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Drehkolbenpumpe Die Erfindung betrifft eine mit Druckflüssigkeit arbeitende
Kraftübertragungsvorrichtung, die als Schaufelpumpe zur Flüssigkeitsförderung oder
als Motor verwendbar ist.
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An sich bekannt sind Schaufelpumpen mit einem Gehäuse, dessen innere
Seiten- und Umfangswände eine Kammer für einen Rotor bilden, wobei die Kammer in
der Umfangsrichtung auf Abstand angeordnete und diametral gegenüberliegende Ein-und
Auslaßöffnungen besitzt und der Rotor mit radial verschiebbaren Schaufeln versehen
ist, die mit den inneren Seiten- und Umfangswänden der Kammer ständig in Berührung
bleiben, um eine Reihe von einzelnen Förderzellen zu bilden. Es ist auch ein Drehschaufelgebläse
bekannt mit je zwei getrennten und zur Erzeugung von bestimmten Saug- und Druckhöhen
aufeinander abstimmbaren Fördermittelein- und -auslässen. Diese bekannte Gebläseanordnung
läßt sich aber zum Fördern von Flüssigkeiten nicht verwenden.
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Die Pumpe gemäß der Erfindung besitzt ebenfalls eine Kammer mit getrennten
Ein- und Auslässen, in welcher ein Rotor mit radial beweglichen Schaufeln angeordnet
ist. Das wesentliche Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß die innere Umfangswand
der Pumpenkammer im Bereich der aufeinanderfolgenden Auslaßöffnungen Rampen aufweist,
durch die die Rotorschaufeln so bewegt
werden, daß sie den Rauminhalt
der Flüssigkeitsförderzellen verkleinern, und wobei die Rampen so geformt sind,
daß sie das Ablassen der in den Einlaß eingesaugten Flüssigkeit aus den Auslässen
in einem vorbestimmten Mengenverhältnis bewirken. Die in einzelnen Pumpenabschnitten
vorgesehenen Auslässe sind voneinander unabhängig, so daß vorbestimmte Mengenanteile
des gesamten Flüssigkeitsinhaltes der Pumpe durch bestimmte Auslässe abgelassen
werden können.
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Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, daß beim Auftreten eines
vorbestimmten Widerstandes die Flüssigkeit aus bestimmten Auslaßöffnungen drucklos
abgelassen wird, während die aus den übrigen Auslaßöffnungen austretende Flüssigkeit
bei einem höheren Druck verwendet werden kann, um eine hydraulisch getriebene Vorrichtung
anzutreiben.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird die Leistung der Pumpe
auf diejenige einer Mehrzahl von Pumpen gesteigert, obwohl die Pumpe nur die Teile
einer Einzelpumpe, vor allem nur einen Schaufelsatz aufweist. Die Pumpe kann also
mit einem einzigen Schaufelsatz zwei oder mehr gesonderteFlüssigkeitsströme liefern,
die wiederum auch durch eine Ventilvorrichtung zu einem einzigen Flüssigkeitsstrom
zusammengefaßt werden können, um sie als hydraulisches Antriebsmittel zu verwenden.
Ebenso können gegebenenfalls Teilströme abgeschaltet werden, um dadurch an Antriebsenergie
zu sparen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und
den Zeichnungen, .in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt
sind.
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In den Zeichn@ingen ist Fig. i eine schematische Darstellung einer
hydraulischen Anlage mit einer erfindungsgemäßen ausgewuchteten Pumpe mit zwei Gruppen
von Auslaßöffnungen, Fig. :2 ein Längsschnitt durch die in Fig. i dargestellte Pumpe
nach Linie II-II der Fig. 3, Fig. 3 ein ähnlicher Längsschnitt nach Linie III-III
der Fig. 2, Fig. 4 ein Querschnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3 ; Fig. 5 und. 6 sind
Einzelschnitte durch eine Endkappe der Pumpe nach Linie V-V bzw. VI-VI der Fig.
4; Fig.7 ist eine schematische Darstellung der hydraulischen Anlage mit einer abgeänderten
ausgewuchteten Pumpe mit drei gesonderten Gruppen von Auslaßöffnungen, wobei die
hydraulische Anlage mehrere getrennt arbeitende hydraulische Vorrichtungen enthält,
und Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen unausgewuchteten
hydraulischen Pumpe.
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Die in den Fig. i bis 6 dargestellte erste Ausführung der Pumpe 20
ist in eine hydraulische Anlage2i eingebaut, aus deren Vorratsbehälter22 Flüssigkeit
in der Leitung 23 zu den gegenüberstehend angeordneten Einlaßöffnungen 24 der Pumpe
angesaugt wird. DiePumpe ->o (Fig.2und3) hat einen Gehäuseabschnitt 25, eine Endkappe
26 und einen Nockenringabschnitt 27, die zu einem Gehäuse zusammengebaut sind, das
die im Umriß kreisförmige Läuferkammer oder Rotorkammer 28 (Fig. i) enthält. Die
Gehäuseteile 25 und 26 haben parallele ebene Stirnwände 30 und 31. Der ringförmige
Nockenteil 27 bildet eine Umfangswand 32 für die Kammer. Diese Umfangswand wird
auch mit Nockenbahn bezeichnet.
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Der Gehäuseteil 25 enthält mehrere Lager 33 für eine drehbare Welle
34, deren eines Ende in die Kammer 28 vorsteht und Keilnuten 35 zur Aufnahme eines
runden Laufrades oder Rotors 36 hat. Der Rotor 36 hat mehrere auf denUmfang verteilte
radiale Schlitze 37 für die verschiebbaren Schaufeln 38. Bei der ersten Ausführung
sind diese Schaufeln verhältnismäßig dick und haben an ih- en Enden auf Abstand
stehende Dichtungskanten 40, die an der Umfangswand oder der Nockenbahn anliegen.
Die Seitenwände der Schaufeln 38 haben ebenfalls auf Abstand stehende Kanten, die
an den Stirnwänden 30 und 31 anliegen. Durch das Anliegen der Schaufeln an
den Wänden entstehen die zur Förderung der Flüssigkeit dienenden Zellen42. Jede
beliebige Vorrichtung kann zum Drehen der Welle 34, die den Rotor 36 in Umlauf setzt,
verwendet werden. Beim Umlauf des Rotors 36 gleiten die Schaufeln 38 an der Umfangsv`vand
entlang und werden nachgiebig federnd an diese Wand von den Schraubenfedern 43 gedrückt,
die in entsprechende Federaufnahmen der Schaufeln 38 und des Rotors 36 eingesetzt
sind.
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Die Umfangswand 32 (Fig. i) hat mehrere Gruppen von in einer Kreisbahn
verlaufenden Abschnitten 44, 45 und 46. Die Abschnitte 44 stehen in einem
größeren Abstand von der Mitte der Kammer als die anderen Abschnitte, während die
Abschnitte 45 einen Mittelabstand zwischen den Abschnitten 44 und 46 einnehmen.
Bei der in Fig. i dargestellten Pumpe wird die Leistung von zwei getrennten Pumpen
gewünscht. Diese Leistung wird dadurch erhalten, daß die Pumpe mit zwei Gruppen
von Auslaßöffnungen 47 und 48 ausgerüstet ist und die in einer :Kreisbahn verlaufenden
Abschnitte der Umfangswand durch Rampen 50, 51 und 52 miteinander verbunden sind.
Die Rampen 50 verbinden die Abschnitte 46 und 44, die Rampen 51 verbinden
die Abschnitte 44 und 45, und die Rampen 522 verbinden die Abschnitte 45
und 46. I:1 Höhe der Rampen 50 liegen die Einlaßöffnungen 24. Die Rampen liegen
schräg, so daß sich die Schaufeln während der Verschiebung von den Abschnitten 46
zu den Abschnitten 44 in den Schlitzen 37 nach außen bewegen. Bei dieser Betvegung
der Schaufeln und bei umlaufendem Rotor vergrößern sich die Zellen 42. Beim Auflaufen
auf die Rampen 51 werden die Schaufeln um eine bestimmte Strecke in die Schlitze
des Rotors hineingeschoben, so daß der Rauminhalt der Zellen um eine bestimmte Größe
verkleinert wird. Da die Zellen während dieser Verkleinerung mit der Auslaßöffnung
47 in Verbindung stehen, wird eine in
diesen Zellen enthaltene bestimmte
Flüssigkeitsmenge durch diese Auslaßöffnung 47 hindurch abgelassen. Beim Überqueren
der Rampen 52 erfolgt ein ähnlicher Vorgang, d. h. der Rauminhalt der Zellen wird
weiter verkleinert, wobei die Größe der Verkleinerung von dem Unterschied zwischen
dem Abstand. der Abschnitte 45 und 46 von dem Mittelpunkt der Rotorkammer abhängt.
Da die Zellen während dieser Verkleinerung mit der Auslaßöffnung 48 in Verbindung
stehen, wird eine zusätzliche Flüssigkeitsmenge durch diese Auslaßöffnung entleert.
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In der ausgewuchteten Pumpe sind die Ein- und Auslaßöffnungen in einander
gegenüberstehenden Gruppen angeordnet, die durch Kanäle 53 und 54 verbunden sind.
Fig.5 und 6 zeigen, daß die Kanäle 53 und 54 mit gesonderten Auslaßöffnungen 55
und 56 in Verbindung stehen. In der in Fig. z dargestellten Anlage sind die gesonderten
Auslässe mit den Leitungen 57 und 58 verbunden, wobei Kanal 53 mit den Auslaßöffnungen
47 und Kanal 54 mit den Auslaßöffnungen 48 verbunden ist. Die Leitung 57 enthält
ein Entlastungsventil oder Freigabeventil 6o beliebiger Bauart, während Leitung
58 ein. Überdruckventil 61 ebenfalls beliebiger Bauart enthält. Abströmleitungen
verlaufen von dem Entlastungsventil und dem Überdruckventil zu dem Vorratsbehälter
22. Leitung 58 ist jenseits derVentile mit Leitung 57 verbunden, so daß das von
der Pumpe geförderte gesamte Flüssigkeitsvolumen gewünschtenfalls verwendet werden
kann, um eine einzige Vorrichtung anzutreiben. Die dargestellte Anlage läßt sich
verwenden, wenn eine hydraulische Vorrichtung zuerst verhältnismäßig schnell bei
geringem Druck und dann langsamer bei einem höheren Druck angetrieben werden soll.
Beim Arbeitsbeginn der Vorrichtung wird die von der Pumpe geförderte gesamte Flüssigkeit
zum Antrieb der Vorrichtung verwendet. Trifft die Vorrichtung auf einen Widerstand
und erhöht sich der in der Zuführleitung 62 bestehende Druck, dann wird dieser Druck
auf den Regelabschnitt des Freigabeventils 6o übertragen, so daß dieses Ventil den
durch die Auslaßöffnungen 47 strömenden Mengenanteil der Pumpenförderung freigibt
und zum Behälter 22 zurückleitet. Bei der Freigabe dieses Mengenanteils der Pumpe
wird die zum Antrieb der Pumpe erforderliche Kraft anteilmäßig herabgesetzt.
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Wenn der erste Abschnitt der Pumpe freigegeben oder entlastet wird,
hat die in den Kanälen 53 und 57 befindliche Druckflüssigkeit einen Druck, der ungefähr
gleich dem Außenluftdruck ist. Dieser Druck ist auch in den Öffnungen 47 und infolgedessen
in den mit diesen Öffnungen in Verbindung stehenden Zellen 42 vorhanden. Der in
den Leitungen 62, 58 und im Kanal 54 sowie in den mit diesen Teilen in Verbindung
stehenden Öffnungen herrschende Druck wird durch die Einstellung des Überdruckventils
61 bestimmt. Wenn auch verschiedene Abschnitte der Pumpe mit untereinander abweichenden
Drücken arbeiten, wird wenig oder keine nachteilige Wirkung auf die Schaufeln der
Pumpe ausgeübt, da die Pumpe infolge der in Richtung des Durchmessers gegenüberliegenden
Aufstellung der Öffnungen gleichen Druckes ausgewuchtet ist.
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Es ist also. mit diesem Aufbau eine Flüssigkeitspumpe geschaffen,
die einen einzigen Pumpenschaufelsatz enthält, der mehrere unabhängige Flüssigkeitsströme
von gleichem Druck oder von verschiedenenDrücken liefert. DieseStröme können zusammengefaßt
werden, um eine einzige hydraulische Vorrichtung anzutreiben. Ein Strom oder mehrere
Ströme können freigegeben werden, um die Arbeitsgeschwindigkeit zu vermindern, wenn
der Druck der Arbeitsflüssigkeit zunimmt, wobei die Freigabe eines Abschnittes oder
mehrerer Abschnitte der Pumpe eine entsprechende Herabsetzung des Kraftbedarfs zur
Folge hat.
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Es können auch mehr als zwei unabhängige Flüssigkeitsströme erhalten
-,verden. Fig.7 zeigt beispielsweise eine Pumpe 63 mit drei Gruppen von Auslaßöffnungen
64, 65 und 66. Die Pumpe ist ebenfalls ausgewuchtet. Die zugehörenden Auslaßöffnungen
sind in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführung verbunden. Die Pumpe 63 hat
ferner einander gegenüberstehende Einlaßöffnungen 67. Die Schaufeln des Pumpenrotors
68 sind dünner als die Schaufeln der Ausführung nach Fig. r. Bei der Verwendung
dünner Schaufeln kann Flüssigkeitsdruck den Innenenden der Schaufeln zugeführt werden,
um die Schaufeln nach außen an die Umfangswand der Kammer anzudrücken. Bei der Pumpe
63 werden Rampen verwendet, um den Rauminhalt der Zellen zu ändern, die von den
Schaufeln und den von den Schaufeln berührten Wänden geformt werden. Die zwischen
den Rampen liegenden Abschnitte der Umfangswand verlaufen bei dieser Ausführungsform
ebenfalls in einer Kreisbahn, wobei die Rampen wie bei der ersten Ausführung in
Höhe der Öffnungen liegen. Die aus den zugehörenden Auslaßöffnungen abgelassene
Flüssigkeitsmenge wird von dem Abstandsunterschied bestimmt, der zwischen der Umfangswand
und dem Mittelpunkt der Rotorkammer vorhanden ist.
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Wie bereits erwähnt, sollen die in einer Kreisbahn verlaufenden Umfangswandabschnitte
so verteilt werden, daß vorbestimmte Mengenanteile der gesamten Flüssigkeitsmenge
aus ausgewählten Auslaßöffnungen abgelassen werden. Wie bei der ersten Ausführung
stehen zusammengehörende Öffnungen in Richtung des Durchmessers einander gegenüber,
so daß die Pumpe ausgewuchtet ist. Diese zusammengehörenden Öffnungen sind wie bei
dem ersten Beispiel durch Kanäle verbunden. Fig. 7 zeigt, daß die gesondert abgeleiteten
Flüssigkeitsmengen zum Antrieb selbständiger hydraulischer Vorrichtungen verwendet
werden. Die Auslaßöffnungen 64, 65 und 66 (Fig. 7) sind mit den Leitungen 70,
71 und 72 verbunden. Jede Leitung enthält ein Umsteuerventil 73 - als Vierwegeventil
dargestellt -, das den Flüssigkeitsstrom zu den und von den Antriebszylindern 74
regelt. Diese Antriebszylinder oder Arbeitszylinder stellen umkehrbare
Flüssigkeitsmotoren
dar, deren Arbeiten von den Ventilen 73 geregelt wird. Ablaßleitungen 75 führen
von den Ventilen zu dem Behälter 76. Eine Zuführleitung 77 führt auch von diesem
Behälter 76 zu den Einlaßöffnungen 67 der Pumpe 63. Druckflüssigkeit wird den Innenenden
der Schaufeln zugeführt, um die Schaufeln an die Umfangswand anzupressen. Die Zuführung
dieserDruckflüssigkeit erfolgt in einer Leitung 78, die mit jeder Auslaßleitung7o,
7 1 und -72 verbunden ist, wobei Rückschlagventile 8o zwischen der Leitung
78 und den Auslaßleitungen eingebaut sind, so daß der von der Pumpe erzeugte höchste
Druck über die Leitung 78 einer Ringnut 81 zugeführt wird, die mit dem Innenende
der Schaufelführungen in Verbindung steht. Den Schlitzen oder Führungen wird auf
diese Weise ständig Druck zugeführt, und zwar ohne Rücksicht auf die in Betrieb
befindliche Leitung. Die Rückschlagventile 8o verhüten, daß eine Leitung mit einem
Strömungsmittel höheren Druckes an die anderen Leitungen angeschlossen wird. Wie
in hydraulischen Anlagen üblich, sind die Druckleitungen 70, 71 und 72 mit Überdruckventilen
79 ausgerüstet, die den in den zugehörenden Pumpenabschnitten entwickelten Druck
begrenzen.
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Die Erfindung kann auch bei nicht ausgewuchteten Pumpen verwendet
werden. Die in Fig. 8 dargestellte Pumpe 82 dieser Art hat eine RotorkamMer in einem
Gehäuse, das eine Einlaßöffnung 83 und Auslaßöffnungen 84 bis 87 hat. Diese Öffnungen
sind auf dem Umfang des Rotors verteilt, wie bei den anderen Ausführungen beschrieben.
Jede Auslaßöffnung 84 bis 87 ist mit einer gesonderten Leitung 9o bis 93 verbunden,
um die Druckflüssigkeit den Verwendungsstellen zuzuführen. Die Umfangswand zwischen
den Öffnungen hat ebenfalls in einer Kreisbahn verlaufende Abschnitte, die durch
Rampen verbunden sind, so daß sich die Schaufeln stoßlos von einer Ebene zur anderen
Ebene bewegen. Die Rampen ändern den Rauminhalt der von den Schaufeln und den Wänden
gebildeten, zur Förderung der Flüssigkeit dienenden Zellen. Wie bei der Ausführung
nach Fig. 7 werden dünne Schaufeln verwendet. Eine Leitung 94 leitet Druckflüssigkeit
den Innenenden der Schaufeln zu, um die Schaufeln nach außen zu drücken. Rückschlagventile
95 verhindern, einen Rückfluß der Flüssigkeit aus der Leitung 94 zu einer der Leitungen
9o bis 93. Der Hauptunterschied zwischen den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Pumpen
besteht darin, daß die Ausführung nach Fig. 8 nicht ausgewuchtet ist und eine einzige
Einlaßöffnung und mehrere voneinander unabhängige Auslaßöffnungen hat. Auch hier
bestimmt der Abstand der in einer Kreisbahn verlaufenden Abschnitte der Umfangswand
von der Mitte der Rotorkammer den Mengenanteil der Flüssigkeit, der durch die zugehörenden
Auslaßöffnungen abgelassen wird. Bei allen Ausführungen ist der in Umfangsrichtung
gemessene Abstand benachbarter Öffnungen mindestens so groß wie der Abstand zwischen
benachbarten Schaufeln. Hierdurch entsteht eine Abdichtung zwischen benachbarten
Zellen, und es wird ein Druckverlust verhütet. Auch bei der Ausführung nach Fig.
8 kann die von den einzelnen Auslässen abströmende Flüssigkeit zu einem einzigen
Strom vereinigt werden.