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Verdrängermaschine, insbesondere Ringkolbenmaschine
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Die Erfindung betrifft eine axparallele Verdrängermaschine in einer
Ringkolbenbauart gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1.
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Eine Reihe von bekannten Werdr ingermaschinen ähnlicher Bauart, wie
z.B. das Drehschiebersystem haben den Nachteil, daß die Förderelemente nicht zwangsgesteuert
werden und daß die Fliehkräfte nicht auf einfache Weise kompensiert werden können.
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Diese Konstruktionen, sowie auch die Rollkolbenmaschine besitzen meist
nur einen Förderraum und können ohne größeren Bauaufwand nicht mehrstufig ausgeführt
werden.
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Ziel der Erfindung ist es, die o.g. Nachteile zu beseitigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem möglichst einfachen Grundelement,
einem ringförmigen Kolben, eine Reihe von Verdrängermaschinen mit zwangsgesteuerten
Förderelementen gleich fiir mehrere Arbeitsräume hervorzubringen, wie Pumpen, Verdichter,
Mengenmesser, Druckluftmotoren, Hydraulikmotoren bzw. Getriebe, Druckerhöhungsanlagen
u. ä.
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Erfindungsgemäß ist die gestellte Aufgabe durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Die erfinderische Grundidee,
statt eines zylindrischen Kolbens einen ringförmigen zu verwenden, wirkt sich auf
mehrere bekannte Prinzipien aus, wie Drehschieber und Rollkolbenprinzip.
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Es entstehen von vornherein radial beiderseits des ringförmigen Kolbens
getrennte Arbeitsräume, wodurch die Maschinen leicht mehr stufig ausgeführt werden
können; bringt aber noch weitere Vorteile.
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Der Kolben kann sich dabei drehen, abrollen oder ruhen, wobei er durch
eine Welle, einen Exzenter oder direkt durch ein Kraftfeld angetrieben werden kann.
Das gleiche gilt für die radialen Arbeitsraumwandungen! Eine Welle ist also nicht
immer nötig.
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Die Ein- und Auslaßkanäle befinden sich in den betreffenden ruhenden
Teilen.
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Die erste Verbesserung bezieht sich auf das bekannte Drehschiebersystem.
Der ringförmige Kolben rotiert zwischen zwei exzentrisch
zum Kolben
verlaufenden, zunächst zySind^rischen radiälen Arbeitsraumwandungen. Die Schlitze
für die Förderelemente sind durch den ringförmigen Kolben radial durchgefräst, und
der Kolben wird durch 1 oder 2 Seitenteile axial außerhalb der Arbeitsräume zusammengehalten.
(Anspr.2) In den Schlitzen befinden sich als Förderelemente Schieber oder Zylinderrollen,
oder Kombinationen zwischen beiden, die jetzt zwischen den beiden äquidistanten
Arbeitsraumwandungen zwangsgesteuert werden. Die beiden radialen Arbeitsraumwandungen
können dabei beliebig huberzeugend gestaltet sein, d.h., sie können mehrere abgerundete"Ecken'§
haben. Die exzentrisch zylindrische Form entspricht dabei dem "Eineck", die elliptische
Form dem "Zweieck, dann folgen das "Dreieck", "Viereck" u.s.w.
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Der Durchmesser der Zylinderrollen ist gleich dem senkrechten Abstand
der Arbeitsraumwandungen. Die Schieber kann man sich aus einer entsprechenden Rolle
herausgeschnitten denken, da siede gleiche radiale Ausdehnung und die gleiche Balligkeit
an den Enden haben müssen. Außerdem müssen sie hier eine bestimmte Mindestdicke
haben, da die Dichtlinie an den Enden etwas wandert.
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Lose, zylindrische Arbeitsraumwandungen können einmal zu einer Hubverstellung
in bekannter Weise herangezogen werden, zum andern können sie sich mitdrehen. Da
diese Drehachse mit der Drehachse der Förderelemente übereinstimmt, kann die innere
Arbeitsraumwand zur Aufhängung der Förderelemente benutzt werden, damit die Fliehkrafte
durch eine entsprechende Radialkraft kompensiert werden.
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Die Förderelemente sind dabei entweder mit einem Spannring oder mit
der inneren Arbeitsraumwand in Umfangsrichtung etwas verschiebbar verbunden. (Anspr.3)
Die Förderelemente können aber auch an Seilen oder speichen, die die innere Arbeitsraumwand
durchdringen und in der Drehachse der Förderelemente zusammengeführt werden, zumindest
in diese Richtung laufen, aufgehangen werden (Anspr.11) Bei kleineren Maschinen
kann im Innern ein Magnet angeordnet sein, der die dann hier nur allein ferromagnetischen
Förderelemente nach innen zieht (Anspr.12), mehrere Magnetpole können dabei auch
gleichzeitig zum Antrieb der Förderelemente benutzt werden. Die Anzahl der Förderelemente
ist selbstverstündlich beliebig.
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Die Symmetrie- bzw. Mittelachsen des Kolbens und der Arbeitsraumwandungen
sind in allen Fällen parallel fallen aber nur beim Anspruch 8 zusammen.
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Hier sind die beiden radialen @@@@@@@@@@@@@@@@@@@ reSszylindrisc und
der Kolben dreht sich um ihre Symmetrieachse, was in den meist Fallen auch seine
Mittelachse ist. Die huberzeugenden Flächen befinden sich hier am Kolben, d.h.,
er ist exzentrisch zylindrisch ("Eineck), elliptisch ("Zweieck"), dreieckig, viereckig
u.s.w., also mehreckig mit abgerundeten Ecken. Teile der huberzeugenden Mantelflächen
laufen dabei ständig an den zylindrischen Arbeitsraumwandungen entlang. Eine Förderung
entsteht wieder durch eine zusätzliche nicht kreisende Trennstelle auf dem Umfang,
die einmal durch eine für die Kolbendurchführung geschlitzte, radial beweglic Trennwand
(Anspruch 9) bzw. Schieber, zum anderen durch den gleichen Hub erzeugende Sperrkolben
(Anspruch 10) gebildet wird. Die Sperrkolben werden zwangsgesteuert (z.B. durch
Zahnräder), drehen sich mit einem bestimmten Drehzahlverhältnis zum ringahnlichen
Kolben, sind wesentlich kleiner als dieser und so geformt, daß ihre Mantelflächen
ständig aneinander vorbeilaufen.
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Nach Anspruch 4 erhalten die Rollkolbenmaschinen durch den ringförmigen
Kolben einen zweiten, innen liegenden Förderraum. Hier sind Kolben und Arbeitsrautnwandungen
gewöhnlich kreiszylindrisch, könnten aber auch gemeinsam elliptisch oder anders
geformt sein.
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Die beiden Mantelflächen des Kolbens liegen an einer Umfangsstell
an der jeweiligen Arbeitsraumwandung an. Die Abrollbewegung könner entweder der
Kolben oder die Arbeitsraumwandungen ausführen, die, weil sie hier genauso aufgebaut
sind, wie der Kolben, gleichzeitiE einen neuen Kolben bilden, wodurch noch mehr
unabhängige Arbeitsraume entstehen. Eine nicht kreisende Trennstelle befindet sich
wieder an einer Stelle des Umfanges. Der ringförmige Kolben wird entweder durch
ein rotierendes Magnetfeld direkt zur Abrollbewegung gezwungen, oder er ist zwnindest
mit einem Seitenteil verbunden, das durch eine Exzenterwelle angetrieben wird.
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Eine besonders elegante und einfache, hermetisch abgeschlossene Pumpe
entsteht hierbei durch die Verwendung von elastischen Arbeitsraumwandungen (Anspruch
5). Die elastischen Arbeitsraumwandungen sind dabei mit ihrem axialen Ende fest
mit dem Kolben verbunden, wodurch die ArbeitsrÇiume nch außen hermetisch abgeschlossen
werden. Am anderen Ende bleiben sie fest mit den starre Arbeitsraumwandungen verbunden.
Letztere können aber auch ganz weggelassen werden, wenn der Kolben ruht, und der
drahtverstärkte
Elastobalg durch ein exzentrisch gelagertes Seitenteil
selbst bewegt wird(Anspr. 6). Die ortsfeste Trennstelle auf dem Umfang kann hier
in beiden Fällen in einfacher Weise so ausgeführt werden, daß an dieser Stelle die
elastischen Arbeitsraumwandungen ganz mit dem Kolben verbunden sind oder der Kolben
eine Unterbrechungsstelle hat, an der die Schlauchzufihrungen liegen, die gleichzeitig
die erforderliche Trennstelle bilden.
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Der Kolben ist bei allen vorhergenannten Fällen normalerweise im Querschnitt
rechteckförmig, kann aber auch jede beliebige andere Querschnittsform annehmen,
nur muß der Abstand seiner Mantelflächen in Umfangsrichtung konstant bleiben. Nach
Anspruch 7 ist ein pollerähnlicher Querschnitt vorgesehen, der dem Elastobalg besonders
bei Anspruch 6 besser Rechnung trägt.
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Die zuletzt beschriebene "Exzenterringpumpe" kann auch abrasive Medien
pumpen, ist hermetisch dicht wie eine Schlauchpumpe, baut aber wesentlich kleiner
und läßt sich leichtzweistufig ausführen.
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Sie ist aber auch der Exzenterschneckenpumpe überlegen, denn durch
die hier äußerst geringe Walkarbeit des Elastomers kann die Pumpe länger trocken
laufen und fördert bei Stahidrahteinlagen größere Mengen bei größeren Förderhöhen.
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Nachstehend soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt;
Fig. 1b den dazugehörigen Längsschnitt; Fig. 2a eine Ringkolbenmaschine in einem
Querschnitt; Fig. 2b den dazugehörigen Langsschnitt; Fig. 3a eine Ringkolbenmaschine
in einem Querschnitt; Fig. 3b den dazugehörigen Längsschnitt; Fig. 4a eine Ringkolbenmaschine
in einem Querschnitt; Fig. 4b den dazugehörigen Längsschnitt; Fig. 5 eine Ringkolbenmaschine
in einem Querschnitt; Fig. 6 eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt; Fig.
7a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt; Fig. 7b den dazugehörigen Längsschnitt;
Fig. 8 eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt; Fig. 9a eine Ringkolbemnaschine
in einem Querschnitt; Fig. 9b den dazugehörigen Längsschnitt;
Fig.
10a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt; Pig. lOb den dazugehörigen Längsschnitt;
Fig. 11a eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt; Fig. 11b den dazugehörigen
Längsschnitt; Fig. 12 eine Ringkolbenmaschine in einem Querschnitt.
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1. Ausführungsbeispiel In Fig. 1a ist ein Querschnitt einer Ringkolbenmaschine
nach der Linie A-A von Fig. 1b und in Fig.1b ein Längsschnitt nach der Lini B-B
in Fig.1a gezeigt.
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Der ringförmige Kolben 1 ist hier exakt kreisringförmig, aber exzentrisch
zwischen den ebenfalls kreisringförmigen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 drehbar gelagert.
Die Mittelachsen des Kolbens und der radialen Arbeitsraumwandungen sind hier gleichzeitig
die Symmetrieachsen (Rotationssymmetrie), laufen parallel, fallen aber nicht zusammen.
Der Kolben 1 ist starr an einem scheibenförmigen Seitenteil 5 befestigt, welches
gleichzeitig eine seitliche, ebene Arbeitsraumwandung bildet und mit der Welle 8
verbunden ist. In de] radialen Schlitzen 11 des Kolbens 1, die hier in radialer
Richtung vollständig durch den Kolben durch-gehen, sind hier als Förderelemente
12 Zylinderrollen 13 angeordnet, deren Durchmesser gleich den senkrechten, also
kürzestem, Abstand zwischen den radialen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 ist. Da der
Kolben 1 hier durch eine gewisse Exzentrizität seiner Drehachse gegenüber den Arbeitsraumwandungen
3 und 4 eine huberzeugende Bahn durchläuft, entstehen zwischen dem Kolben und der
jeweiligen radialen Arbeitsraumwandung insgesamt 2 getrennte Fördermöglichkeiten
mit mehreren abgeschlossenen Arbeitsräumen 2. Die Ein- und Auslaßkanäle 6 befinden
sich in dem seitlich Teil des Gehäuses 7. Durch den Hebel 19 können die radialen
Arbeits raumwandungen 3 und 4 radial verschoben werden. Durch diese "Hubverstellung
kann die Fördermenge pro Umdrehung geregelt werden.
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Die volle Fördermenge wird erreicht, wenn der Kolben 1 mit seinen
beiden Mantelflächen gleichzeitig die beiden radialen Arbeitsraumwandungen berührt,
wodurch noch eine ortsfeste Trennstelle 15 entsteht. Die Pumpe besitzt dann nur
noch das kleine schädliche Volumen das dadurch entsteht, daß die Zylinderrollen
13 die Schlitze 11 nicht ganz ausfüllen. Auch ohne diese Trennstelle 15, die bei
anderen Bei
spielen vorhanden ist, entsteht kein Kurzsc-l'uß zwischen
in- und Auslaßkanal, da deren Abstand auf dem Umfang größer ist4 als der Abstand
der Zylinderrollen 13. Da die Zylinderrollen 13 hier zxangsgesteuert werden, können
sie eng zwischen den radialen und a; a'en Arbeitsraumwandungen eingepaßt werden
und u.U. abrollen, wenn sich eine radiale Arbeitsraumwandung mitdrehen kann, was
hier zumindest bei der äußeren möglich ist. Man kann sich übrigens die ganze Pumpe
aus einem Zylinderrollenlager entstanden denken.
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Es besteht hier außerdem die Möglichkeit, bei z.B. ölfreier 8leschine!
die durch die Fliekraft verursachte Reibung an den Förderelementen 12 (es müssen
nicht immer Zylinderrollen sein) weiter zu verringern.
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Dazu sind in Fig.1a zwei Möglichkeiten eingezeichnet. Erstens können
de Förderelemente 12 durch eine Aufhängung 20 an der mitrotierenden inneren Arbeitsraumwandung
3 etwas in Umfangsrichtung verschiebbar angebracht sein, und zweitens kann die Fliekraft
durch magnetische Kräfte kompensiert werden. Für kleinere Maschinen sind in der
innerer Arbeitsraumwandung 3 dafür Permanentmagnete angeordnet. Diese Magnete 21
ziehen die eisenhaltigen oder ebenfalls magnetischen Förderelemente 12 nach innen.
Es können natürlich auch elektromagnete sein.
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Wird die innere Arbeitsraumwandung 3 angetrieben, kann auf diese Weise
auch das Drehmoment auf die Förderelemente 12 übertragen werden. Läßt man dazu noch
eine dünne wandung aus unmagnetischem Material stehen, ist es eine hermetisch abgeschlossene
Maschine, die von vornherein zweistufig ist. Das Gehäuse 7 kann aus Kunstoff ausgeführt
werden, um den magnetischen Fluß nicht zu stören.
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Die Anzahl der Förderelemente ist sebstverständlich in allen Ausführungsbeispielen
beliebig. Gehäuseverschraubungen u.ä. sind der Einfachheit immer weggelassen.
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2. Ausführungsbeispiel Fig.2a und b zeigen eine ähnliche Ringkolbenmaschine
wie im ersten Beispiel, nur daß hier als Förderelemente 12 Schieber 14 verwendet
werden, die man sich aus den Zylinderrollen herausgeschnitten denkenSkann. Sie haben
an ihren Enden die gleiche Balligkeit wie die Zylinderrollen und werden zwischen
den äquidistanten radialen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 zwangsgesteuert. Damit die
Schieber 14
ständig an beiden radialen Arbeitsraumwandungen anliegen,
müssen sie eine entsprechend der Exzentrizität bestimmte indestdicke haben! Der
Kolben 1 ist wieder mit einem Seitenteil 5 starr verbunden, das wiederum mit der
Welle 8 verbunden ist. Dieses Seitenteil bildet hier aber nicht gleichzeitig die
axiale Arbeitsraumwandung. Diese wird hier durch feststehende Seitenscheiben gebildet
die eine ringförmige AusnehmunEr besitzen, wo der Kolben hindurchragt. 2 ortsfeste
Trennstellen der Arbeitsräume 5 werden durch 2 Berührungsstellen 16 zwischen dem
Kolben 1 und -der jeweiligen Arbeitsraumwandung gebildet, die zur Förderung bei
8 Schiebern aber nicht unbedingt notwendig sind.
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Vom äußeren Arbeitsraum 2 laufen die Ein- und Auslaßkanäle 6 direkt
durch das Gehäuse 7 nach außen; vom inneren Arbeitsraum 2 laufen dii Kanäle nach
innen und werden seitlich aus dem Gehäuse herausgeführt Das ist speziell eine Ausführung
für einen zweistufigen Verdichter.
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Auch hier gibt es eine Möglichkeit zur Kompensation der auf die Schieber
14 wirkenden Pliehkräfte, und damit 'der'Reibung an der äußeren Arbeitsraumwandung
4. Dazu sind die Schieber 14 hier in Umfangsrichtung geschlitzt. In diesen Schlitzen
sitzt ein Spannring 18, der wiederum in einer Ausdrehung des Kolbens 1 mit umläuft.
Dadurch, daß der Kolben 1 exzentrisch in der Ausdrehung des Kolbens 1 sitzt und
gegenüber dem Kolben eine Abrollbewegung macht, bestünde hier sogar nochmals die
Möglichkeit, Arbeitsräume anzuordnen, was hier aber nicht ausgenutzt wird.
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3. Ausführungsbeispiel Rig.3a und b zeigen die gleiche Ringkolbenmaschine
wie in den beide vorherigen Beispielen, nur daß hier der Kolben 1 an beiden Seiten
starr an Seitenteilen 5 befestigt ist, die gleichzeitig die seitlichen Arbeitsraumwandungen
bilden. Hier wird nur der äußere Ar-Arbeitsraum zur Förderung auspenutzt. Die Förderelemente
12 kann man sich aus Zylindern ausgeschnitten denken, deren Durchmesser aber größer
als der Abstand der radialen Arbeitsraumwandunesen war, wobe die radialen Seiten
abgedreht wurden, damit sie zwischen die radial Arbeitsraumwandungen passen. Hier
ist noch eine andere Variante (a vorher genannten können hier selbstverständlich
auch angewendet we; den) zur Kompensation der Fliehkraft gezeigt, damit die Förderelezehnte
12 berührngslos an der äußeren Arbeitsraumwandung 4 entlang laufen können.
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Die Förderelemente 12 sind hier stn Halteseilen 2a DZ£V. ichen o.ä.
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befestigt, die wieder im Zentrum in der Symmetrieachse der Arbeitsraumwandungen
3 und 4 aneinander befestigt sind. Die innere Arbeitsraumwandung 3 ist zu diesem
Zweck durchbohrt und dreht sich mit. Die Länge eines Seiles bzw. einer Speiche entspricht
dem Radius der inneren Arbeitsraumwandung 3. Bei mehreren Förderelementen bleibt
die Verbindungsstelle der Seile automatisch in der Symnetrieachse, bei nur zwei
Förderelementen muß durch eine Halterung dafür gesorgt werden. Da hier die Schleifbewegung
am äußeren Umfang fehlt, werden diese Maschinen auch geräuschärmer als übliche Drehschieberverdichter,
und können zudem noch ölfrei laufen. Auch als Druckluftmotor ist diese Konstruktion
geeignet, wobei anstelle der Förderelemente 12 auch Schieber oder Rollen verwendet
werden können. Die Welle 8 ist hier in der Mitte unterbrochen und an den Seitenteilen
5 befestigt.
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4. Ausführungsbeispiel In Fig. 4 a und b ist die gleiche Ringkolbenmaschine
wie im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei hier aber die radialen Arbeitsraumwandungen
3 und 4 elliptisch ausgeführt worden sind, wodurch 2 huberzeugende Abschnitte ("Zweieck")
entstehen und insgesamt 4 getrennte Arbeitsräume 2, also Fördermöglichkeiten. Hier
eignet sich diese Ausführung speziell als Hydraulikmotor, da sich die entstehenden
Lagerkräfte zweier gegenüberliegender, zusammengeschalteter Arbeitsräume aufheben.
Axial wird der Kolben hydrostatisch entlastet; seitlich kann, wie auch in den beiden
folgenden Ausführungsbeispielen der Kolben auch wie im 2. oder 3. Beispiel ausgeführt
werden.
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Die Fördermenge pro Umdrehung ist hier nicht regelbar, auch werden
nur die äußeren Arbeitsräume 2 genutzt.(Danit in den inneren Arbeitsräumen kein
zu hoher Druck entsteht, haben dort die Arbeitsraumwandungen Ausgleichsnuten.
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5. Ausführungsbeispiel Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der gleichen
Ringkolbenmaschine, nur daß hier die Arbeitsraumwandungen 3 und 4 dreieckförmig
mit abgerundeten Ecken gestaltet sind. Hier werden auch die inneren, also insgesamt
6 Arbeitsräume 2 genutzt.
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6. Ausführungsbeispiel In Fig. 6 ist eine dem vorherigen Ausführungsbeispiel
analogen Ringkolbenmaschine gezeigt, wobei hier die Arbeitsraumwandungen 3 und 4
viereckförmig gestaltet sind und anstelle der Zylinderrolle Schieber 14 verwendet
werden. Der exakt kreisringförmige Kolben11 paßt so genau zwischen den radialen
Arbeitsraumwandungen hinein, daß insgesamt 8 ortsfeste Trennstellen 15 bzw. Berührungsstellen
entstehen, sowie 8 getrennte Arbeitsräume 2. (Die Förderelemente können einen Arbeitsraum
2 immer noch in mehrere Arbeitskammern unterteilen). Hier sind nur die zu einem
Arbeitsraum gehörenden Ein- und Auslaßkanäle 6 eingezeichnet, weil alles analog'den
vorher ausgeführten Beispielen ist.
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Diese Pumpe besitzt ein sehr hohes Schluckvolumen, weil jeder der
8 Arbeitsräume bei einer Umdrehung des Kolbens 1 4 mal gefüllt unc entlehrt wird!
Verbindet man die jeweils gegenüberliegenden Arbeitsräume miteinander, so verbleiben
durch'Parallelschalten diesi Paare immernoch 4 etwa gleich abgestufte Fördermengen,
d.h., diesx Hydraulikpumpe eignet sich zum Bau eines einfachen hydrostatischei Getriebes
fiir Kraftfahrzeuge mit 4 Ganzen! Noch mehr Möglichkeiten bekommt man, wenn man
die radialen Arbeit: raumwandungen fünf- sechseckig u.s.w. gestaltet. Auch das Schlick.
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volumen für langsam laufende Hydraulikmotoren steigt dabei noch.
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7. Ausführungsbeispiel Die Ringkolbenmaschine in Fig. 7a und b besitzt
einen elliptisch ringförmigen Kolben 1. Durch seine beiden huberzeugenden Abschnit
stellt er ein "Zweieck" dar. Die radialen Arbeitsraumwandungen 3 und 4 sind exakt
kreiszylindrisch. Ihre Symmetrieachse Ist gleich: die Mittelachse des Kolbens 1
und seine Drehachse. Es entstehen wieder zwei Fördermöglichkeiten. Durch die hier
mitrotierenden Be rührungsstellen 16 zwischen Kolben und den radialen Arbeitsraumwandungen
entstehen mehrere Arbeitskammern. Der Kolben ist wieder mit einem Seitenteil 5,
und dieses mit der Welle 8 verbunden.
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Eine ortsfeste Trennstelle 15 entsteht durch eisen im Gehäuse 7 radial
beweglich gelagerten, ebenen Schieber 14. Er besitzt einen Schlitz11zur Kolbendurchführung
und wird durch diesen zwangsgesteu
Die Kanäle6befinden sich wieder
außen und innen im ruh :-5 n Gehäuse 7. Diese Ausführung eignet sich besonders als
laam laufende Pumpe für zähe Massen oder als Mengenmesser o.ä 8. Ausführungsbeispiel
In Fig. 8 ist die gleiche Ringkolbenmaschine wie im vorherigen Ausführungsbeispiel
in einem Querschnitt gezeigt, nur werden hier die beiden ortsfesten Trennstellen
15 durch 2 Sperrkolben 23 gebildet, welche ebenfalls mit gleicher Drehzahl um ihre
Mittelachsen, und damit gleichzeitig um ihre Schwerpunkte rotieren.
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Die Sperrkolben sind wesentlich kleiner als der Kolben 1 und ebenfalls
derart elliptisch geformt, daß ihre .Mantelflächen ständig an den beiden Mantelflächen
des Kolbens 1 entlanglaufen und mit einer anderen Mantellinie an einer zylindrischen
Ausnehmung des Gehäuses 7 entlanglaufen. Dabei tragen sie auch etwas mit zur Förderung
bei. Da es eine reine Drehkolbenmaschine ist, eignet sie sich für schnell laufende
oder große Maschinen zur Luftverdichtung, als- Abgasturbolader o.ä.
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9. Ausführungsbeispiel Bei allen folgenden Ausführungsbeispielen wird
die Verdrängung durch eine Abrollbewegung erzwungen.
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Fig. 9a und b zeigen einen Quer- und Längsschnitt einer als "Exzenterringpumpe"
ausgeführten Ringkolbenmaschine. Kolben 1 und radiale Arbeitsraumwandungen 3 und
4 sind kreiszylindrisch. Es entstehen wieder 2 getrennte Arbeitsräume 2. Durch die
erzwungene Abrollbewegung des Kolben 1 kreisen die Berührungsstellen 16 zwischen
dem Kolben und den radialen Arbeitsraumwandungen. Der Kolben ist zu den radialen
Arbeitsraumwandungen exzentrisch, d.h., seine Symmetrieachse 9 macht um die Symmetrieachse
der Arbeitsraumwandungen 10 eine Kreisbewegung. Die feste Trennstelle 15 auf dem
Umfang wird durch eine feste, radiale Wand gebildet, wo der Kolben einen radialer
Schlitz 11 hat. Auf beiden Seiten dieser Wandung befinden sich die vier Kanäle 6.
Es ist eine hermetisch abgeschlossene Pumpe, die auch keine Antriebswelle benötigt.
Der Kolben 1 wird direkt durch ein rotierendes Magnetfeld zur Abrollbewegung gezwungen.
Hier sind 3 Elektromagnete 21 eingezeichnet, die durch Drehstrom erregt werden.
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Dazu besteht z.B. das Gehäuse 7 aus Kunststoff und der Kolben 1 aus
Eisen.
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10 .Ausführungsbeispiel Fig. 10a und b zeigen eine Exzenterringpumpe
mit 3 Arbeitsräumen 2.
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Hier ruht der verbreiterte Kolben 1 und nilnmt die Kanäle 6 für die
beiden inneren und zusammengeschalteten Arbeitsräume auf, die sich beiderseits der
ortsfesten Trennstelle 15 befinden. Diese wird durc eine im Kolben schwenkbar gelagerte,
radiale Trennwand gebildet, di durch die Schlitze 11 in den Arbeitsraumwandungen
3 und 4 hindurchgehen. Hier werden die durch das Seitenteil 5 verbundenen Arbeitsraumwandungen
3 und 4 durch die Welle 8 nebst Exzenter 17 angetriel (Da hier die bewegten Arbeitsraumwandungen
genauso aufgebaut sind wie der Kolben 1, wären hier die Bezeichnungen vertauschbar).
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Zwischen der Arbeitsraumwandung 4 und dem äußeren Teil des Gehäusen
entsteht noch ein Arbeitsraum 2. Das Seitenteil, an dem der ruhende ollen 1 befestigt
ist, gehört hier zum Gehäuse 7. Werden die Arbeitsraumwandungen mit einer elastischen
Schicht versehen, so ist diese Pumpe auch unempfindlich gegenüber abrasiven Medien.
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11.Ausführungsbeispiel Fig. 11a und b zeigen einen Quer- bzw. Längsschnitt
einer Ringkolbenmaschine als hermetisch abgeschlossene Exzenterringpumpe mit elastischen
Arbeitsraumwandungen 22. Der zylindrische, ringförmige Kolben 1 ist wieder an einem
Seitenteil 5 befestigt, das durch Wel 8 und Exzenter 17 zur Abrollbewegung gezwungen
wird. Hier sind aber nicht nur die Arbeitsraumwandungen mit einem elastischen Material
ausgekleidet; hier geht die elastische Arbeitsraumwandung 22 von dem festen Gehäuse
7 auf den bewegten Kolben 1 über. Sie ist an dex gezackt gezeichneten Stellen an
einer axialen Seite am Gehäuse und am anderen Ende am Kolben dicht befestigt. An
einer Stelle auf dem "'fang ist der Kolben 1 unterbrochen. Dort wird die elastische
Arbeitsraumwandung 22 zu einem Schlauch geschlossen und radial nach außen geführt.
Sie bildet gleichzeitig die Kanäle 6 und die feste Trennstelle 15. Die beiden Arbeitsräume
2 sind hier gleich zusamme]
geschaltet. Die Walkarbeit des elastomers
ist ähnlich @@@ ng wie bei einem Autoreifen. Diese Pumpe kann aucn trocken 1aufn.
wo Wird das elastische Material wie bei einem Autoreifen durch Gewebe und Stahldraht
verstärkt, lassen sich auch große Förderhöhen bei großen Fördermengen erreichen;
es könnte aber auch aus reinem Gewebe bestehen.
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Wird der Einlaß an der Seite axial herausgeführt und die Kanten hart
gemacht, werden dort die Feststoffanteile zerkleinert 9 weil der Kolben die Einlaßkanten
dann messerartig überstreift. Damit der Kolben die elastische Arbeitsraumwandung
nicht in Umfangsrichtung auf Zug belastet, ist das Seitenteil 5 an einer Stelle
gegen Verdrehen gesichert.
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Der ringförmige Kolben 1 ist hier wie auch in allen vorhergenannten
Ausführungsbeispielen im Querschnitt rechteckförmig, könnte hier aber auch schon
im Querschnitt pollerähnlich gestaltet sein.
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12. Ausführungsbeispiel In Fig. 12 ist der Querschnitt einer Ringkolbenpumpe
mit ebenfalls elastischen Arbeitsraumwandungen 22 gezeigt, wobei aber der Kolben
1 ruht, die Kanäle 6 für die beiden Arbeitsräume 2 aufnimmt und im Querschnitt pollerähnlich
gestaltet ist, damit der Auflagedruck der elastischen Arbeitsraumwandung 22 möglichst
gleichmäßig wird.
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Die hubförmige Abrollbewegung machen hier die elastischen Arbeitsraumwandungen,
die an einer Stirnseite mit den gezackt gezeichneten Stellen an dem exzentrisch
gelaerten Seitenteil 5 befestigt sind, welches wiederum durch Welle 8 mit Exzenter
17 angetrieben wird.
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An der Umfangsstelle, wo sich die ortsfeste Trennstelle 15 und die
Kanäle 6 befinden, ist die elastische Arbeitsraumwandung 22 als Trennwand zwischen
den Kanälen ganz mit dem Kolben 1 verbunden, aber nicht am Seitenteil 5.
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Es ist ebenfalls eine hermetisch abgeschlossene Pumpe mit einem eventuell
drahtverstärktem Elastobalg als Verschleißteil, wobei die Ualkarbeit, und damit
auch die Erwarrnung gering sind.
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Alle Ausführungsbeispiele können leicht als zwei- bzw. mehrstufige
Maschinen ausgeführt werden. Da die meisten außerdem sowohl als Pumpe als uuch als
llydraullk- bzw. Druckgasmotor arbeiten können, kann eine derartige Verdrängermaschine
sich auch selbst antreiben, und z.B. so als Druckerhöhungsanlage dienen.
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Zusammenstellung der Bezugszeichen 1 - Kolben 2 - Arbeitsraum 3--
innere Arbeitsraumwandung 4 - äußere Arbeitsraumwandung 5 - Seitenteil 6 - Kanal
7 - Gehäuse 8 - Welle 9 - Symmetrie- bzw. Mittelachse des Kolbens 10- Symmetrie-
bzw. Mittelachse der Arbeitsraumwandungen 11- Schlitz 12- Förderelement 13- Zylinderrolle
14- Schieber 15- Trennstelle 16- Berührungsstelle zwischen Kolben und radialer Arbeitsraumwandur
17- Exzenter 18- Spannring 19- Hubverstellhebel 20- Aufhängung der Förderelemente
21- Magnet 22- elastische Arbeitsraumwandung (Elastomer) 23- Sperrkolben 24- Halte
seil