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Drehschieberpumpe

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Die Drehschieberpumpe ist eine einfach aufgebaute Vakuumpumpe.

Zu dieser Pumpe gibt es eine kleine Gif-Animation (90 kB).

In dem exzentrisch gelagerten, rotierendem Rotor (grün) sind zwei bewegliche Schieber (blau) angeordnet, die mit Hilfe der Feder (gelb) und durch die Zentrifugalkraft an der inneren Gehäusewand (rot) entlanggleiten. Dadurch vergrößert und verkleinert sich das Volumen zwischen Rotor und Gehäuse und sorgt so für den Pumpvorgang.
Das abzusaugende Gas strömt durch den rechten Stutzen in den durch die Drehbewegung entstandenen Raum bis er vom zweiten Schieber verschlossen wird. Anschließend wird der Raum durch die Drehung wieder verkleinert und das Gas komprimiert bis es durch das Auslasventil entweicht (linker Stutzen).
Um die Reibung zwischen Schieber und Gehäuse zu vermindern und um eine bessere Dichtigkeit zu erreichen befindet sich im Gehäuse etwas Öl.

Bei der Animation mit XPresso kommen wir diesmal völlig ohne Trigonometrie aus, die Pumpe selbst enthält keine Polygonobjekte sie ist nur aus parametrischen Objekten aufgebaut.

Zuerst müssen wir den Rotor drehen, das machen wir wie bei der Kurbelwelle (siehe Motor).

Die beiden Schieber liegen in einer Ebene und berühren die kreisrunde Gehäusewand. Dies können wir ganz allgemein mathematisch ausdrücken, eine Gerade schneitet einen Kreis. Dafür habe ich die XGroup Schnittpunkte Gerade - Kreis entwickelt.
Die Gerade bilden wir aus dem Koordinatenursprung und dem Hilfsobjekt Ziel das sich mit dem Rotor mitdreht. Um aus den zwei Punkten die Geradengleichung zu berechnen benutzen wir die XGroup 2 Punkte zu Gerade. So erhalten wir die x-Koordinaten der beiden Schnittpunkte aus denen wir mit den beiden Formel Nodes auch die y-Koordinaten berechnen. Diese beiden Schnittpunkte müssen wir nur noch dem rechten Schieber zuweisen, dazu dienen die beiden Verteiler. Die Objektachsen der Schieber haben wir zur Vereinfachung nach aussen verlegt. Für den linken Schieber machen wir das gleiche.

Nun fehlt nur noch die Feder die die beiden Schieber nach aussen drückt. Als Feder benutzen wir ein Sweep-NURBS mit einer Helix. Die Feder verändert bei der Drehbewegung sowohl die Positions als auch ihre Länge. Die Position der Helix hängen wir an den linken Schieber (Spline Objekt) und so macht die Feder die Bewegung des Schiebers mit.
Um die Länge der Feder (Höhe Helix) zu berechnen benutzen wir die Positionen der beiden Schieber aus denen wir den Abstand berechnen. Vom Abstand müssen wir nur noch die Länge der beiden Schieber abziehen um wir haben die gesuchte Länge der Feder.

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