkung erreicht werden. So sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, daß der Zwischenabschnitt des Trennstegs eine Verstärkung, vorzugsweise eine Armiereinlage zur Erhöhung der Drucksteifigkeit in der Verbindungsebene zwischen den Befestigungsenden aufweist.
Um zusätzliche, auf den Trennsteg einwirkende Quetschbelastungen zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, wenn das Gehäuse und/oder der Schwenkkolben im Umfangsverlauf des Trennstegs Ausnehmungen zur zumindest teilweisen Aufnahme des Trennstegs aufweisen.
Ein Kurzschluß zwischen Druck- und Saugraum läßt sich wirkungsvoll vermeiden, wenn seitlich neben dem Schwenkkolben zwischen zumindest einer seiner Seitenwände und dem Gehäuse beziehungsweise einer Antriebswellenführung wenigstens eine umfänglich geschlossene Abdichtung vorgesehen ist. Dabei können als Abdichtungen Ringdichtungen und/oder Balgdichtungen vorgesehen sein.
Eine vorteilhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Schwenkkolbenverdränger als Verdichter ausgebildet ist und daß der Verdichter vorzugsweise wenigstens ein Auslaßventil hat.
Eine andere weiterbildende Ausführungsform gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Schwenkkolbenverdränger Teil eines Druckluftmotors ist und daß dazu wenigstens zwei axial nebeneinander angeordnete Schwenkkolbenverdränger mit in Rotationsrichtung vorzugsweise um 180° versetzten Schwenkkolben vorgesehen sind. Sind die Schwenkkolben um 180° versetzt angeordnet, so wird bei der 12 Uhr-Stellung eines Schwenkkolbens ein Überströmen der Druckluft zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung verhindert. Auf diese Weise ist ein Anlauf des Motors aus jeder Stellung heraus gewährleistet.
Weiterbildungen gemäß der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen dargestellt. Nachstehend wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungen in Verbindung mit den Ansprüchen noch näher erläutert.
Es zeigt in schematischer Darstellung:
Fig. 1
einen als Flüssigkeitspumpe ausgestalteten Schwenkkolbenverdränger in einem Längsschnitt (Fig. 1a) und einem Querschnitt (Fig. 1b),
Fig. 2
den Schwenkkolbenverdränger aus Figur 1 in einer gegenüber Figur 1 um 90° versetzten Schwenkposition seines Schwenkkolbens,
Fig. 3
den Schwenkkolbenverdränger aus Figur 1 und 2 in einer gegenüber Figur 1 um 180° versetzten Schwenkposition seines Schwenkkolbens,
Fig. 4
einen mit Figur 1 bis 3 vergleichbaren, hier aber als Verdichter ausgebildeten Schwenkkolbenverdränger in einem Längsschnitt (Fig. 4a) und einem Querschnitt (Fig. 4b),
Fig. 5
einen als zweistufiger Druckluftmotor ausgestalteten Schwenkkolbenverdränger in einem Querschnitt,
Fig. 6
den für einen der zuvor dargestellten Schwenkkolbenverdränger bestimmten und den Aufnahmeraum dieses Schwenkkolbenverdrängers in einen Saugraum sowie einen Druckraum unterteilenden Trennsteg und
Fig. 7
eine abgewandelte Ausführung eines solchen Trennsteges.
In den Figuren 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungen 1, 2, 3 eines Schwenkkolbenverdrängers dargestellt. Die Schwenkkolbenverdränger 1, 2 und 3 weisen ein Verdrängergehäuse 4 auf, das zumindest einen etwa zylindrischen Aufnahmeraum 5 umgrenzt. In dem zumindest einen Aufnahmeraum 5 ist ein etwa zylindrischer und im Außendurchmesser etwas kleinerer Schwenkkolben 6 vorgesehen. Der Schwenkkolben 6 des zumindest einen Aufnahmeraumes 5 ist auf einem Exzenterantrieb 7 gelagert.
Wie aus den Figuren 1 bis 4 deutlich wird, bildet der Schwenkkolben 6 zwischen seiner Außenwand und der Innenwand des Aufnahmeraumes 5 einen etwa sichelförmigen Zwischenraum. Dieser Zwischenraum wird durch einen Trennsteg 8 in einen Druckraum 9 und einen Saugraum 10 geteilt.
Der mit seinem einen Stegende mit dem Schwenkkolben 6 verbundene Trennsteg 8 ist mit seinem anderen Stegende zwischen einer im Verdrängergehäuse 4 befindlichen Einlaßöffnung 11 und einer Auslaßöffnung 12 am Verdrängergehäuse 4 gehalten.
In den Figuren 1 bis 4 ist erkennbar, daß der Trennsteg 8 zwischen seiner äußeren und inneren Befestigungsstelle in Bezug auf den Mittelpunkt des Aufnahmeraumes etwa spiralförmig verläuft. Dazu sind die äußeren und inneren Befestigungsstellen des Trennstegs 8 in Umfangsrichtung des Schwenkkolbens 6 versetzt zueinander angeordnet.
Aus einem Vergleich der Figuren 1 bis 3 ist ersichtlich, daß der Trennsteg 8 während der Abrollbewegungen des Schwenkkolbens 6 am Gehäuse-Innenumfang nur einer Biegebeanspruchung im Bereich seiner Befestigungsstellen, nicht aber zusätzlich übermäßigen Zug- oder Stauchbelastungen ausgesetzt ist. Der Trennsteg 8 kann daher aus allein biegsamem Material bestehen und muß nicht unbedingt auch aus elastischem Material hergestellt werden. So kann der Trennsteg 8 aus flexiblem Kunststoff, einem Elastomer und/oder aus Federstahl bestehen.
Die hier dargestellten Schwenkkolbenverdränger 1, 2, 3 weisen keine aneinander reibenden metallenen Teile auf, die abrassiven Medien nicht ausgesetzt werden dürften oder eine zusätzliche Schmierung im Bereich des Aufnahmeraumes erforderlich machen. Da der einerseits mit dem Verdrängergehäuse 4 und andererseits mit dem Schwenkkolben 6 verbundene Trennsteg 8 zwischen seiner äußeren und inneren Befestigungsstelle etwa spiralförmig verläuft, wird dieser Trennsteg 8 beim Abrollen des Schwenkkolbens 6 nur einer Biegebeanspruchung ausgesetzt. Da der biegsame Trennsteg 8 keiner elastischen Verformung ausgesetzt ist, wird einem mit zusätzlichem Energieaufwand und erhöhter Erwärmung verbundene Walkarbeit am Trennsteg 8 vermieden. Die hier dargestellten Schwenkkolbenverdränger 1, 2, 3 zeichnen sich daher durch eine lange Lebensdauer und ihre vielseitige Einsetzbarkeit aus.
Wie insbesondere aus Figur 1a deutlich wird, ist die äußere Befestigungsstelle des Trennstegs 8 am Verdrängergehäuse 4 zwischen der Einlaßöffnung 11 und der Auslaßöffnung 12 und die innere Befestigungsstelle am Schwenkkolben 6 in Umfangsrichtung mit Abstand derart versetzt zueinander angeordnet, daß der Trennsteg 8 in Anlageposition an der Innenwand des Aufnahmeraums die Einlaßöffnung 11 überdeckt. Somit wird ein unerwünschter Rückstrom des zum Auslaß verdrängten Fördermediums durch die Einlaßöffnung 11 verhindert.
Gleichzeitig ist der das Drehmoment des Schwenkkolbens 8 aufnehmende und diesem am Drehen um die Achse hindernde Trennsteg 8 hier nur einer Zugbelastung ausgesetzt.
Um ein möglichst hohes Verdrängungsvolumen pro Pumpzyklus zu erreichen, ist die äußere Befestigungsstelle des Trennstegs an dem Gehäuse zwischen der Einlaßöffnung 11 und der Auslaßöffnung 12 nahe an der Auslaßöffnung 12 und die innere Befestigungsstelle des Trennstegs 8 an dem Schwenkkolben 6 neben der Einlaßöffnung 11, der Auslaßöffnung 12, abgewandt angeordnet.
Der Trennsteg 8 kann an den Schwenkkolben 6 außenseitig fest angeformt sein. Hier ist der Trennsteg 8 jedoch sowohl am Verdrängergehäuse 4 als auch am Schwenkkolben 6 lösbar gehalten. Der Trennsteg 8 weist dazu an seinen Befestigungsenden wulstartige, vorzugsweise im Querschnitt etwa runde oder gerundete Anformungen 15 auf, die im Gehäuse 4 und am Schwenkkolben 6 in dazu passenden Befestigungsausnehmungen gehalten sind. Diese wulstartigen Befestigungsanformungen 15, die ein scharnierartiges Abkippen des Trennsteges 8 während der Abrollbewegung des Schwenkkolbens 6 erleichtern, stehen an gegenüberliegenden Seiten der Trennsteg-Mittellängsebene vor und geben dem Trennsteg 8 dadurch einen nahezu S-förmigen Außenumriß.
Um auch ein verschleißendes Quetschen des Trennsteges 8 während der Abrollbewegung des Schwenkkolbens 6 zu vermeiden, weisen das Gehäuse 4 und der Schwenkkolben 6 im Umfangsverlauf des Trennstegs 8 Ausnehmungen zur zumindest teilweisen Aufnahme des Trennstegs 8 auf.
Wie in Figur 1b erkennbar ist, ist der Aufnahmeraum der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Flüssigkeitspumpe hermetisch dicht ausgebildet. Dazu ist seitlich neben dem Schwenkkolben 6 an dessen antriebsseitiger Seitenwand und einer benachbarten Antriebswellenführung 13 eine umfänglich geschlossene Abdichtung 16 vorgesehen, die hier als Balgdichtung ausgestaltet ist.
Aus einem Vergleich der Figuren 1a bis 3a einerseits und der Figuren 1b bis 3b andererseits ist zu entnehmen, daß der Schwenkkolben 6 eine zentrische Öffnung 17 zur Aufnahme eines Wälzlagers 18 oder dergleichen Exzenterlagers aufweist, welches Exzenterlager seinerseits auf einem Exzenterzapfen 19 des Exzenterantriebs 7 gelagert ist.
Der in Figur 4 dargestellte Schwenkkolbenverdränger 2 ist als Verdichter ausgebildet. Um ein Rückströmen der verdichteten Gase zu verhindern, ist ein Auslaßventil 20 vorgesehen. Das Auslaßventil 20 weist eine zentral gehaltene Membranscheibe auf, welche die Auslaßöffnungen 12 am Verdrängergehäuse 4 verschließen. Der als Verdichter ausgebildete Schwenkkolbenverdränger 2 benötigt beispielsweise beim Pumpen von Luft keine Balgdichtung 16. Eine solche Balgdichtung 16 (vgl. Fig. 1b bis 3b) wird nur bei einem Verdichter 2 benötigt, der beispielsweise giftige, teurere oder radioaktive Gase zu pumpen hat. Um das Überströmen des Gases von der Druck- zur Saugseite zu minimieren, können die Seitenflächen des Schwenkkolbens 6 mit in Figur 4 nicht sichtbaren Dichtringen abgedichtet sein.
In Figur 5 ist ein Schwenkkolbenverdränger 3 dargestellt, der hier als Druckluftmotor dient. Um ein Anlaufen des Motors aus jeder Schwenkkolbenstellung heraus zu gewährleisten, weist der als Druckluftmotor ausgestaltete Schwenkkolbenverdränger 3 zwei um 180° versetzte Schwenkkolben 6 auf, die auch bei der 12 Uhr-Stellung eines Schwenkkolbens 6 ein Überströmen der Druckluft zwischen Ein- und Auslaßöffnung 11, 12 verhindern.
Die hier dargestellten Schwenkkolbenverdränger und insbesondere die Flüssigkeitspumpe 1 gemäß den Figuren 1 bis 3 kann auch als umsteuerbare, d.h. drehrichtungsvariable Pumpe ausgestaltet sein. Da der Trennsteg 8 bei einer solchen umsteuerbaren Flüssigkeitspumpe 1 das Drehmoment des Schwenkkolbens 6 nicht nur als Zugkraft, sondern auch als Druckkraft aufnehmen muß, ist eine zumindest bereichsweise Verstärkung des Trennsteges 8 zweckmäßig. Bei allen hier dargestellten Schwenkkolbenverdrängern muß der Trennsteg 8 darüber hinaus auch die Druckunterschiede zwischen dem Druckraum 9 und dem Saugraum 10 aufnehmen können. Auch dazu sind entsprechende Verstärkungen und Abstützungsmöglichkeiten vorteilhaft. Eine solche Verstärkung kann beispielsweise durch die in Figur 6 dargestellte Formgebung des Trennstegs 8 erfolgen, bei welcher die beiden Biegeabschnitte des Trennstegs einen geringeren Querschnitt als der verdickte Zwischenabschnitt 22 aufweisen. Zusätzlich oder stattdessen kann es auch zweckmäßig sein, wenn der Trennsteg 8 im Bereich seines Zwischenabschnittes 22 eine Armiereinlage 21 aufweist, mit welcher sich die Drucksteifigkeit in der Verbindungsebene zwischen den Befestigungsenden des Trennsteges 8 erhöhen läßt (Fig.7).

Claims (16)

  1. Schwenkkolbenverdränger (1, 2, 3) mit einem Verdrängergehäuse (4), in dem ein etwa zylindrischer Aufnahmeraum (5) für einen etwa zylindrischen, im Außendurchmesser kleineren und exzentrisch zum Aufnahmeraum (5) auf einem Exzenterantrieb (7) gelagerten Schwenkkolben (6) vorgesehen ist, der zwischen seiner Außenwand und der Innenwand des Aufnahmeraums (5) einen etwa sichelförmigen Zwischenraum bildet, welcher durch einen, zwischen einer im Gehäuse (4) befindlichen Einlaßöffnung (11) und einer Auslaßöffnung (12) angeordneten Trennsteg (8) in einen Druckraum (9) und einen Saugraum (10) geteilt ist, wobei die einerseits mit dem Gehäuse (4) und andererseits mit dem Schwenkkolben (6) verbundenen, äußeren und inneren Befestigungsstellen des Trennstegs (8) in Umfangsrichtung des Schwenkkolbens (6) versetzt zueinander angeordnet sind und wobei der Trennsteg (8) aus biegbarem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennsteg (8) nahe seiner beiden Befestigungsenden Biegeabschnitte und dazwischen einen demgegenüber biegensteiferen Zwischenabschnitt (22) aufweist.
  2. Schwenkkolbenverdränger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennsteg (8) der Kolbenbewegung ohne elastische Verformung oder Reibung verursachende Bewegung durch scharnierartiges Abkippen folgt.
  3. Schwenkkolbenverdränger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Befestigungsstelle des Trennstegs (8) an dem Gehäuse (4) zwischen der Einlaßöffnung (11) und der Auslaßöffnung (12) und die innere Befestigungsstelle in Umfangsrichtung derart versetzt zu der äußere Befestigungsstelle am Schwenkkolben (6) angeordnet sind, daß der Trennsteg (8) in Anlageposition an der Innenwand des Aufnahmeraums (5) die Ein- oder Auslaßöffnung (11, 12) überdeckt.
  4. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennsteg (8) in Anlageposition an der Innenwand des Aufnahmeraums (5) die Einlaßöffnung (11) überdeckt.
  5. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Befestigungsstelle des Trennstegs (8) an dem Verdrängergehäuse (4) zwischen der Einlaßöffnung (11) und der Auslaßöffnung (12) nahe an der Auslaßöffnung (12) und die innere Befestigungsstelle des Trennstegs (8) an dem Schwenkkolben (6) neben der Einlaßöffnung (11), der Auslaßöffnung (12) abgewandt, angeordnet sind.
  6. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennsteg (8) an seinen Befestigungsenden wulstartige, vorzugsweise im Querschnitt etwa runde oder gerundete Anformungen (15) aufweist und daß im Gehäuse (4) und dem Schwenkkolben (1, 2, 3) dazu passende Befestigungsausnehmungen vorgesehen sind.
  7. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wulstartigen Befestigungs-Anformungen (15) des Trennstegs (8) an gegenüberliegenden Seiten seiner Mittellängsebene vorstehen und daß der Trennsteg (8) im Längsschnitt etwa S-förmig ausgebildet ist.
  8. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennsteg (8) aus flexiblem Kunststoff und/oder einem Elastomer und/oder aus Federstahl besteht.
  9. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Biegeabschnitte des Trennstegs einen geringeren Querschnitt als der Zwischenabschnitt (22) aufweisen.
  10. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenabschnitt (22) des Trennstegs (8) eine Verstärkung, vorzugsweise eine Armiereinlage (21) zur Erhöhung der Drucksteifigkeit in der Verbindungsebene zwischen den Befestigungsenden aufweist.
  11. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängergehäuse (4) und/oder der Schwenkkolben (6) im Umfangsverlauf des Trennstegs (8) Ausnehmungen zur zumindest teilweisen Aufnahme des Trennstegs (8) aufweisen.
  12. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich neben dem Schwenkkolben (6) zwischen zumindest einer seiner Seitenwände und dem Gehäuse (4) beziehungsweise einer Antriebswellenführung (13), wenigstens eine umfänglich geschlossene Abdichtung (16) vorgesehen ist.
  13. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdichtungen (16) Ringdichtungen und/oder Balgdichtungen vorgesehen sind.
  14. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkkolben (6) eine zentrische Öffnung (17) zur Aufnahme eines Exzenterlagers, vorzugsweise eines Wälzlagers (18) aufweist, das seinerseits auf einem Exzenterzapfen (19) des Exzenterantriebs (7) gelagert ist.
  15. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkkolbenverdränger (2) als Verdichter ausgebildet ist und daß der Verdichter vorzugsweise wenigstens ein Auslaßventil (22) hat.
  16. Schwenkkolbenverdränger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er Teil eines Druckluftmotors ist und daß dazu wenigstens zwei axial nebeneinander angeordnete Schwenkkolbenverdränger (3, 3') mit in Rotationsrichtung vorzugsweise um 180° versetzten Schwenkkolben (6) vorgesehen sind.
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