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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft:
- – mechanische
Anordnungen und besonders die Gestaltung reversierbarer Bewegungsrichtungswandler, und
insbesondere Vorrichtungen, die für eine Umwandlung der Drehung
einer Welle in eine Hin- und Herbewegung von Arbeitselementen (beispielsweise
des Typs von Drehschiebern) ausgelegt sind, welche funktionsmäßig mit
der Welle verbunden sind, oder für
eine Umwandlung der Hin- und Herbewegung der Arbeitselemente in
eine Drehung der Welle ausgelegt sind; und
- – mechanische
Anordnungen und besonders die Gestaltung von Verdrängermaschinen,
welche eine Hin- und Herbewegung ausführende Arbeitselemente verwenden
und auf diesen Wandlern basieren.
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Diese Wandler können verwendet werden:
- – für eine Bewegungsübertragung
zu Arbeitselementen, beispielsweise: zu den Blättern eines Mischers zur Herstellung
von Gemischen, die hinsichtlich ihrer Zusammensetzung nicht spezifiziert
sind und auf flüssigen
Dispersionsmedien basieren, oder zu einem Propeller vom "Fischschwanz-Typ" für Schiffe,
etc., und
- – als
standardisiertes Basiselement von Verdrängermaschinen, die mittels
eine hin- und hergehende Bewegung ausführenden Arbeitselementen arbeiten.
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Diese Maschinen lassen sich verwenden:
- – (bei
Kraftbeaufschlagung der Welle):
- – als
Pumpen, vorzugsweise Vakuumpumpen oder
- – als
Kompressoren und
- – als
Verdränger-Dosierpumpen,
und zwar vorzugsweise für
Flüssigkeiten;
- – (bei
abwechselndem Aufbringen von komprimiertem Gas oder unter Druck
stehender Flüssigkeit
auf beide Einströmöffnungen
und bei Verwendung der Welle zur Abgabe und Übertragung eines Drehmomentes):
- – als
pneumatische oder hydraulische Motoren, oder vorzugsweise
- – als
Durchflussmessgeräte,
und zwar hauptsächlich
für Flüssigkeiten.
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Diese Anwendungsgebiete sind typisch
für ein-
und mehrgliedrige Maschinen der Erfindung.
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Ein Einsatz einer Mehrzahl derartiger
Maschinen, die um eine gemeinsame Welle herum angeordnet sind, erlaubt
die Herstellung von:
- – vielstufigen Pumpen oder
Hochdruckkompressoren,
- – Luft-
oder Hydraulik-Starteinrichtungen, hauptsächlich für Schwerlast-Dieselmotoren und
vorzugsweise für
Schiffe.
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Und schließlich erlaubt der Einsatz einer
Mehrzahl derartiger pneumatisch oder hydraulisch gekoppelter Maschinen
die Herstellung von synchronen pneumatischen oder hydraulischen
Antrieben, vorzugsweise für Schwerlast-Förderanlagen.
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Technischer Hintergrund
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Verdrängermaschinen werden in der
modernen Ingenieurstechnik verbreitet verwendet. Viele von diesen
sind Produkte, die in Massen- oder Großproduktion hergestellt werden.
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Daher ist es äußerst wünschenswert, dass diese Maschinen über folgende
Eigenschaften verfügen:
- – größtmögliche Zuverlässigkeit;
- – größtmögliche spezifische
Leistung und demgemäß niedrigstmöglichen
spezifischen Materialverbrauch bei der Herstellung;
- – größtmöglichen
Wirkungsgrad und demgemäß niedrigstmöglichen
leistungsbezogenen spezifischen Energieverbrauch, und – nicht
zu vergessen – ungeachtet
der spezifischen Anwendung größtmögliche Eignung
zur Standardisierung.
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Sofern derartige Maschinen auf Bewegungsrichtungswandlern
basieren, hängt
das kombinierte Erzielen dieser Anforderungen im Wesentlichen von
deren Entwicklungsgrad ab.
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Bewegungsrichtungswandler für Verdrängermaschinen
weisen im Allgemeinen eine Welle und ein optionales Arbeitselement
auf, das (für
gewöhnlich
starr) mit der Welle verbunden ist und in der Lage ist, entweder
ein (flüssiges
oder gasförmiges)
Fluid während
der Drehung der Welle zu beaufschlagen oder den Druck eines derartigen
Mediums aufzunehmen und diesen in eine Drehung dieser Welle umzuwandeln.
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Verbreitet bekannt ist beispielsweise
ein Drehschieberwandler zum Umwandeln einer Drehbewegung, welcher
eine Welle, die mittels mindestens eines Lagers drehbar montiert
ist, und mindestens einen Drehschieber aufweist, der vorzugsweise
radialfest mit der Welle verbunden ist.
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Als Beispiele für die Verwendung von Wandlern
von derartigem Typ sei hier speziell verwiesen auf "Rotor Pump" nach US-Patent Nr.
3,985,473; "Vortex
Turbo-Machine" nach der erteilten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2-291499 (1990); "Positive Displacement
Engine" ("Verdrängermotor") gemäß dem Patent
mit der Zertifikatnummer 600323 des Erfinders dieser Erfindung,
und viele weitere Pumpen, Kompressoren und hydraulische oder pneumatische
Motoren.
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Drehschieberwandler und auf diesen
basierende Verdrängermaschinen
sind ziemlich weit verbreitet und generell ziemlich zuverlässig. Einige
von diesen weisen einen ziemlich hohen Wirkungsgrad und ziemlich große spezifische
Leistung auf.
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Jedoch ist deren Gestaltung so unterschiedlich,
dass bereits die Klassifikationslisten, ganz zu schweigen von der
detaillierten Beschreibung des Standes der Technik, sich über eine
zweistellige Anzahl von Seiten erstrecken können. In der Praxis führt diese
Vielfalt bei Produktions- und Verbrauchsgütern, bei denen sich seit längerer Zeit
eine steigende Tendenz des Anteils hydraulischer und pneumatischer
Anlagen am Gesamtumfang der industriellen Produktion beobachten
lässt,
zu unvertretbar hohen Herstellungs- und Betriebskosten.
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Daher gibt es einen stetig anwachsenden
Bedarf, solche reversierbare mechanische Bewegungsrichtungswandler
bereitzustellen, auf denen in umfassender Weise Gestaltungen von
sich im Hinblick auf ihre Anwendung beträchtlich unterscheidenden Maschinen,
insbesondere von Verdrängermaschinen,
basieren können.
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Ein üblicher reversierbarer Bewegungsrichtungswandler
eines derartigen Typs weist ein Gehäuse, eine schwenkbar im Gehäuse angebrachte
Welle, ein starr mit der Welle verbundenes Führungsstück und mindestens ein Element
auf, das funktionsmäßig mit
dem Führungsstück verbunden
ist, um die Drehung der Welle abzunehmen oder die Drehung auf die
Welle zu übertragen.
Und außerdem
schneiden sich die geometrischen Drehachsen aller Elemente in einem
einzigen Punkt (ebd., S. 168– 172, 8.3 und 8.4). Insbesondere weist, wie dargestellt
in 8.3, eine kugelförmige Anordnung
aus vier Elementen einen Körper
in Form eines Trägerrings
auf, welcher Vorsprünge
aufweist, die zueinander in Abständen
von einem Winkel von >0° bis <90° angeordnet
sind, wobei in diesen Abbildungen zwei Wellen miteinander verbunden
sind, von denen jede, in Abhängigkeit
von der Verbindung mit einem Motor, entweder einen Antrieb oder
einen Abtrieb darstellt, und von denen jede starr mit Führungsstücken verbunden
sind, welche die Form von gabelförmigen
(oder jochförmigen)
Stücken
haben, die an ihren Enden mittels eines Gelenkkreuzes gelenkig verbunden
sind.
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Diese Vorrichtung dient lediglich
zur Übertragung
einer Drehung, und zwar unter einem Winkel gegenüber der geometrischen Achse
der Antriebswelle.
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Jedoch lasst sich die zuvor beschriebene
Vorrichtung, nachdem man substantielle Änderungen ihrer Gestaltung
vorgenommen hat, für
Verdrängermaschinen
(Pumpen, Kompressoren, drehende Antriebsmaschinen) verwenden, wie
dies in Übereinstimmung
mit dem US-Patent Nr. 4 631 011 erfolgt. Eine derartige Maschine
weist auf ein hohles Gehäuse,
welches an zwei Enden Öffnungen
aufweist; eine in Querrichtung verlaufende Trennwand, welche im
Gehäuse
angebracht ist und die Form einer Scheibe mit mittiger Bohrung aufweist und
mit vier Zapfen versehen ist, die senkrecht zueinander angeordnet
sind und aus dem Gehäuse
hervorstehen (und so als Gelenkkreuz dienen); und Hohlwellen, die
an ihren außenliegenden
Bereichen mit Gabelstücken
versehen sind, welche gelenkig mit diesen Zapfen verbunden sind,
wobei die Zapfen innerhalb des Gehäuses mit Endkolben versehen
sind, die geeignet sind für
eine Hin- und Herbewegung bezüglich
dieser Trennwand bei einer Drehung der Wellen, und zwar unter einem
veränderlichen
Winkel, dessen Verstellbereich durch die Größe der Öffnungen im Gehäuse beschränkt ist.
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Durch den offenen Charakter des Gehäuses, sowie
aufgrund der Tatsache, dass das Einströmen/Abströmen des Fluides durch die Hohlwellen
erfolgt, wobei dieses von dem einen Teil des Gehäuseraums auf der einen Seite
der Trennwand zu dem ande ren Raumteil auf der anderen Seite der
Trennwand hin verdrängt
wird, wird das Abdichten wesentlich komplizierter und der Einsatz
der beschriebenen Vorrichtung erschwert.
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Es sei angemerkt, dass ein weiterer
Augenmerk auf mit einem geschlossenen Gehäuse versehene "rotierende" Verdrängermaschinen
gerichtet werden muss, wobei man als eine annehmbare Analogie zur
Erfindung aufweisendes Vergleichsbeispiel, das sowohl den Bewegungsrichtungswandler
als auch die Verdrängermaschine
insgesamt beinhaltet, beispielsweise eine Vorrichtung gemäß dem US-Patent
Nr. 5,199,864 anführen
kann.
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Der reversierbare Bewegungsrichtungswandler
in einer derartigen Vorrichtung basiert auf einem kugelförmigen Mechanismus,
bei welchem die geometrischen Drehachsen aller Bauteile sich in
einem zentralen Punkt schneiden und weist auf: ein Gehäuse, eine
drehbar im Gehäuse
angebrachte Welle, eine kugelförmiges Führungsstück, welches
mit der Welle verbunden ist und eine ringförmige Nut aufweist, deren Symmetrieebene
zur Drehachse der Welle geneigt ist und durch den Schnittpunkt der
zuvor erwähnten
Achsen hindurchgeht, einen Kolben, der um das Führungsstück herum im Gehäuse montiert
ist, um eine Hin- und Herbewegung auszuführen, und mindestens ein dazwischenliegendes
Eingriffselement, das funktionsmäßig mit
der ringförmigen Nut
des Führungsstücks und
mit dem Kolben verbunden ist und geeignet ist, den Kolben bei einem
Drehung der Welle zu schwenken oder die Welle bei einer Hin- und
Herbewegung des Kolbens zu drehen,
und eine Verdrängermaschine
(insbesondere Pumpe oder Hydromotor), die auf dem zuvor beschriebenen Wandler
basiert, weist ein geschlossenes hohles kugelförmiges Gehäuse auf, das mit Öffnungen
fur das Einströmen
und das Abströmen
eines Fluides mittels eines ventilgesteuerten Mechanismus versehen
ist. Das Gehäuse
umschließt
eine zwei Kolben umfassende Kolbenanordnung. Der eine der Kolben
ist, wie zuvor erwähnt,
mit dem relativ zum Gehäuse
feststehenden kugelförmigen
Füh rungsstück funktionsmäßig verbunden, und
der andere Kolben ist um das Führungsstück herum
angeordnet und mit der Antriebs- oder Abtriebswelle starr verbunden.
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Das Problem der Abdichtung bezüglich der
Welle lässt
sich bei der beschriebenen Vorrichtung ziemlich leicht lösen.
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Jedoch erzeugen während des Betriebs der beschriebenen
Maschine beide Kolben gleichzeitig eine Rotationsbewegung sowie
relativ zueinander eine hin- und hergehende Bewegung, was, bedingt
durch die intensive Reibung der Umfangsbereiche von Kolben und Gehäuse, die
Zuverlässigkeit
verringert. Außerdem dienen
diese Kolben wechselseitig als Schwungradmasse, bei der für Antrieb
und Aufrechterhaltung der Drehung unproduktive Energie aufgewendet
werden muss.
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INHALT DER ERFINDUNG
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Daher basiert die Erfindung auf folgender
Problemstellung:
- – durch Änderung der mechanischen Anordnung
und der Gestaltung des "universellen
Scharniers" soll
ein solcher reversierbarer Bewegungsrichtungswandler bereitgestellt
werden, der als standardisiertes Basiselement für verschiedene Maschinen dienen
kann, bei denen eine Drehbewegung lediglich auf der Antriebsseite
oder lediglich auf der Abtriebsseite vorliegt, und zwar vorzugsweise
für reversierbare
Verdrängermaschinen
für verschiedene
Zwecke, einschließlich
zumindest Kompressoren oder pneumatische Motoren, Pumpen oder Fluidantriebsmotoren,
Verdränger-Durchflussmessgeräte und Dosierpumpen,
und weiter
- – soll
dieser Wandler eingesetzt werden, um eine Verdrängermaschine bereitzustellen,
die ein eine Hin- und Herbewegung ausführendes Arbeitselement beinhaltet
und deren Gebrauch einfacher und zuverlässiger ist.
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Das zuvor beschriebene Problem wird
dadurch gelöst,
dass bei einem reversierbaren Bewegungsrichtungswandler, der auf
einem kugelförmigen
Mechanismus basiert, bei welchem die geometrischen Drehachsen aller
Bauteile sich in einem zentralen Punkt schneiden, wobei der Wandler
aufweist: ein Gehäuse,
eine drehbar im Gehäuse
angebrachte Welle, eine kugelförmiges
Führungsstück, welches
mit der Welle verbunden ist und eine ringförmige Nut aufweist, deren Symmetrieebene
zur Drehachse der Welle geneigt ist und durch den Schnittpunkt der
zuvor erwähnten
Achsen hindurchgeht, einen Kolben, der um das Führungsstück herum im Gehäuse montiert
ist, um eine Hin- und Herbewegung auszuführen, und mindestens ein dazwischenliegendes
Eingriffselement, das funktionsmäßig mit
der ringförmigen
Nut des Führungsstücks und
mit dem Kolben verbunden ist und geeignet ist, den Kolben während der
Drehung der Welle zu schwenken oder die Welle während der Hin- und Herbewegung
des Kolbens zu drehen, gemäß der Erfindung
das Führungsstück starr
mit der Welle verbunden ist und der Kolben in Form eines Blattes
ausgebildet ist, dessen Mittelloch das Führungsstück umschließt und das weiter mit dem Gehäuse mittels
zwei gegenüberliegenden
Halbachsen funktionsmäßig verbunden
ist, deren geometrische Achsen die geometrische Achse der Welle
in dem zentralen Punkt schneiden.
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Diese Kombination von Merkmalen kennzeichnet
einen reversierbaren hydromechanischen Bewegungsrichtungswandler,
bei dem lediglich die Welle mit dem Führungsstück rotiert und das Blatt allein
eine Hin- und Herbewegung ausführt,
wobei dieser Wandler als standardisiertes Basiselement für Verdrängermaschinen verschiedener
Klassen dienen kann.
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Gemäß dem ersten zusätzlichen
kennzeichnenden Merkmal ist die ringförmige Nut des Führungsstücks mit
einem ringförmigen
Einsatzstück
versehen, das bündig
mit der Kugeloberfläche
angebracht ist, wobei das Einsatzstück mindestens eine Aussparung
zum Anbringen des dazwischenliegenden Eingriffelementes besitzt.
Dies sorgt für
einen sehr zuverlässigen
Eingriff des Blattes mit dem Führungsstück.
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Gemäß dem zweiten zusätzlichen
kennzeichnenden Merkmal hat das dazwischenliegende Eingrefelement
die Form einer Kugel, was Verluste beim Eingriff verringert.
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Gemäß dem dritten zusätzlichen
kennzeichnenden Merkmal der Erfindung ist das Gehäuseinnere durch
eine zylindrische Fläche
begrenzt, die symmetrisch um die geometrische Achse der gegenüberliegenden
Halbachsen des Blattes ist, und das Blatt, welches ein Mittelloch
besitzt, ist in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet. Eine
derartige Wandleranordnung ist bei Verwendung in Verdränger-Dosierpumpen
und Durchflussmessgeräten
nützlich.
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Das zuvor beschriebene Problem wird
auch dadurch gelöst,
dass bei einer Verdrängermaschine,
die auf einem Bewegungsrichtungswandler in Form eines kugelförmigen Mechanismus
basiert, bei welchem die geometrische Drehachsen aller Bauteile
sich in einem zentralen Punkt schneiden, und die aufweist: ein hohles Gehäuse, welches
durch die Oberfläche
eines Rotationskörpers
begrenzt ist, welcher in seinen Wänden Öffnungen zum Eintritt und Austritt
eines Fluids über
einen ventilgesteuerten Mechanismus besitzt, eine drehbar im Körper angebrachte
Welle, eine kugelförmiges
Führungsstück, welches
mit der Welle verbunden ist und eine ringförmige Nut aufweist, deren Symmetrieebene
zur Drehachse der Welle geneigt ist und durch den Schnittpunkt der
zuvor erwähnten
Achsen hindurchgeht, einen Kolben, der zur Ausführung einer Hin- und Herbewegung
um das Führungsstück herum
im Gehäuse
montiert ist, und mindestens ein dazwischenliegendes Eingriffselement,
das funktionsmäßig mit
der ringförmigen
Nut des Führungsstücks und
mit dem Kolben verbunden ist und geeignet ist, den Kolben während der
Drehung der Welle zu schwenken oder die Welle während der Hin- und Herbewegung
des Kolbens zu drehen, gemäß der Erfindung
das Führungsstück starr
mit der Welle verbunden ist und der Kolben in Form eines Blattes
ausgebildet ist, dessen Mittelloch das Führungsstück eng umschließt und das
weiter mit dem Gehäuse
mittels zwei gegenüberliegenden
Halbachsen funktionsmäßig verbunden
ist, deren geometrische Achsen die geometrische Achse der Welle
in dem zentralen Punkt schneiden, und ein starres Trennelement im
Inneren des Gehäuses
angebracht ist, wobei das Trennelement eine Symmetrieebene besitzt,
welche die geometrischen Achsen der Welle und der Halbachsen enthält, und mit
Aussparungen zur Unterbringung des Führungsstücks und der Halbachsen versehen
ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird weiter anhand
einer detaillierten Beschreibung von Gestaltung und Funktionsweise des
erfindungsgemäßen reversierbaren
Bewegungsrichtungswandlers und der auf diesem basierenden Verdrängermaschinen
mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, welche zeigen:
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1 eine
Verdrängermaschine
mit einem eine Hin- und Herbe wegung ausführenden Arbeitselement, die
ein Gehäuse
mit kugel- und zylinderförmigem
Innenraum aufweist (Längsschnitt
in der Transversal-Sym netrieebene des Arbeitselementes);
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2 einen
Querschnitt entlang Linie II-II in 1;
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3 einen
Querschnitt entlang Linie III-III in 1 (in
der Längssymmetrieebene
des Arbeitselementes);
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4 einen
Querschnitt entlang Linie IV-IV in 1 (im
Fall mit zylindrischem Arbeitsinnenraums);
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5 einen
Querschnitt entlang Linie V-V von 1 in
der Längssymmetrieebene
des Arbeitselementes (im Fall mit zylindrischem Arbeitsinnenraums);
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6 eine
Gesamtansicht der Verdrängermaschine
mit einem eine Hin- und Herbewegung ausführendem Arbeitselement in Kombination
mit einem ventilgesteuerten Mechanismus (Längsschnitt in der Transversalsymmetrieebene
des Arbeitselementes, wobei die Verteilerscheibe um einen Winkel α gedreht
wird);
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7 einen
Transversalschnitt entlang Linie VII-VII von 6, der den ventilgesteuerten Mechanismus
darstellt:
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8 einen
pneumatischen oder hydraulischen Motor, der auf zwei Verdrängermaschinen
mit eine Hin- und Herbewegung ausführenden Arbeitselement basiert
(wobei diese eine gemeinsame Abtriebswelle und einen Winkelversatz
der in unterschiedlichen Gehäusen
befindlichen Arbeitselemente aufweist).
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BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Die Verdrängermaschine der Erfindung
weist die folgenden Hauptbestandteile auf (1):
- – ein Gehäuse 1,
das mindestens ein Paar gegenüberliegender
koaxialer Löchern
und mindestens zwei weitere nichtaxiale (oder paarweise koaxiale)
Löcher
zur Unterbringung der unten aufgeführten Teile aufweist, wobei
sich die geometrischen Drehachse aller dieser Elemente in einem
einzigen Punkt schneiden, und dieses folgendermaßen ausgeführt ist:
- – in
Form einer Gabel oder eines Jochs (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in den
Zeichnungen dargestellt), falls der Wandler beispielsweise für den Antrieb
eines Rührmischers
oder eines Propellers vom "Fischschwanz-Typ" verwendet wird;
oder
- – in
Form eines hohlen Körpers,
der eine Wand aufweist, die (außer
den erwähnten
Löchern)
mit den weiteren zusätzlichen
Löchem
zum Einströmen
und/oder Abströmen
eines Fluides versehen werden kann und dessen Innenraum durch eine
Rotationskörperfläche begrenzt
ist (im Wesentlichen kugelförmig,
wie dargestellt in den 1, 2 und 3, oder beispielsweise zylinderförmig, wie
in den 4 und 5), falls der Wandler die
Basis für
eine Verdrängermaschine
ist;
- – eine
Welle 2, die mittels geeigneter Wälz- oder Gleitlager montiert
ist und mit geeigneten Dichtungen versehen ist (diese Lager und
Abdichtungen sind aus Gründen
der Einfachheit nicht dargestellt), und zwar:
- – entweder
in einem einzigen Durchgangsloch des Gehäuses 1, das in Form
des zuvor erwähnten
Jochs ausgebildet ist,
- – oder
in zwei koaxialen Löchern
(wovon eines ein Sackloch sein kann), die in der Wand des hohlen
Gehäuses 1 ausgebildet
sind;
- – ein
Führungsstück 3,
das mit der Welle 2 starr verbunden ist und eine ringförmige Nut
aufweist, deren Symmetrieebene zur Drehachse der Welle 2 geneigt
ist und durch den Schnittpunkt der zuvor erwähnten Achsen verläuft und
folgendermaßen
ausgeführt
ist:
- – entweder
in Form einer (nicht in den Zeichnungen dargestellten) runden Passscheibe
mit offener ringförmiger
Umfangsnut (insbesondere zur Verwendung im zuvor erwähnten Rührmischer)
für einen
Eingriff mit einem (nicht in den Zeichnungen dargestellten) Stift;
- – oder
in Form eines (insbesondere einstöckig mit der Welle 2 ausgebildeten)
kugelförmigen
Körpers,
der eine ähnliche
ringförmige
Nut aufweist, in welcher sich ein Ringeinsatzstück 4 bündig mit
der Oberfläche des
kugelförmigen
Gehäuses
anbringen lässt,
wobei dieses Einsatzstück
mindestens eine (vorzugsweise kugelförmige) Aussparung für ein Eingreifelement
vom Stifttyp oder vorzugsweise eine Kugel 5 aufweist;
- – ein
Blatt 6, das mit dem Führungsstück 3 mittels
des erwähnten
Stiftes oder mittels der Kugel 5 verbunden ist und das
in folgender Form vorliegt, und zwar:
- – entweder
als eine (nicht in den Zeichnungen dargestellte) vorzugsweise hufeisenförmige Platte,
und zwar im Fall einer Auslegung als Mischelement (eine derartige
Platte ist an Halbachsen anzubringen, die sich in im gabel- oder
jochförmigen
Gehäuse 1 ausgebildeten
gegenüberliegenden
koaxialen Löchern
befinden;
- – oder
als eine ein rundes mittiges Loch aufweisende Platte, welche:
- – – entlang
des Umfang dieses mittigen Loches eine Kugeloberfläche aufweist
und das kugelförmige
Führungsstück 3 gleitend
umschließt
und
- – – zur Ausführung einer
Hin- und Herbewegung um in Durchmesserrichtung gegenüberliegende
Halbachsen 7 (siehe 2 und 3, 4 und 5)
montiert ist, und zwar in den Löchern
der Wand des in Form eines hohlen Körpers ausgebildeten Gehäuses 1.
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Die Welle 2 kann einen durchgehenden
Kanal aufweisen und das Führungsstück 3 kann
hohl ausgebildet sein, wie dies in 6 dargestellt
ist, um die Schmierung von Reibungsflächen zu erleichtern.
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Das ringförmige Einsatzstück 4 kann
folgendermaßen
ausgebildet sein:
- – entweder vollständig aus
einem reibungsarmen Material oder zumindest mit einer aus reibungsarmem Material
bestehenden Beschichtung, wodurch die Reibung an den Wänden der
ringförmigen
Nut im Führungsstück 3 verringert
wird und
- – es
kann vorzugsweise aus zwei verbundenen Halbringen bestehen, was
seine Montage bei der Herstellung oder das Austauschen im Fall einer
Reparatur erleichtert (3 oder 5).
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Das Blatt 6, welches das
kugelförmige
Führungsstück 3 umschließt, kann
für eine
bequemere Montage zweiteilig ausgebildet sein, wobei diese Teile
entweder stumpf aneinander stoßen
oder miteinander verzahnt sind. Bei Verwendung mit einem einen kugelförmigem Innenraum
aufweisenden Gehäuse 1 (siehe 3) weist das Blatt 6 in
der Draufsicht die Form eines Rings auf, der mit einer geeigneten
Außenumfangsabdichtung
versehen sein kann, und im Fall eines Gehäuses mit zylindrischem Innenraum
weist dieses Blatt die Form eines Rechtecks, und vorzugsweise die
Form eines Quadrates (5)
mit abgerundeten Ecken auf.
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Die Halbachsen 7 können gegen
ein Verdrehen gesichert sein, und zwar:
- – entweder
im ringförmigen
Blatt 6, was für
eine bequemere Fertigung und gute Zuverlässigkeit der Abdichtung bei
Verdrängermaschinen
zu bevorzugen ist,
- – oder
im gabelförmigen
Gehäuse 1,
was zu bevorzugen ist, wenn der erfindungsgemäße Bewegungsrichtungswandler
für Antriebe
von Rührmischern
oder für
Propeller vom "Fischschwanz-Typ" verwendet wird.
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Das einen kugelförmigen Innenraum und ein ringförmiges Blatt 6 aufweisende
Gehäuse 1 ist
zu bevorzugen, wenn der erfindungsgemäße Bewegungsrichtungswandler
in Kombination mit Verdrängermaschinen,
beispielsweise Pumpen und Kompressoren oder pneumatischen und auch
hydraulischen Motoren verwendet wird; und ein Gehäuse 1 mit
zylindrischem Innenraum (oder einem nicht dargestellten kegelförmigen Innenraum)
und ein geeignet geformtes Blatt 6 ist für Durchflussmessgeräte und Verdrängerdosierpumpen
zu bevorzugen.
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Bezug nehmend auf 5 stellt die geometrische Achse der Halbachsen 7 in
allen Fällen
die Symmetrieachse für
ein zylindrisches (oder kegelförmiges)
Gehäuse 1 dar.
Ein kegelförmiges
Gehäuse
lasst sich in einer für
Fachleute leicht verständlichen
Art und Weise herstellen, und zwar in Form von zwei Kegelstümpfen, die
mit ihren breiten Basen einander zugewandt sind.
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Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine mit den eine Hin-
und Herbewegung ausführenden
Arbeitselementen, die auf dem beschriebenen Bewegungsrichtungswandler
basiert, weist weiter die folgenden zusätzlichen Bestandteile auf (6):
- – eine starre
Trennwand 8, bei der die geometrischen Achsen der Welle 2 und
die Halbachsen 7 auf der Symmetrieebene liegen und bei
der kugelförmige
und zylindrische Aussparungen zur Unterbringung des jeweiligen Führungsstücks und
der Halbachsen 7 vorhanden sind (diese Trennwand 8 ist
auch in 1 zu sehen);
- – Rohrverbindungsstücke 9 für das Einströmen und
das Abströmen
eines Fluides und
- – mindestens
einen ventilgesteuerten Mechanismus 10 (vorzugsweise vom
Plattentyp).
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Wie sich am besten aus den 6 und 7 ersehen lässt, weist dieser Mechanismus 10 auf:
- – ein
zylindrisches Gehäuse 11,
dessen Unterteil starr mit dem Gehäuse 1 verbunden ist,
und ein über
das Unterteil vorstehendes Endstück,
welches aufweist:
- – eine
mittige Bohrung, durch welche die Welle 2 frei hindurchtreten
kann,
- – zwei
Durchgangslöcher
gleichen Durchmessers, die im unteren Teil vorgesehen sind, in gleichen
Abständen
an entgegengesetzten Seiten der geometrischen Achse der Welle 2 angeordnet
sind und sich in die Rohrverbindungsstücke 9 verjüngen und
- – mindestens
eine (für
gewöhnlich
zum Einspritzen dienende) Umfangsöffnung, die im Endstück vorgesehen
ist;
- – eine
Verteilerscheibe 12 (7),
die mit der Welle 2 starr verbunden ist und aufweist:
- – – eine durch
eine Wand 13 begrenzte halbmondförmige Öffnung und
- – – eine halbmondförmige Aussparung,
die in Richtung der Seite des zylindrischen Gehäuses 11 offen und zur
entgegengesetzten Seite hin durch eine Wand 14 begrenzt
ist, wobei die Aussparung dem Volumen der halbmondförmigen Öffnung entspricht;
- – eine
Endabdeckung 15, welche zwei (für gewöhnlich zum Ansaugen dienende)
Durchgangsöffnungen aufweist.
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6 stellt
ebenfalls schematisch die Abdichtungselemente 16 und die Ölkanäle 17 dar.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung
(die für
Fachleute offensichtlich sind und daher nicht speziell dargestellt
sind) kann die Verteilerscheibe 12 des ventilgesteuerten
Mechanismus 10 in einer Aussparung angebracht werden, die
in der Außenseite
der Wand des Gehäuses 1 der
Maschine vorgesehen ist, und geeignete Öff nungen in der Wand 1 dieses
Gehäuses
können
die Rohrverbindungsstücke 9 ersetzen.
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Da das Blatt 6 einer isoliert
betriebenen Verdrängermaschine
unter "Totpunkten" leidet, ist es zu
empfehlen, die Welle 2 mit einem Schwungrad zu versehen.
Im einfachsten Fall (beispielsweise bei Verwendung der Maschine
als Durchflussmessgerät)
kann die Funktion dieses Schwungrades durch die Welle 2 selber
zusammen mit dem Führungsstück 3 und
der Verteilerscheibe 12 erfolgen. Pneumatische oder hydraulische
Motoren, die auf der Maschine der Erfindung basieren, können mit
einer eine exzentrische Gewichtsverteilung aufweisenden Welle 2 versehen
sein, und in anderen Anwendungsfällen,
wenn die Welle 2 mit einem drehenden Antrieb verbunden
ist, kann die Funktion des Schwungrades von drehenden Teilen eines
speziellen Motors übernommen
werden.
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Bezug nehmend auf 8 können
pneumatische oder hydraulische Motoren (und demzufolge Kompressoren
oder Pumpen) vorzugsweise aus mindestens zwei erfindungsgemäßen Verdrängermaschinen
bestehen, deren Blätter 6 auf
einer gemeinsamen Welle 2 in 90°-Phasenversatz angebracht sind
und die parallel an eine gemeinsame Ausstoß- (oder Einspritz)-Hauptleitung
angeschlossen sind.
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Bei vielgliedrigen Pumpen oder Kompressoren,
die auf der Verdrängermaschine
der Erfindung basieren, wird ein weiterer wichtiger Effekt erzielt,
und zwar eine Glättung
der Druckschwankungen am Auslass.
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Zwei prinzipielle Varianten sind
möglich,
wobei bei der ersten das Gehäuse 1 feststehend
ist und bei der zweiten die Welle 2 feststehend ist.
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Die zweite Variante wird als Einrichtung
zur Überwindung
der Totpunkte bevorzugt, sie ist jedoch in den meisten Fällen nicht
zweckdienlich und wird demzufolge, wie für Fachleute klar ist, nicht
in Betracht gezogen.
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Insoweit der erfindungsgemäße Bewegungsrichtungswandler
reversierbar ist, sorgt die erste Variante, d. h. die Variante mit
feststehendem Gehäuse,
auch für
zwei Betriebsmodi, und zwar:
– entweder wird die Last auf
die Welle 2 aufgebracht (bei einem Modus des Einspritzens
oder Dosierens eines Fluids),
oder die Last auf das Blatt 6 aufgebracht
(bei einem Motor oder einem Durchflussmessgerät).
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Der Betrieb beim Einspritzmodus wird
nachfolgend mit Bezug auf 6 beschrieben,
falls nicht anderes angegeben.
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Beim Rotieren der Welle 2 zwingt
das Führungsstück 3 das
ringförmige
Einsatzstück 4 dazu,
in der ringförmigen
Nut konstant in derselben Richtung zu laufen. Das ringförmige Einsatzstück 4 übt einen
Schub auf die Kugel (oder Kugeln) 5 aus, welche unter Abrollen
in den Sockelstücken
des Einsatzstückes 4 das
Blatt 6 zu einer Hin- und
Herbewegung zwingen.
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Bei jeder Hin- und Herbewegung des
Blattes 6 wird:
- – ein Unterdruck hinter diesem
und demgemäß in den
Teilen des Innenraums des Gehäuses 1 erzeugt,
die durch die Trennwand 8 und (in einem bestimmten Stadium
des Prozesses) durch die Rückseite
des Blattes 6 begrenzt sind, und ein Fluid wird durch einen
Teil der Kanäle
des ventilgesteuerten Mechanismus 10 eingespritzt, die
sich beim Rotieren der Verteilerscheibe 12 und des zugehörigen Rohrverbindungsstücks 9 öffnen, und
- – ein Überdruck
vor diesem, d. h. demgemäß von den
Teilen des Innenraums des Gehäuses 1 erzeugt,
die durch die Trennwand 8 und (bei einem bestimmten Stadium
des Prozesses) durch die Vorderseite des Blattes 6 begrenzt
sind, und ein druckbeaufschlagtes Fluid wird über den anderen Teil der Kanäle des ventilgesteuerten
Mechanismus 10, die sich bei einem Rotieren der Verteilerscheibe 12 öffnen, sowie über das
zugehörige
Rohrverbindungsstück 9 in
ein Auslassrohr ausgestoßen.
-
Wenn man abwechselnd eine Last (d.
h. ein druckbeaufschlagtes Fluid, das durch den ventilgesteuerten
Mechanismus 10 einströmt)
auf die Blätter 6 aufbringt,
welche im Gehäuseinneren
auf verschiedenen Seiten der Trennwand 8 angebracht sind,
verläuft
der Prozess umgekehrt wie beim oben beschriebenen Prozess, und zwar:
- – während seiner
Hin- und Herbewegung übt
das Blatt 6 über
die Kugel(n) 5 Schub aus und bewirkt eine Drehbewegung
des ringförmigen
Einsatzstückes 4,
- – dieses
Einsatzstück 4 bewirkt
eine Drehbewegung des Führungsstückes und
auch der Abtriebswelle 2, von der dann die Nutzleistung
abgenommen wird.
-
Auch wenn hier spezielle Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, sind verschiedene
Modifikationen von diesen für
Fachleute offensichtlich, es ist daher nicht beabsichtigt, dass
die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsformen oder Details von
diesen eingeschränkt
ist, und es können Variationen
und Modifikationen an diesen vorgenommen werden, die innerhalb von
Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung liegen, der durch
die Ansprüche
definiert ist.
-
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
-
Die beschriebene Erfindung lässt sich
unter Nutzung von in der Industrie bekannten Materialien, Anlagen
und Werkzeugen realisieren.
-
Unter den am stärksten bevorzugten Ausführungsformen
sollte man speziell solchen besondere Aufmerksamkeit widmen, die
in Zusammenhang stehen mit Verdränger-Durchflussmessgeräten und
Dosierpumpen, sowie Unterdruckpumpen für Melkeinheiten.
