DE2140970A1 - Als saug- oder druckpumpe oder als motor verwendbare maschine - Google Patents

Description

Als Saug- oder Druckpumpe oder als Motor verwendbare Maschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine ala Saug- oder Druckpumpe oder als Motor verwendbare Maschine, die sowohl ein umlaufendes Kolben- als auch ein umlaufendes Kammersystem besitzt«

Maschinen, die zur Förderung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums oder auch als Motoren ein umlaufendes Kolben- und/oder Kammersyetem besitzen, sind bereits in grosser Zahl bekannt. Diese Maschinen arbeiten zum Seil jedoch derart, dass die umlaufenden Massen nicht ausgewuchtet sindj wodurch eine erhöhte Beanspruchung der Achslagerungen auftritt und besondere Forderungen hinsichtlich

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der mechanischen Festigkeit aufgestellt werden müssen. Ea sind auch bereits derartige Maschinen "bekannt geworden, bei denen der ala Kolben wirkende Teil das Medium in tangentialer Richtung über, längere Strecken vor sich her schiebt, so dass sehr groase Reibungsverluste auftreten. Besondere Schwierigkeiten treten

auoh

bei einer Reihe solcher Maschinen/auf, wenn eine ausreichende Dichtung mit einfachen Mitteln erreicht werden soll, Aufgabe der Erfindung ist es, eine als Pumpe oder Motor verwendbare Maschine mit umlaufendem Kolben- und Kammersystem anzugeben, bei der die genannten Nachteile vermieden sind«

Zu dieoem Sreck wird eine als Saug- oder Druckpumpe oder ate Motor verwendbare Maschine mit mindestens einem umlaufenden Kolben- und einem umlaufenden Kammersystem gemäss des Erfindung derart ausgebildet, dass die Drehacheen sowohl dee Kolben- ale auch des Kammersystems im Räume feststehen, dass ferner die Wandungen der Kammern parallel zu deren Längsachsen verlaufen und diese, bezogen auf die Drehachse des Kamme rays tei?i3_f radial angeordnet eind, dass weiterhin zumindest die längs der Wandungen der Kammern gleitenden Teile der Wände der einzelnen Kolben kugelartig oder zylindrisch gewölbt sind und dass schliesslich die Krümmungsmittelpunkte

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bzw. Erümraun.^sachsen dieser gewölbten Flächen einerseits auf der durch die Drehachse des Kolbensystems verlaufenden Mittelachse des jeweiligen Kolbens liegen bzw, auf dieser senkrecht stehen und andererseits auf dem Umfang eines Kreises bzw. Zylindermantels liegen, der durch die Drehachse des Kaminersystems verläuft bzw. diese enthält.

Grundsätzlich ist eine solche Maschine folgendermaßen aufgebaut: Innerhalb eines kreiszylinderförmigen Gehäuses, das beiderseits durch entsprechende Abdeckplatten geschlossen ist, i» denen sich die Lager für die drehenden Teile sowie die Zuführungs- und Austritts öffnungen für das zu fördernde Medium befinden, ist ein feststehender Zentralkörper angeordnet, der mit einer der beiden Abdeckplatten des Gehäuses fest verbunden ist. Zwischen diesem an sich zylindrischen Zentralkörper und der Gehävisewandung befindet sich ein verhältnisinässig breiter freier Raum, in dem das Kamrnersyetem beweglich untergebracht ist, derart, dass seine Drehachse mit der Mittelachse des zylindrischen Gehäuses zusammenfällt. "Der feste Zentralkörper hat mindestens eine Ausnehmung, in der ein Kolbensystem angeordnet ist. Da bei einem derartigen System die Kolben zahnartig in

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die Kammern eingreifen, genügt es, die Drehachse des Kolbensystems durch eine der Abdeckplatten des Gehäuses nach aussen zu führen und mit einem Antriebsaggregat zu verbinden. Sobald das Kolbensystem in Qrehung versetzt wird, nehmen die- einzelnen Kolben das ringförmige Kammernsystem mit. Die Zufuhr sowie der Austritt des zu fördernden Medium kann je nach Ausbildung des Zylinder- und des Kolbensystems beispielsweise seitlich erfolgen, wobei die Kammern entweder seitlich ohriehin offen sind oder durch Bohrungen mit den Eintritts- und Austrittsöffnungen verbunden werden. Da zwischen den Innenwänden der Abdeckplatten und den Seitenflächen des Kammer- bzw. dee Kolbenüystems kein Zwischenraum besteht, ist durch die relative lage der Eintritts- und Austritteöffnungen am Gehäuse ohne weiteres eine automatische Steuerung von Zufuhr und Ausstoss des zu fördernden Mediums gegeben. Selbstverständlich sind aber auch andere Anordnungen der Bin- und Austrittsöffnungen möglich.

Die Kammern können in tangentialer Richtung zur Drehbewegung des Kammersystems einen rechteckigen Querschnitt aufweisen oder als zylindrische Bohrungen ausgebildet sein. In dem erstgenannten Fall werden die Kolben, die selbstverständlich gleichfalls, einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, zweckmäesigerweise deraz't ausge- *

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bildet, dass die normal oder angenähert normal zur Richtung der Umfangsgeschwindigkeit des Kolbensystems stehenden Wände in ihrem an den Kolbenboden anschliessenden Teil durch Zylinderflächen gebildet sMnd, die eine gemeinsame, die Kammerlüngsachse rechtwinklig schneidende JKjrlinderachse haben. Diese Zylinderflächen gehen dann in ebene oder im entgegengesetzten Sinn gewölbte Flächen über, die den Kolbenfuss begrenzen.

Wenn hingegen die Kammern einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, so bestehen die Kolben zweckmässigerweise aus einer Kugel bzw. einer Kugelzone, die durch eine Kolbenstange starr mit dem das Kolbenaystem tragenden nabenartigen Körper verbunden sind»

Eine andere Möglichice it das Kolbensystera auszubilden, besteht darin, dass in einer entsprechenden Ausnehmung der seitlichen Gehäuseabdeckung als Tragkörper für die Kolben eine kreisförmige Scheibe angeordnet ist_B deren Durchmesser dem Aussendurchmesser des gesamten Kollbensystems entspricht und auf der parallel zur Drehachse Platten angeordnet sind, die seitlich in die Kammern des umlaufenden Kammersystems eingreifen und bei^piels= weise ein ovales oder tragflächenähnliches Profil aufweisen.

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In Weiterbildung der Erfindung ist die Maschine mit einer Regelvorrichtung ausgestattet, die es ermöglicht den Durchfluss, d.h. also die pro Zeiteinheit geförderte Menge, insbesondere bei Flüssigkeitspumpen stetig vom Maximum bis zu Null zu regeln. Diese Regelvorrichtung ist insbesondere bei solchen Pumpen anwendbar, bei denen die Kammern einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und die Zutritts- bzw. Austrittsöffnung für das zu fördernde Medium an den Flachseiten, des umlaufenden Kammersystems angeordnet sind. Die Regelvorrichtung besteht darin, daßs zwischen der im Gehäusedeekel vorgesehenen Zuführungsöffnung und dem Kammersystem eine vorzugsweise kreisförmige oder kreissektorfonaige Platte um einen gewiesen Winkel verschwenkbar angeordnet ist, und dass diese Platte eine Öffnung aufweist, die die in der seitlichen Abdeckplatte befindliche ZuführungsÖffnung entweder ausschliesslich mit der Ansaugseite oder in ™ stetig veränderbarem Maß zugleich auch mit der Druckseite des Kammersystems verbindet. Die in dieser verschwenkbaren Platte vorgesehene Öffnung ist dabei derart geformt, dass ihre innere ge^en die Drehachse des Kammersystems weisende Kante in ;jeder Stellung der Platte die Eingänge der gerade vor der Öffnung befindlichen Kammern gegen die Ansaugseite der Maschine für das zu fördernde Medium freilässt, während die äussere, nach der zylindri-

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sehen Wandung des Gehäuses weisende Kante derart verläuft, dass sich der !Punkt, an dem sie die "bezogen auf die Drehrichtung vordere Wandung der Kammer· kreuzt, "beim Verschwenken der Platte stetig in radialer Richtung verlagert und so d«n Arbeitshub des in die Kammer einlaufenden Kolbens verändert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die kreisförmige Platte um die Mittelachse des umlaufenden Kammersystems verschwenk-"bar i3t und die innere Kante der öffnung'durch ein Kreisstück gebildet ist, dessen Durchmesser etwa dem des feststehenden äentralkörpers entspricht, während die äus3ere Kante des zur Eintrittsseite weisenden Teiles der öffnung durch ein parallel zur inneren Kante verlaufendes Kreisetück mit einem mindestens dem größtmöglichen Abstand der Kolbenboden von der Achse des Kammersystems entsprechenden Durchmesser gebildet ist; nach der Druckseite der Maschine hin geht die äuasere Kante alsdann in ein allmählich bis zur inneren über ihre Gesamtlänge kreisförmigen Kante verlaufendes Kurvenstück oder eine entsprechende Garade über, so dass bezogen auf die Radialrichtung des Gehäuses, bzw. des Kammersystems die lichte Weite dieser öffnung nach der Ansaugseite hiii zunächst konstant ist und dann gegen die Druckseite hin bis zu Null abnimmt; äa3 rieht zur Druckseite der KaschJne weisende Endo diener Öffnung kann durch eine

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beliebig geformte, beispielsweise halbkreisförmige Kante gebildet sein*

Die Anwendung dieses Regelsystems bietet dabei folgenden Vorteil: Durch, den spiralartig verlauf enden Teil der äusseren Kante wird bewirkt, daes beim Verschwenken der die Regelöffnung enthaltenden Platte der Teil der Kammer, in den der Kolben einläuft, bis zu der Stelle, an der die Kante die offene Kammerseite überschneidet, mit der Zulaufseite in Verbindung steht, so dass der diesen Teil der Kammer füllende Anteil des zu fördernden Mediums durch den Kolben zur Ansaugaeite zurückgedrückt vird. Sobald der Kolbenboden Jedoch an diesem Überschneidungspunkt vorbei geht, wird die Regelöffnung durch die Kolbenwandung geschlossen und der restliche Anteil des Medium», der sich in dem nunmehr geschlossenen Kolbenteil befindet, wird unter Druck zur Austrittsöffnung gefördert. Auf diese Weise kann also die pro Zeiteinheit geförderte Menge des Mediums stufenlos geregelt werden, ohne dass dabei druckseitig eine Druckminderung eintritt.

Es hat sich gezeigt, dass diese Vorrichtung für eine stetige Regelung der Fördermenge sich auf jede Art von umlaufenden Verdrängungspumpen, beispielsweise Zahnradpumpen,übertragen lässt.

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In, der beigefügten Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Pumpe gemäss der Erfindung dargestellt, die im folgenden kurz beschrieben werden sollen. Es zeigen: .

Pig· 1 eine Pumpe mit zylindrischen Kammern und entsprechend geformten Kolben;

Pig, 2 «ine Pumpe, bei der die Kolben flügelartig von der Seite in die Kammern eingreifen;

Pig· 3 eine Pumpe, deren Kammern einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und die mit einer Vorrichtung zur stetigen Regelung der geförderten Menge versehen ist;

Pig· 4 einen Längsschnitt durch die Pumpe gemäss Fig. 3,

entsprechend der strichpunktierten Linie IV-IV in Richtung der Pfeile gesehen;

Pig, 5 eine schematisierte Darstellung der Regelvorrichtung gemäss den Figuren 3 und 4, als Abwicklung der beiden umlaufenden Systeme dargestellt.

Sämtliche Zeichnungen sind nur rein schematiech dargestellt. Alle Einzelheiten, die nicht zum Verständnis der dem Erfindungsgedanken zugrundeliegenden konstruktiven Maßnahmen bzw, der Punktionsweise der Maschine er- , forderlich sind, sind dabei weggelassen.

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lie in Pig· 1 dargestellte Maschine besteht aus dem feststehenden Gehäuse 1, das aus einer zylinderförmigen Wandung besteht, die beiderseits durch zvrei Abdeckplatten abgeschlossen ist; die vordere Abdeckplatte ist abgenommen. Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich der feststehende Zentralkörper 4, der entweder einstückig oder durch besondere Befestigungsmittel mit einer der fc beiden Abdeckplatten des Gehäuses fest verbunden ist. Der Durchmesser d des Zentralkörpers 4 ist so gewählt, dass zwischen seiner Hantelfläche und der zylindrischen Innenwandung des Gehäuses ein ringförmiger Raum 5 von der Breite b entsteht.

In dem Zentralkörper 4 ist eine Ausnehmung 41 vorgesehen, in der das Kolbensystem 3 untergebracht ist, das um eine Drehachse B umläuft. Die Ausnehmung 41 ist in radialer Richtung durch eine Zylinderfläche begrenzt* deren Radius gleich dem grössten Radius des Kolbensystems ist und derenAch3e mit der Drehachse B des Kolbensystems 3 zusamenfällt.

In dem durch die zylindrische Innenfläche des Gehäuses und den Zentralkörper 4 begrenzten Raum 5 befindet sich das bewegliche Kammeraystem 2, das durch einen Ring gebildet wird, der sioh um die Drehachse A drehen kann,

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jedoch selbst keine zentrale Lagerung aufweist, sondern durch den feststehenden Zentralkörper 4 bzw. die zylindrische Innenwand des Gehäuses 1 geführt iat. Dieser Ring ist in Fig. 1 längs seiner zur Drehachse A senkrecht verlaufenden Mittelebene geschnitten. In diesem beweglichen, das Kammer3y3tem 2 bildenden Ring sind die einzelnen Kammern 21 eingebracht, die aus zylindrischen __ Bohrungen bestehen, die an der von der Drehachse A wegweisenden Seite durch eine halbkugelförm'ige Bodenfläche 22 abgeschlossen sind. Die Achsen dieser zylindrischen Bohrungen verlaufen radial. Durch den halbkugligen Kammerboden 22 ist jeweils eine parallel zur Drehachse a ..von der einen bis zur anderen Seitenfläche des Ringes verlaufende Bohrung 23 geführt.

Die in der ?ig. 1 nicht angedeuteten öffnungen zum Ansaugen bzw. Weiterleiten des Mediums befinden sich in den seitlichen Abdeckplatten des Gehäuses und sind Jeweils derart dimensioniert und angeordnet, dass die Bohrungen 23, die sich nach beiden Seiten des Kammernsystems öffnen, autoaatisch während der Ansaugphase mit der Eintrittsöffnung und während der Druckphase mit der Austritts*· öffnung verbunden sind. Dies ist in einfacher V/eise dadurch erreicht, dase die Bohrungen 23, wie oben bereite beschrieben, aln durchgehende Bohrungen von einer Seiten-

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fläche des Kammeraystems bis zu seiner anderen Seitenfläche ausgebildet sind, wobei die auf den beiden verschiedenen Seiten angeordneten Eintritts- und Austrittsb'ffnungen so gegeneinander versetzt sind, dass jeweils die Bohrungen 23 entweder durch die Gehäusewandung vollständig geschlossen sind oder, je nach Stellung der betreffenden Kammer, mit der ansaugseitigen Zuführunga- oder der druckseitigen Austrittsöffnung in Verbindung stehen.

Das Kolbensystera 3 besteht in dem hier beschriebenen Beispiel aus einer Nabe 36, die auf der Welle 37, beispielsweise durch eine Keilverbindung, befestigt ist. Die Welle 37 ist in einer der beiden Abdeckplatte!! des Gehäuses drehbar gelagert und dient als Antriebswelle für die Kaechine, Die Kolben 31 sind mit der Nabe durch massiv· Kolbenstangen 33 fest verbunden. Die Kolbenwände Bind jeweils durch eine Kugelzonge gebildet, deren Breite zumindest so gewählt ißt, dass der längs der zylindrischen Kananerwandung gleitende l'eil kugel-artig gewölbt ist. Der Mittelpunkt C der Kugel, aus der die die Kolbenwandung bildende Zone ausgeschnitten int, liegt auf der radial zur Drehachse 2 verlaufenden Mittelachse dee Kolbens 31 bzw. der Kolbenstange 33. Dfr Abetend des !Punktes C von dor Drehachse B ist ßO £e->

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wählt, dass die Umlaufbahn des Punktes G während der Drei ■bewegung de» Kalbensystems 3 durch die idwlle Drehachse A des Kammersystems hindurchgeht. Der Kolbenboden kann durch eine senkrecht zur durch den Punkt B verlaufenden Kolbenachse stehende Ebene gebild'et sein, doch kann auch eine kugelkal ottenartige Ausn^hmim;·: 32 vorgesehen werden.

Wird nun die Pumpe in Betrieb gesetzt, indem die Welle 37 beispielsweise in Richtung des Pfeiles ρ angetrieben wird und dadurch dem Kolbensystem 3 eine Drehbewegung mitteilt, so nehmen die in Eingriff mit den Kammern 21 befindlichen Kolben 31 das Kammersystem 2 mit, sodass dieses im Sinne des Pfeiles q eine Drehbewegung um den festen Zentralkörper 4· ausführt« "Bei dieser Drehrichtung befindet sich," bezogen auf die Darstellung der Pig. 4, die Zulauföffnung auf der rechten und die Austrittaöffftung für das Medium auf der linken Seite der dargestellten Maschine und zwar beispielsweise die Zulauföffnung in der jenseits der Zeichenebene befindlichen Abdeckplatte und die Austrittsöffnung in der bei der dargestellten Pumpe abgenommenen, oberhalb der Zeichenebene befindlichen Abdeckplatte, Die Öffnungen sind dabei ao angeordnet, dass die EintrittsÖffnung jeweils mit der Bohrung 23 einer jeden Kammer in Verbindung

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kommt, sobald der Kolben beginnt aus der Kammer wieder auszulaufen; die Verbindung bleibt solange bestehen, bis der Kolben bei r die Kammer endgültig verlässt. Umgekehrt wird die Verbindung z\*ischen der (druckseitigen) Austrittsöffnung und der Bohrung 23 in dem Augenblick hergestellt, in dem der Kolben 21 bei s beginnt in der Kammer einzulaufen und bleibt solange aufrecht erhalten, ' bis der Kolben seine äusserste Lage relativ zur Kammer erreicht hat. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass die Eintritts- und AustrittsÖffnung sich nicht in der Weise überdecken, dass durch die Bohrung 23 im Augenblick dee Übergangs der Hammer bzw. des Kolbens von Druckbewegung auf Saugbewegung, also beim-Durchgang durch die Achse x, eine Verbindung zwischen Ansaug- und Druckseite hergestellt wird. Die beiden Öffnungen sollten also jeweils in einer dem halben Durchmesser der Öffnung 23 entsprechenden Abstand von der Achse x, im äuesersten Pail an der Achse χ selbst öndigen. Beide Öffnungen können ala längs des Randes der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses in der jeweiligen Abdeckplatte verlaufende Kanäle ausgebildet sein, in die die Saug- bzw. die Druckleitung münden.

Tn Pig· 2 ist eine andere Ausführungaform für eine Maschine gemäss der .Erfindung dargestellt. Es ist wieder

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unterstellt, dass die Abdeckplatte auf der Seite des Betrachters entfernt und ausserdem die Maschine längs ihrer Mittelebene teilweise, und zwar entsprechend der strichpunktierten Linie D-A-E geschnitten ist. An

der Maschine ist die Austrittsöffnun^ als Rohrkrümmer 6 am Oberteil der zylindrischen (rehäusewandung angesetzt.

Bei dieser Maschine haben die Kammern 121 einen rechteckigen Querschnitt und die Kammeraustrittsöffnungen 123 sind dadurch gebildet, das3 die ebenen Kammerwandungen

124 bis zum Rand der das Kammersyetem tragenden Scheibe

125 durchgeführt sind_ff so dass die Kammern 121 sich un~ mittelbar radial nach aussen öffnen.

Das Kolbensystem besteht in diesem Falle aus einer runden Platte 136, die an der der Platte 12>Kgegenüberliegenden Seite in einer entsprechenden Ausnehmung der bei der . in Pig. 2 dargestellten Maechine abgenommenen auf der Seite des Betrachters angeordneten Abdeckplatte des Gehäuses derart gelagert ist, dass sie sich ausserhalb der Kammerwandungen 124 befindet. Der Durchmesser der Platte 136 und der Abstand ihrer Drehachse B von der Drehachse A des Eammersystems sind derart gewählt, dass die Kante der Platte 136 durch die Achse A läuft.

Die Platte 136 trägt plattenförmifre senkrecht auf ihr

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stehende flügelartige KoIIden 131, die von der Seite her in die Kammern 121 eingreifen» Me Kolbenbodenfläche 151a wird durch einen Zylin'lermantelausschnitt gebildet, dessen Achse mit der Drehachse B des Kolbersystena 3 zusammenfällt. Die län/-s der ebenen Seitenwandur^eri dar

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tJ Kammern 121 .-leitenden Kolhenwandungen 131b und 131b'

c rj sind durch Zylindermantelausschnitte gebildet, deren

P₁ ^j Achse C im Schnittpunkt der radial sum Drehpunkt B des £ \ Kolbensystems verlaufenden IiöRgea--· e

Si" rt^et^

"mit der kx'aisförmig verlaufenden Kante der S +■> β .,

Ό I 136 senkrecht auf Wer Platte 136 steht. Diese Zylinder-

Γ J| flächen enden gegen die Drehachse B hin an der Stelle, an der der längs der Kammerwandungen gleitende Teil der Kolbenwandung endet und sind von da ab durch eine beliebig geformte Fläche 131c mit der jeweils entsprechenden gegenüberliegenden Kolbenwandung 1.31b bzw. 131b' verbunden.

Die Zuführung des Fördermediums erfolgt durch die als Hohlwelle 137 ausgebildete Antriebswelle des Kolbensystems 3. Tön während des Ansaugirorgangee eine Verbindung zwischen den Kammern 121 und dem oberhalb der Platte 136 befindlichen Raum 133 zu ermög-r-llchen, 3ind in den Kolben Überströmkanäle 132 vorgesehen. Diese sind auf der fregen die Drehachse B des Kolbensysteiris weisenden Seite der

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BAD ORtQINAL

Kolben derart in diese eingefräst, dass sie jeweils vom Ende 131' der in der UmIausrichtung ρ dee Kolbensystems 3 liegenden zylindrisch gewölbten Kolbenwandung 131b¹ zu der in entgegengesetzter Richtung weisenden, von der zylindrisch gewölbten Kolbenv/andtmg 13Tb und dem Zylinder— boden 131a gebildeten Kante 131" verlaufen.

Die Wirkungsweise dieser im wesentlichen als Pumpe zu verwendenden Maschine beruht auf dem Zusammenwirken des Prinzips der Zentrifugal- und der Verdi&'ngungspumpe. Über die Hohlwelle 137_t durch die das zu fördernde Medium zugeführt wird, wird das Kolbensystem 3 im Sinne des Pfeiles ρ angetrieben und nimmt über die in den Kammern 121 eingreifenden Kolben 131 das Kammersystem 2 in Richtung des Pfeiles q. mit. Da die Kamm er aus gang e 123 in radialer Richtung an die Kammern anschliessen und die ganze Querschnittfläche der Kammern einnehmen, wirken aufgrund 'der grossen Umlaufgeschwindigkeit die Kammerwände 124- wie die Schaufeln einer Zentrifugalpumpe, d.h, das in den Kammern befindliche Medium wird bereite durch die Zentrifugalkraft nach aussen gedrückt. Sobald ein Kolben 131 in eine Kammer einläuft, wird diese Zentrifugalkraft durch den durch den Kolben ausgeübten Druck noch verstärkt. Auf diese Ue is β v/erden die Vorteile einer als Zentrifugalpumpe arbeitenden Kreiselpumpe mit den Vor-

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teilen einer Verdr&ngungs- oder Kolbenpumpe vereinißt.

Der Ablauf der Vorgänge ist dabei folgender: Der Rarim ist mit dem zu fördernden Medium gefUlli. Sobald sich das Kolbensystem 3 soweit -edreht hat, dass die Kante 131" des jeweils gerade In ö-ϊτ Totlage befindlichen Kolbens durch den Punkt G l-iuft, strömt aufgrund des sich in der Kammer bildenden Vakuums i""ber ^ en nunmehr nicht mehr durch die Kammerwandung 124 abgeschlossenen Überströmkanal 132 das Medium aus dem Raum 138 in die Kammer 121 über. Während des Weiterlaufs der Maschine

die Kammer füllt sich über diesen Überströmkanal/121 weiterhin mit dem durch die Hohlwelle 137 nachströmenden Medium und bleibt nach dem Auslaufen des Kolbens während des weiteren Umlaufs gefüllt, so dass in den Kaisraern jeweils das Medium bis zur anderen Seite der Maschine transportiert wird. Dabei wird infolge der Zentrifugalkraft bereits ein Druck gegen die zylindrische Wandung des Gehäuses ausgeübt. Sobald die öffnung 123 mit der Austrittsöffnung, also dem Rohrkrümmer 6 in Verbindung kommt und gleichzeitig ein Kolben 131 in die Kammer einzulaufen beginnt, wird das Medium durch das Zusammenwirken der Zentrifugalkraft einerseits und des von dem Kolben ausgeübten Druckes andererseits in den Rohrkrümmer 6 befördert, den es in Richtung des Pfeiles t verlässt.

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Flüssigkeitspumpe¹! _p die nach dem vorstehend dargelegten Prinzip arbeiten^ haben bei Versuchen einen ausserordent lieh günstigen Wirkungsgrad ergeben. "Die je Zeiteinheit geförderte Flüssigkeitsmenge entsprach bei gleichen Energieaufwand der normalerweise von einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe erreichten Fördermenge.

Fig. 3 zeigt eine gleichfalls vorzugsweise als zu verwendende Maschine gemäss der Erfindung,, bei der die beiden sich drehenden und ineinander eingreifenden Körper jeweils sowohl als Kolben- als auch als Kammersystem ausgebildet sind. Beide Systeme werden daher im folgenden als Umlaufsysteme bezeichnet und entsprechend ihrer durch das Wesen der Erfindung bedingten Grössenverhältnisse als kleines und grosses Umlaufsystem unterschieden. In Pig. 4 ist ein Längsschnitt durch die Maschine gemäss Fig. 3 gezeigt, der längs der strichpunktierten Linie IY-IV in Fig. 3 geführt ist.

Das um den festen Zentralkörper 4,umlaufende ringförmige grosse Umlaufsystem 220 enthält Kammern 221 von rechteckigem Querschnitt, die sich beiderseits gegen die Abdeckplatten des Gehäuses öffnen und lediglich durch senkrecht zur Tangentialrichtung verlaufende ebene Wandungen 221' begrenzt sind. In radialer Richtung sind

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νί,^Ο '2M₁ BAD G

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sie durch einen ebenen Eammerboden 221" abgerchlossen.. Der übergang von den Wandungen 221* zum Kammerboden 221^Ir ist derart aufgerundet, dass er sich der Form der Kolben 231 des kleinen. Umlauf sys te-ns 230 anpasst» Die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ka3]rern??1 befindlich eri Trennwände 224 sind ein« in der gleichen Breite ausgeführt wie die Breite der Kammern und dienen als Kolben für die in dem kleinen Umlaufsystem 230 Jeweils zwischen den Kolben befindlichen als Kammern vexVendeten Zwischenräume 239.

Paa kleine Umlaufsystem 230 besteht aus einem Zentralteil 236, das in gleicher Weise wie das Kolbensystem der Maschine gemäsa Fig. -1 mittels einer in eine der Abdeckplatten des Gehäuses gelagerten und durch diese hindurchgeführten Welle 237 angetrieben wird. Am Umfang dieses Zentralteiles 236 sind die Kolben 231 vorgesehen, die entsprechend der Ausbildung der Kammern 221.einen rechteckigen Querschnitt haben. Die längs der ebenen Wandungen der in dem grossen Umlaufsystem vorgesehenen Kammern 221 gleitenden Teile 251'" der Kolben 231 sind als Ausschnitte aus einem Zylindermantel ausgebildet, dessen Mittelachse G von der Drehachse B des kleinen Umlaufsystems jeweils soweit entfernt ist, dass sie während de3 Umlaufens durch die Achse A läuft.

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BAD OFUGlNAJ-

Die Wirkungsweise einer solchen Maschine entspricht etwa derjenigen einer Maschine, wie sie in Sig, 1 dargestellt ist, wobei die einzelnen Kammern, statt über· in der Nähe des Kolbenbodens vorgeshene Bohrungen mit_βder Ein-, bzw. der Austrittsöffnung verbunden zu werden, sieh unmittelbar gegen diese öffnen, da sie seitlich nur durch die Innenwandungen der Abdeckplatten des Gehäuses geschlossen sind. Durch die Tatsache jedoch, dass die Zwischenwände 224 zwischen den Kammern 221 des grossen ümlaufsystems 220 gleichfalls als Kolben wirksam werden, indem 3ie in die Zwischenräume 239 syrischen den Kolben 231 des kleinen Umlaufsystems eindringen und das dort «befindliche Medium verdrängen, bzw, beim Auslaufen durch das hierbei entstehende Vakuum ein Nachstrjfei<en des Mediums bewirken, tritt eine wesentliche Erhöhung der bei einer Umdrehung geförderten Menge des zu fördernden Mediums ein. Selbstverständlich müssen die Eintritts- und Austrittsöffnungen in diesem Pail so dimensioniert und angeordnet sein, dass auch die im kleinen Umlaufsystem befindlichen Kammern bei der entsprechenden Stellung des kleinen Umlaufsystems mit diesen Öffnungen in Verbindung kommen.

In den Figuren 3 und 4 ist eine Ausführungsform dor Maschine gezeigt, die mit einer Regelvorrichtung versehen ist, durch die die Durchflussmenge des geförderten Mediums

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stetig feregelt werden kann. ^T)iese Vorrichtung besteht in dem ,^wählten Beispiel aus einer zwischen de:r. grossen Umlaufsysten 220 und der eintrittaseitif-en Abdeckplatte angeordneten kreisförmigen Platte 300 (vgl. Fir,· *)i der^ Durchmesser dein Tnnendurehm.esper* des zylindrischen ^r^- höuses 1 entspricht und die um dessen Mittelachse A mittels einer Steuerwelle 306 verdreht ',/erden kann. Die Platte 300 ist in achsiale^ dichtung so bemessen, also ao dick, dass eine in ihr vorgesehene Öffnung; 302 einen ausreichenden Querschnitt aufweist, um in tangentialer Richtung als Zuführungskanal zur Speisung der Maschine su dienen.

Die in der Platte-300 vorgesehene öffnung 302 ist beispielsweise so geformt, da3s Ihre innere, d.h. gegen die Drehachse A gelegene Begrenzung einen kreisförmigen Verlauf um diese Achse A mit einem dem Innendurchmesser des grossen Umlaufsystems 220 entsprechenden Durchmesser zeigt. Ihre äussere Begrenzung verläuft in dem zur Eintrittsöffnung 301, also in Richtung der Bewegung der beiden Umlaufsyatene weisenden Teil parallel zur inneren Begrenzung der öffnung 302, wobei der Durchmesser dieses Tei"as etwas grosser ist als der Durchmesser des die Kammern 221 nach aussen hin begrenzenden Kreises. Dioaer Teil "der äusseren Begrenzung geht dann in eine Kurve

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BAD ORIGINAL

über, die sich stetig der inneren krei .oförmigen Begrenzung nähert und an dieser mit einem spitzen "Winkel endet.

Die Platte 300 kann nun in dichtung gegen die Sintrittsöffnung soweit verdreht werden,, dass das einen spitzen Winkel bildende druckseitige Ende der Öffnung 302 in der Endstellung der Platte 300 um einen gewissen Winkelbetrag (im gewählten Beispiel etwa 20°) "gegenüber der durch die beiden Drehachsen A und B festgelegten Geraden in Richtung nach der Druckseite hin verschoben ist. Die entgegengesetste Endlage der Platte 300 entspricht einer Verdrehung der Platte um etwa 90° im Gegensinn zur Umlaufrichtung q des gros3en Umlaufsystems 220. Die hier angegebenen Endbegrenzungen der RegejLbewegung der Platte 300 ergeben sich aus den Verhältnissen des hier gewählten Beispiele. Man erhält sie von Pail zu* Fall aus den jeweiligen Daten der Maschine, beispielsweise aus der Zahl der Kammern und Kolben, und aus dem Verlauf der äusseren Begrenzung der öffnung 302.

Die Eintrittsöffnung 301 einerseits und die AustrittsiJffnung 303 andererseits sind _tiede an einer der beiden A/bschlussplatten 8 und 9 des Gehäuses untergebracht.

Die Länge dnr öffnung 302 rnuca so gewählt werden, dass 309806/0556

ihr eintrittsseitiges Ende in der druckseitiiren 3ndgtellung der Öffnung 302 eine hinreichende Verbindung mit der Eintrittsöffnung gewährleistet um die gesamte durch die Maschine geförderte Menge des Mediuny3 wieder der Ansaugseite zuzuführen. Die in der Umlaufrichtung q des Kammersystems 220 v/eisende Abschlusskante der öffnung 302 kann eine beliebige Pom, a.B. die eines Halbkreises, haben.

Die Wirkungsweise äer Regelvorrichtung soll noch anhand der Fig, 5 erläutert werden. Pig. 5 zeigt in vollkommen schematiöoher Weise einen Teil der umlaufenden Systeme 220 und 230 in abgewickelter, hzw. rektifizierter oder gestreckter Form. Für die Erläuterung sollen nur die Kammern 22** des grossen Umlaufsystems 220 und die Kolben 231 des kleinen Umlaufsystems 230 betrachtet werden. Die Öffnung 302 der Platte 300 ist in ihren'" "beiden Endstellung 502a und 302c und einer Zwischenstellung 302b gezeigt. Während die öffnung 302 während des Laufs der Haschine jeweils in der eingeregelten Stellung unverändert still steht, bewegen sich die beiden Systeme in Richtung des Pfeiles q, wobei die einzelnen Kolben aus der Stellung 231' über die Stellung 231a bis sur Stellung 231b, der Totpunktstellung, in die Kammern 221 einlaufen (di? Richtung der 'Bewegung relativ a um grossen Umlauf sys tem 220 zeigen die Pfeile v/ und u)

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OFttGlNAL

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und anschliessend wieder auslaufen (Pfeil ν).

Die Einti'itt s öffnung ist mit 301 be zeichnet und dxiroh

eine gestrichelte Linie dargestellt, die kun-

trittsöffnung 303 ist punktiert ....... gezeichnet. In der Ausgangstellung, d.h. in der eintrittsseitagen Endlage 302a (strichpunktiert -.-.-.-) verläuft ilie begrenzung so, dass zwischen der Austritts- o-ier "»rucksei te und der Eintritts- oder Ansaugseite beim ^Durchgang der Kammern keine Verbindung besteht. Während des Einlaufens des Kolbens 231 drückt dieser don ranzen Inhnlt der Kammer· in die Austrittsöffnung 303.3eim Überschreiten der Totlage 231b beginnt d=>r Kolhen 231 anzusaugen. Um die Bildung eines Vakuums zu vermeiden,greift eine Ausbuchtung 303^f der Austrittsöffnung so weit über die Totlage hinweg, dass von der Druckseite her so lange ein Teil Ses Mediume einströmt, bis der Kolben die Öffnung 302 erreicht und die Kammer 221 über diese mit der Eintrittsöffnung 301 verbunden wird.

Wird nun die Platte 3OC im Ge^ersinn zur Umlaufrichtung q_ des grossen Umlaufsystems 22C bis zu einer beliebigen Mittelstellung 302b der Re~elöffnunf (sti-ich-doppelpunktiert -..-..-..-) versehwe^kt, so -^ibt diese einen Teil der Seite der sich an der Scheibe 300 entlang bewegenden

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Kammer 221 bereits während des Einlaufens des Kolbens 231 frei, so dass dieser Teil der Kanrncr mi t der Ansau^- seite verbunden ist. Der einlaufende Kolben drückt also das in der Kammer befindliche Medium zur Ansau^seite zurück. Sobald der.Kolben jedoch an dem Schnittpunkt der Begrenzung linie der Öffnung ?-:it der Kammerwandung (z.B. Punkt Y) vorbeigeht, wird diese Verbindung unter- · brochen ur,ä der Kolben übt nun seinen vollen Druck auf das im restlichen Teil der Kammer befindliche Medium aus (in dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel ist dies nicht der Punlct Y; der entsprechende Punkt liegt wegen der gleichseitigen Bewegung von Kolben und Kammer in der Figur weiter rechts). In ihrer druckseitigen Endlage 302c (doppel3trichpunktiert —..—..—)sind die Kammern wahrend des ganzen Einlauf Vorganges des Kolbens mit der Ansaugseite verbunden und es wird überhaupt kein

Teil des Mediums an die Druckseite abgegeben.

In Fig. 3 sind die drei in Fig. 5 dargestellten Regelstellungen der Regelöffnung 302 in der gleichen Strichcharakterisierung eingetragen wie in Fi^. 5. Auch die relativen Lagen der Eintrittsöffnung 301 und der Austrittsöffnung 303 sind in entsprechender Yfeise angedeutet,

In Fig. 4 ist mit 305 ein an der Gehäii3eabdeckplatte

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vorgesehener Stutzen mit Plansch 305' bezeichnet, der zum Anschluss des Zulaufrohres dient_o Die Austrittsöffnung 303 ist als längs des Gehäuserandes verlaufender breiter und sich in Gegenrichtung zum Drehsinn q den grossen Umlaufsystems noch verbreiternder wulstartig an der Gehäuseabdeckplatte 8 vorgesehener K-"'nal 304 ausgebildet, der in einen (nicht dargestellten) Anschlusstutzen für die Druckleitung endet.

Anstelle einer dicken Platte 300 känr auch eine dünne Platte vorgesehen werden«, In diesem Fall erfolgt die Zuführung des Mediums über einen in der Abdeckplane vorgesehenen Kanal, ähnlich der Austrittsöffnung 303/304 in Fig. 4j dieser Kanal ist soweit geführt und so dimensioniert, Wie dies zur einwandfreien Speisung der Maschine in allen Regelfällen erforderlich ist.

Eine Regelung der Durchflussmenge ist auch in anderer Weise möglich, indem man bei feststehendem Gehäuse und festen Ein- und Austrittsöffnungen die relative Lage der umlaufenden Systeme zu diesen Öffnungen durch Verschwenken des die Drehachsen tragenden Teiles ändert.

In den vorstehend beschriebenen Beispielen ist stets nur ein einziges Kolbensyntcn, b?,·.:. ein einziges kleines

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Umlaufsystem vorgesehen, IJs ist aber grün .sätzlich auch möglich, die Maschine mit zwei solchen Systemen auszustatten, vorausgesetzt, dass der Durchmesser des Kolbensysrfcems bzw. des kleinen Umlaufsj^stems nicht grosser ist als der Abstand der Drehaoh.^e ^Ώ dieses Systems von der Drehachse A des Kammersystem.s, bzw. dee ^;rrosse^r' Umlaufsystens, wie dies ^.B. bei der in ?i?. 2 -ezeirten Ausführungsform der Fall ist; hier könrte aioo ein zweites KammersysteTn eingeführt werden. '

Oie vorstehend beschriebenen Maschinen sind in 'wesentlichen als Druckpumpen gedacht, die Ausführungen nach Pig. 1 und 3 sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase, die Ausführung nach Pi£· 2 vor allem für Flüssigkeiten. Versuche haben jedoch gezeigt, das3 beispielsweise die Ausführung nach Pig. 3 ganz hervorragende' Eigenschaften auch als Vakuumpumpe hat. Der Wirkungsgrad der Pumpen' ist so gut, dass bei geringstem Platzbedarf ausserordentlich hohe Leistungen sowohl druckseiti.^ als Druckpumpe, als auch ansaunseitig als Vakuumpumpe or.zielt werden konnten.

Selbstverständlich kann die Maschine auch als Motor, vorzugsweise als Flüssigkeitsmotor verwendet v/erden, um Druck in eine Drehbewegung umzusetzen.

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BAD

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Ein besonderer Torteil der Maschine ist, abgesehen von dem geringen Platzbedarf bezogen auf die erzielte leistung, noch in der Tatsache zu erblicken, dass sie vollkommen ausgewuchtet ist.

Es hat sich ausserdexn gezeigt, dass die im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Maschine entwickelte Regelvorrichtung in ihrer Anwendung nicht auf diese Maschine

beschränkt ist, sondern eine stetige Regelung jeder Art von umlaufenden Verdrängungspumpen gestattet, z.B. von Zahnradpumpen.

Um einen ruhigen lauf der Maschine zu erzielen, kann man einen der umlaufenden Teile oder auch sämtliche statt aus Metall auch aus einem geeigneten Härtkunststoff herstellen.

Die oben dargestellten Ausführungsmöglichkeiten für Maschinen gemäss der Erfindung sind natürlich nur Beispiele und schliessen eine in den Einzelheiten andersartige Anwendung des erfinderischen Grundgedankens nicht aus.

H.8.1971
Dr.Ph/MS/789

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Claims (1)

1. 2U0970

   Belegexemplar ^: DarfjHtnT geändertwerd&n ■

   Patentansprüche

   33C=S==S=33=333

   .) Als Saug- oder Druckpumpe oder als Motor verwendbare Maschine mit mindestens einem umlaufendem Kolben- und einem umlaufendem "Kammersystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (B) des Kolbensystem3 (3, 230) und die Drehachse (A) des Kammersystems (2, 220) im Räume feststehen, dass ferner die Wandungen der Kammern (21, 121, 221) parallel zu deren Längsachsen verlaufen und diese bezogen auf die Drehachse (A) des Kammersystems (2, 220) radial angeordnet sind, dass weiterhin zumindest die längs der Wandungen der Kammern (21, 121, 221) gleitenden Teile der Wände der einzelnen Kolben (31, 131, 231) kugelartig (31) oder zylindrisch (131, 231) gewölbt sind und dass schliesslich die Krümmungsmittelpunkte bzw. Krümmungsachsen dieser gewölbten Flächen . einerseits auf der durch die Drehachse (B) des Kolbeneystems (3, 230) verlaufenden Mittelachse des jeweiligen Kolbens (31, 131, 231) liegen bzw. auf dieser senkrecht stehen, und andererseits auf dem Umfang eines Kreises

   bzw. Zylindermantels liegen, der durch die Drehachse (A) des Kammersystems (2, 220) verläuft bzw. diese enthält.

   2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daas die *

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   Kammern (121, 221) des umlaufenden Kamine rs yst ems (2, 220) in taiif:entialeT· Richtung ζην Drehbewegung (9) des Kanimersystems (2_{ 220) einer rechteckigen ■Querschnitt aufweisen, und dar.s die sur Richtung der Umfangsgeschwindigkeit (p) des KoIbensystems (3» 230) normal oder angenähert normal stehenden Wände (131b_s 131h', 231⁸) der einzelnen Kolben (13I₉ 231) in ihrem an den Kolbenboden anschliessendon Teil durch eine um eine ^ετηβϊι-same, senkrecht zur Län^smittelachse des jeweiligen Kolbens stehende Achse (G) verlaufende Zylinderflächen gebildet sind, die mindestens soweit ireichenj, wie die Kolbenfläcben an den femmerwandungen gleiten und an» schliessend in andersartig gekrümmte oder ebene₉ den Kolbenfiiss begrenzende Flächen übergehen»

   3. Maschine nach Anspruch 1„ .dadurch gekennzeichnet^ dass die Kammern (121) des umlaufenden Kanimersysteins (2) · in tangentialer Richtung zur Drehbewegung des Kammer-Systems einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und die Trennwände (124) der Kammern "auf einer kreisförmigen Scheibe (125) befestigt sind_s dass ferner die Kolben (131) p3.attenför:ni/i; ausgebildet sind und in tangentialer Anordnung auf einer neben dem Karnmersystem (2) umlaufenden kreisförmigen ebenen Platte senkrecht zur Fläche diener Platte befestigt sind und seitlich in die

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   Kammern (121) eingreifen, und dass der Durchmesser der die Kolben (151) tragenden Platte gleich dem Abstand der Drehachse (B) des Kolbensystems (3) von der Drehachse (A) des Kammer sys te-nr (2) ist.

   4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch ^ekennzeichr. >t, dass die Kammern (21) des umlaufenden Kammersystems (2) einen kreisförmigen Querschnitt aufv/eiser und dass die Seitenwände der Kolben (31)» soweit sie län.^s de" V/andungen der Kammern (21). gleiten, Jeweils durch die kugelartig gewölbte Oberfläche einer Xucrelzone gebildet sind,

   5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das3 zwischen der die Zuführungsöffnung (301) für das zu fördernde Medium enthaltenden seitliche Abdeckplatte (9) des Gehäuses und dem umlaufenden Kammersystem (220) eine vorzugsweise kreisförmige Platte (300) um einen gewissen Winkel verschwenkbar angeordnet ist, und dass diese Platte (300) eine öffnung aufweint, die die in der seitlichen Abdeckplatte (9) vorgesehene Zuführungöffnung (301) entweder ausschließlich mit der Ansaugseite oder in stetig veränderbaren Maß zugleich auch mit der Druckseite de:3 KanrnersyTtems (220) vex-bindet.

   — 4 —

   BAD ORIGINAL

   2H097Q

   6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kante der in der verschwenkbaren Platte (300) vorgesehenen öffnung (302) in jeder Stellung der Platte die Eingänge der gerade vor der Öffnung (302) "befindliehen Kammern (221) «regen die Ansaur-seite der Maschine für das zu fördernde Medium freilässt, sodass die äussere Kante beim 7erschwenken der Platte (302) der Anfangspunkt (Y) den Arbeitshubes stetig verlagert.

   7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Platte (300) um die Mittelachse (A) des umlaufenden Kammersystems (220) versehwenkbar ist und dass die innere Kante der in ihr vorgesehenen öffnung (302) durch ein um die Achse des Kammersysteras (220) mit einem angenähert dem Durchmesser (d) des feststehenden Zentralkörpers (4) entsprechenden Durchmesser verlaufendes Kreisstück gebildet ist, und dass die ausaere Kante der Öffnung (302) zum Teil durch ein um die Achse (A) des Kammersystems (220) mit einem mindestens dem grosstmöglichen Abstand des Kolbenbodens von der Achse (A) des Kammersystems (220) entsprechenden Durchmesser verlaufendes Kreiastück und ein auf der nach der Druckseite der Maschine weisenden Seite daran anschiiessenden, bis zur inneren Kante der öffnung (302) verlaufendes Kurvenstück bzw. eine entsprechende Gerade gebildet ist,

   309808/0556

   -τ- 2U0970

   3ft

   während die nicht zur \Druckaeite der Maschine weisende Kante beliebig, vorzugsweise halbkreisförmig, ausgebildet sein kann.

   8· Regelvorrichtung- nach einem der Ansprüche 5 bis I₉ dadurch gekennzeichnet, dass sie bei einer beliebigen umlaufenden Yerdrängungspumpe angewandt ist.

   14.8.1971
   Dr.?h/MS/789

   30980QZQbSG