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Regelbare Drehkolbenpumpe mit drei Rotoren Die Erfindung bezieht sich
auf eine regelbare Drehkolbenpumpe mit drei auf einer Welle befestigten, jeweils
mit radial beweglichen Arbeitsschiebern versehenen Rotoren, die bei exzentrischer
Lage zu den sie umgebenden Statorteilen Flüssigkeit fördem, wobei die Förderinenge
durch Exzentrizitätsveränderung zwischen Rotor und Stator regelbar ist und dabei
eine Stellung möglich ist, in welcher die Exzentrizität des mittleren Rotors zu
dem ihn umgebenden Statorteil den Exzentrizitäten der äußeren Rotoren zu ihren sie
umgebenden Statorteilen diametral entgegengesetzt gerichtet ist.
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Es wird also das bekannte Regelungsprinzip verwendet, bei welchem
ein Statorteil, der den eigentlichen Förderraum enthält, in Gleitführungen gegenüber
der Rotorachse verschoben werden kann, wodurch die Regelung der Fördermenge der
Pumpe möglich ist. Der verstellbare Statorteil kann bei solchen Pumpen beispielsweise
mittels einer Stellspindel verschoben werden. Dabei ist es möglich, die Exzentrizität
der Rotorachse in bezug auf den Statorteil von einem größten Pluswert über den Nullwert
bis zu einem größten Minuswert zu verstellen, so daß bei derartigen Pumpen eine
Umkehrung der Förderrichtung möglich ist.
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Es ist auch bekannt, daß mit regelbaren Pumpen dieser Art Mehrfachpumpen
gebildet werden können, bei denen zwei, drei oder vier und mehr Rotoren auf einer
Welle befestigt sind und jedem Rotor ein in Querrichtung zu ihm verstellbarer Statorteil
zugeordnet ist. Bei Verwendung von zwei Rotoren ist oft üblich, die verstellbaren
Statorteile in einander entgegengesetzter Richtung zu verstellen. Bei einer bekannten
Drehkolbenpumpe mit drei auf einer Welle befestigten Rotoren werden der Verstellstatorteil
des mittleren Rotors nach der einen Richtung, die Verstellstatorteile der äußeren
Rotoren nach der anderen, entgegengesetzten Richtung verstellt. Es ist also dabei
die Exzentrizität zwischen Rotor und verschiebbarem Statorteil in benachbarten Förderräumen
verschieden gerichtet. Hierdurch erreicht man, daß in jeweils benachbarten Förderräumen
die Druck- und Saugkammern der betreffenden Pumpen einander jeweils gegenüberliegen,
so daß in gewissem Maße ein Ausgleich der auf die Rotorwelle wirkenden Druckkräfte
möglich ist. Ein vollständiger Ausgleich dieser Druckkräfte wird bei der bekannten
Pumpe mit drei Rotoren dadurch erzielt, daß bei gleichen Durchmessern die axialen
Längen der seitlichen Rotoren jeweils die Hälfte der Länge des mittleren Rotors
betragen. Durch Verwendung von Schraubspindeln von entgegengesetzter Steigung, die
gleichzeitig und mit gleicher Drehzahl gedreht werden, ist es möglich, die beweglichen
Statorteile sämtlicher Förderräume so zu verstellen, daß die Förderleistung der
einzelnen Förderräume bzw. Teilpumpen jeweils im gleichen Grad geändert wird.
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Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung bzw. Vereinfachung derartiger
Drehkolbenpumpen mit drei Rotoren, bei welchen durch Verstellung der Exzentrizität
nur eines Förderraumes eine Verstellung der Pumpleistung zwischen einem Höchstwert
und dem Nullwert möglich ist.
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Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei
einer regelbaren Drehkolbenpumpe der eingangs erwähnten Art die die äußeren Rotoren
zur Bildung der äußeren Förderräume in radialer Richtung umgebenden Statorteile
in bezug auf das Pumpengehäuse feststehen, während der den mittleren Rotor zur Bildung
des mittleren Förderraumes umgebende Statorteil in an sich bekannter Weise in einer
Querrichtung zur Rotorachse nach beiden Seiten radial verschiebbar ist, so daß die
Exzentrizität des verschieblichen Statorteils zum mittleren Rotor von einem Pluswert
über die Nullstellung bis zu einem gleich großen Minuswert veränderlich ist, und
daß ferner die Druckräume der beiden parallel geschalteten äußeren Förderräume durch
an sich bekannte Radial-, Axial- und Ringkanäle
mit einer unmittelbar
mit dem mittleren Förderraum in Verbindung stehenden Druckauslaßöffnung verbunden
sind, so daß der Förderstrom aus dem mittleren Förderraum zu den Förderströmen aus
den äußeren Förderräumen addiert bzw. von diesen subtrahiert wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei gleichem
Durchmesser der zylindrischen Hohlräume sämtlicher Statorteile und bei gleichem
Durchmesser aller Rotoren die axiale Länge des mittleren Rotors gleich der Summe
der axialen Längen der äußeren Rotoren. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
ist der mittlere Förderraum über als Saug- bzw. Druckkammer dienende Kammein im
verstellbaren Statorteil mit zwei Seitenkammern neben dem verstellbaren Statorteil
verbunden, deren eine unmittelbar an die Druckauslaßöffnung der Pumpe angeschlossen
ist und somit auch mit den Druckkammem der äußeren Förderräume in Verbindung steht,
während die andere Seitenkammer über eine Gehäuseöffnung an die Saugseite der Pumpe
angeschlossen ist. Zwischen den äußeren Förderräumen und dem mittleren Förderraum
sind feststehende Trennwände angeordnet und in diesen Trennwänden angebrachte ringförmigeKanälebilden
jeweils die längsten Teilstücke der Verbindungskanäle der Druckräume der äußeren
Förderräume mit der Druckauslaßöffnung der Pumpe, wobei Axialkanäle als Endstücke
dieser Verbindungskanäle von den ringförmigen Kanälen in die Seitenkammer (des mittleren
Förderraumes) führen, welche in bezug auf die gemeinsame Pumpenwelle den Druckräumen
der äußeren Förderräume diametral gegenüberliegt und unmittelbar mit der Druckauslaßöffnung
in Verbindung steht.
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Bei dieser Ausführungsforrn der Erfindung arbeitet der mittlere Förderraum
parallel zu den äußeren Förderräumen, wenn die Exzentrizität des mittleren Förderraumes
der Exzentrizität der äußeren Förderräume entgegengerichtet ist. Die Pumpe erreicht
dann ihre größte Förderleistung. Man kann die Exzentrizit4t des mittleren Förderraumes
über den Nullwert bis zu einem gleich großen Minuswert verstellen. In der zuletzt
genannten Einstellung arbeitet der mittlere Förderraum den äußeren Förderräumen
entgegen, so daß sich als Gesamtförderung der Pumpe die Fördermenge0 ergibt. Die
Verstellung nur eines Statorteiles ermöglicht somit eine Regelung der Fördermenge
in einem großen Regelbereich. Andererseits ergibt sich nach der vorliegenden Erfindung
ein sehr einfacher Aufbau einer Drehkolbenpumpe mit drei Förderräumen.
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Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sollen an Hand einer Ausführungsform
im Zusammenhang mit der Zeichnung beispielsweise erläutert werden. Es stellen dar
F i g. 1 einen Querschnitt längs der Linie I-I in F i g. 2, Fig. 2
einen Mittellängsschnitt längs der Linie 11-11 in F i g. 1,
F i
g. 3 einen Längsschnitt längs der Linie III-III in Fig. 1, und Fig.
4 einen Querschnitt jeweils längs den Linien IV-IV der F i g. 2.
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Die Antriebswelle 1 ist durch Wälzlager IA in den Gehäuseendplatten
2 und 3 gelagert. Auf der Antriebswelle sind drei konzentrische Rotoren4,
5
und 6 von kreisförmigem Querschnitt befestigt. Die Rotoren 4 und
5 befinden sich jeweils zwischen den Endplatten 2 bzw. 3 und feststehenden
Zwischen-bzw. Trennwänden 7 bzw. 8, zwischen welch letzteren dann
der mittlere Rotor 6 angeordnet ist. Die Trennwände 7 und
8 weisen an ihrem Umfang ringförmige Kanäle 7A und 8A auf und
sind von Umfangsringen 7B und 8B von gleicher Dicke bzw. axialer Länge umgeben,
so daß die ringförmigen Kanäle7A und 8A radial nach außen abgeschlossen sind.
Die Rotoren 4 und 5 befinden sich in kreiszylindrischen Bohrungen von fest
angeordneten Statorteilen9 und 10, deren Bohrungen jeweils die gleiche Exzentrizität
zur Achse der Antriebswelle 1 haben. In den Statorteilen9 und 10 sind
Ringkanalabschnitte in Form von Bogenmiten 9 A und 10 A vorgesehen.
Die Statorteile 9, 10 sind von Gehäuseringen 9B und IOB gleicher Dicke bzw.
axialer Länge wie die Statorteile umgeben, so daß die Ringkanalabschnitte
9 A
und 10A radial nach außen abgeschlossen sind. Der mittlere Rotor5
befindet sich in der Bohrung bzw. dem zylindrischen Hohlraum eines Statorteils
11,
welcher in Gleitführungen12A eines umgebenden Gehäusemittelteiles 12 verschiebbar
ist. Der verstellbare Statorteil 11 kann in den Gleitführungen des Gehäusemittelteils
12, die er mit seinen Außenflächen 12A berührt, durch eine Verstellschraube
13 und eine Mutter14 verstellt werden. Infolge dieser Anordnung kann der
Statorteil 11, bezogen auf die Achse der Antriebswellel, so bewegt werden,
daß die Bohrung des Statorteils 11 in eine beliebige Stellung zwischen maximaler
Exzentrizität in der einen Richtung und maximaler Exzentrizität in der entgegengesetzten
Richtung gebracht wird.
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Alle feststehenden Teile2, 9, 9B, 7, 7B, 12,
8,
8 B, 10, 10 B und 3 sind mittels Durchgangssehrauben
23 starr miteinander verbunden.
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In jedem der Rotoren sind acht, in gleichem Ab-
stand voneinander
befindliche radiale Schlitze 15 zur Aufnahme von plattenförmigen Arbeitsschiebern
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vorgesehen, deren Außenkanten der Querschnittsform der Bohrung des jeweiligen
Statorteiles annähernd angepaßt sind. Wenn die Welle 1 in Drehung versetzt
wird, legen sich die radial beweglichen Arbeitsschieber der Rotoren 4,
5 und 6 unter der WirkÜng der Fliehkraft an die Bohrungswand der umgebenden
Statorteile 9, 10 und 11 an. Die Arbeitsschieber 16 der Rotoren
begrenzen also innerhalb der Bohrungen der entsprechenden Statorteile abgeschlossene
bogenförmige Yerdrängerzellen, deren Volumina sich bei der Drehung des Rotors erweitern
bzw. vermindern.
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Die feststehenden Statorteile 9 und 10 weisen im Querschnitt
bohnenförmige Saug- bzw. Druckräume 9 C, 9 D, 10 C und
10 D auf, welche sich jeweils diametral gegenüberliegen. Jeder der bohnenförmigen
Saugräume 9C und IOC ist jeweils mit einem Ende eines Ringkanalabschnitts
9A und 10A verbunden. Die anderen Enden der Ringkanalabschnitte
9 A und IOA münden über radiale Bohrungen 17 und 18 in einen
axialen Kanal 19, welcher sich durch die Umfangsringe 9B, 7B, Gehäuseringe
IOB, 8B und durch den Gehäusemittelteil 12 hindurch erstreckt. Eine mit einem
Schraubengewinde versehene, im Gehäuseteil 12 vorgesehene Anschlußöffnung 20 steht
mit dem axialen Kanal 19 in Verbindung. Wenn sich die Welle 1 dreht,
werden die Saugräume 9 C, 10 C der Rotoren 4 und 5 mit Förderflüssigkeit
gefüllt, die von der Anschlußöffnung 20 über die Ringkanalabschnitte
9A
und 10A zuströmt. Die Förderflüssigkeit wird dann in bekannter Weise durch
die sich verengenden Verdrängerzellen an den Rotoren 4 und 5
in die Druckräume
9D und 10D gefördert.
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Der verstellbare Statorteil 11 weist zwei Kammern
11A und 11B auf, welche mit zwei Seitenkammern 12 B und 12 C des Gehäusemittelteils
12 in Verbindung stehen. Die Querschnitte der Kammern 11A
und 11
B des mittleren Förderraumes, in zur Pumpendrehachse parallelen Ebenen gesehen,
und ferner die Seitenkammern 12B und 12C sind reichlich groß gewählt, aber
doch so bemessen, daß die Projektion des unter Förderdruck stehenden Wandbereiches
der den mittleren Förderraum bildenden Bohrung des verschiebbaren Statorteils
11 auf die druckseitige, nach F i g. 1 untere, Außenfläche 12
A des Statorteils 11 größer als der unter dem Einfluß des Förderdruckes
stehende Teil dieser Außenfläche 12A ist. Die vom Förderraum her in F i
g. 1 nach unten auf den Statorteil 11 ausgeübte Druckkraft überwiegt
also, so daß der verschiebbare Statorteil 11 unter der Wirkung des Förderdruckes
der Pumpe abdichtend auf die Gleitführung gedrückt wird, wobei zu beachten ist,
daß der nach F i g. 1 untere Teil des Förderraumes im Statorteil
11 immer mit der Druckauslaßöffnung 22 in Verbindung steht. Für die Breite
der erwähnten Projektionsfläche des unter Druck stehenden Wandbereiches des Förderraumes
ist praktisch der ganze Durchmesser des letzteren maßgebend.
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Im Gehäusemittelteil 12 vorgesehene radiale Gewindebohrungen 21 und
22 stehen mit den Seitenkammern 12B und 12C in Verbindung. Die Druckräume
9D und 10D sind über kurze Längskanäle 30
und 30 A sowie
über kurze Radialkanäle 31, 31 A in den Trennwänden 7 und
8 mit den in letzteren angeordneten Ringkanälen 7A und 8 A
verbunden, welche ihrerseits über weitere Axialkanäle 32, 32A an die Seitenkammer
12C angeschlossen sind. Wenn sich die Welle dreht, gelangt die durch die
Verdrängerzellen der Rotoren 4 und 5 geförderte Flüssigkeit über die Druckkammern
9D und 10D und die Verbindungskanäle 30, 30 A, 31, 31
A, 7 A, 8 A, 32, 32A
in die Seitenkammer 12 C und tritt
von dieser durch die Druckauslaßöffnung 22 aus.
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Wenn die relative Exzentrizität des verstellbaren Statorteils
11 und des Rotors 6 der relativen Exzentrizität der Statorteile
9 und 10 und der Rotoren 4 und 5 entgegengesetzt ist, wird
noch durch die öffnung 21 Strömungsmittel angesaugt, so daß sich die Fördermenge
des mittleren Förderraumes zu den Fördermengen der äußeren Förderräume addiert und
die Gesamtströmung durch die Auslaßöffnung 22 austritt.
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Wenn keine relative Exzentrizität zwischen dem Statorteil
11 und dem Rotor 6 besteht, erfolgt keine Förderung in dem mittleren
Förderraum, so daß unter dieser Bedingung die Gesamtverdrängung der Pumpe der Verdrängung
der äußeren Förderräume gleich ist.
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Wenn die relative Exzentrizität des Statorteils 11
und des Rotors
die gleiche Richtung wie die relative Exzentrizität der Statorteile 9 und
10 und der Rotoren 4 und 5 hat, nehmen die Verdrängungskammein des
Rotors 6 entsprechend dem jeweiligen Grad der Exzentrizität nur einen Teil
oder die gesamte Förderung der Rotoren 4 und 5 auf, wobei das auf-genommene
Strömungsmittel durch die öffnung 21 zur Saugseite der Pumpe zurückkehrt. Im Extremfall
ist die Gesarntförderung der Pumpe also gleich Null.
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Die Räume 9 C und 9 D im Statorteil
9, die Räume 10C und 10D im Statorteil 10 und die Kammern
11A und 11B ün Statorteil 11 haben einen Winkelabstand voneinander,
welcher geringfügig größer ist als der Winkelabstand zwischen jeweils zwei benachbarten
Arbeitsschiebern 16 der Rotoren 4, 5 und 6.
Auf diese Weise
sind die sich erweiternden und sich verengenden Verdrängerzellen jedes Rotors stets
gegeneinander abgedichtet.