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Drehkolbenpumpe mit zwei in einem Gehäuse umlaufenden Läufern,- die
je einen flügelartigen Drehkolben und eine den Kolben entsprechende Aussparung aufweisen
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit zwei in einem Gehäuse wirkenden
Drehkörpern.
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Die Vorteile der Drehkolbenpumpe gegenüber Maschinen mit hin und her
gehenden Kolben sind bekannt. Andererseits zeigen aber Drehkolbenpumpen für gasförmige
Fördermittel, insbesondere in ihren kleineren Ausführungen, den Mangel eines geringen
volumetrischen Wirkungsgrades, der durch Dichtungsschwierigkeiten bedingt ist. Denn
bei kleineren Maschineneinheiten wirken sich geringe Mängel in der Dichtung und
die Spielräume, die mit Rücksicht auf die Herstellung und den Verschleiß unvermeidlich
sind, im Verhältnis zur geförderten Menge viel stärker aus als bei größeren Maschinen.
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Das Ziel, der Erfindung ist nun .eine Drehkolbenpumpe, die möglichst
einfach herzustellen, vollkommen betriebssicher und von höchstem Wirkungsgrad ist.
Zur Erreichung dieses Zieles bedient sich die Erfindung einer Reihe bekannter Merkmale,
die sämtlich notwendige Voraussetzung sind. Hierzu gehört zunächst, daß die beiden
im Gehäuse zusam= menwirkenden Drehkörper je einen flügelartigen Drehkolben und
je eine Aussparung aufweisen, in welche der andere Flügelkolben beim Umlaufen eingreifen
kann. Durch diese Ausgestaltung der Drehkörper wird ein sehr großer Hub erreicht
und damit die Möglichkeit geschaffen, schon in einer Stufe hohe Drücke zu erreichen,
während andererseits etwa verbleibende geringe Restladungen oder durch die Herstellung
bedingte tote Räume sich im Vergleich zu dem großen Hub der Drehkolben kaum nachteilig
auf den Wirkungsgrad auswirken können.
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Weiterhin sind die Flügelkolben in bekannter Weise so ausgestaltet
und angeordnet, daß bei jeder Stellung im Gehäuse nur zwei Kammern veränderlichen
Rauminhaltes gebildet werden. Dieses Merkmal bedeutet, daß die Flügelkolben verhältnismäßig
schmal sind, daß also der Rauminhalt der Maschine gut ausgenutzt wird.
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Schließlich besitzen die Aüslaßschlitze eine solche Gestalt und einen
solchen Verlauf, daß der Druckraum so lange mit dem Auslaß verbunden ist, bis die
verbleibende, unter Druck stehende und zur Ansaugseite zu fördernde Restladung nur
noch gering ist. Daß die Restladung zur Ansaugseite gefördert wird, bedeutet an
sich die Wiedergewinnung
der für das Zusammendrücken der Restladung
aufgewendeten Arbeit; immerhin würde aber das Zusammendrücken und die Ausdehnung
einer großen Restladung Wärmeverluste durch die Kühlung der Pumpe zur Folge haben,
und deshalb ist die Verringerung der Restladung wichtig.
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Die vorgenannten Merkmale waren bereits bekannt, doch waren bei dieser
bekannten Pumpe die Auslaßschlitze derart in den Gehäusestirnwänden untergebracht,
daß neben dem zugehörigen Drehkörper angeordnete Scheiben mit entsprechenden Schlitzen
die Steuerung der Auslaßschlitze übernehmen mußten. Die Verwendung solcher Steuerscheiben
erscheint zunächst notwendig, weil sie die Möglichkeit bieten, die Auslaßschlitze
unabhängig von der Form des zugehörigen Drehkörpers zu steuern. Die Einlaßschlitze
konnten jedoch nicht durch solche Scheiben gesteuert werden, weil die Anordnung
der Scheiben an dem einen Drehkörper keinen Platz für entsprechende Scheiben am
anderen Drehkörper läßt. Infolgedessen waren die Einlaßschlitze im Bereich der Aussparung
des Drehkörpers angeordnet und wurden von dieser Aussparung gesteuert.
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Trotz der Vorteile der verschiedenen obengenannten Merkmale zeigte
die bekannte Pumpe jedoch eine Reihe von schwerwiegenden Mängeln, besonders einen
vollkommen unbefriedigenden Wirkungsgrad bei kleineren Einheiten. Eingehende Untersuchungen
haben ergeben, daß diese Mängel in folgendem begründet sind: Die Scheiben haben
einen @ wesentlich größeren Durchmesser als die Drehkörper. Infolgedessen zeigen
sie eine andere Wärmeausdehnung, so daß Platz für diese Ausdehnung geschaffen werden
muß, sonst kommen die Scheiben zum Anschlag mit den feststehenden Gehäusewandungen
oder gar mit den Seitenflächen des anderen Drehkörpers, und dies ergibt einen hohen
Verschleiß oder eine Verformung der Scheiben. Das zur Vermeidung dieser Erscheinungen
vorgesehene Spiel bedeutet aber eine erhebliche Verschlechterung des volumetrischen
Wirkungsgrades. Um daher die Leistung nicht zu tief sinken zu lassen, muß das Spiel
zwischen den Seitenflächen des scheibenlosen Drehkörpers und den Innenflächen der
Scheiben des anderen Drehkörpers so gering als möglich gehalten werden. Aus Gründen
der Herstellung und wegen der Wärmeausdehnung läßt sich dabei nicht vermeiden, daß
im Betrieb eine Berührung dieser Flächen stattfindet. Da nun aber die Seitenflächen
der Scheiben eine andere Umfangsgeschwindigkeit haben als die Seitenflächen des
anliegenden Drehkörpers, besteht eine Geschwindigkeitsdiffcrenz, die sich in einem
erhöhten Verschleiß und nach längerer Betriebszeit in weiterem Absinken der Leistung
auswirkt.
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Bei Drehkolbenmaschinen dieser Art ist weiterhin die Forderung aufzustellen,
daß die Läufer auf ihren` Wellen axial um einen gewissen Betrag verschiebbar sind,
damit sie sich selbst richtig einstellen. Wenn aber Scheiben verwendet werden, dann
kann sich der scheibenlose Drehkörper nicht selbsttätig einstellen, da er ja in
der Nähe des anderen Drehkörpers von dessen Scheiben seitlichumfaßt wird. Dies führt
wiederum zu erhöhter Reibung.
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Alle diese Nachteile werden nun durch die Erfindung vermieden, und
zwar dadurch, daß die Einlaß- und die Auslaßschlitze in an sich bekannter Weise
in den Gehäusestirnwänden im Bereich der Aussparungen der Drehkörper angeordnet
sind und von diesen unmittelbar gesteuert werden. Es leuchtet ein, daß diese Bauart
wesentlich einfacher als.die bekannte ist. Deshalb ist es um so überraschender,
daß bei der Pumpe gemäß der Erfindung auch in den kleinsten Einheiten volume.trische
Wirkungsgrade von über goo/o erreicht werden können. Die Pumpe gemäß der Erfindung
hat über den genannten Vorteil hinaus sich im Dauerbetrieb als vollständig zuverlässig
und sehr unempfindlich erwiesen, da keine innere Schmierung notwendig ist. Dies
ist deshalb von großer Bedeutung, weil das Fördermittel ohne Öldampf angeliefert
werden kann. Die Drehzahl ist praktisch unbeschränkt und hat nur Rücksicht auf die
durch die Strömung des Fördermittels bedingten Reibungsverluste in den Leitungen
zu nehmen. Der Hauptvorteil der Pumpe gemäß der Erfindung besteht aber darin, daß
es mit ihr wie mit hin und her gehenden Kolben möglich ist, auch gegen sehr hohe
Drücke noch zu fördern, und dieser Vorteil ist darauf zurückzuführen, daß die Dichtung
der einzelnen Arbeitsräume nahezu vollkommen ist. Hinzu kommt die Möglichkeit der
Anwendung höchster Umdrehüngszahlen, d. h. großer Leistung, bezogen auf das Gewicht
und die Kosten der Pumpe.
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In der folgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel mit den
Merkmalen der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In der Zeichnung
zeigt Fig. i einen senkrechten Querschnitt durch die Pumpe, Fig. z einen waagerechten
Querschnitt. Gemäß der in Fig. i und a dargestellten Ausführungsform besteht die
Drehkolbenpumpe aus einer wassergekühlten Hauptkaminer a, die aus zwei nebeneinanderliegenden
und ineinander übergehenden Ringkanälen gebildet ist. Innerhalb dieser beiden Kanäle
befinden
sich zwei Läufer b und b1, die sich in gegenläufigem Sinne drehen können. Sie sitzen
auf parallel zueinander liegenden Wellen c und cl, welche mittig zu den Ringkanälen
angeordnet sind.
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Die Läufer b und bi sind mit Flügeln d
versehen, welche
sich bis an die Innenwandungen des Gehäuses erstrecken. Neben diesen Flügeln weisen
die Läufer Aussparungen e auf, in welche die Flügel bei der Drehung eingreifen.
Auf den Wellen c und cl sitzen Zahnräder f, deren Zähne gleichmäßige Ausbildung
haben, so daß sich die Läufer mit gleicher Geschwindigkeit drehen.
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Zum Antrieb der Läufer dient ein Motor, eine elektrische oder Verbrennungskraftmaschine,
die mit der Antriebsscheibe g gekuppelt ist, welche auf einer der Wellen c, cl sitzt.
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In den Stirnwandungen des Gehäuses sind im Bereich der Aussparungen
e die Ein- und Auslaßschlitze t und u angeordnet, so daß sie im Betriebe von diesen
Aussparungen gesteuert werden können. Die Einlaßschlitze t stehen durch die Leitungen
v mit der Zuleitung iv in Verbindung, während die Auslaßschlitze u durch die Leitungen
y mit der Ableitung x
verbunden sind.
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Die Pumpe arbeitet in folgender Weise: Die Drehkörper b und b1 drehen
sich in der durch die Pfeile in Fig. i angegebenen Richtung. In dem Maß, wie sie
sich von der gezeichneten Stellung, die den Beginn des Saughubes bezeichnet, entfernen,
wird das Volumen, das durch die Flügel auf der Eintrittsseite eingeschlossen ist,
vergrößert, und das Fördermittel, Luft, Gas o. dgl., wird durch die -Schlitze l
angesaugt. Gleichzeitig wird das zwischen den anderen Seiten der Flügelkolben -eingeschlossene
Volumen verringert, so daß die im vorhergehenden Arbeitshub angesaugte Ladung zusammengedrückt
wird.
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Erreicht bei weiterer Drehung die linke Kante der Aussparung e des
linken Drehkörpers den Auslaßschlitz tt, dann wird die zusammengepreßte Ladung in
die Ableitung gefördert. Nachdem der Flügelkolben d die Auslaßschlitze u abgedeckt
hat, ist der Verdichtungshub beendet. Die Stellung der Flügelkolben entspricht dann
der Stellung der Fig. i, nur daß jetzt die Kolben nach unten gerichtet sind.
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Wenn die Drehkörper sich dann weiterdrehen, werden die Flügel aufwärts
bewegt, und ein Teil: der Restladung im Raumes (Fig. i) tritt schließlich in den
Ringkanal a über, in welchem der Druck dadurch ein wenig über den atmosphärischen
Druck erhöht wird, so daß die Kammer gewissermaßen etwas überladen wird. Die für
das Zusammendrücken der Restladung aufgewandte Leistung geht also nicht verloren.
Wenn die -Drehkörper dann wieder die Stellung gemäß Fig. i erreichen, dann befindet
sich die überladene Füllung auf der Verdichtungsseite der Läufer. Nur der Teil der
Ladung, welcher in dem Raum s nach Abschließung der Druckseite des Ringkanals a
verbleibt, muß normalen Druck haben, bevor die neue Ladung angesaugt werden kann.
Da dieser Teil nur einen geringen Prozentgehalt des Gesanltvolumens darstellt, so
kann seine Einwirkung auf die Leistung vernachlässigt werden. Die überladungswirkung
steigt natürlich mit höherem Arbeitsdruck der Pumpe.
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Die Pumpe kann, insbesondere wenn es sich um Anwendungsgebiete handelt,
wo der Luftverbrauch wechselt, z. B. beim Straßenbau, dadurch in bekannter Weise
geregelt werden, daß die Luft mittels einer Nebenleitung von der Druckseite nach
der Ansaugseite geleitet wird.