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Pumpe, Verdichter od. dgl. mit kreisenden Kolben.
Die Erfindung betrifft eine Ausgestaltung von Pumpen, Verdichtern od. dgl. mit kreisenden Kolben, die aus zwei ineinander greifenden Zahnkränzen eines angetriebenen äusseren Rades und eines von diesem mitgenommenen inneren Rades bestehen und gegen deren eine Stirnfläche eine axial verschiebbare Dichtungsplatte z.
B. durch eine Feder, durch Flüssigkeitsdruck oder durch beide gleichzeitig angedrückt wird. Gemäss der Erfindung ist die axial verschiebbare Platte in das Pumpengehäuse dichtend so eingesetzt, dass dessen Innenraum in zwei Kammern unterteilt wird, nämlich eine Arbeitskammer für die gezahnten Kolben und eine Druckkammer, dass ferner die Abschlussplatte zwar verdrehbar ist, während des normalen Betriebes aber gegen Verdrehung festgehalten wird, dass der Druck der Flüssigkeit auf die freie Rückfläche der Platte wirkt und dass die Druckkammer sowohl mit den zwischen den Verzahnungen ent- stehenden Verdichtungskammern wie auch mit der Auslassöffnung der Pumpe in Verbindung steht.
Solange auf der Saug-wie auf der Druckseite der Pumpe bloss atmosphärischer Druck herrscht, kann die Platte durch eine Feder ganz leicht angedrückt werden, so dass die sich drehenden Elemente leicht anlaufen. Sobald der Förderdruck entsteht, kann dieser zur Gänze oder zum Teile herangezogen werden, um die Wirkung der Feder zu unterstützen und der Anpressungsdruck steigert sich dann mit dem Zunehmen des Förderdruckes. Beim Betriebe der Pumpe wirkt der Druck von innen nur auf jenen Teil der inneren Plattenfläche, der die Verdichtungskammern abschliesst, während derselbe Druck von aussen auf die ganz freie Fläche der Platte gleichmässig verteilt wirkt. Infolge dessen ist der die Abdichtung bewirkende Überdruck erheblich grösser.
Die Erfindung bezweckt ferner eine Regelung des Druckes in den Verdichtungskammern, was dadurch erreicht wird, dass die Dichtungsplatte mit einer Ausströmöffnung versehen ist, die mit einem Teile der Verdichtungskammern zusammenfällt und dass die Einstellung dieser Öffnung gegenüber dem Fusspunkte der Zahnelemente (Berührungspunkt der Teilkreise beider Zahnkränze) oder umgekehrt die Einstellung dieses Punktes gegenüber der Ausströmöffnung verändert werden kann. Die erstgenannte Regelungsart kann zweckmässig derart bewerkstelligt werden, dass man die Platte verdrehbar macht, um deren Ausströmöffnung dem Fusspunkte nähern oder von diesem entfernen zu können.
Im zweiten Falle wird die axial verschiebbare Platte gegen Verdrehung gesichert, somit auch die Stellung ihrer Aus-
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arten kann der Druck in den Verdichtungskammern so geregelt werden, dass er ungefähr gleich ist dem im Pumpenauslass herrschenden. Es ist daher nicht nötig, unnütze Arbeit darauf zu verwenden, um das Mittel stärker zu verdichten, als es dem Druck im Auslassstutzen entspricht. In jedem der beiden angeführten Fälle kann die Einstellung auch derart bewirkt werden, dass die Ausströmöffnung mit dem Fusspunkte und die Einströmöffnung mit dem Kopfberührungspunkte (Berührungspunkt zweier Zahnscheitel) zusammenfällt. Die Druckseite der Pumpe ist dann mit der Saugseite verbunden u. zw. sowohl durch die Einstrom-wie durch die Ausströmöffnung.
Bei der Ausführungsform mit verdrehbarer Dichtungplatte wird jedoch gleichzeitig auch die Verbindung zwischen Pumpeneinlass und Platteneinströmöffnung unterbrochen, so dass die Pumpe weder saugt noch drückt, sondern leer läuft.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einer Einrichtung, die bezweckt, mit steigendem Förderdruck auch jenen Druck zu verstärken, der die Abdichtung zwischen dem die Einströmöffnung enthaltenden Teile der Dichtungsplatte und dem in der Nähe des Pumpeneinlasses gelegenen Teile der Gehäusewand bewirkt, um so ein Durchdringen des Mittels von der Verdichtungsseite nach der Einlassöffnung hintanzuhalten. Hiezu wird zweckmässig das Drehmoment ausgenutzt, das infolge der Reibung
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zwischen den sich drehenden Zahnelementen und der Dichtungsplatte entsteht, in dem Masse anwächst, als der Förderdruck steigt, und dazu dient, den Rand der Platte dicht an das Gehäuse in der Nähe der Einlassöffnung anzudrücken.
Von den in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes ist Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Pumpe bzw. einen Verdichter der genannten Art mit einer verdrehbar angeordneten Abdichtungsplatte, Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie a-a der Fig. 1 mit Ansicht der gezahnten Pumpenelemente, Fig. 3 eine Endansicht der Pumpe bei abgenommenem Deckel (Linie b-b der Fig. 1), Fig. 4 eine Endansicht der Pumpe mit einer teilweise im Schnitt gezeichneten Einrichtung zur selbsttätigen Einstellung der verdrehbaren Abschlussplatte gegenüber dem Fusspunkte der Zahnelemente, Fig. 5 ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Pumpe mit axial verschiebbarer, aber nicht verdrehbarer Abschlussplatte, Fig. 6 eine Endansicht der Pumpe nach Fig. 5 bei abgenommenem Deckel (Linie e-e), Fig.
7 eine Ansicht ähnlich der Fig. 4 mit einer Einrichtung zur selbsttätigen Einstellung des Fusspunktes der Zahnelemente gegenüber der Ausströmöffnung der Abschlussplatte. Fig. 8 eine Endansicht der Pumpe bei abgenommenem Deckel mit der Stellung der Dichtungsplatte, wenn Flüssigkeit gepumpt wird, Fig. 9 eine Ansicht wie Fig. 8, jedoch mit der Stellung der Platte, wenn die Pumpe leer laufen soll, Fig. 10 ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Pumpe, bei der die Platte durch mechanische Mittel an die Zahnorgane angedrückt wird und gegen Verdrehung durch einen exzentrisch zum Mittelpunkte der Platte angeordneten Zapfen gesichert ist, Fig. 11 eine Endansicht der Pumpe nach Fig. 10 bei abgenommenem Deckel (Linie d-d), Fig.
12 ein Längsschnitt durch eine zur Erzeugung von Unter- druck geeignete Pumpe mit der durch einen exzentrischen Zapfen festgehaltenen Dichtungsplatte und Fig. 13 die Ansicht der Dichtungsplatte, teilweise weggebrochen.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen sind die gleichen Teile auch gleich bezeichnet.
Der wesentliche Arbeitsvorgang besteht bei derartigen Pumpen im Zusammenpressen des Mittels durch exzentrisch angeordnete, ineinandergreifende Zahnkränze, die sich in dem mit Zulauf-und Ablauf- öffnungen versehenen Gehäuse drehen. Im vorliegenden Falle ist das äussere Rad 16 innen gezahnt und steht in Eingriff mit dem exzentrisch zu ihm angeordneten, aussen gezahnten Rade 17.
Der Zahnkranz 16 hat einen grösseren Durchmesser und eine grössere Anzahl von Zähnen als das Zahnrad 17 und die Exzen- trizität ist so gewählt, dass der Scheitel eines Radzahnes des inneren Rades auf dem Grunde einer Zahnlücke des äusseren Rades im Punkte 116 aufsitzt, der Berührungsstelle der Teilkreis beider Organe, welcher Punkt kurz als Fusspunkt bezeichnet sei, wogegen in dem diametral gegenüberliegenden Punkte, dem Kopfpunkte 117, zwei Zahnscheitel aufeinander treffen.
Die Zähne greifen so ineinander, dass bei der Drehung der Zahnelemente im Sinne der Pfeile (Fig. 2) die von ihnen in der Richtung vom Fusspunkte 116 zum Kopfpunkte 117 gebildeten Hohlräume 216 in der genannten Richtung an Inhalt zunehmen und als Saugkammern wirken, während die Zwischenräume 217 vom Kopfpunkte zum Fusspunkte immer kleiner werden und die Verdichtungskammern bilden. Es liegen also auf einer Seite einer die beiden genannten Punkte verbindenden Linie die Saug-und auf der anderen die Druckkammern. Aussenrad, Innenrad und Antriebsscheibe 9, auf der das Aussenrad sitzt, bilden zusammen die sieh drehenden Pumpenelemente, die in einem Gehäuse 1 eingeschlossen sind, das mit einem Einlass 3 und einem Auslass 4 versehen ist.
Das Gehäuse ist in der Regel zylindrisch, der Deckel abnehmbar, um die inneren Teile zugänglich zu machen. Die Mündung des Einlasses 3 fällt mit der Einströmöffnung 5 der Dichtungsplatte 6 zusammen,
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sich die Antriebsscheibe 9, deren Nabe 11 in Kugellagern 12 läuft oder sonst wie im Gehäuse gelagert ist.
Die Nabe 11 sitzt fest auf der Antriebswelle 13, die somit die Antriebsscheibe mit dem Aussenrad antreibt.
Durch eine Stopfbüchse 14 wird das Austreten von Flüssigkeit längs der Welle verhindert. In das starr mit der Antriebsscheibe verbundenen Aussenrad 16 greift das innere Zahnrad 17 ein, dessen Zähnezahl geringer ist als die des Kranzes. Das Zahnrad 17 dreht sich unter Zwischenschaltung des Kugellagers 19
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Wie aus den Fig. 1, 5,10 und 12 ersichtlich, ist die Dichtungsplatte 6 innerhalb des Gehäuses in axialer Richtung verschiebbar, da zwischen ihr und dem Deckel 2 ein Spielraum MC vorgesehen ist, der in Verbindung mit dem Pumpenauslass 4 steht, so dass der Druck des verdichteten Mittels auch in diesem Räume herrscht und auf die äussere Fläche der Dichtungsplatte wirkt, sie also an die Seitenflächen der beiden Zahnelemente andrückt. Hiedurch schliesst die Platte die Saug-und Druckkammern auf der einen Seite ab, während deren andere Seite durch die Antriebsscheibe 9 abgeschlossen ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Dichtungsplatte nicht nur axial verschiebbar, sondern auch verdrehbar u. zw. mittels der Spindel 318, die entweder von Hand oder mechanisch gedreht wird.
Hiedurch wird die Einstellung der Ausströmöffnung 8 der Platte 6 gegenüber dem Fusspunkte IM sowie der Einströmöffnung 5 gegenüber dem Kopfpunkte 117 geändert und so der Druck in jenen Kammern beeinflusst, die nicht durch die Ausströmöffnung freigelegt sind und im Nachstehenden als geschlossene Druckkammern bezeichnet sind. Die Ausströmöffnung 8 der Platte 6 hat eine langgestreckte Form, so dass sie zwei oder mehrere Druckkammern 217 erfasst, und die Einströmöffnung oder Öffnungen 5 fallen mit zwei oder mehreren der Saugkammern 216 zusammen.
Der in den Kammern 217 entstehende Druck hängt von der Einstellung der Öffnung 8 gegenüber dem Fusspunkte 116 ab. Je mehr die Kante 108 der Ausströmöffnung 8 dem Fusspí. mkte 116 in der Richtung des Pfeiles (Fig. 3) genähert wird, desto grösser wird der Druck in den Kammern 21'7, da diese in der Richtung vom Kopfpunkte zum Fusspunkte immer kleiner werden. Die Verdichtung des Mittels erhöht sieh daher, bis dieses den Fusspunkt erreicht hat und durch die Ausstossöffnung 8 abströmen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform kann man der Ausströmöffnung 8 eine derartige Form bzw. Länge geben, dass jede beliebige Menge des Mittels entweichen kann und dieses über das gewünschte Ausmass hinaus nicht verdichtet wird.
Die Einstellung der Kante 108 bestimmt daher die Hohe des Druckes in den Verdichtungskammern. Durch die Öffnung 8 gelangt das verdichtete Mittel in den Spielraum 130 und von hier durch den Kanal 7 in den Auslass 4.
Der Druck, den das Mittel daher auf die äussere Fläche der Dichtungsplatte 6 ausübt und der gleich ist dem Förderdrucke der Pumpe, bewirkt daher ein dichtes Anpressen der Platte an die Seitenflächen der
Zahnelemente bzw. einen dichten Abschluss der Saug-und Druckkammern. Diese Dichtungswirkung ist die gleiche bei allen Ausführungsarten der Pumpe nach den Fig. 1, 5, 10 oder 12.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist überdies ein mechanisches Mittel für das Andrücken der
Platte 6 vorgesehen, beispielsweise eine Feder 120, die den Dichtungsdruck so lange allein auszuüben hat, bis ein den Einlassdruek übersteigender Förderdruck entsteht, der dann die Wirkung der Feder unter- stützt. Die Feder kann aber auch weggelassen werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird, wie bereits erläutert, der Druck in den Verdichtungkammern dadurch erhöht, dass man die Ausströmöffnung der Platte näher an den Fusspunkt heranrückt, das heisst, die Platte in der Drehrichtung der Zahnelemente verdreht. Durch Verdrehen der Platte in der entgegengesetzten Richtung wird der Druck entsprechend vermindert. Wenn kein hoher Förderdruck gewünscht wird, ist es daher nicht nötig, den Druck in den Verdichtungskammern höher steigen zu lassen als im Auslass. Dies würde unnütze Arbeit bedingen, die infolge der Ausdehnung beim Ausströmen durch die Öffnung 8 verloren ginge.
Bei Schwankungen des Förderdruckes lässt sich diesem der Verdichtungs- druck anpassen u. zw. dadurch, dass man die Spindel 318 verdreht, sie es von Hand aus oder selbsttätig mittels der in Fig. 4 veranschaulichten Einrichtung. Auf der Spindel 318 sitzt ein Hebel 32, der durch einen Lenker 33 mit dem im Zylinder 35 verschiebbaren Kolben 84 verbunden ist. Der Innenraum des Zylinders ist durch ein Rohr 36 mit dem Behälter 37 verbunden, in den der Verdichter fördert. Dem Druck des Mittels wirkt auf der anderen Kolbenseite der Druck einer Feder 38 entgegen, deren Spannung durch den Pfropfen 39 geregelt werden kann. Ein durch Schrauben einstellbarer Anschlag 40 begrenzt den Hub des Kolbens bzw. die Verschwenkung des Hebels 32.
Steigt der Druck im Behälter, so überwindet er die Federspannung und verdreht durch den Hebel 32 die Pintte 6 in der DrehrinchtuT) o' der Zahnelemente,
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durch Drehen der Spindel 218 verschoben werden, d. h. man kann Fuss-und Kopfpunkt der Ausström- öffnung der Platte nähern oder von ihr abrücken, je nachdem man die Spindel nach links oder rechts dreht.
Das Verdrehen kann auch selbsttätig erfolgen, z. B. durch die in Fig. 7 dargestellte Einrichtung, die der in Fig. 4 dargestellten entspricht, nur mit dem Unterschiede, dass die Bewegungen entgegengesetzt den den früher beschriebenen sind, d. h., dass die Spindel, wenn Fusspunkt und Ausströmöffnung einander genähert werden sollen, entgegengestezt zur Drehrichtung der Zahnelemente zu verdrehen ist. Zu diesem Zwecke ist die Anordnung symmetrisch zur jenen nach Fig. 4 aufgebaut. Der Zylinder 35 ist mit dem Auslauf 4 und dem Behälter 37 durch das Rohr 36 verbunden. Steigt der Förderdruck, so wird der Kolben 34 entgegen dem Drucke der Feder 38 verschoben, bis der Lenker 33 an den Anschlag 40 anstösst, wodurch mittels des Hebels 32 die Verschwenkung des Fusspunktes gegenüber der Ausströmöffnung begrenzt wird.
Infolge dieser Bewegung steigt der Druck in den Verdichtungskammern. Sinkt der Druck im Behälter, so bewegt die Feder 38 den Kolben bzw. den Lenker zurück und bewirkt eine Verschiebung des Fusspunktes in dem Sinne, dass seine Entfernung von der Ausströmöffnung grösser, der Verdichtungsdruck also kleiner wird, bis dieser dem Behälterdruck gleichkommt. Dabei muss aber eine Verdrehung der Platte 6 hintangehalten werden, was in verschiedener Weise erreicht werden kann. Nach Fig. 5 und 6 ist die Platte aussen mit einem zentrischen Ansatz 20 von quadratischem Querschnitt ausgestattet, der zugleich eine Nabe bildet, durch welche die Spindel 218 hindurch geht. Dieser Ansatz schiebt sich in eine entsprechend geformte Ausnehmung des Gehäusedeckels 2. Nabe und Platte können sich daher axial verschieben, aber nicht verdrehen.
Nach Fig. 10 und 12 ist statt dieses Ansatzes ein exzentrischer Zapfen 22 vorgesehen, der fest in der Platte sitzt und in ein Loch des Gehäusedeckels ragt, daher auch axiale Verschiebung zulässt, eine Drehung aber verhindert.
Um das Abdichten zwischen dem Rande der Platte 6 und der Wand des Gehäuses 1 um die Einlass- öffnung 3 herum zu erzielen, ist der exzentrisch zur Kammer 10 des Gehäuses eingesetzte Zapfen 22 auf der Verdichtungsseite in einem Punkte zwischen der Einströmöffnung 5 und der Ausströmöffnung 8 angeordnet. Dieser Zapfen bildet daher einen Drehpunkt, um den die sich drehenden Zahnelemente die Platte infolge der Reibung mitzunehmen versuchen. Infolgedessen wird, da der Zapfen exzentrisch zur Pumpenkammer liegt, der Rand der Platte 6 an die Gehäusewand in der Gegend der Einlassöffnung dichtend angedrückt.
Bei steigendem Förderdruek erhöht sich auch der Druck der Platte auf die Seitenflächen der Zahnelemente, somit auch die Reibung und infolgedessen auch der Druck, der die Abdichtung um die Einlassöffnung herum bewirkt, so dass das Mittel nicht aus dem Plattenspielraum 130 zwischen Plattenrand und Gehäusewand in den Einlass gelangen kann.
Bei der Ausführungsform der Pumpe nach den Fig. 1-7 kann die gegenseitige Stellung von Flusspunkt und Ausströmöffnung auch eine derartige sein, dass diese über dem Fusspunkt bzw. um diesen herum zu liegen kommt, also eine Verbindung zwischen Saug-und Druckseite herstellt. Gleichzeitig ergibt sich auch dieselbe Verbindung von Saug-und Druckseite durch die Einströmöffnung 8 um den Kopfpunkt herum. Ist die Einlassöffnung 3 des Gehäuses entsprechend angeordnet, wie dies z. B. in Fig. 8 und 9 veranschaulicht ist, dann wird sie bei dieser Einstellung der Platte durch diese verschlossen und die Pumpe wird, auch wenn sich die Zahnelemente drehen, weder saugen noch drücken. Die Einstellung der Platte für normalen Betrieb ist in Fig. 8 dargestellt. Das Mittel tritt durch 3 und 5 in die Saugkammern 216, wird in den Druckkammern 217 verdichtet und tritt durch 8 bzw. 4 aus.
In Fig. 9 ist jene Einstellung der Ausströmöffnung gezeichnet, bei der sie mit dem Fusspunkt zusammenfällt. Die Einströmöffnungen 5 befinden sich jetzt infolge Verdrehung der Platte an einer solchen Stelle, dass keine Verbindung zwischen ihnen und dem Pumpeneinlass 3 besteht. Die Einströmöffnungen liegen um den Kopfpunkt herum und verbinden die Saug-mit den Druckkammern. Der Einlass 3 ist durch die Platte abgeschlossen und die Pumpe kann weder saugen noch drücken, sondern läuft leer.
Die Pumpe gemäss der Erfindung verdichtet in den Druckkammern und ergibt eine Ausdehnung in den Saugkammcrn ; dies ist von Wichtigkeit für das Pumpen von Flüssigkeiten und ergibt als weiteren Vorteil, dass die Schmierung und Abdichtung nicht gestört, sondern aufrecht erhalten werden, wogegen, wenn ein Unterdruck in der Pumpe vorhanden wäre, die Gefahr des Eindringens von 01 in das Pumpeninnere bestünde.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Pumpe, Verdichter od. dgl. mit kreisenden Kolben, die aus zwei ineinander greifenden Zahnkränzen eines angetriebenen Aussenrades und eines von diesem mitgenommenen Innenrades bestehen und gegen deren eine Stirnfläche eine axial verschiebbare Dichtungsplatte angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Platte (6) in das Pumpengehäuse abdichtend so eingesetzt ist, dass eine vom Arbeitsraum der Kolben abgesonderte Druckkammer (130) entsteht, die Dichtungsplatte während des normalen Arbeitens der Pumpe gegen ein Mitdrehen mit den Kolben gesichert ist, der Druck des Fördermittels in der genannten Kammer auf die ganze freie Rückfläche der Dichtungsplatte wirkt und die Druckkammer sowohl mit dem Verdichtungsraum zwischen den beiden ineinander greifenden Zahnkränzen,
als auch mit dem Auslass (4) der Pumpe in Verbindung steht.