JP2019503454A - 回転ピストンポンプ用のピストン - Google Patents

Abstract

この発明は、回転ピストンポンプに関し、この回転ピストンポンプは、ハウジングの内部空間を有するハウジングと、入口開口と、出口開口と、上記ハウジングの内部空間内において第１回転軸の回りに回転できるように取り付けられている第１回転ピストンと、上記ハウジングの内部空間内において第２回転軸の回りに回転できるように取り付けられている第２回転ピストンとを備え、上記第１および第２回転ピストンは、互いに係合し、液体を上記第１および第２軸の間の領域で液体を排出させ、上記第１回転ピストンはフレーム配置を有し、このフレーム配置は複数の互いに間隔を明けている板を有し、上記フレーム配置はポリマー材料で、少なくとも部分的に満たされ、少なくとも部分的に封止されている。

Description

この発明は、回転ピストンポンプに関し、この回転ピストンポンプは、ハウジングの内部空間を有するハウジングと、液体が上記ハウジングの内部空間に流入できる入口開口と、液体が上記ハウジングの内部空間から流出できる出口開口と、上記ハウジングの内部空間内において第１回転軸の回りに回転できるように取り付けられた第１回転ピストンと、上記ハウジングの内部空間内において第２回転軸の回りに回転できるように取り付けられた第２回転ピストンとを備え、上記第１および第２回転ピストンは、互いに係合し、液体を上記第１および第２軸の間の領域に液体を排出する。この発明の他のアスペクトは、上記形式の回転ピストンポンプ用の回転ピストンを製造する方法、および、上記形式の回転ピストンポンプ用の回転ピストンである。

回転ピストンは、主に低または高粘度の液体用に使用される液体用の搬送装置である。ここで、回転ピストンポンプは、２つの対向する回転ピストンが互いに間隔おいて離れている平行な軸の回りに回転し、そうすることで、２つの対向する回転ピストンは、各場合において、１つの回転ピストンの回転ピストンローブ（lobe）が他のピストンの２つの回転ピストンローブの間の回転ピストン窪みの中に係合するように、互いに係合するという原理に従って動作する。こうして、上記２つの軸の間の中心領域の液体は、上記互いの係合作用によって変位され、かつ、上記２つの回転軸の外側の２つの外側の周囲領域において、液体は上記入口から上記出口開口へ、上記回転ピストンの窪みによって形成された搬送室内に搬送される。そのとき、上記回転ピストンローブ、すなわち、その回転ピストンローブの先端は、上記ハウジング壁に対する上記回転ピストンの窪みのシールのいずれかの側に位置している。

ここで、回転ピストンポンプは、２つ、３つ、またはそれ以上の回転ピストンローブを有する回転ピストンを具備していてもよい。

１つの特定の用途では、回転ピストンポンプは、粒子が積まれた液体の搬送に使用される。粒子が積まれた（粒子が混合された）液体の搬送における問題は、種々のポンプ部品に生じさせられる高いレベルの摩耗である。回転ピストンポンプは、粒子が積まれた液体を搬送するのに、他の設計のポンプよりも、基本的にはより適している。しかし、回転ピストンポンプでも、ある場合には、摩耗のレベルが高くなる。

この摩耗は、回転ピストンポンプの間、または、回転ピストンローブの外端とハウジング壁との間に捕捉された粒子によって生じさせられ、これによって、ハウジング壁または回転ピストンの表面に刻み目または研削マークが生じさせる。

従来技術によると、回転ピストンポンプは、金属から製造されて、効率の良い搬送が低い漏れ率で可能であるような嵌め込み精度で製造される。粒子が積まれた液体の搬送の間の摩耗作用を軽減するために、回転ピストンに表面ゴム層を設けることが知られている。この方法の効果は、上記ゴム層のために、回転ピストンは、回転ピストンの間、または、回転ピストンローブとハウジング壁との間に捕捉された粒子が、そのゴム層の表面内に、その僅かな弾性または塑性変形によって、突き刺さり、この過程で永久、すなわち、深刻な損傷を受けることがないことを可能とするのに適した限度にあるという事実に基づく。この方法で、深いギザギザ、摩擦マークおよび他の摩耗効果の形成は防止され、粒子が積まれた液体を搬送する回転ピストンポンプの摩耗特性は改善される。

しかしながら、このような設計の回転ピストンポンプは、種々の問題のある作用を有する。第１に、このような回転ピストンポンプの動作する間に、特に、鋭いエッジまたは大きな粒子が積まれた液体が搬送されて、これらの粒子が回転ピストンのゴム層に複数回突き通る場合、上記ゴム層が剥がれ、回転ピストンから脱落することが観察される。このような比較的小さなあるいは大きなゴム層の層間剥離の例によって、第１にゴム層の保護効果が局所的に減じ、あるいは、完全に除去され、また、第２に、回転ピストンの間、および、回転ピストンとハウジング壁との間の所望のシール作用がもはや確実に達成されないから、ポンプ効率が減少する。回転ピストン上のゴム層の製造時に生じる収縮のおかげで、上記回転ピストンの高い精度および嵌め合いの正確さが、製造の観点から確実に管理できる収縮を呈する薄いゴム被覆を用いて特に達成される。しかしながら、ゴム層の層間剥離の問題は、ゴム層の厚さを増すことによって、肯定的に影響されるということが観察された。それ故、層間剥離効果に関する耐摩耗性は、ゴム層の厚さを増すことによって、増大できるけれども、これは、同時に、製造時の精度の管理容易性を減じて、回転ピストンの製造において排除率が増大し、あるいは、回転ピストンの嵌め合い精度が低下して、搬送効率の低下に帰着し、その意味で、最適化の問題がある。

この発明は、この最適化の問題内で、粒子が積まれた液体を搬送するための改良された回転ピストンポンプを提供するという目的に基づいている

この目的は、第１の回転ピストンが、複数の互いに間隔を明けた板を備えるフレーム配置（配列）を有し、そのフレーム配置がポリマー材料で、少なくとも部分的に充填され、かつ、少なくとも部分的に包まれている場合に、導入部で記載された形式の回転ピストンによるこの発明によって、達成される。

回転ピストンポンプの回転ピストンのこの発明による構造でもって、従来技術の課題は、回転ピストンの完全に異なる内部構造の実現によって克服される。より厚いあるいはより薄い厚さのゴム層が具備された金属コアの代わりに、上記回転ピストンは、フレーム配置（配列）としての複数の互いに間隔をあけた板によって構成される。上記フレーム配置は、ポリマー材料で少なくとも部分的に包まれ、かつ、少なくとも部分的に充填される。この発明により設計された回転ピストンは、駆動シャフトを受ける中心開口を別にして、上記回転ピストンは、空気で満たされない空所を有し、すなわち、その内部が板材料またはポリマー材料で満たされる。上記板は、好ましくは、それらが回転ピストンの回転軸に直角な平面と共に指向するように、配列される。上記板は、それ故、特に、対応する内側輪郭および対応する外側輪郭を有することによって、回転ピストンの横断面形状を定義している。上記内側の凹所は、例えば、多角形の断面形状またはトルクの確実な伝達ためのある他の形状によって、好ましくは、トルクを伝達するために設計されている。上記板は、回転ピストンの内側中心開口の形状を直接形成すること、すなわち、ポリマー材料の弾性的な影響を受けないで、駆動シャフトに関する回転ピストンの正確な角度位置を実現するために、上記回転ピストンの内側開口の領域でポリマー材料で被覆されていないことが特に好ましい。あるいは、上記回転ピストンは、駆動シャフトが挿入される内部に位置した開口または何らかの方法で駆動シャフトにトルクに関して固定的に連結される内部に位置した開口を有するハブを有してもよい。この場合、上記板は、ハブの外側形状に取り付けられてそれにトルクの観点で好ましくは固定的に締め付けられる内側中心開口を有する。上記板は、ハウジングの壁または他の回転ピストンとの接触という観点で、ハウジングと板との間の直接接触または板自身の間の接触がないために、上記回転ピストンの外面でポリマー材料で完全に被覆されるのがさらに好ましい。

上記板は、より高い剛性、すなわち、より低い弾性を有し、かつ、ポリマー材料よりも高い強度を有する材料から形成されるのが好ましいということは、基本的に、理解されるべきである。上記板は、ピストンの重量を減じるために、非金属材料、あるいは、少なくとも部分的に非金属材料を含む材料から製造されるのが好ましいかも知れない。

この方法で構成された回転ピストンであるならば、第１に、キャリア材料とポリマー材料との間に非常により安定な結合が、キャリア材料が複数の板からなるフレーム配置として提供されるというおかげで、達成されるというのが実情である。従来技術による回転ピストンの場合に、本発明者によって観察されたポリマー材料と金属コアとの間の境界層の損傷点から進行する剥離が、この発明による回転ピストンの構造の場合、もはや起こらない。それは、上記フレーム配置とポリマー材料との間の境界層が、ずっとより大きな領域を覆い、かつ、さらに実質的に軸方向と直角な表面で形成されているからである。半径方向の外方に向いた周方向の境界面に関して、この面の方向は、剥離や層間剥離に対してずっと抵抗力が大きくなる。さらに、この発明による回転ピストンの利点は、交差結合の工程の間のポリマー材料の収縮に抵抗するフレーム配置によって、優れた寸法的な安定性があるということである。ここで、この発明の状況において、交差結合とは、新たな化学結合の形成を介して分子が互いに結合すること、あるいは、第１のタイプのと別のタイプの化学結合との置き換えによる変更が行われる過程を意味するものと理解されるべきである。特に、このような交差結合とは、重合または加硫を意味していると理解すべきである。

この発明により探し求められている利点は別にして、この発明により設計された回転ピストンは、公知の形式の構造の回転ピストンよりも小さな重量を有し、それによってこの発明の回転ピストンポンプの全重量が従来の回転ピストンポンプと比べても減じられていることがさらに発見された。さらなる利点は、この発明による回転ピストンは、ポリマー材料のより大きな片のおかげで金属材料の使用を少なくして、製造がされて、材料コストに関して、製造コストが低減される。

第１の好ましい実施形態では、複数の互いに間隔を明けた板が互いに平行に指向しており、および／または、各場合で、２つの互いに間隔をあけて隣接している板の間の間隔は等しくされている。

回転ピストンを製造するために、また、これらの板の間の中間間隔が対応してポリマー材料で満たされるために、２，３，４，あるいはさらに多くの板が使用されることが基本的可能である。板からなるフレーム配置が好ましくはポリマー材料で完全に満たされ、かつ、好ましくは回転ピストンの外面がポリマー材料で完全に包まれているのに対して、駆動シャフトから回転ピストンへのトルク伝達の役目をする回転ピストンの内側の開口は、好ましくはポリマー材料で包まれていない。互いに、一様な間隔をもった上記板の上記指向によって、簡単な製造が、上記板の互いにシステマチックに等しい間隔によって、達成される。上記板の平行な指向は、その間に位置するポリマー材料の一様な厚さを生じ、したがって、重合や加硫や他の交差結合の結果としての回転ピストンの外側形状の歪みを回避する。さらに好ましい実施形態では、各場合において２つの板の間に設けられるスぺーサー要素が提供される。このスぺーサー要素は、板平面の上で予め定められた高さで延在し、かつ、板平面から離れる方向を向く端で、他の板と、具体的には隣接する板と接触している。そのスぺーサー要素は、好ましくは、板の一部の曲げ変形によって製造される。この発明による回転ピストンの生産は、特に、回転ピストンのフレーム配置を形成する複数の板が鋳型内に互いに定められた位置に位置させられ、それから、上記鋳型内にポリマー材料での充填・包み込みが遂行されることによって行われる。ここで、個々の板の間の隙間がスぺーサー要素によって形成され、または、板自身の形状によって、例えば、スぺーサー要素が板に形成されていることによって、あるいは、２つの板の間に挿入されるならば、有益である。２つの板の間の１つのスぺーサー要素がこの機能を行なって、複数の板を、互いに決められた間隔で、互いに対して決められた位置に位置させることは、基本的に可能である。ここで、回転ピストンの回転軸に対する板の位置が、例えば、回転ピストンのハブに対する対応する位置サポートによって、定められることもまた可能である。部分に分かれていない一体のスぺーサー要素に代えて、板を間隔を明けて位置決めを可能にする機能は、また、複部品スぺーサー要素、例えば、隣接する板の間に挿入されうる２，３，４またはそれ以上のスぺーサー要素片からなるスぺーサー要素によって遂行されてもよい。この場合、互いに関して定められた角度位置が、特に、互いに関する板の平行な指向が複部品スぺーサー要素によって達成されるように、少なくとも３つのスぺーサー要素片が好ましい。２つの板の間にスぺーサー要素を形成するスぺーサー要素片の数は、具体的には、２，３，４，５または６個のローブを有する回転ピストンの場合、夫々、２，３，４，５または６個のスぺーサー要素片から作られたスぺーサー要素の使用が対応して行われるように、ピストンの回転ローブの数に対応してもよい。

ここで、スぺーサー要素は、板の部分の曲げ変形によって製造されるのが特に好ましい。これは、板が冷間加工または熱間加工で生産される場合に、特に好ましいスぺーサー要素の製造方法である。ここで、特に、板の一側に形成されたウエブは、板の面に約９０°の角度になるように曲げられて、スぺーサー要素を構成するようにしてもよい。同様に、板の両側に連結されるウエブは、例えば、板の面の上にＶ字形状の輪郭で立ち上がって、スぺーサー要素を構成するように、板の面から変形される。

さらに好ましい実施形態では、上記板が金属材料から製造されたシートであり、および／またはポリマー材料が復元力のある弾性材料であるようにされる。シートの形の金属材料から板の提供は、板の形の半仕上げ状態の部分の材料から板が打ち抜きまたはレーザでカットされることによって、特に、安価な製造を可能にし、かつ、上記シートの対応する部分、または対応する複数の部分を冷間加工によってスぺーサー要素の提供を可能にする。上記ポリマー材料は、特に、ポリマー材料の損傷をすることなく、小片の弾性的な入れ込み（刻み目）に耐えることができる復元力のある弾性材料であることができる。この発明の回転ピストン用にこのようなゴムの特性と同様な特性を有する他の材料が使用できるけれども、これらは、特に、加硫処理によって製造された自然ゴムに基づくポリマー材料であると理解されるべきである。

上記ポリマー材料は板の互いに整列された開口を通して、交差結合状態で挿入されている予め製造されたポリマー部品と、ポリマー材料片とによって形成されるのがさらより好ましい。上記ポリマー材料片は、流動状態で、上記板と上記予め製造されたポリマー部品とを流動状態で少なくとも部分的に包み、その後、交差結合されて固体状態を呈している流動できるポリマー材料によって形成されている。この実施形態では、上記ポリマー材料は２つの違った片により形成されている。第１の片は、予め製造されていて既に交差結合されている部品であって、この部品は、板を組み合わせた後、上記板の対応する開口に通されている。上記予め製造されたポリマー部品は、それから、第２のポリマー材料片で包まれ、それによって、板に対するその位置に固定される。上記２つの片は、１つのまとまりのあるポリマー構造を形成している。この方法で形成された回転ピストンの有利な点は、第１に、回転ピストン内に大きなポリマー材料片が実現できることであり、第２に、フレーム配置内の大きなポリマー材料片の交差結合によって回転ピストンが製造されて、したがって、あまり正確に予期できない大量の収縮を呈するという状況を回避できることである。代わりに、既に交差結合されたポリマー部品が、フレーム配置内の大部分の容積をポリマー材料で満たすために使用される。それから、上記フレーム配置内の小さな体積の片のみが流動できるポリマー材料で満たされ、包まれ、それから、そのポリマー材料は交差結合し、その工程で、収縮をする。ここで、上記予め製造されたポリマー部品と上記ポリマー材料片とは同じ材料であるのが特に好ましい。それによって、上記ポリマー部品とポリマー材料片との間の特に優れた結合と、ポリマー材料片がポリマー部品を包むことが達成されるならば、特に好ましい。さらに、複数の予め製造されたポリマー部品は、また、１つの回転ピストンに使用されてもよいことが理解されるべきである。例えば、上記板は、周方向に配分された複数の開口を有し、板が、例えば、スポークを有する車輪と同様の横断形状を有し、それによって、スポークの間に形成された複数の空所が対応した形状を有するポリマー部品によって満たされるようにするのが好ましい。

さらに好ましい実施形態では、上記ポリマー材料と板との間の機械的な結合が、接着剤の結合によって、ポリマー材料で満たされた板の開口間の確実な固定によって、あるいは、板とポリマー材料とを一緒にクランプするクランプ要素による非確実な固定結合によって、形成される。この発明による回転ピストンの構造において、ポリマー材料と、板すなわちフレーム配置との間の結合を実現するために利用できる３つの主な機構が基本的にある。接着性の結合を強化あるいは生成するために、フレーム配置は、ポリマー材料の追加の前に、ポリマー材料と異なるプライマーまたは接着剤で被覆されるようにして、接着性の結合は、ポリマー材料と板との間で直接実現されてもよい。この接着性の結合は、このようなゴム-金属要素のゴムと金属部との間の振動減衰部におけるゴム-金属要素に使用される接着性の結合に特に対応するかも知れない。さらに、板の開口とポリマー材料との間の確実な固定は、開口により達成される。例えば、穴を有する板要素などのような他の構造もまたこのような確実な固定効果のために有益である可能性があるけれども、上記板の開口は、既に議論したスポークを有する車輪の形の板構造の態様で、この目的のために意図的に与えられる。最後に、板とポリマー材料との間の非確実な結合もまた可能である。すなわち、板とポリマー材料との間の摩擦力により達成される接着が行われる。この摩擦力のために要求される通常の力は、例えば、回転ピストンの外板の間に設けられ、板平面に直角なねじであって、２つの外側の板を軸方向に一緒に押圧するねじによって、板とポリマー材料とをクランプすることによって得られる。これらの結合機構の１つ、または、これらの結合機構のいくつかが、板とポリマー材料との間の結合を生じるように作用することが基本的に可能である。

上記第２回転ピストンが、互いに間隔を明けた複数の板を備えるフレーム配置を有し、そのフレーム配置が少なくとも部分的にポリマー材料で満たされ、かつ、少なくとも部分的にポリマー材料で包まれているのがさらにまた好ましい。この実施形態では、上記第２回転ピストンは、第１回転ピストンと同様に、複数の板からなるフレーム配置とポリマー材料とから構成されている。上記回転ピストンポンプの第１および第２回転ピストンは、構造的に同一であり、かつ、上記第２回転ピストンは、先に議論された複数の実施形態に対応して設計されてもよいということは、基本的に理解されるべきである。

上記第１および／または第２回転ピストンは、板内において、ポリマー材料で満たされていない開口によって形成されている内部に位置する非円形の開口を有し、かつ、第１および第２回転ピストンは、夫々、上記開口に配置された第１および第２シャフトに回転可能に取り付けられているならば、さらに好ましい。上記回転ピストンのこのような凹所すなわち開口は、上記開口に対応する合同なシャフトに確実に固定する態様で回転ピストンが配置され、かつ、上記シャフトによって回転されるように据え付けられることを可能にする。あるいは、上記板は、例えば、非確実な固定または確実な固定の態様で、シャフトに固定されたハブに確実に固定する態様で、固定されてもよい。上記凹所すなわち開口は、上記フレーム配置の板の凹所すなわち開口に対向して形成される。結果として、この凹所は、駆動シャフトからフレーム配置へのトルクの伝達を行う。このように、例えば、多角形の凹所が板すなわち回転ピストンに設けられることが可能である。特に好ましいのは、６角形の開口であり、それは６角形のシャフトまたはハブと相互作用をする。しかしながら、確実な固定を行う他の実施形態では、円形凹所に例えばキー溝を設けることが基本的にまた可能である。そのキー溝は、確実な固定を行うために、シャフトまたはハブの対応する円筒部に、対応する平行キーとともに設けられる。２つの回転ピストンが駆動シャフトにトルク伝達様式で連結され、かつ、２つの回転ピストンが互いに独立に、しかし、同期して駆動されるように、上記駆動シャフトが外部のギアによって同期されるのが基本的に好ましい。他の実施形態では、２つの回転ピストンのうちの一方だけが、シャフトによってトルク伝達様式で連結され、かつ、駆動され、他方の回転ピストンは、その他方の回転ピストン自体はシャフトによって駆動されないで、前者（一方）の回転ピストンとの係合によって同期回転するようにされるようにするのが可能である。このような他方の回転ピストンは結果として単に回転可能に取り付けられねばならなく、ここで、シャフトとトルクの伝達しない円形凹所が可能である。

さらに好ましい実施形態では、第１および第２回転ピストンが、少なくとも２つの回転ピストンローブを有し、それらの回転ピストンローブは回転ピストンの外周面に沿った螺旋で延びており、かつ、上記板は少なくとも２つの回転ピストンローブに対応する形状を持つようにされる。そこにおいて、上記複数の板の全ては、幾何的に同一であり、螺旋の輪郭は、駆動シャフトまたはハブの非円形で螺旋形で延びている外側輪郭によって実現されている。上記駆動シャフトまたはハブは、上記板の中心凹所で確実な固定嵌合を有し、あるいは、上記複数の板は少なくとも２つの組に分けられ、それらの組は、直線的または非円形の外側輪郭を有するシャフトまたはハブに押し付けられ、かつ、１つの組内の板は、対応する形状を有し、かつ、２つの違った組の板は互いに違った形状を有していて、中心開口の非円形の輪郭と回転ピストンローブとの間の角度位置は、２つの違った組の板の間で違っている。

回転ピストンローブは、回転ピストンの回転軸と平行な軸方向に向いた線に沿って延びることが基本的に可能である。このような直線的に延びる回転ピストンローブを有する回転ピストンポンプは、搬送動作の間に脈動を示す。この脈動は、回転ピストンローブとハウジングの壁との間を形成する搬送室の規定された搬送により生じる。対照的に、回転ピストンローブが螺旋に捩られた線に沿って延びるならば、搬送の脈動は減じられ、あるいは、完全に除去される。この設計は、この設計の場合、回転ピストンローブとハウジングの壁との間の密封が確実に達成されるから、２つ以上の回転ピストンローブ、すなわち３，４，あるいは複数のローブの回転ピストンローブを有する回転ピストンについて、特に好ましい。回転ピストンの輪郭は、フレーム配置によって回転ピストンローブ内にある限り、予め定められるならば好ましい。この場合、好ましい実施形態では、フレーム配置は複製でなければならなく、回転ピストンローブの螺旋形を示さなければならない。これは、この発明によれば、２つの代替の実施形態により達成される。第１に、回転ピストンのフレーム配置を形成する板は、幾何的に同一であってもよい。しかしながら、１つの板で複製される上記回転ピストンローブは、その板に隣接した板の同じ回転ピストンローブの複製のそれに関して、２つの板の間隔をもって螺旋の勾配から計算された予め定められた角度だけ、オフセットしていなければならないから、この場合、上記板は、上記駆動シャフトに互いに角度オフセットをもって配列される。同一の板が使用される場合、これは、駆動シャフトの螺旋の側面で回転非対称の輪郭を有する外側輪郭、または、同様のハブによって達成される。駆動シャフトまたはハブの外側輪郭のこのような側面は、上記外側輪郭の螺旋の側面が、回転ピストンにおいて対応して合同にして複製されるように、フレーム配置の複数の板が同一の設計であり、回転ピストンにおいて互いに関して１つの角度オフセットをもって配列されることを可能にする。このような配置の結果は、回転ピストンローブの螺旋形の側面であり、上記回転ピストンローブの螺旋の勾配は、駆動シャフトまたハブの外側輪郭の勾配に対応している。この実施形態の有利な点は、同じ板を使用できることであり、それの安価な大量生産の状況を可能にする。

この実施形態の1つの代わりとして、この発明による設計に従って回転ピストンのフレーム配置を製造するために、2つまたはそれ以上の組の板が設けられることも可能である。この実施形態の場合、上記駆動シャフトまたはハブは、非円形の外側輪郭を有するが、その外側輪郭は直線形であり、すなわち、上記駆動シャフトの長手軸に平行であり、結果として、螺旋形の輪郭を有さない。さて、異なる形状の板は、上記駆動シャフトまたはハブに押圧されている。そこにおいて、上記複数の板は、その複数の板の中心凹所の非円形輪郭に関して上記回転ピストンローブの角度位置が互いに異なっている点で、異なる。このことは、例えば、螺旋で延びている回転ピストンローブについての以下の製造工程と取り組みを可能にする。回転ピストンは、3つのローブの回転ピストンとして設計されていて、すなわち、各板は、３つの回転ピストンローブを有し、それらは１２０°の角度だけ互いにオフセットしている。上記第１の組の板には、中心の円形凹所にキー溝が設けられており、このキー溝は、回転ピストンローブに関して零の角度位置にある。第２の組の板は、回転ピストンローブに関して４０°のキー溝の角度位置を有する。第３の組の板は、キー溝と回転ピストンローブとの間に、８０°の角度位置を有する。それから、この回転ピストンのフレーム配置は、第１の組の板、第２の組の板、第３の組の板、それから、次々に、第１の組の板、続いて、第２の組の板、第３の組の板によって構成されてもよい。各場合に、板は、板のキー溝が互いに一列に並ぶように、互いに関して順次整列されている。これは、この場合、総数６個の板によって定義される回転ピストンローブの螺旋を生じる。この実施形態の利点は、駆動シャフトとハブの簡単かつ安価な製造ができることであり、それらは、外周面にキー溝または６角形の外面を有する従来の円柱形のシャフトとハブとして設計され得る。

この発明のさらなるアスペクトは、回転ピストンポンプ用の回転ピストンを製造する方法であって、複数の互いに間隔をあけて離れている板を提供することによってフレーム配置を形成するステップと、上記板を流動できる状態のポリマー材料で少なくとも部分的に包むステップと、上記ポリマー材料を交差結合することによって上記フレーム配置とポリマー材料との間に結合を生じるステップとを有する方法である。

この方法は、安価な製造方法として好適であり、高い嵌め込み精度と、目的にかなった摩耗および剥離特性とを達成しながら、回転ピストン用の大きな金属材料片を回避している。ポリマー材料は、例えば、機械的に固体の形態に変えられ、そして、加硫によって、フレーム配置と接着結合された自然ゴムに基づくゴム材料のように、特に、復元力のある弾性材料から作られている。この方法は、上記板に形成されたスぺーサー要素によって互いに平行に位置している複数の板によって特徴づけられてもよい。

上記板が金属シート材料から製造され、スぺーサー要素が、上記金属シートの１つまたは３つの部分が曲げられることによって、２つの板の間に形成されるならば、さらにまた、好ましい。

上記フレーム配置の形成の前に、ポリマー材料の第１の片の交差結合によってポリマー部品を予め製造し、上記予め製造したポリマー部品を上記板の互いに一列に整列された開口内に配置し、流動できるポリマー材料の状態のポリマー材料の第２の片で上記板とポリマー部品とを少なくとも部分的に包み、上記ポリマー材料の上記第２の片が固体状態を呈するように上記ポリマー材料の第２の片を交差結合すなわち硬化することによって、上記ポリマー材料が製造されていることによって、上記方法は、さらに特徴つけられてもよい。

この発明のさらなるアスペクトは、回転ピストンポンプ用の回転ピストンであって、複数の互いに間隔をおいて離れている板を備えるフレーム配置によって特徴つけられており、上記フレーム配置は、ポリマー材料で少なくとも部分的に満たされており、少なくとも部分的に包まれている。上記回転ピストンは、第１に安価であり、第２に高い嵌め込み精度を呈し、特に、摩耗、摩滅およびポリマー材料のフレーム配置からの剥離に対する抵抗力がある。上記回転ピストンは、この発明による回転ピストンポンプに使用される回転ピストンに関して上述されたようにさらに定義されてもよい。さらにまた、上記回転ピストンは、上述の形式の方法に従って製造されることによって定義されてもよい。

図１は、この発明によるロータリピストンの正面から斜めに見た斜視図を示す。 図１aは、ポリマー材料が無い状態での図１による図を示す。 図２は、図１による実施形態の側面から斜め方向にみた斜視図を示す。 図２aは、ポリマー材料が無い状態での図２による図を示す。 図３は、図１による実施形態の正面図を示す。 図３aは、ポリマー材料が無い状態での図３による図を示す。 図４は、図１による実施形態の側面図を示す。 図４aは、ポリマー材料が無い状態での図４による図を示す。 図５は、図１による実施形態のハブ本体の側面から斜めに見た斜視図を示す。 図６は、図１による実施形態のフレームシートの正面図を示す。 図７は、図１による実施形態のフレームシートの斜視図を示す。 図８は、図１による実施形態のスぺーサー要素の正面図を示す。 図９は、図１による実施形態のスぺーサー要素の斜視図を示す。

この発明の好ましい実施形態が添付の図面に基づいて説明される。

好ましい実施形態として、螺旋に沿う捩れ回転ピストンローブ（lobe）４１，４２，４３を有する３ローブ回転ピストンが示されている。この発明は、真っ直ぐな回転ピストンローブまたは捻れ回転ピストンローブ、または、これらと異なる幾何学的形状を有する回転ピストンローブを有する回転ピストンポンプに適用でき、かつ、２，３，４，５またはそれ以上の回転ピストンローブを有する回転ピストンのために使用できることは、基本的に、理解されるべきである。

この発明による回転ピストンは、典型的には金属材料から製造された回転ピストンハブ１０を有する。この回転ピストンハブは、平行キーによって駆動シャフトにトルクの伝達の点で固く連結するための溝１１を有する円筒形の内周の幾何学形状を有する。また、上記シャフトからハブにトルクを伝達するのに適した他のシャフトーハブ連結、例えば、多角形シャフト、その多角形シャフトは、多角形のハブの対応する内周幾何学形状と相互作用をするもの、非確実固定結合によってシャフトをハブに結合する円錐接合、およびシャトとハブとの間の噛合結合等が一般的に言って使用されてもよい。上記回転ピストンハブは、３個の回転ピストンローブ４１〜４３によって囲まれている。上記３個の回転ピストンローブは、１２０°ピッチで回転ピストンハブの周囲に配置されており、かつ、上記回転ピストンハブの軸方向において螺旋に沿って周方向に略６０°で捩れている。脈動の無い動作、漏れの無いポンプ作用、回転ピストンの全回転位置におけるポンプによる逆流の防止を達成するために、捩れの程度を表す数値は、上ローブの数に依存する態様で選択されるということは基本的に理解されるべきである。したがって、２個のローブピストンの場合、９０°のローブの捩れであり、３個のローブピストンの場合、６０°のローブの捩れであり、４個のローブピストンの場合、４５°のローブの捩れであり、一般的に、ローブの捩れは、固執すべきではなく、または、超過すべきでないが、１８０°をローブの数で割った数である。

上記回転ピストンローブは、それらの側面と、先端および端面との両方がポリマー材料によって被覆されている。また、上記ポリマー材料は、上記回転ピストンローブの内部空間内に部分的に形成されており、その正確な構造は後に詳細に議論されるだろう。

ポリマー材料として、弾性力のある弾性材料が使用されるのが好ましい。その弾性材料は、特に、加硫によって硬化されたゴム材料であることができる。

図１ａ，２ａ，３ａおよび４ａは、上記回転ピストンローブと回転ピストンハブとの間のトルクの点で結合の剛性を生じる役目をするフレーム構造を示している。上記フレーム構造は、複数のフレームシート２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ・・・を備え、それらのフレームシートは、回転ピストンの軸横断面における横断の輪郭に基本的に対応するが、その横断の寸法よりも小さな寸法である。各フレームシートは、結局、３個のローブ２１，２２，２３を有し、それらは互いに１２０°のピッチで配置されている。さらに、各フレームシートは、中心凹所２４を有し、これに関して、図６および７を参照。上記中心凹所は、上記フレームシートと回転ピストンハブとの間のトルクの点で固定された結合を生じるように設計されている。好ましい実施形態においては、これは、実質的に円形であり、周方向に配置された３個の溝２５を有する凹所によって達成される。これらの溝は、３つのウエブ１２，１３，１４と確実に固定する仕方で相互に作用し、これらのウエブは、図５に示すように、回転ピストンハブの外面に、上記溝に調和して形成されている。フレームシートと回転ピストンハブとの間のトルクに関して固定された結合は、種々の方法で提供されるということは、一般的に理解される。ここに図示された実施形態に代えて、また、１個の溝と、それに対応する１個のウエブとが形成された実施形態、あるいは、歯などで実行される他の結合形式の実施形態もまた可能である。図示の実施形態の場合、上記フレームシートにおける溝の周方向の長さは、約６０°になり、フレームシートにおける中心凹所の周方向の３つの後退する部分と中心凹所の周方向の３つの突出する部分との均一な配分を生じている。ここで、回転ピストンローブ間の領域においてフレームシートの適切な材料の利用と薄形を可能にするために、上記溝状の凹所は、各場合に、回転ピストンローブの領域に配置されている。

さらに、各フレームシートは、各回転ピストンローブの円形凹所２６，２７，２８を有する。それ故、この発明による回転ピストンのフレームシートは、回転ピストンの外側の輪郭と、回転ピストンハブとの直接接触で形成されると共に、トルクに関して固定された結合とを予め形成しながら、材料の最大限の節約を呈するように設計されている。

図５から分かるように、上記回転ピストンハブの周面に沿って軸長手方向において、上記ウエブ１２，１３，１４は上記回転ピストンローブの螺旋の側面に対応する螺旋に沿って延びている。その結果として、好ましい実施形態による回転ピストンの内側フレームは、対応する設計の全てである複数のフレームシートから造られている。この好ましい実施形態は別として、この発明の回転ピストンによる他の改良は、また、ある用途に適すると考えられ、有利であるということである。例えば、ウエブが回転ピストンハブの軸長手方向に直線的に形成されている１実施形態に有利である。図６，７に示されたフレームシートに関連して、この改良は、真っ直ぐな回転ピストンローブを有する回転ピストンを生じる。さらに、真っ直ぐなウエブが形成されている上記形式の回転ピストンハブの場合、回転ピストンローブの螺旋の輪郭は、交互に使用される違った設計のフレームシートによって達成され得る。この場合、この違った設計は、一方における溝２５と、他方における回転ピストンローブ部２１，２２，２３との間の角度のオフセットは、フレームシートの違った具体例では違っているという点にある。ここで、上記角度の違いは、螺旋の輪郭に沿った回転ピストンローブの所望の傾きと、回転ピストンハブのフレームシートの軸方向の間隔とから生じる。

特に、図２ａ，４ａから明らかに分かるように、この発明による回転ピストンは、計１０個のフレームシートから作られている。これらのフレームシートは、回転ピストンの全軸方向の長さに亘って一様な間隔で軸方向に離れるように、回転ピストンハブの上に配列される。各場合において、２つの隣接するフレームシートは、１つのスぺーサー要素を形成する３つのスぺーサー要素片３０によって、互いに位置決めされている。この３つのスぺーサー要素片３０から作られているスぺーサー要素に代えて、ある用途の場合、例えば、ウエブ等によって３つのスぺーサー要素片が互いに連結されることによって、それは、組立工程の簡略化と、スぺーサー要素が一体に作られるということとのために、有利である。

スぺーサー要素片３０は、図８および９に示されている。これらの図から分かるように、上記スぺーサー要素片３０は、実質的にリング形状の本体を有し、その本体は、中心に軸方向の凹所３１を有する。上記スぺーサー要素片３０の一側には、回りを取り囲む肩３２が形成されている。上記肩３２に外径は、上記フレームシートにおける円形の凹所２６，２７，２８の内径よりも僅かに小さく、それによって、上記凹所内においてスぺーサー要素片３０の中心を合わせた位置決めをして確実に固定することを可能にしている。反対側において、上記スぺーサー要素片に、平らな端面が形成されている。この代わりのものとして、反対側に回りを取り囲む対応する肩を形成することが基本的に可能であり、この肩は、２つの隣接するフレームシートの互いに関する正確な位置決めを実現する。スぺーサー要素片が回転ピストンのために真っ直ぐな回転ピストンローブと共に使用されている場合には、この２つの端側の肩は、この場合、互いに同軸であってもよい。上記スぺーサー要素片が回転ピストンローブの螺旋の輪郭と共に回転ピストンのために使用される場合には、上記肩には、互いに関して、対応する偏心したオフセットが形成されるべきである。

さらに、各スぺーサー要素片３０は、ひとつの周方向の部分において、丸められた窪み３３を有する。その窪みの半径は、回転ピストンハブの外面の半径に対応する。上記スぺーサー要素片は、回転ピストンハブの上に直接置かれて相対回転に対して固定されるように、この方法で位置決めされる。

この発明による回転ピストンは、複数のフレームシート２０を備える１つのフレームによって作られており、各場合において、２つの隣接するフレームシートの間に、３つのスぺーサー要素片３０がある。この構造によって、頑丈なフレーム構造が与えられ、この構造は、回転ピストンローブの輪郭を形成し、回転ピストンハブへの確実な固定をする結合を呈する。上記フレームシートは、好ましくは、金属材料から製作されるということは理解されるべきである。上記スぺーサー要素片は、好ましくは、ポリマー材料から生産される。

上記回転ピストンハブと共にこの方法で製造されたフレーム構造は、その後、ポリマー材料で充填され、包まれる。この充填および包み工程では、特に、３つの既に硬化された、例えば、加硫されたポリマーの紐がフレームシートの開口２６，２７，２８に挿通される。上記開口の内径よりも僅かに小さい外径を有する弾性的に変形できるポリマー材料が、上記開口が互いにずらされている螺旋の輪郭に従うことができるというこの目的のために、使用されるということは，特に有益である。あるいはまた、予め製造された加硫可能なポリマーの紐が開口の中に挿入されることが可能であり、この場合、このポリマーの紐の加硫は、ポリマー材料の残りで被覆、つまり、包み込みの続く加硫の間に行われる。

これに続いて、予め製造されたポリマーのかけらをもって、このように準備されたフレーム構造は、液体ポリマー材料で封入し、包まれる。それによって、上記フレーム構造内の空所は、完全に満たされる。既に硬化され、交差結合（架橋）されたポリマー材料の大きな体積のかけらによって、その交差結合の行程の間に、ポリマー材料の収縮は殆ど起こらない。特に、上記液体ポリマー材料での二段階の封入は、第１の封入工程でフレームシートの外縁まで、または、外縁の僅か下まで充填を実行し、続く第２の封入工程でフレームの包み込み状態で完全な外側輪郭を実現するという順序正しい時間オフセットの態様で遂行されることがまた可能である。上記材料の厚さは、回転ピストンの使用状態および全体の大きさに基本的に依存する。例えば、少なくとも５ｍｍの厚さのポリマー材料が、フレームシートの外縁と回転ピストンの外側輪郭との間に設けられてもよい。

その構造のために、この発明による回転ピストンは、高いトルクを受けることができる剛性の高い構造を有する。同時に、金属材料のかけらを著しく減ずることができる。それによって、回転ピストンの重量と値段の高い初期材料をかなり減少される。同じ部品の使用によるモジュール方式が可能になるために、回転ピストンの製造が非常に単純化される。したがって、例えば、ハブに形成された違った勾配のウエブまたは長さを有する違った回転ピストンハブによって、違った傾きの回転ピストンローブまたは違った長さを有する回転ピストンをモジュール方式で生産することが可能である。

Claims (21)

1. ハウジング内部空間を有するハウジングと、
   上記ハウジング内部空間に液体が流入できる入口開口と、
   上記ハウジング内部空間から液体が流出できる出口開口と、
   上記ハウジング内部空間内で第１回転軸の回りに回転するように据え付けられた第１回転ピストンと、
   上記ハウジング内部空間内で第２回転軸の回りに回転するように据え付けられた第２回転ピストンと
   を備え、
   上記第１回転ピストンと上記第２回転ピストンとは互いに係合し、上記第１回転軸と第２回転軸との間の領域に液体を排出する回転ピストンポンプにおいて、
   上記第１回転ピストンは、複数の互いに間隔をあけて離れた板を備えるフレーム配置を有し、
   上記フレーム配置は、ポリマー材料で少なくとも部分的に充填され、かつ、少なくとも部分的に包まれていることを特徴とする回転ピストンポンプ。
2. 請求項１に記載の回転ピストンポンプにおいて、
   上記板は、上記ポリマー材料とは異なる材料から形成されており、好ましくは金属材料から製造されたシートであり、または、
   上記ポリマー材料は、上記板とは異なる材料から形成されており、かつ、好ましくは、延び縮みする弾性材料であることを特徴とする回転ピストンポンプ。
3. 請求項１または２に記載の回転ピストンポンプにおいて、
   上記複数の互いに間隔をあけて離れた板は、互いに平行であり、方向つけられており、および／または
   ２つの互いに間隔をあけて離れた板の間の間隔は、各場合において、等しいことを特徴とする回転ピストンポンプ。
4. 請求項１から３の１つに記載の回転ピストンポンプにおいて、
   上記板を互いに予め定められた間隔に保つスぺーサー要素によって特徴つけられる回転ピストンポンプ。
5. 請求項４に記載の回転ピストンポンプにおいて、
   上記スぺーサー要素は、上記板とは別の部品であり、各スぺーサー要素は、少なくとも２つの板に対応するための少なくとも２つの板隣接面を有し、
   好ましくは、各板隣接面は、２，３またはより多くの互いに整列され、かつ、互いに間隔をあけて離れた板隣接面部から作られていることを特徴とする回転ピストンポンプ。
6. 請求項４または５に記載の回転ピストンポンプにおいて、
   各スぺーサー要素は、対応する少なくとも２つの板にための少なくとも２つのスぺーサー要素隣接面を有し、
   好ましくは、各スぺーサー要素隣接面は、２，３またはより多くの互いに整列され、かつ、互いに間隔をあけて離れたスぺーサー要素隣接面部から作られており、
   各場合において、２つの隣接した板は、上記スぺーサー要素隣接面を介して互いに直接接触していることを特徴とする回転ピストンポンプ。
7. 請求項２および請求項４から６の１つに記載の回転ピストンポンプにおいて、
   上記スぺーサー要素は、上記ポリマー材料とは異なる材料から形成されており、特に、上記ポリマー材料の熱膨張係数の７５％よりも少なく、好ましくは５０％よりも少ない熱膨張係数を有し、
   上記スぺーサー要素は、上記板とは異なる材料から形成されており、および／または
   上記スぺーサー要素は、ポリマー材料から形成されていることを特徴とする回転ピストンポンプ。
8. 請求項４に記載の回転ピストンポンプにおいて、
   上記スぺーサー要素は、上記板に一体に形成されており、特に、各場合において、１つのスぺーサー要素は、各場合の１つの板に一体に形成されており、
   各板は少なくとも１つの、好ましくは３つのスぺーサー要素隣接面を有し、それらのスぺーサー要素隣接面は、上記板平面から予め定められた高さに位置しており、かつ、上記板平面から離れる方向を指し示しているそれら端で、もう一つの板、具体的には、隣接する板と接触しており、上記スぺーサー要素は、好ましくは、上記板の部分の曲げ変形によって製造されていることを特徴とする回転ピストンポンプ。
9. 請求項１から８の１つに記載の回転ピストンポンプにおいて、
   上記ポリマー材料は、
   上記板の互いに整列された開口を通して挿入されている交差結合状態の予め製造されたポリマー部品と、
   流動できる状態で、上記板および上記予め製造されたポリマー部品を少なくとも部分的に包む流動できるポリマー材料によって形成され、その後、固体状態をとるように交差結合されたポリマー材料片と
   によって形成されていることを特徴とする回転ピストンポンプ。
10. 請求項１から９の１つに記載の回転ピストンポンプにおいて、
    上記ポリマー材料と上記板との間の機械的な結合は、
    接着剤の結合、
    上記ポリマー材料で満たされている上記板の開口または凹所の範囲を定める板面と上記ポリマー材料との間の確実な固定、および／または
    上記板とポリマー材料とを一緒にクランプするクランプ要素による非確実な固定結合によって形成されていることを特徴とする回転ピストンポンプ。
11. 請求項１から１０の１つに記載の回転ピストンポンプにおいて、
    上記第２回転ピストンは、複数の互いに間隔をあけて離れた板を備えるフレーム配置を有し、
    上記フレーム配置は、ポリマー材料で少なくとも部分的に充填され、かつ、少なくとも部分的に包まれていることを特徴とする回転ピストンポンプ。
12. 請求項１から１１の１つに記載の回転ピストンポンプにおいて、
    上記第１および／または第２回転ピストンは、上記板内に、開口によって形成される内部に位置する非円形の開口を有し、その非円形の開口は、ポリマー材料が充填されていなく、かつ、上記第１および第２回転ピストンは、夫々、上記開口内に配置されている第１および第２シャフトの夫々によって、回転可能に据え付けられていることを特徴とする回転ピストンポンプ。
13. 請求項１から１２の１つに記載の回転ピストンポンプにおいて、
    上記第１および第２回転ピストンは、その第１および第２回転ピストンの外周面に沿う螺旋で延在する少なくとも２つの回転ピストンローブを有し、かつ、上記板は少なくとも２つの回転ピストンローブに対応する形状を有し、
    上記板の全ては、同じ形状を有し、上記螺旋の輪郭は、駆動シャフトの非円形で螺旋で延びている外側形状、または、上記板の中心の凹所との確実な固定嵌め込みを有するハブによって実現されており、または、
    上記板は、少なくとも２つの組に分けられ、それらの組は、直線的に延び、非円形の外側輪郭を有する１つのシャフトまたはハブに押し付けられており、上記組内の板は対応する形状を有し、かつ、違った２つの組の上記板は、上記違った２つの組の板の間で、上記中心凹所の非円形の輪郭と上記回転ピストンローブとの角度位置が異なるように、互いに異なる形状を有していることを特徴とする回転ピストンポンプ。
14. 複数の互いに間隔をあけて離れた板を供給することによってフレーム配置を形成するステップと、
    上記フレーム配置を、流動できる状態のポリマー材料で少なくとも部分的に包むステップと、
    上記ポリマー材料を交差結合することによって、上記フレーム配置を上記ポリマー材料に結合するステップと
    を有することを特徴とする回転ピストンポンプ用の回転ピストンを製造する方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、
    上記フレーム配置は、ポリマー材料で少なくとも部分的に包まれて、スぺーサー要素によって互いに平行にかつ間隔をあけて離れて位置する前に、板によって形成されており、
    上記スぺーサー要素は、好ましくは、ポリマー材料で包まれていて、回転ピストンの部分になっていることを特徴とする方法。
16. 請求項１４または１５に記載の方法において、
    上記板から分かれており、かつ、２つの板のための隣接面を有するスぺーサー要素によって、または、
    上記板の上に形成されていると共に、特に、シートメタルから製造されている板と各板に対応する少なくとも１つ、２つ、または３つの上記シートメタルの曲げられている部分とによって特に提供される少なくとも１つ、２つ、または３つのスぺーサー要素片によって、
    各場合において、２つの板は、互いに間隔をあけて離れ、そして、好ましくは互いに平行であるように位置していることを特徴とする方法。
17. 請求項１４から１６の１つに記載の方法において、
    上記フレーム配置の形成の前に、上記ポリマー材料の予め製造されたかけらの交差結合によるポリマーの塊の部品を予め製造し、
    上記板の開口すなわち凹所に上記ポリマーの塊の部品を配置し、
    鋳型の空所に上記板と上記ポリマーの塊の部品を配置し、
    上記鋳型の空所内に満たされている流動できるポリマー材料によって、流動できるポリマー材料の状態で、上記ポリマー材料の流動片で上記板と上記ポリマーの塊の部品とを少なくとも部分的に包み、
    上記鋳型の空所内で上記ポリマー材料の流動片が固体状態を呈するように、上記ポリマー材料の流動片を交差結合する
    ことによって、上記ポリマー材料が作られていることを特徴とする方法。
18. 請求項１４から１７の１つに記載の方法において、
    上記ポリマー材料での上記板の少なくとも部分的な封止は、
    第１ステップで、フレームが配置された鋳型の空所に、上記流動できるポリマー材料の第１片が充填され、
    次の第２ステップで、上記ポリマー材料の第１片が交差結合され、
    次の第３ステップで、上記フレームと上記ポリマー材料の交差結合された第１片とが、特に、上記流動できるポリマー材料の第２片が、上記鋳型の空所、または、上記フレームおよび上記ポリマー材料の交差結合された第１片が配置されている別の鋳型の空所に満たされているおかげで、上記流動できるポリマー材料の第２片で少なくとも部分的に封止される
    ことによって遂行されることを特徴とする方法。
19. 請求項１４から１８の１つに記載の方法において、
    上記板が少なくとも部分的に上記ポリマー材料で包まれる前に、特に、上記板の各々、あるいは、フレームとして組み立てられた板が、プライマー液に浸されることによって、上記板がプライマー液で湿らされることを特徴とする方法。
20. フレーム配置が複数の互いに間隔をあけて離れた板を備え、上記フレーム配置は、ポリマー材料で、少なくとも部分的に満たされ、かつ、少なくとも部分的に包まれていることを特徴とする回転ピストンポンプ用の回転ピストン。
21. 請求項２０に記載の回転ピストンにおいて、
    上記回転ピストンは、請求項２から１３の回転ピストンの特徴の１つを有し、あるいは、請求項１４から１９のいずれかに記載の方法に従って製造されていることを特徴とする回転ピストン。

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