EP2137378A1 - Pumpe oder motor - Google Patents

Pumpe oder motor

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EP2137378A1
EP2137378A1 EP08734365A EP08734365A EP2137378A1 EP 2137378 A1 EP2137378 A1 EP 2137378A1 EP 08734365 A EP08734365 A EP 08734365A EP 08734365 A EP08734365 A EP 08734365A EP 2137378 A1 EP2137378 A1 EP 2137378A1
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EP
European Patent Office
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working
pump
shaft
working part
motor according
Prior art date
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Granted
Application number
EP08734365A
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English (en)
French (fr)
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EP2137378B1 (de
Inventor
Felix Arnold
Evgenij Skrynski
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Cor Pumps and Compressors AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Cor Pumps and Compressors AG filed Critical Cor Pumps and Compressors AG
Priority to SI200831911T priority Critical patent/SI2137378T1/en
Publication of EP2137378A1 publication Critical patent/EP2137378A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2137378B1 publication Critical patent/EP2137378B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
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    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or engines
    • F01C1/084—Toothed wheels
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    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/18—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
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    • F01C3/00—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members
    • F01C3/06—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
    • F01C3/08—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C3/085—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing the axes of cooperating members being on the same plane
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
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    • F04C15/068—Arrangements 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 of the non-return type of the elastic type, e.g. reed valves
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/60—Shafts

Definitions

  • the invention relates to a pump or a motor for liquid or gaseous media according to the preamble of the main claim.
  • a known machine of this type (DE OS 42 41 320)
  • the working part is driven via the shaft, wherein the work spaces between the work surfaces to promote the medium reduced according to a machine with spur gearing, or be increased.
  • such a machine can also serve as a motor by medium is pumped into the work spaces under pressure, which generates a drive of the shaft by enlarging the work spaces.
  • two working parts are rotated in the machine housing with correspondingly high demands on the pivot bearing and thrust bearing and with a significant performance limitation in terms of working pressure.
  • the problem underlying the invention has for its object a pump or a motor for liquid or gaseous media, namely to develop a related machine, with the much higher working pressures of the media without disadvantage are acceptable and can be produced without a considerable manufacturing effort.
  • the machine according to the invention with the characterizing features of the main claim and the dependent claims 10, 13 and 15 has the advantage that with a simple structure and correspondingly low cost, a machine for high working pressures is created in the advantageous effect of the known machines by radial load disadvantageous Pressures are now predominantly diverted into the more easily controllable axial direction. Due to the stationary arrangement of the other working part opposite the working surface delimiting working surface, bearing forces of a second working part also fall away, so that only the working part has a bearing surface towards the shaft on the oblique sliding plane and predominantly only the shaft has an axial bearing and only a small extent or in particular according to claim 15 must have no loaded radial bearing. The rotation of the shaft corresponds to the tumbling of the working part.
  • the central axis of the stationary working surface is equal to the axis of rotation of the shaft.
  • the partially tumbling inner wall receiving the tumbling working part merges into a cylindrical opening of the housing, the diameter of which corresponds to the diameter of the working part.
  • the central axis of the stationary working surface is arranged coaxially to the shaft, on the one hand results in a favorable Auflagerung the working part on the static work surface, but also a working space separating large teilkugelige overlap area between the working part and the housing.
  • the teeth of the oppositely arranged spur toothing formed as a cycloid toothing with power and Absperrteil with a cycloidal development of the tread.
  • a configuration is known (DE 42 41 320), but in an embodiment in which the opposing work surfaces rotate in each case.
  • the advantages of cycloidal processing are retained if only as in the invention, a work surface rotates. The advantages of cycloidal processing as such can be seen in the prior art.
  • valves plate valves serve as valves plate valves with an outer and an inner ring having holding part and arranged between the rings, attached to one of the rings resilient valve plates.
  • Such plate valves are extremely inexpensive to produce and work in the manner of a check valve.
  • the shaft to the inclined sliding plane with respect to its stored portion toward an enlarged diameter, wherein in the step formed in the shaft serving as an inflow or outflow co-rotating channels run.
  • the co-rotating channels corresponding openings in the working surface of the working part are present, which are controlled by the mouths of the channels in the inclined sliding plane.
  • the shaft for forwarding the liquid or gaseous media from and to the workrooms a running in the shaft connecting channel to radial loads on the shaft by the fluids to both the housing as also to the pivot bearing to avoid.
  • this embodiment plays a crucial role, since only by radial relief of the bearing forces of the shaft, the working pressure and thus the power range of the machine can be increased accordingly.
  • openings are present at the bottom of the work spaces, which leads to a slated sliding plane and back of the Lead working part existing collecting space, wherein the collecting space is closed radially outward and leads directly to the connecting channel.
  • Material tapers present, so as to compensate for the formation of the inclined plane without mass balance resulting unilateral mass accumulation by material tapers. This avoids that one-sided mass accumulations in the region of the inclined plane on the shaft creates unilateral radial forces.
  • FIG. 2 is a view of the machine of FIG. 1 according to the arrow B,
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of the machine according to FIG. 1 with a first variant of the working part
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through a working part corresponding to the section C-C in Fig. 6,
  • FIG. 6 is a view corresponding to the arrow D in Fig. 5,
  • FIG. 9 is a view of the pump housing of FIG. 8 corresponding to the arrow F fifth
  • valve plate 10 is a plan view of a valve plate
  • valve plate of FIG. 10 in a perspective view
  • Fig. 12 shows a second variant of the embodiment and Fig. 13, the shaft of this variant in perspective view.
  • FIG. 1 an embodiment of the invention is shown in longitudinal section, as it is then shown in Fig. 3 in a perspective view.
  • This is a machine that can be used depending on the application as a pump or motor for liquid or gaseous media, which, as particularly Fig. 3 removable, the cross section of the mounting housing 1 is cylindrical in order to use the machine in corresponding holes can ,
  • round cord rings 2 form the required seal of the mounting housing 1, to which the machine receiving part, such as a pipe but also a hole in a machine receiving this machine.
  • a shaft 4 is rotatably supported via a radial bearing 3, wherein the shaft is slightly loaded in the axial direction via a leaf spring 5 and a locking ring 6 and is correspondingly displaceable.
  • a round cord ring 7 between shaft 4 and a housing insert 8, which is supported via a thrust bearing 9 on the mounting housing 1 and on which the leaf spring 5 acts.
  • the housing insert 8 is entrained with leaf spring 5 and O-ring 7 for reasons of friction, wherein the housing insert 8 on its side facing away from the thrust bearing 9 has a labyrinth seal, which partially engages in corresponding recesses of the mounting housing.
  • a non-co-rotating working space housing 10 is arranged coaxially with the shaft 4 centrally and sealed by a O-ring 11 to the installation housing 1 out.
  • This working space housing 10 accommodates a working space 12, which is bounded on the other hand by a rotating working part 13.
  • the shaft 4 has on the side facing the working part 13 an inclined sliding plane 14, so that a rotation of the shaft 4 leads to a tumbling of the working part 13.
  • the glide plane 14 facing away from the end face of the working part 13 is toothed in the manner of a cycloid toothing, which engages in accordance with existing in a working housing 10 static teeth in the opposite wall surface of the working space 12.
  • the working part 13 is guided in spherical boundaries of the receiving working space housing 10, namely in a part spherical surface portion 15 which also forms the outer boundary of the working spaces 12 radially and a central smaller part spherical surface portion 16, the work spaces 12 radially limited to the inside.
  • Both partial spherical surface sections 15 and 16 have the same center point M.
  • the working part 13 also has on its side facing the surface 16 a corresponding partial spherical surface 17, as well as a larger diameter 15 of the partial spherical surface section Due to this spherical overlap not only is there a very favorable distribution of the axial forces of the shaft 4 on the working space housing 10, but there is also a very favorable separation of the working space to working space or working space to other machine channels and this particular during the Operation, ie the Taumeins of the working part 13th
  • the working space housing 10 is fastened via a screw ring 19 in the installation housing 1, wherein a valve plate 20 is clamped between the screw ring 19 and the working space housing 10.
  • connection channels 21 are arranged for the working medium centrally symmetrical about an axis X of the machine, leading to the work spaces 12.
  • the axis X is at the same time the axis of rotation of the shaft 4 and passes through the center M of the spherical surfaces accordingly.
  • annular space 23 To the working spaces 12 there is a connection via control channels 22 to a shaft surrounding the annular space 23 for the working fluid, the annular space 23 depending on the application serves as inflow or outflow channel.
  • this annular space 23 communicates via radial channels 24 with an outer annular space 25 in connection, as particularly Fig. 3 can be removed.
  • an annular space 25 is then brought into coincidence with at least one channel for the medium.
  • the illustrated in Fig. 4 first variant of the embodiment has only a pin 26 on the working part, which is inserted into a bore 27 of the shaft, said pin coaxially runs to the axis of the working part.
  • the machine is the same structure as that shown in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 5 to 7 show the control in the region of the inclined sliding plane 14 according to the embodiment of FIG. 1, wherein the working part 13 of the working spaces 12 has channels 28 which open into the sliding plane 14. These channels 28 cooperate with the control channels 22 on the end face of the shaft 4 shown in FIG. 7 for the inclined sliding plane 14.
  • the shaft 4 has on the oblique sliding plane 14 side facing a larger diameter than on its stored portion, so that the control channels 22 can be arranged in the step thus formed and corresponding to the control of the channels 28 in the inclined sliding plane 14 are opposite to this ,
  • the diameters R1 and R2 on the boundary channels receiving the channels 28 are almost the same as those of the spherical surface portions 15 and 16.
  • connection channels 21 which lead to the working spaces 12 and lead away, are covered by the valve plate 20, on which in turn a valve ring 29 is arranged with spring plates 30 which control the connection channels 21 in the manner of a check valve.

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Abstract

Pumpe oder Motor für flüssige oder gasförmige Medien mit einer Welle (4), die einem Arbeitsteil (13) zugewandt mit diesem eine gemeinsame schiefe Gleitebene (14) aufweist, wodurch das Pumpenarbeitsräume (12) begrenzende Arbeitsteil (13) in einem ortsfesten Gehäuse (10) taumelt.

Description

COR pumps + compressors AG; 70173 Stutts
Pumpe oder Motor
Stand der Technik und dessen Nachteile
Die Erfindung geht aus von einer Pumpe oder einem Motor für flüssige oder gasförmige Medien nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Maschine dieser Art (DE OS 42 41 320) wird über die Welle das Arbeitsteil angetrieben, wobei entsprechend einer Maschine mit Stirnverzahnung die Arbeitsräume zwischen den Arbeitsflächen zur Förderung des Mediums verkleinert, bzw. vergrößert werden. Umgekehrt kann eine solche Maschine auch als Motor dienen, indem in die Arbeitsräume unter Druck Medium gefördert wird, das dabei durch Vergrößerung der Arbeitsräume einen Antrieb der Welle erzeugt. In jedem Fall werden zwei Arbeitsteile im Maschinengehäuse rotierend bewegt mit entsprechend hohen Anforderungen an die Drehlagerung sowie auch Axiallagerung und mit einer erheblichen Leistungsbegrenzung in Bezug auf den Arbeitsdruck.
Bei einer anderen bekannten Maschine dieser Art (US PS 3,236,186) sind die beiden stirnseitig mit ihren Zähnen ineinander greifenden Teile in einem Gehäuse mit kugeligem Innenraum angeordnet, wobei im Zentrum eine kugelige Ausgestaltung an den Teilen die beim Rotierende entstehende Taumelbewegung der Teile zueinander ermöglicht. Auch hier besteht eine entsprechend hohe Anforderung an die Drehlagerung der Teile sowie deren Axiallagerung, so dass vor allem der Höhe des Arbeitsdrucks enge Grenzen gesetzt sind. Außerdem ist der Aufwand für die Herstellung derartiger konvex, bzw. konkav ausgebildeter Flankenflächen an den Zähnen der Stirnverzahnung außerordentlich aufwendig.
Bei diesen bekannten Pumpen oder Motoren zweigen konstruktionsbedingt die Zu- und Abfluss zu den Arbeitsräumen bildenden Kanäle radial zu den Arbeitsteilen ab, so dass hierdurch ebenfalls eine dem Leistungsdruck entsprechende Radialbelastung der Arbeitsteile vorhanden ist. Abgesehen davon bewirkt die Strömung des Mediums über die radialen Kanten der die Mündungen der Kanäle steuernden Kanten an den Arbeitsteilen eine entsprechende Abnutzung, die mit entsprechender Zunahme des Leistungsverlusts mit deren Betriebsdauer der Maschine ebenfalls zunimmt. Durch diese Abnutzung auch auf der Kugelfläche der Zähne findet in diesem äußeren Kugelbereich derselben eine Undichtheit von einem Arbeitsraum zum nächsten statt, wobei die ansonsten vorteilhafte geringe Überlappung der radialen Stirnseite der Zähne zu der gegenüberliegenden Kugelwand sich besonders nachteilig auswirkt.
Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Pumpe bzw. einen Motor für flüssige oder gasförmige Medien, nämlich eine diesbezügliche Maschine zu entwickeln, mit der auch wesentlich höhere Arbeitsdrücke der Medien ohne Nachteil verkraftbar sind und die ohne einen erheblichen Fertigungsaufwand herstellbar ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Die erfindungsgemäße Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und der Nebenansprüche 10, 13 und 15 hat den Vorteil, dass bei einfachem Aufbau und entsprechend geringen Kosten eine Maschine für hohe Arbeitsdrücke geschaffen wird, bei der vorteilhafterweise die bei den bekannten Maschinen sich durch Radialbelastung nachteilig auswirkenden Drücke nunmehr überwiegend in die leichter beherrschbare Axialrichtung umgeleitet werden. Durch das ortsfeste Anordnen der anderen dem Arbeitsteil gegenüberliegenden die Arbeitsräume begrenzenden Arbeitsfläche fallen auch Lagerkräfte eines zweiten Arbeitsteils weg, so dass lediglich das Arbeitsteil zur Welle hin auf der schiefen Gleitebene eine Lagerfläche aufweist und überwiegend nur die Welle eine Axiallagerung und nur in geringem Umfang auch eine bzw. im Speziellen nach Anspruch 15 keine belastete Radiallagerung aufweisen muss. Dem Rotieren der Welle entspricht dabei das Taumeln des Arbeitsteils. Infolge dieses Taumeins werden die Arbeitsräume beim Rotieren der Welle nacheinander verkleinert, bzw. vergrößert, wodurch die entsprechende Leistung der Maschine entsteht. Bei den bekannten insbesondere Drehkolbenmaschinen wie der Wankelmaschine oder auch einer Exzenterschneckenpumpe wird meist in einer Schnittebene gedacht, was zu Schwierigkeiten in der Vorstellung der erfinderischen Gestaltung führt. Entscheidend für die Erfindung ist, dass die ortsfeste Arbeitsfläche und die Arbeitsfläche des taumelnden Arbeitsteils einen guten Formschluss auch zu den Kugelflächen aufweisen, wobei eine Flächenstetigkeit besteht mit während der Arbeit bleibender Dichtigkeit, also unabhängig von der Axiallage des Arbeitsteils.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Mittelachse der ortsfesten Arbeitsfläche gleich der Drehachse der Welle. Hierdurch ist ein Optimum des Taumelantriebs erreichbar.
Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung geht die das taumelnde Arbeitsteil aufnehmende teilkugelige Innenwand in eine zylindrische Öffnung des Gehäuses über, deren Durchmesser dem Durchmesser des Arbeitsteils entspricht. Insbesondere wenn die Mittelachse der ortsfesten Arbeitsfläche achsgleich zur Welle angeordnet ist, ergibt sich einerseits eine günstige Auflagerung des Arbeitsteils auf der statischen Arbeitsfläche, aber auch eine die Arbeitsräume trennende große teilkugelige Überlappungsfläche zwischen Arbeitsteil und Gehäuse.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Arbeitsteil und gegenüberliegender, nicht mitrotierender Arbeitsfläche zentral eine gemeinsame teilkugelig ausgebildete Auflagefläche vorhanden, die ebenfalls zur radialen Begrenzung der Pumpenarbeitsräume dient. Auch hierdurch ist eine die Arbeitsräume trennende große Überlappung zwischen den kugeligen Auflageflächen gegeben mit entsprechenden Vorteilen für den Wirkungsgrad der Maschine. Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Zähne der einander gegenüberliegend angeordneten Stirnverzahnung als Zykloidenverzahnung ausgebildet mit Leistungsteil und Absperrteil mit einer zykloidischen Abwicklung der Lauffläche. An sich ist eine solche Ausgestaltung bekannt (DE 42 41 320), allerdings in einer Ausgestaltung, bei der die einander gegenüberliegenden Arbeitsflächen jeweils mitrotieren. Die Vorteile der zykloidischen Abwicklung bleiben jedoch erhalten, wenn nur, wie bei der Erfindung, eine Arbeitsfläche rotiert. Die Vorteile der zykloidischen Abwicklung als solche sind dem Stand der Technik entnehmbar.
Nach einer zusätzlichen in Anspruch 10 auch für sich geltend gemachten Ausgestaltung der Erfindung zweigen Zu- und/ oder Abflüsse aus den Arbeitsräumen als statische Kanäle von der ortsfesten Arbeitsfläche achssymmetrisch und vom Arbeitsteil ungesteuert ab. Hierdurch wird eine scharfe Steuerkante zwischen dem taumelnden Arbeitsteil und einer kugeligen Wand vermieden mit entsprechender Qualitätsverschlechterung bei an sich unvermeidbarer Abnutzung der Steuerkanten. Allerdings ist für manche Funktionssysteme eine zusätzliche Ventilsteuerung gewünscht, weshalb nach einer diesbezüglichen zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung in den statischen Kanälen steuerbare Ventile angeordnet sein können.
Nach einer zusätzlichen diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen als Ventile Plattenventile mit einem einen äußeren und einen inneren Ring aufweisenden Halteteil und mit zwischen den Ringen angeordneten, an einem der Ringe befestigten federnden Ventilplatten. Derartige Plattenventile sind äußerst günstig herstellbar und arbeiten in Art eines Rückschlagventils .
Nach einer zusätzlichen in Anspruch 13 auch für sich geltend gemachten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle zur schiefen Gleitebene in Bezug zu ihrem gelagerten Abschnitt hin einen vergrößerten Durchmesser auf, wobei in der dadurch in der Welle gebildeten Stufe als Zu- oder Abfluss dienende mitrotierende Kanäle verlaufen.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind den mitrotierenden Kanälen entsprechende Öffnungen in der Arbeitsfläche des Arbeitsteils vorhanden, die von den Mündungen der Kanäle in der schiefen Gleitebene gesteuert werden.
Nach einer alternativen in Anspruch 15 ebenfalls für sich geltend gemachten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle zur Weiterleitung der flüssigen oder gasförmigen Medien von und zu den Arbeitsräumen einen in der Welle verlaufenden Verbindungskanal auf, um radiale Belastungen der Welle durch die Fördermedien sowohl zum Gehäuse als auch zum Drehlager hin zu vermeiden. Besonders bei der Verwendung der Erfindung als Spaltrohrmotor spielt diese Ausgestaltung eine entscheidende Rolle, da nur durch radiale Entlastung der Lagerkräfte der Welle der Arbeitsdruck und damit der Leistungsbereich der Maschine entsprechend erhöht werden kann.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind am Boden der Arbeitsräume Öffnungen vorhanden, die zu einem zwischen schiefer Gleitebene und Rückseite des Arbeitsteils vorhandenen Sammelraum führen, wobei der Sammelraum radial nach außen geschlossen ist und unmittelbar zum Verbindungskanal führt. Hierdurch wird eine unmittelbare Verbindung zwischen Arbeitsraum und Verbindungskanal erzielt unter vollständiger Entlastung von Radialkräften an der Welle.
Nach einer zusätzlichen diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung sind an der Auflagerstelle zwischen der schiefen Ebene des Arbeitsteils und der Welle im Bereich der Mediumsdurchleitung zum Verbindungskanal hin
Materialverjüngungen vorhanden, um damit die sich bei der Bildung der schiefen Ebene ohne Massenausgleich ergebende einseitige Massenanhäufung durch Materialverjüngungen auszugleichen. Hierdurch wird vermieden, dass durch einseitige Massenanhäufungen im Bereich der schiefen Ebene an der Welle einseitige Radialkräfte entstehen.
Zusätzliche Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel mit Variante ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Zeichnung
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie A-A aus Fig. 2 einer Pumpe oder einem Motor für flüssig oder gasförmige Medien,
Fig. 2 eine Ansicht der Maschine aus Fig. 1 gemäß dem Pfeil B,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Maschine,
Fig. 4 einen Längsschnitt der Maschine entsprechend Fig. 1 mit einer ersten Variante des Arbeitsteils,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Arbeitsteil entsprechend dem Schnitt C-C in Fig. 6,
Fig. 6 eine Ansicht entsprechend dem Pfeil D in Fig. 5,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die der Ansicht D gegenüberliegenden Steuerfläche der Welle,
Fig. 8 einen Längsschnitt durch das Pumpengehäuse entsprechend der Linie E-E in Fig. 9,
Fig. 9 eine Ansicht des Pumpengehäuses aus Fig. 8 entsprechend dem Pfeil F5
Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Ventilplatte,
Fig. 11 die Ventilplatte aus Fig. 10 in perspektivischer Ansicht,
Fig. 12 eine zweite Variante des Ausführungsbeispiels und Fig. 13 die Welle aus dieser Variante in perspektivischer Ansicht.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt dargestellt, wie es dann auch in Fig. 3 in perspektivischer Ansicht gezeigt ist. Hierbei handelt es sich um eine Maschine, die je nach Einsatz als Pumpe oder Motor für flüssige oder gasförmige Medien einsetzbar ist, wobei, wie besonders Fig. 3 entnehmbar, der Querschnitt des Einbaugehäuses 1 zylindrisch ist, um die Maschine in entsprechende Bohrungen einsetzen zu können. Zur nicht dargestellten Bohrungswand hin bilden Rundschnurringe 2 die erforderliche Abdichtung des Einbaugehäuses 1, zu dem die Maschine aufnehmenden Teil, wie beispielsweise einer Rohrleitung aber auch einer Bohrung in einer diese Maschine aufnehmenden Vorrichtung. In diesem Einbaugehäuse 1 ist über ein Radiallager 3 eine Welle 4 drehbar gelagert, wobei über eine Blattfederung 5 und einen Sicherungsring 6 die Welle in axialer Richtung leicht belastet und entsprechend verschiebbar ist. Zur Dichtung dient ein Rundschnurring 7 zwischen Welle 4 und einem Gehäuseeinsatz 8, der sich über ein Axiallager 9 am Einbaugehäuse 1 abstützt und an dem die Blattfederung 5 angreift. Während des Rotierens der Welle 4 wird auch aus Reibungsgründen der Gehäuseeinsatz 8 mit Blattfederung 5 und Rundschnurring 7 mitgenommen, wobei der Gehäuseeinsatz 8 auf seiner dem Axiallager 9 abgewandten Stirnseite ein Labyrinth als Dichtung aufweist, welches teilweise in entsprechende Ausnehmungen des Einbaugehäuses greift. Im Einbaugehäuse 1 ist achsgleich mit der Welle 4 ein nicht mitrotierendes Arbeitsraumgehäuse 10 zentral angeordnet und über einen Rundschnurring 11 zum Einbaugehäuse 1 hin abgedichtet. Dieses Arbeitsraumgehäuse 10 nimmt einen Arbeitsraum 12 auf, der andererseits durch ein rotierendes Arbeitsteil 13 begrenzt wird. Die Welle 4 weist auf der dem Arbeitsteil 13 zugewandten Seite eine schiefe Gleitebene 14 auf, so dass ein Rotieren der Welle 4 zu einem Taumeln des Arbeitsteils 13 führt. Die der Gleitebene 14 abgewandte Stirnseite des Arbeitsteils 13 ist verzahnt in Art einer Zykloidenverzahnung, die entsprechend in eine am Arbeitsgehäuse 10 vorhandene statische Verzahnung in der gegenüberliegenden Wandfläche des Arbeitsraums 12 greift. Beim Rotieren des Arbeitsteils 13 innerhalb dieses ortsfest angeordneten Arbeitsraumgehäuses 10 vergrößern, bzw. verkleinern sich die Arbeitsräume 12, was zu der gewünschten Pump-, bzw. Motorwirkung führt. Hierbei berühren sich zur jeweiligen Pumpenraumbegrenzung die einander zugeordneten Zähne vom Arbeitsteil 13 und dem Arbeitsraumgehäuse 10 linienförmig.
Um eine Führung bei der Taumelbewegung zu erzielen ist das Arbeitsteil 13 in kugeligen Begrenzungen des es aufnehmenden Arbeitsraumgehäuses 10 geführt, nämlich in einem Teilkugelflächenabschnitt 15, der auch radial die äußere Begrenzung der Arbeitsräume 12 bildet und einem zentralen kleineren Teilkugelflächenabschnitt 16, der die Arbeitsräume 12 radial nach innen begrenzt. Beide Teilkugelflächenabschnitte 15 und 16 haben den gleichen Mittelpunkt M. Das Arbeitsteil 13 weist auf seiner der Fläche 16 zugewandten Seite ebenfalls eine entsprechende Teilkugelrundung 17 auf, sowie eine dem Teilkugelflächenabschnitt größeren Durchmessers 15 entsprechende Teilkugelrundung 18. Aufgrund dieser kugeligen Überlappung besteht nicht nur eine sehr günstige Verteilung der Axialkräfte von der Welle 4 auf das Arbeitsraumgehäuse 10, sondern es besteht auch eine äußerst günstige Trennung von Arbeitsraum zu Arbeitsraum bzw. von Arbeitsraum zu sonstigen Maschinenkanälen und dies insbesondere während des Betriebs, d. h. des Taumeins des Arbeitsteils 13.
Das Arbeitsraumgehäuse 10 ist über einen Schraubring 19 im Einbaugehäuse 1 befestigt, wobei zwischen Schraubring 19 und Arbeitsraumgehäuse 10 eine Ventilplatte 20 eingespannt ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ansicht B ist gezeigt, wie in dieser Ventilplatte 20 Anschlusskanäle 21 für das Arbeitsmedium zentralsymmetrisch um eine Achse X der Maschine angeordnet sind, die zu den Arbeitsräumen 12 führen. Die Achse X ist gleichzeitig die Drehachse der Welle 4 und geht entsprechend durch den Mittelpunkt M der Kugelflächen.
Zu den Arbeitsräumen 12 besteht eine Verbindung über Steuerkanäle 22 zu einem die Welle umgebenden Ringraum 23 für das Arbeitsmedium, wobei der Ringraum 23 je nach Einsatz als Zu- oder Abflusskanal dient. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht dieser Ringraum 23 über Radialkanäle 24 mit einem äußeren Ringraum 25 in Verbindung, wie besonders Fig. 3 entnehmbar ist. Beim Einbau der Maschine wird ein solcher Ringraum 25 dann in Überdeckung mit mindestens einem Kanal für das Medium gebracht.
Die in Fig. 4 dargestellte erste Variante des Ausführungsbeispiels weist lediglich einen Zapfen 26 am Arbeitsteil auf, der in eine Bohrung 27 der Welle gesteckt ist, wobei dieser Zapfen achsgleich zur Achse des Arbeitsteils verläuft. Im übrigen ist die Maschine genauso aufgebaut wie die in den Fig. 1 bis 3 Dargestellte.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen die Steuerung im Bereich der schiefen Gleitebene 14 nach dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1, wobei das Arbeitsteil 13 von den Arbeitsräumen 12 her Kanäle 28 aufweist, die in die Gleitebene 14 münden. Diese Kanäle 28 wirken mit den Steuerkanälen 22 auf der in Fig. 7 gezeigten Stirnseite der Welle 4 zur schiefen Gleitebene 14 hin zusammen. Die Welle 4 weist auf der der schiefen Gleitebene 14 zugewandten Seite einen größeren Durchmesser auf als auf ihrem gelagerten Abschnitt, so dass die Steuerkanäle 22 in der dadurch gebildeten Stufe angeordnet werden können und entsprechend zur Steuerung der Kanäle 28 in der schiefen Gleitebene 14 diesen gegenüber liegen. Wie in Fig. 6 gezeigt sind die Durchmesser Rl und R2 auf den die Kanäle 28 aufnehmenden Begrenzungskreisen nahezu die gleichen Durchmesser wie die der Kugelflächenabschnitte 15 und 16.
In den Fig. 8 bis 11 ist die Leitung des Mediums von oder zu den Arbeitsräumen 12 im Arbeitsraumgehäuse 10 gezeigt. Die Anschlusskanäle 21, die zu den Arbeitsräumen 12 hin- bzw. wegführen, sind durch die Ventilplatte 20 abgedeckt, auf der wiederum ein Ventilring 29 mit Federplatten 30 angeordnet ist, die die Anschlusskanäle 21 in Art eines Rückschlagventils steuern.
Bei der in den Fig. 12 und 13 gezeigten zweiten Variante sind, soweit sie sich entsprechen, die Bezugszahlen aus den Fig. 1 bis 11 übernommen und werden wie folgt ergänzt. In dieser Variante wird vor allem angestrebt irgendwelche an der Welle 4 angreifende Radialkräfte zu unterbinden. Aus diesem Grund wird die Leitung des Fördermediums statt radial abzuführen zentral durch die Welle geleitet und zwar durch einen dort vorgesehenen Verbindungskanal 31. Hierfür ist achsgleich mit der Achse X eine entsprechende Bohrung in der Welle 4 vorgesehen, die kopfseitig mit den Arbeitsräumen 12 und zwar über die schiefe Gleitebene 14 verbunden ist und die andererseits vorteilhafterweise die nunmehr als Spiralfeder ausgebildete Feder 5 aufnehmen kann, die zudem in einfacher Art im Vordruck verstellbar ist.
Wie der Fig. 13 entnehmbar ist, wäre in Folge der schiefen Gleitebene 14 die Massenanhäufung am Kopf der Welle 4 und insbesondere im Steuerbereich einseitig, so dass auch einseitige Radialkräfte entstehen würden. Erfindungsgemäß ist deshalb im Steuerbereich des Kopfes eine Ausnehmung 32 vorgesehen, so dass dadurch wieder ein Massenausgleich und damit einseitige Radialkräfte vermieden werden. Aufgrund eines verbleibenden Radialabschnittes 33 der schiefen Gleitebene wird vermieden, dass das über im Boden des Arbeitsteils 13 und dort vorgesehene Öffnungen 22 strömende Medium in ungewünschte Bereiche gelangt, vor allem zwischen den Kopf der Welle 4 und das Arbeitsraumgehäuse 10. Natürlich kann zur Verbindung der im Boden des Arbeitsteils 13 angeordneten Kanälen 28 (Fig. 5) zu der schiefen Gleitebene hin entweder im Arbeitsteil 13 oder in der ihm zugewandten schiefen Gleitebene 14 der Welle 4 eine radial außen vorhandene und eine Ausnehmung für das strömende Medium bewirkende Vertiefung vorgesehen sein.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Bezugszahlenliste Einbaugehäuse 31 Verbindungskanal
Rundschnurring 32 Ausnehmung
Radiallager 33 Radialabschnitt
Welle
Blattfederung
Sicherungsring
Rundschnurring
Gehäu seein satz
Axiallager
Arbeitsraumgehäuse
Rundschnurring
Arbeitsraum
Arbeitsteil schiefe Gleitebene
Teilkugelflächenabschnitt
Teilkugelflächenabschnitt
Teilkugelrundung
Teilkugelrundung
Schraubring
Ventilplatte
Anschlusskanäle
Steuerkanäle
Ringraum
Radialkanäle äußerer Ringraum
Zapfen
Bohrung
Kanäle
Ventilring
Federplatte

Claims

Ansprüche
1. Pumpe oder Motor für flüssige oder gasförmige Medien
- mit zwischen einander gegenüberliegenden, zu ihren jeweiligen Drehachsen symmetrischen Arbeitsflächen angeordneten Arbeitsräumen,
- mit jeweils einer Stirn Verzahnung auf den beiden Arbeitsflächen, deren einander zugeordnete Zähne mit radial verlaufenden ineinander greifenden Berührungslinien die Arbeitsräume (12) begrenzen,
- mit einem bestimmten entsprechenden Winkel zwischen den jeweiligen Achsen der beiden Arbeitsflächen,
- mit einem um seine Achse rotierbaren Arbeitsteil (13) mit Stirn Verzahnung zur Aufnahme einer der Arbeitsflächen,
- mit kugeliger Radialbegrenzung des Arbeitsteils (13) bzw. der Arbeitsflächen zur dichtenden Lagerung auf einer teilkugeligen Innenwand eines Gehäuses (10),
- mit radialer Begrenzung der Arbeitsräume, durch die das Arbeitsteil umgreifende teilkugelige Innenwand des Gehäuses auf der das Arbeitsteil um seine Achse taumelbar und auf den Wänden radial dichtend gelagert ist,
- mit rotierendem Antrieb, bzw. Abtrieb über eine Welle (4) und
- mit je einen Zu- und einen Abfluss zu den Arbeitsräumen (12) für das Medium bildenden Kanälen (21, 22), dadurch gekennzeichnet,
- dass zwischen Welle (4) und dem mit Stirnverzahnung und Arbeitsfläche versehenen Arbeitsteil (13) eine schiefe Gleitebene (14) angeordnet ist, so - dass ein Rotieren der Welle (4) zu einem Taumeln des Arbeitsteils (13), bzw. ein Taumeln des Arbeitsteils (13) zu einem Rotieren der Welle (4) führt und
- dass die andere dem Arbeitsteil (13) gegenüberliegende Arbeitsfläche (an 10), mit der Stirnverzahnung des Arbeitsteils (13) entsprechender Stirn Verzahnung, nicht mitrotierend und somit ortsfest im Gehäuse (10) angeordnet ist.
2. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (X) der ortsfesten Arbeitsfläche gleich der Drehachse der Welle (4) ist.
3. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das taumelnde Arbeitsteil (13) aufnehmende teilkugelige Innenwand (15) in eine zylindrische Öffnung des Gehäuses (10) übergeht, deren Durchmesser dem Durchmesser des Arbeitsteils (13) entspricht.
4. Pumpe oder Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine zylindrische Außenabmessungen für den
Einbau in Bohrungen oder Rohrleitungen aufweist.
5. Pumpe oder Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, zwischen Arbeitsteil (13) und Welle (4) auf der schiefen Gleitebene (14) ein Zapfen (26) angeordnet ist, der in eine entsprechende Führungsbohrung (27) des gegenüberliegenden Teils (Arbeitsteil oder Welle) greift (Fig. 4).
6. Pumpe oder Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (26) am Arbeitsteil (13) angeordnet ist.
7. Pumpe oder Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) einschließlich Arbeitsteil (13) in Richtung ortsfeste Arbeitsfläche nachgiebig (5) belastet ist und dass die Welle in einem Gesamtgehäuse drehbar und achsial verschiebbar gelagert ist.
8. Pumpe oder Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Arbeitsteil (13) und gegenüberliegender nicht mitrotierender Arbeitsfläche zentral eine gemeinsame kugelig ausgebildete Auflagefläche (16) vorhanden ist, die ebenfalls zur radialen Begrenzung der Pumpenarbeitsräume (12) dient.
9. Pumpe oder Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne der einander gegenüberliegend angeordneten
Stirnverzahnung als Zykloidenverzahnung ausgebildet sind, mit Leistungsteil und Absperrteil mit einer zykloidischen Abwicklung der Lauffläche.
10. Pumpe oder Motor insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zu- und/ oder Abflüsse aus den Pumpenarbeitsräumen
(12) als statische Kanäle (21) von der ortsfesten Arbeitsfläche achssymmetrisch und vom Arbeitsteil (13) ungesteuert abzweigen.
11. Pumpe oder Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die statischen Kanäle (21) durch im Arbeitsraumgehäuse (10) angeordnete Ventile (29, 30) steuerbar sind.
12. Pumpe oder Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Ventile Plattenventile dienen mit einem einen äußeren und einen inneren Ring (29) aufweisenden Halteteil und zwischen den Ringen angeordnet an einem Ring derselben federnd befestigten Federplatten (30).
13. Pumpe oder Motor insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) zur schiefen Gleitebene (14) hin einen vergrößerten Durchmesser aufweist und dass in der dadurch gebildeten Stufe als Zu- oder Abfluss dienende mitrotierende Kanäle (22) verlaufen.
14. Pumpe oder Motor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass den Kanälen entsprechende Öffnungen (28) in der Arbeitsfläche des Arbeitsteils (13) vorhanden sind und von den Mündungen der Kanäle (22) in der schiefen Gleitebene (14) gesteuert werden.
15. Pumpe oder Motor insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) zur Weiterleitung der flüssigen oder gasförmigen Medien von und zu den Arbeitsräumen einen in der Welle (4) verlaufenden Verbindungskanal (31) aufweist, um radiale Belastungen der Welle (4) zu dem sie aufnehmenden Gehäuse (1) oder Drehlager (3) zu vermeiden.
16. Pumpe oder Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden der Arbeitsräume Öffnungen (Kanäle 28 in Fig. 5 und 6) vorhanden sind, die zu einem zwischen schiefer Gleitebene (14) und Rückseite des Arbeitsteils (13) vorhandenen Sammelraums (32) führen, wobei der Sammelraum (32) radial nach außen geschlossen ist und unmittelbar zum Verbindungskanal (31) führt.
17. Pumpe oder Motor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auflagerstelle zwischen Arbeitsteil (13) und schiefer Gleitebene (14) der Welle (4) im Bereich der Mediumsdurchleitung zum Verbindungskanal (31) hin Material Verjüngungen zum Massenausgleich betreffend Rotierkräfte vorhanden sind.
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