DE2064429A1

DE2064429A1 - Kugelförmige Rotationspumpe

Info

Publication number: DE2064429A1
Application number: DE19702064429
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. P F04c 15-00 ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1972-01-27
Also published as: FR2074478A5

Description

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. 22S341 TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHAUSER

8 MÜNCHEN 2.

45 708-3

HIDEKI NISHIOKA, KAlA GAWA,

JAPAN

Kugelförmige Rotationspumpe

Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe, deren Pumpwirkung durch ein umlaufendes Wandteil in einer Arbeitskammer hervorgerufen wird, die sich in einem Gehäuse befindet, dessen Innenwandung kugelförmig ist, und das mit Einlaß- und Auslaßöffnungen versehen ist.

Bei normalen Rotationspumpen 1st die Innenwandung des Gehäuses zylindrisch oder ähnlich geformt, so daß der gesamte Körper verglichen mit der je Umdrehung geförderten Fluidmenge groß ist. Ferner ist während des Betriebs bei derartigen Konstruktionen die Temperaturverteilung in der Pumpe ungleichmäßig. Mit einer hin- und hergehenden Bewegung arbeitende Pumpen oder

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Kolbenpumpen haben darüberhinaus die Nachteile, daß das Fluid

daß
pulsierend fließt und/eine Ventileinrichtung vorgesehen werden muß. Wird die Arbeitskammer einer Pumpe kugelförmig ausgeführt, so enthält die Pumpe eine umlaufende Wand, deren RotationsZentrum durch den Mittelpunkt der kugelförmigen Arbeitskammer verläuft. Die Pumpe wird durch Drehung der drehbaren Wand betrieben. Hierbei treten die oben genannten Nachteile nicht auf. Bisher ist Jedoch eine zufriedenstellen! arbeitende kugelförmige Rotationspumpe nicht bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kugelförmige Rotationspumpe zu schaffen, bei der die Innenwandung der Arbeitskammer kugelförmig ist, und bei der in der Kammer eine drehbare oder umlaufende Wand vorgesehen ist, die mittels zweier in der Kammer aufgenommener Kegelzahnräder in der gleichen Richtung um den Mittelpunkt der kugelförmigen Kammer in gleitendem Kontakt mit der Innenwandung derselben in Drehung versetzt wird.

Die erfindungsgemäße kugelförmige Rotationspumpe enthält ein eine Arbeitskammer bildendes Gehäuse, dessen Innenwandung die Form einer Kugel mit dem Radius r besitzt. Sie zeichnet sich aus durch eine konzentrisch zur Mitte der Kugelebene angeordnete kleine Kugel, durch zwei KegelZahnräder mit dem Radius R, deren Rotaionsachsen durch den Mittelpunkt der Kugelebene verlaufen und gegeneinander um einen Winkel von weniger als 18O versetzt sind und sich in dichtem gegenseitigem Eingriff in der Arbeitskammer in entgegengesetzten Richtungen drehen, wobei an den Enden der Ke gel zahnrad er eine Vertiefung vorgesehen ist, die in enger Berührung mit der Außenwandung der kleinen Kugel steht, durch wenigstens eine luftdicht durch das Gehäuse hindurchgehende Außenwelle zum Antrieb der Kegelzahnrader, durch zwei gekrümmte Nuten, die durch die Mitte der KegelZahnräder in Richtung des Durchmessers verlaufen und in der gleichen Ebene liegen, wenn die Kegel-

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Zahnräder miteinander in Eingriff stehen, durch eine klappbare umlaufende Wandung, die aus zwei halbkreisförmigen Plattenteilen besteht, deren Außen- und Innenradius vom Kegelmittelpunkt gleich sind dem fiadius der Kugelebene der Arbeitskammer bzw. dem Eadius der kleinen Kugel und die längs der Kante des Durchmessers schwenkbar und mit veränderlichen Winkeln gegeneinander einstellbar sind und durch Saug- und Auslaßöffnungen für ein Fluid, die mit der Arbeitskammer mit der stationären Wandung in Verbindung stehen, die durch die beiden miteinander in Eingriff liegenden und dazwischen angeordneten KegelZahnräder begrenzt wird, wobei " die Beziehung R = r · sin 1/2 oc besteht, wobei die klappbare umlaufende Wandung sich um die stationäre Wandung dreht, die durch die beiden miteinander in Eingriff stehenden Kegelzahnräder gem. ihrer Drehung begrenzt wird, und wobei die äußere und innere Umfangswandung der beiden zusammengesetzten halbkreisförmigen Platt ent eile in Gleitkontakt mit der kugelförmigen Innenwandung der Arbeitskammer bzw. der Außenwandung der kleinen Kugel gehalten wird, so daß sich eine Pumpwirkung ergibt.

Bei der erfindungsgemäßen Rotationspumpe kann der Fluiddurchsatz Je Pumpenumdrehung erhöht werden und der Gesamtkörper der Pumpe ist kompakt und von verhältnismäßig einfachem Aufbau. g Ferner ist es möglich, die Pulsationen des durch die Pumpe strömenden Fluids zu verringern und eine gleichmäßige Wärmeübertragung von der Arbeitskammer zu erzielen. Die erfindungsgemäße Pumpe ist durch zweckmäßige Xnderung des Winkels cC vielfältig anwendbar, beispielsweise in"Stromungsmessem, von außen gezündeten oder beheizten Maschinen, Verbrennungsmaschinen, Dampfmaschinen und dergleichen. " \

Anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläuteerb. Es zeigen:

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Fig. 1 die Innenkonstruktion der Arbeitskammer einer erfindungsgemäßen Rotationspumpe, wobei ein Teil des Gehäuses im Schnitt dargestellt ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die klappbare umlaufende Wandung der Fig. 1, wobei die beiden halbkreisförmigen Plattenteile in der gleichen Ebene liegen.;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen;

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen;

Fig. 5 einen Fig. 1 entsprechenden Querschnitt, wobei die äußeren Antriebwellen der Fig. 1 jeweils um 30° in Richtung der Pfeile gedreht sind;

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 1 in Richtung der Pfeile gesehen; und

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 1, in Richtung der Pfeile gesehen.

Gemäß Fig. 1 besteht das Gehäuse 10 der Pumpe aus einem in der Darstellung der Fig. 1 rechts gelegenen Gehäuseteil 10a und einem links gelegenen Gehäuseteil 10b, die mittels Bolzen 11 zu einem gemeinsamen Teil verbunden und abgedichtet sind und eine Arbeitskammer 13 begrenzen, deren Innenwandung die Form einer Kugel mit dem Radius r besitzt. Konzentrisch zur Mitte 14 der Kugelebene liegt eine kleine Kugel 15. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind in der Arbeitskammer 13 zwei Kegelräder 16a und i6b angeordnet, deren Rotationsachsen durch den Kugelmittelpunkt 14 verlaufen und gegeneinander um einen Winkel von weniger als 18O versetzt sind. Die Kegelräder 16a und 16b mit dem Radius R stehen längs einer-Linie 7-7 (Fig. 1) dicht miteinander in Eingriff. Am Ende 17 3-edes-Kegelrades ist eine Vertiefung ausgebildet, deren Innenwandung in gleitendem Kontakt mit der Außenwandung der kleinen Kugel 15 steht (Fig. 7). Die Kugel 15 wird also von den beiden Vertiefungen umfaßt. An den Kegelrädern 16a und 16b sind äußere Antriebswellen 18a bzw. 18b befestigt, die Richtung der

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Pfeile 19a und 19b umlaufen. Die Kegelräder 16a und 16b laufen also ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen um. Die Außenwellen 18a und 18b sind in Kugellagern 20 gelagert. Wird bei der Herstellung eine der durch das Gehäuse hindurchgehenden äußeren Antriebswellen weggelassen, beispielsweise die Antriebswelle 18a, und werden beide Kegelräder durch die andere Welle 18b allein angetrieben, so ist die hermetische Abdichtung des Gehäuses weniger schwierig. Die Kegelräder 16a und 16b haben gekrümmte Nuten 23, die in Richtung des Durchmessers durch die Mitte verlaufen (Fig. 6). Die Nuten 23 sind so bemessen, daß sie in die gleiche Ebene gebracht werden können, wenn die Kegelräder 16a und 16b in gegenseitigem Eingriff umlaufen. Mit 24a und 24b sind halbkreisförmige Plattenteile bezeichnet, deren gekrümmte Teile durch die gebogenen Nuten 23 gleiten. Werden die Nuten 23 in die gleiche Ebene gebracht, so nehmen die beiden halbkreisförmigen Plattenteile 24a und 24b zusammen die Form eines Kreises an (Fig. 2). ^;

Die Querschnitte längs der Linien 3-3 und 4-4 in Fig. 2 sind in den Figuren 3 bzw. 4 gezeigt. Das halbkreisförmige Plattenteil 24a besitzt ein im Querschnitt kreisförmiges Scharnierteil 25a, das halbkreisförmige Plattenteil 24b ein festes Soharnierteil 25b mit ebenfalls kreisförmigem Querschnitt. Die Soharnierteile 25a und 25b wirken zusammen als Scharnier, d. h., sie nehmen stets eine bestimmte säulenartige Form an, wenn sich die halbkreisförmigen Plattenteile 24a und 24b um eine durch die Kugelmitte 14 verlaufende Linie entsprechend der Drehung der Kegelräder 16a und 16b mit veränderlichen Winkeln drehen. Gewünscht enfalls können die beiden Scharnierteile 25a und 25b drehbar miteinander verbunden werden, indem durch ihre Mitte eine Achse geführt' wird, so daß sich eine normale Scharnierkonstruktion ergibt. Die beidenhalbkreisförmigen Plattenteile 24a und 24b bilden zusammen eine klappbare umlaufende Wand 24.

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Der Außen- und Innenradius der Plattenteile sind im wesentlichen gleich dem Radius r der kugelförmigen Wandung der Arbeitskammer 13 bzw. dem Radius der kleinen Kugel 15· Die äußere ümfangswandung 28 (Fig. 3 und 4) des Plattenteils hat im wesentlichen die gleiche"Krümmung wie die kugelförmige Wandung der Arbeitskammer 13 mit dem Radius r. Die Innenwandung 29 des Plattenteils hat im wesentlichen die gleiche Krümmung wie die Außenwand der kleinen Kugel I5. Die Stärke des Plattenteils ist so bemessen, daß es frei durch die gekrümmte Nut in Richtung der Pfeile 30 in Fig. 6 hin- und zurückgleiten kann, und daß ein möglichst geringes Spiel zwischen der Innenwandung der gebogenen NUt 23 und der Außenwandung des Plattenteils besteht.

Pig. 5 zeigt die Lage der klappbaren drehbaren Wand 24 wenn sich die Kegelräder 16a und 16b in Richtung der Pfeile 19a bzw. 19b aus ihren in Pig. 1 gezeigten Stellungen um 30° drehen. Die Gleitfläche zwischen der Innenwandung der klappbaren umlaufenden Wand 24 und der Außenwandung der kleinen Kugel 15 ist mit bezeichnet.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, die einen Querschnitt des ■ inneren der Arbeitskammer 13 längs der Linie 7-7 in Fig.1 in Richtung der Pfeile zeigt, weist das Gehäuse 10 eine Ansaugöff- ·■ nung 34 und eine Auslaßöffnung 35 für ein Fluid auf, die mit der Arbeitskammer 13 in Verbindung stehen.

Die klappbare umlaufende Wand 24 dreht sich in Richtung des Pfeils 36 in Fig. 7, wobei die Außenwände der Plattenteile 24aund 24b an der kugelförmigen Innenwand 12 der Arbeitskammer : 13 gleiten. Während der Drehung der klappbaren Wand 24 verändern die beiden halbkreisförmigen Plattenteile 24aund 24b frei ihren gegenseitigen Winkel innerhalb des Bereiches * (18O° - cc ) auf der Basis der Stellung, in der die Scharnierteile 25a und 25b im

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Winkel von 18O° 2meinander stehen, also der Stellung, in der sie gegenüber der Mittellinie einer durch die beiden Scharnierteile 25a und 25b gebildeten Säule in dergleichen Ebene liegen. Während der Drehung der klappbaren Wand 24 können die Plattenteile 24a und 24b unter Einwirkung einer durch die Drehung der Kegelräder 16a und 16b erzeugten Kraft in Richtung des Pfeils 30 in Fig. 6 hin-und zurückgleiten. Dementsprechend kann die klappbare umlaufende Wand 24 sich in der von der Zusammensetzung der Rotationskräfte der Kegelräder 16a und 16b abgeleiteten oder zusammengesetzten Richtung drehen. Hierbei bilden die dicht miteinander in Eingriff stehenden Kegelräder 16a und 16b eine Art stationäre Wandung in der Arbeitskammer 13, so daß die klappbare drehbare Wand 24 sich um die stationäre Wand dreht und eine Pumpwirkung auf das durch die Ansaugöffnung 34 einströmende und durch die Auslaßöffnung 35 ausströmende Fluid ausübt.

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Claims

PATENTANSPRUCH

Rotationspumpe mit einem umlaufenden Wandteil in einer Arbeitskammer, die durch ein Gehäuse begrenzt wird, dessen Innenwandung die Form einer Kugel mit dem Radius r besitzt und mit einer Ansaug- und einer Auslaßöffnung für ein Fluid, gekennzeichnet durch eine konzentrisch zur Mitte der Kugelebene liegende kleine Kugel -(15) durch zwei Kegelzahnräder (16a, 16b) mit dem Radius R, deren Rotationsachsen durch die Mitte der Kugelebene verlaufen, gegeneinander um einen Winkel oc{oc< 18O°) versetzt sind und in der Arbeitskammer in dichtem Eingriff in entgegengesetzten Richtungen umlaufen, wobei die KegelZahnräder an ihren Enden (17) jeweils mit einer Vertiefung versehen sind, die die Außenwand der kleinen Kugel (15) berühren, durch wenigstens eine., äußere: durch das Gehäuse (10) luftdicht geführte Antriebswelle (28b) zum Antrieb der Kegelzahnräder (16a, 16b), und durch zwei gebogene Nuten (23), die Je so in den Kegelzahnrädern (i6a, 16b) ausgebildet sind, daß sie sich durch die Mitte des Kegelzahnrads in Richtung seines Durchmessers erstrecken und in die gleiche Ebene gebracht werden, wenn die Kegelzahnrader mit einander in Eingriff stehen, wobei das Wandteil aus einer klappbaren umlaufenden Wand (24) aus zwei halbkreisförmigen Plattenteilen (24a, 24b) besteht, deren Außen- und Innenradius von der Kugelmitte im wesentlichen gleich sind dem Radius der kugelförmigen Arbeitskammer bzw. dem Radius der kleinen Kugel (15)» deren gekrümmte Teile durch die gebogenen Nuten (23) gleiten, und die längs des Durchmessers mit klappbaren Teilen (25a, 25b) versehen sind, und deren gegenseitiger Winkel veränderlich ist, wobei die Ansaug- und die Auslaßöffnung für das Fluid mit der Arbeitskammer in Verbindung stehen, wobei die Arbeitskammer eine durch die beiden miteinander in Eingriff stehenden, dazwischen liegenden Kegelzahnräder (I6a, 16b) gebildete stationäre Wand aufweist, wobei die Größen R, r

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und cc gemäß R = r sin 1/2«. miteinander in Beziehung stehen, und wobei die klappbare umlaufende Wand (24·) entsprechend der Drehung der Ke gel Zahnräder (16a, I6t>) sich um die stationäre Wand dreht, wobei die äußere und innere Umfangswand der beiden halbkreisförmigen Plattenteile (24a, 24b) auf der kugelförmigen Innenwand (12) der Arbeitskammer (13) bzw. der Außenwand der kleinen Kugel (15) gleiten, so daß sich eine Pumpwirkung ergibt.

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