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Drehkolbenmaschine mit drehbaren Verdrängerschaufeln Bei Drehkolberipumpen.
wurde schon vielfach versucht, mit drehbaren Schaufeln zu arbeiten, wobei die Drehung
der Schaufeln durch Maschinenelemente erfolgte. Diese bekannten Einrichtungen konnten
aber nicht befriedigen, da diese entweder zu schwerfällig waren oder sich nicht
genügend den Strömungsverhältnissen anpassen konnten.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Antrieb der drehbaren
Schaufeln, die darin besteht, daß die in einem Kreis angeordneten Schaufein um den
Mittelpunkt dieses Kreises umlaufen und dabei von einem Planetenradgetriebe, dessen
feste Sonnenachse in diesem Mittelpunkt liegt, zwangsläufig um ihre eigene Mittelachse
gedreht werden. Da sich bei der Drehung der Schaufeln, entsprechend ihrer unterschiedlichen
Winkelstellung zur Umfangsrichtung, der Kanalquerschnitt ändern muß, verlaufen die
Kanalwände auf abgestimmten Kurven.
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Einzelheiten der Erfindung sind an Hand. der Zeichnungen erläutert.
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Fig. i ist ein schematischer Querschnitt durch die Pumpe nach der
Erfindung; Fig.2 zeigt schematisch die Anordnung des Planetenradgetriebes für vier
und Fig. 3 für acht Schaufeln; Fig. q. und 5 sind Längsschnitte durch die Getriebeteile.
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Aus Fig. i ist ersichtlich, wie eine bikonvexsymmetrische Schaufel
s auf ihrem Umlauf durch den Kanal i9 verschiedene Stellungen einnimmt, während
in Fig. 2 und 3 die Getriebeeinrichtung mit den hierdurch veranlaßten Wirikelste.llun:gen
der Schaufeln veranschaulicht ist. Gemäß Fig. 2 liegt
die Schaufellängsachse
der obersten. Schaufel 5 (im Kanal iga) horizontal, während die weiteren Schaufeln
fortlaufend um jeweils 45° mehr gedreht sind. Die Längsachsen der Schaufeln zeigen
so immer auf den Schnittpunkt der Senkrechten I-I mit der Kreisbahn -7 im engsten
Kanalquerschnitt.
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In einem Pumpengehäuse i bilden die Wände 2, 3 den Arbeitskanal ig,
i911 veränderlichen Querschnittes, in. dem die Schaufeln 5 umlaufen. Die Schaufeln
5 bewegen sich mit ihrem Mittelpunkt, der Drehachse 6, auf einer Kreisbahn 7 um
die Achse 8, die zu der in der Nabe 16 gelagerten Welle 9 gehört. Mit den Schaufeln
5 fest verbunden sind die Zahnräder io (Fig. 2). Zwischen dem Einlaß 21 und dem
Auslaß 22 liegt eine verengte Kanalführung 13 für die flachliegenden Schaufeln 5a,-5b;
die diesen Kanal abschließen. Auf dem mit dem Gehäuse i fest verbundenen Zapfen
17 sitzt das feststehende Rad i i, die Sonne des Planetenra.d-.getriebes (Fig.2
und 4), um das die Planetenräder 12 umlaufen, die ihrerseits in. die Zahnräder io
der Schaufeln 5 eingreifen, so daß diese während eines Umlaufes auf der Kreisbahn
7 sich um i8o° drehen. In Fig. 2 sind vier und in Fig. 3 acht Zahnräder io vorgesehen.
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In den Fig. 4 und 5 ist an Schnitten gezeigt, wie das Planetenriadgetriebe
mit den Schaufeln in der Pumpe angeordnet ist. Fig.4 ist dabei ein Schnitt durch
die gesamte Pumpeinrichtung, während in Fig. 5 nur das Getriebe dargestellt ist.
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Je nach der Drehrichtung kann die Drehkolbenmaschine als Flüssigkeitspumpe
oder Kompressor, als Teil eines hydraulischen Getriebes oder auch als Schiffsantrieb
verwendet werden, im besonderen aber als Pumpe für Flüssigkeiten und Gase.
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Im Pumpengehäuse i ist die Welle g zentral gelagert, welche mit der
Trommel 23 fest verbunden ist. Die Trommel 23 wird von einem Deckel 14 verschlossen,
welcher in eine im Gehäuse i gelagerte Nabe 15 ausläuft. Durch diese führt -der
mit Gehäuse i fest verbundene Zapfen 17 in die Trommel 23 hinein und trägt auf seinem
freien Ende das feststehende Sonnenrad i i. Um die Sonnenradachse 8 bewegen sich
vier Planetenräder i2, welche mit ihren Drehachsen 4 in der Trommel 113 und im Deckel
14 gelagert sind. Mit je einem der Planetenräder 12 stehen in; Zahnverbindung je
ein. oder zwei Zahnräder io, insgesamt also vier oder acht, welche mit ihren Drehachsen
6 ebenfalls. in der Trommel 23 und im Deckel 14 gelagert sind und auf der Kreisbahn
7 umlaufen. Die Drehachsen 6 führen über ein tellerförmiges Zwischenstück 18 zu
den bikonvexsymmetrischen Schaufeln 5 (Fig. 5). Der Druckkanal ig trat einen rechteckigen,,
veränderlichen Querschnitt und wird durch die zylindrischen Wände 2 und 3, die entsprechend
der Schaufelform und der Schaufelbewegung bei wandschlüssigem Anliegen exzentrisch
zueinander liegen, und die Stirnwand i3 des Gehäuses i gebildet. Die vierte Wand
des. Druckkanals. wird durch die Trommel 23 gebildet. Eimaß 2i und Auslaß 22 führen
zum und vom Druckkanal ig und sind durch dessen engsten Querschnitt 1911 voneinander
getrennt. Die Länge dieses Teils 1g11 des Druckkanals ig muß dabei zwei Schaufellängen
betragen, damit in keinem Augenblick des Umlaufes eine freie Verbindung zwischen
dem Auslaß 22 und dem Einlaß 21 entstehen kann; so daß der Kanal 1911 stets durch
mindestens, eine, im Grenzfall durch zwei Schaufeln .5 verschlossen ist. Die Anzahl
der Schaufeln 5 ist am besten geradzahlig zu wählen, bleibt aber dem Belieben des
Konstrukteurs überlassen.
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Die Kraftübertragung erfolgt von der Antriebsmaschine über .den Flansch
16 der Welle 9, die Trommel 23 mit dem Deckel 14 und die Rollenlager der Drehachsen.
6 auf die Schaufeln 5. Die Schaufeln 5 gleiten dabei wandschlüssig auf den Wänden
2, 3 und 13 des Druckkanals ig und saugen so das zu fördernde Arbeitsmittel durch
den Einlaß 21 an und drücken es, zum Auslaß 22 wieder hinaus. Ein geringer, stets
gleichbleibender Teil des Arbeitsmittels tritt _ durch die engste Stelle des Druckkanals
1g11 zwischen den hier nahezu tangential stehenden Schaufeln 511 und 5b wieder zum
Einlaß 21 über. Da dieser Anteil der Ansaugmenge wieder hinzugefügt wird, tritt
ein nennenswerter Verlust kaum ein-.
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Der Druckkanal i9 ist günstig gestaltet. Durch die. Vielzahl der von
den Schaufeln -5 begrenzten. Förderzellen tritt nur ein. geringer, stufenweiser
Druckanstieg längs der Kreisbahn ;7 im Bereich des breiten Teils des Druckkanals
ig zwischen Einlaß 21 und Auslaß 22 auf. Der Lastangriffspunkt der einzelnen, Schaufeln
5 liegt im Mittel auf der Kreisbahn 7. Die Kräfte auf die einzelnen Schaufeln sind
daher ausgeglichen. Durch das Planetenradgetriebe brauchen somit nur geringe Kräfte
für die Drehung der Schaufeln 5 übertragen zu werden. Schließlich befinden sich
sämtliche umlaufenden Teile in einer stets gleichförmigen Drehbewegung um die verschiedenen
Drehachsen, so daß keine Massen bes.chleunigungskräfte oder -momente auftreten.
Dies erlaubt wahrscheinlich sehr hohe Drehzahlen, deren Grenze freilich erst durch
die Praxis zu bestimmen sein wird.
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Die .geschilderte Drehkolbenpumpe ist sowohl als Flüssigkeits- wie
auch als Gaspumpe zu verwenden.
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Bei einer Umkehrung des Systems tritt das Arbeitsmittel unter Druck
in den Einlaß 2i ein und nimmt die Schaufeln 5 auf dem Wege zum Auslaß. 22 mit.
Die Kraftübertragung erfolgt hier entgegengesetzt von den Schaufeln 5 zur Welle
g. Dies ist sowohl bei einem Flüssigkeits- als auch bei einem Gasstrom möglich.
Bei der Gegeneinanderschaltung von zwei der beschriebenen Drebkolbenmaschinen lassen
sich durch verschiedene Querschnitte der Kanäle ig sogar bestimmte Über- oder Untersetzungsverhältnisse.
erreichen.