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Drehkolbenpumpe Es sind Pumpen bekannt, die stabförmige Förderkolben
und einen Steuerkolben haben, dessen Drehpunkt innerhalb :der Förderkolbenbahn liegt.
Man hat auch den Steuerkolben so ausgebildet, daß sein Antrieb unmittelbar durch
die Förderkolben erfolgen kann, indem .diese in die Aussparungen des Steuerkolbens
eingreifen.. Die Form der Aussparungen trägt dann im wesentlichen die Merkmale der
bekannten Innenverzahnung von normalen Zahnrädern, wie sie zur Übertragung von Drehbewegungen
usw. gebraucht werden. Sowohl die Flanken der Förderkolben als auch die der Steuerkolbenausschnitte
sind so ausgebildet, daß eine zwangsläufige gegenseitige Führung gewährleistet ist.
Damit werden aber abgeschlossene Hohlräume, deren. Größe sich zudem mit dem Fortschreiten
-des Eingriffs ändert, unvermeidlich. Bei Flüssigkeitspumpen entstehen dann Pressungen
der eingeschlossenen Flüssigkeit, die wegen der hohen Leistungsverluste die Verwendung
solcher Pumpen in den meisten Fällen unmöglich macht: Es, sind andererseits auch
Pumpen mit stab.förmigen Förderkolben und einem Steuerkolben bekannt, dessen Antrieb
von der Jörderkolbenachse über besondere Zahnräder erfolgt. Bei diesen Pumpen können
die Steuerkolbenausschnitte so groß gemacht werden, daß. keine Flüssigkeitspressungen
entstehen. Der Steuerkolbendrehpunkt liegt dann außerhalb der Förderkolbenbahn.
Für die Zahnräder ist genügend Raum vorhanden, um sie betriebssicher auszuführen.
Es. wird aber damit auch die Pumpe groß, schwer und teuer. Außerdem hat auch der
mit seinem Drehpunkt außerhalb der Förderkolbenbahn liegende Steuerkolben aus strömungstechnischen
Gründen Nachteile. Es treten die Förderkolben mit ihrer vollen Umlaufgeschwindigkeit
etwa rechtwinklig
zur'Umlaüfbewegung,der Steuerkolbenausschnitte
in diese ein. Da ein Förderkolben hierbei auch die seinem Volumen entsprechende
Flüssigkeitsmenge aus dem Steuerkolbenaus,schnitt herausdrängen muß?, entstehen:
große Beschleunigungskräfte. Sobald der Förderkölbeni auf der Saugseite d& Pumpe
wieder-austritt, muß die gleiche Flüssigkeitsmenge beschleunigt werden; um in den
Ausschnitt wieder einzudringen. Da für diesen Vorgang entsprechend dem kleinen Überschneidungswinkel
der Kolbenbahnen nur ein kleiner Bruchteil einer AchsenumdTehung, also nur wenig
Zeit zur Verfügung steht, können die Beschleunigungskräfte sehr groß werden und
eine bedeutende Verlustquelle darstellen. Besonders störend ist der Umstand, daßt
die Beschleunigungskräfte für den Flüssigkeitseintritt auf der S augseite höher
werden können als der atmosphärische Luftdruck. Es, entstehen dann Störungen wie
Vakuumbildung, ungleichmäßige Förderung und. Stoßen sowie Geräusche, die zu starkem
Verschleiß und zu Beschädigungen führen können. Die Pumpe mu;ß, also mit einer kleineren
Drehzahl betrieben werden, welche ihrer sonstigen Leistungsfähigkeit gar nicht entspricht.
Im Interesse einer besseren Ausnutzung des technischen Aufwandes für eine solche
Pumpe ist es aber erwünscht, diese mit einer möglichs@t hohen Drehzahl zu betreiben,
um einemöglichst hohe Leistung zu erhalten. Es ist, also erforderlich, die Ein-
und Austrittszeiten der Förderkolben in die Steuerkolbenausschnitte bezogen auf
eine Umdrehung zu -verlängern.
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Ordnet man. zu diesem Zweck den Steuerkolben drehpunkt innerhalb der
Förderkolbenbahn an, so wird die Umfangsgeschwindigkeit von Förderkolben und Steuerkolben
nicht nur annähernd gleich große, sondern auch gleich gerichtet. Die Eintrittsgeschwindigkeit
ist hauptsächlich durch die Exzentrizität beider Achsen bedingt. Der Überschneidungswinkel
der K Kolbenbahnen ist erheblich größer und für den-Flüssigkeitsaustausch steht
daher auch viel mehr Zeit zur Verfügung. Diese kann z. B. die lqälfte der Steuerkolbenuinlaufzeit
betragen. Dementsprechend kann nun auch die Drehzahl der Pumpe und :damit ihre Leistung
erhöht werden, ohne daß durch Vakuumbildung und andere Gründe eine Beeinträchtigung
- erfolgt. Die Ausnutzung der Pumpe ist also besser. Jetzt macht aber die Unterbringung
der Zahnräder für den! Antrieb des Steuerkolbens im, richtigen Übersetzungsverhältnis
Schwierigkeiten. Sie werden zu klein und damit zu schwäch, da die Achsen zu dicht
beieinander liegen. Oder es müssen umständliche Behelfslösungen gewählt werden.
Immer aber ist mit teuren Herstellungsverfahren und; Störungen; im Betrieb zu rechnen.
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Erfindurngsgemä0 wird: nun; ein. . unmittelbarer Antrieb des Steuerkolbens
durch die Förderkolben dadurch erreicht, däß jederfFörderkolben den Steuerkolben
nur mit einer Flanke führt. Die Steuerkolbenausschnitte sind so groß, daß keine
abgeschlossenen Hohlräume entstehen und die Flüssigkeit seitlich gut ausweichen
kann. Die Ausbildung der eingreifenden (Flanken: erfolgt trotzdem so, daß' zwischen
der einen (oder anderen) Flanke von Förder und Steuerkolben nach den Gesetzen der
Kinematik ein: normaler Eingriff für eine gleichförmige Bewegung der Teile gewährleistet
ist, aber der Steuerkolben kann, wenn, das die auf ihn wirkenden Flüssigkeitskräfte
veranlassen; auch gelegentlich kleine Ausweichbewegungen machen,. Das: Spiel darf
nicht so groß werden, da3,die Förderkolben auf dem Umfang des Steuerkolbens. aufsetzen
können. Wesentlich ist, da& die Förderkolben: während ihrer Eingriffszeit im
'Steuerkolben niemals eine abdichtende Funktion ausüben.
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Um die Sicherheit des Eingriffs zu erhöhen, besonders dann; wenn man
besonders große Steuerkolbenaus,schnitte für eine bessere Flüssigkeitsbewegung anwenden
will, werden einer weiteren Ausbildung der Erfindung entsprechend immer mindestens
zwei Förderkolben. zum Eingriff gebracht, und zwar .derart, daßi in, bezug auf die
Bewegungsrichtung von einem Kolben die vordere und vom anderen, Kolben die hintere
Flanke eingreift.
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Erfindungsgemäß wechseln die eingreifenden Flanken auf der Symmetrieachse.
Wenn also beispielsweise ein Förderkolben auf der Druckseite mit seiner hinteren
Flanke eingriff, dann ist es auf der Saugseite die vordere. Beim: Umwechseln sind
zweckmäßig beide Flanken; des. Förderkolbens. kurzzeitig außer Eingriff. Aber auch
dann, wenn. hier für kurze Zeit beide Flanken gleichzeitig im Eingriff wären; ist
mit Flüssigkeitspressungen nicht zu rechnen, da die Relativbewegung zwischen Förder-und
Steuerkolben hier praktisch gleich Null ist. Dieser :Erfindungsgedanke ist für die
Fabrikation der Pumpe sehr wertvoll, .da kleine Ungenauigkeiten keine Rolle spielen
und die Pumpe einfacher und damit billiger herzustellen ist. Die Führung des Steuerkolbens
wind währenddessen zweclcmäß,ig von den Förderkolben, übernommen, die dem gerade
auf der Symmetrieachse befindlichen Förderkolben benachbart sind. An Hand der Abb.
i bis 3 wird -der Aufbau und die Wirkungsweise der Pumpe beschrieben. Abb. i zeigt
einen Querschnitt und Abb.2 einen Längsschnitt durch die Pumpe; in Abb. 3 ist der
Weg gezeigt, den eiiv !Förderkolben bei seinem: Durchgang durch einen Steuerkolbenausschnitt
nimmt.
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Das Hauptgehäuse r ist durch den Boden 2 abgeschlossen. Dieser trägt
die sichelförmige Wand 2Q und die Steuerkolbenachse 2b. Der Steuerkolben 3 dichtet
auf der einen Seite gegen die sichelförmige Wand 211 und auf der anderen Seite bei
8 gegen das Hauptgehäuse z ab. Der Förderraum wird durch die Sichel 2a und durch
die gegenüberliegende Wand des Hauptgehäuses z gebildet. In diesen ragen die Förderkolben
q. hinein, die an :dem Flansch 5 befestigt sind. Dieser Flansch bildet den dichtenden
Abschluß, des Pumpenraumes. Förderkolben und Flansch werden durch die Achse 6 gedrehtL
Diese ist in dem Deckel 7 gelagert, der die Pumpe abschließt.
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Der Fördervorgang wickelt sich so ab; daß die zwischen den Förderkolben;
befindliche Flüssigkeit durch .den Förderraum in die Druckseite gedrückt wird. Aber
auch die dem Volumen der Förderkolben entsprechende:Flüssigkeitsmenge-wirdgefördert;
indem
die Förderkolben diese bei ihrem Eintritt in eine Steuerkolbenaus-sparung
im drucklosen Zustand herausdrängen und dafür auf der Saugseite bei ihrem Austritt
die entsprechende neue Flüssigkeitsmenge hineinlassen. Das gesamte Fördervolumen
je Umdrehung ist also Förderraumquerschnitt mal mittlerem Umfang. Die Förderung
und. die Drehbewegung aller Teile erfolgt völlig stoßfrei und absolut stetig ohne
irgendwelche Ungleichförmigkeiten. Die Pumpe zeigt also einen sehr einfachen Aufbau,
sie ist billig in der Herstellung und infolge ihres, einfachen Fördervorganges sehr
betriebssicher.
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Das Hauptgehäuse i hat bei 8, wo der Steuerkolben abdichtet, eine
Krümmung, die dem Außen durchmesser des Steuerkolbens entspricht. Die Förderkolben
dagegen gehen hier frei, sie berühren das Hauptgehäuse überhaupt nicht. Die Abdichtung
zwischen Druck- und Saugseite erfolgt also ausschließlich durch den Steuerkolben,
und zwar stets nur am äußeren Umfang desselben. Auch an der sichelförmigem Wand
2a dichtet der Steuerkolben nur an seinem äußeren Umfange ab. Daraus, folgt übrigens,
daß der Steuerkolben am eigentlichen Fördervorgang nicht beteiligt ist, da an ihm
das rechts- und linksdrehende Moment stets gleich groß 'ist und infolgedessen eine
Leistung, abgesehen von der unvermeidlichen Reibung, nicht entstehen. kann. Das
ist ein wesentlicher Unterschied und eine Verbesserung gegenüber den an sich bekannten
Zahnradpumpen. Da solche ihre Abdichtungsstellen einerseits an den eingreifenden
Zahnflanken und andererseits am äußeren Umfange am Gehäuse haben, sind dementsprechend
die rechts- und linksdrehenden Momente an einem Zahnrad verschieden groß. Solche
Zahnräder sind unter Aufnahme der entsprechenden Leistung an dem Fördervorgang beteiligt.
Da aber nur ein Zahnrad eine nach außen geführte Achse hat., die die Leistung überträgt,
muß das zweite Rad seine Leistung über die Zahnflanken von dem angetriebenen Rad
erhalten. Außerdem wandern diese Abdichtungsstellen auf den Flanken im Verlauf .des
Eingriffsspiels dauernd hin und her und geben so Anlaß zu einer ständigen Leistungspendelung
zwischen den Zahnräderni. Diese Leistungsübertragung und -pendelung und der damit
verbundene Verschleiß und Leistungsverlust. ist bei der Pumpe nach der Erfindung
vermieden. Der Steuerkolben hat keine Pumpleistung zu vermitteln. Er ist nur ein
Steuerorgan. Diese neue Pumpe vereinigt also die Vorteile verschiedener Pumpensysteme
in sich, ohne deren Nachteile zu besitzen.
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Der Verschleiß, wird auch :deshalb noch besonders klein, weil zwischen
Förderkolben und Steuerkolben keine hin und her gehende Bewegung wie bei Zahnrädern
stattfindet. Diese Bewegung erfolgte hier nur in einer Richtung. In Abb. 3 ist .der
Weg eines Förderkolbens durch eine Steuerkolbenaussparung dargestellt. Er kommt
auf der linken Seite hinein, wechselt auf der Symmetrieachse zur rechten Seite über
und verläßt, an der rechten Flanke entlanggleitend, den Ausschnitt wieder. Der glatte
ungehin derte Flüssigkeitsaustausch ist hieran auch besonders gut zu erkennen. Es
treten keine Pressungen und auch keine Wirbel auf. Die Flüssigkeit1wirdglatt heraus:geschaufelt,
sie macht eine fast kreisförmige Bewegung. Es isst möglich, für die eingreifenden
Flanken sowohl der Förderkolben als auch des Steuerkolbens kreisbogenförmige Begrenzungslinien
zu wählen bei trotzdem gleichförmiger Bewegungsübertragung zwischen den Kolbens.
Das bedeutet eine weitere Verbilligung der Herstellung der neuen Pumpe. Da die Flüssigkeit
beim Austausch in den Steuerkolbenaussparungen nur in einer Richtung beschleunigt
wird, lassen sich Fälle finden, wo der hierbei entstehende dynamische Flüssigkeitsdruck
bzw. -sog gerade ausreicht, um den Steuerkolben anzutreiben oder wo er doch entsprechend
unterstützend wirkt. Das heißt dann:, daß: die Flanken sich überhaupt nicht oder
-doch nur mit sehr geringem Druck berühren. Also ein weiterer Vorteil zur Verminderung
des Verschleißes.
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Das gezeigte Verhältnis von acht Förderkolben und sieben Steuerkolbenaussparun:gen
ist nur als Beispiel gewählt. Es können auch andere eZahlen sein.
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Die Pumpe kann selbstverständlich auch als, hydraulischer Motor verwendet
werden. Sie ist hierbei sogar besonders wirkungsvoll, da die an den Förderkolben
nur tangential angreifenden Kräfte auch nur in ihrer wahren Größe als Drehmoment
an der Achse zur Geltung kommen und keine Kräfteübersetzungen und -überhöhungen,
.durch Komponentenbildung an Exzentern, Kurbeln, Taumelscheiben usw. auftreten.
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Die Länge derFörderkolben und; damit der Fördermenge der Pumpe kann
in bekannter Weise nach den Patenten 643 785 und 665 963 verändert werden. Die Pumpe
ist auch für Gase geeignet.