WO2002090775A1 - Rotary piston pump - Google Patents

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WO2002090775A1
WO2002090775A1 PCT/EP2002/003771 EP0203771W WO02090775A1 WO 2002090775 A1 WO2002090775 A1 WO 2002090775A1 EP 0203771 W EP0203771 W EP 0203771W WO 02090775 A1 WO02090775 A1 WO 02090775A1
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WO
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annular space
piston
annular
lobe pump
rotary lobe
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/003771
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Schnabl
Original Assignee
Peter Schnabl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peter Schnabl filed Critical Peter Schnabl
Publication of WO2002090775A1 publication Critical patent/WO2002090775A1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C9/00Oscillating-piston machines or pumps
    • F04C9/007Oscillating-piston machines or pumps the points of the moving element describing approximately an alternating movement in axial direction with respect to the other element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0057Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/008Prime movers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the invention relates to a rotary lobe pump, comprising a housing with a cylindrical annular space and an annular piston which is rotatably and axially displaceably arranged in the annular space, the facing end faces of the annular space and the annular piston being designed as continuous shaft surfaces with axially parallel amplitudes, and in which the housing each have at least one inlet and one outlet channel for supplying or discharging a working fluid to and from the annular space.
  • a rotary lobe pump of the type mentioned above is described, for example, in the unpublished German patent application 199 53 168.
  • the invention has for its object to design a pump of the type mentioned above so that the medium to be pumped can be pumped completely leak-free.
  • the rotary lobe pump is designed in the manner of an electrical machine in which the annular space is surrounded by a stator winding generating a rotating field and the annular piston forms the rotor.
  • the ring piston can be designed as a short-circuit or squirrel-cage rotor of a three-phase asynchronous motor.
  • the three-phase current acting in the stator winding generates a magnetic rotating field which exerts an "induced" torque on the ring piston, which acts as a rotor.
  • the ring piston itself can consist of an iron core, in which, to increase the magnetic flux, a cage can be embedded, which consists of a material with very good electrical conductivity, for example silver or copper.
  • the housing containing the annular space itself preferably consists of an electrically non-conductive material in order to prevent induced eddy currents in the housing.
  • the ring piston is designed as a synchronous rotor, in which a plurality of permanent magnets are permanently installed.
  • the stator winding for generating the rotating field is designed analogously to the embodiment described above.
  • the ring piston forming the rotor rotates to the rotating field without slipping. This has the advantage that no heat is developed in the annular piston, which could possibly have an adverse effect on the medium to be conveyed.
  • the rotary lobe pump be designed in the manner of an eddy current clutch with a drivable excitation part mounted outside the annular space and coaxially to the latter and a secondary part formed by the annular piston.
  • the exciter part which is designed as a magnet wheel, induces voltages in the secondary part which produce currents when the two coupling halves lead out a relative movement against one another.
  • These eddy currents in the ring piston create a secondary magnetic field that counteracts the relative movement with respect to the magnet wheel. This creates a torque that depends on the slip speed.
  • the magnet wheel can be driven from the outside in any way.
  • the solution according to the invention offers the possibility of producing the pump in a completely encapsulated design, in which the only connections of the annular space to the outside are the inlet and outlet channels.
  • media can be conveyed with the pump according to the invention that have no contact with the Should have outside air, be it that the medium is dangerous to the outside world, or that the medium could be contaminated by contact with the outside world.
  • the annular piston is preferably designed in the form of a cylindrical tube section.
  • the free space within the ring piston can be used to connect the two halves of the housing, which is preferably in two parts, also within the ring or rotary piston.
  • the housing wall between the stator winding and the annular space is preferably extremely thin-walled in order to keep the air gap between the stator and rotor as small as possible. This can improve the efficiency when driving the annular piston.
  • the inlet and outlet channels can be provided both inside and outside the annular space.
  • the respective inlet and outlet openings of the at least one inlet and outlet channel are provided in the annulus within an axial region of the annulus outer surface, which is defined by the maximum axial distance the troughs of the mutually facing end faces is determined. It is advantageous if the inlet and outlet channels are formed outside the axial height of the stator. This separates the functions of the electric drive and the pump from each other. There is no geometric overlap. This offers the possibility of constructively designing the function of the pump on the one hand and the drive on the other hand in terms of their respective efficiency.
  • Figure 1 is a schematic, perspective, partially broken
  • FIG. 2 shows a section through the housing of the arrangement shown in FIG. 1 containing the axis
  • Figure 3 is a schematic, perspective, partially broken
  • FIG. 4 shows a schematic section through the double piston arrangement according to FIG. 3 containing the axis
  • FIG. 4a shows the detail A from FIG. 4 on an enlarged scale for a modified embodiment
  • FIGS. 5 to 10 each show a development view of the sliding end faces of the housing ring space and the double piston of a double-piston machine according to FIGS. 3 and 4 working as a pump,
  • FIG. 11 shows a schematic section containing the axis through a first embodiment of the rotary lobe pump according to the invention
  • FIG. 12 shows a perspective, partially sectioned illustration of the ring piston forming the rotor
  • Figure 13 is a partial section containing the axis through another
  • Embodiment of the rotary lobe pump according to the invention Embodiment of the rotary lobe pump according to the invention.
  • the rotary piston machine shown in FIGS. 1 and 2 comprises a cylindrical housing 10 and an annular piston 12 designed in the form of a tubular section, which is rotatably and axially displaceably guided in an annular cavity 14 of the cylindrical housing 10.
  • the piston is connected in a rotationally fixed but axially displaceable manner on the shaft 18, which passes through the housing 10, via a radial base, which is indicated by dashed lines in FIG. 1 and is designated by 16, or via radial spokes.
  • a rotationally fixed connection which enables an axial displacement, can take place, for example, via a spline, as shown in FIG.
  • the annular space 14 has an annular end surface 20, which can have a rectilinear or curved cross section and which runs in a wave-like manner in the circumferential direction with an axially parallel wave amplitude.
  • the wavy line is approximately sinusoidal and has two wave crests or maxima 22 and two wave troughs or minima 24 in the example shown.
  • the end face or end face 26 of the annular piston 12 facing the end face 20 of the annular space 14 is also formed in a wavy line, as can be seen in FIG. 1.
  • This end surface also has two maxima or wave crests 28 and two wave troughs 30 (FIGS. 5 to 10).
  • this wavy line is designed such that the half-width of a wave crest measured in the circumferential direction, i.e. the width of the wave crest in the axial center between a wave minimum and a wave maximum is less than the half-value width of a wave trough.
  • the arrangement could also be reversed insofar as the end face 26 of the annular piston is selected to be sinusoidal and the end face 20 of the annular space 14 has narrower wave crests and wider wave troughs.
  • both mutually facing wave surfaces must not be identical, that is to say sinusoidal or cosine-shaped, in which case the surfaces would block.
  • the aim is an axial movement of the rotary piston in the manner of a harmonic vibration without extreme accelerations near the turning points.
  • one of the wave surfaces is at least approximately sinusoidal or cosine-shaped
  • the requirement that the other wave surface only slide with one point on this sinusoidal or cosine-shaped wave surface results in this wave surface being narrower wave crests and wider wave troughs than the sinusoidal Has wave surface.
  • one of the inlet and outlet channels 32 can also be seen in the housing 10, which ends at the inner boundary wall 15 of the annular space 14 and serves to supply or discharge a working fluid to the annular space 14, as is shown in FIGS. 5 to 10 is explained in more detail.
  • the piston 12 is tensioned against the end face 20 of the annular space 14 by a helical spring 34 arranged coaxially to the shaft 18.
  • a helical spring 34 arranged coaxially to the shaft 18.
  • a plate spring can also be used, which can simultaneously serve to connect the piston to the shaft in a rotationally fixed manner.
  • the axial length is shortened with the disc spring.
  • FIGS. 3 and 4 two piston / housing arrangements of the type shown in FIG. 1 are arranged coaxially with one another, the spring 34 being omitted.
  • the two pistons are combined to form a single double piston, the same parts being identified in the figures with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.
  • the arrangement of the end faces 20 of the annular spaces 14 is selected such that the maxima and minima of the two end faces 20 each lie on a common generatrix of the cylindrical annular spaces 14, as is also shown in FIGS. 5 to 16.
  • the end faces 26 of the double piston 12 are shaped such that the maximum or the wave crest 28 of one end face with a minimum or the wave trough 30 of the opposite end face lies jointly on a generatrix of the cylindrical annular piston 12.
  • 33 denotes a guide groove formed in the radially outer wall of the annular space 14, into which a pin 35 attached to the piston 12 engages.
  • the guide groove follows the waveform in the circumferential direction End surface 20 and thus controls the translational movement of the piston 12 without the end surfaces 20 and 26 touching.
  • this solution is only optional.
  • Figure 4a shows yet another way to reduce the sliding friction between the end surfaces 20 and 26 and thus the wear of these surfaces.
  • a roller 37 is rotatably mounted so that it can roll on the end surface 20 of the annular space 14.
  • FIGS. 5 to 10 relate to a rotary piston machine operated as a pump of the type described in FIGS. 3 and 4.
  • Two pairs of inlet openings 36 (suction line) and outlet openings 38 (pressure line) are provided per cylinder. There are two cycles per working stroke.
  • the outlet opening 38 lies in front of a wave crest 22 and the inlet or suction opening 36 behind the wave crest 22.
  • the shape of the inlet opening 36 and the outlet opening 38 is usually not circular in practice, but is designed depending on the intended use of the rotary lobe machine and also on the type of medium flowing through in order to achieve optimal control of the medium flow.
  • Figure 5 shows the piston 12 at top dead center.
  • Four separate cavities are formed between the upper end surface 20 'of the annular space 14 and the upper end surface 26 of the piston 12.
  • the outlet openings 38 are approximately closed.
  • the inlet openings 36 are gradually opened, so that the medium to be conveyed is sucked into the cavity lying between 90 and 180 ° and the cavity lying between 270 and 360 °.
  • the cavity lying in the direction of rotation between 90 ° and 270 ° has reached its maximum expansion.
  • the suction phase has ended here.
  • the printing phase i.e. the suction of the sucked medium through the outlet opening 38 begins.
  • FIGS. 6 to 10 show the further phases of the work of the pump when the piston 12 progresses in the direction of arrow A relative to the housing 10.
  • FIGS. 11 to 13 Two exemplary embodiments of the rotary lobe pump according to the invention, which works according to the principle described above, will now be explained below with reference to FIGS. 11 to 13.
  • the parts which are identical to the parts of the embodiment described in FIGS. 1 to 4A are also identified by the same reference numerals.
  • the housing 10 consists of two halves 10A and 10B which lie closely together along an axis-normal parting plane 40 and are firmly connected to one another by a clamping bolt 42.
  • the annular piston 12 is designed as a cylindrical tube section and likewise consists of two halves 12A and 12B, which abut one another in a central plane normal to the axis.
  • a cage 44 is embedded, which consists of a first ring 46, a second ring 48 and the connecting rods 50 arranged axially parallel and connecting the two rings (see also FIG. 12).
  • the cage is preferably made of a material with high electrical conductivity, such as silver or copper.
  • the housing 10 has a reduced outer diameter.
  • This section 52 is surrounded by a stator winding 54, which can generate a rotating field.
  • the rotating field generated by the three-phase current exerts an "induced" torque on the annular piston 12 functioning as a rotor.
  • the annular piston 12 can thus be driven without contact, so that the annular space 14 can be completely encapsulated.
  • the inlet and outlet channels 56, 58, through which the medium to be pumped enters and exits the annular space 14, are provided in the sections of the housing 10 outside the stator winding 54.
  • the position of the inlet 'and outlet openings can in the wall of the annular space 14 can be optimized regardless of the electrical properties of the pump drive.
  • FIG. 13 shows a drive of the annular piston 12 in the manner of an eddy current clutch.
  • the same parts of the rotary lobe pump are again identified by the same reference numerals as in the previous embodiments.
  • a pole wheel 62 is rotatably mounted thereon by means of ball bearings 60.
  • This pole wheel 62 carries excitation windings 63 and has a ring gear 64 via which it can be driven.
  • the rotation of the magnet wheel 62 induces secondary stresses in the iron or steel annular piston 12, which produce currents when the rotary piston and the magnet wheel rotate relative to one another.
  • the eddy currents in the rotary lobe generate a secondary magnetic field which counteracts the relative movement with respect to the pole wheel 62. This creates a torque that depends on the slip speed.
  • the rotary piston or annular piston 12 can thus also be driven without contact, so that the pump cavity can be completely closed.

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Abstract

The invention relates to a rotary piston pump comprising a casing (10) with a cylindrical annular space (14) and an annular piston (12a, 12b), which is arranged inside the annular space (14) in a manner that permits it to rotate and to be axially displaced. The facing end surfaces (20, 26) of the annular space (14) and of the annular piston (12a, 12b) are provided as continuous undulated surfaces with axially parallel amplitudes, and at least one respective inlet channel and one outlet channel (56, 58) for supplying or discharging a working fluid into or from the annular space (14) are provided inside the housing (10). The rotary piston pump is realized in the form of an electric machine in which the annular space (14) is surrounded by a stator winding (54), which generates a rotating field, and the annular piston (12a, 12b) forms the rotor.

Description

Drehkolbenpumpe Rotary pump
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe, umfassend ein Gehäuse mit einem zylindrischem Ringraum und einen Ringkolben, der in dem Ringraum drehbar und axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die einander zugekehrten Endflächen des Ringraumes und des Ringkolbens als stetige Wellenflächen mit achsparallel gerichteten Amplituden ausgebildet sind und wobei in dem Gehäuse jeweils mindestens ein Einlaß- und ein Auslaßkanal zum Zuführen bzw. Abführen eines Arbeitsfluides zu bzw. aus dem Ringraum ausgebildet sind.The invention relates to a rotary lobe pump, comprising a housing with a cylindrical annular space and an annular piston which is rotatably and axially displaceably arranged in the annular space, the facing end faces of the annular space and the annular piston being designed as continuous shaft surfaces with axially parallel amplitudes, and in which the housing each have at least one inlet and one outlet channel for supplying or discharging a working fluid to and from the annular space.
Eine Drehkolbenpumpe der vorstehend genannten Art ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 199 53 168 beschrieben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der vorstehend genannten Art so auszubilden, daß das zu pumpende Medium vollkommen leckagefrei gefördert werden kann.A rotary lobe pump of the type mentioned above is described, for example, in the unpublished German patent application 199 53 168. The invention has for its object to design a pump of the type mentioned above so that the medium to be pumped can be pumped completely leak-free.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehkolbenpumpe nach Art einer elektrischen Maschine ausgebildet ist, bei welcher der Ringraum von einer ein Drehfeld erzeugenden Ständerwicklung umgeben ist und der Ringkolben den Läufer bildet. Der Ringkolben kann dabei als Kurzschluß- oder Käfigläufer eines Drehstrom- Asynchronmotors ausgebildet sein. Der in der Ständerwicklung wirkende Drehstrom erzeugt ein magnetisches Drehfeld, das auf den als Läufer fungierenden Ringkolben ein "induziertes" Drehmoment ausübt. Der Ringkolben selber kann aus einem Eisenkern bestehen, in denen zur Erhöhung des magnetischen Flusses ein Käfig eingelagert sein kann, der aus einem Material mit sehr guter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Silber oder Kupfer besteht. Durch diese Anordnung wird ein hoher magnetische Fluß erzeugt, was wiederum gleichbedeutend ist mit einem hohen induzierten Drehmoment im Ringkolben. Das den Ringraum enthaltende Gehäuse selbst besteht vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material, um induzierte Wirbelströme im Gehäuse zu verhindern.This object is achieved in that the rotary lobe pump is designed in the manner of an electrical machine in which the annular space is surrounded by a stator winding generating a rotating field and the annular piston forms the rotor. The ring piston can be designed as a short-circuit or squirrel-cage rotor of a three-phase asynchronous motor. The three-phase current acting in the stator winding generates a magnetic rotating field which exerts an "induced" torque on the ring piston, which acts as a rotor. The ring piston itself can consist of an iron core, in which, to increase the magnetic flux, a cage can be embedded, which consists of a material with very good electrical conductivity, for example silver or copper. A high magnetic flux is generated by this arrangement, which in turn is synonymous with a high induced torque in the ring piston. The housing containing the annular space itself preferably consists of an electrically non-conductive material in order to prevent induced eddy currents in the housing.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Ringkolben als Synchron-Läufer ausgebildet, in den eine Mehrzahl von Permanentmagneten fest eingebaut ist. Die Ständerwicklung für die Erzeugung des Drehfeldes ist analog zu der oben beschriebenen Ausführungsform ausgebildet. In diesem Fall dreht sich der den Läufer bildende Ringkolben ohne Schlupf zum Drehfeld. Dies hat den Vorzug, daß keine Wärme im Ringkolben entwickelt wird, die sich gegebenenfalls nachteilig auf das zu fördernde Medium auswirken könnte.In an alternative embodiment, the ring piston is designed as a synchronous rotor, in which a plurality of permanent magnets are permanently installed. The stator winding for generating the rotating field is designed analogously to the embodiment described above. In this case, the ring piston forming the rotor rotates to the rotating field without slipping. This has the advantage that no heat is developed in the annular piston, which could possibly have an adverse effect on the medium to be conveyed.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe vorgeschlagen, daß die Drehkolbenpumpe nach Art einer Wirbelstromkupplung ausgebildet ist mit einem außerhalb des Ringraumes und koaxial zu diesem gelagerten antreibbaren Erregerteil und einem von dem Ringkolben gebildeten Sekundärteil. Das als Polrad ausgebildete Erregerteil induziert in dem Sekundärteil Spannungen, die Ströme hervorrufen, wenn die beiden Kupplungshälften gegeneinander eine Relativbewegung herausführen. Diese Wirbelströme im Ringkolben erzeugen ein sekundäres Magnetfeld, das der Relativbewegung gegenüber dem Polrad entgegenwirkt. Dadurch entsteht ein Drehmoment, das von der Schlupfdrehzahl abhängig ist. Das Polrad kann auf beliebige Weise von außen her angetrieben werden.According to one aspect of the invention, in order to achieve the object on which the invention is based, it is proposed that the rotary lobe pump be designed in the manner of an eddy current clutch with a drivable excitation part mounted outside the annular space and coaxially to the latter and a secondary part formed by the annular piston. The exciter part, which is designed as a magnet wheel, induces voltages in the secondary part which produce currents when the two coupling halves lead out a relative movement against one another. These eddy currents in the ring piston create a secondary magnetic field that counteracts the relative movement with respect to the magnet wheel. This creates a torque that depends on the slip speed. The magnet wheel can be driven from the outside in any way.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet die Möglichkeit, die Pumpe in vollständig gekapselter Bauart herzustellen, bei der die einzigen Verbindungen des Ringraumes nach außen die Einlaß- und Auslaßkanäle sind. Dadurch kann man mit der erfindungsgemäßen Pumpe Medien fördern, die keinen Kontakt mit der Außenluft haben sollen, sei es, daß das Medium für die Außenwelt gefährlich ist, sei es, daß das Medium durch Kontakt mit der Außenwelt kontaminiert werden könnte.The solution according to the invention offers the possibility of producing the pump in a completely encapsulated design, in which the only connections of the annular space to the outside are the inlet and outlet channels. As a result, media can be conveyed with the pump according to the invention that have no contact with the Should have outside air, be it that the medium is dangerous to the outside world, or that the medium could be contaminated by contact with the outside world.
Vorzugsweise ist der Ringkolben in Form eines zylindrische Rohrabschnittes ausgebildet. Der freie Raum innerhalb des Ringkolbens kann dazu genutzt werden, die beiden Hälften des vorzugsweise zweiteilig ausgebildeten Gehäuses auch innerhalb des Ring- oder Drehkolbens miteinander zu verbinden. Vorzugsweise ist die Gehäusewand zwischen der Ständerwicklung und dem Ringraum extrem dünnwandig, um den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer so gering wie möglich zu halten. Dadurch läßt sich der Wirkungsgrad beim Antrieb des Ringkolbens verbessern.The annular piston is preferably designed in the form of a cylindrical tube section. The free space within the ring piston can be used to connect the two halves of the housing, which is preferably in two parts, also within the ring or rotary piston. The housing wall between the stator winding and the annular space is preferably extremely thin-walled in order to keep the air gap between the stator and rotor as small as possible. This can improve the efficiency when driving the annular piston.
Durch den Wegfall einer Antriebswelle für den Ringkolben können die Ein- und Auslaßkanäle sowohl innerhalb als auch außerhalb des Ringraumes vorgesehen werden.By eliminating a drive shaft for the annular piston, the inlet and outlet channels can be provided both inside and outside the annular space.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind wie bei der Drehkolbenmaschine, die in der oben genannten älteren Anmeldung beschrieben ist, die jeweilige Einlaß- und Auslaßöffnung des mindestens einen Einlaß- und Auslaßkanales in dem Ringraum innerhalb eines axialen Bereiches der Ringraummantelfläche vorgesehen, der durch den maximalen axialen Abstand der Wellentäler der einander zugewandten Endflächen bestimmt wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Einlaß- und Auslaßkanäle außerhalb der axialen Bauhöhe des Ständers ausgebildet sind. Dadurch werden die Funktionen des elektrischen Antriebs und der Pumpe räumlich voneinander getrennt. Es gibt keine geometrischen Überschneidungen. Dies bietet die Möglichkeit, die Funktion der Pumpe einerseits und des Antriebs andererseits hinsichtlich ihres jeweiligen Wirkungsgrades konstruktiv optimal auszulegen.In the solution according to the invention, as in the rotary piston machine described in the above-mentioned earlier application, the respective inlet and outlet openings of the at least one inlet and outlet channel are provided in the annulus within an axial region of the annulus outer surface, which is defined by the maximum axial distance the troughs of the mutually facing end faces is determined. It is advantageous if the inlet and outlet channels are formed outside the axial height of the stator. This separates the functions of the electric drive and the pump from each other. There is no geometric overlap. This offers the possibility of constructively designing the function of the pump on the one hand and the drive on the other hand in terms of their respective efficiency.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the rotary lobe pump according to the invention result from the further subclaims.
Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Figur 1 eine schematische, perspektivische, teilweise aufgebrocheneThe following description in conjunction with the accompanying drawings explains the invention using exemplary embodiments. Show it: Figure 1 is a schematic, perspective, partially broken
Darstellung einer Drehkolbenmaschine mit einer Kolben/Ringraumanordnung, wie sie in der DE 199 53 168 beschrieben ist,Representation of a rotary piston machine with a piston / annulus arrangement, as described in DE 199 53 168,
Figur 2 einen die Achse enthaltenden Schnitt durch das Gehäuse der in Figur 1 dargestellten Anordnung,FIG. 2 shows a section through the housing of the arrangement shown in FIG. 1 containing the axis,
Figur 3 eine schematische, perspektivische, teilweise aufgebrocheneFigure 3 is a schematic, perspective, partially broken
Darstellung einer Drehkolbenmaschine mit einem Doppelkolben,Representation of a rotary piston machine with a double piston,
Figur 4 einen schematischen, die Achse enthaltenden Schnitt durch die Doppelkolbenanordnung gemäß Figur 3,FIG. 4 shows a schematic section through the double piston arrangement according to FIG. 3 containing the axis,
Figur 4a die Einzelheit A aus Figur 4 in vergrößertem Maßstab für eine abgewandelte Ausführungsform,4a shows the detail A from FIG. 4 on an enlarged scale for a modified embodiment,
Figuren 5 bis 10 jeweils eine Abwicklungsdarstellung der aneinander gleitenden Endflächen des Gehäuseringraumes und des Doppelkolbens einer als Pumpe arbeitenden Doppelkolbenmaschine gemäß den Figuren 3 und 4,FIGS. 5 to 10 each show a development view of the sliding end faces of the housing ring space and the double piston of a double-piston machine according to FIGS. 3 and 4 working as a pump,
Figur 11 einen schematischen, die Achse enthaltenden Schnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe,FIG. 11 shows a schematic section containing the axis through a first embodiment of the rotary lobe pump according to the invention,
Figur 12 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung des den Läufer bildenden Ringkolbens,FIG. 12 shows a perspective, partially sectioned illustration of the ring piston forming the rotor,
Figur 13 einen die Achse enthaltenden Teilschnitt durch eine weitereFigure 13 is a partial section containing the axis through another
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe.Embodiment of the rotary lobe pump according to the invention.
Um die Arbeitsweise der Drehkolbenmaschine, von der die erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe abgeleitet ist, besser zu verstehen, wird zunächst auf die Figuren 1 bis 10 verwiesen, welche eine in der nicht vorveröffentlichten DE 199 53 168 beschriebene Lösung zeigen.In order to better understand the mode of operation of the rotary lobe machine from which the rotary lobe pump according to the invention is derived, reference is first made to the Figures 1 to 10 referenced, which show a solution described in the unpublished DE 199 53 168.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Drehkolbenmaschine umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 10 und einen in Form eines Rohrabschnittes ausgebildeten Ringkolben 12, der in einem ringförmigen Hohlraum 14 des zylindrischen Gehäuses 10 drehbar und axial verschiebbar geführt ist. Der Kolben ist über einen radialen Boden, der in Figur 1 gestrichelt angedeutet und mit 16 bezeichnet ist oder über radiale Speichen mit einer Welle 18 drehfest, aber axial auf der Welle 18 verschiebbar verbunden, welche das Gehäuse 10 durchsetzt. Eine solche eine axiale Verschiebung ermöglichende drehfeste Verbindung kann beispielsweise über eine Keilverzahnung erfolgen, wie dies in Figur 4 dargestellt ist.The rotary piston machine shown in FIGS. 1 and 2 comprises a cylindrical housing 10 and an annular piston 12 designed in the form of a tubular section, which is rotatably and axially displaceably guided in an annular cavity 14 of the cylindrical housing 10. The piston is connected in a rotationally fixed but axially displaceable manner on the shaft 18, which passes through the housing 10, via a radial base, which is indicated by dashed lines in FIG. 1 and is designated by 16, or via radial spokes. Such a rotationally fixed connection, which enables an axial displacement, can take place, for example, via a spline, as shown in FIG.
Der Ringraum 14 hat eine ringförmige Endfläche 20, die einen geradlinigen oder gekrümmten Querschnitt haben kann und die in Umfangsrichtung wellenförmig verläuft mit achsparallel gerichteter Wellenamplitude. Wie man in den Figuren 5 bis 10 erkennt, ist die Wellenlinie annähernd sinusförmig und hat in dem dargestellten Beispiel zwei Wellenberge oder Maxima 22 sowie zwei Wellentäler oder Minima 24.The annular space 14 has an annular end surface 20, which can have a rectilinear or curved cross section and which runs in a wave-like manner in the circumferential direction with an axially parallel wave amplitude. As can be seen in FIGS. 5 to 10, the wavy line is approximately sinusoidal and has two wave crests or maxima 22 and two wave troughs or minima 24 in the example shown.
Die der Endfläche 20 des Ringraumes 14 zugewandte Stirn- oder Endfläche 26 des Ringkolbens 12 ist ebenfalls wellenlinienförmig ausgebildet, wie dies in der Figur 1 zu erkennen ist. Auch diese Endfläche hat zwei Maxima oder Wellenberge 28 und zwei Wellentäler 30 (Figuren 5 bis 10). Diese Wellenlinie ist jedoch so ausgebildet, daß die in Umfangsrichtung gemessene Halbwertsbreite eines Wellenberges, d.h. die Breite des Wellenberges in der axialen Mitte zwischen einem Wellenminimum und einem Wellenmaximum geringer als die Halbwertsbreite eines Wellentales ist. Die Anordnung könnte auch insofern umgekehrt gewählt sein, als die Endfläche 26 des Ringkolbens sinusförmig gewählt ist und die Endfläche 20 des Ringraumes 14 schmalere Wellenberge und breitere Wellentäler hat.The end face or end face 26 of the annular piston 12 facing the end face 20 of the annular space 14 is also formed in a wavy line, as can be seen in FIG. 1. This end surface also has two maxima or wave crests 28 and two wave troughs 30 (FIGS. 5 to 10). However, this wavy line is designed such that the half-width of a wave crest measured in the circumferential direction, i.e. the width of the wave crest in the axial center between a wave minimum and a wave maximum is less than the half-value width of a wave trough. The arrangement could also be reversed insofar as the end face 26 of the annular piston is selected to be sinusoidal and the end face 20 of the annular space 14 has narrower wave crests and wider wave troughs.
Es ist wesentlich, festzuhalten, daß nicht beide einander zugewandten Wellenflächen identisch, d.h. sinus- oder cosinusförmig ausgebildet sein dürfen, in diesem Falle würden sich die Flächen blockieren. Angestrebt wird eine Axialbewegung des Drehkolbens nach Art einer harmonischen Schwingung ohne extreme Beschleunigungen nahe den Umkehrpunkten. Setzt man beispielsweise voraus, daß eine der Wellenflächen mindestens annähernd sinus- oder cosinusförmig verläuft, so führt die Forderung, daß die andere Wellenfläche jeweils nur mit einem Punkt auf dieser sinus- oder cosinusförmigen Wellenfläche gleitet, dazu, daß diese Wellenfläche schmalere Wellenberge und breitere Wellentäler als die sinusförmige Wellenfläche hat.It is important to note that both mutually facing wave surfaces must not be identical, that is to say sinusoidal or cosine-shaped, in which case the surfaces would block. The aim is an axial movement of the rotary piston in the manner of a harmonic vibration without extreme accelerations near the turning points. For example, assuming that one of the wave surfaces is at least approximately sinusoidal or cosine-shaped, the requirement that the other wave surface only slide with one point on this sinusoidal or cosine-shaped wave surface results in this wave surface being narrower wave crests and wider wave troughs than the sinusoidal Has wave surface.
In Figur 2 ist ferner in dem Gehäuse 10 einer der Einlaß- und Auslaßkanäle 32 zu erkennen, der an der inneren Begrenzungswand 15 des Ringraumes 14 endet und zum Zuführen oder Abführen eines Arbeitsfluides zu dem Ringraum 14 dient, wie dies anhand der Figuren 5 bis 10 noch näher erläutert wird.In FIG. 2, one of the inlet and outlet channels 32 can also be seen in the housing 10, which ends at the inner boundary wall 15 of the annular space 14 and serves to supply or discharge a working fluid to the annular space 14, as is shown in FIGS. 5 to 10 is explained in more detail.
Der Kolben 12 wird durch eine koaxial zur Welle 18 angeordnete Schraubenfeder 34 gegen die Endfläche 20 des Ringraumes 14 gespannt. Anstelle der Schraubenfeder kann auch eine Tellerfeder verwendet werden, die gleichzeitig dazu dienen kann, den Kolben drehfest mit der Welle zu verbinden. Mit der Tellerfeder wird die axiale Baulänge verkürzt.The piston 12 is tensioned against the end face 20 of the annular space 14 by a helical spring 34 arranged coaxially to the shaft 18. Instead of the helical spring, a plate spring can also be used, which can simultaneously serve to connect the piston to the shaft in a rotationally fixed manner. The axial length is shortened with the disc spring.
Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine sind zwei Kolben/Gehäuseanordnungen der in Figur 1 dargestellten Art koaxial zueinander angeordnet, wobei die Feder 34 entfällt. Die beiden Kolben sind zu einem einzigen Doppelkolben vereinigt, wobei in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 bezeichnet sind.In the embodiment of the rotary piston machine according to the invention shown in FIGS. 3 and 4, two piston / housing arrangements of the type shown in FIG. 1 are arranged coaxially with one another, the spring 34 being omitted. The two pistons are combined to form a single double piston, the same parts being identified in the figures with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.
Die Anordnung der Endflächen 20 der Ringräume 14 ist so gewählt, daß die Maxima und Minima der beiden Endflächen 20 jeweils auf einer gemeinsamen Erzeugenden der zylindrischen Ringräume 14 liegen, wie dies auch die Figuren 5 bis 16 zeigen.The arrangement of the end faces 20 of the annular spaces 14 is selected such that the maxima and minima of the two end faces 20 each lie on a common generatrix of the cylindrical annular spaces 14, as is also shown in FIGS. 5 to 16.
Die Endflächen 26 des Doppelkolbens 12 dagegen sind so geformt, daß das Maximum oder der Wellenberg 28 der einen Endfläche mit einem Minimum oder dem Wellental 30 der entgegengesetzten Endfläche gemeinsam auf einer Erzeugenden des Zylindrischen Ringkolbens 12 liegt.The end faces 26 of the double piston 12, on the other hand, are shaped such that the maximum or the wave crest 28 of one end face with a minimum or the wave trough 30 of the opposite end face lies jointly on a generatrix of the cylindrical annular piston 12.
In Figur 3 ist mit 33 eine in der radial äußeren Wand des Ringraumes 14 ausgebildete Führungsnut bezeichnet, in die ein an dem Kolben 12 befestigter Zapfen 35 eingreift. Die Führungsnut folgt in Umfangsrichtung der Wellenform der Endfläche 20 und steuert so die Translationsbewegung des Kolbens 12, ohne daß sich die Endflächen 20 und 26 berühren. Diese Lösung ist aber nur optional.In FIG. 3, 33 denotes a guide groove formed in the radially outer wall of the annular space 14, into which a pin 35 attached to the piston 12 engages. The guide groove follows the waveform in the circumferential direction End surface 20 and thus controls the translational movement of the piston 12 without the end surfaces 20 and 26 touching. However, this solution is only optional.
Figur 4a zeigt noch eine weitere Möglichkeit, die Gleitreibung zwischen den Endflächen 20 und 26 und damit den Verschleiß dieser Flächen zu vermindern. In einer Aussparung in der Endfläche 26 des Kolbens 12 ist eine Rolle 37 drehbar gelagert, so daß sie auf der Endfläche 20 des Ringraumes 14 rollen kann.Figure 4a shows yet another way to reduce the sliding friction between the end surfaces 20 and 26 and thus the wear of these surfaces. In a recess in the end surface 26 of the piston 12, a roller 37 is rotatably mounted so that it can roll on the end surface 20 of the annular space 14.
Die Figuren 5 bis 10 betreffen eine als Pumpe betriebene Drehkolbenmaschine der in den Figuren 3 und 4 beschriebenen Art. Pro Zylinder sind zwei Paare von Einlaßöffnungen 36 (Saugleitung) und Auslaßöffnungen 38 (Druckleitung) vorgesehen. Pro Arbeitshub gibt es zwei Takte. Bezogen auf die in Richtung des Pfeiles A weisende Umlaufrichtung des Kolbens 12 liegt die Auslaßöffnung 38 vor einem Wellenberg 22 und die Einlaß- oder Ansaugöffnung 36 hinter dem Wellenberg 22. Die Form der Einlaßöffnung 36 und der Auslaßöffnung 38 ist in der Praxis meist nicht kreisförmig, sondern wird je nach Verwendungszweck der Drehkolbenmaschine und auch nach Art des durchströmenden Mediums gestaltet, um eine optimale Steuerung des Mediumdurchflusses zu erreichen.FIGS. 5 to 10 relate to a rotary piston machine operated as a pump of the type described in FIGS. 3 and 4. Two pairs of inlet openings 36 (suction line) and outlet openings 38 (pressure line) are provided per cylinder. There are two cycles per working stroke. Relative to the direction of rotation of the piston 12 pointing in the direction of arrow A, the outlet opening 38 lies in front of a wave crest 22 and the inlet or suction opening 36 behind the wave crest 22. The shape of the inlet opening 36 and the outlet opening 38 is usually not circular in practice, but is designed depending on the intended use of the rotary lobe machine and also on the type of medium flowing through in order to achieve optimal control of the medium flow.
Figur 5 zeigt den Kolben 12 im oberen Totpunkt. Dabei sind zwischen der oberen Endfläche 20 'des Ringraumes 14 und der oberen Endfläche 26 des Kolbens 12 vier voneinander getrennte Hohlräume gebildet. Die Auslaßöffnungen 38 sind annähernd geschlossen. Bei einer Drehung des Kolbens 12 in Richtung des Pfeiles A werden die Einlaßöffnungen 36 allmählich geöffnet, so daß in den zwischen 90 und 180° liegenden Hohlraum und den zwischen 270 und 360° liegenden Hohlraum das zu fördernde Medium angesaugt wird. In der unteren Hälfte der Drehkolbenpumpe dagegen hat der in Umlaufrichtung zwischen 90° und 270° liegende Hohlraum seine maximale Ausdehnung erreicht. Die Saugphase ist hier beendet. Die Druckphase, d.h. das Ausstoßen des angesaugten Mediums durch die Auslaßöffnung 38 beginnt.Figure 5 shows the piston 12 at top dead center. Four separate cavities are formed between the upper end surface 20 'of the annular space 14 and the upper end surface 26 of the piston 12. The outlet openings 38 are approximately closed. When the piston 12 rotates in the direction of arrow A, the inlet openings 36 are gradually opened, so that the medium to be conveyed is sucked into the cavity lying between 90 and 180 ° and the cavity lying between 270 and 360 °. In the lower half of the rotary lobe pump, on the other hand, the cavity lying in the direction of rotation between 90 ° and 270 ° has reached its maximum expansion. The suction phase has ended here. The printing phase, i.e. the suction of the sucked medium through the outlet opening 38 begins.
Die folgenden Figuren 6 bis 10 zeigen die weiteren Phasen der Arbeit der Pumpe bei einem Fortschreiten des Kolbens 12 in Richtung des Pfeiles A relativ zu dem Gehäuse 10.The following FIGS. 6 to 10 show the further phases of the work of the pump when the piston 12 progresses in the direction of arrow A relative to the housing 10.
Man erkennt, daß die Steuerung der Einlaß- und Auslaßöffnungen vollständig ohne Ventile allein durch den Kolben selbst erfolgt und daß außer dem rotierenden und axial oszillierenden Kolben keine weiteren beweglichen Teile erforderlich sind. Insbesondere werden keine beweglichen Dichtungselemente benötigt. Da der Kolben völlig symmetrisch aufgebaut ist, tritt auch keine Unwucht auf.It can be seen that the control of the inlet and outlet openings takes place entirely without valves solely by the piston itself and that besides that rotating and axially oscillating pistons no further moving parts are required. In particular, no movable sealing elements are required. Since the piston is completely symmetrical, there is no imbalance.
Im folgenden sollen nun anhand der Figuren 11 bis 13 zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe erläutert werden, die nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip arbeitet. Dabei sind die Teile, die mit den Teilen der in den Figuren 1 bis 4A beschriebenen Ausführungsform identisch sind, auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Two exemplary embodiments of the rotary lobe pump according to the invention, which works according to the principle described above, will now be explained below with reference to FIGS. 11 to 13. The parts which are identical to the parts of the embodiment described in FIGS. 1 to 4A are also identified by the same reference numerals.
Der wesentlichste Unterschied der in den Figuren 11 und 13 dargestellten Ausführungsform zu der vorher beschriebenen Lösung besteht darin, daß die zentrale Welle, mit der der Ringkolben bei der Lösung nach den Figuren 1 bis 4A verbunden ist, bei den Ausführungsformen der Figuren 11 bis 13 entfällt. Das Gehäuse 10 besteht aus zwei Hälften 10A und 10B die entlang einer achnsnormalen Trennebene 40 dicht aneinander anliegen und durch einen Spannbolzen 42 fest miteinander verbunden sind. Der Ringkolben 12 ist als zylindrischer Rohrabschnitt ausgebildet und besteht ebenfalls aus zwei Hälften 12A und 12B, die in einer achsnormalen Mittelebene aneinander stoßen. In den aus Eisen bestehenden Ringkolben 12 ist ein Käfig 44 eingebettet, der aus einem ersten Ring 46, einem zweiten Ring 48 und die beide Ringe miteinander verbindenden achsparallel angeordneten Verbindungsstäben 50 besteht (siehe auch Figur 12). Der Käfig besteht vorzugsweise aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit wie Silber oder Kupfer.The most important difference between the embodiment shown in FIGS. 11 and 13 and the previously described solution is that the central shaft to which the ring piston is connected in the solution according to FIGS. 1 to 4A is omitted in the embodiments of FIGS. 11 to 13 , The housing 10 consists of two halves 10A and 10B which lie closely together along an axis-normal parting plane 40 and are firmly connected to one another by a clamping bolt 42. The annular piston 12 is designed as a cylindrical tube section and likewise consists of two halves 12A and 12B, which abut one another in a central plane normal to the axis. In the ring piston 12 made of iron, a cage 44 is embedded, which consists of a first ring 46, a second ring 48 and the connecting rods 50 arranged axially parallel and connecting the two rings (see also FIG. 12). The cage is preferably made of a material with high electrical conductivity, such as silver or copper.
In einem axial mittleren Abschnitt 52 hat das Gehäuse 10 einen verringerten Außendurchmesser. Dieser Abschnitt 52 ist von einer Ständerwicklung 54 umgeben, die ein Drehfeld erzeugen kann. Das von dem Drehstrom erzeugte Drehfeld übt auf den als Läufer fungierenden Ringkolben 12 ein "induziertes" Drehmoment aus. Der Ringkolben 12 kann damit berührungsfrei angetrieben werden, so daß der Ringraum 14 vollständig gekapselt werden kann.In an axially central section 52, the housing 10 has a reduced outer diameter. This section 52 is surrounded by a stator winding 54, which can generate a rotating field. The rotating field generated by the three-phase current exerts an "induced" torque on the annular piston 12 functioning as a rotor. The annular piston 12 can thus be driven without contact, so that the annular space 14 can be completely encapsulated.
Wie die Figur 11 erkennen läßt, sind die Einlaß- und Auslaßkanäle 56, 58, durch die das zu pumpende Medium in den bzw. aus dem Ringraum 14 gelangt, in den außerhalb der Ständerwicklung 54 liegenden Abschnitten des Gehäuses 10 vorgesehen. Damit kann die Lage der Einlaß-' und Auslaßöffnungen in der Wand des Ringraumes 14 ohne Rücksicht auf die elektrischen Eigenschaften des Pumpenantriebes optimiert werden.As can be seen in FIG. 11, the inlet and outlet channels 56, 58, through which the medium to be pumped enters and exits the annular space 14, are provided in the sections of the housing 10 outside the stator winding 54. Thus the position of the inlet 'and outlet openings can in the wall of the annular space 14 can be optimized regardless of the electrical properties of the pump drive.
Die Ausführungsform gemäß Figur 13 zeigt einen Antrieb des Ringkolbens 12 nach Art einer Wirbelstromkupplung. Gleiche Teile der Drehkolbenpumpe sind wieder mit gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Ausführungsformen bezeichnet.The embodiment according to FIG. 13 shows a drive of the annular piston 12 in the manner of an eddy current clutch. The same parts of the rotary lobe pump are again identified by the same reference numerals as in the previous embodiments.
Koaxial zu dem zylindrischen Gehäuse 10 ist auf diesem mittels Kugellagern 60 ein Polrad 62 drehbar gelagert. Dieses Polrad 62 trägt Erregerwicklungen 63 und hat einen Zahnkranz 64 über den es angetrieben werden kann. Die Drehung des Polrades 62 induziert in dem aus Eisen oder Stahl bestehenden Ringkolben 12 sekundäre Spannungen, die Ströme hervorrufen, wenn Drehkolben und Polrad sich relativ zueinander drehen. Die Wirbelströme im Drehkolben erzeugen ein sekundäres Magnetfeld, das der Relativbewegung gegenüber dem Polrad 62 entgegenwirkt. Dadurch entsteht ein Drehmoment, das von der Schlupfdrehzahl abhängig ist. Auch damit ist der Drehkolben oder Ringkolben 12 berührungsfrei antreibbar, so daß der Pumpenhohlraum vollständig abgeschlossen werden kann. Coaxial to the cylindrical housing 10, a pole wheel 62 is rotatably mounted thereon by means of ball bearings 60. This pole wheel 62 carries excitation windings 63 and has a ring gear 64 via which it can be driven. The rotation of the magnet wheel 62 induces secondary stresses in the iron or steel annular piston 12, which produce currents when the rotary piston and the magnet wheel rotate relative to one another. The eddy currents in the rotary lobe generate a secondary magnetic field which counteracts the relative movement with respect to the pole wheel 62. This creates a torque that depends on the slip speed. The rotary piston or annular piston 12 can thus also be driven without contact, so that the pump cavity can be completely closed.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Drehkolbenpumpe umfassend ein Gehäuse (10) mit einem zylindrischen Ringraum (14) und einen Ringkolben (12), der in dem Ringraum (14) drehbar und axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die einander zugekehrten Endflächen (20, 26) des Ringraumes (14) und des Ringkolbens (16) als stetige Wellenflächen mit achsparallel gerichteter Amplitude ausgebildet sind und wobei in dem Gehäuse (10) jeweils mindestens ein Einlaß- und ein Auslaßkanal (56, 58) zum Zuführen bzw. Abführen eines Arbeitsfluides aus dem Ringraum (14) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolbenpumpe nach Art einer elektrischen Maschine ausgebildet ist, bei welcher der Ringraum (14) von einer ein Drehfeld erzeugenden Ständerwicklung (54) umgeben ist und der Ringkolben (12) den Läufer bildet.1. Rotary lobe pump comprising a housing (10) with a cylindrical annular space (14) and an annular piston (12) which is rotatably and axially displaceable in the annular space (14), the mutually facing end faces (20, 26) of the annular space ( 14) and the annular piston (16) are designed as continuous shaft surfaces with an axially parallel amplitude, and in the housing (10) at least one inlet and one outlet channel (56, 58) for supplying or removing a working fluid from the annular space (14 ) are formed, characterized in that the rotary lobe pump is designed in the manner of an electrical machine, in which the annular space (14) is surrounded by a stator winding (54) producing a rotating field and the annular piston (12) forms the rotor.
2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (12) als Kurzschluß- oder Käfigläufer eines Drehstrom- Asynchronmotors ausgebildet ist.2. Rotary lobe pump according to claim 1, characterized in that the annular piston (12) is designed as a short-circuit or squirrel-cage rotor of a three-phase asynchronous motor.
3. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht.3. Rotary lobe pump according to claim 1 or 2, characterized in that the housing (10) consists of an electrically non-conductive material.
4. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (12) im wesentlichen aus einem Eisenkern besteht.4. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the annular piston (12) consists essentially of an iron core.
5. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem5. Rotary lobe pump according to claim 4, characterized in that in the
Eisenkern ein Käfig (44) aus einem eine gegenüber Eisen erhöhte elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Material eingebettet ist. Iron core is embedded in a cage (44) made of a material which has an increased electrical conductivity compared to iron.
6. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (12) als Synchron-Läufer ausgebildet ist, in dem eine Mehrzahl von Permanentmagneten fest eingebaut ist.6. Rotary lobe pump according to claim 1, characterized in that the annular piston (12) is designed as a synchronous rotor, in which a plurality of permanent magnets is permanently installed.
7. Drehkolbenpumpe umfassend ein Gehäuse (10) mit einem zylindrischen Ringraum (14) und einen Ringkolben (12) der in dem Ringraum (14) drehbar und axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die einander zugekehrten Endflächen (20, 26) des Ringraumes (14) und des Ringkolbens (16) als stetige Wellenflächen mit achsparallel gerichteter Amplitude ausgebildet sind und wobei in dem Gehäuse (10) jeweils mindestens ein Einlaß- und ein Auslaßkanal (56, 58) zum Zuführen bzw. Abführen eines Arbeitsfluides aus dem Ringraum (14) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolbenpumpe nach Art einer Wirbelstromkupplung ausgebildet ist mit einem außerhalb des Ringraumes (14) und koaxial zu diesem gelagerten antreibbaren Erregerteil (62) und einem von dem Ringkolben (12) gebildeten Sekundärteil.7. Rotary piston pump comprising a housing (10) with a cylindrical annular space (14) and an annular piston (12) which is rotatably and axially displaceable in the annular space (14), the mutually facing end faces (20, 26) of the annular space (14 ) and the annular piston (16) are designed as continuous shaft surfaces with an axially parallel amplitude, and in the housing (10) at least one inlet and one outlet channel (56, 58) for supplying or removing a working fluid from the annular space (14) are formed, characterized in that the rotary lobe pump is designed in the manner of an eddy current clutch with an excitable part (62) which is drivable outside the annular space (14) and coaxially to the latter and a secondary part formed by the annular piston (12).
8. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (12) in Form eines zylindrischen Rohrabschnittes ausgebildet ist.8. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the annular piston (12) is designed in the form of a cylindrical tube section.
9. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Einlaß- und Auslaßöffnung (36, 38) des mindestens einen Einlaß- und Auslaßkanales (56, 58) in dem Ringraum (14) innerhalb eines axialen Bereiches der Ringraummantelfläche liegen, der durch den maximalen axialen Abstand der Wellentäler der einander zugewandten Endflächen (20, 26) bestimmt wird.9. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 8, characterized in that the respective inlet and outlet opening (36, 38) of the at least one inlet and outlet channel (56, 58) in the annular space (14) within an axial region of the annular surface area lie, which is determined by the maximum axial distance of the troughs of the mutually facing end faces (20, 26).
10. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßkanäle (56, 58) außerhalb der axialen Bauhöhe der Ständerwicklung (54) ausgebildet sind. 10. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inlet and outlet channels (56, 58) are formed outside the axial height of the stator winding (54).
11. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wellenberge (22, 28) und zwei Wellentäler (24, 30) auf 360° des Umfangs vorgesehen sind, wobei die in Umfangsrichtung gemessene Halbwertsbreite der Wellenberge (28) mindestens einer der Endflächen kleiner als die der Wellentäler (30) derselben Endfläche ist.11. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least two wave crests (22, 28) and two wave troughs (24, 30) are provided at 360 ° of the circumference, the half-width of the wave crests (28) measured in the circumferential direction. at least one of the end faces is smaller than that of the troughs (30) of the same end face.
12. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Mantelfläche des Ringkolbens (12) oder des Ringraumes (14) eine Nut (33) ausgebildet ist, in die ein mit dem jeweils anderen Teil (Ringraum 14, Ringkolben 12) verbundenes Führungselement (31) eingreift, wobei der Verlauf der Nut in Umfangsrichtung dem der Wellenform der Endfläche (20) des Ringraumes (14) entspricht.12. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that a groove (33) is formed in an outer surface of the annular piston (12) or the annular space (14) into which one with the other part (annular space 14, annular piston) 12) engages the connected guide element (31), the course of the groove in the circumferential direction corresponding to that of the waveform of the end face (20) of the annular space (14).
13. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der einander zugekehrten Endflächen (20, 26) von Ringraum (14) und Ringkolben (12) ein zur rollenden Anlage an der jeweils anderen Endfläche bestimmtes Führungselement (37) drehbar gelagert ist.13. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that in one of the mutually facing end faces (20, 26) of the annular space (14) and the annular piston (12) a guide element (37) intended for rolling contact with the other end face. is rotatably mounted.
14. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (36) und die Auslaßöffnung (38) in Umfangsrichtung vor bzw. hinter einem Wellenberg (22) der Endfläche (20) des Ringraumes (14) angeordnet sind.14. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the inlet opening (36) and the outlet opening (38) are arranged in the circumferential direction in front of or behind a wave crest (22) of the end face (20) of the annular space (14).
15. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mindestens zwei Einlaßöffnungen (36) und zwei Auslaßöffnungen (38) pro Endfläche des Ringkolbens (12) vorgesehen sind.15. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least two inlet openings (36) and two outlet openings (38) are provided per end face of the annular piston (12).
16. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung und/oder die Auslaßöffnung an der radial inneren Begrenzungswand (15) des Ringraumes (14) vorgesehen ist. 16. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 15, characterized in that the inlet opening and / or the outlet opening is provided on the radially inner boundary wall (15) of the annular space (14).
17. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine der miteinander in Berührung tretenden Endflächen (20, 26) sinusförmig ausgebildet ist.17. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 16, characterized in that one of the end faces (20, 26) which come into contact with one another is sinusoidal.
18. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (14) und der Ringkolben (12) jeweils an beiden axialen Enden einander zugeordnete Wellenflächen (20, 26) haben.18. Rotary lobe pump according to one of claims 1 to 17, characterized in that the annular space (14) and the annular piston (12) have mutually associated shaft surfaces (20, 26) at both axial ends.
19. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Maxima und Minima der beiden identisch geformten Endflächen (20) des Ringraumes (14) jeweils auf denselben Erzeugenden der zylindrischen Mantelfläche des Ringraumes (14) liegen und daß das Maximum (28) der einen Endfläche (26) des Ringkolbens (12) mit einem Minimum (30) der anderen Endflächen (26) auf derselben Erzeugenden der Kolbenmantelfläche liegt. 19. Rotary lobe pump according to claim 18, characterized in that the maxima and minima of the two identically shaped end faces (20) of the annular space (14) each lie on the same generatrix of the cylindrical outer surface of the annular space (14) and that the maximum (28) of the one End surface (26) of the annular piston (12) with a minimum (30) of the other end surfaces (26) on the same generatrix of the piston surface.
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