CH638274A5 - Verdraengermaschine mit axialer durchstroemung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine mit axialer Durchströmung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Durch die erfindungsgemässe Maschine soll die Energie strömender Medien in mechanische Arbeit umgewandelt, aber auch die Arbeitsfähigkeit erhöht werden. Infolge des statischen und dynamischen Ausgleichs der sich drehenden Bestandteile, und der restlosen Beibehaltung des volumetri-schen Prinzips, ist ihre Drehzahl bzw. die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Bauteile immer der Geschwindigkeit der sich drehenden Bauteile immer der Geschwindigkeit des strömenden Mediums proportional. Die Einrichtung ist daher für eine genaue Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten geeignet. Die bekannten Einrichtungen gleicher Bestimmung und die auf dem Prinzip der Volumenförderung betriebenen Maschinen arbeiten mit einem verhältnismässig hohen Reibungsverlust, wobei die durchströmenden Medien zur Wirbelbildung, zur Richtungsänderung und zur Beschleunigung gezwungen werden. Die Abgrenzung ihres Volumens ist kompliziert und kann nur mit Kompromissen und unvollkommen realisiert werden. Strömungsmaschinen können nur unter bestimmten Betribsver-hältnissen ökonomisch betrieben werden: Ihr Wirkungsgrad ist von der Strömungsgeschwindigkeit, bzw. von der Drehzahl abhängig und daher mit bedeutenden mechanischen, hydraulischen und volumetrischen Verlusten behaftet.

Zweck der Erfindung ist es eine Einerichtung zu schaffen, bei der die Nachteile der bekannten Einrichtungen gleicher Bestimmung vermieden sind, d.h. dass der Wirkungsgrad bei Umwandlung der kinetischen und potentiellen Energie von strömenden Gasen und Flüssigkeiten in mechanische Arbeit, bzw. bei Umwandlung der mechanischen Arbeit in kinetische oder potentielle Energie erhöht werden kann.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, das Verhältnis zwischen dem Volumen des strömenden Mediums und der Drehzahl der Einrichtung in dem ganzen Funktionsbereich beizubehalten.

Die erfindungsgemässe Einrichtung ist durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 charakterisiert.

In einer Ausführungsform wird das innere Profil des Querschnittes der Kammer 2 durch eine Epizykloide gebildet, wobei das äussere Profil der Spindel 4 die innere Abdeckkurve der Epizykloide ist. Betrachtet man die Bogenzahl der Epizykloide als Anzahl von Gewindegängen (zk), so wird einer Kammer eine Spindel angepasst, deren Geschwindegänge (zo) in gleicher Richtung verlaufen, die aber einen

Gewindegang mehr aufweist als die Kammer (z0 = zk + 1). Ihre Gewindesteigung Ho ist das

-fache der Kammergewindesteigung Hk und ist konstant oder veränderlich.

Infolge der Ausbildung der Schraubenoberflächen der Kammer und der Spindel drehen sich die Kammerquerschnitte zwischen zwei in einem infinitesimalen Abstand dl befindlichen Ebenen um einen Winkel d<p, die Spindelquerschnitte um einen Winkel

Der Kammerquerschnitt und der Spindelquerschnitt werden daher auf der Länge dl zueinander um einen Winkel d<p verdreht. Da die Querschnitte sich relativ zueinander verdrehen, entstehen entsprechend den konstanten oder veränderlichen Gewindesteigungen zwischen der Kammer und der Spindel Hohlräume gleicher oder abweichender Länge für die zu befördernden flüssigen oder gasförmigen Medien. Diese Hohlräume - entsprechend der Verdrehung der Kammer und der Spindel - wiederholen sich periodisch, sind jedoch voneinander abgetrennt.

Um die Seiten der Ein- und der Ausströmung der erfin-dungsgemässen Maschine zu trennen, sollen sowohl die Kammer, wie auch die Spindel länger als der oben erwähnte Hohlraum bemessen werden. In diesem Falle kann beim ruhigen Zustand der Kammer und der Spindel theoretisch kein Medium durchströmen.

Während des Betriebes dreht sich die Kammer mit einer Drehzahl m und die Spindel mit einer Drehzahl

Zo infolge der Zwangsverbindungen des die Drehbewegung übertragenden Organs, während das das Medium fördernde Volumenelement in der Achsenrichtung, ohne Drehbewegung und ohne Änderung der Form und des Volumens sich vorwärtsbewegt. Seine Geschwindigkeit v = nk. hk = no. ho ist entweder konstant oder veränderlich. Die erfindungsgemässe Einrichtung weist keinen eine oszillierende Bewegung ausführenden Bauteil auf. Sowohl die Kammer wie auch die Spindel drehen sich infolge der Symmetrie ihrer Querschnitte um ihre Achse, wobei die Kammer und die Spindel dynamisch ausgewuchtet werden sollen.

Die folgenden Ausführungsbeispiele der erfindungsge-mässen Maschine werden anhand der beigelegten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 stellt die Maschine mit einer Kammer mit eingängigem Gewinde und mit einer Spindel mit zweigängigem Gewinde im Längsschnitt dar; in

Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie A-A in Fig. 1 zu sehen, in Fig. 3 wird der Querschnitt nach Linie B-B in Fig. 1 dargestellt, wobei ein anderer Schnitt C-C dünn ausgezogen ist.

s

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3

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Fig. 4 stellt die Maschine mit Impulszeichengeber, im Längsschnitt dar.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeipiel der erfindungsge-mässen Maschine dargestellt, die sowohl als Pumpe wie auch als Hydromotor, oder Kompressor, oder als Gasmotor vorteilhaft verwendet werden kann.

In dem, auf Betriebsdruck bemessenem Gehäuse 1 sind ein eine Kammer 2 abstützendes Wellenlager 3 und ein eine Spindel 4 abstützendes Wellenlager 5 angeordnet, wobei die Spindel einen ellipsoiden Querschnitt aufweist und mittels eines Lenkkegels 6 und einer strömungsgünstig ausgebildeten Haltestange 7 steif verbunden ist. Der sich mit der Kammer 2 drehende Zahnkranz 8 und der sich mit der Spindel 4 drehende Zahnkranz 9 sichern eine Drehbewegung mit Hilfe eines auf einer Vorsatzwelle 10 aufgekeilten Zahnradpaares. Mit der Kammer 2 dreht sich auch ein Zwischenstück 11, welches günstige Strömungsverhältnisse zwischen der kreisförmigen Reduktionsöffnung 12 und der Öffnung der Kammer 2 gewährleistet.

Dem selben Zweck dient der mit der Spindel 4 sich drehende Spindelhals 13, wodurch zwischen dem Lenkkegel 6 und dem Querschnitt der Spindel 4 günstige Strömungsverhältnisse gesichert werden können. Der Spindelhals (Spindelzapfen) 13 und der Zahnkranz 9 sind durch schaufeiförmige Stege 14 verbunden. Die Stege 14 sind mit einer Gewindesteigung ausgebildet. Die Vorsatzwelle 10 weist einen Wellenzapfen 15 auf, der - abhängig von der Bestimmung der Maschine - sowohl zur Übernahme, wie auch zur Übertragung der mechanischen Arbeit dient.

In Fig. 4 wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge-mässen Maschine als Strömungsmessgerät dargestellt. Hierbei ist zwischen der Kammer 2 - die einen einfachen s Auslauf aufweist - und der Spindel 4 die Verbindung durch ein Zahnrad 16 (mit der Zähnezahl «z») und durch ein weiteres, innenverzahntes Zahnrad 17 (mit der Zähnezahl 2z) realisiert. Das auf der Welle 19 gelagerte Zahnrad 16 und das Zwischenstück 11 sind durch die Stege 18 miteinander ver-lo bunden. Die Spindel 4 ist mit dem innenverzahnten Zahnrad 17 auf dem Wellenzapfen 20 drehbar gelagert. Ein Impulszeichengeber - der aus einer, am Zwischenstück 11 montierten Scheibe 21 und aus einem Fühler 22 besteht - ermöglicht eine vorzeichenrichtige Fernanzeige der dem Volumen des strö-ls menden Mediums proportionalen Umdrehungszahl.

Wenn durch die Kammer 2 ein Medium mit kinetischer oder Druckenergie strömt - so kann über die mit der Spindel 4 durch Zahnräder verbundene Ausgangswelle 15 eine Arbeitsmaschine angetrieben, oder umgekehrt: wenn die Welle 15 mit einer Kraftmaschine angetrieben wird, so kann die Arbeitsfähigkeit des durchströmenden Mediums erhöht werden. Die erfindungsgemässe Maschine kann entsprechend dem geeigneten Ausführungsbeispiel und entsprechend bemessen, und eventuell mit sonstigen, an und für sich bekannten Bauelementen ergänzt - als eine Flüssigkeitspumpe, Kunststoff-Extruder, als ein Strahlengetriebe, Kompressor oder Lüftungsanlage, Hydromotor, Gasabsauger, Gasmotor, oder als Messgerät für strömende Medien verwendet werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

639 274 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Verdrängermaschine mit axialer Durchströmung mit einem eine Zu- und Ablauföffnung aufweisenden Gehäuse und zwei ineinanderliegenden Elementen, von welchen jedes mindestens einen Gewindegang konstanter oder veränderlicher Gewindesteigung aufweist, wobei zwischen den Elementen Hohlräume gebildet sind, die sich mit dem Fördergut oder Antriebsmedium fortlaufend zwischen Zu- und Ablauf bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Element eine rohrförmige Kammer (2) und das andere eine drehbare Spindel (4) ist, welche Elemente im Gehäuse (1) drehbar gelagert und durch ein mit einem An- oder Abtrieb versehenes Getriebe (8,9,16,17) miteinander zwangsverbunden sind, wobei die Spindel einen Gewindegang mehr als die Kammer aufweist.

2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profil der Kammer (2) eine verkürzte Epizykloide ist.