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DE29607300U1 - Ball piston pump - Google Patents

Ball piston pump

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DE29607300U1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C3/00Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type
    • F04C3/06Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

KugelkolbenpumpeBall piston pump

Die Erfindung betrifft eine Kugelkolbenpumpe zum Fördern unterschiedlichster Medien in einem weiten Anwendungsbereich.The invention relates to a ball piston pump for pumping a wide variety of media in a wide range of applications.

Kugelkolbenpumpen arbeiten nach dem Verdrängungsprinzip ähnlich der Hubkolbenpumpen, aber mit einer verbesserten Förderkennlinie, die einer idealen Sinusform entspricht. Sie benötigen außerdem keine Ventile für eine Umkehr der Förderrichtung. Ball piston pumps work on the displacement principle similar to reciprocating piston pumps, but with an improved flow characteristic that corresponds to an ideal sinusoidal shape. They also do not require any valves to reverse the flow direction.

Obwohl Kugelkolbenpumpen seit langem bekannt sind, beschränkte sich ihr bisheriger Einsatz auf Sonderanwendungen. Die Ursache lag in der aufwendigen präzisen Fertigung, um die Reibungs- und Dichtungsprobleme auf ein vertretbares Maß zu reduzieren. Besondere Probleme bereitete die Herstellung der zahlreichen sphärischen Oberflächen in geringen Toleranzen.Although ball piston pumps have been known for a long time, their use has so far been limited to special applications. The reason for this was the complex, precise manufacturing required to reduce friction and sealing problems to an acceptable level. Manufacturing the numerous spherical surfaces with tight tolerances posed particular problems.

Aufgrund der durch die Kugelbauart einleuchtenden drucktechnischen Vorteile, wurde die Kugelkolbenpumpe immer wieder Gegenstand von Erfindungen, ohne daß wesentliche Qualitätssteigerungen gegenüber anderen Pumpenarten, wie Kreisel-, Hubkolben- oder Umlaufkolbenpumpen erreicht werden konnten.Due to the obvious pressure-related advantages of the ball design, the ball piston pump has repeatedly been the subject of inventions, without any significant improvement in quality being achieved compared to other types of pumps, such as centrifugal, reciprocating or circulating piston pumps.

Die DE PS 808 915 beschreibt eine Vierkammer- Kugelkolbenpumpe, welche ähnlich einem Kardangelenk arbeitet. Sie besteht aus einem kugelförmigen Hohlkörper, in den eine Antriebswelle und eine, zu dieser geneigt angeordneten, Blindwelle ragt. Beide Wellen sind mit orthogonal zueinander angeordneten Schiebern versehen, die einen Kugelkolben in Drehung versetzen. Die Schieber gleiten dabei in Ausnehmungen des Kugelkolbens, so daß vier Kammern entstehen, die bei einer Umdrehung nacheinander vergrößert und verkleinert werden und so das Medium von einem Einlaßkanal in einen Auslaßkanal pumpen.DE PS 808 915 describes a four-chamber ball piston pump, which works similarly to a universal joint. It consists of a spherical hollow body into which a drive shaft and a blind shaft arranged at an angle to it protrude. Both shafts are provided with slides arranged orthogonally to each other, which cause a ball piston to rotate. The slides slide into recesses in the ball piston, so that four chambers are created, which are enlarged and reduced in size one after the other during one revolution and thus pump the medium from an inlet channel into an outlet channel.

Damit die Pumpe auch für große Drücke ausgelegt werden kann, müssen die Dichtungsflächen zwischen den Schiebern und den Ausnehmungen in dem Kugelkolben sehr breit ausgeführt werden, was zu einer Verkleinerung der wirksamen Kammervolumen führt.In order for the pump to be designed for high pressures, the sealing surfaces between the slides and the recesses in the ball piston must be very wide, which leads to a reduction in the effective chamber volume.

Ein weiterer Nachteil derartiger Pumpen besteht darin, daß die Reibungsflächen zwischen den Kolbenausnehmungen und den Schiebern der Kraftübertragung dienen, wodurch die Reibung weiter erhöht wird und eine große Wärmewirkung in Kauf genommen werden muß.A further disadvantage of such pumps is that the friction surfaces between the piston recesses and the sliders serve to transmit power, which further increases friction and causes a large heat effect.

Eine andere Bauweise der Kugelkolbenpumpe beschreibt die DE PS 1 010 834. Auf einer durchgehenden Antriebsachse ist ein Kugelkörper befestigt, in dem in Nuten, längs der Meridianen des Kugelkörpers, Kolben geführt werden, welche gelenkig an einem Führungsring angeordnet sind, dessen Achse gegenüber der Antriebsachse um einen Winkel geneigt ist. Durch eine Drehbewegung der Antriebsachse werden die Kolben in den Nuten des Kugelkörpers hin und her bewegt.Another design of the ball piston pump is described in DE PS 1 010 834. A ball body is attached to a continuous drive shaft, in which pistons are guided in grooves along the meridians of the ball body, which are arranged in an articulated manner on a guide ring, the axis of which is inclined at an angle to the drive shaft. The pistons are moved back and forth in the grooves of the ball body by a rotary movement of the drive shaft.

Diese Bauart vereinigt die Vorteile der Kugelkolbenpumpe mit denen einer Hubkolbenpumpe. Der Nachteil besteht darin, daß die Leistungssteigerung der Pumpe durch einen erhöhten Raumbedarf der gesamten Pumpenanordnung erreicht wird. Der wirksame Arbeitsraum der Kammern konnte nicht wesentlich vergrößert werden, und zur Führung der radial eingreifenden Kolben sind zum Ausgleich der Radialkräfte zusätzliche Gegenkräfte aufzubringen. Dadurch, daß die Kolben von außen in die Arbeitsräume des Kugelkörpers geführt werden, erhöhen sich die Reibungs- und Dichtungsprobleme.This design combines the advantages of the ball piston pump with those of a reciprocating piston pump. The disadvantage is that the increase in pump performance is achieved by increasing the space required for the entire pump arrangement. The effective working space of the chambers could not be significantly increased, and additional counterforces must be applied to guide the radially engaging pistons in order to compensate for the radial forces. The fact that the pistons are guided from the outside into the working spaces of the spherical body increases the friction and sealing problems.

In der DE OS 15 53 165 wurde die Kugel kolbenpumpe, die auch als Kugelmotor betrieben werden kann, dahingehend vereinfacht und verbessert, indem der Kugelkolben zu einer Taumelscheibe reduziert wurde. In einem kugelförmigen Gehäuse rotiert ein Kreuzgelenk- Drehkolben, der aus einer Kreisscheibe besteht, die zwischen zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Halbkreisscheiben gelenkig angeordnet ist. Die Kreisscheibe und die beiden Halbkreisscheiben sind in ihrem Radius so groß ausgeführt, daß sie das kugelförmige Gehäuse voll ausfüllen und somit in vier Kammern aufteilen. Jede der beiden Halbkreisscheiben ist radial in ihrer Mitte mit einem AchsstutzenIn DE OS 15 53 165, the ball piston pump, which can also be operated as a ball motor, was simplified and improved by reducing the ball piston to a wobble plate. A universal joint rotary piston rotates in a spherical housing, which consists of a circular disk that is articulated between two semicircular disks that are aligned orthogonally to one another. The circular disk and the two semicircular disks are designed to be so large in radius that they completely fill the spherical housing and thus divide it into four chambers. Each of the two semicircular disks is connected radially in its center to an axle socket.

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versehen, von denen der eine als Antriebsachse dient und der andere blind ausgeführt ist.one of which serves as the drive axle and the other is blind.

Werden die so gebildeten Drehachsen der beiden Halbkreisscheiben in einem Winkel zueinander geneigt, entsteht bei Rotation der Achsen eine taumelnde Bewegung der Kreisscheibe und die vier Kammern werden bei einer Umdrehung nacheinander vergrößert und verkleinert.If the axes of rotation of the two semicircular disks thus formed are inclined at an angle to each other, a tumbling movement of the circular disk occurs when the axes rotate and the four chambers are successively enlarged and reduced in size during one rotation.

Der Nachteil dieser Kugelpumpe (bzw. Kugelmotor) besteht in der hohen Belastung und dem damit verbundenen Verschleiß in den Gelenken zwischen der Taumelscheibe und den antreibenden Halbkreisscheiben. Da die Gelenke gleichzeitig der Kraftübertragung dienen, überlagern sich Reibungskräfte und Drehmomente .The disadvantage of this ball pump (or ball motor) is the high load and the associated wear in the joints between the swash plate and the driving semicircular disks. Since the joints also serve to transmit power, frictional forces and torques overlap.

In den praktischen Anwendungen von Kugelkolbenpumpen mit Taumelscheiben bestehen die Gelenke aus Gleitflächen, wobei die Halbkreisscheiben an der Kante entlang ihrem Durchmesser zyliderförmig abgerundet sind und in entsprechende gewölbte Nuten an der Taumelscheibe eingreifen. Da diese Gelenke, insbesondere bei hohen Drehzahlen und/oder hohen Drücken, sehr großen Verschleißerscheinungen unterliegen, ist die Anwendung dieser Pumpen begrenzt.In the practical applications of ball piston pumps with swash plates, the joints consist of sliding surfaces, whereby the semicircular discs are rounded at the edge along their diameter in a cylindrical shape and engage in corresponding curved grooves on the swash plate. Since these joints are subject to very high wear, especially at high speeds and/or high pressures, the application of these pumps is limited.

Zur Erhöhung der Lebensdauer solcher Pumpen wird deshalb, z.B. nach der DE OS 43 40 692 vorgeschlagen, die Reibungsflächen an diesen Gelenken oder alle reibenden Teile der Kugelkolbenpumpe mit einer verschleißfesten Keramik zu beschichten. Diese Technologie ist sehr aufwendig und führt zu einem hohen Preis, welcher einer breiten Anwendung dieser Kugelkolbenpumpen entgegensteht.In order to increase the service life of such pumps, it is therefore proposed, e.g. according to DE OS 43 40 692, to coat the friction surfaces on these joints or all rubbing parts of the ball piston pump with a wear-resistant ceramic. This technology is very complex and results in a high price, which prevents the widespread use of these ball piston pumps.

Außerdem müssen bei den bekannten Kugelkolbenpumpen mit Tau-30· melscheiben die zylinderförmigen Gleitflächen, wenn sie großen Drücken standhalten und eine ausreichende Dichtwirkung gewährleisten sollen, sehr breit ausgeführt werden, was den wirksamen Arbeitsraum der Pumpe verringert und ihren Wirkungsgrad verschlechtert.In addition, in the known ball piston pumps with wobble plates, the cylindrical sliding surfaces must be very wide if they are to withstand high pressures and ensure adequate sealing, which reduces the effective working space of the pump and impairs its efficiency.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Kugelkolbenpumpe zu schaffen, welche einfach und verschleißarm im Aufbau ist, einen hohen Wirkungsgrad besitzt und einen universalen Anwendungsbereich für unterschiedlichste Drücke und Medien zuläßt.It is therefore the object of the invention to create a ball piston pump which is simple and wear-resistant in construction, has a high level of efficiency and allows a universal application area for a wide variety of pressures and media.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des 1. Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved according to the invention with the features of the first protection claim. Advantageous further developments and embodiments are the subject of the subclaims.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung dreht sich in einem kugelförmigen Arbeitsraum ein flügelartiger Kolben und vollführt dabei gleichzeitig eine Hin- und Herbewegung. Die Umformung der Drehbewegung einer Antriebswelle in eine drehende und pendelnde Bewegung des Kolbens erfolgt durch sich drehende und ineinandergreifende Arbeitselemente innerhalb des kugelförmigen Arbeitsraumes.According to the basic idea of the invention, a wing-like piston rotates in a spherical working space and at the same time performs a back and forth movement. The conversion of the rotary movement of a drive shaft into a rotating and oscillating movement of the piston takes place through rotating and interlocking working elements within the spherical working space.

Die Kugelkolbenpumpe ist sehr kompakt und druckfest aufgebaut. In den kugelförmigen Arbeitsraum führen nur eine Antriebswelle und die notwendigen Einlaß- und Auslaßkanäle.The ball piston pump is very compact and pressure-resistant. Only one drive shaft and the necessary inlet and outlet channels lead into the spherical working chamber.

Die Antriebswelle ist fest mit einer relativ schmalen Antriebsscheibe verbunden, die den Kolben, im weiteren Drehkolben genannt, längs in zwei Hälften teilt und innerhalb des Drehkolbens pendelnd bewegbar ist. Der Drehkolben besitzt achsensymmetrisch zwei Flügel und ist in seiner Drehachse mit Hilfe eines abdichtenden Kolbenführungselementes in einem Führungsring drehbar gelagert. Der Führungsring ist ebenfalls drehbar in einem Durchmesser des kugelförmigen Arbeitsraumes der Kugelkolbenpumpe gelagert, jedoch mit einer ortsfesten Drehachse. Er teilt den kugelförmigen Arbeitsraum in zwei gleich große halbkugelförmige Arbeitskammern auf, so daß ein · Flügel des Drehkolbens in eine Arbeitskammer und der andere Flügel des Drehkolbens in die andere Arbeitskammer ragt.The drive shaft is firmly connected to a relatively narrow drive disk, which divides the piston, referred to below as the rotary piston, lengthwise into two halves and can move in an oscillating manner within the rotary piston. The rotary piston has two axially symmetrical vanes and is rotatably mounted in a guide ring on its axis of rotation with the help of a sealing piston guide element. The guide ring is also rotatably mounted in a diameter of the spherical working chamber of the ball piston pump, but with a fixed axis of rotation. It divides the spherical working chamber into two equally sized hemispherical working chambers, so that one vane of the rotary piston extends into one working chamber and the other vane of the rotary piston extends into the other working chamber.

Über die Antriebswelle und die Antriebsscheibe wird der Drehkolben zusammen mit dem Führungsring in Drehungen versetzt, wobei sich ein Flügel des Drehkolbens in der einen Arbeitskammer und der andere Flügel in der anderen Arbeitskammer dreht.-Die Form der Flügel ist dabei derart gestaltet, daßThe rotary piston is rotated together with the guide ring via the drive shaft and the drive disk, with one wing of the rotary piston rotating in one working chamber and the other wing rotating in the other working chamber. The shape of the wings is designed in such a way that

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sie dichtend an den halbkugelförmigen Innenräumen der Kammern entlanggleiten. Der Einsatz zusätzlicher Dichtungsmittel, z. B. Kolbenringe, ist möglich.They slide sealingly along the hemispherical interior of the chambers. The use of additional sealing agents, e.g. piston rings, is possible.

Eine pendelnde bzw. taumelnde Wirkung des Drehkolbens wird dann erzeugt, wenn die Antriebswelle zusammen mit der Drehachse der Antriebsscheibe gegenüber der Drehachse des Führungsringes um einen Winkel &agr; < 90° geneigt ist. Jetzt pendelt die Antriebsscheibe, die durch die Antriebswelle zwangsgeführt ist, in dem Drehkolben und der Drehkolben pendelt mit Hilfe des Kolbenführungselementes in dem Führungsring, welcher wiederum innerhalb des kugelförmigen Arbeitsraumes zwangsgeführt ist.A swinging or wobbling effect of the rotary piston is generated when the drive shaft together with the rotation axis of the drive disk is inclined relative to the rotation axis of the guide ring by an angle α < 90°. Now the drive disk, which is positively guided by the drive shaft, swings in the rotary piston and the rotary piston swings with the help of the piston guide element in the guide ring, which in turn is positively guided within the spherical working space.

Die Bewegung des Drehkolbens ist mit der Bewegung der Taumelscheibe der Kugelkolbenpumpen nach dem Stand der Technik zu vergleichen. Der Unterschied besteht aber in den Mitteln, mit denen diese taumelnde Bewegung erzeugt wird. Bei der Taumelscheibe erfolgt die Kraftübertragung durch relativ schmale Gleitgelenkflächen, welche, will man große Drücke und Kräfte übertragen, relativ breit ausgeführt werden müssen, was auf Kosten des wirksamen Arbeitsvolumens geht.The movement of the rotary piston can be compared with the movement of the wobble plate of the ball piston pumps according to the state of the art. The difference, however, lies in the means by which this wobbling movement is generated. With the wobble plate, the power is transmitted through relatively narrow sliding joint surfaces, which, if one wants to transmit large pressures and forces, must be made relatively wide, which comes at the expense of the effective working volume.

In der erfindungsgemäßen Lösung wird in den Kolben eine schmale pendelnde Antriebsscheibe, die mit relativ breiten Kraftübertragungsflächen ausgerüstet werden kann, eingesetzt. Auf diese Art und Weise wird der Arbeitsraum optimal ausgenutzt und die Reibung kann an dieser Stelle durch geeignete zusätzliche Mittel, z.B. Kugeln, und/oder eine gesonderte Schmierung verringert werden.In the solution according to the invention, a narrow oscillating drive disk, which can be equipped with relatively wide force transmission surfaces, is inserted into the piston. In this way, the working space is optimally utilized and the friction at this point can be reduced by suitable additional means, e.g. balls, and/or separate lubrication.

Durch die drehende und pendelnde Bewegung des Drehkolbens wird das zu fördernde Medium von einem Einlaßkanal (Ansaugen) zu einem Auslaßkanal (Ausstoßen) bewegt. Dieser Vorgang läuft synchron in den beiden halbkugelförmigen Arbeitskammern ab, wobei jede der Arbeitskammern mit je einem Einlaßkanal und einem Auslaßkanal versehen ist und die Arbeitskammern durch jeweils einen Flügel des Drehkolbens in zwei Förderkammern aufgeteilt werden. Der Einlaß- und der Auslaßkanal wird der-The rotating and oscillating movement of the rotary piston moves the medium to be pumped from an inlet channel (suction) to an outlet channel (exhaust). This process takes place synchronously in the two hemispherical working chambers, whereby each of the working chambers is provided with an inlet channel and an outlet channel and the working chambers are divided into two pumping chambers by a wing of the rotary piston. The inlet and outlet channels are therefore

art in die Arbeitskammer geführt, daß bei Bewegung des Drehkolbens immer nur ein Kanal pro Förderkammer freigegeben ist.into the working chamber in such a way that when the rotary piston moves, only one channel per delivery chamber is open at a time.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Kugelkolbenpumpe an Hand der Stellung des Drehkolbens bzw. der Winkelstellung des Führungsringes bei 0°, 90° und 180° beschrieben. Betrachtet wird jeweils nur eine der beiden analog aufgebauten halbkugelförmigen Arbeitskammern:The following describes the functionality of the ball piston pump based on the position of the rotary piston or the angular position of the guide ring at 0°, 90° and 180°. Only one of the two analogously constructed hemispherical working chambers is considered:

0°: Die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung ist durch den Flügel des Drehkolbens geschlossen. Die 1. Förderkammer besitzt ein minimales Fördervolumen und die 2. Förderkammer ein maximales Fordervolumen.0°: The inlet opening and the outlet opening are closed by the wing of the rotary piston. The 1st delivery chamber has a minimum delivery volume and the 2nd delivery chamber has a maximum delivery volume.

90°: Die Einlaßöffnung ist geöffnet und das Medium strömt in die sich vergrößernde 1. Förderkammer. Die Auslaßöffnung ist geöffnet und das Medium strömt aus der sich verkleinernden 2. Förderkammer.90°: The inlet opening is open and the medium flows into the enlarging 1st conveying chamber. The outlet opening is open and the medium flows out of the shrinking 2nd conveying chamber.

180°: Beide öffnungen sind geschlossen. Die 1. Förderkammer besitzt ein maximales Fördervolumen und die 2. Förderkammer ein minimales Fordervolumen. Die Stellung des Drehkolbens ist analog wie bei 0°, nur daß beide Förderkammern gegeneinander vertauscht sind.180°: Both openings are closed. The 1st delivery chamber has a maximum delivery volume and the 2nd delivery chamber has a minimum delivery volume. The position of the rotary piston is analogous to 0°, except that both delivery chambers are swapped.

Obwohl in der vorliegenden Erfindung der Aufbau und die Arbeitsweise einer Pumpe beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann naheliegend, die gleiche Anordnung auch als einen Motor zu verwenden.Although the structure and operation of a pump has been described in the present invention, it will be obvious to a person skilled in the art to use the same arrangement as a motor.

Durch den neuartigen Aufbau der Kugelkolbenpumpe, ihrer charakteristischen sinusförmigen Kennlinie und ihren konstruktionsbedingten Eigenschaften ist sie vielfältig einsetzbar. Ihr Hauptanwendungsbereich ist der der Hubkolbenpumpe gleichzustellen, jedoch mit erheblich höheren Leistungswerten.The innovative design of the ball piston pump, its characteristic sinusoidal characteristic curve and its design-related properties mean that it can be used in a wide variety of ways. Its main area of application is the same as that of the reciprocating piston pump, but with considerably higher performance values.

Durch die pendelnde, schraubenfömige Bewegung des Drehkolbens ist die Kugelkolbenpumpe besonders auch für die Förderung hochviskoser Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten mit festen Bestandteilen geeignet.Due to the pendulum, screw-shaped movement of the rotary piston, the ball piston pump is particularly suitable for pumping highly viscous liquids or liquids with solid components.

Werden zwei Kugelkolbenpumpen nach der Erfindung parallel, aber in ihrer Förderkennlinie um 90° versetzt betrieben, erhält man einen kontinuierlichen Förderstrom.If two ball piston pumps according to the invention are operated in parallel, but with their delivery characteristics offset by 90°, a continuous delivery flow is obtained.

über die Drehzahl ist die Kugelkolbenpumpe kontinuierlich steuerbar. Eine weitere Steuermöglichkeit wäre denkbar, wenn der Winkel der Antriebsachse zur Drehachse des Kolbenführungsringes veränderbar gestaltet wird.The ball piston pump can be continuously controlled via the speed. Another control option would be if the angle of the drive axis to the axis of rotation of the piston guide ring could be made variable.

Durch das konstruktionsbedingte Zweikammersystem mit getrennten Ein- und Auslaßkanälen können zwei gleiche oder auch unterschiedliche Medien synchron gefördert oder aber auch gemischt werden.The design-related two-chamber system with separate inlet and outlet channels allows two identical or different media to be conveyed synchronously or mixed.

Die erfindungsgemäße Kugelkolbenpumpe besitzt einen großen Anwendungsbereich. Sie ist einsetzbar in der Labor- und Medizintechnik z.B. als Mikropumpe oder Dosierpumpe, als Förderpumpe für öle und Benzin, als Wasserpumpe mit hoher Förderleistung, wie z. B. Lenzpumpen, Hauswasseranlagen oder Wasserstrahlantriebe für Boote. Weitere Anwendungen sind möglich für Kompressoren und Verdichter oder als Vakuumpumpe. Auch in der Steuer- und Regeltechnik ist die Kugelkolbenpumpe als hydraulisches oder pneumatisches Bauelement einsetzbar.The ball piston pump according to the invention has a wide range of applications. It can be used in laboratory and medical technology, e.g. as a micro pump or metering pump, as a feed pump for oils and petrol, as a water pump with a high delivery capacity, such as bilge pumps, domestic water systems or water jet drives for boats. Other applications are possible for compressors and condensers or as a vacuum pump. The ball piston pump can also be used in control and regulation technology as a hydraulic or pneumatic component.

An Hand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der erfinderischen Lösung näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the inventive solution is described in more detail using drawings. They show:

Fig. 1 Eine teilweise im Schnitt gezeichnete perspektivische Darstellung der Kugelkolbenpumpe.Fig. 1 A partially sectioned perspective view of the ball piston pump.

Fig. 2 Einen Schnitt A-A durch die Kugelkolbenpumpe nach Fig. 1 mit 0°-Stellung des Führungsringes für den Drehkolben.Fig. 2 A section A-A through the ball piston pump according to Fig. 1 with the guide ring for the rotary piston in the 0° position.

Fig. 3a Einen Schnitt A-A durch die Kugelkolbenpumpe nach Fig. 1 mit 90"-Stellung des Führungsringes für den Drehkolben.Fig. 3a A section A-A through the ball piston pump according to Fig. 1 with the guide ring for the rotary piston in the 90" position.

Fig. 3b Einen Schnitt B-B durch die Kugelkolbenpumpe nach Fig. 3a.Fig. 3b A section B-B through the ball piston pump according to Fig. 3a.

Fig. 4 Einen Schnitt A-A durch die Kugelkolbenpumpe nach Fig. 1 mit 180"-Stellung des Führungsringes für den Drehkolben.Fig. 4 A section A-A through the ball piston pump according to Fig. 1 with the guide ring for the rotary piston in the 180" position.

Fig. 5 Eine Darstellung des Führungsringes im Auf- und Seitenriß.Fig. 5 A representation of the guide ring in top and side views.

Fig. 6 Eine Darstellung des Drehkolbens im Auf- und Seitenriß. Fig. 6 A representation of the rotary piston in plan and side elevation.

Fig. 7 Eine Darstellung des Drehkolbenführungselementes.Fig. 7 A representation of the rotary piston guide element.

Fig. 8 Eine Darstellung der Antriebsscheibe in zwei möglichen Ausführungsformen.Fig. 8 A representation of the drive pulley in two possible embodiments.

Die erfindungsgemäße Kugelkolbenpumpe ist in Fig. 1 perspektivisch im Schnitt dargestellt. Sie besteht aus einem Gehäuse 1, das einen kugelförmigen Arbeitsraum 2 zur Aufnahme aller für den Pumpvorgang notwendigen Elemente umgibt. Zur besseren Montage besteht das kugelförmige Gehäuse 1 aus zwei Halbschalen la und Ib, die durch geeignete Mittel, z. B. eine verschraubte Flanschverbindung 7, miteinander verbunden sind. In das Gehäuse 1 führen öffnungen, von denen eine (in Fig. 1 nicht zu erkennen) zur Aufnahme einer Antriebswelle 8 dient und vier weitere, die als Einlaßkanäle 11a und lib und als Auslaßkanäle 12a und 12b nötig sind. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung der Ein- und Auslaßkanäle 11a, 11b, 12a, 12b gilt für den Linkslauf der Antriebswelle 8. Bei Drehrichtungsumkehr (Rechtslauf) sind 12a und 12b die Einlaßkanäle und 11a und 11b die Auslaßkanäle. Der Auslaßkanal 12b ist in der Darstellung nach Fig. 1 verdeckt und deshalb nicht zu erkennen .The ball piston pump according to the invention is shown in perspective in Fig. 1 in section. It consists of a housing 1 which surrounds a spherical working space 2 for accommodating all the elements required for the pumping process. For better assembly, the spherical housing 1 consists of two half shells 1a and 1b which are connected to one another by suitable means, e.g. a screwed flange connection 7. Openings lead into the housing 1, one of which (not visible in Fig. 1) serves to accommodate a drive shaft 8 and four others which are required as inlet channels 11a and 11b and as outlet channels 12a and 12b. The arrangement of the inlet and outlet channels 11a, 11b, 12a, 12b shown in Fig. 1 applies to anti-clockwise rotation of the drive shaft 8. When the direction of rotation is reversed (clockwise rotation), 12a and 12b are the inlet channels and 11a and 11b are the outlet channels. The outlet channel 12b is hidden in the illustration in Fig. 1 and therefore cannot be seen. .

Der kugelförmige Arbeitsraum 2 wird durch einen drehbar angeordneten Führungsring 3 in zwei halbkugelförmige Arbeitskammern 2a und 2b aufgeteilt, wobei die Drehachse 9 senkrecht auf der Ebene des Führungsringes 3 steht und innerhalb des Gehäuses 1 der Kugelkolbenpumpe ortsfest angeordnet ist. Mit Hilfe einer geeigneten Lagerung 17 ist der Führungsring 3 inThe spherical working space 2 is divided into two hemispherical working chambers 2a and 2b by a rotatably arranged guide ring 3, whereby the axis of rotation 9 is perpendicular to the plane of the guide ring 3 and is arranged in a fixed position within the housing 1 of the ball piston pump. With the help of a suitable bearing 17, the guide ring 3 is in

das kugelförmige Gehäuse 1, zweckmäßigerweise an der Stelle der Flanschverbindung 7, eingelassen.the spherical housing 1, conveniently embedded at the location of the flange connection 7.

Jede der durch die Anordnung des Führungsringes 3 gebildeten halbkugelförmigen Arbeitskammern 2a bzw. 2b besitzt jeweils einen Einlaßkanal 11a bzw. 11b und einen Auslaßkanal 12a bzw. 12b für das zu fördernde Medium.Each of the hemispherical working chambers 2a and 2b formed by the arrangement of the guide ring 3 has an inlet channel 11a and 11b and an outlet channel 12a and 12b for the medium to be conveyed.

Innerhalb des Führungsringes 3 ist ein Drehkolben 4, bestehend aus zwei Flügeln 4a und 4b und einem Kolbenführungselement 13, derart drehbar um eine Achse 14 angeordnet, daß die Ebene des Drehkolbens 4 die Ebene des Führungsringes 3 in ihrer Mitte derart durchschneidet, daß der eine Flügel 4a des Drehkolbens 4 in die erste halbkugelförmige Arbeitskammer 2a und der andere Flügel 4b des Drehkolbens 4 in die zweite halbkugelförmige Arbeitskammer 2b ragt. Der Winkel zwischen der Ebene des Führungsringes 3 und der Ebene des Drehkolbens 4 ist über die Achse 14 veränderbar.Within the guide ring 3, a rotary piston 4, consisting of two wings 4a and 4b and a piston guide element 13, is arranged so as to be rotatable about an axis 14 that the plane of the rotary piston 4 intersects the plane of the guide ring 3 in its center in such a way that one wing 4a of the rotary piston 4 projects into the first hemispherical working chamber 2a and the other wing 4b of the rotary piston 4 projects into the second hemispherical working chamber 2b. The angle between the plane of the guide ring 3 and the plane of the rotary piston 4 can be changed via the axis 14.

Der Drehkolben 4 besitzt in einer Ebene längs durch seine Flügel 4a, 4b eine Ausfräsung oder einen Schlitz 5, in den eine Antriebsscheibe 6 eingesetzt ist, welche sowohl innerhalb des Schlitzes 5 um eine Achse 15 senkrecht zur Ebene des Drehkolbens 4 bzw. der Antriebsscheibe 6 als auch um eine ortsfeste Achse 10 durch die Ebene der Antriebsscheibe 6 um die Antriebswelle 8 drehbar angeordnet ist. Zur Erreichung einer pendelnden Wirkung des Drehkolbens 4 ist die ortsfeste Achse 10 der Antriebsscheibe 6 zur Drehachse 9 des Führungsringes 3 um einen festen Winkel &agr; < 90°, vorzugsweise 45°, geneigt.The rotary piston 4 has a milled recess or a slot 5 in a plane running through its wings 4a, 4b, into which a drive disk 6 is inserted, which is arranged to rotate both within the slot 5 about an axis 15 perpendicular to the plane of the rotary piston 4 or the drive disk 6 and about a fixed axis 10 through the plane of the drive disk 6 around the drive shaft 8. To achieve a pendulum effect of the rotary piston 4, the fixed axis 10 of the drive disk 6 is inclined to the axis of rotation 9 of the guide ring 3 by a fixed angle α < 90°, preferably 45°.

Alle Achsen 9, 10, 14, 15 treffen sich im Mittelpunkt M des kugelförmigen Arbeitsraumes 2 der Kugelkolbenpumpe, wobei die Achsen 9 und 10 Rotationsachsen und die Achsen 14 und 15 Pendelachsen sind.All axes 9, 10, 14, 15 meet at the center M of the spherical working space 2 of the ball piston pump, whereby the axes 9 and 10 are rotation axes and the axes 14 and 15 are pendulum axes.

Die Wirkungsweise der Kugel kolbenpumpe wird an Hand der Zeichnungen Fig. 2 bis Fig. 4 erläutert.The operation of the ball piston pump is explained using the drawings Fig. 2 to Fig. 4.

In Fig, 2 ist die Kugel kolbenpumpe nach Fig. 1 in einem Schnitt A-A, der in der Ebene der Rotationsachse 9 des Führungsringes 3 liegt, dargestellt.In Fig. 2, the ball piston pump according to Fig. 1 is shown in a section A-A, which lies in the plane of the rotation axis 9 of the guide ring 3.

In dem Gehäuse 1 ist der Drehkolben 4 mit seinen beiden Flügeln 4a und 4b zu erkennen, der über das Kolbenführungselement 13 in dem Führungsring 3 gelagert ist. Innerhalb des Drehkolbens 4 ist die Antriebsscheibe 6 eingesetzt, die mit der Antriebswelle 8 verbunden ist. Die Antriebswelle 8 ist durch eine Bohrung 16 in dem Gehäuse 1 der Kugel kolbenpumpe festgelegt. Die Drehachse 10 der Antriebswelle 8, die auch durch die Ebene der Antriebsscheibe 6 führt, ist gegenüber der Drehachse 9 des Führungsringes 3 um einen Winkel &agr; = 45° geneigt. Der Führungsring 3 teilt den kugelförmigen Arbeitsraum 2 in zwei identische halbkugelförmige Arbeitskammern 2a und 2b, in denen sich die beiden Flügel 4a und 4b des Drehkolbens 4 bewegen.The rotary piston 4 with its two vanes 4a and 4b can be seen in the housing 1, which is mounted in the guide ring 3 via the piston guide element 13. The drive disk 6, which is connected to the drive shaft 8, is inserted inside the rotary piston 4. The drive shaft 8 is fixed by a bore 16 in the housing 1 of the ball piston pump. The axis of rotation 10 of the drive shaft 8, which also runs through the plane of the drive disk 6, is inclined at an angle α = 45° relative to the axis of rotation 9 of the guide ring 3. The guide ring 3 divides the spherical working space 2 into two identical hemispherical working chambers 2a and 2b, in which the two vanes 4a and 4b of the rotary piston 4 move.

Dreht sich die Antriebswelle 8 um die Achse 10, werden der Drehkolben 4 mit dem Führungsring 3 um die Achse 9 gedreht. Da der Drehkolben 4 der Antriebsachse 10 nicht ausweichen kann, bewegt sich die Antriebsscheibe 6 in dem Drehkolben 4 hin und her und vollführt neben einer um die Achsen 9 und 10 drehenden gleichzeitig eine um die Achse 14 pendelnde Bewegung. If the drive shaft 8 rotates around the axis 10, the rotary piston 4 with the guide ring 3 is rotated around the axis 9. Since the rotary piston 4 cannot avoid the drive axis 10, the drive disk 6 moves back and forth in the rotary piston 4 and, in addition to rotating around the axes 9 and 10, simultaneously performs a pendulum movement around the axis 14.

Der Führungsring 3 ist durch geeignete Mittel 17, zum Beispiel Kugel- oder Wälzlager, in dem Gehäuse 1 gelagert. Das kugelförmige Gehäuse 1 besteht zur Erleichterung der Montage der Kugelkolbenpumpe aus zwei Halbschalen la und Ib, die mittels Flanschen 18 und einer Schraubverbindung 19 zusammengefügt sind.The guide ring 3 is mounted in the housing 1 by suitable means 17, for example ball or roller bearings. To facilitate the assembly of the ball piston pump, the spherical housing 1 consists of two half shells 1a and 1b, which are joined together by means of flanges 18 and a screw connection 19.

In der Darstellung nach Fig. 2 befinden sich der Drehkolben 4 und der Führungsring 3 in einer Stellung, die als Ausgangsstellung bzw. O°-Stellung bezeichnet sein soll. Der Drehkolben 4 teilt die beiden Arbeitskammern 2a und 2b in jeweils zwei Förderkammern 20a und 21a sowie 20b und 21b. In der 0°- Stellung besitzen die Kammern 20a und 20b ein maximales Volumen und die Kammern 21a und 21b ein minimales Volumen. DieIn the illustration according to Fig. 2, the rotary piston 4 and the guide ring 3 are in a position which is to be referred to as the starting position or 0° position. The rotary piston 4 divides the two working chambers 2a and 2b into two delivery chambers 20a and 21a and 20b and 21b. In the 0° position, the chambers 20a and 20b have a maximum volume and the chambers 21a and 21b have a minimum volume. The

Einlaßkanäle lla und lib sind durch die Flügel 4a und 4b des Drehkolbens 4 geschlossen. Ebenfalls auch die Auslaßkanäle 12a .und 12b, die senkrecht zur Zeichnungsebene gegenüber den Einlaßkanälen lla und 11b angeordnet, aber in der Darstellung nach Fig. 2 nicht zu erkennen sind.Inlet channels 11a and 11b are closed by the vanes 4a and 4b of the rotary piston 4. Also closed are the outlet channels 12a and 12b, which are arranged perpendicular to the plane of the drawing opposite the inlet channels 11a and 11b, but cannot be seen in the illustration according to Fig. 2.

Dreht sich die Antriebswelle 8 um die Achse 10 in Uhrzeigerrichtung (Rechtslauf), bewegt sich auch der Führungsring 3 um die Achse 9 in die gleiche Richtung. Die Kammern 21a und 21b beginnen sich zu öffnen und saugen Medium durch die sich öffnenden Einlaßkanäle lla und 11b an. Gleichzeitig verkleinern sich die Kammern 20a und 20b und das sich in diesen Kammern befindliche Medium wird aus den sich öffnenden Auslaßkanälen 12a und 12b durch den sich um die Achsen 9 und 10 drehenden und um die Achse 14 pendelnden Drehkolben 4 herausgedrückt.If the drive shaft 8 rotates around the axis 10 in a clockwise direction (right rotation), the guide ring 3 also moves around the axis 9 in the same direction. The chambers 21a and 21b begin to open and suck in medium through the opening inlet channels 11a and 11b. At the same time, the chambers 20a and 20b shrink and the medium in these chambers is pressed out of the opening outlet channels 12a and 12b by the rotary piston 4 rotating around the axes 9 and 10 and oscillating around the axis 14.

In der Darstellung nach Fig. 3a und Fig. 3b hat sich der Führungsring 3 um seine Drehachse 9 um 90° gedreht. Fig. 3a zeigt den gleichen Schnitt wie in Fig. 2 und Fig. 3b einen Schnitt B-B in einer senkrechten Ebene dazu.In the illustration according to Fig. 3a and Fig. 3b, the guide ring 3 has rotated 90° around its axis of rotation 9. Fig. 3a shows the same section as in Fig. 2 and Fig. 3b a section B-B in a plane perpendicular to it.

Der Drehkolben 4 mit seinen beiden Flügeln 4a und 4b teilt die Arbeitskammern 2a und 2b in jeweils zwei gleich große Kammer- bzw. Fördervolumen 20a und 21a sowie 20b und 21b. Die Einlaßkanäle lla und 11b sind mit den Kammern 21a und 21b und die Auslaßkanäle 12a und 12b mit den Kammern 20a und 20b verbunden. The rotary piston 4 with its two wings 4a and 4b divides the working chambers 2a and 2b into two equally large chambers or delivery volumes 20a and 21a and 20b and 21b. The inlet channels 11a and 11b are connected to the chambers 21a and 21b and the outlet channels 12a and 12b are connected to the chambers 20a and 20b.

In Fig. 4 hat sich der Führungsring 3 um seine Drehachse 9 um 180° gedreht. Der Drehkolben 4 hat die gleiche Stellung wie in Fig. 2, nur um ebenfalls 180° um die Achse 9 gedreht. Die Kammern 21a und 21b haben ihr maximales Volumen erreicht und die Kammern 20a und 20b sind geschlossen (minimales Kammervolumen) .In Fig. 4, the guide ring 3 has rotated 180° around its axis of rotation 9. The rotary piston 4 has the same position as in Fig. 2, only also rotated 180° around the axis 9. The chambers 21a and 21b have reached their maximum volume and the chambers 20a and 20b are closed (minimum chamber volume).

Dreht sich nun die Antriebswelle 8 um die Achse 10 in Uhrzeigerrichtung weiter, wiederholt sich der Vorgang nach Fig. 2, jedoch mit vertauschten Förderkammern 20a, 20b, 21a, 21b. BeiIf the drive shaft 8 now rotates around the axis 10 in a clockwise direction, the process according to Fig. 2 is repeated, but with the delivery chambers 20a, 20b, 21a, 21b swapped.

einer Umdrehung des Führungsringes 3 um 360° wird also zweimal Medium angesaugt und ausgestoßen.With one rotation of the guide ring 3 by 360°, medium is sucked in and expelled twice.

Fig. 5 zeigt die Abbildung des Führungsringes 3 für den Drehkolben 4 im Auf- und Seitenriß. Er besteht im wesentlichen aus einer runden Scheibe 22 mit einem Durchbruch 23 zur Aufnahme des Kolbenführungselementes 13. Der Führungsring 3 ist von einem Lagerring 24 umfaßt, mit dem er in einer Nut innerhalb des kugelförmigen Arbeitsraumes 2 der Kugelkolbenpumpe drehbar gelagert ist. Der Lagerring 24 kann ein Kugel- oder Gleitlager sein.Fig. 5 shows the illustration of the guide ring 3 for the rotary piston 4 in plan and side elevation. It essentially consists of a round disk 22 with an opening 23 for receiving the piston guide element 13. The guide ring 3 is surrounded by a bearing ring 24 with which it is rotatably mounted in a groove within the spherical working chamber 2 of the ball piston pump. The bearing ring 24 can be a ball or plain bearing.

Ferner ist in dem Führungsring 3 ein Einsatz 25 zur abdichtenden Lagerung des Drehkolbens 4 (Fig. 6) mit dem Kolbenführungselement 13 (Fig. 7) vorgesehen.Furthermore, an insert 25 is provided in the guide ring 3 for sealingly supporting the rotary piston 4 (Fig. 6) with the piston guide element 13 (Fig. 7).

Eine zweckmäßige Form des Drehkolbens 4 ist in Fig. 6 dargestellt. Er besteht aus einem flachen Steg 26 und den beiden Flügeln 4a und 4b. Der flache Steg 26 dient zur Aufnahme des Kolbenführungselementes 13 (dargestellt in Fig. 7), mit dem der Drehkolben 4 im Führungsring 3 (Fig. 5) gelagert ist.A suitable form of the rotary piston 4 is shown in Fig. 6. It consists of a flat web 26 and the two wings 4a and 4b. The flat web 26 serves to accommodate the piston guide element 13 (shown in Fig. 7), with which the rotary piston 4 is mounted in the guide ring 3 (Fig. 5).

In der Ausführung nach Fig. 6 ist der Drehkolben 4 mit einem durchgehenden Schlitz 5 zur Aufnahme der Antriebsscheibe 6 (dargestellt in Fig. 8) versehen, der den Drehkolben 4 in zwei Hälften teilt. In einer anderen Ausführung muß dieser Schlitz 5 nicht unbedingt durchgehend sein. Es kann z. B. in der Mitte des Drehkolbens 4 eine kreisringförmige Verbindung 27 als feste Verbindung zwischen den beiden Drehkolbenhälften erhalten bleiben, zur Aufnahme einer sich um diese Verbindung 27 drehenden gabelförmigen Antriebsscheibe 6 (ebenfalls inIn the embodiment according to Fig. 6, the rotary piston 4 is provided with a continuous slot 5 for receiving the drive disk 6 (shown in Fig. 8), which divides the rotary piston 4 into two halves. In another embodiment, this slot 5 does not necessarily have to be continuous. For example, a circular ring-shaped connection 27 can be retained in the middle of the rotary piston 4 as a fixed connection between the two rotary piston halves, for receiving a fork-shaped drive disk 6 rotating around this connection 27 (also in

30' Fig. 8 dargestellt).30' Fig. 8).

Das in Fig. 7 gezeigte Kolbenführungselement 13 dient neben seiner Funktion als Drehlager für den Drehkolben 4 gleichzeitig als Abdichtungselement zwischen den beiden halbkugelförmigen Arbeitskammern 2a und 2b der Ku ge !kolbenpumpe. Es be-The piston guide element 13 shown in Fig. 7 serves, in addition to its function as a pivot bearing for the rotary piston 4, at the same time as a sealing element between the two hemispherical working chambers 2a and 2b of the ball piston pump. It

sitzt an seinen Enden Lagerzapfen 28 zur Lagerung in dem Führungsring 3 nach Fig. 5 und einen durchgehenden Schlitz 29 zur Aufnahme des Drehkolbens 4. Um die Montage des Kolbenführungselementes 13 zu erleichtern, wird dieser zweckmäßigerweise ebenfalls in zwei Hälften zerlegt, die über den Lagereinsatz 25 im Führungsring 3 durch die beiden Gehäusehalbschalen la und Ib des kugelförmigen Arbeitsraumes 2 zusammengehalten werden.At its ends there is a bearing pin 28 for mounting in the guide ring 3 according to Fig. 5 and a continuous slot 29 for receiving the rotary piston 4. In order to facilitate the assembly of the piston guide element 13, it is also expediently disassembled into two halves, which are held together by the two housing half shells la and lb of the spherical working chamber 2 via the bearing insert 25 in the guide ring 3.

In Fig. 8 sind zwei mögliche Varianten der Antriebsscheibe 6 beschrieben. Sie kann eine im wesentlichen runde oder elliptische Scheibenform 30 (durchgezogene Linie) oder eine Gabelform 31 (gestrichelte Linie) aufweisen. Bei der Gabelform 31 greift die U-förmige Rundung 32 um die kreisringförmige Verbindung 27 in dem Schlitz 5 des Drehkolbens 4 (dargestellt in Fig. 6). Mit der Antriebsscheibe 6 ist die Antriebswelle 8 fest verbunden.Two possible variants of the drive disk 6 are described in Fig. 8. It can have a substantially round or elliptical disk shape 30 (solid line) or a fork shape 31 (dashed line). In the fork shape 31, the U-shaped curve 32 grips the annular connection 27 in the slot 5 of the rotary piston 4 (shown in Fig. 6). The drive shaft 8 is firmly connected to the drive disk 6.

Darüber hinaus sind weitere Formen der Antriebsscheibe 6 im Zusammenhang mit einer entsprechenden Gestaltung der Ausfräsung oder des Schlitzes 5 in dem Drehkolben 4 denkbar.In addition, other shapes of the drive disk 6 are conceivable in connection with a corresponding design of the milled recess or the slot 5 in the rotary piston 4.

Zur leichteren Drehung der Antriebsscheibe 6 in dem Drehkolben 4, kann diese entweder aus einem selbstschmierenden Material gefertigt sein, eine separate Schmierung erhalten und/oder zur Verringerung der Reibung eingelassene Kugeln besitzen. To facilitate rotation of the drive disk 6 in the rotary piston 4, it can either be made of a self-lubricating material, have separate lubrication and/or have embedded balls to reduce friction.

Liste-der BezugszeichenList of reference symbols

Gehäuse der Kugelkolbenpumpe 1Housing of the ball piston pump 1

Gehäusehalbschalen la und IbHousing half shells la and Ib

Arbeitsraum der Kugelkolbenpumpe 2Working chamber of the ball piston pump 2

halbkugelförmige Arbeitskammern 2a und 2bhemispherical working chambers 2a and 2b

Führungsring 3Guide ring 3

Drehkolben 4Rotary piston 4

Flügel des Drehkolbens 4a und 4bWings of the rotary piston 4a and 4b

Schlitz im Drehkolben 5Slot in the rotary piston 5

Antriebsscheibe 6Drive pulley 6

Flanschverbindung 7Flange connection 7

Antriebswelle der Kugelkolbenpumpe 8Drive shaft of the ball piston pump 8

Drehachse des Führungsringes 9Rotation axis of the guide ring 9

Drehachse der Antriebswelle 10Rotation axis of the drive shaft 10

Einlaßkanäle lla und 11bInlet channels lla and 11b

Auslaßkanäle 12a und 12bOutlet channels 12a and 12b

Kolbenführungselement 13Piston guide element 13

Drehachse des Kolbenführungselementes 14Rotation axis of the piston guide element 14

Drehachse der Antriebsscheibe 15 Bohrung für die Antriebswelle 16 Lagerung für den Führungsring 17 Flansche zur Verbindung der Gehäusehalbschalen 18Rotation axis of the drive disk 15 Hole for the drive shaft 16 Bearing for the guide ring 17 Flanges for connecting the housing half shells 18

Schraubverbindung Gehäuse 19Screw connection housing 19

Förderkammer 1 (2a) 20a und 21aDelivery chamber 1 (2a) 20a and 21a

Förderkammer 2 (2b) 20b und 21bDelivery chamber 2 (2b) 20b and 21b

Scheibe des Führungsringes 22Guide ring disc 22

D .;. &lgr;.·■..'"■■· D .;. &lgr;.·■..'"■■·

Durchbruch im Führungsring 23Breakthrough in the guide ring 23

Lagerung des Führungsringes 24Bearing of the guide ring 24

Lagereinsatz Führungsring 25Bearing insert guide ring 25

Steg am Drehkolben 26Bridge on rotary piston 26

kreisringförmige Verbindung im Drehkolben 27circular connection in the rotary piston 27

Lagerzapfen am Kolbenführungselement 28Bearing pin on piston guide element 28

Schlitz im Kolbenführungselement 29Slot in piston guide element 29

runde Scheibenform der Antriebsscheibe 30round disk shape of the drive disk 30

Gabelform der Antriebsscheibe 31Fork shape of the drive disc 31

U-förmige Rundung in der Antriebsscheibe 32U-shaped curve in the drive pulley 32

Claims (17)

SchutzansprücheProtection claims 1. Kugelkolbenpumpe mit einem durch ein Gehäuse gebildeten kugelförmigen Arbeitsraum, mindestens einem getrennten Zu- und Ablauf für das zu fördernde Medium und einem von außen antreibbaren Drehkolben, der den Arbeitsraum abwechselnd vergrößert (Ansaugphase) und verkleinert (Ausstoßphase), dadurch gekennzeichnet, daß 1. Ball piston pump with a spherical working chamber formed by a housing, at least one separate inlet and outlet for the medium to be pumped and an externally driven rotary piston which alternately enlarges (suction phase) and reduces (discharge phase) the working chamber, characterized in that &mdash; der kugelförmige Arbeitsraum (2) durch einen drehbar angeordneten Führungsring (3) in zwei halbkugelförmige Arbeitskammern (2a, 2b) geteilt ist, wobei die Drehachse (9) senkrecht auf der Ebene des Führungsringes (3) steht und innerhalb des Gehäuses (1) der Kugelkolbenpumpe ortsfest angeordnet ist,- the spherical working chamber (2) is divided into two hemispherical working chambers (2a, 2b) by a rotatably arranged guide ring (3), the axis of rotation (9) being perpendicular to the plane of the guide ring (3) and being arranged in a fixed position within the housing (1) of the ball piston pump, &mdash; jede halbkugelförmige Arbeitskammer (2a und 2b) je einen getrennten Einlaßkanal (11a bzw. lib) und je einen getrennten Auslaßkanal (12a bzw. 12b) für das zu fördernde Medium besitzt,- each hemispherical working chamber (2a and 2b) has a separate inlet channel (11a or 11b) and a separate outlet channel (12a or 12b) for the medium to be conveyed, &mdash; innerhalb des Führungsringes (3) der Drehkolben (4), bestehend aus zwei Flügeln (4a, 4b), drehbar um eine Achse (14) angeordnet ist, indem die Ebene des Drehkolbens (4) die Ebene des Führungsringes (3) in ihrer Mitte derart durchschneidet, daß der eine Flügel (4a) des Drehkolbens (4) in die erste halbkugelförmige Arbeitskammer (2a) und der andere Flügel (4b) des Drehkolbens (4) in die zweite halbkugelförmige Arbeitskammer (2b) ragt, und der Winkel zwischen der Ebene des Führungsringes (3) und der Ebene des Drehkolbens (4) veränderbar ist,- within the guide ring (3) the rotary piston (4), consisting of two wings (4a, 4b), is arranged so as to be rotatable about an axis (14), in that the plane of the rotary piston (4) intersects the plane of the guide ring (3) in its middle in such a way that one wing (4a) of the rotary piston (4) projects into the first hemispherical working chamber (2a) and the other wing (4b) of the rotary piston (4) projects into the second hemispherical working chamber (2b), and the angle between the plane of the guide ring (3) and the plane of the rotary piston (4) is variable, &mdash; der Drehkolben (4) längs der Ebene durch seine Flügel (4a, 4b) eine Ausfräsung oder einen Schlitz (5) besitzt und diesen symmetrisch, teilweise oder auch vollständig durchteilt,- the rotary piston (4) has a milled recess or a slot (5) along the plane through its wings (4a, 4b) and divides this symmetrically, partially or completely, &mdash; in den Schlitz (5) des Drehkolbens (4) eine Antriebsscheibe (6) eingesetzt ist, welche sowohl innerhalb des&mdash; a drive disk (6) is inserted into the slot (5) of the rotary piston (4), which drive disk (6) is located both inside the *
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Schlitzes (5) um eine Achse (15) senkrecht zur Ebene des Drehkolbens (4) bzw. der Antriebsscheibe (6) als auch um eine ortsfeste Achse (10) durch die Ebene der Antriebsscheibe (6) drehbar angeordnet ist, wobei die 5 ortsfeste Achse (10) der Antriebsscheibe (6) zu der Drehachse (9) des Führungsringes (3) um einen festen Winkel &agr; < 90° geneigt ist,Slot (5) is arranged to rotate about an axis (15) perpendicular to the plane of the rotary piston (4) or the drive disk (6) as well as about a fixed axis (10) through the plane of the drive disk (6), wherein the 5 fixed axis (10) of the drive disk (6) is inclined to the axis of rotation (9) of the guide ring (3) by a fixed angle α < 90°, &mdash; die Antriebsscheibe (6) eine Antriebswelle (8) besitzt, welche durch eine Bohrung (16) durch das Gehäuse (1) der Kugelkolbenpumpe geführt ist.&mdash; the drive disk (6) has a drive shaft (8), which is guided through a bore (16) through the housing (1) of the ball piston pump.
2. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (4a, 4b) des Drehkolbens (4) die Form von Halbkreisscheiben besitzen und so groß sind, daß sie dicht an der Innenwand des kugelförmigen Gehäuses (1) vorbeistreifen.2. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the vanes (4a, 4b) of the rotary piston (4) have the shape of semicircular disks and are so large that they pass closely along the inner wall of the spherical housing (1). 3. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (4a, 4b) des Drehkolbens (4) eine ausreichende Dicke zur Aufnahme der Antriebsscheibe (6) und zum sicheren Verschließen der Einlaß- und Auslaßkanäle (11a, 11b, 12a, 12b) besitzen und mit einer Geometrie versehen sind, die ein optimales öffnen und Verschließen der Arbeitskammern (2a, 2b) bzw. der Förderkammern (20a, 20b, 21a, 21b) bewirken.3. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the vanes (4a, 4b) of the rotary piston (4) have a sufficient thickness to accommodate the drive disk (6) and to securely close the inlet and outlet channels (11a, 11b, 12a, 12b) and are provided with a geometry that brings about optimal opening and closing of the working chambers (2a, 2b) or the delivery chambers (20a, 20b, 21a, 21b). Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (4a, 4b) des Drehkolbens (4) schaufelartig ausgeformt sind.Ball piston pump according to claim 3, characterized in that the wings (4a, 4b) of the rotary piston (4) are shaped like shovels. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung des Drehkolbens (4) zum Gehäuse (1) der Kugelkolbenpumpe und des Kolbenführungselementes (13) zum Führungsring (3) eine paßgenaue Gleitdichtung ist.Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the seal of the rotary piston (4) to the housing (1) of the ball piston pump and of the piston guide element (13) to the guide ring (3) is a precisely fitting sliding seal. 6. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung des Drehkolbens (4) zum Gehäuse (1) der Kugelkolbenpumpe und des Kolbenführungselementes (13) zum Führungsring (3) durch zusätzliche Dichtlippen oder leisten erfolgt.6. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the sealing of the rotary piston (4) to the housing (1) of the ball piston pump and the piston guide element (13) to the guide ring (3) is carried out by additional sealing lips or strips. 7. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (17, 24) des Führungsringes (3) in dem Gehäuse (1) der Kugelkolbenpumpe ein Gleit- oder Wälzlager ist.7. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the bearing (17, 24) of the guide ring (3) in the housing (1) of the ball piston pump is a plain or rolling bearing. 8. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (25, 28) des Kolbenführungselementes (13) in dem Führungsring (3) ein Gleit- oder Wälzlager ist.8. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the bearing (25, 28) of the piston guide element (13) in the guide ring (3) is a plain or rolling bearing. 9. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (6) innerhalb des Drehkolbens (4) reibungsarm gelagert ist.9. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the drive disk (6) is mounted with low friction within the rotary piston (4). 10.Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (6) mit einem selbstschmierenden Material beschichtet ist.10. Ball piston pump according to claim 9, characterized in that the drive disk (6) is coated with a self-lubricating material. 11.Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Lagerung der Antriebsscheibe (6) ein zusätzliches Schmiermittel in den Schlitz (5) zwischen der Antriebsscheibe (6) und dem Drehkolben (4) eingebracht ist.11. Ball piston pump according to claim 9, characterized in that an additional lubricant is introduced into the slot (5) between the drive disk (6) and the rotary piston (4) for the bearing of the drive disk (6). 12. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (6) innerhalb des Drehkolbens (4) durch Rollelemente ähnlich einem Kugellager gelagert ist12. Ball piston pump according to claim 9, characterized in that the drive disk (6) is mounted within the rotary piston (4) by rolling elements similar to a ball bearing It '-It '- und die Rollelemente in die Antriebsscheibe (6) eingelas sen sind.and the rolling elements are embedded in the drive disk (6). 13.Kugelkolbenpumpe nach Anspruch I7 dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (6) eine im wesentlichen runde oder elliptische Form (30) besitzt.13. Ball piston pump according to claim 17 , characterized in that the drive disk (6) has a substantially round or elliptical shape (30). 14.Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (6) eine Gabelform (31) besitzt.14. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the drive disk (6) has a fork shape (31). 15. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (5) und die Antriebsscheibe (6) derart gestaltet sind, daß der Schlitz (5) bei jeder Stellung des Drehkolbens (4) außerhalb der öffnungen für die Einlaß- und Auslaßkanäle (Ha, Hb, 12a, 12b) angeordnet ist.15. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the slot (5) and the drive disk (6) are designed in such a way that the slot (5) is arranged outside the openings for the inlet and outlet channels (Ha, Hb, 12a, 12b) in every position of the rotary piston (4). 16. Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) der Kugelkolbenpumpe aus zwei HaIbschalen (la, Ib) besteht, die mittels einer Flanschverbindung (7) verbunden sind.16. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that the housing (1) of the ball piston pump consists of two half shells (la, 1b) which are connected by means of a flange connection (7). 17.Kugelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle der Bohrung (16) für die Antriebswelle (8) ein kreis- oder ringförmiges Steuerorgan in das Gehäuse (1) druckdicht und drehbar eingelassen ist, mit dem der Winkel &agr; zwischen der ortsfeste Achse (10) der Antriebsscheibe (6) und der Drehachse (9) des Führungsringes (3) zur Steuerung der Förderleistung veränderbar ist.17. Ball piston pump according to claim 1, characterized in that at the location of the bore (16) for the drive shaft (8) a circular or ring-shaped control element is inserted into the housing (1) in a pressure-tight and rotatable manner, with which the angle α between the stationary axis (10) of the drive disk (6) and the axis of rotation (9) of the guide ring (3) can be changed to control the delivery rate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999034115A1 (en) * 1997-12-31 1999-07-08 Ki Ho Mang Pump

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WO1999034115A1 (en) * 1997-12-31 1999-07-08 Ki Ho Mang Pump

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