DE19806507B4

DE19806507B4 - Sogpumpe

Info

Publication number: DE19806507B4
Application number: DE19806507A
Authority: DE
Inventors: Alfred Prof. Dipl.-Kaufm. Evert
Original assignee: Individual
Current assignee: WOBBEN, ALOYS, DIPL.-ING., 26607 AURICH, DE
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: DE19806507A1

Abstract

Sogpumpe mit einer Gehäusewandung, einem Rotor, einem Einlauf und einem Auslauf,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor einen runden Querschnitt aufweist und der Rotordurchmesser vom Einlauf zum Auslauf hin ansteigt,
die Gehäusewandung so geformt ist, dass dem Fluid vom Einlauf zum Auslauf eine zunehmend kleinere Querschnittsfläche zur Verfügung steht,
auf der Gehäusewandung Nuten angebracht sind, welche vom Einlauf zum Auslauf hin einen dem Drehsinn des Rotors folgenden spiraligen Verlauf aufweisen,
die Nuten einen runden oder gerundeten Querschnitt aufweisen, wobei ihre Kanten in Richtung des Drehsinns des Rotors weisen und mindestens eine Abrisskante bilden.

Description

1 Einführung
1.1. Problematik
Die bekannte Technik der Strömungsmaschinen weist z. T. außerordentlich hohen Wirkungsgrad auf, welche kaum als verbesserungsfähig erachtet wird. Dieses betrifft jedoch in erster Linie die Maschinenkomponenten, welche der unmittelbaren Umsetzung der kinetischen Energie des Fluid in kinetische Energie mechanischer Art, also der Bewegung eines Rotors bzw. umgekehrt, betreffen. Verlustreich dagegen sind meist die Maschinenkomponenten, welche der Zuführung des Fluids zur Strömungsmaschine, der Umlenkung des Fluidstromes innerhalb der Maschine bzw. Abführung des Fluids von der Strömungsmaschine betreffen. Gleiches gilt für Hubkolbenmaschinen, wobei dort zusätzlich die bekannte Mechanik der Hubbewegungen nur eine unzureichende Lösung darstellt. Insofern bieten Strömungs- wie Hubkolbenmaschinen durchaus Potential zur Verbesserung des Wirkungsgrades hinsichtlich des Fluidstromes wie der Mechanik.
1.2. Basis
Basis dieser Patentanmeldung hier ist die Erfindung 'Konstruktive Elemente zur Verbesserung des Fluidstroms in Rohren', welche nachfolgend 'Rohrerfindung' genannt wird. Dort wurden anhand eines neuen Modells potentieller Molekularbewegung eine ideale Strömungsform der Fluidströme in Rohren entwickelt. Diese bestehend aus Rollschicht, Haupt- sowie Kernstrom und wurde 'Potentialdrallströmung' bezeichnet. Dort wurden diverse, neue Konstruktionselemente konzipiert, welche diesen Potentialdrallstrom zu erzeugen, zu erhalten und zu nutzen geeignet sind. Die dortigen Konstruktionselemente sind ausschließlich feststehenden Teile.
DE 91 11 278 U1 betrifft eine Pumpe für Viskoseflüssigkeiten zur Verwendung als Schmierölpumpe bei Verbrennungsmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten wie Motorkettensägen oder dergleichen.
DE 43 19 628 A1 betrifft strukturierte Oberflächen von Strömungsmaschinenteilen. Insbesondere werden Rillen gezeigt, welche Querschnittsabmessungen im Mikrometerbereich aufweisen. Durch diese sehr feinen Rillen können der Reibungswiderstand und damit die Strömungsverluste verringert werden, da turbulente Querströmungen vermindert werden können.
DE 37 91 053 T1 betrifft Vakuum-Molekularpumpen mit Nuten im Gehäuse.
1.3. Zielsetzung
Zielsetzung dieser Patentanmeldung hier ist die Steigerung des Wirkungsgrades von Arbeits- und Kraft maschinen durch eine systematische, neuartige Konzeption dieser Maschinen bzw. zugehöriger Komponenten. Die in der Rohrerfindung erörterten physikalischen Grundlagen werden hier dieser Aufgabenstellung entsprechend weiter geführt.
Somit wird eine Sogpumpe mit einer Gehäusewandung, einem Rotor, einem Einlauf und einem Auslauf gezeigt. Der Rotor weist einen runden Querschnitt auf und der Rotordurchmesser steigt vom Einlauf zum Auslauf hin an. Die Gehäusewandung ist so geformt, dass dem Fluid vom Einlauf zum Auslauf eine zunehmend kleinere Querschnittsfläche zur Verfügung steht. Auf der Gehäusewandung sind Nuten angebracht, welche vom Einlauf zum Auslauf hin einen dem Drehsinn des Rotors folgenden spiraligen Verlauf aufweisen. Die Nuten weisen einen runden oder gerundeten Querschnitt auf. Ihre Kanten weisen in Richtung des Drehsinns des Rotors und bilden mindestens eine Abrisskante.
3.6. Sogpumpe
Funktion:
Dieses Konstruktionselement dient dazu, ein Bündel von Potentialdrallströmungen allein aufgrund von Sogwirkung und damit geringem Energieaufwand zu erzeugen.
Konstruktionsprinzip:
Wesentliches Merkmal dieser Sogpumpe ist, daß auf der Innenwandung des Gehäuses Kanäle angebracht sind, welche von hinten bis vorn spiralförmigen Verlauf aufweisen. Die Kanäle haben asymmetrischen Querschnitt mit einer Abrißkante. Der Rotor dagegen hat stets runden Querschnitt und seine Oberfläche sollte relativ rauh sein, damit das Fluid 'anhaftet'. Durch die Drehung des Rotors wird damit das Fluid in ebenfalls drehende Bewegung versetzt. Die Radien des Rotors sind von hinten nach vorn ansteigend, womit durch die 'Haftung' des Fluids dessen Drehung von hinten nach vorn zunehmende Geschwindigkeit erreicht. Das Fluid streicht über die Abrißkanten obiger Kanäle und bewirkt eine zusätzliche Drehung des Fluids in den Kanälen, wobei sich Potentialdrallströmung ausbilden wird. Die Kanäle weisen hinten einen relativ steilen Winkel zur Rotationsachse auf, im mittleren Teil einen wesentlich flacheren Winkel und nach vorn wieder etwas steileren Winkel auf. Die Potentialdrallwirbelzöpfe verlassen die Maschine damit in axialer wie tangentialer Richtung.
Konstruktive Ausführung:
In Bild 1, oben, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch diese Sogpumpe dargestellt. Der Fluidstrom verläuft von links nach rechts. Der Rotor (RO) dreht sich um die Rotationsachse (RA). Der Rotor hat stets runden Querschnitt mit von hinten nach vorn anwachsendem Radius. Bestandteil des Gehäuse (GE) ist die Innenwandung (A) mit prinzipiell ebenfalls rundem Querschnitt. Dessen Radius ist im Einlaufbereich relativ groß, verringert sich zur Mitte hin und ist nach vorn wieder ansteigend. Von hinten nach vorn sind auf der Innenwandung (A) Kanäle (B) ausgebildet. Sie verlaufen in Spiralform, wobei hinten die Anstellung gegenüber der Rotationsachse relativ steil ist, dann flacher wird zur Mitte hin und hinten wieder steiler wird. Die Kanäle weisen hinten gegenüber der Innenwandung eine geringe Höhe aus, welche zur Mitte hin größer wird und nach vorn die gesamte Höhe des für das Fluid zur Verfügung stehenden Querschnitts einnehmen.
In Bild 1 sind in der unteren Darstellungszeile schematisch einige Abschnitte des Querschnitts des Rotors (RO), der Innenwandung (A) wie der Kanäle (B) dargestellt. Die Drehung des Rotors wird dabei im Uhrzeigersinn unterstellt. Die Abrißkanten der Kanäle weisen in diese Drehrichtung. Die Kanäle haben einerseits die Funktion von Leitblechen, insofern könnten sie auch von hinten nach vorn die gesamte Höhe des dem Fluid jeweils zur Verfügung stehenden Querschnitts einnehmen. Andrerseits soll in den Kanälen sich eine zusätzliche Potentialdrallströmung ausbilden können. Insofern ist sinnvoll, daß diese Kanäle im Einlaufbereich (im Bild 1 links) zunächst praktisch nur eine Nut bilden, dann zunehmend größere Höhe in Bezug auf den dem Fluid zur Verfügung stehenden Querschnitt einnehmen. Durch die Rotation des Fluid (hier rechtsdrehend unterstellt) streicht dieses über die Abrißkanten und erzeugt im Kanal einen Sog, welcher eine Drehbewegung des Fluids innerhalb des Kanals ausbilden wird (hier dann gegen den Uhrzeigersinn gerichtet). Indem immer mehr Fluidanteile bei immer größerer Rotationsgeschwindigkeit darin einfließen (in Bild 1 mittig bzw. rechts), bildet sich die gewünschte Potentialdrallströmung mit der ihr innewohnenden Charakteristik aus.
Besondere Eigenschaften und Anwendung
Diese Sogpumpe kann mit minimalem Energieaufwand betrieben werden. Es entstehen lediglich Reibungsverluste in den Lagern des Rotors sowie durch die Reibung des Fluids an den Oberflächen des Rotors. Die Wirkung dieser Sogpumpe wird dadurch erzielt, daß lediglich die Voraussetzungen zur Ausbildung des Potentialdrallstroms geschaffen werden und dessen Eigendynamik genutzt wird. Dem Fluid muß zur Ausbildung dieser Strömungsform genügend Zeit und Raum gegeben werden. Darum wird diese Maschine relativ großvolumig bauen. Der Wirkungsgrad jedoch wird entsprechend hoch sein. Diese Sogpumpe wird keinen großen Druck aufbauen können, dafür eine sehr sanfte Förderung des Fluids ergeben.

Claims

Sogpumpe mit einer Gehäusewandung, einem Rotor, einem Einlauf und einem Auslauf, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einen runden Querschnitt aufweist und der Rotordurchmesser vom Einlauf zum Auslauf hin ansteigt, die Gehäusewandung so geformt ist, dass dem Fluid vom Einlauf zum Auslauf eine zunehmend kleinere Querschnittsfläche zur Verfügung steht, auf der Gehäusewandung Nuten angebracht sind, welche vom Einlauf zum Auslauf hin einen dem Drehsinn des Rotors folgenden spiraligen Verlauf aufweisen, die Nuten einen runden oder gerundeten Querschnitt aufweisen, wobei ihre Kanten in Richtung des Drehsinns des Rotors weisen und mindestens eine Abrisskante bilden.
Sogpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Nuten gegenüber der Gehäusewandung vom Einlauf aus in Richtung des Auslaufs hin ansteigt.
Sogpumpe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel zwischen den Nuten und der Rotationsachse des Rotors in Gehäusewandungsbereichen zwischen dem Einlauf und dem Auslauf flacher sind, als unmittelbar beim Einlauf oder beim Auslauf.
Sogpumpe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewandung einen runden Querschnitt aufweist.
Sogpumpe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor eine raue Oberfläche zur verbesserten Haftung des Fluids aufweist.