DE2249591C3 - Fördermengenregelbare Rotationskolbenpumpe - Google Patents

Fördermengenregelbare Rotationskolbenpumpe

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DE2249591C3 DE2249591A DE2249591A DE2249591C3 DE 2249591 C3 DE2249591 C3 DE 2249591C3 DE 2249591 A DE2249591 A DE 2249591A DE 2249591 A DE2249591 A DE 2249591A DE 2249591 C3 DE2249591 C3 DE 2249591C3
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Description

Exzenter-Ringachse verläuft. Infolgedessen führt auch hier eine Verdrehung des Ringes zu einer Ver-
60 stellung des Arbeitsraums der Pumpe und daher zu
einer Verstellung der Pumpenleistung. Die Grundkreis-Evolventen sorgen jedoch dafür, daß die Ra-
)ie Erfindung bezieht sich auf eine fördermengen- dialverschiebung des jeweils durch den Druckbare Rotationskolbenpumpe mit in Schlilzcn unterschied belasteten Schiebers minimal ist. Wird :s zylindrischen Rotors radial verschieblichen Ar- 65 der Exzenterring in eine andere Winkellage verstellt, sschiebern, deren Außenkanten gegen eine den so bleiben die günstigen Verhältnisse bezüglich der or exzentrisch umgebende Hohlraumwand glei- radialen Verschiebung des jeweils belasteten Schiej anliegen, welche die Innenwand eines um eine bers im wesentlichen unverändert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Exzenterringachse ebenso wie die Rotorachse auf der durch die Mitten der sich diametral gegenüberlitgenden Ein- und Auslaßöffnung bestimmten Synmetrielinie liegt. Auf diese Weise kann die Leistung der Pumpe nicht nur von einem Größtwert bis auf Null, sondern durch den Nullpunkt hindurch bis auf einen Größtwert in entgegengesetzter Durchflußrichtung geregelt werden, wobei d'.c günstigen Verhältnisse über den wesentlichen Teil oder die Gesamtheit des Drehein-Stellwinkels erhalten bleiben.
Des weiteren kann die Rotorachse auf der in der Mitte zwischen den Ein- und Ausflußöffnungen verlaufenden Symmetrielinie liegen. Hierfür ergeben sich in Verbindung mit der Grundkreis-Evolvente optimale Verhältnisse.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform H dafür gesorgt, daß der Exzenterring symmetrisch aufgebaut ist, daß die Innenwand des Exzenterrings auf jeder Hälfte über eine solche Umfangslänge durch eine Grundkreis-Evolvente bestimmt ist, daß durch sie der Abstand zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen mindestens über den größten Teil des Dreheinstellwinkcls des Exzenterringes überdeckt ist, und daß die beiden Grundkreis-Evolventen durch mit gleicher Tangente anschließende Übergangskurven miteinander verbunden sind. Vorzugsweise haben die Grundkreis-Evolventen eine solche Länge, daß sie praktisch über den gesamten Dreheinstellwinkel des Exzenterringes in dem Abstand zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen wirksam sind.
Die Ubergangskurven können beispielsweise zwei Kreisabschnitte sein.
Eine besonders bevorzugte Möglichkeit besteht darin, daß die Übergangskurven Evolventen von Hilfskreisen sind, die einerseits den Grundkreis und andererseits die Symmetrielinie des Exzenterringes tangieren.
Vorzugsweise ist der Winkelabstand von Ein- und Auslaßöffnung gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Schiebern. Auf diese Weise befindet sich / ;ir jeweils nur ein Schieber zwischen Fin- und Auslaßiiffnung in dem Bereich höherer Druckbelastung. doch ist der Winkelabstand von Ein- und Auslaßöffnung entsprechend klein, so daß sich der Abstand von Exzenterring und Rotor zwischen Ein- und Auslaßöffnung bei Verdrehung des Exzenterringes über diesen Winkel abstand, wenn überhaupt, dann nur um einen geringeren Betrag ändert als bei eineni größeren Winkelabstand.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch eine crfindungsgemäße Rotationskolbenpumpe,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Pumpe der
Fig.l,
F i g. 3 eine Darstellung ähnlich F i g. 1, wobei der Exzenterring einen anderen Drcheinstcllwinkel hat,
Fig. 4 ein Diagramm zur Konstruktion der Innenwand des Exzenterringes und
F i g. 5 ein der F i g. 4 ähnliches Diagramm für eine andere Konstruktion der Exzenterring-Inncnwand.
Das Pumpengehäuse besteht aus einem Mittelteil 1 mit zwei Anschlußstutzen 2 und 3 und zwei Seitenplatten 4 und 5, die durch Schrauben 6 miteinander verbunden sind. Es wird durch zwei Deckscheiben und 8 vervollständigt. In zwei von den Seitenplatten 4 und 5 gehaltenen Lagern 9 und 10 ist eine Welle 11 mit einem Rotor 12 drehbar gelagert. In diesem sind Radialnuten 13 vorgesehen, in denen sich Schieber 14 radial verschieben lassen. Die äußeren Enden der Schieber liegen abdichtend gegen eine Lauffläche an. Die Lauffläche ist die Innenwand 15 eines Exzenterringes 16, der an seiner zylindrischen Außenumfangsfläche 17 in einer entsprechenden Bohrung des Gehäusemittelteils 1 gelagert ist und der durch nicht veranschaulichte Mittel von außen her in seiner Drehwinkellage verstellt werden kann. Mit den beiden Anschlußstutzen 2 und 3 sind in den beiden Seitenplatten <ä und 5 ausgebildete Ein- und Auslaßöffnungen 18 und 19 verbunden. Auf diese Weise können die zwischen der Innenwand 15, dem Flügelrad 12 und jeweils zwei Flügeln 14 gebildeten Verdrängerkammern 20 auf der Saugseite gefüllt und auf der Druckseite entleert werden. Diese Ein- und Auslaßöffnungen 18 und 19 sind über Verbindungskanäle 21 und 22 und zugehörige Teilringräume 23 und 24 mit den Radialnuten 13 an der Innenseite der Schieber 14 verbunden, damit sich die Schieber, unabhängig von der Pumpflüssigkeit, durch Fliehkraft nach außen drücken lassen.
Die Rotorachse M liegt im Schnittpunkt einer ersten Symmetrielinie S1, die durch die Mitten von Einlaßöffnung 18 und Auslaßöffnung 19 bestimmt ist, und einer zweiten Symmetrielinie S2, die in der Mitte zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen verläuft.
Die Drehachse N des Exzenterringes 16 ist gegenüber der Achse M in Richtung der ersten Symmetrielinie S1 versetzt.
Die als Lauffläche dienende Innenwand 15 des Exzenterringes 16, d. h. ihre Querschnittskontur hat zwar annähernd die Form eines Kreises, dessen Mittelpunkt 0 in der in F i g. 1 veranschaulichten Stellung des Ringes 16 mit der Rotorachse M zusammenfällt, ist aber aus zwei Evolventenabschnitten zwischen den Punkten B und C sowie A und D sowie durch mit gleicher Tangente daran anschließende Übergangskurven über den restlichen Teil des Umfangs zusammengesetzt. Wenn daher der Exzenterring 16 aus der in Fig. 1 veranschaulichten Neutralstellung in eine andere Winkellage (vgl. F i g. 3) verdreht wird, ändert sich der Arbeitsraum der Pumpe im Sinne einer größeren Förderleistung. Es ist leicht erkennbar, daß man durch eine Dreheinstellung des Exzenterringes 16 in entgegengesetzter Richtung unter Beibehaltung der Drehrichtung des Rotors 12 eine Förderung in entgegengesetzter Richtung erhält.
In F i g. 4 ist eine Konstruktion für die Exzenterring-Innenwand 15 veranschaulicht. Eingezeichnet ist die Drehachse N des Exzenterringes 16 und der »Mittelpunkt« 0 der Innenwand 15. Letzterer liegt auf einem Grundkreis K0 um die Ringachse N, dessen Radius gleich dem Abstand zwischen der Rotorachse M und der Exzenterringachse N ist. Die Zeichnung ist zur Symmetrielinic Sn des Exzenterringes bzw. der Innenwand 15 spiegelsymmetrisch. Längs des Abschnitts α ist die Innenwand 15 durch eine Evolvente des Grundkreises Kn gebildet. Die Evolvente entsteht beispielsweise dadurch, daß um den Grundkreis ein Faden gewickelt und längs der Linse /■", zum Punkt A gespannt ist. Wird der am Kreis Kn befestigte Faden nun weiter im Uhrzeigersinn gewickelt, so bewegt sich der Fadenendpunkt auf der
Innenwand 15 vom Punkt A zum Punkt D, wo er längs der Linie F2 verläuft. Das gleiche gilt für den Abschnitt α zwischen den Punkten B und C im spiegelbildlichen Sinn.
Die Übergangskurven b und c werden als Evolventen von Hilfskreisen .K1 und K2 erzeugt. Diese Kreise sind so konstruiert, daß sie gemeinsam mit dem Grundkreis K0 die Linie F1 und F2 tangieren und außerdem gemeinsam die Symmetrielinie S3 tangieren. Die Übergangskurve b entsteht, indem die Linie F1 im Uhrzeigergegensinn um den Hilfskreis K2 gewikkelt wird, bis die Symmetrielinie S3 erreicht ist. Die Übergangskurve c entsteht, indem die Linie F2 vom Hilfskreis K1 im Uhrzeigersinn abgewickelt wird, bis die Symmetrielinie S3 erreicht ist.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 entstehen die Evolventenabschnitte zwischen den Punkten A und D sowie B und C in gleicher Weise wie in F i g. 4. Die Übergangsabschnitte dagegen sind Kreisabschnitte d und e. Zu deren Konstruktion wird der Schnittpunkt P der Linie F1 mit der Symmetrielinie S3 festgelegt und dann ein Kreisabschnitt d mit dem Radius des Abstandes zwischen den Punkten P und A bzw. P und B gezogen. In gleicher Weise wird der Schnittpunkt der Verlängerung der Linie F2 mit der Symmetrielinie S3 festgelegt und dann ein Kreisabschnitt e um diesen Schnittpunkt mit einem Radius gezogen, der gleich dem Abstand der Punkte P und C bzw. P und D ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel fallen die beiden Schnittpunkte in einem Punkt F zusammen.
Wenn man in F i g. 1 den Abschnitt der Innenwand 15 zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen 18 und 19 betrachtet, so ändert sich deren Abstand von der Rotorachse M nur sehr minimal. Man kann diesen Abschnitt praktisch als Kreis um die Rotorachse ansehen. Folglich werden die Schieber in diesem Abschnitt, in dem sie durch den Druckunterschied zwischen Saug- und Druckseite belastet sind, fast überhaupt nicht radial verschoben. Diese Bedingung gilt aber wegen der Evolventen-Konstruktion der Innenwand auch dann, wenn der Exzenterring 16 in eine andere Drehwinkellage verstellt wird, wie man durch einen Vergleich mit F i g. 3 erkennen kann.
In F i g. 3 ist es auf der linken Seite gezeigt, daß es Drehwinkel-Einstellungen des Exzenterringes 16 gibt, in denen der Innenwandabschnitt zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen 18 und 19 nicht vollständig von der Grundkreis-Evolvente überdeckt ist, sondern ein Rest von der Übergangskurve. Dies ist zulässig, weil dieser Zustand nur für extreme Winkellagen des Exzenterringes 16 zutrifft und/oder weil noch ein wesentlicher Teil dieses Innenwandabschnitts durch die Evolvente gebildet wird.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

  1. zur Rotorachse versetzte Achse verdrehbaren Exzen-
    Patentansnriiche· terringes bildet, und mit einer sich in Rotorumfangsratentansprucne. richtung erstreckenden Einlaß- und einer entspre-1. Fördermengenregelbare Rotationskolben- chenden Auslaßöffnung zum Förderraum
    pumpe mit in Schlitzen eines zylindrischen Ro- 5 Es smd Rotationskolbenpumpen dieser Art beiors radial verschieblichen Arbeitsschiebern, de- kannt (s. die USA.-Patentscbnften 2 649 793 und ren Außenkanten gegen eine den Rotor exzen- 2 907 279), bei denen die als Laufflache fur die Schietrisch umgebende Hohlraumwand gleitend anlie- ber dienende Innenwand des Exzenterrages kreisforgen, welche die Innenwand eines um eine zar Ro- nüg ist. Abgesehen von der Einstellung des Exzentorachse versetzten Achse verdrehbaren Exzen- io terringes auf Leerlauf, in der die Innenwand des Exterringes bildet, und mit einer sich in Rotorum- zenterringes konzentrisch zum Rotor liegt, müssen fangsrichtung erstreckenden Einlaß- und einer die Schieber bei allen Einstellungen des Exzenterrmentsprechenden Auslaßöffnung zum Förderraum, ges auf Förderleistung während der Drehung des Rodadurch gekennzeichnet daß die Tn- tors eine etwa radiale Hin- und Herbewegung ausnenwand (15) des Exzenterringes (16) über einen 15 fähren, deren Geschwindigkeit nur im äußeren und wesentlichen Teil (α) ihres Umfangs durch Evol- inneren Totpunkt der Schieberbewegimg null ist. venten eines Grundkreises (K0) gebildet ist, des- Wenn nur ein Schieber den Bereich zwischen Einsen Mittelpunkt die Exzenterringachse (N) und und Auslaßöffnung durchläuft, ist er dem größten dessen Radius etwa gleich dem Abstand zwischen Druck, der vorn gesamten Druckunterschied zwischen Rotorachse (M) und Exzenterringachse (,V) ist. 20 Druck- und Saugseite abhängt, ausgesetzt. Hierdurch
  2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wird die radiale Verschiebung erschwert, und es erzeichnet, daß die Exzenterringachse (N) ebenso gibt sich eine unerwünschte Abnutzung. Beides kann wie die Rotorachse (M) auf der durch die Mitten zu einer Verringerung der Dichtung führen.
    der sich diametral gegenüberliegenden Ein- und Es ist auch bereits eine Rotationskolbenpumpe mit
    Auslaßöffnungen (18, 19) bestimmten Symme- 25 einem Rotor radial verschiebbaren Schiebern bekannt
    trielinie (S1) liegt. (s. die britische Patentschrift 778 510), bei der kein
  3. 3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- Exzenterring zur Einstellung der Förderleistung vorkennzeichnet, daß die Rotorachse (M) auf der in gesehen, jedoch die den Rotor umgebende Förderder Mitte zwischen den Ein- und Auslaßöffnun- raumumfangswand des Pumpengehäuses so ausgebilgen (18, 19) verlaufenden Symmetrielinie (S.,) 30 det ist, daß sich der Abstand zwischen Förderraumliegt. " umfangswand und Rotor im Bereich der Ein- und
  4. 4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Auslaßöffnungen am stärksten, dagegen im Bereich dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterring zwischen Ein- und Auslaßöffnung praktisch nicht (16) symmetrisch aufgebaut ist, daß die Innen- ändert, so daß die Radialgeschwindigkeit der Schiewand (15) auf jeder Hälfte über eine solche Um- 35 ber in dem Bereich zwischen Ein- und Auslaßöffnung fangslänge (a) durch eine Grundkreis-Evolvente praktisch null ist. Wollte man die Innenwand eines bestimmt ist, daß durch sie der Abstand zwischen der Förderleistungseinstellung dienenden Exzenterden Ein- und Auslaßöffnungen (18, 19) minde- ringes auf diese Weise ausbilden, dann ergäbe sich stens über den größten Teil des Dreheinstellwin- wiederum eine Radialgeschwindigkeit der Schieber kels des Exzenterringes überdeckt ist, und daß 40 im Bereich des größten Druckunterschieds zwischen die beiden Grundkreis-Evolventen durch mit glei- Ein- und Auslaßöffnung bei einer Einstellung des Excher Tangente anschließende Übergangskurven zenterringes auf eine andere Förderleistung.
    (b, c, d, e) miteinander verbunden sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
  5. 5. Pumpe nach Anspruch 4. dadurch gekenn- Rotationskolbenpumpe der eingangs erwähnten Art zeichnet, daß die Übergangskurven (d, e) zwei 45 anzugeben, bei der die Radialverschiebung der je-Kreisabschnitte sind. weils belasteten Schieber unabhängig von der einge-
  6. 6. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn- stellten Förderleistung möglichst klein ist.
    zeichnet, daß die Übergangskurven (b, c) Evol- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch geventen von Hilfskreisen (K1, K2) sind, die einer- löst, daß die Innenwand des Exzenteirringes über seits den Grundkreis (Kn) und andererseits die 50 einen wesentlichen Teil ihres Umfangs durch Evol-Symmetrielinie (S3) des Exzenterringes (16) tan- venten eines Grundkreises gebildet ist, dessen Mittelgieren, punkt die Exzenterringachse und dessen Radius etwa
  7. 7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gleich dem Abstand zwischen Rotorachse und Exdadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand zenterringachse ist.
    von Ein- und Auslaßöffnung (18, 19) etwa gleich 55 Bei dieser Ausgestaltung hat die als Lauffläche dem Abstand zwischen zwei benachbarten Schie- dienende Innenwand des Exzenterringes nur annäbern (14) ist. hemd die Form eines Kreises, der exzentrisch zur
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