DE1913529U - Regelbarer leistungswandler. - Google Patents

Description

RA.828 638*25.11.64

α IETTIVIAR WABNER 34- Göttingen-Geismar

Schulweg

23. November 1964 18

Regelbarer Leistungswandler

Diese Neuerung bezieht sich allgemein auf regelbare Leistungswandler, zu denen Pumpen, Verdichter, Turbinen, Flaissigkeits- und Gasdruckmotoren gehören - generell Aggregate, bei denen ein Medium kraft seiner Strömungsgeschwindigkeit, seines Drucks, seiner Masse und/oder seiner Viskosität einen Rotor in Drehung versetzt oder bei denen durch die Drehung eines Rotors ein Medium eine Änderung seiner Strömungsgeschwindigkeit, seines Drucks und/oder seiner Viskosität erfährt.

Pumpen, Verdichter, Turbinen, Flüssigkeits- und Gasdruckmotoren in Strömungsbauart, das heißt, nicht in Ausführungen als Kolbenmaschinen, weisen generell einen Rotor auf, der mit einer Anzahl von Flügeln oder anderen geeigneten Strömungsleitelementen ausgerüstet ist. Bei Pumpen und Verdichtern dienen die Strömungsleitelemente zur Umleitung eines Mediums in eine radiale Häuptrichtung nach außen. Bei einer entsprechenden Drehung der Rotoren erfolgt auf Grund der Zentrifugalkraft ein Abschleudern des Mediums nach außen und damit eine Druckerzeugung, umgekehrt dienen die Strömungsleitelemente an den Rotoren von Turbinen, Flüssigkeitsmotoren und Gasdruckmotoren oder dergleichen zum Leiten eines Mediums in eine Richtung, bei der es seine Strömungsenergie auf den Rotor überträgt und für eine Drehung des Rotors sorgt.

Nachteile bekannter Strömungsmaschinen sind ihre relativτ niedrigen Wirkungsgrade und dadurch bedingt ihre relative Unwirtschaftlichkeit in der Energiebilanz -sowie ihre kom-

plazierten Konstruktionen.

Die vorliegende Neuerung eines regelbaren Leistungswandlers hat sich zur Aufgabe gestellt, einen verbesserten Strömungsverlauf und eine verbesserte Strömungsanordnung bei Strömungsmaschinen vorzusehen, die eine bessere Energieausnutzung gestatten und deren Konstruktionen gegenüber bekannten Strömungsmaschinen wesentlich vereinfacht sind.

Ein neuerungsgemäßer Strömungsverlauf und eine neuerungsgemäße Strömungsanordnung bei Strömungsmaschinen ist in der nachfolgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen für das Beispiel einer Pumpe erläutert. In den Zeichnungen stellt Fig. 1 einen Schnitt durch eine Pumpe dar, die neuerungsgemäß ausgebildet ist und die Strömungsanordnung gemäß der Neuerung enthält. Pig. 2 zeigt schematisch den Strömungsverlauf im Eotor und im Stator in Abwicklung .

Ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Pumpengehäuse 1 weist an der Antriebsseite einen Gehäuseflansch 2 und an der der Antriebsseite gegenüberliegenden Seite einen Gehäuseflansch 3 auf. Me beiden Gehäuseflansche 2 und 3 sind mittels geeigneter Befestigungselemente 4 mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden. Dichtungen 5 sorgen für eine einwandfreie Abdichtung der Verbindungsstellen zwischen^ Planschen 2 und 3 und dem Pumpengehäuse 1. An geeigneter Stelle, im wesentlichen axial zueinander versetzt, sind Ein- und Auslaufstutzen 6 und 7 vorgesehen. An der Innenwandung 8 des Zylinders des Pumpengehäuses 1 sind, axial zueinander versetzt, vorzugsweise im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildete Ringnuten 9 und 10 eingearbeitet. Zwi-

sehen den Ringnuten 9 und 10 verlaufen in der Zylinderwandung 8 des Pumpengehäuses 1 Strömungspassagen 11 mit vorzugsweise halbkreisförmigem Querschnitt mit einer Richtungskomponente in axialer Richtung und mit einer Richtungskomponente in peripherisch umlaufender Richtung.

im Pumpengehäuse 1 sind auf geeignete Weise ausgebildete Füße 12 vorgesehen. Der Einlaufstutzen 7 weist einen Einlauf 14 auf, der Auslaufstutzen 6 einen Auslauf 13·

Der Rotor 42 besteht aus einem zylindrischen Mantelteil 20, einem Endflansch 43 mit einer Antriebs- und Lagerwelle 44 und einem Endllansch 45 mit einer Lagerwelle 46. In die Außenfläche 48 des zylindrischen Mantelteils 20 sind zwischen axial zueinander versetzten, vorzugsweise im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildeten und komplementär zu den■Ringnuten 9 und 10 in dem Pumpengehäuse 1 angeordneten Ringnuten 23 und 24 Strömungspassagen 47 mit vorzugsweise halbkreisförmigem Querschnitt mit einer Richtungskomponente in axialer Richtung und mit einer Richtungskomponente in peripherisch umlaufender Richtung angeordnet .

Die mit dem Endflansch 45 verschweißte oder auf eine andere Weise verbundene, zum Beispiel auch einstückig ausgebildete Lagerwelle 46 ist mittels des mit dem zylindrischen Mantelteil 20 verschweißten oder auf andere Weise verbundenen^ zum Beispiel auch einstückig ausgebildeten Entlassenes 45 starr mit dem Mantelteil 20 verbunden und zentrisch zu dem Mantelzylinder angeordnet. Die Lagerwelle 46 ist auf geeignete Weise in dem entsprechend ausgebildeten Gehäuseflansch 3 gelagert, zum Beispiel mittels Kegelrollenlager 16 und 17, von denen das eine alle

Axialkräfte in einer Richtung und das andere alle Axialkräfte in der anderen Richtung aufnimmt. Ein Sprengring

15 oder dergleichen sorgt für eine Halterung der Lager

16 und I7 in dem Gehäuseflansch 3? ein Sprengring 18 sorgt für eine Halterung der Lager auf der Lagerwelle 46.

Die mit dem Endflansch 43 verschweißte oder auf andere Weise verbundene, zum Beispiel auch einstückig ausgebildete Lager- und Antriebswelle 44 ist mittels des mit dem zylindrischen Mantelteil 20 verschweißten oder auf andere Weise verbundenen, zum Beispiel auch einstückig ausgebildeten Endflansches 43 starr mit dem Mantelteil 20 verbunden und zentriseh zu dem Mantelzylinder angeordnet. Die Antriebs- und Lagerwelle 44 ist auf geeignete Weise in dem entsprechend ausgebildeten Gehäuseflansch 2 gelagert, zum Beispiel mittels des Kegelrollenlagers 35· Sin Sprengring 19 sorgt für eine Halterung des Lagers 35 in äe^m Gehäuseflansch 2. Der Innenring des Lagers 35 wird gegen ein axiales Wandern durch einen Wellenabsatz auf der einen Seite und durch den Bord einer Stopfbuchsenhülse 36 auf der anderen Seite gesichert. Die Stopfbuchsenhülse ihrerseits ist gegen ein axiales Wandern durch zwei Gewinderinge 41 gesichert. Zur Abdichtung des Gehäuses der Pumpe an der Welle kann eine Stopfbuchse in bekannter Ausführung benutzt werden, im übrigen auch jede andere geeignete Abdichtungsart. Beispielhaft ist hier eine Stopfbuchse als Abdichtung der Welle 44 gegen das Pumpengehäuse gezeigt. Ein Innenring 37 dient als Lager für die Packungsringe 38, die in die Stopfbuchse eingelegt werden und gleitend gegen die Stopfbuchsenhülse 36 abdichten. iHir eine ordnungsgemäße Kompression der Packungsringe 38 sorgt eine Stopfbuchsbrille 39? die mittels geeigneter Anzugselemente, zum Beispiel Sechskantschrauben 40, nachgestellt wer-

den kann.

In Pig. 2 ist in übereinanderliegender Abwicklung eine neuerungsgemäße Anordnung der Strömungspassagen im Rotor und im Stator dargestellt, und zwar schematisch. Als Stator wird der stehende Teil, in diesem ]?alle das Pumpengehäuse 1, als Rotor der umlaufende Teil 42 verstanden. Aus Gründen der Anschaulichkeit ist der Strömungsverlauf in dem Rotor mit durchgehenden Strichlinien gekennzeichnet, der Strömungsverlauf der Statorpassagen mit strichpunktierten Linien. Der Strömungsverlauf der Strömungspassagen 47 folgt in der Abwicklung, ausgehend von der Einlaufringnut 24, einer Richtung, die unter einem geeigneten Winkel zu der Einlaufringnut 24 steht. Dieser Abschnitt der Strömungspassagen 47 bildet die Strömungskomponenten 34. An geeigneter Stelle schwenken die Strömungskomponenten 34· in peripherisch umlaufende, vorzugsweise parallel zu den Ein- und Auslaufringnuten 23, 24 angeordnete Strömungskomponenten 33 um. Wieder an geeigneter Stelle schwenken die Strömungskomponenten 33 um und gehen in die vorzugsweise unter einem geeigneten Winkel zu der Auslaufringnut 23 angeordneten Strömungskomponenten 32 über. Die Strömungskomponenten 32 führen in die Auslaufringnut

23. Bei dieser neuerungsgemäßen Anordnung der Strömungspassagen 47 fließt das Medium also von dem Einlaufring 24 aus durch die Strömungskomponenten 34, 33 > 32 der Strömungspassagen 47 in die Auslaufringnut 23.

Der Strömungsverlauf der Strömungspassagen 11 des Stators folgt in der Abwicklung, ausgehend von der Einlaufringnut

24, einer Richtung, die unter einem geeigneten Winkel, vorzugsweise einem Komplementärwinkel zu dem Winkel zwischen Einlauf ringnut 24 und Strömungskomponenten 34 des

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Rotors, zu der Einlaufringnut 10 steht. Dieser Abschnitt der Strömungspassagen 11 bildet die Strömungskomponenten

29. An geeigneter Stelle schwenken die Strömungskomponenten 29 in peripherisch umlaufende, vorzugsweise parallel zu den Einlauf- und Auslaufringnuten 9j 10 angeordnete Strömungskomponenten 30 um. Wieder an geeigneter Stelle schwenken die Strömungskomponenten 30 um und gehen in die vorzugsweise unter einem geeigneten Winkel zu der Auslaufringnut 9, vorzugsweise einem Komplementärwinkel zu dem Winkel zwischen Auslaufringnut 23 und den Strömungskomponenten 32 des Rotors, verlaufenden Strömungskomponenten 31 über. Die Strömungskomponenten 31 führen in die Auslaufringnut 9· Bei dieser neuerungsgemäßen Anordnung der Strömungspassagen 11 fließt das Medium also von der Einlaufringnut 10 aus durch die Strömungskomponenten 29,

30, 31 der Strömungspassagen 11 in die Auslauf ringnut 9·

Diese Anordnung der Strömungspassagen 4-7 in dem Rotor und der Strömungspassagen 11 in dem Stator ist beispielhaft; generell muß die Anordnung der Strömungspassagen 4-7 des Rotors relativ zu den Strömungspassagen 11 des Stators so sein, daß bei einer Strömungsrichtung von der Einlaufringnut zu der Auslauf ringnut die Strömungskomponenten in ihrer Summe einander entgegenwirken. Das wird zum Beispiel auch schon bei achsparallel angeordneten Nuten in dem einen Teil und spiralförmig umlaufenden Nuten in dem anderen Teil erreicht.

In der Fig. 2 sind weiter zum Zwecke der Anschaulichkeit die Lagen der Stirnflächen mit 21 und 22 und die Schnittlinie der endlosen Fläche des Rotorzylinders bzw. des Statorzylinders mit 2^ angezogen. Die strich-punktierten Linien 26,27,28 unterteilen die Abwicklung der endlosen FIa-

ehe des Rotor- und des Statorzylinders in Viertel- oder 90°-Äbschnitte. Der Abschnitt zwischen 26 und 27 der Fig. 2 ist bildlich in dem Teilschnitt des Rotors 42 der Fig. 1 dargestellt.

Angefahren wird bei gefüllten Strömungspassagen 11 und 47, Zu beachten ist, daß die beiden Strömungspassagensysteme 11 und 47 in verschiedenen, wenn auch direkt aufeinanderliegenden Ebenen liegen. Der Rotor läuft in einem geeigneten Gleitsitz in dem Zylinder des Pumpengehäuses 1. In dem vorliegenden Beispiel erfolgt eine Drehrichtung des Rotors 42 von 28 in Richtung auf 27, in Richtung auf 26, auf 25 und wieder auf 28, wenn die Teillinien 25, 26, 27, 28 als feststehend angesehen werden. An den Stellen der Überlagerung der Strömungspassagen 11 mit den Strömungspassagen 47 erfolgt jeweils ein Pulsieren des Mediums, eine Art Verquickung der beiden Medienströme wird hervorgerufen, das Medium wird zwangsweise durch die Strömungskanäle von der Einlauf- zur Auslaufseite geführt, da die Richtungskomponenten der pulsierend verquickten Medienströme in ihrer Summe in Richtung auf den Auslauf führen.

Als wesentliche neuerungsgemäße Abwandlung dieser Ausführung mit einem zylindrischen Rotor und mit zylindrischem Pumpengehäuse kommen Ausführungen in !Frage, bei denen der Rotor eine im wesentlichen kegelförmige Mantelfläche oder eine kegelstumpfförmige Mantelfläche aufweist und das Pumpengehäuse entsprechend ausgebildet ist, um eine Gegenmantelfläche zur Mantelfläche des Rotors zu liefern, die in einem geeigneten Laufsitz den Mantel des Rotors umschließt, wobei zwischen axial zueinander versetzten Ein- und Auslaufringnuten geeignete Strömungspassagen sowohl in der

Mantelfläche des Stators wie in der Mantelfläche des Rotors vorgesehen sind, deren Anordnung generell so ist, daß bei einer Strömungsrichtung von der Einlaufringnut zu der Auslaufringnut die Strömungskomponenten in ihrer Summe einander entgegenwirken.

Als weitere wesentliche erfindungsgemäße Abwandlung der Ausführung mit einem zylindrischen Rotor und mit zylindrischem Pumpengehäuse kommt eine Ausführung in Betracht, bei der eine Rotorscheibe axial an einer Statorscheibe anliegt und zwischen einem in der Nähe des Mittelpunkts der Scheibe angeordneten Einlauf undeinem peripherisch außen umlaufenden Außen-Auslaufring, der zu einem geeigneten Auslauf führt, zwischen Einlaufabschnitt und Auslaufabschnitt, die radial zueinander versetzt sind, geeignete Strömungspassagen sowohl in der Stirnfläche des Stators wie in der Strinflache des Rotors vorgesehen sind, deren Anordnung generell so ist, daß bei einer Strömungsrichtung von dem Einlauf zu dem Auslauf die Strömungskomponenten in ihrer Summe einander entgegenwirken.

Speziell die erfindungsgemäße Ausführung mit zylindrischem Rotor und mit zylindrischem Pumpengehäuse erbringt die Eigenschaft, bei einer Umdrehungsänderung in die andere Drehrichtung des Rotors für eine Umgekehrung der Ein- und Auslaufseite zu sorgen. Umgekehrt erreicht man durch Umkehrung der Ein- und Auslaufseite eine Umkehrung der Drehrichtung bei Rotoren. Die Regelbarkeit des Drucks, der Strömungsgeschwindigkeit usw. erfolgt in Abhängigkeit von der Drehzahländerung.

Die Beschreibung der vorgenannten Ausführung einer Strömungsmaschine gemäß der Neuerung mit ihren neuerungsgemä-

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ßen Abwandlungen hat sich auf das Beispiel einer Pumpe gestützt. Im Prinzip das gleiche gilt für einen Verdichter. Umgekehrt erfolgt durch die Aufgabe eines Mediums unter einem bestimmten Druck.,, einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, einer bestimmten Viskosität und/oder einer bestimmten Masse eine Rotation des Rotors, indem das Medium durch den Einlauf und die entsprechenden Strömungspassagen zum Auslauf strömt. Die Drehzahl hängt hier von den vorgenannten Größen des Drucks, der Strömungsgeschwindigkeit und/ oder der Masse ab. Durch Änderung einer oder mehrerer dieser Größen läßt sich eine stufenlose Drehzahländerung erreichen. Das gilt für die Fälle der Turbinen, Flüssigkeitsund Gasdruckmotoren.

Es versteht sich, daß die neuerungsgemäßen Strömungsmaschinen alle bekannten und für bestimmte erforderliche Sanktionen benötigten Merkmale enthalten können, ohne von dem Neuerungsgedanken und von dem Neuerungsumfang abzuweichen. Insbesondere können die Gehäuse auf jede geeignete und zweckmäßige Weise abgedichtet werden, die Ein- und Ausläufe können in jeder geeigneten und zweckmäßigen Lage angeordnet und ausgeführt sein, insbesondere können mehrere Ein- und Auslaufe nebeneinander angeordnet sein, das Gehäuse kann mit Kühlmänteln oder dergleichen und mit Gleitbuchsen usw. ausgerüstet sein, der Rotor kann innen auf geeignete Weise gekühlt sein. Auch die Lagerung ist beliebig wählbar.

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Claims (4)

* P.A.092 090*22.2.05 - -10 - Schutzansprüche

1. Regelbarer Leistungswandler mit Stator und Rotor, bei dem durch die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit, der Masse, der Viskosität und/oder des Drucks eines Mediums die Drehzahl des Rotors geregelt wird, oder bei dem durch die Regelung der Drehzahl des Rotors die Strömungsgeschwindigkeit, die Durchsatzmenge, die Viskosität und/oder der Druck eines Mediums geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen geeigneten Ein- und Auslaufstellen (9,10,13, 14,23,24) am Stator (1) und am Rotor (42) in zylindrischen, gleitend aufeinanderliegenden Laufflächen (8 bzw. 48) des Rotors (42) und des Stators (1) geeignete Strömungspassagen (11 bzw. 30) mit einer axialen Richtungskomponente und mit einer peripherisch umlaufenden, in einem Winkel zur Achse des Rotors (42) liegenden Richtungskomponente vorgesehen sind, die die Ein- und Auslaufsteilen (9,10,13,14,23,24) verbinden.

2. Regelbarer Leistungswandler mit Stator und Rotor, bei dem durch die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit, der Masse, der Viskosität und/oder des Drucks eines Mediums die Drehzahl des Rotors geregelt v/ird, oder bei dem durch die Regelung der Drehzahl des Rotors die Strömungsgeschwindigkeit, die Durchsatzmenge, die Viskosität und/oder der Druck eines Mediums geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen geeigneten Ein- und Auslaufstellen am Stator und am Rotor in zur Achse geneigten oder zur Achse senkrecht stehenden, gleitend einander zugeordneten Laufflächen des Rotors und des Stators jeweils geeignete Strömungspassagen vorgesehen sind, die zwischen Ein- und Auslaufstellen angeordnet sind und diese Verbinden, wobei die Strömungspassagen mit einer im wesentlichen axialen Richtungskomponente für den Fall zur Achse geneigt einander zugeordneter Laufflächen und mit einer im wesentlichen radialen Richtungs-

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komponente für den Fall zur Achse senkrecht angeordneter Laufflächen und mit einer peripherisch umlaufenden, in einem Winkel zur Achse des Rotors liegenden Richtungskomponente für den Pail zur Achse geneigt einander zugeordneter Laufflächen und mit einer auf den Stirnflächen umlaufenden, in einem Winkel zur Radialen des Rotors liegenden Richtungskomponente für den lall zur Achse senkrecht angeordneter Laufflächen vorgesehen sind.

3. Regelbarer Leistungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungspassagen in dem einen Teil geradlinig verlaufen, die in dem anderen Teil im wesentlichen spiralförmig.

4. Regelbarer Leistungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungspassagen in dem einen Teil im wesentlichen spiralförmig in die eine Richtung, die Strömungspassagen in dem anderen Teil im wesentlichen spiralförmig in die andere Richtung verlaufen.

fassung dUhi^^^ ^ M