DE1236941B

DE1236941B - Drehkolbenpumpe oder -motor

Info

Publication number: DE1236941B
Application number: DE1958F0026049
Authority: DE
Inventors: Andrew Fraser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-06-28
Filing date: 1958-06-27
Publication date: 1967-03-16
Also published as: GB848761A; CH369972A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4ftN& PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Deutsche KL:

Nummer: 1236 941

Aktenzeichen: F 260491 c/59 e

Anmeldetag: 27. Juni 1958

Auslegetag: 16. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenpumpe oder einen Drehkolbenmotor mit in einem Statorhohlraum gleichbleibenden Querschnitts umlaufendem zylindrischem Rotor und mit mehreren in im wesentlichen redialen Schlitzen des Rotors gleitenden Arbeitsschiebern, wobei durch entsprechend wellige Gestaltung der Querschnittskontur des Statorhohlraums zwischen dem Stator und dem Rotor mehrere Arbeitskammern gebildet sind, die von den Arbeitsschiebern fortlaufend in sich verengende und erweiternde Verdrängerzellen unterteilt werden, denen das Förder- bzw. Arbeitsmedium über, in Umfangsrichtung gesehen, beiderseits unmittelbar neben den Arbeitsschiebern zum Rotorumfang ausmündende Kanäle im Rotor zu- und abgeleitet wird, von denen die saug- bzw. niederdruckseitigen, jeweils auf der einen Seite jedes Arbeitsschiebers befindliche, zu einem zentrischen Rotorhohlraum führende Bohrungen sind, während die hochdruckseitigen, jeweils auf der anderen Seite jedes Arbeitsschiebers befindlichen Kanäle jeweils mit einem jedem Arbeitsschieber zugeordneten durchgehenden Längskanal des Rotors verbunden sind, welche Längskanäle wiederum mit einer in einer Statorseitenwand eingelassenen Ringnut in Verbindung stehen, welche an die hochdruckseitige Anschlußöffnung der Pumpe oder des Motors angeschlossen ist.

Neben der ortsfesten Anordnung von Ein- und Auslaßkanälen für das Förder- bzw. Arbeitsmedium zu den Arbeitskammern im Stator ist bei Drehkolbenmaschinen, bei welchen mittels radial beweglicher, an einem in einem Statorhohlraum rotierenden Rotor angeordneter Verdrängerorgane, wie Arbeitsschieber usw., die Verdrängerwirkung erreicht wird, auch die Möglichkeit bekannt, für die unmittelbare Zu- und Ableitung des Fördermediums bzw. der Förder- oder Arbeitsflüssigkeit in die bzw. aus den Arbeitskammern Kanäle im Rotor vorzusehen, die dann wieder mit Kanälen in einem feststehenden Gehäuseteil in Verbindung kommen müssen. Die Anwendung solcher Rotorkanäle ist besonders vorteilhaft, wenn z. B. vier und mehr Arbeitsräume zwischen der Rotorumfangsfläche und der Umfangswand des Statorhohlraums vorhanden sind, denn bei der Anordnung von entsprechend vielen Ein- und Auslaßöffnungen in den Statorwänden könnten große Teile der Arbeitsräume nicht als Bereiche, in denen die Verdrängerzellen von der Saug- und Druckseite abgeschlossen sind, wirken, es sei denn, daß sehr viele Arbeitsschieber vorgesehen sind, was wiederum den nutzbaren Arbeitsraum verkleinert und große Reibungsverluste zur Folge hat.

Drehkolbenpumpe oder -motor

Anmelder:

Andrew Fräser, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. F. Eitner, Patentanwalt,

München 5, Erhardtstr. 8

Als Erfinder benannt:
Andrew Fräser, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 28. Juni 1957 (20 584)

Insbesondere bei den Ausführungen, bei welchen mehr Förder- bzw. Arbeitsräume zwischen Rotor und Stator vorgesehen sind als der Rotor Arbeitsschieber aufweist, bei denen also ein oder mehrere Arbeitsräume während des Rotorumlaufs kurzzeitig nicht von einem Arbeitsschieber unterteilt werden,

as ist die Zu- und Ableitung des Förder- oder Arbeitsmediums zu den Arbeitskammern durch radiale oder ungefähr radiale Kanäle im Rotor die zweckmäßigste. Es ist dann aber mindestens ein druckseitiger Kanal auf der einen Seite und ein saugseitiger Kanal auf der anderen Seite jedes Arbeitsschiebers, also in Drehrichtung vor und hinter dem Schieber, in unmittelbarer Nähe desselben, erforderlich. Eine Maschine der letzterwähnten Art ist in dynamischer Umkehrung bekannt, bei welcher der »Rotor« zum feststehenden Statorkern geworden ist und das Gehäuse um diesen Statorkern rotiert. Die radialen Kanäle im Statorkern münden in Form weiter schlitzförmiger Öffnungen beiderseits jedes Arbeitsschiebers zum Umfang des Statorkerns aus. In diesem führen die druckseitigen und die niederdruckseitigen Kanäle zu zwei Ringkanälen, von denen der druckseitige mit dem Druckanschluß und der niederdruckseitige Ringkanal mit dem Niederdruckanschluß der Maschine verbunden ist. Das besondere Problem, wie dann wieder der Übergang von den rotierenden Kanälen zum ortsfesten Ein- und Auslaßkanal hergestellt werden muß, tritt hier nicht auf.

Es ist ferner ein Flüssigkeitsmotor bekannt, bei dem zwei Arbeitsräume zwischen dem mit zweiteiligen Arbeitsschiebern versehenen Rotor und dem Stator so gebildet sind, daß kurzzeitig jeder Arbeitsraum nicht von einem Arbeitsschieber unterteilt

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wird, und bei dem beiderseits jedes Arbeitsschiebers eine Längsbohrung im Rotor angeordnet ist, von welcher jeweils mehrere ungefähr radiale Bohrungen zum Rotorumfang unmittelbar neben den Arbeitsschiebern ausmünden. Die druckseitigen Längsbohrungen des Rotors münden auf der einen Rotorstirnseite in eine Ringnut der entsprechenden Gehäuseseitenwand und die niederdruckseitigen Längsbohrungen auf der andere Rotorstirnseite in eine solche Ringnut aus. Dadurch wird von der druckseitigen Ringnut und von den benachbarten Bereichen des Spalts zwischen Rotorstirnfläche und dem Gehäuse ein störender Axialschub auf den Rotor ausgeübt, der durch starke Lager usw. aufgenommen werden muß und Reibungsverluste zur Folge hat.

Es sind auch Drehkolbenpumpen mit in Rotorschlitzen gleitenden plattenförmigen Arbeitsschiebern bekannt, bei denen letztere mit radialen Nuten auf der druckseitigen Plattenfläche versehen sind. Diese radialen Nuten dienen in einem Fall als Zu- und Ableitungskanäle und in einem anderen Fall nur als druckseitige Kanäle für das Fördermedium.

Es ist ferner bereits eine Drehkolbenpumpen- und -motorausführung vorgeschlagen worden, die sämtliche im obigen Einleitungsabsatz genannten Merkmale aufweist. Bei dieser Ausführung münden aber die den Rotor durchsetzenden und jedem Arbeitsschieber zugeordneten Längskanäle auf der einen Seite des Rotors in eine Ringnut der entsprechenden Gehäusewand aus, welche Nut nicht unmittelbar mit dem Druckanschluß der Maschine, sondern über eine enge Drosselbohrung mit einem als Druckausgleichsraum wirkenden Gehäusehohlraum verbunden ist. Aus letzterem soll mit Hilfe weiterer Verbindungsnuten usw. eine Druckbeaufschlagung bestimmter Arbeitskammern erzielt werden und sollen störende Druckwellen in den Arbeitskammern und Kanälen vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenpumpe oder einen Drehkolbenmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der bzw. bei dem die Anordnung von Zu- und Ableitungskanälen im Rotor zu den Arbeitskammern und die Anordnung der Übergänge zwischen den Kanälen im rotierenden und im feststehenden Teil der Maschine so gewählt wird, daß die Kanäle im Rotor genügend weit ausgebildet werden können, daß aber andererseits, insbesondere bei Maschinen mit verhältnismäßig vielen Arbeitskammern und Arbeitsschiebern, eine zu große Schwächung des Rotors durch die Kanäle vermieden-wird und daß schließlich ein störender, auf dem Rotor wirkender Axialschub aus Druckkanälen nicht auftreten kann.

Um dies zu erreichen, wird von der bereits vorgeschlagenen, eingangs erwähnten Pumpen- oder Motorausführung ausgegangen und dazu erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, daß als druckseitige Kanäle auf der betreffenden Seite jedes Arbeitsschiebers mehrere in Schiebergleitrichtung verlaufende Nuten vorgesehen sind, welche in die entsprechende Wand des zugehörigen Rotorschlitzes eingearbeitet sind, daß ferner beiderseits des Rotors je eine Ringnut in den den Rotorstirnwänden zugekehrten Seitenwänden des Stators angeordnet ist, in welche die druckseitigen Längskanäle des Rotors ausmünden, wobei die Ringnuten mit Druckanschlüssen der Pumpe oder des Motors in Verbindung stehen, und daß schließlich der Rotorhohlraum, in den die niederdruckseitigen Bohrungen des Rotors führen, in an sich bekannter Weise ein Teil einer zentrischen Längsbohrung einer mit dem Rotor verbundenen Welle ist.

Die Nuten an den Schlitzen des Rotors reichen vorteilhaft zum Zweck des Druckausgleichs an den Unterseiten der Arbeitsschieber jeweils zum Grund des Schlitzes. Ferner ist es zweckmäßig, in die
seitenwände bildenden Gehäuseteile neben
nuten mit letzteren in Verbindung stehende ^

ίο kanäle vorzusehen, in die die druckseitigen AnScrnwöffnungen führen. An Stelle der Ringnuten in dett)§$i* tenwänden des Stators können gemäß einer Variante der Erfindung auch entsprechende Ringnuten in den Stirnflächen des Rotors angeordnet werden.

Im Fall der Ausführung der Drehkolbenmaschine mit den erfindungsgemäßen Merkmalen als Pumpe strömt die Förderflüssigkeit bei der Drehung des Rotors mit Unterstützung durch die Zentrifugalkraftwirkung zwangläufig in die Arbeitskammern ein, wodurch eine schnelle und vollständige Füllung dieser Arbeitskammern erreicht wird. Die auf Druck gebrachte Förderflüssigkeit strömt aus den Arbeitskammern über die radialen Kanäle oder Nuten an den Arbeitsschiebern in die Längskanäle des Rotors ab. Da sie von dort aus in zwei Ringnuten, also an beide Statorseitenwände, abgeleitet wird, gleichen sich die auf die entgegengesetzten Seiten des Rotors wirkenden Flüssigkeitsdrücke auf einfache Weise aus.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Drehkolbenpumpe veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 einen nicht ganz vollständigen Längsschnitt durch die Pumpe, dabei einen Endteil derselben in Ansicht,

F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie H-II in F i g. 1 und

F i g. 3 im Ausschnitt einen Teil der Umfangsfläche des Rotors mit einem Arbeitsschieber.

Die in der Zeichnung dargestellte Pumpe besteht aus einem Statorring 10, der zwischen zwei ringförmigen Statorseitenwänden 11, 12 gelagert ist, welche zwischen zwei Stirndeekeln 13, 14 mittels einer Anzahl von Schraubenbolzen 15 eingespannt sind, die durch die Statorseitenwände 11, 12 und den Statorring 10 hindurchgeführt sind. Eine Rotorwelle 16, 16 a ist in zwei Lagern 17, 18 gelagert, die in zentrale Bohrungen der ringförmigen Statorseitenwände 11, 12 eingesetzt sind. Ein Rotor 19 ist auf dem zwischen den Statorseitenwänden 11, 12 liegenden Teil 20 der Rotorwelle 16 befestigt.

Ein Ende 16 der Rotorwelle 16, 16 a erstreckt sich durch den Stirndeckel 13 nach außen und kann dort mit einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Antriebsmotor verbunden werden. Das andere Ende 16 a der Rotorwelle ist mit einer axialen Bohrung 21 versehen, die in eine als Sauganschluß der Pumpe dienende Gewindebohrung 22 in den Stirndeckel 14 mündet. Die Bohrung 21 erstreckt sich bis in den Rotor hinein. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, hat der mittlere Teil 20 der Rotorwelle 16, 16 a die Form einer Ellipse, und der Rotor 19 ist mit einer zentrischen Längsbohrung 23 von entsprechender elliptischer Form zur Aufnahme des Teils 20 der Rotorwelle versehen. Der Rotor 19 sitzt mit engem Gleitsitz auf der Rotorwelle 16, 16 a und wird infolge der Ellipsenform der Querschnitte des Wellenteils 20 und der Rotorbohrung 23 von der Welle bei der Drehung mitgenommen. Der Statorring 10 und die sich mit

Abstand gegenüberliegenden Statorseitenwände 11, 12 bilden den Statorhohlraum zur Aufnahme des Rotors 19 und damit die Pumpenkammer.

Die Innenauskleidung 10' des Statorrings 10 und die beiden gegenüberliegenden Schutzplatten 11', 12' der Statorseitenwände 11, 12 sind aus einem selbstschmierenden Material, wie z. B. Polytetrafruoräthylen, hergestellt, welches somit eine Auskleidung der Pumpenkammer bildet. Die Umfangsfläche des Rotors 19 hat eine kreiszylindrische Form, und die Innenumfangsfläche des Statorrings 10 bzw. von dessen Innenauskleidung 10' besteht im wesentlichen aus sechs teilzylindrischen Flächenstücken 24 mit einer stärkeren Krümmung als derjenigen der Umfangsfläche des Rotors. Diese Flächen 24 sind voneinander durch sechs teilzylindrisch gekrümmte, zum Rotor 19 zentrische, streifenförmige Flächen 25, deren Krümmung annähernd gleich der Krümmung der Umfangsfläche des Rotors ist, getrennt. Bezüglich seiner Stirnseiten ist der Rotor mit engem Laufsitz zwischen den Statorseitenwänden 11, 12 bzw. den Schutzplatten 11', 12' eingesetzt, bezüglich seiner Umfangsfläche ist er mit engem Laufsitz zwischen den streifenförmigen Flächen bzw. Trennzonenflächen 25 des Statorrings 10 gelagert, so daß die Flächenstücke 24 des Statorrings 10 zusammen mit der Umfangsfläche des Rotors 19 und mit den Statorseitenwänden 11, 12 sechs Arbeitskammern 26 bilden, die gleichmäßig verteilt um den Rotor 19 angeordnet sind. Die Querschnittskontur des Statorhohlraums kann somit als bezüglich des Rotorumfangs »wellig gestaltet« bezeichnet werden.

Der Rotor 19 ist mit vier radialen Niederdruckbohrungen 27 versehen, die von der Umfangsfläche des Rotors bis zu der zentrischen Längsbohrung 23 desselben reichen. Diese vier Kanäle 27 stehen mit der axialen Bohrung 21 der Rotorwelle 16,16 a durch vier radiale Kanäle 28 in Verbindung, welche in dem Teil 20 der Rotorwelle vorgesehen sind. In der durch den Pfeil A in F i g. 2 angedeuteten Drehrichtung des Rotors gesehen, ist unmittelbar vor jeder der Niederdruckbohrungen 27 je ein Schlitz 29 im Rotor vorgesehen, der sich über die gesamte Breite bzw. axiale Länge des Rotors erstreckt und parallel zu der Radialebene der zugehörigen Bohrung 27 verläuft. In den Schlitzen 29 sind vier Arbeitsschieber 30 gleitbar gelagert.

Jeder Arbeitsschieber 30 besteht aus zwei gleichen, flachen Metallblättern 31 (F i g. 3), die parallel zueinander liegen und durch eine zwischen ihnen befindliche Gummischicht 32 miteinander verbunden, 5» gleichsam mit der Gummischicht zu einem geschichteten Paket zusammengesetzt sind. Die beispielsweise durch Vulkanisieren mit den Blättern 31 verbundene Gummischicht 32 befindet sich unter der Wirkung von Scherkräften, wenn der Arbeitsschieber in der Pumpe montiert ist, wodurch die Metallblätter 31 in entgegengesetzten Richtungen zu einem dichtenden Kontakt mit jeder der beiden Statorseitenwände gebracht werden. Die Länge der Arbeitsschieber 30 ist geringer als die Tiefe der Schlitze 29, und Federn 33, die zwischen den radial inneren Unterseiten der Arbeitsschieber und den Böden oder Schmalseiten der Schlitze eingespannt sind, drücken die Arbeitsschieber radial nach außen, um die radial äußeren Kanten der Metallblätter 31 mit der inneren Umfangsfläche des Statorrings 10 in Berührung zu bringen.

Die bezüglich der Drehrichtung des Rotors 19 vordere Wand eines jeden Schlitzes 29 ist mit mehreren (ungefähr) radialen Nuten 34 (F i g. 2 und 3) versehen, die zusammen mit der gegenüberliegenden Fläche des Arbeitsschiebers druckseitige Kanäle bilden, welche mit einem jedem Arbeitsschieber zugeordneten, durchgehenden Längskanal 35 des Rotors in Verbindung stehen. Die vier Längskanäle 35 erstrecken sich quer über die Breite des Rotors und münden an den Rotorstirnseiten in zwei gleiche, ringförmige Nuten 36, die in den gegenüberliegenden Flächen der Statorseitenwände 11, 12 vorgesehen sind. Jede Ringnut 36 steht mit einer druckseitigen Anschlußöffnung 37 der Pumpe über einen Ringkanal 38 in Verbindung, der im Innern der jeweiligen Statorwandung ausgespart ist. Die Ringnuten 36 können gegebenenfalls auch in den Seiten des Rotors anstatt in den Statorwandungen vorgesehen werden.

Beim Betrieb der Pumpe strömt Flüssigkeit von der Einlaßbohrung 22 der Pumpe durch die Bohrung 21 der Rotorwelle 16, 16 a und durch die radialen Bohrungen 28, 27 in die Arbeitskammern 26. Die Rotorwelle 16,16 a und der Rotor 19 drehen sich in Richtung des in F i g. 2 eingezeichneten Pfeiles A, so daß die Arbeitsschieber 30 durch die Arbeitskammern 26 streichen und die Flüssigkeit aus diesen Kammern in die Nuten 34 und durch die Rotorlängskanäle 35 in die Ringnuten 36 der Statorseitenwände 11, 12 verdrängen. Die unter Druck stehende Flüssigkeit in den Ringnuten 36 strömt dann in die Ringkanäle 38 und durch die druckseitigen Auslaßöffnungen 37 aus der Pumpe heraus.

Infolge der bis zum Grund jedes Rotorschlitzes 29 durchgehenden Nuten 34 wirkt der Flüssigkeitsdruck gegen die radial inneren Unterseiten der Arbeitsschieber 30 und drückt dieselben in radialer Richtung nach außen, wodurch er die Wirkung der Federn 33 verstärkt und die radial äußeren Kanten der Arbeitsschieber in abdichtendem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Statorrings 10 hält. Da ferner der hohe Flüssigkeitsdruck in den Nuten 34 in die beiden Ringnuten 36 der Statorwände 11,12 abgeleitet wird,, sind die auf die entgegengesetzten Seiten des Rotors ■, !wirkenden Flüssigkeitsdrücke gleich, so daß die auf !die Stirnseiten des Rotors einwirkenden hydraulischen Kräfte fast völlig ausgeglichen sind.

Die vorstehend beschriebene Pumpe arbeitet als Motor, wenn Druckflüssigkeit in die Öffnungen 37 eingeleitet wird.

Die Auskleidung 10', 11', 12' des Statorhohlraums und die besondere Ausbildung der Arbeitsschieber

30 als jeweils dreiteiliges geschichtetes Paket 31, 32,

31 sind lediglich der Vollständigkeit halber erwähnt, aber nicht Gegenstand der Erfindung.

Claims

Patentansprüche:

1. Drehkolbenpumpe oder -motor mit in einem Statorhohlraum gleichbleibenden Querschnitts umlaufendem zylindrischem Rotor und mit mehreren in im wesentlichen radialen Schlitzen des Rotors gleitenden Arbeitsschiebern, wobei durch entsprechend wellige Gestaltung der Querschnittskontur des Statorhohlraums zwischen dem Stator und dem Rotor mehrere Arbeitskammern gebildet sind, die von den Arbeitsschiebern fortlaufend in sich verengende und erweiternde Verdrängerzellen unterteilt werden, denen das Förder- bzw. Arbeitsmedium über, in Umfangsrichtung gesehen, beiderseits unmittelbar neben den

Arbeitsschiebern zum Rotorumfang ausmündende Kanäle im Rotor zu- und abgeleitet wird, von denen die saug- bzw. niederdruckseitigen, jeweils auf der einen Seite jedes Arbeitsschiebers befindliche, zu einem zentrischen Rotorhohlraum führende Bohrungen sind, während die hochdruckseitigen, jeweils auf der anderen Seite jedes Arbeitsschiebers befindlichen Kanäle jeweils mit einem, jedem Arbeitsschieber zugeordneten durchgehenden Längskanal des Rotors verbunden sind, welche Längskanäle wiederum mit einer in einer Statorseitenwand eingelassenen Ringnut in Verbindung stehen, welche an die hochdruckseitige Anschlußöffnung der Pumpe oder des Motors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als druckseitige Kanäle auf der betreffenden Seite jedes Arbeitsschiebers (30) mehrere in Schiebergleitrichtung verlaufende Nuten (34) vorgesehen sind, welche in die entsprechende Wand des zugehörigen Rotorschlitzes (29) eingearbeitet sind, daß ferner beiderseits des Rotors je eine Ringnut (36) in den den Rotorstirnwänden zugekehrten Seitenwänden (U, 12) des Stators angeordnet ist, in welche die druckseitigen Längskanäle (35) des Rotors (19) ausmünden, wobei, die Ringnuten (36) mit Druckanschlüssen (37) der Pumpe oder des Motors in Verbindung stehen, und daß schließlich der Rotorhohlraurn, in den die niederdruckseitigen Bohrungen (27) des Rotors (19) führen, in an sich bekannter Weise ein Teil einer zentrisehen Längsbohrung

(21) einer mit dem Rotor verbundenen Welle (16,16 a) ist.

2. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (34) an den Schlitzen (29) des Rotors zum Zweck des Druckausgleichs an den Unterseiten der Arbeitsschieber (30) jeweils zum Grund des Schlitzes reichen.

3. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Statorseitenwände bildenden Gehäuseteilen (11, 12) neben den Ringnuten (36) mit letzteren in Verbindung stehende Ringkanäle (38) vorgesehen sind, in die die druckseitigen Anschlußöffnungen (37) führen.

4. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Ringnuten (36) in den Seitenwänden (11,12) des Stators entsprechende Ringnuten in den Stirnflächen des Rotors (19) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 564 528;

österreichische Patentschrift Nr. 189 931;

schweizerische Patentschriften Nr. 275 922,
817;

britische Patentschrift Nr. 227 885;

USA.-Patentschriften Nr. 1 046174, 2 348 428,
462 732, 2 730 076, 2 752 893.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1161 763.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen