SE438530B - Vetskepump av spiraltyp - Google Patents

Description

15 20 25 '30 35 780619-8-3 2 ne 1800 rpm) på ett väsentligen pulsfritt sätt. Vätske- pumpen enligt uppfinningen har organ för att antingen eliminera tryckpulser eller för att reducera sådana tryckpulser under den nivå vid vilken sådana pulser menligt skulle påverka pumpens funktion och effektivi- tet. Som kommer att framgå av det nedan sagda i samband med den i fig 62-84 visade utföringsformen kan vätske- pumpar av spiraltyp konstrueras så att de kan dränkas i den vätska som pumpas, och närmare bestämt anordnas i bränsletankarna hos motordrivna fordon, exempelvis. bilar.

Ett primärt ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en med tvingande strömning arbetande vätskepump, som kan köras tyst och med hyggligt höga varvtal till maximal effektivitet för utmatning av ett vätskeflöde som är fritt från pulseringar. Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en vätskepump av detta slag, som är enkel och ekonomisk att till- verka och som kan göras delvis i plastmaterial, exem- pelvis genom tillämpning av gjutteknik.

Ett annat primärt ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en vätskepump av den ovan beskrivna typen som igen av sina utföringsformer är dränkbar i den vätska som pumpas. Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma en vätskepump som kan användas som en bränslepump för motordrivna fordon och kan placeras i dessas bränsletank för att därigenom vara isolerad från sådana höga temperaturer som kan råda i fordon med avgasreningsanordningar. _ Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en sådan dränkbar vätskepump som kan åstadkomma höga bränslematartryck, är självsugande, arbetar väsentli- gen ljudlöst, vibrationsfritt och fritt från variatio- ner i utmatningsflödet, kan köra torrt under en tids- period, inte kräver några ventiler och kan klara föro- reningar utan permanenta skador. Ännu ett ändamål är att åstadkomma en vätskepump 10k 15 20 25 30 35 7806198-3 3 av den beskrivna typen som ger självaktiverande tätning mellan spiraldelarna, har ett minimum av friktionsför- luster, arbetar tillförlitligt under lång tid och har ett konkurrenskraftigt pris.

Uppfinningen anvisar således en med tvingande strömning arbetande vätskepump, vilken kännetecknas av_de1s en stationär spiraldel, som har en central vätskeport och som omfattar en stationär gavelplatta, en stationär evolventlindning, vilken har en utsträck- ning på ett och ett halvt varv och är fäst på den ena sidan av den stationära gavelplattan, och statio- » nära vätskeöverföringskanaler, som är upptagna i nämnda ena sida av den stationära gavelplattan, dels en kret- sande spiraldel, vilken medelst drivorgan bringas att kretsa relativt den stationära spiraldelen och omfattar en kretsande gavelplatta, en kretsande evolvent- lindning, som har en utsträckning på ett och ett halvt varv och är fäst på den ena sidan av den kretsande ga- velplattan, och kretsande vätskeöverföringskanaler i nämnda ena sida av den kretsande gavelplattan, varvid de stationära och kretsande vätskeöverföringskanalerna är _så placerade och utformade att de öppnar väsentligen omedelbart efter det att den kretsande evolventlindning- en har nått den punkt under sin kretscykel vid vilken den begränsar tre väsentligen avtätade vätskefickor, dels organ som utövar en axiell kraft och har till upp- gift att föra spiraldelarna till axiell kontakt med var- andra, dels ett kopplingsorgan för att bibehålla spiral- delarna i ett fixerat, angulärt förhållande; dels in- 1opps~ och utloppsorgan för vätska, varvid drivorganen bibringar den kretsande spiraldelen en kretsande rörel- se, så att sidoflankerna på evolventlindningarna bildar de rörliga vätskefickorna med variabel volym, en perife- riell volym kring fickorna och en utloppszon.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till de bifogade ritningarna, vilka visar olika utföringsformer. 10 15 20 25 30 35 7806198-3 4 Fig l och 2 visar framifrån respektive i längdsek- tion en utföringsform av en stationär spiraldel vid en vätskepump enligt uppfinningen, vilken spiraldel är speciellt lämpad för användning vid en vätskepump där vätskeflödet är inåtriktat. Fig 3 och 4 visar framifrån respektive i längdsektion en kretsande spiraldel för användning med den stationära spiraldelen enligt fig l och 2. Fig 5-20 visar alternerande i tvär- och längd- sektion de stationära och kretsande spiraldelarna enligt fig l-4 och åsådkliggör funktionen hos det centralat placerade utloppsportarrangemanget vid den utföringsformen. Fig 20 och 21 visar framifrån respek- längdsektion en annan utföringsform av en sta- tionär spiraldel vid vätskepumpen enligt uppfinningen, vilken spiraldel är speciellt lämpad för användning vid en vätskepump där vätskeflödet är utåtriktat.

Fig 23 och 24 visar framifrån respektive i längdsektion en kretsande spiraldel för användning med den statio- nära spiraldelen enligt fig 21 och 22. Fig 25-40 visar alternerande tvär- och längdsektioner genom de statio- tive i nära och kretsande spiraldelarna vid utföringsformen enligt fig 21-24 och åskådliggör funktionen hos de periferiellt placerade utloppsportarrangemanget vid den utföringsformen. Fig 41 och 42 visar framifrån respektive i längdsektion ännu en utföringsform av en stationär spiraldel vid vätskepumpen enligt uppfin- ningen, vilken spiraldel har såväl centrala som peri- feriella utloppsportar och vid vilken vätskeflödet kan vara antingen inåt- eller utåtriktat. Fig 43 och 44 vi- sar framifrån respektive i längdsektion en kretsande spiraldel för användning med den stationära spiralde- len enligt fig 41 och 42. Fig 45-60 visar alterneran- de tvär- och längdsektioner av de stationära och kretsan- de spiraldelarna vid utföringsformen enligt fig 41-44 och åskådliggör funktionen hos utloppsportarna vid den utföringsformen när vätskeflödet är inåt- eller utåt- riktat. Fig 61 visar en vätskepump enligt uppfinningen i 10 15 20 25 30 35 7806198-3 5 längdsektion. Fig 62 visar i större skala och i längdsek-t tion en vätskepump enligt uppfinningen vilken är speciellt lämpad som en bränslepump för en bil, varvid pumpen är ned- sänkt eller dränkt i bränslet. Fig 63 visar utloppsänden av pumpen enligt fig 62. Fig 64 visar i en partiell längd- sektion en modifiering av pumpen enligt fig 62 och åskåd- liggör ett alternativt sätt att åstadkomma elektriska an- slutningar till motorn och att åstadkomma en andra motvikt.

Fig 65 visar utloppsänden av pumpen enligt fig 64. Fig 66 'visar i större skala och i längdsektion inloppsänden av vätskepumpen enligt uppfinningen och åskådliggör i detalj _ driv- och kopplingsorganen, spiraldelarna, portsystemet och de axiell last upptagande organen. Fig 67 visar en tvärsek- tion längs linjen 67-67 i fig 66. Fig 68 visar en tvärsek- tion längs linjen 68-68 i fig 66. Fig 69, 70 och 71 visar tre utföringsformer av de axiell last upptagande organen vid pumpen enligt fig 66 (utöver den i nämnda figur visa- de utföringsformen) använda med en separat kopplingsdel.

Fig 72 visar en utföringsform av ett axiell last uppbärande organ och en kopplingsdel kombinerade till en komponent.

Fig 73 visar en tvärsektion längs linjen 73-73 i fig 72 och åskådliggör placeringen av de däri använda tryckla- gerna av kultyp. Fig 7Ä visar i schematisk form och i tvär- sektion detaljer av de faktorer som föreligger vid använd- ningen av de i fig 73 och 74 visade trycklagerna. Fig 75 visar en annan utföringsform av ett axiell last upptagande organ och en kopplingsdel kombinerade till en komponent.

Fig 76 och 77 visar framifrån respektive i längdsektion den i fig 74 visade, kombinerade axiallastupptagande och kopplande komponenten. Fig 78 visar ännu en utföringsform av en kombinerad axiallastupptagande och kopplande kompo- nent vid vilken sfäriska delar har den dubbla funktionen att uppta last och koppla. Fig 79 och 80 visar framifrån respektive i längdsektion den i fig 78 visade, kombinerade axiallastupptagande och kopplande komponenten. Fig Bl visar en modifiering av komponenten enligt fig 78 vid vilken rul- lar har den dubbla funktionen att uppta last och koppla.

Fig 82 och 83 visar komponenten enligt fig 81 framifrån 10 15 20 25 30 35 7806198-3 6 respektive i längdsektion. Fig 84 visar en tvärsektion ge- nom en tank med vätska i vilken pumpen enligt uppfinningen är dränkt.

Den slutna fluidfickan inuti pumpen är innesluten mel- lan tvâ parallella plan begränsade av gavelplattor och mel- lan två cylindriska ytor begränsade av evolventen till en cirkel eller någon annan lämpligt krökt form. Spiraldelarna har parallella axlar eftersom.man på endast detta sätt kan åstadkomma den kontinuerliga tätningskontakten mellan spi- raldelarnas plana ytor. Den slutna fluidfickan förflyttas mellan dessa båda parallella plan allteftersom de båda kon- taktlinjerna mellan de cylindriska ytorna rör sig. Kontakt- linjerna rör sig på grund av att ett cylindriskt element, exempelvis en spiraldel, kretsar inuti ett annat. Detta åstadkoms exempelvis genom att man bibehåller den ena spi- raldelen stationär och bibringar den andra spiraldelen en kretsande rörelse. Pumpverkan âstadkoms genom denna meka- nism i pumpen, och av detta skäl kallas pumpen en spiral- vätskepump.

I den efterföljande beskrivningen används uttrycket "spiralelement" för att beteckna den grundkomponent som är sammansatt av engavelplatta med det unika port- arrangemanget enligt uppfinningen och den evolventfor- made komponent som begränsar de kontaktytor som gör rörliga kontaktlinjer. Uttrycket "lindning" används för att beteckna den evolventkomponent som gör rörlig linjekontakt. Dessa lindningar har en form, t ex en evolvent till en cirkel (evolventspiral), cirkelbâge etc och de har såväl höjd som tjocklek. Slutligen används uttrycket "spiraldel" för hela den stationära eller kretsande komponent av vilken det stationära eller kretsande spiralelementet utgör del._ När maskiner av spiraltyp används som kompressorer och expansionsmaskiner kan spiraldelarnas lindningar bestå av valfritt antal evolventvarv. En spiralvätskepump måste emellertid vara så konstruerad att vardera spiraldelen har en lindning på ett och ett halvt evolventvarv. Detta 10 15 20 25 30 35 7806198-3 7 krav är dikterat av den förutsättningen att en spiralmaskin som skall pumpa en vätska måste ha ett kompressionsförhâl- lande på exakt ett. Om spiralmaskinen har ett större kom- pressionsförhållande än ett skulle den försöka komprimera den inneslutna vätskan. Eftersom vätskor är väsentligen inkompressibla skulle varje spiralpump som arbetar med ett högre kompressionsförhållande än ett kärva och gå sönder.

För att ge en spiralpump ett kompressionsförhållande på ett får delarna därför inte ha en evolventlindning som är längre än ett och ett halvt varv. Denna längd medför den önskade tätningskontinuiteten mellan de periferiella och invändiga zoner som begränsas mellan spiraldelarna utan att det inneslutna fluidet komprimeras.

Begränsningen av lindningarna till ett och ett halvt evolventvarv utgör emellertid inte den fullständiga lös- ningen på att konstruera en effektiv, praktisk spiralväts- kepump, ty denna begränsning löser inte det allvarliga pproblemet med tryckpulser som uppstår under utmatningen av vätska från pumpen. Dessa tryckpulser uppstår på grund av hastigheten på ändringen i volymen hos den spiralficka (vare sig denna är centralt eller periferiellt belägen), som kommunicerar med utloppsporten, är större än hastighe- ten på ändringen i utmatningsöppningen för den fickan. Av detta skäl komprimeras vätskan i utmatningsfickan vid drivning av den kretsande spiraldelen framåt, varigenom vätskan pressas genom en smal utloppsspringa och därigenom ger upphov till en intermittent högtryckspuls. Detta tryck kan vara så stort att det kan skada de komponenter som bil- dar spiraldelarna.

Vid små relativt ineffektiva pumpar som arbetar vid relativt låga varvtal kan det vara möjligt att tolerera en viss tryckpulsering, men vid de flesta vätskepumpar måste man kunna kräva ett relativt pulsfritt utloppsflöde och hyggliga_driftvarvtal, exempelvis 1800 rm eller högre.

Vätskepumpen enligt uppfinningen åstadkommer pulsfri vätskepumpning till relativt höga flödeshastigheter med hjälp av ett nytt portarrangemang. Detta portarrangemang avlastar trycket i den utloppsficka, som ger upphov till '7sos19s-3 10 15 20 25 30 35 8 pulseringar, genom att åstadkomma en mycket snabbare öppning av utloppsporten än när man endast litar på rörelsen hos den kretsande spiraldelens lindning för att öppna porten.

Eftersom vätskeflödet genom en spiralvätskepump kan gå från den periferiella zonen inåt till den centrala fickan eller från den centrala fickan utåt till den pe- riferiella zonen kan det nya portarrangemanget höra till den centrala fickan, den periferiella zonen eller båda.

Fig l-4 visar stationära och kretsande spiraldelar lämpade för användning i en spiralvätskepump vid vilken vätskan strömmar från den periferiella zonen eller volymen och inåt till den centrala fickan. Den statio- nära spiraldelen 10 i fig 1 är sammansatt av en gavel- platta ll och en evolventlindning 12, som är gjord i ett stycke med eller monterad på en separat del på insidan l3 av gavelplattan ll (se exempelvis US-paten- tet 3 994 635). Evolventlindningen IQ börjar vid en kontaktlinje 14 vilken är dragen som en tangent till den evolventgenererande radien och genom kontaktpunk- terna mellan de fasta och kretsande spiraldelarnas evolventer. Evolventlindningen 12 slutar vid en kon- taktlinje 15 som också är dragen som en tangent till den evolventgenererande radien. Denna lindning sträc- ker sig således ett och ett halvt varv av evolventen och den har en yttre flankyta 16, en inre flankyta 17 och en ändyta 18.

Gavelplattan ll har ett centralt nav 20 som sträc- ker sig frân plattans utsida 21. Navet 20 har ett ringspár 22 för upptagning och kvarhâllning av en tätring när den stationära spiraldelen är monterad i en vätskepump av den typ som visas i fig 61. En vätskeport 23 sträcker sig genom_gavelplattan ll och navet 20, och en överföringskanal 24 är upptagen på insidan 13 för att åstadkomma en vätskeanslutning till porten 23. Tillsammans bildar porten 23 och över- föringskanalen 24 ett fördelningsorgan eller en ut- 10 15 20 25 30 35 7806198-3 9 loppszon. Som framgår av fig l har överföringskanalen 24 en begränsning 25 som sammanfaller med en linje genom gavelplattans ll centrum 26 och är parallell med kontakt- linjerna 14 och 15. Överföringskanalen 24 har också en krökt begränsning 27, som till sin form överensstämmer med ytterytan 34 på den kretsande spiraldelens (fig 34) evolventlindning 32 när de båda spiraldelarna är så ori- enterade att maxímet pá fyra kontaktpunkter mellan lind- ningarnas flanker uppnås på det sätt som visas i fig 5.

Således kan den krökta begränsningen 27 definieras som en partiell kopia av en evolventlindningskant på de till varandra passande spiraldelarna. Dessa begränsningar är förenade med varandra via övergångsradier 28. Även om överföringskanalen 24 istället för att ha en evolventbe- gränsning 27 kan vara halvcirkulär föredras den visade evolventformen för ett mera exakt portarrangemang. Genom att överföringskanalen 24 är placerad inuti evolventlind- ningen kan den för enkelhets skull benämnas “inre kanal". Även om porten 23 i fig l och 2 visas i ett läge där den skär överföringskanalens 24 begränsning 25 lig- ger det också inom ramen för uppfinningen att placera porten 23 var som helst inuti den innersta fickan som begränsas av spiraldelens lindningar så länge porten 23 kommunicerar med överföríngskanalen 24 och inte stör lindningen l2.

Som framgår av fig 3 och 4 har den kretsande spi- raldelen 30 en form liknande den hos den stationära spi- raldelen 10. Den kretsande spiraldelen 30 är sammansatt av en gavelplatta 3l och en evolventlindning 32 som är fäst pà eller gjord i ett stycke med gavelplattans 31 insida 33. Lindningen 30 har en yttre kontaktflank- yta 34, en inre flankyta 35 och en ändkontaktyta 36.

Evolventlindningen 32 börjar vid en kontaktlinje 37 som är dragen som en tangent till evolventens generatrisra- die och genom kontaktpunkterna mellan evolventerna på de stationära och kretsande spiraldelarna. Lindningen 32 slutar vid en kontaktlinje 38 som också är dragen som 10 15 20 25 30 35 78061948-3 10 en tangent till evolventens generatrisradie.En överfö- ringskanal 39 är upptagen på insidan 33 av den kretsande spiraldelens gavelplatta, och kanalens placering och ut- formning har samma förhållande till den stationära spi- raldelen som överföringskanalen 24 på den stationära spiraldelen har relativt de kretsande spiraldelarna.

Hverföringskanalen 39 är således begränsad av en rak be- -gränsning 40 som sammanfaller med en linje genom gavel- plattans centrum 41 och är parallell med kontaktlinjer 37 och 38, och en annan krökt begränsning 42 som motsva- rar en partiell kopia av ytterkanten 16 på den stationära spiraldelens lindning 12 när spiraldelarna är orienterade på det i fig 5 visade sättet, dvs med maxímet av fyra kontaktpunkter. Dessa begränsningar är likaledes före- nade med varandra via övergångsradier 43. I kombination bildar dessa överföringskanaler 24 och 39 i spiraldelar- nas gavelplattor en utföringsform av det unika portar- rangemanget vid vätskepumpen enligt uppfinningen.

Om spiraldelarna eller -elementen är gjorda av metall, exempelvis rostfritt stål, kan överföringskana- lerna upptas genom bearbetning, och om spiralelementen är gjorda av ett syntetiskt harts, exempelvis en polyimid, kan överföringskanalerna formas under gjutningen av ele- menten. Generellt sett föredrar man att ge dessa kanaler ett djup som är proximativt lika med bredden på evolvent- lindningen.

Det sätt på vilket portarrangemanget eller -systemet hos de i fig 1-4 visade spiralelementen åstadkommer vä- sentligen pulsfri vätskepumpning kan delas upp i detaljer med hänvisning till fig 5-20 som visar funktionen hos en vätskepump med dessa spiralelement och pumpar en vätska som strömmar radiellt inåt. Fig 5-20 visar olika lägen med en åttondels kretsintervall hos spiralelemen- ten under en pumpcykel, varvid de udda figurerna är tvärsektioner genom lindningarna tagna tvärs mot pumpens centrumaxel och de jämna, därpå följande figurerna är de motsvarande längdsektionerna genom lindningarna. Samma hänvisningsbeteckningar i fig 5-20 används för att ange _ .....-.... _._ ..-........ _... 10 15 20 25 30 35 7806198-3 ll motsvarande komponenter i fig 1-4. Även om man normalt inte kan se konturen på överföringskanalen 39 i det kret- sande spiralelementet i de tvärsektioner som är tagna tvärs mot centrumlinjen (fig 5, 7 etc), har dessa kontu- rer prickats in för att ange läget av överföringskana- lerna i de motsvarande längdsektionerna (fig 6, 8 etc).

Navet 20 på det stationära spiralelementet har för en- kelhets skull utelämnats i de i fig 6, 8 etc visade längdsektionerna.

När vätskepumpen är i drift drivs det kretsande spiralelementet 30 för att kretsa med hjälp av organ som kommer att beskrivas närmare i detalj längre fram med hänvisning till fig 61 kring det stationära spiralele- mentet 10, varvid de stationära och kretsande spiralele- mentens flankytor 16 och 17 resp 34, 35 gör rörliga lin- jekontakter. Som kommer att beskrivas i samband med be- skrivningen av fig 61 kan det i själva verket finnas ett mycket litet spelrum, exempelvis från ca 0,025 mm till ca 0,27 mm, mellan lindningarnas flankytor. De stationä- ra och kretsande spiralelementens ändytor 18 och 36 be- gränsar genom sin kontakt med de kretsande och stationä- ra spiralelementens insidor 33 och 13 rörliga fickor 50, 51 och 52, varvid fickornas volymer och vätskekommunika- tionen mellan fickorna ändrar sig för att åstadkomma rörelsen av vätskan genom pumpen. Genom att vätskor har mycket högre viskositet än gaser och genom att volymför- hållandet inuti vätskepumpen är ett istället för större än ett är behovet av effektiv radiell tätning tvärs över kontaktändytorna 18 och 36 på lindningarna från ficka till ficka inte så avgörande som för kompressorer eller expansionsmaskiner. Det är därför onödigt att åstadkomma radialtätningsorgan av den typ som visas i exempelvis US-patentet 3 944 636.

' Den något förenklade längdsektionen i fig 6 visar det stationära spiralelementet 10 monterat i en spiraldel som omfattar en husplatta 33 med en ringformig förlängning 54, vars ändyta 55 tjänstgör som en kontaktyta med vilken in- sidan 56 på en kretsande spiraldel 57, av vilken det kret- 10 15 20 25 30 35 7806198-3 12 sande spiralelementets gavelplatta 31 utgör en del, gör rörlig kontakt för att begränsa en periferiell volym 58, i vilken den vätska som skall pumpas införs via en peri- feriell port 59. Fig 61 visar mera i detalj anordningen av spiraldelarna i en fullständig spiralpump. I de återstående jämnt numrerade figurerna 8, l0...20 visas endast de parti- er av spiralelementen som har lindningarna och portarran- gemangen, men det må påpekas att vartdera har en perife- riell volym.

Det antas att den cykel som skall beskrivas börjar med att den centrala fickan.52 är avtätad, vid vilken punkt även fickorna 50 och 51 är avtätade. Vätska utmatas via det av porten 23 och överföringskanalen 24 bildade utlopps- organet. Vid detta arbetssätt tjänstgör den centrala fickan 52 som en utmatnings- eller utloppszon.“Som framgår av fig S och 6 har fickorna 50 och 5l sina maximala volymer och är de väsentligen helt avtätade från den centrala fickan 52 med undantag av eventuella små spelrum mellan lindnings- flankerna och mellan lindningsändytor och gavelplattor. An- tag först att ingen av överföringskanalerna 24 och 39 är upptagna i gavelplattorna. Verkan av detta framgår av fig 7 och 8, som visar lindningarnas lägen efter en åttondel av den kretsande spiraldelens totala kretsrörelse, varvid kretsriktningen visas med den streckade pilen. Fickornas 50, 51 och 52 volymer börjar minska, och eftersom vätskan i pumpen är väsentligen inkompressibel pressas denna vätska under tryck från fickorna 50 och 51 till den centrala fic- kan 52 via de relativt trånga kanalerna 60 och 61 vilka skapas genom lindningsrörelse. Dessutom är de jämförbara storlekarna hos den centrala fickan 52 och utloppsporten 23 sådana att denna effekt ökas. Resultatet blir en upp- byggnad av tryck inuti systemet, vilken tryckuppbyggnad har en allvarlig inverkan pâ materialet i spiralelementen och alstrande av skadliga tryckpulser vilka ger upphov till ineffektiv och bullrig drift.

Närvaron av inre överföringskanaler 24 och 39 i de fasta och kretsande spiraldelarna eliminerar i hög grad denna oönskade situation. Som framgår av fig 8 är dessa överfö- ringskanaler utformade och placerade på sådant sätt att de _ _.. _..._._._.._ ......__._.__-._.__.._...~ 10 15 20 25 30 35 7806198-3 13 öppnar väsentligen omedelbart efter stängningen av fickan 52. Således öppnas dessa överföringskanaler 24, 39, vilka tidigare var blockerade genom lindningens läge, vid den fortsatta rörelsen av den kretsande lindningen. överförings- kanalerna 24 och 39 har tillräcklig storlek och tillräck- ligt djup för att öka kanalerna 60 och 61 så mycket att tillräcklig flödeskapacitet föreligger för att förhindra uppbyggnad av tryck inuti fickorna och för att medge puls- fritt flöde av vätskan genom porten 23. På ritningarna är vätskeflödet visat med de heldragna pilarna.

Som framgår av fig 9-14 förblir överföringskanalerna 24 och 39 öppna för att medge väsentligen pulsfritt vätske- flöde från fickorna 50 och 51 till fickan 52, och alltef- tersom fickorna 50, 51 och 52 minskar till sin volym och faktiskt blir en central ficka fortsätter dessa kanaler med att medge jämn och lugn utmatning via utloppsporten 23.

Allteftersom den kombinerade volymen av fickorna 50, 5l och 52 minskar börjar vätska från den periferiella volymen S8 att komma in i vad som kan kallas "öppna" fickor 65 och 66 mellan spirallindningarna. Allteftersom den kretsande rörelsen fortsätter genom sin första kvadrant blir kana- lerna 60 och-61 som framgår av fig 9 och 10 allt större och är överföringskanalerna 24 och 39 helt öppna för att medge fritt flöde av vätska till den centrala fickan 52 och genom utmatningsorganet. Kanalerna 60 och 61 fortsät- ter att förstoras tills ett halvt kretsvarv har gjorts, såsom framgår av fig ll-14. Även om överföringskanalerna 24, 39 fortsätter att skapa kommunikation mellan fickorna 50, 51 och 52 behövs de inte längre för att leda någon vä- sentlig mängd vätska och de stängs efter hand genom den kretsande spiraldelens rörelse. Som framgår av fig 15-20 fortsätter situationen tills den centrala fickan 52 kan betraktas vara en separat ficka vid slutet av ca trekvarts varv av kretsrörelsen, varvid de "öppna" fickorna 65 och 66 är tillräckligt tillslutna från den periferiella voly- men 58 för att kunna betraktas ha bildat nya yttre fickor 50 och 51, som är öppna mot den periferiella volymen från kanaler 67 och 68 som blir allt större.

Med stängningen av kanalerna 67 och 68 når samtliga de 10 15 20 25 30 35 7806198-3 14 slutna fickorna inklusive den centrala fickan 52 maximaly vätskevolym för att ge den situation som visas i fig 5 och_ 6, varefter en ny cykel börjar. Så länge kanalerna 67 och 68 är öppna mot den periferiella volymen är överföringska- nalerna 24 och 39 stängda. Som nämnts tidigare kommer emel- lertid portsystemet enligt uppfinningen i funktion väsent- ligen samtidigt med stängningen av de tre fickorna.

Fig 2l-24 visar stationära och kretsande spiralelement med portsystemet enligt uppfinningen och lämpliga för an- vändning vid en spiralpump vid vilken vätskeflödet sker från den centrala fickan och radiellt utåt till den peri- feriella volymen. Det stationära spiralelementet 70 enligt fig 21 är sammansatt av en gavelplatta 71 och en evolvent- lindning 72 som är gjord i ett stycke med eller är fäst på gavelplattans 71 insida. Lindningen 72(börjar liksom lind- ningen 12 vid utföringsformen enligt fig l och 2 vid en kontaktlinje 74 och slutar vid en kontaktlinje 75 samt bildar en evolvent på ett och ett halvt varv. Lindningen 72 har en yttre flankyta 76, en inre flankyta 77 och en ândyta 78. Gavelplattan 7l har ett centralt nav 79 på sin 80. En vätskeport 81 sträcker sig genom gavelplat- och navet 79. utsida tan 7l En gavelplattan 71. Som framgår av fig 21 har överförings- kanalen 85 en inre begränsning 86 som till sin form över- överföringskanal 85 är upptagen på insidan 73 av ensstämmer med insidan 95 av evolventlindningen 92 på den kretsande spiraldelen 90 (fig 23, 24) när de båda spiraldelarna är så orienterade att maximet på fyra kon- taktpunkter mellan lindningarnas flanker uppnås, såsom 25. Begränsningen 86 representerar liksom be- 25 på den inre kanalen 24 enligt fig 1 en par- av en evolventlindningskant på det tillhörande visas i fig gränsningen tiell kopia spiralelementet. Överföringskanalens 85 andra eller yttre begränsning 87 följer konturen på den inre begränsningen 86 och är belägen radiellt utanför denna. Begränsningarna 86 och 87 är anslutna till varandra via övergångsradier 88.

Avståndet mellan begränsningarna 86 och 87 uppgår företrä- desvis till ungefär dubbla tjockleken på spiralelementets evolventlindning. Överföringskanalen 85 är således en båg- 10 15 20 25 30 35 7806198-3 15 formig urtagning som utgör fortsättning av eller är belä- gen på ett kort avstånd från den yttre änden av lindning- en 72 och sträcker sig längs en båge med en centrumvinkel mellan ca 45 och 900. Eftersom överföringskanalen 85 är belägen utanför evolventlindningen kan den för bekvämlig- hets skull kallas en "yttre" kanal.

Det kretsande spiralelementet 90, vilket visas i fig 23 och 24, är sammansatt av en gavelplatta 91 och en evol- ventlindning 92 som är gjord i ett stycke med eller fäst på gavelplattans insida 93. Lindningen 92 börjar vid kon- taktlinjen 74 och slutar vid kontaktlinjen 75 och sträcker sig ett och ett halvt varv. Lindningen 92 har en yttre kon- taktflankyta 94, en inre flankyta 95 och en ändkontaktyta 96. En överföringskanal 97 motsvarande överföringskanalen 85 på det stationära spiralelementet är upptagen på insi- dan 93 av gavelplattan 91. Som framgår av fig 23 har över- föringskanalen 97 en inre begränsning 98 som till sin form är en partiell kopia av den inre kantytan 77 på det sta- tionära spiralelementets 70 evolventlindning 71 när de båda spiralelementen är så orienterade att maximet på fyra kontaktpunkter mellan flankerna och lindningarna upp- nås. Överföringskanalens 97 yttre begränsning 99 har samma kontur som den inre begränsningen 98, och begränsningarna är anslutna till varandra via övergångsradier 100. över- föringskanalen 97 motsvarar till sin form och storlek den bâgformiga överföringskanalen 85 i den stationära spiral- ;delen.- Det sätt på vilket portsystemet i spiralelementen en- ligt fig 21-24 åstadkommer väsentligen pulsfri vätskepump- ning framgår 1 detalj av fig 25-40 där spiralelementen vi- sas pumpa en vätska radiellt utåt. Precis som fig 5-20 visar fig 25-40 olika lägen av spiralelementen under en pumpcykel, varvid de udda figurerna är tvärsektioner av lindningarna tagna tvärs mot maskinens centrumlinje och de därpå följande jämna figurerna är de motsvarande längd- sektionerna genom lindningarna. I fig 25-40 är längdpla- net genom spiraldelarna vridet kring centrumlinjen från figur till figur för att skära överföringskanalerna 85 och 97 och därigenom bäst illustrera öppningen och stäng- 10 15 20 25 30 35 7806198-3 16 ningen av dessa.

Spiralelementen 70 och 90 visas i fig 26 installerade i en spiralpump på samma sätt som visas i fig 6. Således är det stationära spiralelementet 70 monterat i en hus- platta 105 som har en ringformig förlängning l06, som ut- gör en kontaktyta 107 för insidan 93 på den kretsande spi- raldelens förlängning 108. En periferiell vätskevolym ll0 begränsas inuti den på så sätt alstrade, slutna volymen, och en port lO9, av vilken det kan finnas fler än en, är upptagen genom husplattan 105 för att åstadkomma vätske- kommunikation mellan volymen ll0 och en inte visad vätske- reservoar. Porten l09 tjänstgör som vätskeutmatningsorga- net för den på så sätt bildade periferiella utmatnings- ïzonen, varvid vätskeflödet är riktat radiellt utåt. Por- ten 81 i den fasta spiraldelen är därmed inloppsorganet.

I de i fig 25 och 26 visade lägena för lindningarna finns det två slutna yttre fickor lll och ll2 och en central' ficka 113.

Funktionen hos portsystemet enligt uppfinningen visas i detalj i fig 25-40. Det antas att cykeln börjar vid den punkt när var och en av fickorna lll, ll2 och ll3 just har stängts av från varandra och har minimivolym precis innan de börjar öka sin volym. Precis som vid det med hänvisning till fig l-20 beskrivna portsystemet kan det finnas ett litet spelrum mellan lindningsflankerna för att undvika nötning av dessa. Om man även här först antar att det inte fanns nâgra bågformiga överföringskanaler i gavelplattorna 7l och 91 inses att vätskan i fickorna lll och ll2 skulle utsättas för ett konstant ökande tryck allteftersom den 'kretsande spiraldelens drivs i den med den streckade pilen i fig 25 och 26 visade riktningen. Detta beror på det fak- tum att öppningarna ll5 och ll6 (fig 27), vilka skapas ge- nom den kretsande spirallindningens 92 rörelse relativt den stationära spirallindningen 72, inte är tillräckligt stora för att medge strömning av vätska från fickorna lll och ll2 till den periferiella zonen ll0 med en hastighet för att förhindra för kraftig trycksättning av vätskan i fickorna lll, ll2. Resultatet blir utveckling av tryckpul- 10 15 20 25 30 35 7806198-3 17 ser och så småningom skador på materialet i spiralelementen.

Då överföringskanalerna 85 och 97 finns finns det emel- lertid väsentligen omedelbart efter stängningen av fickorna lll, ll2 och 113 ytterligare kanaler för vätskeflöde. Såle- des ökar överföringskanalerna 85 och 97 kanalerna 115 och ll6 och eliminerar de ej önskvärd trycksättning av vätskan vilken i sin tur ger upphov till tryckpulser.

Som framgår av fig 27-32 stängs överföringskanalerna 85 och 97 vid den tidpunkt den kretsande spiraldelen har kretsat tre âttondelar av sitt varv, ty vid denna tidpunkt behövs överföringskanalerna inte längre för att öka vätske- kanalerna ll5 och ll6, vilka har nått nära maximum. Den centrala fickan ll3 upptar givetvis mer och mer av den ti- digare volymen hos fickorna lll och 112, ett faktum som medför effektiv kontroll av vätsketrycket inuti den centra- » la fickan ll3 när ytterligare vätska tas in. Det framgår av ritningarna att allteftersom cykeln fortsätter blir de i fig 25 och 26 visade fickorna allt mindre skarpt defi- nierade, och ett parti av vardera fickan lll och 112 blir omöïügt att skilja från den centrala fickan ll3. För tyd- lighets skull används emellertid hänvisningsbeteckningarna i fig 25 och 26 i samtliga figurer 27-40 och i beskriv- ningen av dessa figurer.

Kanalerna ll5 och ll6 mellan lindningarna 72 och 92 förblir vid sin väsentligen maximala dimension alltefter- som pumpningen fortsätter genom trefjärdedelar av cykeln såsom visas i fig 35 och 36. Detta gör det möjligt att lå- .ta överföringskanalerna 85 och 97_ förbli effektivt stäng- da, dvs overksamma. Under den sista kvadranten av cykeln (fig 37-40) överförs den lilla vätskevolym som finns kvar i fickorna lll och 112 till den periferiella volymen ll0; och vid slutet av cykeln stängs kanalerna 115 och ll6. Som framgår av fig 33-40 förblir överföringskanalerna 85 och 97 stängda, eftersom det portsystem som uppnås genom rörel- sen av den kretsande lindningen relativt den stationära lindningen är tillräckligt för att åstadkomma pulsfri väts- keströmning och -utmatning. När cykeln är fullständig är fickorna lll, ll2 och ll3 tillslutna på det sätt som visas 10 15 20 25 30 35 7806198-3 18 i fig 25, varvid fickorna är i läge för att börja nästa arbetscykel. .

Av beskrivningen ovan av funktionen hos vätskeport- systemet enligt uppfinningen framgår att vätskeöverfö- ringskanalerna är placerade och utformade för att öppnas 'väsentligen_omedelbart efter det att den kretsande evol- ventlindningen har nått den punkt i sin kretscykel där den begränsar tre väsentligen helt tillslutna vätskefic- kor och där den förblir öppen åtminstone tills de av den kretsande lindningens rörelse begränsade vätskekanalerna, vilka åstadkommer vätskekommunikation till vätskeutlopps- zonen (vare sig denna är central eller periferiell), är tillräckligt stora för att förhindra varje märkbar tryck- pulsering inuti spiralpumpen.

I många fall föredras vätskespiralpumpar med radiellt utåtriktad strömning över de med inåtriktad strömning.

Vid pumparna med utåtriktade strömning kan hydraultryc- ken inuti pumpen användas för att hålla ihop spiraldelarna och därigenom ge en effektivare funktion. Dessutom är det möjligt att ha ett större utloppsportsystem.geuom exempelvis användning av flera utmed den periferiella zonen fördelade portar. Dessa faktorer bidrar till ännu effektivare reducering eller eliminering av strömnings- pulseringar med användningen av portsystemet enligt före- liggande uppfinning.

Det ligger också inom ramen för uppfinningen att ha såväl centrala (inre) som periferiella (yttre) överfö- ringskanaler i spiralelementens gavelplattor, såsom vi- sas i fig 41-44. Det stationära spiralelementet 120 i fig 41 och 42 har en gavelplatta l2l och en lindning 122 på ett och ett halvt evolventvarv precis på samma sätt som spiralelementen i fig l och 2 eller fig 21 och 22. Spiral- elementet 120 har en central port 123, en centralt belägen överföringskanal 124 med samma form som kanalen 24 i fig l och en periferiellt placerad överföringskanal l25 med samma form som kanalen 85 i fig 21. På samma sätt har det i fig 43 och 44 visade kretsande spiralelementet 130 en gavelplatta 131 och en lindning 132 på ett och ett halvt 10 15 20 25 30 35 7806198-3 19 evolventvarv precis på samma sätt som spiralemeneten en- ligt fig 3 och 4 eller fig 23 och 24. Spiralelementet 130 har en centralt placerad överföringskanal 133 och en peri- feriellt placerad överföringskanal 134 med samma storlek och form som visas i fig 3 resp 23.

Fig 45-60 är samma typ av tvärsektioner som fig 25-40, varvid längdsektionerna är tagna vridna för att tydligt visa vilka överföringskanaler som är öppna. En vätskespi- ralpump med spiralelementen enligt fig 41-44 kan användas för att pumpa vätska radiellt inåt från den periferiella volymen via en central utloppszon eller radiellt utåt från den centrala fickan genom en periferiell utloppszon. I fig 45-60 åskådliggör den visade stegföljden den första av dessa funktionssätt, dvs med strömning radiellt inåt. Emel- lertid kan fig 45-60 tagna i en annan följd också användas för att illustrera funktionen hos portsystemet vid pumpning radiellt utåt, såsom också kommer att beskrivas. För att kunna använda fig 45-60 för att visa båda funktionssätten anges vätskeflödet i det första funktionssättet med en in- ringad siffra l följd av a, b...h, varvid varje siffra anger följden i pumpcykeln med steg på en åttondels krets- varv, såsom visats i de tidigare figurerna, Det andra funk- tionssättet med utåtriktad strömning anges med en pil, som är försedd med en inringad siffra 2 följd av a, b...h, som också används för att ange följden i pumpcykeln. I det senare fallet måste figurerna läsas i en annan följd, såsom kommer att beskrivas.

De i fig 4l-44 visade spiraldelarna visas i fig 46 an- bragta i en vätskepump på samma sätt som beskrivits med hänvisning till fig 26 och samma hänvisningsbeteckningar används för att identifiera samma komponenter. Som framgår av fig 45 kan cykeln antas börja med att de yttre vätske- fickorna 135 och 136 och den centrala fickan 137 just har stängts. Den följande beskrivningen hänför sig till det första funktionssättet, dvs med radiellt inåtriktad vätske- strömning. 7 Det framgår av fig 45-56 och vid en jämförelse av dessa med fig 5-16 att portsystemen enligt denna uppfin- 10 15 20 25 30 35 7806198-3 20 ning där det finns såväl centrala som periferiella över- föringskanaler (124, 133, 125 och 134) arbetar på samma sätt som det portsystem vid vilket det finns endast de centrala överföringskanalerna. Närmare bestämt tjänar vid en fluidpump med de stationära och kretsande spiralele- menten enligt fig 41-44 och med pumpning av vätskan radi- ellt inåt de centrala överföringskanalerna 124 och 133 till att förstora de centrala kanaler 140, 141 som skapats igenom lindningsrörelsen för att uppnå snabb och pulsfri vätskeströmning genom utloppsporten 123. De periferiella överföringskanalerna behövs inte och förblir overksamma under de första fem åttondelarna av pumpcykeln, eftersom de genom lindningsrörelsen skapade periferiella kanalerna 142, 143 är tillräckliga för att medge tillförsel av väts- ka till spiralerna. Under den tid deñ kretsande spiralde- len rör sig mellan fem åttondelar och tre fjärdedelar av sin kretsrörelse (se fig 55-58) har emellertid den kret- sande spirallindningen rört sig för att öppna de peri- feriella överföringskanalerna 125 och 134 för att öka ~vätskeströmningen genom de periferiella kanalerna till de öppna fickorna 144, 145, vilka är förelöparna till och vilka övagfir i fickorna 135 och 136. Rörelsen av yt- terligare vätska till fickorna l44 och 145 resulterar i uppnående av en jämnare vätskeströmning in i och därmed en jämnare vätskeströmning genom spiralerna. Som framgår av fig 57-60 förblir dessa periferiella överföringskana- ler 124 och 134 öppna och i funktion tills cykeln är slut, vid vilken tidpunkt fickorna 135 och 136 är stängda (fig 45 och 46) . ' För att göra det möjligt att följa funktionen hos port- systemet enligt uppfinningen på det andra arbetssättet, dvs med pumpning av vätska radiellt utåt, är det nödvän- I digt att börja med fig 45 och 46 och därefter följa figu- rerna i omvänd parordning från fig 59 och 60 tillbaka till fig 47 och 48. De periferiella överföringskanalerna 125 och 134 ökar de periferiella lindningskanalerna 142 och 143 under sen vätskeutmatning (fig 59 och 60 och fig 57 och 58) vilket de inte gjorde vid utföringsformen en- 10 15 20 25 30 35 7806198-3 21 ligt fig 27-30. Under denna period av cykeln är den cen- trala fickan 137 väsentligen ett med fickorna 135 och 136, så kommunicering mellan dessa fickor utgör inget problem. Strömningen av vätska till den centrala fickan medför efter hand differentiering mellan fickorna 135, 136 och 137 och närvaron av de centrala överföringskana- lerna 124 och 133 medför en jämn strömning av vätska till dessa fickor och ökar den hydraulkraft som verkar mot lind- ningarna för att bibehålla bra rörliga kontaktlinjer mellan lindningarnas flanker. Denna situation fortsätter (fig 55 och 56 - fig 47 och 48); och när de centrala lindningska- nalerna 140 och 141 fortsätter att minska blir de öppna centrala överföringskanalernas 124 och 133 roll allt vik- tigare i att säkerställa en jämn, pulsfri strömning av vätskan genom inloppsporten 123 och den centrala fickan 137 till fickorna 135 och 136. Med stängningen av dessa 'fickor såsom visas i fig 45 och 46 har spirallindningarna kommit in i efterföljande cykel och befinner de sig i ett läge för utmatning av vätska till den periferiella voly- men 138 med återöppningen av de periferiella överförings- kanalerna 125 och 134. Även om det är möjligt att köra spiraldelarna enligt fig 1-4 och enligt fig 21-24 med antingen radiellt inâtrik- tad eller. radiellt utåtriktad strömning föredras Get i de flesta fall och speciellt vid större spiralmaskiner som arbetar med relativt höga varvtal att använda spiralde- larna enligt fig 41-44, dvs de som har såväl centrala el- ler inre som periferiella eller yttre överföringskanaler.

Fig 61 visar en längdsektion genom en spiralvätskepump med spiralelementen och portsystemet enligt uppfinningen.

De visade spiraldelarna är de med spiralelementen enligt fig 42-44 vid den tidpunkt av deras pumpcykel som visas i fig 51 och 52. Samma hänvisningsbeteckningar används för att identifiera komponenter hos de fasta och kret- sande spiralerna och de därav begränsade fickorna som har använts i fig 41-44, 51 och 52.

Pumpen enligt fig 61 har en stationär spiraldel 150 .som är sammansatt av en stationär platta 151 i vilken det 10 15 20 25 30 -35 7806198-6 22 stationära spiralelementet 120 är fast monterat. Pumpen har också en kretsande spiraldel 152 som är sammansatt av en kretsande platta 153 i vilken det kretsande spiralele- mentet 130 är fast monterat. Vidare finns en kopplingsdel 154, en generellt med 155 betecknad drivmekanism, ett gene- rellt med l56 betecknat vev- och axelaggregat, ett hus 157 med en oljesump 158, en kylfläkt 159 och en kåpa 160.

Den stationära spiraldelens platta 151 övergår i en periferiell ring 165 och en utåtriktad fläns 166, varvid dessa delar av plattan 151 bildar en del av pumphuset. Den stationära plattan 151 har också en central navdel 167 som begränsar en vätskekanal 168 i direkt kommunikation med den stationära spiraldelens centrala port 123, varvid ka- nalen och porten tillsammans bildar en ledning som kan tjänstgöra som ett vätskeinlopp eller ett -utlopp i bero- ende av det valda funktionssättet. Det stationära spiral- elementets 120 nav 79 sträcker sig in i navdelen 167 och är avtätat däri medelst en O-ring 169. Den centrala nav- delen 167 har en invändig gänga 170 för ingrepp med en inte visad vätskeledning. Den stationära plattan 151 har också en eller flera periferiellt placerade förlängningar 175 som var och en begränsar ett vätskeinlopp eller -ut- lopp 176, som kommunicerar med den periferiella zonen 138, och har en invändig gänga 177 för ingrepp med en inte vi- sad vätskeledning. _ Diametern på den kretsande spiraldelens kretsande plat- ta 153 är tillräckligt stor för att alltid sträcka sig bortom den inre kanten av flänsen 166 för att om så önskas medge anbringning av en oljetätring 180 mellan plattan 153 och flänsen 166 för att avtäta spiralfickorna från åter- stoden av pumpen. Detta gör det i sin tur möjligt att ha drivmekanismen och lagerna oljesmorda samtidigt som man kan hålla arbetsfluidet väsentligen fritt från varje väts- ka. I de fall den vätska som pumpas i sig själv kan tjänst- göra som ett smörjmedel kan oljetätringen 180 utelämnas.

Det generellt med 157 betecknade pumphuset är samman- satt av den stationära spiraldelens ringförlängning 165, flänsen 166 och en huvudhussektion 181, vilken har en fläns 10 15 20 25 30 35 7806198-3 23 187 och är gjord i ett stycke med ett nedre oljesumphus 183. Huset är monterat på och avtätat mot spiraldelarna via flänsarna 166 och 182 medelst ett flertal bultar 184 och med användning av en 0-ringtätning 185.

I drift måste de båda spiraldelarna hållas i ett fast angulärt förhållande, och detta åstadkoms genom använd- ning av kopplingsdelen 154. Denna kopplingsdel är väsent- ligen likadan som den i US-patentet 3 994 633 beskrivna, se speciellt fig 14 och tillhörande textparti i patentet.

Som framgår av fig 61 omfattar kopplingsdelen en ring 190 med motriktade kilar 191 på sin ena sida, vilka kilar glidbart ingriper med kilspâr 192 i husflänsens 182 inner- yta. Ett andra par inte visade kilar är motriktat place- rade på den andra sidan om kopplingsringen 190 för att glidbart ingripa med inte visade kilspår i den kretsande spiraldelens platta 153.

Den kretsande spiraldelen 152 har en axeltapp 195, som är fäst på eller gjord i ett stycke med plattan 153.

Den kretsande spiraldelen drivs av en inte visad motor utanför huset och är hopkopplingsbar med pumpens axel 196, vilken sträcker sig in i huset via en oljetätning 197 och slutar i en vevplatta 198 som kan vara monterad på eller gjord i ett stycke med axeln 196. Axeln 196 är lagrad i huset medelst ett axellager 199 och ett vevla- ger zoo. i Spiralpumpens drivmekanism är en vevmekanism med fast vevradie. Den kretsande spiraldelen är fäst på driv- axeln 196 via ett lagerfäste 201, vilket har en motvikt 202 för balansering av den kretsande spiraldelens centri- fugalkraft. Lagerfästet 201 lagrar axeltappen 195 via ett nållager 203 som hålls på plats medelst en inte visad låsring. Mellan lagerfästet 201 och ytterytan av den kret- sande spiraldelens platta 153 finns det ett trycklager 205, vilket tjänstgör som det axialkraftutövande organet för att belasta de båda spiraldelarnas gavelplattor och lind- ningsändar mot varandra för att åstadkomma den önskade 10 15 20 25 30 ä 7806198-3 24 axialtätningen. Trvcklagret 205 överför lasten från den kretsande spiraldelen 152 till vevlagret 200 och därifrån till huset.

Huvudaxeln 196, vevplattan 198, lagerfästet 201 och motvikten 202 bildar tillsammans spiralpumpens justerbara drivmekanism med fast vevradie. Det ovan angivna faktum att den i vätskepumpar hanterade vätskan har högre visko- sitet än en gas i en kompressor eller expansionsmaskin och att volymförhâllandet är ett gör det möjligt att arbe- ta med ett litet spelrum mellan spirallindningarnas flan- ker. Härigenom möjligggörs användning av en vev med fast vevradie för drivning av den kretsande spiraldelen och anordning av ett förutbestämt spelrum mellan flankerna.

Vid monteringen av den kretsande spiraldelen då vevplat- tan 198 justeras således läget hos den kretsande spiral- delens lindning relativt den stationära spiraldelens lind- ' ning. Detta åstadkoms genom justering av läget hos det av lagerfästet 201 och motvikten 202 sammansatta aggregatet relativt vevplattan 198 genom användning av en ledtapp 206 och låsskruvar 207 (lämpligen fyra) som sträcker sig genom slitsar 208 i aggregatet 201, 202 och är inskruvade i vevplattan 198. Slitsarna 208 är utformade att med- ge förflyttning av det av lagerfästet 201 och motvikten 202 sammansatta aggregatet en liten båge innan detta agg- regat låses fast på vevplattan 198 medelst skruvarna 207.

Fig 61 visar en justerbar vev med fast vevradie, men det är också möjligt att använda en ojusterbar vev med fast vevradie, dvs en vev som är konstruerad att ha det av lagerfästet 201 och motvikten 202 sammansatta aggre- gatet redan från början permanent fäst på vevplattan 198 på sådant sätt att det önskade spelrummet mellan de kret- ~sande och stationära spiraldelarnas lindningar uppnås.

Vid ett sådant arrangemang kan det av lagerfästet 201 och motvikten 202 sammansatta aggregatet vara fäst på vevplat- tan l98 med hjälp av två eller flera skruvar. 10 15 20 25 30 35 7806198-3 25 Man har funnit att man genom att lämna ett spelrum mellan spiraldelarnas lindningar uppnår en avsevärd re- ducering eller t o m eliminering av nötningen på lind- ningarna och att man inte behöver någon specialbearbet- ning av lindningarna. I drift föredras att spelrummet 100 mellan flankerna på spiraldelarnas lindningar hålls mel- lan ca 0,025 mm och 0,27 mm. Spelrummet mellan lindning- arna kan åstadkommas på flera olika sätt. Vid hopmonte- ringen av pumpen kan ett tunt metallmellanlägg med en tjocklek motsvarande spelrummet anbringas mellan lind- ningarna för att åter avlägsnas när låsskruvarna 207 har dragits åt. Alternativt kan spiraldelarnas kretsradie mätas under en provhopsättning och kan kretsradien för _ drivvevaggregatet inställas på detta värde minus det önskade flankspelrummet. För varje given utformning och storlek på vätskepumpen är det generellt sett lämpligt att köra pumpen för att bestämma den önskade kretsradien (ekvivalent med avståndet mellan drivaxelns centrumaxel 210 och den kretsande spiraldelens centrumaxel 2ll) och därefter inställa lagerfästet 201 på en kretsradie som är något mindre än den vid vilken linjekontakter mellan .lindningarna uppstår.

Det verkliga värdet på det slutliga spelrummet mellan lindningarna beror åtminstone i viss utsträckning normalt på vätskepumpens storlek och viskositeten på den pumpade vätskan. Generellt sett skall spelrummet vara större ju större pumpen är och ju högre vätskans viskositet är.

Som nämnts ovan i samband med den generella beskriv- ningen av pumpen enligt fig 61 finns det en oljesump 158 i maskinhusets nedre sektion 183. Smörjolja 212 från sum- pen 258 matas till kopplingsdelen 154 och till de olika axel- och drivlagerna inuti huset 157 medelst en eller flera oljefingrar 213 som är fästa på kopplingsdelen.

Dessa kopplingsfingrar har sådan längd att de periodiskt doppar ned i oljan 212 och därefter lyfts upp för att slunga oljan uppåt inuti huset för cirkulation och äter- föring till oljesumpen. En oljekanal 2l4 finns för att leda en viss del av den uppslungade oljan direkt till en 10 15 20 25 N 35 7806198-3- 26 , . hålighet 215 i huset, vilken hålighet omger vevplattan och lagerfästet, och vidare till axellagret 199. I de fall pumpen används för att pumpa en vätska som i sig själv kan tjänstgöra som ett smörjmedel och oljetätringen 180 där utelämnad behöver man inte ha oljefingrarna 213, efter- som hela huset normalt är helt fyllt med vätska.

I vissa fall, exempelvis vid pumpning av en varm vätska, kan det vara önskvärt att ha organ för att luftkyla pump- huset och pumpens olika element samt den cirkulerande smörjoljan. Dessa organ visas i fig 61. En luftmantel 216, 'som övergår i en kåpa 217, är monterad kring pumphuset och är vid drivänden uppburen av ett flertal flänsdelar 218.

Kylluft cirkuleras genom luftmanteln 216 med hjälp av fläkten 159, vilken består av ett flertal fläktblad 219 som är monterade mellan en yttre, med en rem ingripande ring 220 och ett inre, med axeln ingripande nav 221 på en remskiva 222. Remskivan 222 är fäst på huvudaxeln 196 via en kil 223 som ingriper med ett kilspår 224 i axeln 196. Kåpan 2l7 är fäst på spiraldeländen av flänsarna 228 och slutar alldeles före spiraländen för att kvar- lämna en serie luftutloppsöppningar 225, så att av fläk- .ten 159 insugen luft cirkuleras kring pumphuset från drivänden till spiraldeländen och utmatas via öppningarna 225.

En vätskepump av den i fig 61 visade typen konstrue- rades med de stationära och kretsande spiralelementen en- ligt fig l-4. Tätringen 180, oljefingrarna 213 och kyl- organen utelämnades. Denna pump kördes med ett varvtal på 900 rpm och befanns pumpa SAE 20 hydraulolja med en effektivitet approximativt lika med den hos en kugghjuls- pump med ungefär samma kapacitet. Pumpen gick tyst och var fri från tryckpulseringar.

I vissa fall är det önskvärt att pumpen är nedsänkt eller dränkt i den vätska som pumpas. Även om efterfrågan på sådana pumpar hittills inte varit överväldigande stor har det nyligen uppstått ett verkligt behov av en liten pump som kan placeras inuti bränsletanken i en bil eller annat självgående fordon som drivs med ett relativt lätt 10 7806198-3 27 bränsle. För att vara effektiv måste en sådan pump vara helt dränkbar i det bränsle, exempelvis bensin eller die- selbrännolja, som pumpas. Det nyligen uppkomna behovet av en pump av denna typ beror på kravet på installation av avgasreningsanordningar, vilkas användning leder till högre temperaturer under motorhuven där bränslepumpar tidigare har funnits. Dessa högre temperaturer förorsakar ånglås i bränslepumpen, ett problem som enklast löses genom place- ring av bränslepumpen i bränsletanken för att isolera den från höga temperaturer och anslutning av bränslepumpen till pumpen via en trycksatt bränsleledning.

Eftersom användningen av en pump i bränsletanken hos ' en bil är omgärdad med minst lika hårda krav som varje 15 20 25 30 35 tänkbar användning av en dränkbar pump kommer pumpen en- ligt uppfinningen i det efterföljande att presenterasi använd som bränslepump. Det må emellertid påpekas att pumpen enligt uppfinningen kan användas för pumpning av andra vätskor än bränsle, kan köras i en annan omgivning än den vätska som pumpas och kan ha vilken passande stor- lek som helst, exempelvis mycket större än den som skall klara de rigorösa storleksbestämmelserna för en pump som skall placeras i en bils bränsletank.

Dessutom har utvecklingen av elektroniskt styrda bränsleinsprutningssystem för ökning av motorns effek- tivitet medfört ytterligare krav på bränslepumpen. Så- dana insprutningssytem kräver höga bränslematningstryck vilka inte på bekvämt sätt kan åstadkommas med en enkel centrifugalpump - den typ som hittills har använts för installation i tankar.

Bland de krav en bränsletankpump måste klara för an- vändning i en personbil är förmågan att arbeta tillför- litligt och effektivt utan underhåll under långa perio- der, t ex 2000 h, att mata 84 kg eller ca 120 l bränsle per timme med ett tryck på 85 kPA, att arbeta med en 12 V likströmsmotor med en maximal ström på 6,3 A och att gå torr i en tom tank under åtminstone 10 min. Dess- utom måste pumpen vara självsugande och arbeta så tyst som möjligt, så_vibrationsfritt som möjligt och med så .__ . .................._......-._-._-_ 10 15 20 25 30 35 _78Û6198-3 28 liten variation i matningen som möjligt, måste kunna föras genom en öppning i bränsletanken, vilket innebär att pum- pens maximala diameter inte får överstiga 4,76 cm och att den måste vara billig att tillverka. Det inses omedelbart att de vanligtvis använda pumptyperna - centrifugalpumpar eller konventionella pumpar med tvingad strömning - tro- ligen inte skulle kunna klara alla dessa krav. Det är där- för nödvändigt att leta efter någon annan pumptyp för detta ändamål. Man har nu funnit att en vätskepump av spi- raltyp kan användas för att klara samtliga ovan angivna 'krav och för att ge ytterligare mycket väsentliga fördelar.

En utföringsform av spiralvätskepumpen enligt uppfin- ningen som är lämpad för att dränkas i det bränsle som pumpas visas i fig 62 i längdsektion. Pumpen har ett hus 240, ett vätskeinloppsorgan 241, ett vätskeutloppsorgan 242, ett spiralpumporgan 243, ett kopplingsorgan 244, ett drivorgan 245 för drivning av den kretsande spiraldelen, en motor 246 och ett axiell last upptagande organ 247. I den följande detaljerade beskrivningen av den dränkbara .pumpen är det lämpligt att börja med att beskriva motorn och vätskeutloppsorganet eftersom dessa komponenter av pumpen är av mer eller mindre konventionellt utförande.

Motorn 246 är en elektromotor med en rotor 248 och stator- magneter 249 som är placerade och fixerade i den centrala hussektionen 250 mellan ett nedan beskrivet lagerhus 251 och en fläns 252 253. Rotorn 248 är monterad på en drivaxel 254, vilket på ett vid utloppsänden beläget block också gäller en kommutator 255, som anligger mot kolbors- tar 256. Elektrisk kontaktïciil borstarna 256 åstaakoms genom motbelägna skruvanslutningar 257 som sträcker sig ut ur pumphuset (se också fig 63l.

Vätskeutloppsorganet 242 omfattar en utloppskanal 258 i gavelblocket 253 och en backventil 259 för att hindra bakâtströmning av vätska genom pumpen när pumpen inte arbetar och vid igångsättning. Backventilen 259 visas i fig 62 bestående av en kula 260 som anligger tätande mot en elastring 261, som är anbragt i en ringformig ansats 262, varvid kulan är axiellt belastad av' en fjäder 263 10 15 20 25 30 35 7806198-3 29 som är fixerad inuti i kanalen 258 medelst en med hål för- sedd platta 264. Fjädern 263 är givetvis så vald att ven- tilen 259 öppnar vid ett förutbestämt vätsketryck, exem- pelvis vid ca 7 kPa för en bränslepump i en bils bensin- tank. Det finns även en tryckreduceringsventil 265, och denna visas i fig 62 ha ungefär samma konstruktion som backventilen 259, varvid den har en kula 266, en sätesring 267, en ringansats 268, en fjäder 269 och en med hål för- sedd platta 270 för kvarhållning av fjädern 269. Fjädern 269 har sådan styrka att den håller trvckreduceringsven- . tilen 265 stängd tills ett förutbestämt maximitryck på exempelvis 83 kPa uppstår i pumphuset. Det ligger givet- 'vis inom ramen för uppfinningen att använda varje på lämp- ligt sätt utfört ventilorgan för utlopps- och reducerings- ventilerna 259 och 265. De i fig 62 visade utgör endast exempel.

Drivaxeln 254 slutar i en central blindborrning 27la i gavelblocket 253 och är lagrad i ett axellager 271. En primär mot- eller balansvikt 272 är monterad på axeln 254 för att balansera de krafter som alstras vinkelrätt mot pumpens centrumaxel på grund av de kretsande komponen- ternas excentricitet. Det är därför nödvändigt att ha en -sekundär mot- eller balansvikt för att uppnå full dyna- misk balans genom upphävande av det moment som alstras av den primära balansvikten 272. Vid den visade utfö- ringsformen kan denna andra balansvikt åstadkommas an- tingen genom anbringning av lämpligt placerade vikter i kommutatorn 255 eller genom lämplig viktfördelning i ro- torn 248.

Fig 64 och 65 visar en annan utföringsform av pumpens gavelblock och organen för elektrisk anslutning till mo- torn. Gavelblocket 273 har trappstegsform och slutar in- vändigt i pumpen med en mantelring 274 vilken är avtätad mot den centrala hussektionen 250 med hjälp av en tät- ring 275. Mantelringen 274 tjänar till att fixera magne- terna 249 inuti pumpen. De mot kommutatorn 277 anliggande kolborstarna 276 är fixerade med hjälp av diametralt mot- satt varandra belägna borsthållare 278 som sträcker sig 10 15 20 25 30 35 7806198-3 30 genom gavelblocket 273 för anslutning till anslutningar 279. Drivaxeln 254 slutar i ett bottenhål 280 och är lag- rad i ett lager 281.

Vid utföringsformen enligt fig 64 är en separat, se- kundär balansvikt 282 monterad på axeln 254. Som framgår av fig 65 finns det en ventilstyrd utloppskanal 283 och en tryckreduceringsventil 284, varvid kanalen som venti- len till sin konstruktion motsvarar den i fig 62 och 63 visade.

Vätskans strömning genom pumpen visas med pilar i fig 62. Vätskan inkommer via inloppaxgææm 241 och pum- pas med hjälp av spiralpumpen 243 från pumpkammaren 285 till motorkammaren 286, vilken begränsas av utrymmet inuti huset 240, varvid vätskan strömmar kring motorn och ut via ventilen 259. Den pumpade vätskan tjänstgör därmed också som smörjmedel och kylmedel för pumpkomponenterna.

Spiralpumpen, portsystemet, det axial last upptagande organet, kopplingsorganet och drivmekanismen för spiral- pumpen visas i detalj i fig 67-77, i vilka samma hänvisÄ ningsbeteckningar har använts för samma element.

Som framgår av fig 66 har spiralpumpen 243 en statio- när spiraldel 287 och en kretsande spiraldel 288. Den sta- tionära spiraldelen 287 är sammansatt av en gavelplatta 289 och en evolventlindning 290 som är gjord i ett stycke med eller monterad på en separat del på insidan 291 av gavelplattan 289 (se exempelvis US-patentet 3 994 635).

VJÉMÉ fördelade kilspår 292 är upptagna i gavelplattans 289 periferi för ingrepp med kilar 293 (fig 66), som är monterade på insidan av lagerhussektionen 251, varvid ki- larna har till uppgift att fixera den stationära spiral: delen i pumpen.

Den stationära spiraldelens gavelplatta 289 utgör pumphusets inloppsgavel och har ett centralt nav 294 (fig 66) som begränsar en inloppskanal 295. Inloppskana- len 295 står via en central port 296 i gavelplattan 289 i vätskeförbindelse med spiralpumpens centrala zon. Som framgår av fig 67 har den stationära spiraldelen 287 en inre vätskeöverföringskanal 296 och en yttre vätskeöver- -__--»--- ---~ ~ 10 15 20 25 30 35 78Û6198-3 31 föringskanal 297, som till sin utformning och funktion är jämförbara med överföringskanalerna 124 och 125 i fig 41.

Vid denna utföringsform är den centrala porten och den in- re överföringskanalen ett och samma organ, Alternativt kan den centrala porten i den kretsande spiraldelen 287 vara cirkulär och kan den inre överföringskanalen ha den i fig 42 visade formen.

Som framgår av fig 67 har den kretsande spiraldelen 288 en form liknande den hos den stationära spiraldelen 287. Den kretsande spiraldelen 288 är sammansatt av en gavelplatta 298 och en evolventlindning 299 som är fäst på eller gjord i ett stycke med gavelplattans 298 insida 300. Lindningen 299 har en yttre flankyta 301, en inre flankyta 302 och en ändyta 303. Det kretsande spiralele- mentet 288_har som också framgår av fig 67 en inre vätske- överföringskanal 304 och en yttre vätskeöverföringskanal 305, vilka till sin form och funktion är jämförbara med kanalerna 133 och 124 i fig 43 och 44.

Funktionen hos den i fig 62 visade spiralpumpen är identisk med den tidigare beskrivna och drivningen av den kretsande spiraldelen 288 åstadkommer de rörliga fic- korna 306, 307 och 308 (fig 66), vilkas volym och vilkas inbördes kommunikation ändrar sig för att åstadkomma rö- relsen av vätskan genom pumpen. Som framgår av fig 66 omger pumpens periferiella utloppszon 309 spiraldelar- nas evolventlindningar och sträcker den sig kring den kretsande spiraldelens gavelplatta.

Genom att vätskor har mycket högre viskositet än ga- ser och genom att volymförhållandet inuti pumpen är ett och inte högre än ett är behovet av effektiv radiell tät- ning över kontaktytorna 292 och 303 på lindningarna från ficka till ficka inte speciellt överhängande. Som kommer att framgå längre fram vid beskrivningen av pumpens funk- tion är mottrycket hos den genom pumpen strömmande väts- kan tillräckligt för att åstadkomma den axiella kraft som krävs för att belasta lindninqafflfl °°h qave1p1att0rna till kontakt med varandra. Dessutom ger den utåtriktade radi- ella strömningen av vätska genom pumpen hydraultryck inuti lO 15 20 25 30 35 *mar från den periferiella utloppszonen 7soß19s-5 32 pumpen för att belasta flankerna på spiraldelarnas lind- ningar till tätande kontakt med varandra då de gör rör- liga linjekontakter. Pulsfri drift av denna dränkbara pump åstadkoms på samma sätt som beskrivits i samband med de i fig 41-60 visade spiralelementen.

Drivorganet, det axiell last upptagande organet och kopplingsorganet visas i fig 66-68. Vid den i dessa figu- rer visade utföringsformen_omfattar det den axiella las- ten upptagande organet ett kultrycklager 312 med ett fler- tal lagerkulor 313 som är fixerade på det önskade inbör- des avståndet medelst två parallella kulkvarhållande ring- ar 314 och 315 med ett flertal på inbördes lika avstånd åtskilda hål 3l6 för upptagning av kulorna 313. Ringarna 314 och 315 hålls på avstånd från varandra genom kontak- ten med kulornas 3l3 ytor för att mellan sig bilda ett flertal radiella vätskekanaler 317 via vilka vätskan ström- 309 till pumpkamma- ren 385. Huvudlasten mot spiraldelarna är den trycklast som alstras genom vätskeutloppstrycket och upptas av kul- trycklagret 312. Nötningen av spiraldelarna är därmed minskad till ett minimum vilket i sin tur medför stor livslängd på pumpen. Genom det axiell last upptagande _ organets förmåga att hålla nötningen på spiraldelarna vid ett minimum är det möjligt att köra pumpen enligt uppfinningen med ett relativt högt utloppstryck, ett fak- tu som i sin tur ger upphov till uppnående av god spiral- tätning till hög effektivitet och därmed minimal effekt- förlust.

I drift måste de båda spiraldelarna 287 och 288 bibe- hållas i ett fixt angulärt förhållande, och detta uppnås genom användning av det i fig 66 med 244 generellt beteck- nade kopplingsorganet. Det i fig 66 och 68 visade kopp- lingsorganet 244 är väsentligen likadant som det i US-pa- tentet 3 994 633 (se fig 14 och tillhörande beskrivnings- text) avslöjade kopplingsorganet. Som framgår av fig 66 och 68 omfattar kopplingsorganet en ring 318 med diame- tralt motsatt varandra belägna kilar 3l9 på sin ena sida; vilka kilar glidbart ingriper med kilspår 320 på insidan _ _.. _.-..._.._..._.,___....... 10- is 20 25 30 35 7806198-3 33 av en ringformig sektion 321 på lagerhuset 251. Det må på- pekas att den i fig 66 visade längdsektionen är tagen ge- nm det vinklade planet 66-66 i fig 68, varför endast den ena av de båda diametralt motsatt varandra belägna kilar- na 319 och kilspåren 320 visas i denna figur, jämför fig 62. Två ytterligare kilar 322 är orienterade 900 från ki- larna 319 och är belägna diametralt motsatt varandra på den andra sidan av kopplingsringen 318 för att glidbart ingri- ”pa med kilspår 323 i den kretsande spiraldelens 288 gavel- platta 298. Kopplingsorganet 244 tjänstgör på så sätt som en fjäder för att åstadkomma inledande axiell förbelast- ning mot den kretsande spiraldelen vid igångsättning av pumpen.

Som kommer att beskrivas nedan i samband med fig 72-77 är det möjligt att kombinera funktionerna hos det axiell last upptatande organet och kopplingsorganet i en enda komponent.

Drivorganet för den kretsande spiraldelen visas i de- talj i fig 66-68. Som framgår av fig 66 är drivaxeln 254 lagrad i ett lager 324 som är anbragt i ett lagerhus 325, som i sin tur är gjort i ett stycke med det yttre lager- huset 251 via en yttre ringformig sektion 321, ett inre lagerhus 326 och en inre ringsektion 327. Drivaxeln över- går i en plan axeltapp 328 som ingriper med ett kilspår 329 (fig 68) i ett drivok 330 för den kretsande spiral- delen. Detta arrangemang gör det möjligt för den kretsan- de spiraldelen att röra sig utåt under inverkan av centri- fugal- och hydraulkrafter, tills dess evolventlindning kommer i kontakt med den stationära spiraldelens evolvent- lindning. I detta läge är okets 330 centrum 331 förskjutet från drivaxelns 254 centrumaxel 332 en sträcka motsvaran- de den.kretsande spiraldelens kretsradie. Drivoket 330 är monterat i spiraldelens lager 333 i en stödring 334 som är gjord i ett stycke med den kretsande spiraldelens 288 ut- sida 335. 6 Detta drivorgan ger en helt av metall bestående bana (dfiyok 330, axeltapp 328 och drivaxel 254) för att leda bort värme från lagret 330 vid de tillfällen pumpen går 10 15 20 25 30 35 7806198-3 34 0 torrt, dvs när den vätska i vilken pumpen normalt är dränkt har pumpats ut. Drivorganet är också utformat för att mins- ka friktionsförlusterna till ett minimum genom placeringen av lagerna, vilket till ett minimum minskar vältmomentet på den kretsande spiraldelen och'lasterna på motorlagerna.

Detta arrangemang medför en ökning av pumpens effektivitet och livslängd liksom pumpens förmåga att arbeta torrt.

Som framgår av fig 66 och 68 har den yttre lagerhus- ringen 321 ett antal jämn fördelade vätekeperte: 336 som gör det möjligt för vätskan att strömma från den perife- riella utloppszonen 309 till motorkammaren 286 via pump- kammaren 285.

Fig 69-72 som är partiella längdsektioner av pumpens inloppsände illustrerar tre ytterligare utföringsformer av det axiell last upptagande organet vid pumpar med sepa- rata kopplingsorgan. Vid utföringsformen enligt fig 69 tjänstgör spiraldelarna 287 och 288 själva gom det axiell last upptagande organet med den stationära spiraldelens ändar 337 och 303 och den kretsande spiraldelens lindning- ar 290 och 299 upptagande lasten allteftersom de gör kon- takt med de däremot vända ytorna på den tillhörande spi- -raldelens gavelplattor, dvs ytan 300 på den kretsande ga- velplattan 298 och ytan 291 på den stationära gavelplat- tan 289. Utföringsformen enligt fig 69 är generellt sett bättre lämpad för de pumpar som kräver moderata utlopps- tryck. 7 Det i fig 70 visade, axiell last upptagande organet har ett ringformigt trycklager 338 med flera radiella, genomgående kanaler 339. Trycklagrets 338 plana ytor 340 och 341 anligger mot de däremot vända ytorna 291 och 298 på de stationära och kretsande spiraldelarna för att däri- genom överföra den axiella tryckkraften hos den trycksatta vätskan i pumpen till detta trycklager, vilket lämpligen är gjort av en syntetisk, organisk plast, t ex en poly- imid, vid de pumpar där spiraldelarna också är gjorda av en syntetisk plast. I Utföringsformen enligt fig 7l är en modifiering av utföringsformen enligt fig 70 genom att ett_ringformigt 10 15 20 25 30 35 7806198-3 35 trycklager används, men detta trycklager är format som en ringformig förlängning 342 som är gjord i ett stycke med den stationära spiraldelens 287 insida 291. Ett antal åtskilda radiella kanaler 343 är upptagna i ringförläng- ningen 342 för att ge den nödvändiga vätskekommunikationen mellan utloppszonen 309 och pumpkammaren 285, varvid den axiella lasten upptas av den plana ytan 187 i kontakt med den kretsande spiraldelens gavelplattyta 300.

Fig 72-74 visar en modifiering av pumpen enligt upp- finningen vid vilken det axiell last upptagande organet också tjänstgör som kopplingsorganet. Det lastupptagande organet omfattar flera.jämm fördelade sfärer 345 vilka är tvingade till en cirkulär rörelse inuti cirkulära fördjup- ningar 346 och 347 i de stationära och kretsande spiral- delarnas gavelplattytor 291 och 300. Sfärerna 345 bibe- hålls i radiell och runtomgâende inriktning med hjälp av en hållarring 348 med genomgående, borrade hål 349. Fig 73 visar något schematiskt det relativa läget av för- djupningarna 346 och 347 för spiralelementet vid en tid- punkt under kretscykeln. Det framgår av den figuren att fördjupningarnas 346 och 347 centra är belägna på cirk- lar med samma radie och är belägna axiellt mittför var- andra vid den tidpunkt av cykeln när tangentlinjerna hos de båda spiraldelarna är parallella.

Fördjupningarnas 346 och 347 storlek relativt diame- tern Ds på en sfär och den kretsande spiraldelens krets- radie Ro visas schematiskt i fig 74. Vid sin rörelse un- der en kretscykel måste en sfär 345 kunna röra sig en sträcka lika med halva kretsradien, dvs Ro/2, i alla rikt- ningar från sitt i fig 74A visade centrala läge. Det är sålunda tydligt att om djupet på en fördjupning 346 (eller 347) gjordes lika stort som sfärradien Rs måste fördjup- ningens diameter Di vara DS + RO. Eftersom fördjupningens 346 djup emellertid är mindre än Rs följer att Di måste vara något mindre än Ds + Ro. Fig 74A visar en tvärsek- tionsutformning av fördjupningarna och fig 74B visar denna ovanifrån. Det ligger emellertid också inom ramen för upp- finningen att skära fördjupningen med den riktiga diametern 1o“ 15 20 25 30 35 7806198-3 36 som en kanal med raka sidor och avfasad kant.

Fig 74C är en förstorad tvärsektion av fördjupning- arna och hållarringen och åskådliggör det sätt på vilken den kretsande spiraldelens gavelplatta 298 (och dess till- hörande evolventlindning) är fri att kretsa inuti den sta- tionära spiraldelen samtidigt som den bibehålls i det önskade angulära förhållandet relativt den stationära spiraldelen. Sfärerna 345 har samma roll som trycklagret enligt fig 66 i att uppta den axiella trycklasten mot spi- raldelarna, och därmed har utföringsformen av pumpen en- ligt fig 72-74 samma fördelaktiga funktionsegenskaper som utföringsformen enligt fig 66. I frånvaro av en separat kopplingsdel finns det en fjäderbricka 350 mellan driv- oket 330 och axelns 254 ansats för att åstadkomma en axi- ell förbelastning mot spiraldelarna vid igångsättning.

Fig 75-77 visar en modifiering av pumpen enligt upp- finningen vid vilken kopplingsorganet också utgör det lastupptagande organet. Det generellt med 351 betecknade kopplingsorganet är placerat mellan de stationära och kretsande spiraldelarnas gavelplattor 289 och 298. Kopp- lingsorganet har en ring 352 vilken är så skuren att den har två diametralt motsatt varandra belägna kilar 353 för glidbart ingrepp med kilspâr 354 i den kretsande ga- velplattans 298 sida 300 och två diametralt motsatt var- andra belägna kilar 355 vinkelrätt mot kilarna 353 för glidbart ingrepp med kilspår 356 i den stationära gavel- plattans 289 sida 291. Som framgår av fig 76 och 77 har akopplingsorganet en serie jämnt fördelade lagerdynor 357 med plana ytor 358, 359 som ingriper med de däremot vända gavelplattsidorna 291 och 298 för att därigenom tjänst- I göra som det axiell last upptagande organet. Slutligen har kopplingsorganet ett flertal vätskekanaler 360, och liksom vid utföringsformen enligt fig 72 finns det en "fjäderbricka 350 för att åstadkomma en axiell förbelast- ning vid igångsättning.

Vid den i fig 78-80 visade utföringsformen av pumpen enligt uppfinningen används sfäriska delar som såväl axi- ell last upptagande organ som kilar i kopplingsorganet. 10 15 20 25 30 35 7806198-3 37 Kopplingsdelen har en ring 36l med lagerdynor 362 och vätskekanaler 363 precis på samma sätt som kopplings- ringen 35l i fig 75-77. Emellertid saknas kilar på kopp- lingsringen. En kanal 364 är upptagen i ytan 365 av varje lagerdyna 362, vilken yta är vänd mot den kretsande gavel- plattans 298 sida 300. Kanaler 366 är upptagna i gavel- plattans sida 300 och motsvarar till sin form och axel- orientering kanalerna 364 i lagerdynorna. En lastuppta- gande sfär 367 (lagerdel) utför kopplingsrörelse inuti varje par av de mot varandra vända kanalerna 364 och 366, vilkas kombinerade djup är något mindre än sfärernas 367 diameter. Kanalerna 364 och 366 har fläns-till-flänsläng- der som är lika stora sm eller mindre än D + RO, där D är sfärernas 367 diameter. Pâ liknande sätt är kanaler 368, 369 (fig 79 och 80) upptagna i lagerdynornas 362 yta 370 och i den däremot vända sidan 291 av den statio- nära spiraldelens gavelplatta 289, och sfärer 371 utför en kopplingsrörelse inuti vartdera av dessa kanalpar.

Kanalernas 368 och 369 längdaxlar är vridna 900 från ka- nalernas 364 och 366. Således upptar sfärerna 367 och 371 den axiella trycklasten mot spiraldelarna och bibe- håller även under sin tvingade rörelse längs axlarna hos de kanalpar i vilka de befinner sig det nödvändiga angu- lära förhållandet mellan de kretsande och stationära spi- raldelarna.

Det i fig 81-83 visade, kombinerade lastupptande och 'kopplande organet utgör en modifiering av organet enligt fig 78-80, varvid rullar ersätter sfärerna som de last- uppbärande och kopplande delarna) Kopplingsdelen har samma generella utformning som i fig 78-80 och är en ring 361 med lagerdynor,som är jämnt fördelade kring ringen,och vätskekanaler 363. De fyra lagerdynor 372,som bildar en inbördes centrumvinkel på 9o°, har därtill hörande kopp- lingsorgan, medan de återstående lagerdynorna 373 endast tjänar till axiell lastupptagning. De ytor 374 på lager- dynorna 372 som är vända mot den kretsande gavelplattans 298 sida 300 har kanaler 375, och sidan 300 har också fyra ' motsvarande kanaler 376, varvid de båda kanalerna bildar 7806198-3 10 l5 20 25 30 35 -.._-_._-.-__....-_..- . . 38 ett slutet spår i vilket rullar 377 kan röra sig på det i fig 83 visade sättet. Kanalernas 375 och 376 sammanlagda djup är något mindre än rullens 377 diameter, och rullens rörelsesträcka är lika med kretsradien RO. Lagerdynorna 372 har också kanaler 378 i den yta 379 som är vänd mot sidan 291 på den stationära spiraldelens gavelplatta 289.

På samma sätt har sidan 291 fyra kanaler 380 motsvarande kanalerna 378. Som framgår av fig 81 och 83 är kanalerna 378 och 380 så orienterade relativt kanalerna 375 och 376 att rullar 381 som rör sig i kanalerna 378 och 380 har sina axlar vridna 900 från rullarnas 377 axlar. Precis som vid sfärerna 367 och 371 i fig 78 och 79 tjänar rul- larna vid modifieringen enligt fig 81 och 82 funktionen av såväl lastupptagning som koppling.

Användningen av pumpen enligt uppfinningen visas i fig 84. Pumpen är dränkt i den vätska 382 som skall pum- pas, och denna vätska befinner sig i en tank 383, t ex en' bils bränsletank. En högtrycksledning 384 är ansluten till pumpens utloppsorgan 12 och är dragen genom ett lämpligt hål 385 i tanken 383 för anslutning till den önskade vätske- mottagaren, exempelvis bilens förgasare. På samma sätt är isolerade ledare 386 anslutna till skruvanslutningarna 257 och dragna genom hålet 385 för anslutning till en elektrisk energikälla. Ett filter 387 är monterat på pum- pens inloppsorgan 241 för att avskilja eventuella förore- ' ningar i vätskan eller på tankens botten.

Pumpar konstruerade enligt föreliggande uppfinning är självsugande och de kan gå torra under en relativt lång tidsperiod, t ex 10 min eller längre utan att ta skada.

Dessa pumpar arbetar med minimalt ljud, minimala vibra- tioner och minimala variationer i matningsflödet. Pumpar- na kan svälja föroreningar utan att ta permanent skada, vilket beror på radiell eftergivlighet hos drivsystemet.

Vätskans strömningsriktning genom spiraldelarna medför självaktiverande tätning mellan flankerna på spirallind- ningarna och för självaktiverande radiell tätning. Det är därför inte nödvändigt att vid pumpen enligt uppfinningen åstadkomma ytterligare radiella tätningsorgan eller att ås- ~......._....._ s. -._. 10 15 20 7806198-3 39 tadkomma organ för att motverka eventuella centrifugal- krafter på de kretsande spiraldelarna.

Den unika strömningsbanan genom pumpen, såsom visas med pilarna i fig 62, medför fullständig självsmörjning av samtliga pumpkomponenter och eliminerar behovet av ven- tiler med undantag av den enkla backventil som finns i utloppsorganet och tryckreduceringsventilen.

Pumpen enligt uppfinningen är.speciellt lämpad för pla- cering i en bils bränsletank. Detta illustreras bäst av det faktum att pumpen kan göras tillräckligt liten för att kunna föras genom bränsletankens tilloppsöppning (4,76 cm) och ha en pumpkapacitet för att mata åtminstone 84 kg bränsle per timme med ett tryck på ca 83 kPa. Dess- utom kan de i spiralpumpen ingående komponenterna formas, exempelvis gjutas, av en lämplig, nöthâllfast, syntetisk, organisk plast och kan de återstående pumpkomponenterna serietillverkas av jämförbara plastmaterial eller metal- ler för att därigenom göra det möjligt att klara kravet på låga tillverkningskostnader för sådana dränkbara bräns- lepumpar.

Claims (16)

7806198-3 -. 10 15 20 25 30 35 40 P/JI' EN TK RAV

1. Mvd tvingande strömming arbetande vätakvpump, k ä n n 0 t c c k n a d av dels-en stationär rpírnldcl (l0; 70; 120; 150; 287), som har en central vätskeport (23; 81; 123; 304) och som omfattar en stationär gavel- platta (1l; 71; 121; 151; 289), en stationär evolvent- lindning (l2; 72; 122; 290), vilken har en utsträckning på ett och ett halvt varv och är fäst på den ena sidan (l3; 73) av den stationära gavelplattan, och stationära vätskeöverföringskanaler (24; 85; 124, 125), som är upptagna i nämnda ena sida av den stationära gavelplat- tan, dels en kretsande spiraldel (30; 90; 130; 152; 288), vilken medelst drivorgan (l55; 245) bringas att kretsa relativt den stationära spiraldelen och omfattar en kretsande gavelplatta (3l; 91; 131; 153; 298), en kretsande evolventlindning (32; 92; 132; 299), som har en utsträckning på ett och ett halvt varv och är fäst på_den ena sidan (33; 93) av den kretsande gavelplattan, och kretsande vätskeöverföringskanaler (39; 97; 133, 134) i nämnda ena sida av den kretsande gavelplattan, varvid de stationära och kretsande vätskeöverförings- kanalerna (24; 85; 124, 125 resp 39; 97; 133, 134) är så placerade och utformade att de öppnar väsentligen omedelbart efter det att den kretsande evolventlindning- en (32; 92; 132; 299) har nått den punkt under sin krets- cykel vid vilken den begränsar tre väsentligen avtätade vätskefickor (50, 51, 52; 111, 112, 113; 135, 136, 137), dels organ (205; 247) som utövar en axiell kraft och har till uppgift att föra spiraldelarna (l0; 70; 120; 150; 287 resp 30; 90; 130; 152; 288) till axiell kontakt med varandra, dels ett kopplingsorgan (l54; 244) för att bibehålla spiraldelarna i ett fixerat, angulärt förhål- lande, dels inlopps- och utloppsorgan (59; 81; 176; 241 resp 23; 109; 123; 242) för vätska, varvid drivorganen (l55; 245) bibringar den kretsande spiraldelen en kret- sande rörelse, så att sidoflankerna (16, 17; 76, 77 UH 10 15 20 25 30 35 7806198-3 41 resp 34, 35; 94, 95) och gavelplattorna (11; 71; 121; 151; 289 resp 31; 91; 31; 153; 298) på evolventlindning- âïna (]2; 72; 122; 29Û IPFV 2; 92; 132; 299) bildar de rörliga vätskcfickorna (50, 51, 52; lll, 112, 113; 135, 136, 137) med variabel vnlyf, rn perifcriell volym (58; 110; 136) kring fickorna och en utloppszon. k ä n n e t e c k - (59; 81; 176; 241) kommunicerar antingen med den periferiella volymen (58; 138) och att vätskeutloppsorganet (23; 109; 123; 242) kommunicerar med den inre ficka (52; 110; 137) av väts-

2. Vätskepump enligt krav l, n a d av att vätskeinloppsorganet kefickorna som bildar utloppszonen, eller med den inre fickan (113; 137) av vätskezonerna medan vätskeutlopps- organet kommunicerar med den periferiella volym (110; 138) som bildar utloppszonen.

3. Vätskepump enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k - n a d av att drivorganet (155; 245) åstadkommer den krvtsandc rörelsen av den kretsande spiraldelen (30; 90; 130; 152; 288) på sådant sätt, att ett litet spel- rum bibehålls mellan evolventlindningarnas (12; 72; 122; 290 resp 32; 92; 132; 299) flanker (16, 17; 76, 77 resp 34, 35; i hög grad elimineras under lång tid samtidigt som väts- kefickornas (50, 51, 52; 111, 112, 113; 135, 136, 137) integritet bibehålls.

4. Vätskepump enligt något av föregående krav, 94, 95), så att nötningen av flankerna k ä n n e t e c ken a d av att drivorganet (155) har dels en drivaxel (196), som slutar 1 en vevplatta (198) och är roterbar kring en pumpaxel (210), dels en axel- tapp (195), vilken sträcker sig från den kretsande spi- raldelen (130; 152), har ett därpå fast monterat lager- fästes- och balansviktorgan (201, 202) och är roterbar kring en axel (211) parallell med och belägen på avstånd från pumpaxeln (210) en sträcka lika med den kretsande spiraldelens (l30; 152) kretsradie, dels låsorgan (207) för fast montering av lagerfästes- och balansviktorganet (201, 202) pà vevplattan (198) i ett förutbestämt förhål- lande till denna för att åstadkomma spelrummet. 10 15 20 25 30 35 7806198-3 42

5. Vätskepump enligt något av föregående krav, k ä n n e t 0 c k n a d av att det axiell kraft utövan~ de organut omfattar ett trvcklagor (205) som verkar (201, 202) och (l30; 152) gavelplatta (l3l; mellan lageríästes- och balansorganct den krvtsande spiraldclons 153)."

6. Vätskepump enligt något av krav l-3, lämpad för dränkning i den vätska som skall pumpas och omfattande ett hus (240) som begränsar en kammare (286), vilken innehåller spiraldelarna (287, 288) och har vätskein- loppsorganet (241) vid sin ena ände och vätskeutlopps- organet (242) vid sin andra ände, k ä n n e t e c k ~ n a d av att drivorganet (245) har en motor (253) som är placerad i huskammaren (286) mellan spiraldelarna (287, 288) och den andra änden av huset (240), så att vätska som pumpas radiellt'utåt under inverkan av spi- raldelarna och genom pumpen strömmar kring drivorganet (245) och upprätthåller ett förutbestämt hydraultryck inuti kammaren (286) för att utgöra det organ (247) som utövar den axiella kraften. ._

7. ' 7. Vätskepump enligt krav 6 med en tryckreducerings~ ventil (265), utloppsorganet (242) omfattar en utloppskanal (258) k ä n n e t e c k n a d av att vätske- med en därtill hörande tryckstyrd envägsventil (259) som medger utmatning av vätska från kammaren (286) när vätsketrycket inuti pumpen.når ett förutbestämt värde.

8. Vätskepump enligt krav 6, k ä n n e t e c k - n a d av ett axiellt last upptagande organ (312).

9. Vätskepump enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av kopplingsorganet (244) och det axiell last upptagande organet (312) utgör en enda komponent vilken tjänstgör som kopplande och lastupp- tagande organ (351).

10. Vätskepump enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av ytterligare axiell kraft utövande organ (350) för att belasta den kretsande spi- raldelen (288) till kontakt med den stationära spiral- delen (287) vid igângsättning. kï1 10 15 20 25 30 35 7806198-3 43

11. ll. Vätskepump enligt krav 6, (272) för att lalanncra som alstras vinkelrätt mot pnmpens cenfrunuxel k ä n n c t e c k - n a d av en primär halansvikt kraftcr och en sekundär balansvikt (255) för att utjämna av den primära balansvikten alstrndc moment.

12. Vätskepump enligt krav 6, k ä n n e t e c k - n a d av att drivorganet (245) har en drivaxel (254) som slutar i en axeltapp (328), ett drivok (330) för " den kretsande spiraldelen (288), vilket drivok är pa- rallellt med och beläget på avstånd från pumpens centrum- axel en sträcka som när pumpen är i drift är lika med den kretsande spiraldelens (288) kretsradie.

13. Vätskepump enligt krav 12, k ä n n e t e c k - n a d därav, att axeltappen (328) och drivoket (330) är gjorda av metall och anligger mot varandra metall mot metall för att bilda en effektiv värmeöverförings- bana för värme som alstras i drivorganet (245) för den kretsande spiraldelen (288), speciellt när pumpen går torrt.

14. Vätskepump enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d av att den stationära vätskeöverföringskanalen (24; 85; en partiell kopia av den kretsande evolventlindningens (32; 132) kant (35) och att den kretsande vätskeöver- föringskanalen (39; 97; 133, 134) har en begränsning 124, 125) har en begränsning (27) som utgör (42) som är en partiell kopia av den stationära evolvent- lindningens (l2; 72; 122) kant (17). 7

15. Vätskepump enligt krav 14, k ä n n e t e c k - n a d av att vätskeöverföringskanalerna (24, 39; 85, 97; 124, 125; 133, 134) är placerade antingen inuti de stationära och kretsande evolventlindningarna (l2; 122 resp 32; 132) och har som en annan begränsning (25; 40) en rät linje som är dragen genom de stationära och. kretsande gavelplattornas (ll; 31) centrum och är pa- rallell med en kontaktlinje (14, 15; 37, 38) som är dragen som en tangent till de stationära och kretsande evolventlindningarnas (l2; 32) qeneratrisradie, eller utanför de stationära och kretsande evolventlindningarna »* 9 7806198-5 KI! 10 l5 .___:.:.__.__._.. _- ....... _ 44 (72; 92) och har som en annan begränsning (86; 98) en linje som följer samma kontur som ñßn förr+nïmnda LG- gränsningen (27; 42) och som är förskfiuton rndiclli utåt därifrån, eller inuti och utanför dv statíunhrn Qch krctsandv uvolvvntlindningarna (l22; 132).

16. Vätskepump enligt krav 15, k ä n n e t e c k - n a d av att vätskeöverföringskanalernas (24, 39; 85, , 97; 124, 125; 133, l34) djup ungefär motsvarar tjock- leken på evolventlindningarna (l2; 32; 72; 92; l22, 132), att den yttre överföringskanalens (95; 97) andra begränsning (86; 98) är belägen på avstånd från den förstnämnda (87; 99) en sträcka lika med ca dubbla lind- ningstjockleken och att den yttre överföringskanalen (857 97) sträcker sig längs en båge med en centrumvinkel mellan 45 och 900.