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Die Erfindung betrifft einen Gas- und Hydromotor oder eine Pumpe, bestehend aus einem Gehäuse, einem in einem Flüssigkeitsraum angeordneten, mit mindestens drei in axialer Richtung verlaufenden Kolbenflügeln versehenen Arbeitszylinder und mindestens zwei ausserhalb des Umfanges des Arbeitszylinders angeordneten, den Arbeitszylinder jeweils entlang einer Mantellinie berührenden Verschlusszylindern, die jeder mit mindestens zwei Nuten zur Aufnahme der Flügel während einer Drehbewegung der Zylinder versehen sind,
wobei ein vom Flüssigkeitsraum gesondert angeordnetes Getriebe zur Koppelung der Drehbewegungen des Arbeits- und der Verschlusszylinder und mindestens je zwei sich etwa über die gesamte Länge der Zylinder erstreckende und benachbart zu den Verschlusszylindern am Umfang des FlüssigkeKsraumes kreuzweise gegenüberliegend angeordnete Einlass- und Auslassöffnungen vorgesehen sind.
Zur Flüssigkeitsförderung verwendet man seit langem in den verschiedenen Industrieanlagen, bei Arbeitsmaschinen und auf andern Gebieten Pumpen. Der am meisten verbreitete Pumpentyp ist die Zahnradpumpe, die besonders in Niederdruckkreisläufen verwendet wird. Diese Pumpen weisen ein mit Einlassund Auslassöffnungen versehenes Gehäuse auf, in dem zwei oder mehrere miteinander in Eingriff stehende Zahnräder auf Wellen angeordnet sind. Der Arbeitsraum der Pumpe ist durch die Gehäusewandung und die Zahnräder begrenzt. Der Rauminhalt des Saug- und des Druckraumes verändert sich dadurch, dass eines der Zahnräder und durch dieses das eingreifende Zahnrad (Zahnräder) angetrieben wird, wodurch die Zähne des Zahnradpaares auseinander bzw. zusammenlaufen.
Beim Ineinandergreifen der Zahnräder steigt der Druck der Flüssigkeit in den Zahnlücken plötzlich, wodurch die Zahnräder und ihre Lager in radialer Richtung schlagartig beansprucht werden. Die Druckdifferenz zwischen dem Saug- und dem Druckraum bewirkt eine einseitige Belastung der Pumpe. Ferner haben diese Motoren und Pumpen den Nachteil, dass ihre Flüssigkeitsförderung und ihre Drehzahl pulsierend ist.
Es sind schon Flüssigkeitspumpen bekannt, bei denen die Entlastung der Zahnräder durch Verwendung von sogenannten entlastenden Kanälen erreicht wird und auch schädigende Festklemmungen vermieden werden können. Auch das Pulsieren der Flüssigkeitsförderung kann durch Verwendung eines schräg verzahnten Zahnrades und damit Erhöhung des Eingriffsverhältnisses d. h. der Eingriffsdauer vermindert werden. Diese Lösungen befriedigen jedoch nicht die in der Praxis verlangten Forderungen, da sie, infolge ihres niedrigen Wirkungsgrades, nur an wenigen Stellen ökonomisch verwendet werden können.
Infolge der Entwicklung der technologischen Möglichkeiten kann man einen vollständigeren Ausgleich der radialen Belastung durch eine aus drei Zahnrädern bestehende Duplexpumpe erreichen. (Dr. Ing. W. Stiess : Pumpen Atlas A. G. T.-Verlag Georg Thum, 714 Ludwigsburg/Württ. 1966). In dieser Pumpe wird auch die Belastung auf Grund des Drehmomentes des mittleren Antriebsrades ausgeglichen.
Zwecks Verminderung des Spaltverlustes an den die Arbeitsräume abschliessenden Seitenplatten, der den volumetrischen Wirkungsgrad der Zahnradpumpen zum Teil beeinflusst, hat man die seitenspaltlosen bzw. die einen regelbaren Seitenspalt aufweisenden Pumpen entwickelt (Karkesz-Lugosi-Dr. Ulbrich : Hydraulischer Antrieb der Werkzeugmaschinen-Technischer Verlag, Budapest 1966). Infolge des in Abhängigkeit des Druckes regelbaren Seitenspaltes kommt der Gesamtwirkungsgrad dieser Pumpen dem Gesamtwirkungsgrad der Schaufelpumpen nahe. Diese Mechanismen bestehen jedoch aus Bestandteilen mit grosser Massgenauigkeit, deren Herstellung im allgemeinen spezielle Maschinen beansprucht, wodurch sie teuer sind.
Weiters ist eine Pumpe der eingangs beschriebenen Art bekanntgeworden (USA-Patentschrift Nr. 2, 180, 378 ;,
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Führungen des strömenden Mediums zu diesen Öffnungen auf Grund von Querschnittsänderungen und oftmaligen Umlenkungen bedeutende Verluste verursacht werden, die eine Verminderung des Wirkungsgrades zur Folge haben. Beispielsweise wird an den beiden, benachbart zum obenliegenden Verschlusszylinder angeordneten Öffnungen das Strömungsmittel um 1800 umgelenkt ; bei den beiden untenliegenden Öffnungen ist das Strömungsmittel gezwungen, über die Hälfte der Länge der Zylinder in axialer Richtung zu strömen, wodurch eine weitere Umlenkung notwendig und ausserdem eine abrupte Querschnittsänderung vorhanden ist.
Eine ähnliche Flüssigkeitspumpe bzw. ein ähnlicher-motor (deutsche Offenlegungsschrift Nr. 1553130) weist lediglich einen Einlass- und einen Auslasskanal auf. Diesen beiden Kanälen sind zwei zueinander benachbart angeordnete Verschlusszylinder zugeordnet, wobei zwischen den beiden Verschlusszylindern ein weiterer zylinderförmiger Zwischenverschluss vorgesehen werden muss. Um einen Flüssigkeitsdruckstoss zwischen den beiden Verschlusszylindern zu vermeiden, müssen entweder zusätzliche Kanäle und im Zwischenverschluss ein Rückstauventil vorgesehen oder die Ausnehmungen in den Verschlusszylindern mit Spielraum zu den Flügeln des Arbeitszylinders ausgebildet werden. In beiden Fällen sind bedeutende Verluste und Wirkungsgradverminderungen in Kauf zu nehmen.
Ausserdem ist infolge des Zwischenverschlusses der konstruktive und fertigungstechnische Aufwand für diese bekannte Vorrichtung beträchtlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gas- und Hydromotor oder eine Pumpe zu schaffen, welcher bzw. welche die aufgezählten Mängel beseitigt, einfach gefertigt werden kann, kleine Abmessung"T. ufv/eist und eir n hohen Wirkungsgrad gewährleistet.
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einmündende und annähernd tangential zu den Verschlusszylindern gegen die Berührungsmantellinien der Zylinder gerichtete Kanäle ausgebildet sind.
Es wird dadurch eine gleichförmige, mit geringen Verlusten behaftete Strömung in und aus dem Flüssigkeitsraum ermöglicht.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Querschnitt und Fig. 2 einen Längsschnitt des erfindungsgemässen Gas- und Hydromotors oder der Pumpe.
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3, 4- ausgebildet.- sind zweckmässig in Nuten befestigte, parallel zur Längsachse des Arbeitszylinders verlaufende Kolbenflügel--12, 13,14, 15--in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Die Stirnbreite --y-- der
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9--und--6, 7--sind in Längsrichtung mindestens zwei, zum Aufnehmen der Flügel --12, 13,14, 15--während der Zylinderdrehbewegung geeignete und das Drehen der Zylinder ermöglichende Nuten--16, 17 bzw. 18, 19-ausgebildet.
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--21-- desDeckel --20-- eingesetzten Lager --23-- abgestützt.
Die Wellen-24, 25- der Verschlusszylinder --6, 7--sind in Lagern-26, 27-im Gehäuse-l-und in Lagern-28, 29-im Deckel-20- abgestützt. Zum gemeinsamen Drehen des Arbeitszylinders --5-- und der Verschlusszylinder-6, 7--dient ein Getriebe, welches ein auf der Welle --21-- drehfest befestigtes Steuerzahnrad --30-- und auf den
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Der Gas- und Hydromotor oder die Pumpe funktioniert wie folgt. Beim Drehen des Arbeitszylinders --5-- in Pfeilrichtung --A-- gelangt beispielsweise der Kolbenflügel-12--durch die Nut --16-- in den Saugraum-34--, während sich der Verschlusszylinder --6-- in Pfeilrichtung --B-- dreht.
Da die Breite --x-- der Einlassöffnung --8-- kleiner ist als die Breite-y-der Stirnfläche des Flügels-12--, beginnt das Füllen der Nut --16-- mit Flüssigkeit, wenn der Flügel --12-- mit seiner Stirnfläche die Einlassöffnung abzusperren anfängt. Beim Drehen des Verschlusszylinders--6--bewegt sich auch die Nut --16-- mit dem Zylinder ; das Auseinandergehen von Flügel und Nut hat keine Volumsänderung zur Folge,
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Saugwirkung. Das Ansaugen dauert solange, bis der nachfolgende Flügel infolge der Drehbewegung durch die entsprechend umlaufende Nut --17-- des Verschlusszylinders --6-- läuft, bzw. sich in dieser abrollt und die Einlassöffnung --8-- absperrt. Die Flüssigkeit wird im Druckraum --35-- zwischen den Flügeln ohne wesentliche Richtungsänderung mit gleicher Geschwindigkeit zu der Druck-bzw.
Auslassöffnung--10-- gedrückt. Demzufolge ist eine Volumsverringerung gesichert. Gleichzeitig bewegt, infolge der Drehung des
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--14-- dieSaugraum--36--, wobei der Flügel --14-- infolge der Drehung des Verschlusszylinders --7-- in Pfeilrichtung-C-von der Nut --18-- des Verschlusszylinders --7-- in den Saugraum-36-läuft.
Dadurch verwirklicht sich auch an dieser Stelle eine kontinuierliche Volumsvergrösserung und eine zwangsweise gleichmässige Flüssigkeitsförderung.
Jeder aus einem Druckraum austretende Flügel verändert nicht die Kontinuität der gleichmässigen Volumsänderung, da der jeweilige Flügel aus den entsprechenden Nuten-16, 17,18, 19-der
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sich die Flüssigkeit zwischen zwei Flügel neutral, d. h. sie strömt mit gleichbleibender Geschwindigkeit zu den Verschlusszylindern--6 bzw. 7--.
Während des beschriebenen Prozesses hat der Arbeitszylinder --5-- eine Drehung von 1800 ausgeführt.
Bei einer ganzen Drehung von 3600 wiederholt sich dieser Prozess, d. h. die Flügel --12, 14-- laufen von den
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Die Saug- und Druckräume liegen nebeneinander, bzw. diagonal einander gegenüber und die in diesen Räumen auftretenden Kräfte halten einander das Gleichgewicht. Durch die symmetrische Ausbildung der Vorrichtung ist der Arbeitszylinder --5-- hinsichtlich der hydraulischen Kraft vollkommen im Gleichgewicht.
Die Verschlusszylinder--6, 7--sind vom Gesichtspunkt der exzentrischen Schliesskraft ausgeglichener, als dies bei den gegenwärtig bekannten, ähnlichen Lösungen der Fall ist.
Das zweckmässig gewählte Übersetzungsverhältnis des Getriebes ermöglicht die aufeinander abgestimmten Bewegungen des Arbeitszylinders --5-- und der Verschlusszylinder --6, 7--, so dass die Kolbenflügel-12, 13,14, 15-- des Arbeitszylinders --5-- die Flüssigkeit schwingungsfrei befördern.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Gas- und Hydromotors oder der Pumpe sind folgende :
Da zwischen den zwei Räumen unterschiedlichen Druckes ein, höchstens zwei Flügel sind, hat sich der die Flüssigkeit aufnehmende Raum bedeutend vergrössert. Dadurch nimmt die spezifische Grösse der Vorrichtung bedeutend ab. Bei gleicher Leistung ist ihr Gewicht um etwa 25% kleiner als das einer bekannten Zahnradpumpe.
Infolge der Anordnung der Zylinder kann die Länge der Vorrichtung bedeutend vergrössert werden. Ihre Erzeugung ist einfacher und billiger, wobei die Herstellung mit einfachen Werkzeugmaschinen (Dreh-, Hobelmaschine usw.) erfolgen kann.
Der Gas- und Hydromotor oder die Pumpe ist zur Förderung von z. B. reinem Kaltwasser, Öl, Petroleum, gas- oder dampfhaltigen Flüssigkeiten und-bei Fertigung aus entsprechend gewähltem Material-zur Förderung von säurehaltigen alkalischen und andern aggressiven Flüssigkeiten bzw. zum Ansaugen eines Betriebsstoffes und zur Förderung flüchtiger Flüssigkeiten, ferner zum Komprimieren von Gasen geeignet.
Die erfindungsgemässe Pumpe ist für Hauswasserversorgungsanlagen besonders an solchen Stellen geeignet, wo die Selbstansaugefähigkeit eine grundlegende Forderung ist.