EP1448895A1 - Rotary piston pump - Google Patents

Rotary piston pump

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Publication number
EP1448895A1
EP1448895A1 EP02787733A EP02787733A EP1448895A1 EP 1448895 A1 EP1448895 A1 EP 1448895A1 EP 02787733 A EP02787733 A EP 02787733A EP 02787733 A EP02787733 A EP 02787733A EP 1448895 A1 EP1448895 A1 EP 1448895A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
annular
control
annular space
contour
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.)
Withdrawn
Application number
EP02787733A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Schnabl
Paul Schnabl
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of EP1448895A1 publication Critical patent/EP1448895A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/06Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C15/064Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston machines or pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/04Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports
    • F04B7/06Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports the pistons and cylinders being relatively reciprocated and rotated
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
    • F04C14/22Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members
    • F04C14/223Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members using a movable cam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C9/00Oscillating-piston machines or pumps
    • F04C9/007Oscillating-piston machines or pumps the points of the moving element describing approximately an alternating movement in axial direction with respect to the other element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2250/00Geometry
    • F04C2250/10Geometry of the inlet or outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/13Noise

Definitions

  • the invention relates to a rotary lobe pump with a housing, an annular piston in the form of a tubular section which is connected in a rotationally fixed manner to a shaft which can be rotated in the housing and is rotatably and axially displaceably guided in an annular space of the housing which is coaxial to the shaft, the axially facing one another End surfaces of the annular space and the annular piston are designed as shaft surfaces with axially parallel amplitude and with at least one wave crest and a wave trough, and each with at least one inlet and one outlet channel, which are formed in the housing such that the inlet and outlet openings on the annulus side are within an axial area of an annular space surface, which is determined by the maximum axial distance of the mutually facing end faces.
  • Such a rotary lobe pump is known from DE 199 53 168 A.
  • the inlet and outlet openings are controlled by the contour of the shaft surface of the annular piston. It has been shown that the opening cross-sections have to be made relatively small in order to be able to control the inlet and outlet of the medium to be pumped without additional control elements such as check valves. Furthermore, it has been shown that the changes in the opening cross section take place only relatively slowly due to the combined lifting and rotating movement of the piston, viewed over the angle of rotation of the piston. This prevents an optimal filling of the annular space at higher speeds due to the increasing throttle effect on the inlet side. Another disadvantage is that the inlet and outlet channels cannot be separated from one another at bottom dead center.
  • the medium to be pumped therefore flows back through the bottom dead center from the outlet-side high-pressure region into the inlet region, which is approximately at atmospheric pressure, during the passage of the annular piston.
  • the invention has for its object to design a rotary lobe pump of the type mentioned while maintaining the simplest possible structure so that the delivery rate of the pump can be increased significantly.
  • the annular piston to the axial end face of the annular space has open control pockets for controlling the inlet and outlet openings and that the position, shape and size of the control pockets and the inlet and outlet openings are chosen so that the inlet opening with a piston movement between the top and bottom dead center and the outlet opening with a piston movement between the bottom dead center and the top dead center allow a maximum volume flow of the medium to be conveyed.
  • control pockets can ensure that, during the passage of the annular piston through bottom dead center, ie when the end face of the annular piston has its maximum axial distance from the end face of the annular space facing it, a sealing of inlet openings and outlet openings is ensured against each other so that no medium can overflow.
  • additional valves for this is not necessary.
  • control pockets preferably have at least approximately axially parallel control edges, the pocket bottom following at least approximately the contour of the shaft surface section lying between the control edges when viewed in the circumferential direction of the annular piston.
  • the inlet opening has an axially parallel front and rear edge (based on the direction of rotation) and that the upper edge of the inlet opening close to the wave surface of the annular space is shaped such that it is approximately congruent with the contour of the shaft surface of the annular piston when the rear control edge of a control pocket reaches the front edge of the inlet opening, ie the inlet opening is closed.
  • This shape of the inlet opening also takes into account that the annular piston not only performs a rotary movement but also an axial movement.
  • the lower edge of the inlet opening which is remote from the wave surface of the annular space, preferably follows at least approximately the path of movement of the front lower corner of a control pocket during the movement of the annular piston from top dead center to bottom dead center.
  • a wave surface shape with two wave peaks and two wave troughs if the width of the inlet opening measured in the circumferential direction of the piston and the width of the control pockets are so coordinated with one another that the inlet opening over the complete Hu of the ring piston between the top dead center and bottom dead center is open.
  • Controlling the cross section of the outlet opening is less critical to the overall volume flow rate than controlling the cross section of the inlet opening.
  • the outlet opening is also designed so that its rear edge is directed at least approximately axially parallel, that a first portion of the upper edge of the outlet opening adjoining the rear edge of the outlet opening is directed parallel to the shaft surface of the annular piston when the front control edge of a control pocket faces the rear edge reached the outlet opening, and that a second section of the upper edge adjoining the first section of the outlet opening follows the contour of the edge of the control pocket when the annular piston has reached top dead center.
  • two annular space / annular piston arrangements are arranged coaxially to one another so that the pistons arranged on the same shaft move together between the end faces of the two annular spaces so that the two annular spaces have one fluid connection lying radially inside the annular piston are in communication with each other and that the radially inner wall of each annular space is formed by the outer surface of a control sleeve, which are arranged in the housing in a rotationally fixed but axially displaceable manner so that by means of a control drive they move between an axially inner position in which they block the fluid connection, and an axially outer position that at least partially releases the fluid connection is adjustable.
  • This solution makes it possible to control the delivery volume of the pump by pumping a more or less large portion of the volume back and forth between the two annular spaces, i.e. is not released to the outside of the pump. If the fluid connection is blocked by the control sleeves, the pump delivers its maximum delivery volume. If, on the other hand, the cross section of the fluid connection is opened more or less, less or more fluid is released from the pump to the outside. The opening cross section of the fluid connection can be selected so that no medium is released to the outside when the fluid connection is opened to the maximum, i.e. the pump does not deliver anything.
  • the axial displacement of the control sleeves can react very quickly and sensitively to such a change in speed and in this way the delivery volume of the pump can be kept constant despite the changing speed become.
  • control sleeves are expediently continuously adjustable between their axially inner and outer end positions.
  • the axially inner end of the control sleeves can serve as the control edge on the control sleeves.
  • the control sleeves have at least one control slot directed parallel to the axis, which enables the opening or control of the fluid connection independently of the axial movement of the annular piston.
  • the outlet and inlet openings are expediently formed in the respective radially outer wall of the annular spaces in order to ensure that the pump is as simple as possible. You can in the two ring pistons are known to be combined to form a one-piece double piston.
  • the annular piston should perform a harmonic oscillating movement in the axial direction. This means that the vertex of the piston contour, i.e. the summit of a wave mountain - viewed in one development - the function
  • the contours of the two sliding shaft surfaces are selected so that the shaft surfaces are continuous at least in the area in which they are brought together or touch each other when the piston rotates. While it seems obvious at first glance to design both mutually facing wave surfaces as pure sine surfaces, practice shows that with such a solution the piston can never rotate smoothly and uniformly. When the top dead center was reached, the two wave surfaces would be in full contact with one another. In order to move the piston further from this position, a special force and therefore a sudden change in the acceleration is required. Which in turn means that the piston not only runs extremely rough, but is also exposed to high wear. In the solution described above, this is minimized in that the contours of the shaft surfaces touch each other only at one point, which also moves back and forth when the ring piston rotates around the respective apex of the piston contour.
  • A can of course have a larger or smaller value.
  • the piston contour is determined so that the harmonic movement of the piston results.
  • the contours of the two sliding shaft surfaces are expediently coordinated with one another in such a way that in the most wear-critical area, when the vertex of the piston contour sweeps over the vertex of the contour of the shaft surface of the annular space, the sum of the wear of the surfaces brought together is as small as possible, as will be described later is explained in more detail.
  • a rolling element for example a roller, a ball or a cone with a rotary axis directed radially to the piston axis
  • annular piston is not slidably guided on the shaft surface of the annular space or stator, but rather rolls with the roller on the shaft surface of the annular space or stator while it rotates about its axis.
  • This solution can be particularly advantageous if the rotary lobe pump is used to pump non-lubricatable liquid media or gaseous substances shall be.
  • This results in an improved wear behavior since the relative movement between the ring piston and the stator is essentially absorbed by the bearing of the rolling element.
  • the respective rolling element can also be mounted in the stator shaft surface.
  • FIG. 1 is a schematic section containing the axis through a rotary lobe pump according to the invention
  • Fig. 2 is a perspective view of the between the end faces of the
  • Fig. 4 is a schematic representation of the between the end faces of the
  • Annularly lying rotary pistons with the schematically illustrated inlet openings in 10 different rotary angle positions of the piston between 0 ° and 90 °, each by 10 °
  • 5 shows a representation of the rotary pistons corresponding to FIG. 4 with the schematically represented outlet openings in 10 rotary angle positions of the piston between 90 ° and 180 °, each different by 10 °
  • Rotary or ring pistons in various angular positions to explain the regulation of the delivery volume, the control sleeves being shown in an axially outer position,
  • FIG. 7 shows a representation corresponding to FIG. 6 with the control sleeves in an axially central position
  • Fig. 8 is a graph showing the shape of the contour of the
  • Fig. 9 is a graph showing the shape of the contour of the
  • Fig. 1 shows in a section containing the axis in schematic form a rotary lobe pump according to the invention with a cylindrical housing 10, the cylindrical bore 12 is closed by an end piece 14 and 16, respectively.
  • a tubular annular piston 18 is mounted, which is connected via a linear bearing 20 in a rotationally fixed but axially displaceable manner to a shaft 22 which passes through the end piece 16 coaxially to the cylindrical housing 10.
  • the ring piston 20 has at its axial ends a shaft surface 24 with which it is guided on a shaft surface 26 formed on the end piece 14 and 16, respectively.
  • annular space 28 lying between the shaft surface 26 of the first end piece 14 and the shaft surface 24 of the annular piston 18 facing it and the annular space lying between the shaft surface 26 of the lower end piece 16 and the shaft surface 24 of the ring piston 18 facing it Annulus 30 connected to one another by one or more axially parallel channels 32, which are indicated by dashed lines in FIG. 1. These channels form a fluid connection between the two annular spaces 28 and 30.
  • a first control sleeve 34 is arranged in a rotationally fixed but axially displaceable manner, which forms the radially inner boundary wall of the annular space 28.
  • a second control sleeve 36 is arranged in the end piece 16 in a rotationally fixed but axially displaceable manner, which forms the radially inner boundary wall of the annular space 30.
  • Both control sleeves 34 and 36 can be adjusted axially by an actuator (not shown) in the direction of the double arrows shown in order to block the channels 32, ie the fluid connection between the annular spaces 28 and 30 or to open them more or less.
  • the function of these control sleeves 34 and 36 will be explained in more detail later with reference to FIGS. 6 and 7.
  • open control pockets 38 are formed in the annular piston to the respective shaft surface, which serve to control the inflow of the medium to be conveyed, and the outflow of the medium from the annular spaces 28 and 30 and their shape and interaction with the inlet and outlet openings will now be explained in more detail with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the inlet openings 40 are shown, which represent the mouth of an inlet channel in the bore 12 of the housing 10.
  • the respective inlet opening 40 has - with respect to the direction of rotation of the annular piston 18 - a front edge 42 and a rear edge 44, which are each parallel to the axis of the annular piston 18.
  • the lower edge 46 and the upper edge 48 of an inlet opening are approximately parallel to the contour of the shaft surface 24 of the annular piston 18 when it is in its 90 ° position, as will be explained later.
  • the control pockets 38 also each have a front edge 50 and a rear edge 52, which run parallel to the axis of the annular piston.
  • the pocket 38 is open to the wave surface 24.
  • the pocket bottom 54 runs approximately parallel to the contour of the wave surface 24 between the edges 50 and 52.
  • the entire cross section of the inlet opening 40 is available between 30 ° and 60 ° for the inflow of the medium. From 70 °, the rear edge 52 of the control pocket 38 slides over the inlet opening 40. At the transition from 80 ° to bottom dead center to 90 °, the entire height of the inlet opening is crossed again by the final piston edge. Due to the axially approximately the same length of the opening edges, approximately the same values of the change in cross section result during the opening and closing process. At 90 °, i.e. at the bottom dead center, the inlet opening 40 is closed.
  • the upper oblique edge of the inlet opening is approximately congruent with the contour of the shaft surface of the piston, which specifies the maximum upper position of the edge 48 of the inlet opening.
  • the width of the inlet opening and the arc length of the control pocket are coordinated with one another such that the opening duration of the inlet opening extends over the total stroke of the annular piston 18 between the top dead center and the bottom dead center, i.e. extends over the angle of rotation of 90 °.
  • This part of the piston movement thus corresponds to the suction stroke in the upper annular space 28, which is thereby filled with the medium to be conveyed.
  • FIG. 5 shows the contour of the outlet opening 56.
  • the contour of the outlet opening results from the structural specifications that were made on the inlet side.
  • the outlet opening 56 is still closed.
  • the rear edge 58 of the outlet opening 56 runs parallel to the axis of the rotary piston 18 and is congruent with the front edge 50 of the control pocket 38.
  • a first section 60 of the upper edge of the outlet opening 56 runs approximately parallel to the shaft surface 24 in this area. If the piston is moved from the bottom dead center in the direction of the 100 ° position, this results in a maximum change in the opening cross section.
  • the axially parallel extension of the opening to the center is determined by the depth of the control pocket or by the minimum size of the resulting opening cross-section required in accordance with the performance requirements of the pump.
  • the outlet opening 56 has its maximum opening cross-section between approximately 120 ° and 140 °. Then the outlet opening begins to close again. In the 180 ° position, ie top dead center, the outlet opening is completely closed. It can be seen that the second section 62 of the upper opening edge of the outlet opening 56 is adapted to the course of the lower edge 54 of the control pocket 38.
  • FIG. 1 shows the ring piston in different rotational positions, the control sleeves always being maximally axially extended. In this position the effective volume flow rate is practically zero.
  • the pump does not deliver any fluid.
  • Fig. 7 shows the pump with the control sleeves in a middle position. In Fig. 7 two superimposed representations of the pump belong together.
  • the upper illustration shows the relevant function of the upper annulus or the upper chamber and the lower illustration shows the relevant function of the lower chamber.
  • the axially parallel front edge 50 of the control pocket 38 is congruent with the rear edge of an axially parallel slot 64, which is formed in the control sleeve 34.
  • the upper chamber 28 is still closed inwards, ie towards the connecting channels 32.
  • the lower chamber 30, is connected to the channels 32 by a cross-hatched cross section.
  • the annular piston 18 releases an opening cross section to the inside. In this phase, fluid flows into the upper chamber 28, the fluid volume displaced from the lower chamber escapes into the interior of the pump and flows through the connecting channels 32 into the upper chamber 28 without pressure.
  • control sleeves 34 and 36 are arranged in a rotationally fixed manner and can only be moved axially. This can be ensured, for example, via a vertical guide groove, which is not shown. Under certain circumstances, however, it can prove to be advantageous to superimpose a rotary movement on the pure axial movement in order to achieve a correspondingly desired operating behavior.
  • This combined rotary-stroke movement can be achieved, for example, by a helical groove in the respective control sleeve, in which a pin connected to the respective part 14 or 16 engages.
  • the cross section of the connecting channels 32 is to be selected so that a practically throttle-free change of the fluid volume between the two chambers is ensured at the maximum speed of the pump.
  • a servomotor can be used on both sides, which converts the input signal (speed or volume flow or system pressure or combinations of these three variables) into a corresponding stroke position of the control sleeves. This allows the pump delivery volume to be regulated continuously, for example, to keep it constant at a variable speed.
  • control sleeves 34, 36 are adjusted without back pressure. This means that the adjustment can be carried out with relatively little energy and in a relatively short time, since the masses to be moved are very small.
  • the shape of the wave surfaces 24 and 26 will now be explained in more detail with reference to FIG. 8.
  • the aim is to ensure a harmonious kinematic movement of the ring piston 18 when pumping.
  • a harmonic kinematic sequence of motion of the piston exists if the translatory speed component of the piston is the basic equation of the speed of the harmonic oscillation
  • stator curve B in FIG. 8 An actual realistic stator curve is shown in FIG. 8 in the area enclosed by curves B and C and labeled D. It represents the envelope for the movement of the actual rotor curve E.
  • the movement of a piston with the contour E is represented by a family of curves 1 to 9.
  • the apex passes through the various layers 1 to 9.
  • the respective contact points of the rotor contour are at the apex the stator contour shown, characterized by the points V to 9 'on the envelope D.
  • the choice of the two associated curves E and D is preferably such that in the most wear-critical area, when the vertex of the piston contour passes the vertex of the contour of the wave surface of the annular space, the sum of the wear of the surfaces brought together is as small as possible.
  • the opposite curvature behavior has a negative impact on the surface pressure.
  • a shift of curve D from the position shown in FIG. 8 towards curve C means less wear on the piston at the expense of the stator
  • a shift of curve D towards curve B means less wear on the stator at the expense of the piston.
  • FIG. 9 relates to the modified embodiment described above, in which the annular piston represented by the contour line F of its shaft surface does not slide on the stator shaft surface represented by curve G, but on - -
  • roller 66 is mounted in a slot, not shown, formed in the shaft surface of the annular piston, so as to be freely rotatable about an axis of rotation directed radially with respect to the piston axis, which is designated by the bearing center 68.
  • the exact course of the piston contour F is not critical as long as it is ensured that the contour is withdrawn to such an extent that it cannot touch the stator contour G during a piston revolution.

Abstract

The invention relates to a rotary piston pump comprising a housing (10), an annular piston (18) in the form of a tubular segment, which is connected to a shaft (22) in a rotationally fixed manner and which is guided rotationally and displaceably in an annular chamber (28,10) of the housing, said chamber being coaxial with the shaft (22). The rotary piston pump also comprises at least one inlet and one outlet which are configured in the housing in such a way that the inlet or outlet on the annular chamber side are located inside an axial area of a surface area of the annular chamber, said surface area being determined by the maximum axial distance of the wave troughs of the end surfaces that face each other. The invention is characterized in that the annular piston has control pockets which are open toward its axial end surface, said control pockets controlling the inlets and outlets, wherein the characteristics of the control pockets (38) and the inlets and outlets are selected in such a way that maximum volume flow of the medium to conveyed is enabled by the inlet (40) when the piston performs a stroke between the top and bottom dead center and by the outlet (56) when the piston performs a stroke between the bottom and top dead center.

Description

Drehkolbenpumpe Rotary pump
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit einem Gehäuse, einem Ringkolben in Form eines Rohrabschnittes, der mit einer in dem Gehäuse drehbaren Welle drehfest verbunden und in einem zu der Welle co-axialen Ringraum des Gehäuses drehbar und axial verschiebbar geführt ist, wobei die einander zugekehrten axialen Endflächen des Ringraumes und des Ringkolbens als Wellenflächen mit achsparalleler Amplitude und mit mindestens einem Wellenberg und einem Wellental ausgebildet sind, und mit jeweils mindestens einem Einlaß- und einem Auslaßkanal, die in dem Gehäuse so ausgebildet sind, daß die ringraumseitigen Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen innerhalb eines axialen Bereiches einer Ringraummantelfläche liegen, der durch den maximalen axialen Abstand der einander zugewandten Endflächen bestimmt wird.The invention relates to a rotary lobe pump with a housing, an annular piston in the form of a tubular section which is connected in a rotationally fixed manner to a shaft which can be rotated in the housing and is rotatably and axially displaceably guided in an annular space of the housing which is coaxial to the shaft, the axially facing one another End surfaces of the annular space and the annular piston are designed as shaft surfaces with axially parallel amplitude and with at least one wave crest and a wave trough, and each with at least one inlet and one outlet channel, which are formed in the housing such that the inlet and outlet openings on the annulus side are within an axial area of an annular space surface, which is determined by the maximum axial distance of the mutually facing end faces.
Eine derartige Drehkolbenpumpe ist aus der DE 199 53 168 A bekannt. Bei der bekannten Drehkolbenpumpe werden die Ein- und Auslaßöffnungen durch die Kontur der Wellenfläche des Ringkolbens gesteuert. Es hat sich dabei gezeigt, daß die Öffnungsquerschnitte relativ klein ausgeführt werden müssen, um die Ein- und Auslaßsteuerung des zu pumpenden Mediums ohne zusätzliche Steuerungselemente wie Rückschlagventile bewerkstelligen zu können. Ferner hat sich gezeigt, daß die Änderungen des Öffnungsquerschnittes aufgrund der kombinierten Hub- und Drehbewegung des Kolbens, über den Drehwinkel des Kolbens betrachtet, nur relativ langsam erfolgen. Dadurch wird einlaßseitig eine optimale Füllung des Ringraumes bei höheren Drehzahlen durch die zunehmende Drosselwirkung verhindert. Nachteilig wirkt sich ferner aus, daß im unteren Totpunkt der Einlaß- und Auslaßkanal nicht voneinander getrennt werden können. Ohne ein zusätzliches Rückschlagventil strömt daher das zu fördernde Medium während des Durchlaufs des Ringkolbens durch den unteren Totpunkt vom auslaßseitigen Hochdruckbereich in den etwa auf atmosphärischem Druck liegenden Einlaßbereich zurück. Die vorstehend genannten Erscheinungen beeinträchtigen die Förderleistung der Drehkolbenpumpe oder verlangen Maßnahmen, welche den Aufbau der Drehkolbenpumpe komplizierter machen.Such a rotary lobe pump is known from DE 199 53 168 A. In the known rotary lobe pump, the inlet and outlet openings are controlled by the contour of the shaft surface of the annular piston. It has been shown that the opening cross-sections have to be made relatively small in order to be able to control the inlet and outlet of the medium to be pumped without additional control elements such as check valves. Furthermore, it has been shown that the changes in the opening cross section take place only relatively slowly due to the combined lifting and rotating movement of the piston, viewed over the angle of rotation of the piston. This prevents an optimal filling of the annular space at higher speeds due to the increasing throttle effect on the inlet side. Another disadvantage is that the inlet and outlet channels cannot be separated from one another at bottom dead center. Without an additional check valve, the medium to be pumped therefore flows back through the bottom dead center from the outlet-side high-pressure region into the inlet region, which is approximately at atmospheric pressure, during the passage of the annular piston. The above-mentioned phenomena affect the delivery capacity of the rotary lobe pump or require measures that make the structure of the rotary lobe pump more complicated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenpumpe der eingangs genannten Art unter Beibehaltung eines möglichst einfachen Aufbaus so auszubilden, daß die Förderleistung der Pumpe erheblich gesteigert werden kann.The invention has for its object to design a rotary lobe pump of the type mentioned while maintaining the simplest possible structure so that the delivery rate of the pump can be increased significantly.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ringkolben zu der axialen Endfläche des Ringraumnes hin offene Steuertaschen zur Steuerung der Einlaß- und Auslaßöffnungen hat und daß die Lage, Form und Größe der Steuertaschen und der Einlaß- und Auslaßöffnungen so gewählt sind, daß die Einlaßöffnung bei einer Kolbenbewegung zwischen dem oberen und unteren Totpunkt und die Auslaßöffnung bei einer Kolbenbewegung zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt einen maximalen Volumenstrom des zu fördernden Mediums ermöglichen.This object is achieved in that the annular piston to the axial end face of the annular space has open control pockets for controlling the inlet and outlet openings and that the position, shape and size of the control pockets and the inlet and outlet openings are chosen so that the inlet opening with a piston movement between the top and bottom dead center and the outlet opening with a piston movement between the bottom dead center and the top dead center allow a maximum volume flow of the medium to be conveyed.
Konstruktionsbedingt steht für die Freigabe der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung nur ein bestimmter Drehwinkel des Ringkolbens zur Verfügung. Durch das Vorsehen der Steuertaschen ist es möglich, die Steuerung des Öffnungsquerschnittes in dem Sinne zu optimieren, daß ein möglichst großer Teil des Öffnungsquerschnittes der Einlaßöffnungen während eines möglichst großen Teiles des zur Verfügung stehenden Drehwinkels des Kolbens offen ist um so einen maximalen Volumenstrom des zu fördernden Mediums in den Ringraum zu erzielen. Während also die Kontur der Wellenflächen des Ringraumes und des Kolbens im Hinblick auf eine optimale harmonische Bewegung des Kolbens gewählt sind, kann durch die Wahl der Form und der Lage der Steuertaschen der Volumenstrom des zu fördernden Mediums durch die Einlaß- und Auslaßöffnungen optimiert werden. Darüber hinaus kann durch die Lage und Form der Steuertaschen sichergestellt werden, daß während des Durchlaufs des Ringkolbens durch den unteren Totpunkt, d.h. dann wenn die Endfläche des Ringkolbens ihren maximalen axialen Abstand von der ihr zugewandten Endfläche des Ringraumes hat, eine Abdichtung von Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen gegeneinander sichergestellt wird, so daß kein Medium überströmen kann. Die Verwendung zusätzlicher Ventile hierzu ist nicht erforderlich.Due to the design, only a certain angle of rotation of the ring piston is available for the release of the inlet or outlet opening. By providing the control pockets, it is possible to optimize the control of the opening cross section in the sense that as large a part of the opening cross section as possible Inlet openings are open during as large a part of the available rotation angle of the piston as possible in order to achieve a maximum volume flow of the medium to be conveyed into the annular space. So while the contour of the wave surfaces of the annular space and the piston are selected with a view to an optimal harmonic movement of the piston, the volume flow of the medium to be conveyed through the inlet and outlet openings can be optimized by the choice of the shape and the position of the control pockets. In addition, the position and shape of the control pockets can ensure that, during the passage of the annular piston through bottom dead center, ie when the end face of the annular piston has its maximum axial distance from the end face of the annular space facing it, a sealing of inlet openings and outlet openings is ensured against each other so that no medium can overflow. The use of additional valves for this is not necessary.
Vorzugsweise haben die Steuertaschen mindestens annähernd achsparallele Steuerkanten, wobei der Taschenboden mindestens annähernd der Kontur des - in Umfangsrichtung des Ringkolbens betrachtet - zwischen den Steuerkanten liegenden Wellenflächenabschnittes folgt. Durch diese Ausgestaltung der Steuertaschen wird erreicht, daß die Änderung des Öffnungsquerschnittes pro Winkelweg des Ringkolbens maximal wird, so daß die für das Einströmen und Ausströmen des zu fördernden Mediums zur Verfügung stehende Zeit optimal genutzt wird. Zum selben Zweck wird vorgeschlagen, daß die Einlaßöffnung eine achsparallele Vorder- und Rückkante (bezogen auf die Drehrichtung) hat und daß der der Wellenfläche des Ringraumes nahe obere Rand der Einlaßöffnung so geformt ist, daß sie annähernd deckungsgleich mit der Kontur der Wellenfläche des Ringkolbens ist, wenn die rückwärtige Steuerkante , einer Steuertasche die Vorderkante der Einlaßöffnung erreicht, d.h. die Einlaßöffnung geschlossen ist. Diese Form der Einlaßöffnung berücksichtigt auch, daß der Ringkolben nicht nur eine Drehbewegung sondern auch eine axiale Bewegung ausführt. Vorzugsweise folgt dabei der der Wellenfläche des Ringraumes ferne untere Rand der Einlaßöffnung mindestens annähernd der Bewegungsbahn der vorderen unteren Ecke einer Steuertasche bei der Bewegung des Ringkolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt. Um den für das Einströmen des zu fördernden Mediums zur Verfügung stehenden Drehwinkel oder Zeitraum optimal zu nutzen ist es bei einer Wellenflächenform mit zwei Wellengipfeln und zwei Wellentälern zweckmäßig, wenn die in Umfangsrichtung des Kolbens gemessene Breite der Einlaßöffnung und die Breite der Steuertaschen so aufeinander abgestimmt sind, daß die Einlaßöffnung über den kompletten Hu des Ringkolbens zwischen obeem Totpunkt und unterem Totpunkt geöffnet ist.The control pockets preferably have at least approximately axially parallel control edges, the pocket bottom following at least approximately the contour of the shaft surface section lying between the control edges when viewed in the circumferential direction of the annular piston. This configuration of the control pockets ensures that the change in the opening cross section per angular path of the annular piston becomes maximum, so that the time available for the inflow and outflow of the medium to be conveyed is optimally used. For the same purpose it is proposed that the inlet opening has an axially parallel front and rear edge (based on the direction of rotation) and that the upper edge of the inlet opening close to the wave surface of the annular space is shaped such that it is approximately congruent with the contour of the shaft surface of the annular piston when the rear control edge of a control pocket reaches the front edge of the inlet opening, ie the inlet opening is closed. This shape of the inlet opening also takes into account that the annular piston not only performs a rotary movement but also an axial movement. The lower edge of the inlet opening, which is remote from the wave surface of the annular space, preferably follows at least approximately the path of movement of the front lower corner of a control pocket during the movement of the annular piston from top dead center to bottom dead center. In order to optimally use the angle of rotation or the period of time available for the inflow of the medium to be conveyed, it is expedient for a wave surface shape with two wave peaks and two wave troughs if the width of the inlet opening measured in the circumferential direction of the piston and the width of the control pockets are so coordinated with one another that the inlet opening over the complete Hu of the ring piston between the top dead center and bottom dead center is open.
Die Steuerung des Querschnittes der Auslaßöffnung ist für den Gesamtvolumendurchsatz weniger kritisch als die Steuerung des Querschnittes der Einlaßöffnung. Vorzugsweise wird aber die Auslaßöffnung auch so ausgebildet, daß ihre Rückkante mindestens annähernd achsparallel gerichtet ist, daß ein an die Rückkante der Auslaßöffnung anschließender erster Abschnitt des oberen Randes der Auslaßöffnung parallel zu der Wellenfläche des Ringkolbens gerichtet ist, wenn die vordere Steuerkante einer Steuertasche die Rückkante der Auslaßöffnung erreicht, und daß ein an den ersten Abschnitt anschließender zweiter Abschnitt des oberen Randes der Auslaßöffnung der Kontur des Steuertaschenrandes folgt, wenn der Ringkolben den oberen Totpunkt erreicht hat.Controlling the cross section of the outlet opening is less critical to the overall volume flow rate than controlling the cross section of the inlet opening. Preferably, however, the outlet opening is also designed so that its rear edge is directed at least approximately axially parallel, that a first portion of the upper edge of the outlet opening adjoining the rear edge of the outlet opening is directed parallel to the shaft surface of the annular piston when the front control edge of a control pocket faces the rear edge reached the outlet opening, and that a second section of the upper edge adjoining the first section of the outlet opening follows the contour of the edge of the control pocket when the annular piston has reached top dead center.
Bei der Anwendung einer Drehkolbenpumpe der vorstehend genannten Art ist es unter Umständen wünschenswert, das Fördervolumen der Pumpe bei gleichbleibender Drehzahl zu verändern oder umgekehrt das Fördervolumen bei sich ständig ändernder Drehzahl des Ringkolbens konstant halten zu können. Letzterer Fall tritt beispielsweise beim Einsatz einer derartigen Drehkolbenpumpe im Kraftfahrzeugsektor auf, wenn die Pumpe direkt vom Fahrzeugmotor angetrieben wird, dessen Drehzahl sich im Betrieb ständig ändert, ohne daß man dabei gleichzeitig eine Änderung des Fördervolumens der Pumpe wünscht.When using a rotary lobe pump of the type mentioned above, it may be desirable to be able to change the delivery volume of the pump at a constant speed or, conversely, to be able to keep the delivery volume constant while the speed of the ring piston is constantly changing. The latter case occurs, for example, when such a rotary lobe pump is used in the motor vehicle sector if the pump is driven directly by the vehicle engine, the speed of which is constantly changing during operation, without a change in the delivery volume of the pump being desired at the same time.
Um dieser Aufgabe auf möglichst einfache Weise zu lösen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwei Ringraum/Ringkolbenanordnungen co-axial zueinander so angeordnet sind, daß die auf derselben Welle angeordneten Kolben sich gemeinsam zwischen den Endflächen der beiden Ringräume bewegen, daß die beiden Ringräume über eine radial innerhalb der Ringkolben liegende Fluidverbindung miteinander in Verbindung stehen und daß die radial innere Wand jedes Ringraumes von der Außenfläche einer Steuerhülse gebildet ist, die in dem Gehäuse drehfest aber axial verschiebbar so angeordnet sind, daß sie mittels eines Steuerantriebes zwischen einer axial inneren Position, in der sie die Fluidverbindung sperren, und einer die Fluidverbindung mindestens teilweise freigebenden axial äußeren Position verstellbar sind.In order to solve this problem in the simplest possible way, it is proposed according to the invention that two annular space / annular piston arrangements are arranged coaxially to one another so that the pistons arranged on the same shaft move together between the end faces of the two annular spaces so that the two annular spaces have one fluid connection lying radially inside the annular piston are in communication with each other and that the radially inner wall of each annular space is formed by the outer surface of a control sleeve, which are arranged in the housing in a rotationally fixed but axially displaceable manner so that by means of a control drive they move between an axially inner position in which they block the fluid connection, and an axially outer position that at least partially releases the fluid connection is adjustable.
Diese Lösung gibt die Möglichkeit, das Fördervolumen der Pumpe dadurch zu steuern, daß ein mehr oder weniger großer Anteil des Volumens zwischen den beiden Ringräumen hin und her gepumpt wird, d.h. nicht nach außen von der Pumpe abgegeben wird. Wird die Fluidverbindung durch die Steuerhülsen gesperrt, so gibt die Pumpe ihr maximales Fördervolumen ab. Wird dagegen der Querschnitt der Fluidverbindung mehr oder weniger geöffnet, wird weniger oder mehr Fluid von der Pumpe nach außen abgegeben. Der Öffnungsquerschnitt der Fluidverbindung kann dabei so gewählt werden, daß bei maximaler Öffnung der Fluidverbindung kein Medium nach außen abgegeben wird, d.h. die Pumpe nichts fördert. Wird die Pumpe beispielsweise von einem Kraftfahrzeugmotor angetrieben, dessen Drehzahl sich im Betrieb sehr häufig ändert, so kann durch das axiale Verschieben der Steuerhülsen sehr rasch und feinfühlig auf eine solche Drehzahländerung reagiert und auf diese Weise das Fördervolumen der Pumpe trotz der sich ändernden Drehzahl konstant gehalten werden.This solution makes it possible to control the delivery volume of the pump by pumping a more or less large portion of the volume back and forth between the two annular spaces, i.e. is not released to the outside of the pump. If the fluid connection is blocked by the control sleeves, the pump delivers its maximum delivery volume. If, on the other hand, the cross section of the fluid connection is opened more or less, less or more fluid is released from the pump to the outside. The opening cross section of the fluid connection can be selected so that no medium is released to the outside when the fluid connection is opened to the maximum, i.e. the pump does not deliver anything. If, for example, the pump is driven by a motor vehicle engine, the speed of which changes very frequently during operation, the axial displacement of the control sleeves can react very quickly and sensitively to such a change in speed and in this way the delivery volume of the pump can be kept constant despite the changing speed become.
Zweckmäßigerweise sind hierbei die Steuerhülsen zwischen ihren axial inneren und äußeren Endstellungen stufenlos verstellbar. Grundsätzlich kann als Steuerkante an den Steuerhülsen das axial innere Ende der Steuerhülsen dienen. Um der Axialbewegung des Ringkolbens während einer Umdrehung aber Rechnung zu tragen, ist es zweckmäßig, wenn die Steuerhülsen mindestens einen achsparallel gerichteten Steuerschlitz haben, der das Öffnen oder die Steuerung der Fluidverbindung unabhängig von der Axialbewegung des Ringkolbens ermöglicht. Zweckmäßigerweise sind bei der vorstehend beschriebenen Lösung die Auslaß- und Einlaßöffnungen in der jeweils radial äußeren Wand der Ringräume ausgebildet, um einen möglichst einfachen Aufbau der Pumpe zu gewährleisten. Dabei können in an sich bekannter Weise die beiden Ringkolben zu einem einstückigen Doppelkolben vereinigt sein.The control sleeves are expediently continuously adjustable between their axially inner and outer end positions. In principle, the axially inner end of the control sleeves can serve as the control edge on the control sleeves. However, in order to take account of the axial movement of the annular piston during one revolution, it is expedient if the control sleeves have at least one control slot directed parallel to the axis, which enables the opening or control of the fluid connection independently of the axial movement of the annular piston. In the solution described above, the outlet and inlet openings are expediently formed in the respective radially outer wall of the annular spaces in order to ensure that the pump is as simple as possible. You can in the two ring pistons are known to be combined to form a one-piece double piston.
Um einen für hohe Drehzahlen erforderlichen ruhigen und verschleißarmen Lauf der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe zu gewährleisten, soll der Ringkolben eine in axialer Richtung harmonische Schwingbewegung ausführen. Das bedeutet, daß der Scheitelpunkt der Kolbenkontur, d.h. der Gipfel eines Wellenberges - in einer Abwicklung betrachtet - der FunktionIn order to ensure that the rotary lobe pump according to the invention runs smoothly and with little wear and tear required for high speeds, the annular piston should perform a harmonic oscillating movement in the axial direction. This means that the vertex of the piston contour, i.e. the summit of a wave mountain - viewed in one development - the function
y = A - cos x (1)y = A - cos x (1)
folgt, wobei y den axialen Hub des Kolbens und x den Drehwinkel des Kolbens bezeichnen. Um das vorstehend gesteckte Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Kontur der Wellenfläche des Ringraumes - in einer Abwicklung betrachtet - in dem von den Funktionenfollows, where y denotes the axial stroke of the piston and x the angle of rotation of the piston. In order to achieve the goal set above, it is proposed according to the invention that the contour of the wave surface of the annular space - viewed in one development - in that of the functions
y = cos x (2)y = cos x (2)
undand
y = cos y = cos
eingeschlossenen Bereich liegt, wobei die Konturen der beiden aneinandergleitenden Wellenflächen so gewählt sind, daß die Wellenflächen mindestens in dem Bereich, in dem sie aneinander geführt sind oder einander bei der Kolbendrehung berühren, stetig sind. Während es auf den ersten Blick als naheliegend erscheint, beide einander zugewandte Wellenflächen als reine Sinusflächen auszubilden, zeigt sich in der Praxis, daß bei einer solchen Lösung der Kolben niemals gleichförmig und ruhig umlaufen kann. Bei Erreichen des oberen Totpunktes würden die beiden Wellenflächen vollflächig aneinander anliegen. Um den Kolben aus dieser Position weiterzubewegen ist eine besondere Kraft und damit eine ruckartige Änderung der Beschleunigung erforderlich. Das wiederum bedeutet, daß der Kolben nicht nur äußerst unruhig läuft, sondern auch einem hohen Verschleiß ausgesetzt ist. Dieser wird bei der oben beschriebenen Lösung dadurch minimiert, daß sich die Konturen der Wellenflächen immer nur in einem Punkt berühren, der darüber hinaus bei einer Umdrehung des Ringkolbens um den jeweiligen Scheitelpunkt der Kolbenkontur hin und her wandert.included area, the contours of the two sliding shaft surfaces are selected so that the shaft surfaces are continuous at least in the area in which they are brought together or touch each other when the piston rotates. While it seems obvious at first glance to design both mutually facing wave surfaces as pure sine surfaces, practice shows that with such a solution the piston can never rotate smoothly and uniformly. When the top dead center was reached, the two wave surfaces would be in full contact with one another. In order to move the piston further from this position, a special force and therefore a sudden change in the acceleration is required. Which in turn means that the piston not only runs extremely rough, but is also exposed to high wear. In the solution described above, this is minimized in that the contours of the shaft surfaces touch each other only at one point, which also moves back and forth when the ring piston rotates around the respective apex of the piston contour.
In den vorstehend angegebenen Gleichungen (2) und (3) wurde der Amplitundenfaktor A der Einfachheit halber = 1 gesetzt. A kann selbstverständlich einen größeren oder kleineren Wert haben.In the equations (2) and (3) given above, the amplitude factor A was set = 1 for the sake of simplicity. A can of course have a larger or smaller value.
In der Praxis wird nach Festlegung der Kontur der Wellenfläche des Ringraumes die Kolbenkontur so bestimmt, daß sich die harmonische Bewegung des Kolbens ergibt. Dabei werden die Konturen der beiden aneinander gleitenden Wellenflächen zweckmäßigerweise so aufeinander abgestimmt, daß im verschleißkritischsten Bereich, wenn der Scheitelpunkt der Kolbenkontur den Scheitelpunkt der Kontur der Wellenfläche des Ringraumes überstreicht, die Summe des Verschleißes der aneinander geführten Flächen möglichst gering ist, wie dies später noch näher erläutert wird.In practice, after determining the contour of the wave surface of the annulus, the piston contour is determined so that the harmonic movement of the piston results. The contours of the two sliding shaft surfaces are expediently coordinated with one another in such a way that in the most wear-critical area, when the vertex of the piston contour sweeps over the vertex of the contour of the shaft surface of the annular space, the sum of the wear of the surfaces brought together is as small as possible, as will be described later is explained in more detail.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist die Drehkolbenpumpe so ausgebildet, daß in der Wellenfläche des Ringkolbens im Bereich des Scheitelpunktes eines Wellenberges ein über die Wellenfläche hinausragender Wälzkörper, z.B. eine Rolle, eine Kugel oder ein Kegel mit radial zur Kolbenachse gerichteter Drehachse gelagert ist, wobei die Kontur der Wellenfläche des Ringraumes so gewählt ist, daß - in einer Abwicklung betrachtet - der Lagermittelpunkt des Wälzkörpers auf einer durch die Funktion y = A cos x gegebenen Kurve läuft und der Berührpunkt zwischen Ringkolben und Endfläche des Ringraumes während einer Kolbenumdrehung stets auf dem Wälzkörperumfang liegt. Das bedeutet, daß der Ringkolben nicht gleitend an der Wellenfläche des Ringraumes oder Stators geführt ist, sondern mit der Rolle auf der Wellenfläche des Ringraumes oder Stators rollt, während er sich um seine Achse dreht. Diese Lösung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Drehkolbenpumpe zum Pumpen von nicht schmierfähigen flüssigen Medien oder gasförmigen Stoffen verwendet werden soll. Hier ergibt sich ein verbessertes Verschleißverhalten, da die Relativbewegung zwischen dem Ringkolben und dem Stator im wesentlichen vom Lager des Wälzkörpers aufgenommen wird. Anstatt am Ringkolben kann der jeweilige Wälzkörper auch in er Statorwellenfläche gelagert sein.In a modified embodiment of the invention, the rotary lobe pump is designed such that a rolling element, for example a roller, a ball or a cone with a rotary axis directed radially to the piston axis, is mounted in the shaft surface of the annular piston in the region of the apex of a wave crest, wherein the contour of the shaft surface of the annulus is selected so that - viewed in one development - the bearing center of the rolling element runs on a curve given by the function y = A cos x and the point of contact between the annular piston and the end face of the annulus is always on the piston rotation Rolling circumference lies. This means that the annular piston is not slidably guided on the shaft surface of the annular space or stator, but rather rolls with the roller on the shaft surface of the annular space or stator while it rotates about its axis. This solution can be particularly advantageous if the rotary lobe pump is used to pump non-lubricatable liquid media or gaseous substances shall be. This results in an improved wear behavior, since the relative movement between the ring piston and the stator is essentially absorbed by the bearing of the rolling element. Instead of the ring piston, the respective rolling element can also be mounted in the stator shaft surface.
Die vorstehend beschriebene Bedingung für die Form der Wellenflächenkontur des Ringraumes wird durch eine Linie erfüllt, deren Abstand von der die Bahnkurve des Lagermittelpunktes des Wälzkörpers beschreibenden Funktion y = A cos x in jedem Punkt gleich dem Wälzkörperradius ist. In diesem Falle ist gewährleistet, daß die Axialbewegung des Ringkolbens einer harmonischen Schwingung entspricht.The condition described above for the shape of the wave surface contour of the annular space is met by a line whose distance from the function y = A cos x describing the path curve of the bearing center of the rolling element is equal to the rolling element radius in each point. In this case it is ensured that the axial movement of the ring piston corresponds to a harmonic oscillation.
Auch für die abgewandelte Ausführungsform gilt, daß A in der Formel y = A cos x einen beliebigen Wert annehmen kann.It also applies to the modified embodiment that A can have any value in the formula y = A cos x.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description, which explains the invention with reference to exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 einen die Achse enthaltenden schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe,1 is a schematic section containing the axis through a rotary lobe pump according to the invention,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des zwischen den Endflächen derFig. 2 is a perspective view of the between the end faces of the
Ringräume liegenden Drehkolbens der in Fig. 1 dargestellten Drehkolbenpumpe ohne das Gehäuse,Rotary piston lying in the annular spaces of the rotary lobe pump shown in FIG. 1 without the housing,
Fig. 3 einen Schnitt entlang lll-lll in Fig. 1 ,3 shows a section along III-III in FIG. 1,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des zwischen den Endflächen derFig. 4 is a schematic representation of the between the end faces of the
Ringräume liegenden Drehkolbens mit den schematisch dargestellten Einlaßöffnungen in 10 um jeweils 10° verschiedenen Drehwinkelstellungen des Kolbens zwischen 0° und 90°, Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung der Drehkolben mit den schematisch dargestellten Auslaßöffnungen in 10 um jeweils 10° verschiedenen Drehwinkelstellungen des Kolbens zwischen 90° und 180°,Annularly lying rotary pistons with the schematically illustrated inlet openings in 10 different rotary angle positions of the piston between 0 ° and 90 °, each by 10 °, 5 shows a representation of the rotary pistons corresponding to FIG. 4 with the schematically represented outlet openings in 10 rotary angle positions of the piston between 90 ° and 180 °, each different by 10 °,
Fig. 6 den Fig. 4 und 5 entsprechenden schematische Darstellungen des6 corresponding to FIGS. 4 and 5 schematic representations of the
Dreh- oder Ringkolbens in verschiedenen Winkelstellungen zur Erläuterung der Regelung des Fördervolumens, wobei die Steuerhülsen in einer axial äußeren Position gezeigt werden,Rotary or ring pistons in various angular positions to explain the regulation of the delivery volume, the control sleeves being shown in an axially outer position,
Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung mit den Steuerhülsen in einer axial mittleren Stellung,7 shows a representation corresponding to FIG. 6 with the control sleeves in an axially central position,
Fig. 8 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Form der Kontur derFig. 8 is a graph showing the shape of the contour of the
Wellenflächen des Ringkolbens und des zugehörigen Ringraumes undWave surfaces of the annular piston and the associated annular space and
Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Form der Kontur derFig. 9 is a graph showing the shape of the contour of the
Wellenflächen des Ringkolbens und des zugehörigen Ringraumes bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.Wave surfaces of the annular piston and the associated annular space in a modified embodiment of the invention.
Fig. 1 zeigt in einem die Achse enthaltenden Schnitt in schematischer Form eine erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe mit einem zylindrischen Gehäuse 10, dessen zylindrische Bohrung 12 jeweils durch ein Endstück 14 bzw. 16 verschlossen ist. In dem zwischen den Endstücken 14 und 16 eingeschlossenen Raum ist ein rohrförmiger Ringkolben 18 gelagert, der über ein Linearlager 20 drehfest aber axial verschiebbar mit einer Welle 22 verbunden ist, die co-axial zu dem zylindrischen Gehäuse 10 das Endstück 16 durchsetzt. Der Ringkolben 20 hat an seinen axialen Enden jeweils eine Wellenfläche 24, mit der er jeweils an einer an dem Endstück 14 bzw. 16 ausgebildeten Wellenfläche 26 geführt ist. Die soweit beschriebene Drehkolbenpumpe ist in der DE 199 53 168 A1 näher erläutert. Für die grundsätzliche Funktion dieser Pumpe wird auf diese Druckschrift verwiesen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Lösung sind der zwischen der Wellenfläche 26 des ersten Endstückes 14 und der ihr zugewandten Wellenfläche 24 des Ringkolbens 18 liegende Ringraum 28 und der zwischen der Wellenfläche 26 des unteren Endstückes 16 und der ihr zugewandten Wellenfläche 24 des Ringkolbens 18 liegende Ringraum 30 durch einen oder mehrere achspa-rallele Kanäle 32 miteinander verbunden, die in Fig. 1 gestrichelt angedeutet sind. Diese Kanäle bilden eine Fluidverbindung zwischen den beiden Ringräumen 28 und 30. In dem oberen Endstück 14 ist eine erste Steuerhülse 34 drehfest aber axial verschiebbar angeordnet, welche die radial innere Begrenzungswand des Ringraumes 28 bildet. In dem Endstück 16 ist eine zweite Steuerhülse 36 drehfest aber axial verschiebbar angeordnet, welche die radial innere Begrenzungswand des Ringraumes 30 bildet. Beide Steuerhülsen 34 und 36 können durch einen nicht dargestellten Stellantrieb in Richtung der eingezeichneten Doppelpfeile axial verstellt werden, um auf diese Weise die Kanäle 32, d.h. die Fluidverbindung zwischen den Ringräumen 28 und 30 zu sperren oder mehr oder weniger weit zu öffnen. Die Funktion dieser Steuerhülsen 34 und 36 wird später noch anhand der Figuren 6 und 7 näher erläutert.Fig. 1 shows in a section containing the axis in schematic form a rotary lobe pump according to the invention with a cylindrical housing 10, the cylindrical bore 12 is closed by an end piece 14 and 16, respectively. In the space enclosed between the end pieces 14 and 16, a tubular annular piston 18 is mounted, which is connected via a linear bearing 20 in a rotationally fixed but axially displaceable manner to a shaft 22 which passes through the end piece 16 coaxially to the cylindrical housing 10. The ring piston 20 has at its axial ends a shaft surface 24 with which it is guided on a shaft surface 26 formed on the end piece 14 and 16, respectively. The rotary lobe pump described so far is explained in more detail in DE 199 53 168 A1. For the basic function of this pump, reference is made to this document. In the solution shown in FIG. 1, the annular space 28 lying between the shaft surface 26 of the first end piece 14 and the shaft surface 24 of the annular piston 18 facing it and the annular space lying between the shaft surface 26 of the lower end piece 16 and the shaft surface 24 of the ring piston 18 facing it Annulus 30 connected to one another by one or more axially parallel channels 32, which are indicated by dashed lines in FIG. 1. These channels form a fluid connection between the two annular spaces 28 and 30. In the upper end piece 14, a first control sleeve 34 is arranged in a rotationally fixed but axially displaceable manner, which forms the radially inner boundary wall of the annular space 28. A second control sleeve 36 is arranged in the end piece 16 in a rotationally fixed but axially displaceable manner, which forms the radially inner boundary wall of the annular space 30. Both control sleeves 34 and 36 can be adjusted axially by an actuator (not shown) in the direction of the double arrows shown in order to block the channels 32, ie the fluid connection between the annular spaces 28 and 30 or to open them more or less. The function of these control sleeves 34 and 36 will be explained in more detail later with reference to FIGS. 6 and 7.
In den Figuren 2 und 3 erkennt man, daß in dem Ringkolben zu der jeweiligen Wellenfläche 24 offene Steuertaschen 38 ausgebildet sind, die dazu dienen, den Zufluß des zu fördernden Mediums, zu bzw. den Abfluß des Mediums aus den Ringräumen 28 und 30 zu steuern und deren Form und Zusammenwirken mit den Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen nun anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert werden soll.In Figures 2 and 3 it can be seen that open control pockets 38 are formed in the annular piston to the respective shaft surface, which serve to control the inflow of the medium to be conveyed, and the outflow of the medium from the annular spaces 28 and 30 and their shape and interaction with the inlet and outlet openings will now be explained in more detail with reference to FIGS. 4 and 5.
In den einzelnen Darstellungen der Fig. 4 sind die Einlaßöffnungen 40 eingezeichnet, die die Mündung eines Einlaßkanales in die Bohrung 12 des Gehäuses 10 darstellen. Die jeweilige Einlaßöffnung 40 hat - bezogen auf die Drehrichtung des Ringkolbens 18 - eine Vorderkante 42 und eine Rückkante 44, die jeweils parallel zur Achse des Ringkolbens 18 sind. Der untere Rand 46 und der obere Rand 48 einer Einlaßöffnung sind annähernd parallel zur Kontur der Wellenfläche 24 des Ringkolbens 18, wenn dieser sich in seiner 90°-Stellung befindet, wie dies später noch erläutert wird. Die Steuertaschen 38 haben ebenfalls jeweils eine Vorderkante 50 und eine Rückkante 52, die parallel zur Achse des Ringkolbens verlaufen. Die Tasche 38 ist zur Wellenfläche 24 hin offen. Der Taschenboden 54 verläuft annähernd parallel zur Kontur der Wellenfläche 24 zwischen den Kanten 50 und 52.4, the inlet openings 40 are shown, which represent the mouth of an inlet channel in the bore 12 of the housing 10. The respective inlet opening 40 has - with respect to the direction of rotation of the annular piston 18 - a front edge 42 and a rear edge 44, which are each parallel to the axis of the annular piston 18. The lower edge 46 and the upper edge 48 of an inlet opening are approximately parallel to the contour of the shaft surface 24 of the annular piston 18 when it is in its 90 ° position, as will be explained later. The control pockets 38 also each have a front edge 50 and a rear edge 52, which run parallel to the axis of the annular piston. The pocket 38 is open to the wave surface 24. The pocket bottom 54 runs approximately parallel to the contour of the wave surface 24 between the edges 50 and 52.
Im folgenden wird zunächst nur der obere Teil der in Fig. 4 dargestellten Doppelkolbenpumpe betrachtet. Bei 0° befindet sich der Ringkolben 18 an seinem oberen Totpunkt. In dieser Stellung ist die Vorderkante 50 der Steuertaschen 38 deckungsgleich mit der Rückkante 44 der Einlaßöffnung 40. Damit steht die gesamte Höhe der Einlaßöffnung zur Querschnittsveränderung zur Verfügung, wenn der Ringkolben 18 den oberen Totpunkt verläßt und sich in Richtung des Pfeiles A in die 10°-Stellung dreht. Im weiteren Verlauf der Drehung folgt die vordere untere Ecke der Steuertasche 38 annähernd dem schrägen unteren Rand 46 der Einlaßöffnung 40, da sich der Ringkolben 18 mit der Drehung auch axial nach unten bewegt. Zwischen 30° und 60° steht der gesamte Querschnitt der Einlaßöffnung 40 für das Einströmen des Mediums zur Verfügung. Ab 70° gleitet der Rückrand 52 der Steuertasche 38 über die Einlaßöffnung 40. Beim Übergang von 80° zum unteren Totpunkt auf 90° wird wieder die gesamte Höhe der Einlaßöffnung durch die abschließende Kolbenkante überquert. Durch die axial etwa gleich langen Öffnungskanten ergeben sich beim Öffnungs- und Schließvorgang in etwa gleiche Werte der Querschnittsänderung. Bei 90°, d.h. im unteren Totpunkt ist die Einlaßöffnung 40 geschlossen. Die obere schräge Kante der Einlaßöffnung ist in etwa deckungsgleich mit der Kontur der Wellenfläche des Kolbens, der die maximale obere Lage des Randes 48 der Einlaßöffnung vorgibt. Die Breite der Einlaßöffnung und die Bogenlänge der Steuertasche sind so aufeinander abgestimmt, daß sich die Öffnungsdauer der Einlaßöffnung über den Gesamthub des Ringkolbens 18 zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt, d.h. über den Drehwinkel von 90° erstreckt. Dieser Teil der Kolbenbewegung entspricht also dem Ansaughub im oberen Ringraum 28, der dabei mit dem zu fördernden Medium gefüllt wird.In the following, only the upper part of the double-piston pump shown in FIG. 4 is considered. At 0 °, the annular piston 18 is at its top dead center. In this position, the front edge 50 of the control pockets 38 is congruent with the rear edge 44 of the inlet opening 40. This means that the entire height of the inlet opening is available for changing the cross-section when the annular piston 18 leaves top dead center and moves in the direction of arrow A into the 10 ° Position rotates. In the further course of the rotation, the lower front corner of the control pocket 38 approximately follows the inclined lower edge 46 of the inlet opening 40, since the annular piston 18 also moves axially downward with the rotation. The entire cross section of the inlet opening 40 is available between 30 ° and 60 ° for the inflow of the medium. From 70 °, the rear edge 52 of the control pocket 38 slides over the inlet opening 40. At the transition from 80 ° to bottom dead center to 90 °, the entire height of the inlet opening is crossed again by the final piston edge. Due to the axially approximately the same length of the opening edges, approximately the same values of the change in cross section result during the opening and closing process. At 90 °, i.e. at the bottom dead center, the inlet opening 40 is closed. The upper oblique edge of the inlet opening is approximately congruent with the contour of the shaft surface of the piston, which specifies the maximum upper position of the edge 48 of the inlet opening. The width of the inlet opening and the arc length of the control pocket are coordinated with one another such that the opening duration of the inlet opening extends over the total stroke of the annular piston 18 between the top dead center and the bottom dead center, i.e. extends over the angle of rotation of 90 °. This part of the piston movement thus corresponds to the suction stroke in the upper annular space 28, which is thereby filled with the medium to be conveyed.
Bei der Bewegung des Ringkolbens 18 aus seinem unteren Totpunkt (90°) zurück in den oberen Totpunkt (180°) wird das angesaugte Fluid nun wieder ausgestoßen. Dies ist in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 ist die Kontur defr Auslaßöffnung 56 dargestellt. Die Kontur der Auslaßöffnung resultiert aus den konstruktiven Vorgaben, welche einlaßseitig getroffen wurden. Bei 90° (unterer Totpunkt) ist die Auslaßöffnung 56 noch geschlossen. Die Rückkante 58 der Auslaßöffnung 56 verläuft parallel zur Achse des Drehkolbens 18 und deckungsgleich mit der Vorderkante 50 der Steuertasche 38. Ein erster Abschnitt 60 des oberen Randes der Auslaßöffnung 56 verläuft annähernd parallel zur Wellenfläche 24 in diesem Bereich. Wird der Kolben aus dem unteren Totpunkt in Richtung auf die 100°-Stellung bewegt, so erhält man dadurch eine maximale Änderung des Öffnungsquerschnittes. Die achsparallele Ausdehnung der Öffnung zur Mitte ist bestimmt durch die Steuertaschentiefe bzw. an die benötigte Mindestgröße des sich ergebenden Öffnungsquerschnittes entsprechend den Leistungsanforderungen der Pumpe angepaßt. Zwischen 120° und 140° etwa hat die Auslaßöffnung 56 ihren maximalen Öffnungsquerschnitt. Dann beginnt sich die Auslaßöffnung wieder zu schließen. In der 180°-Stellung, d.h. dem oberen Totpunkt ist die Auslaßöffnung vollständig geschlossen. Man erkennt, daß der zweite Abschnitt 62 des oberen Öffnungsrandes der Auslaßöffnung 56 dem Verlauf des unteren Randes 54 der Steuertasche 38 angepaßt ist.When the annular piston 18 moves from its bottom dead center (90 °) back to top dead center (180 °), the sucked-in fluid is now expelled again. This is shown in FIG. 5. 5 shows the contour of the outlet opening 56. The contour of the outlet opening results from the structural specifications that were made on the inlet side. At 90 ° (bottom dead center), the outlet opening 56 is still closed. The rear edge 58 of the outlet opening 56 runs parallel to the axis of the rotary piston 18 and is congruent with the front edge 50 of the control pocket 38. A first section 60 of the upper edge of the outlet opening 56 runs approximately parallel to the shaft surface 24 in this area. If the piston is moved from the bottom dead center in the direction of the 100 ° position, this results in a maximum change in the opening cross section. The axially parallel extension of the opening to the center is determined by the depth of the control pocket or by the minimum size of the resulting opening cross-section required in accordance with the performance requirements of the pump. The outlet opening 56 has its maximum opening cross-section between approximately 120 ° and 140 °. Then the outlet opening begins to close again. In the 180 ° position, ie top dead center, the outlet opening is completely closed. It can be seen that the second section 62 of the upper opening edge of the outlet opening 56 is adapted to the course of the lower edge 54 of the control pocket 38.
Man erkennt, daß in den Fig. 4 und 5 die Vorgänge bezüglich des unteren Ringraumes 30 jeweils um 90° verschoben sind. In der 0°-Stellung in Fig. 4 ist die untere Einlaßöffnung soeben geschlossen worden und es beginnt der anhand der Figur 5 erläuterte Ausstoß des Fluides aus dem Ringraum 30, während in Fig. 5 wiederum Fluid in den unteren Ringraum 30 eingesaugt wird.It can be seen that in FIGS. 4 and 5 the processes with respect to the lower annular space 30 are each shifted by 90 °. In the 0 ° position in FIG. 4, the lower inlet opening has just been closed and the discharge of the fluid from the annular space 30 explained with reference to FIG. 5 begins, while in FIG. 5 fluid is again sucked into the lower annular space 30.
Anhand der Fig. 6 und 7 soll nun erläutert werden, wie mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Steuerhülsen 34 und 36 der Förderstrom des von der Pumpe geförderten Fluides geregelt werden kann. Die Fig. 6 zeigt dabei den Ringkolben in verschiedenen Drehstellungen, wobei die Steuerhülsen stets maximal axial ausgefahren sind. In dieser Stellung ist der effektive Volumendurchsatz praktisch 0. Die Pumpe fördert kein Fluid. Bei maximal eingefahrenen Steuerhülsen dagegen fördert die Pumpe das maximale Volumen und verhält sich damit wie die bereits bekannte Drehkolbenpumpe ohne diese Regelung durch die Steuerhülsen. Fig. 7 zeigt die Pumpe mit den Steuerhülsen in einer mittleren Stellung. In der Fig. 7 gehören jeweils zwei übereinanderiiegende Darstellungen der Pumpe zusammen. Die obere Darstellung zeigt die relevante Funktion des oberen Ringraumes oder der oberen Kammer und die untere Darstellung zeigt die relevante Funktion der unteren Kammer. Im oberen Totpunkt (Fig. 7, rechte Darstellung) ist die achsparallele Vorderkante 50 der Steuertasche 38 deckungsgleich mit der Rückkante eines achsparallelen Schlitzes 64, der in der Steuerhülse 34 ausgebildet ist. Die obere Kammer 28 ist noch nach innen, d.h. zu den Verbindungskanälen 32 hin geschlossen. Die untere Kammer 30 ist dagegen über einen punktschraffiert gekennzeichneten Querschnitt mit den Kanälen 32 verbunden. Bei einer Drehung des Kolbens um 10° (Fig. 7, zweite Darstellung von rechts) gibt der Ringkolben 18 einen Öffnungsquerschnitt nach innen frei. In dieser Phase strömt Fluid in die obere Kammer 28 ein, das aus der unteren Kammer verdrängte Fluidvolumen entweicht in das Innere der Pumpe und strömt durch die Verbindungskanäle 32 drucklos in die obere Kammer 28.6 and 7, it will now be explained how the flow of the fluid conveyed by the pump can be regulated with the aid of the control sleeves 34 and 36 shown in FIG. 1. 6 shows the ring piston in different rotational positions, the control sleeves always being maximally axially extended. In this position the effective volume flow rate is practically zero. The pump does not deliver any fluid. In contrast, when the control sleeves are retracted to the maximum, the pump delivers the maximum volume and thus behaves like the already known rotary lobe pump without this regulation by the control sleeves. Fig. 7 shows the pump with the control sleeves in a middle position. In Fig. 7 two superimposed representations of the pump belong together. The upper illustration shows the relevant function of the upper annulus or the upper chamber and the lower illustration shows the relevant function of the lower chamber. At top dead center (FIG. 7, right representation), the axially parallel front edge 50 of the control pocket 38 is congruent with the rear edge of an axially parallel slot 64, which is formed in the control sleeve 34. The upper chamber 28 is still closed inwards, ie towards the connecting channels 32. The lower chamber 30, on the other hand, is connected to the channels 32 by a cross-hatched cross section. When the piston is rotated by 10 ° (FIG. 7, second illustration from the right), the annular piston 18 releases an opening cross section to the inside. In this phase, fluid flows into the upper chamber 28, the fluid volume displaced from the lower chamber escapes into the interior of the pump and flows through the connecting channels 32 into the upper chamber 28 without pressure.
Bei ca. 50° nach dem oberen Totpunkt (Fig. 7, Mitte) ist die untere Kammer 30 geschlossen. Das restliche Hubvolumen wird komprimiert über den Auslaßkanal in dem Gehäuse 10 ausgestoßen. Die obere Kammer 28 ist weiterhin nach innen offen. Da die Verbindung zur unteren Kammer 30 unterbrochen ist, wird das restliche Ansaugvolumen aus dem Einlaßkanal zugeführt. Dieser Zustand setzt sich bei weiterer Kolbendrehung bis 80° nach oberem Totpunkt und 90° nach oberem Totpunkt fort. Anschließend wiederholt sich der Vorgang nur mit Umkehrung der Takte von der oberen zur unteren Kammer.At approximately 50 ° after top dead center (FIG. 7, middle), the lower chamber 30 is closed. The remaining stroke volume is compressed in the outlet duct in the housing 10. The upper chamber 28 is still open to the inside. Since the connection to the lower chamber 30 is interrupted, the remaining intake volume is supplied from the inlet duct. This state continues with further piston rotation up to 80 ° after top dead center and 90 ° after top dead center. Then the process is repeated only with the reversal of the bars from the upper to the lower chamber.
Bei der in der Fig. 6 dargestellten Stellung der Steuerhülsen 34 und 36 wiederholen sich die anhand der Fig. 7 erläuterten Abläufe mit dem Unterschied, daß die Öffnung der unteren Kammer nach innen während ihres gesamten Kompressionshubes geöffnet bleibt, so daß das in ihr enthaltene Fluid drucklos zu der oberen, sich im Ansaugtakt befindenden Kammer 28 gefördert wird. Bei dieser Einstellung der Steuerhülsen 34 und 36 wechselt das komplette Fluidvolumen zwischen der oberen und der unteren Kammer. Es strömt der Pumpe weder Fluid zu noch wird Fluid von der Pumpe abgegeben. In ihrer vollständig eingeschobenen Stellung sind die Steuerhülsen nicht dargestellt. In dieser inneren Endstellung besteht in der Kompressionsphase keine Öffnung nach innen, so daß das gesamte Hubvolumen zum Auslaß gefördert wird. Die Saugkammer (entsprechend der oberen Kammer in den Fig. 6 und 7) ist zwar nach innen offen, saugt aber das komplette Fluidvolumen aus dem Einlaß, da sich keine andere Möglichkeit ergibt.In the position of the control sleeves 34 and 36 shown in FIG. 6, the processes explained with reference to FIG. 7 are repeated with the difference that the opening of the lower chamber remains inward during its entire compression stroke, so that the fluid contained therein is conveyed without pressure to the upper chamber 28 located in the intake stroke. With this setting of the control sleeves 34 and 36, the complete fluid volume changes between the upper and the lower chamber. Fluid does not flow to the pump nor is fluid released from the pump. The control sleeves are not shown in their fully inserted position. In this inner end position there is no opening inwards in the compression phase, so that the entire stroke volume is conveyed to the outlet. The suction chamber (corresponding to the upper chamber in FIGS. 6 and 7) is open to the inside, but sucks the entire fluid volume from the inlet, since there is no other possibility.
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Steuerhülsen 34 und 36 drehfest angeordnet und nur axial verschiebbar. Dies kann beispielsweise über eine vertikale Führungsnut sichergestellt werden, die nicht dargestellt ist. Unter Umständen kann es sich aber als vorteilhaft erweisen, der reinen Axialbewegung eine Drehbewegung zu überlagern, um ein entsprechend gewünschtes Betriebsverhalten zu erreichen. Diese kombinierte Dreh-Hub-Bewegung kann beispielsweise durch eine schraubenförmige Nut in der jeweiligen Steuerhülse erreicht werden, in die ein mit dem jeweiligen Teil 14 bzw. 16 verbundener Stift eingreift.In the described embodiment, the control sleeves 34 and 36 are arranged in a rotationally fixed manner and can only be moved axially. This can be ensured, for example, via a vertical guide groove, which is not shown. Under certain circumstances, however, it can prove to be advantageous to superimpose a rotary movement on the pure axial movement in order to achieve a correspondingly desired operating behavior. This combined rotary-stroke movement can be achieved, for example, by a helical groove in the respective control sleeve, in which a pin connected to the respective part 14 or 16 engages.
Der Querschnitt der Verbindungskanäle 32 ist so zu wählen, daß bei der Höchstdrehzahl der Pumpe ein praktisch drosselfreies Wechseln des Fluidvolumens zwischen den beiden Kammern gewährleistet wird. Zur Verstellung der Steuerhülsen 34 und 36 kann beidseitig ein Stellmotor verwendet werden, der das Eingangssignal (Drehzahl oder Volumenstrom oder Systemdruck oder Kombinationen dieser drei Größen) in eine entsprechende Hubstellung der Steuerhülsen umwandelt. Damit läßt sich das Fördervolumen der Pumpe stufenlos regeln, beispielsweise bei variabler Drehzahl konstant halten.The cross section of the connecting channels 32 is to be selected so that a practically throttle-free change of the fluid volume between the two chambers is ensured at the maximum speed of the pump. To adjust the control sleeves 34 and 36, a servomotor can be used on both sides, which converts the input signal (speed or volume flow or system pressure or combinations of these three variables) into a corresponding stroke position of the control sleeves. This allows the pump delivery volume to be regulated continuously, for example, to keep it constant at a variable speed.
Ein wesentlicher Vorteil gegenüber bekannten regelbaren Verdrängerpumpen besteht darin, daß die Verstellung der Steuerhülsen 34, 36 ohne Gegendruck erfolgt. Das bedeutet, daß die Verstellung mit relativ geringem Energieaufwand und in relativ kurzer Zeit erfolgen kann, da die zu bewegenden Massen sehr klein sind.A major advantage over known variable displacement pumps is that the control sleeves 34, 36 are adjusted without back pressure. This means that the adjustment can be carried out with relatively little energy and in a relatively short time, since the masses to be moved are very small.
Anhand der Fig. 8 soll nun noch die Form der Wellenflächen 24 und 26 näher erläutert werden. Ziel ist es dabei, beim Pumpen einen harmonischen kinematischen Bewegungsablauf des Ringkolbens 18 zu gewährleisten. Die Konturen der aneinander gleitenden Wellenflächen 24 und 26 des Ringkolbens (Rotor) und der Endstücke 14 bzw. 16 des Gehäuses 10 (Stator) so zu bestimmen, daß dieser Bewegungsablauf gewährleistet wird.The shape of the wave surfaces 24 and 26 will now be explained in more detail with reference to FIG. 8. The aim is to ensure a harmonious kinematic movement of the ring piston 18 when pumping. The contours of the to determine mutually sliding shaft surfaces 24 and 26 of the annular piston (rotor) and the end pieces 14 and 16 of the housing 10 (stator) so that this sequence of movements is ensured.
Ein harmonischer kinematischer Bewegungsablauf des Kolbens liegt vor, wenn die translatorische Geschwindigkeitskomponente des Kolbens die Grundgleichung der Geschwindigkeit der harmonischen SchwingungA harmonic kinematic sequence of motion of the piston exists if the translatory speed component of the piston is the basic equation of the speed of the harmonic oscillation
v = A ω cos (ω- 1)v = A ω cos (ω- 1)
erfüllt. Diese Definition bezieht sich auf eine Ausführung, bei welcher der Kolben während eines Umlaufes eine einfache Sinusschwingung ausführt. Die abgeleiteten Beziehungen sind jedoch für eine Doppelschwingung genauso gültig, wenn man auf der Zeitachse die Winkelbeziehung "ω t" durch "2 ω t" ersetzt.Fulfills. This definition refers to an embodiment in which the piston performs a simple sine wave during one revolution. However, the derived relationships are equally valid for a double oscillation if the angular relationship "ω t" is replaced by "2 ω t" on the time axis.
Die Herleitung der Formeln spiegelt die Verhältnisse an der äußeren Mantelfläche des Kolbens wieder. Dies ist jedoch keine Voraussetzung für die Gültigkeit der Formeln. Wichtig ist, daß sich die hergeleiteten Beziehungen hinsichtlich des kinematischen Ablaufs auf den gesamten Durchmesser des Kolbens gleichermaßen übertragen und anwenden lassen.The derivation of the formulas reflects the conditions on the outer surface of the piston. However, this is not a prerequisite for the validity of the formulas. It is important that the derived relationships with regard to the kinematic process can be equally applied and applied to the entire diameter of the piston.
Die Abwicklung der Kolbenkontur ergibt einen Funktionsverlauf nach der GleichungThe development of the piston contour results in a function curve according to the equation
f(x) = y = A cos (x)f (x) = y = A cos (x)
Ein harmonischer kinematischer Bewegungsablauf hinsichtlich des Kolbenhubes, ist nur dann gegeben, wenn der Scheitelpunkt 1 (Fig. 8) des Kolbens bei einer Drehung desselben auf der Funktion y = cos x abläuft. A kann einen beliebigen Wert haben, wird aber der Einfachheit halber im Folgenden = 1 gesetzt. Da sich der Kolben nicht • nur dreht (Fortschreiten der Kontur in x-Richtung) , sondern auch axial bewegt (Bewegung des Kolbens in y-Richtung), wird die Folge von Positionen der Kolbenkontur durch eine Kurvenschar mit der Gleichung f(x,0 = y = cos (χ-c) - (1 - cos (c))A harmonious kinematic movement sequence with regard to the piston stroke is only given if the vertex 1 (FIG. 8) of the piston runs on the function y = cos x when the piston rotates. A can have any value, but is set = 1 for the sake of simplicity. Since the piston not only • rotates (progression of the contour in the x direction) but also moves axially (movement of the piston in the y direction), the sequence of positions of the piston contour is determined by a family of curves with the equation f (x, 0 = y = cos ( χ -c) - (1 - cos (c))
beschrieben. Da der Kolben von der korrespondierenden Statorfläche geführt wird, kann er diesen Bewegungsablauf aus der oberen Totpunktlage nur dann realisieren, wenn die Statorkontur die Einhüllende der Kurvenschar beschreibt. Die Gleichung der Einhüllenden lautetdescribed. Since the piston is guided by the corresponding stator surface, it can only realize this sequence of movements from the top dead center position if the stator contour describes the envelope of the family of curves. The envelope equation is
, cos + 1 . cos + 1 y = cos (x - arccos — - — ) + — - —, cos + 1. cos + 1 y = cos (x - arccos - - -) + - - -
Wie man der Fig. 8 entnehmen kann, schneidet die Einhüllende die Gerade y = -1 (untere Totpunktachse) unter einem Winkel von 45°. Im dargestellten Fall muß daher die Statorkurve bei 180° eine Spitze mit einem Winkel von 90° (-45° - + 45°) aufweisen, wenn der untere Totpunkt bei y = -1 und bei φ = π = 180° liegen soll.As can be seen in FIG. 8, the envelope intersects the straight line y = -1 (bottom dead center axis) at an angle of 45 °. In the case shown, the stator curve at 180 ° must therefore have a peak with an angle of 90 ° (-45 ° - + 45 °) if the bottom dead center is to be y = -1 and φ = π = 180 °.
Andererseits muß der Kolben an seinem Maximum (= Scheitelpunkt bei φ = 0 in Fig. 8) eine Spitze aufweisen, wenn die Statorkontur nach der Funktion f(x) = cos(x) ausgebildet wäre und der Kolben über den Gesamthub von y = +1 bis y = -1 eine harmonische lineare Bewegung ausführen soll.On the other hand, the piston must have a peak at its maximum (= apex at φ = 0 in FIG. 8) if the stator contour were designed according to the function f (x) = cos (x) and the piston over the total stroke of y = + 1 to y = -1 should perform a harmonic linear movement.
Aus Gründen eines ruhigen gleichmäßigen Laufes und eines optimierten Verschleißverhaltens können Spitzen am Stator oder Kolben nicht akzeptiert werden. Daher empfiehlt es sich, eine Statorkurve zu wählen, die zwischen den beiden Extremen, nämlich der Funktion y = cos(x) (Kurve B in Fig. 8) und der Funktion der Einhüllenden (Kurve C in Fig. 8) liegt. Eine tatsächliche realistische Statorkurve ist in Fig. 8 in den von den Kurven B und C eingeschlossenen Bereich eingezeichnet und mit D bezeichnet. Sie stellt die Einhüllende für die Bewegung der tatsächlichen Rotorkurve E dar. In der Fig. 8 ist die Bewegung eines Kolbens mit der Kontur E durch eine Kurvenschar 1 bis 9 wiedergegeben. Der Kolben bewegt sich dabei mit seinem Scheitelpunkt 1 auf der Kurve B, die durch die Funktion y = cos x wiedergegeben wird. Dabei durchläuft der Scheitelpunkt die verschiedenen Lagen 1 bis 9. Zu den Scheitelpunkten sind die jeweiligen Berührpunkte der Rotorkontur an der Statorkontur dargestellt, gekennzeichnet durch die Punkte V bis 9' auf der Einhüllenden D.For reasons of smooth, smooth running and optimized wear behavior, tips on the stator or piston cannot be accepted. It is therefore advisable to choose a stator curve that lies between the two extremes, namely the function y = cos (x) (curve B in FIG. 8) and the function of the envelope (curve C in FIG. 8). An actual realistic stator curve is shown in FIG. 8 in the area enclosed by curves B and C and labeled D. It represents the envelope for the movement of the actual rotor curve E. In FIG. 8, the movement of a piston with the contour E is represented by a family of curves 1 to 9. The piston moves with its apex 1 on curve B, which is represented by the function y = cos x. The apex passes through the various layers 1 to 9. The respective contact points of the rotor contour are at the apex the stator contour shown, characterized by the points V to 9 'on the envelope D.
Am oberen Totpunkt (x = 0) sind Scheitelpunkt 1 und Berührpunkt Y identisch. Im weiteren Verlauf ergibt sich ein Voreilen des Berührpunktes, das bei dieser Auslegung in Pos. 6-6' (φ = π/2) ein Maximum erreicht. Ab φ = π/2bis φ = π geht das Voreilen zurück und in φ = π = 180° fallen Scheitelpunkt und Berührpunkt wieder zusammen.At top dead center (x = 0), vertex 1 and touch point Y are identical. In the further course, the contact point leads, which with this design reaches a maximum in pos. 6-6 ' (φ = π / 2). From φ = π / 2bis φ = π, the leading rises and in φ = π = 180 ° the apex and the point of contact coincide again.
Die Kurve oder Kontur E des Kolbens liegt also unterhalb bzw. maximal auf der Kurve y = cos(x) und ist in ihrer Form von der Statorkurve D so abgeleitet, daß bei jedem Drehwinkel φ der Scheitelpunkt 1 auf der Kurve y= cos(x) liegt und gleichzeitig ein Berührpunkt zur Statorkurve vorhanden ist.The curve or contour E of the piston is therefore below or at most on the curve y = cos (x) and its shape is derived from the stator curve D such that the apex 1 on the curve y = cos (x ) lies and at the same time there is a contact point to the stator curve.
Die Wahl der beiden zugeordneten Kurven E und D ist vorzugsweise so, daß im verschleißkritischsten Bereich, wenn der Scheitelpunkt der Kolbenkontur den Scheitelpunkt der Kontur der Wellenfläche des Ringraumes überstreicht, die Summe des Verschleißes der aneinander geführten Flächen möglichst gering ist. In diesem Bereich um φ = 180° hat der Berührpunkt seine niedrigste Winkelgeschwindigkeit, d.h. der Berührpunkt bewegt sich nur vergleichsweise langsam sowohl auf dem Scheitel des Rotors bzw. der Kolbenkontur als auch auf dem Scheitel des Stators weiter. Zusätzlich wirkt sich hier das entgegengesetzte Krümmungsverhalten negativ auf die Flächenpressung aus. Eine Verschiebung der Kurve D aus der in Fig. 8 dargestellten Lage zur Kurve C hin bedeutet einen geringeren Verschleiß des Kolbens auf Kosten des Stators, eine Verschiebung der Kurve D zur Kurve B hin einen geringeren Verschleiß des Stators auf Kosten des Kolbens.The choice of the two associated curves E and D is preferably such that in the most wear-critical area, when the vertex of the piston contour passes the vertex of the contour of the wave surface of the annular space, the sum of the wear of the surfaces brought together is as small as possible. In this area around φ = 180 ° the contact point has its lowest angular velocity, i.e. the point of contact moves comparatively slowly both on the apex of the rotor or the piston contour and on the apex of the stator. In addition, the opposite curvature behavior has a negative impact on the surface pressure. A shift of curve D from the position shown in FIG. 8 towards curve C means less wear on the piston at the expense of the stator, a shift of curve D towards curve B means less wear on the stator at the expense of the piston.
Die Zuordnung der Konturen kann beliebig zwischen Kolben und Stator ausgetauscht werden.The assignment of the contours can be exchanged between the piston and the stator.
Fig. 9 bezieht sich auf die oben beschriebene abgewandelte Ausführungsform, bei welcher der durch die Konturlinie F seiner Wellenfläche repräsentierte Ringkolben nicht an der durch die Kurve G repräsentierten Statorwellenfläche gleitet sondern an - -FIG. 9 relates to the modified embodiment described above, in which the annular piston represented by the contour line F of its shaft surface does not slide on the stator shaft surface represented by curve G, but on - -
dieser mittels einer Rolle 66 geführt ist. Die Rolle 66 ist in einem in der Wellenfläche des Ringkolbens ausgebildeten nicht dargestellten Schlitz um eine radial bezüglich der Kolbenachse gerichtete Drehachse frei drehbar gelagert, die durch den Lagermittelpunkt 68 bezeichnet wird.this is guided by means of a roller 66. The roller 66 is mounted in a slot, not shown, formed in the shaft surface of the annular piston, so as to be freely rotatable about an axis of rotation directed radially with respect to the piston axis, which is designated by the bearing center 68.
Um eine harmonische Axialbewegung des Drehkolbens zu erreichen, muß der Lagermittelpunkt 68 bei einer Umdrehung des Ringkolbens auf einer Bahnkurve H verlaufen, die durch die Funktion y = A cos x beschrieben wird. Unter der Voraussetzung, daß die Rolle 66 bei einem Kolbenumlauf stets die Statorwellenfiäche berührt, erhält man diese harmonische Axialbewegung des Ringkolbens bei einer Kolbenumdrehung dann, wenn die Kontur G parallel zur Kurve H im Abstand des Rollenradius R verläuft. Jeder Punkt der Konturlinie G liegt also auf einer Normalen zu der Kurve y = cos(x) im Abstand R.In order to achieve a harmonious axial movement of the rotary piston, the bearing center 68 must run on a trajectory H when the annular piston rotates, which is described by the function y = A cos x. Provided that the roller 66 always touches the stator shaft surface when the piston rotates, this harmonic axial movement of the annular piston is obtained when the piston rotates when the contour G runs parallel to the curve H at a distance from the roller radius R. Each point of the contour line G is therefore on a normal to the curve y = cos (x) at a distance R.
Der genaue Verlauf der Kolbenkontur F ist unkritisch, solange sichergestellt ist, daß die Kontur so weit zurückgezogen ist, daß sie während einer Kolbenumdrehung die Statorkontur G nicht berühren kann.The exact course of the piston contour F is not critical as long as it is ensured that the contour is withdrawn to such an extent that it cannot touch the stator contour G during a piston revolution.
Die Fig. 9 zeigt ebenso wie die Fig. 8 die Kurven stets mit dem Faktor A = 1. Es versteht sich, daß dieser Faktor beliebige Werte annehmen kann.Like FIG. 8, FIG. 9 always shows the curves with the factor A = 1. It goes without saying that this factor can assume any values.
Die vorstehenden Ausführungen wurden ferner anhand von Abwicklungen erläutert, die stets die äußerste Mantelfläche der dargestellten Rotationskörper zeigen. In der Praxis ist zu berücksichtigen, daß die Wellenflächen und auch die Rolle 66 (Wälzkörper) eine endliche radiale Ausdehnung haben (bezogen auf die Kolbenachse). Dadurch ändern sich die geschilderten Verhältnisse jedoch nicht prinzipiell. The above statements have also been explained with reference to developments which always show the outermost lateral surface of the rotary body shown. In practice it has to be taken into account that the shaft surfaces and also the roller 66 (rolling elements) have a finite radial extension (in relation to the piston axis). However, this does not fundamentally change the conditions described.

Claims

Ansprüche Expectations
Drehkolbenpumpe mit einem Gehäuse (10), einem Ringkolben (18) in Form eines Rohrabschnittes, der mit einer in dem Gehäuse (10) drehbaren Welle (22) drehfest verbunden und in einem zu der Welle (22) co-axialen Ringraum (28, 30) des Gehäuses drehbar und axial verschiebbar geführt ist, wobei die einander zugekehrten axialen Endflächen (26, 24) des Ringraumes (28, 30) und des Ringkolbens (18) als Wellenflächen mit achsparalleler Amplitude und mit mindestens einem Wellenberg und einem Wellental ausgebildet sind, und mit jeweils mindestens einem Einlaß- und einem Auslaßkanal, die in dem Gehäuse (10) so ausgebildet sind, daß die ringraumseitige Einlaß- bzw. Auslaßöffnung (40, 56) innerhalb eines axialen Bereiches einer Ringraummantelfläche liegen, der durch den maximalen axialen Abstand der einander zugewandten Endflächen (24, 26) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (18) zu der axialen Endfläche (26) des Ringraumes (28, 30) hin offene Steuertaschen (38) zur Steuerung der Einlaß- und Auslaßöffnungen (40, 56) hat und daß die Lage, Form und Größe der Steuertaschen (38) und der Einlaß- und Auslaßöffnungen (40, 56) so gewählt sind, daß die Einlaßöffnung (40) bei einer Kolbenbewegung zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt und die Auslaßöffnung (56) bei einer Kolbenbewegung zwischen dem unteren und dem oberen Totpunkt einen maximalen Volumenstrom des zu fördernden Mediums ermöglichen.Rotary lobe pump with a housing (10), an annular piston (18) in the form of a pipe section, which is non-rotatably connected to a shaft (22) rotatable in the housing (10) and in an annular space (28) co-axial with the shaft (22), 30) of the housing is rotatably and axially displaceably guided, the mutually facing axial end faces (26, 24) of the annular space (28, 30) and the annular piston (18) being designed as wave surfaces with axially parallel amplitude and with at least one wave crest and a wave trough , and each with at least one inlet and one outlet channel, which are designed in the housing (10) in such a way that the inlet and outlet openings (40, 56) on the annular space side lie within an axial region of an annular space surface which is determined by the maximum axial distance of the mutually facing end surfaces (24, 26), characterized in that the annular piston (18) has control pockets (38) open towards the axial end surface (26) of the annular space (28, 30) for controlling the inlet and outlet openings (40 , 56) and that the position, shape and size of the control pockets (38) and the inlet and outlet openings (40, 56) are selected so that the inlet opening (40) during a piston movement between the top and bottom dead center and the The outlet opening (56) enables a maximum volume flow of the medium to be conveyed when the piston moves between the bottom and top dead center.
:. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuertaschen (38) mindestens annähernd achsparallele Steuerkanten (50, 52) haben und daß der Taschenboden (54) mindestens annähernd der Kontur des -in Umfangsrichtung des Ringkolbens (18) betrachtet - zwischen den Steuerkanten (50, 52) liegenden Wellenflächenabschnittes folgt.:. Rotary lobe pump according to claim 1, characterized in that the control pockets (38) have at least approximately axially parallel control edges (50, 52) and that the pocket bottom (54) at least approximately corresponds to the contour of the - viewed in the circumferential direction of the annular piston (18) - between the control edges ( 50, 52) lying wave surface section follows.
i. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (40) eine achsparallele Vorder- und Rückkante (42, 44) (bezogen auf die Drehrichtung A) hat und daß der der Wellenfläche des Ringraums (28) nahe obere Rand (48) der Einlaßöffnung (40) so geformt ist, daß er annähernd deckungsgleich mit der Kontur der Wellenfläche (24) des Ringkolbens (18) ist, wenn die rückwärtige Steuerkante (52) einer Steuertasche (38) die Vorderkante (42) der Einlaßöffnung (40) erreicht.i. Rotary lobe pump according to claim 1 or 2, characterized in that the inlet opening (40) has an axially parallel front and rear edge (42, 44) (relative to the direction of rotation A) and that the upper edge (48) close to the shaft surface of the annular space (28). ) the inlet opening (40) is shaped like this, that it is approximately congruent with the contour of the shaft surface (24) of the annular piston (18) when the rear control edge (52) of a control pocket (38) reaches the front edge (42) of the inlet opening (40).
4. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der der Wellenfläche (26) des Ringraums (28) ferne untere Rand (46) der Einlaßöffnung (40) mindestens annähernd der Bewegungsbahn der vorderen unteren Ecke einer Steuertasche (38) bei der Bewegung des Kolbens (18) vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt folgt.4. Rotary lobe pump according to claim 3, characterized in that the lower edge (46) of the inlet opening (40) remote from the shaft surface (26) of the annular space (28) is at least approximately the path of movement of the front lower corner of a control pocket (38) during the movement of the Piston (18) follows from top dead center to bottom dead center.
5. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung des Ringkolbens (18) gemessene Breite der Einlaßöffnung (40) und die Breite der Steuertaschen (38) so aufeinander abgestimmt sind, daß die Einlaßöffnung (40) über den kompletten Hub des Ringkolbens (18) zwischen oberem und unterem Totpunkt geöffnet ist.5. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the width of the inlet opening (40) measured in the circumferential direction of the annular piston (18) and the width of the control pockets (38) are coordinated with one another in such a way that the inlet opening (40) over the complete stroke of the ring piston (18) is open between top and bottom dead center.
6. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkante (58) der Auslaßöffnung (56) mindestens annähernd achsparallel gerichtet ist, daß ein an die Rückkante (58) der Auslaßöffnung (56) anschließender erster Abschnitt (60) des oberen Randes der Auslaßöffnung (56) parallel zu der Wellenfläche (24) des Ringkolbens (18) gerichtet ist, wenn die vordere Steuerkante (50) einer Steuertasche (38) die Rückkante (58) der Auslaßöffung (56) erreicht, und daß ein an den ersten Abschnitt (60) anschließender zweiter Abschnitt (62) des oberen Randes der Auslaßöffnung (56) der Kontur des Steuertaschenrandes folgt, wenn der Ringkolben den oberen Totpunkt erreicht hat.6. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rear edge (58) of the outlet opening (56) is directed at least approximately axially parallel, that a first section (60) adjoining the rear edge (58) of the outlet opening (56) the upper edge of the outlet opening (56) is directed parallel to the shaft surface (24) of the annular piston (18) when the front control edge (50) of a control pocket (38) reaches the rear edge (58) of the outlet opening (56), and that a The second section (62) of the upper edge of the outlet opening (56) adjoining the first section (60) follows the contour of the control pocket edge when the annular piston has reached top dead center.
7. Drehkolbenpumpe insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ringraum/Ringkolbenanordnungen co-axial zueinander so angeordnet sind, daß die auf derselben Welle (22) angeordneten Kolben sich gemeinsam zwischen den Endflächen (26) der beiden Ringräume (28, 30) bewegen, daß die beiden Ringräume (28, 30) über eine radial innerhalb der Ringkolben liegende Fluidverbindung (32) miteinander in Verbindung stehen und daß die radial innere Wand jedes Ringraumes (28, 30) von der Außenfläche einer Steuerhülse (34, 36) gebildet ist, die in dem Gehäuse (10) drehfest aber axial verschiebbar so angeordnet sind, daß sie mittels eines Steuerantriebes zwischen einer axial inneren Position, in der sie die Fluidverbindung (32) sperren, und einer die Fluidverbindung mindestens teilweise freigebenden axial äußeren Position verstellbar sind.7. Rotary lobe pump in particular according to one of claims 1 to 6, characterized in that two annular space / annular piston arrangements are arranged co-axially to one another in such a way that the pistons arranged on the same shaft (22) are located together between the end surfaces (26) of the two annular spaces ( 28, 30) move so that the two annular spaces (28, 30) over a fluid connection (32) lying radially within the annular pistons are connected to one another and that the radially inner wall of each annular space (28, 30) is formed by the outer surface of a control sleeve (34, 36) which is rotationally fixed but axially in the housing (10). are displaceably arranged so that they can be adjusted by means of a control drive between an axially inner position in which they block the fluid connection (32) and an axially outer position which at least partially releases the fluid connection.
8. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülsen (34, 36) zwischen ihren axial inneren und äußeren Endstellungen stufenlos verstellbar sind.8. Rotary lobe pump according to claim 7, characterized in that the control sleeves (34, 36) are continuously adjustable between their axially inner and outer end positions.
9. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülsen (34, 36) mindestens einen achsparallel gerichteten Steuerschlitz (64) haben.9. Rotary lobe pump according to claim 7 or 8, characterized in that the control sleeves (34, 36) have at least one control slot (64) directed parallel to the axis.
10. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen (40, 56) in der jeweils radial äußeren Wand der Ringräume (28, 30) ausgebildet sind.10. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inlet and outlet openings (40, 56) are formed in the respective radially outer wall of the annular spaces (28, 30).
11. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben einen einstückigen Doppelkolben (18) bilden.11. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 10, characterized in that the annular pistons form a one-piece double piston (18).
12. Drehkolbenpumpe insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß unter der Voraussetzung, daß bei einer Kolbendrehung der Scheitelpunkt der Kolbenkontur (E) - in einer Abwicklung betrachtet - der Funktion y = cos x folgt, wobei y den axialen Hub des Kolbens und x den Drehwinkel des Kolbens bezeichnen, die Kontur (D) der Wellenfläche (26) des Ringraumes (28) - in einer Abwicklung betrachtet - in dem von den Funktionen12. Rotary lobe pump in particular according to one of claims 1 to 11, characterized in that under the condition that during a piston rotation the apex of the piston contour (E) - viewed in a development - follows the function y = cos x, where y is the axial stroke of the piston and x denote the angle of rotation of the piston, the contour (D) of the shaft surface (26) of the annular space (28) - viewed in a development - in that of the functions
, , cosx + 1 . cosx + 1 y = cos x und y = cos (x - arccos ) + eingeschlossenen Bereich liegt, wobei die Konturen (E, D) der beiden aneinandergleitenden Wellenflächen (24, 26) so gewählt sind, daß die Wellenflächen (24, 26) mindestens in dem Bereich, in dem sie aneinander geführt sind oder einander bei der Kolbendrehung berühren, stetig sind., , cosx + 1 . cosx + 1 y = cos x and y = cos (x - arccos ) + enclosed area, the contours (E, D) of the two shaft surfaces (24, 26) sliding against one another being selected so that the shaft surfaces (24, 26) at least in the area in which they are guided against one another or touch each other during piston rotation , are continuous.
13. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen (E, D) der beiden aneinandergleitenden Wellenflächen (24, 26) so gewählt sind, daß im verschleißkritischsten Bereich, wenn der Scheitelpunkt der Kolbenkontur den Scheitelpunkt der Kontur der Wällenfläche des Ringraumes überstreicht, die Summe des Verschleißes der aneinander geführten Flächen möglichst gering ist.13. Rotary lobe pump according to claim 12, characterized in that the contours (E, D) of the two sliding shaft surfaces (24, 26) are selected so that in the most wear-critical area, when the apex of the piston contour sweeps over the apex of the contour of the ridged surface of the annular space , the total amount of wear on the surfaces connected to one another is as low as possible.
14. Drehkolbenpumpe insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wellenfläche (F) des Ringkolbens im Bereich des Scheitelpunktes eines Wellenberges ein über die Wellenfläche (F) hinausragender Wältkörper (66) mit radial zur Kolbenachse gerichteter Drehachse gelagert ist und daß die Kontur (G) der Wellenfläche des Ringraumes so gewählt ist, daß - in einer Abwicklung betrachtet - der Lagermittelpunkt (68) des Wälzkörpers (66) auf einer durch die Funktion Yy = A • cos x gegebenen Kurve (H) läuft und der Berührpunkt zwischen Ringkolben und Endfläche des Ringraumes während einer Kolbenumdrehung stets auf dem Wälzkörperumfang liegt.14. Rotary lobe pump in particular according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the shaft surface (F) of the annular piston in the area of the apex of a wave crest, a rolling body (66) which projects beyond the shaft surface (F) and has an axis of rotation directed radially to the piston axis is mounted and that the contour (G) of the shaft surface of the annular space is chosen so that - viewed in a development - the bearing center (68) of the rolling element (66) runs on a curve (H) given by the function Yy = A • cos x and the point of contact between the annular piston and the end surface of the annular space is always on the rolling element circumference during a piston revolution.
15. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur (G) der Wellenfläche des Ringraumes durch eine Linie gegeben ist, deren Abstand von der die Bahnkurve (H) des Lagermittelpunktes (68) des Wälzkörpers (66) beschreibenden Funktion y = A cos x in jedem Punkt gleich dem Wälzkörperradius (R) ist. 15. Rotary lobe pump according to claim 14, characterized in that the contour (G) of the shaft surface of the annular space is given by a line whose distance from the function describing the trajectory (H) of the bearing center (68) of the rolling element (66) is y = A cos x is equal to the rolling element radius (R) at every point.
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