Rotationskolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskol- benmaschine für gasförmige Medien mit mindestens zwei in einem gemeinsamen Gehäuse dicht eingeschlos senen, miteinander zwangsläufig drehbaren Rotations kolben, deren Achsen parallel zueinander verlaufen, wo bei jeder Rotationskolben aus einer Mehrzahl von paar weise ineinandergreifenden Scheiben besteht und be nachbarte Scheiben zueinander winkelversetzt sind.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben an ihrem Umfang konisch sind und/oder in ihrer Breite gegen die Druckseite hin schmäler werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Er findungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsvariante einer Rota tionskolbenmaschine, bei der die Kolben je aus einer Mehrzahl von Scheiben zusammengesetzt sind.
Fig. 2 ist eine perspektivische schematische Ansicht einzelner miteinander zusammenwirkender Scheiben. Fig. 3 ist eine Frontansicht zweier ineinandergrei- fender Scheiben gemäss Fig. 2.
Fig. 4-10 sind verschiedene Darstellungen der Ein- griffslagen von zwei miteinander zusammenwirkenden Scheiben.
Die Rotationskolbenmaschine gemäss Fig. 1, welche als Verdichter wirken soll, weist ein Gehäuse 1 auf, in dem sich ein Einlassstutzen 2 und ein Auslassstutzen 3 für das zu komprimierende Gas, insbesondere Luft, be findet. Im Innern dieses Gehäuses 1 befinden sich in einer Öffnung desselben zwei Rotationskolben 4, welche miteinander im Eingriff sind, in dem Sinne, dass der Aussenmantel des einen Rotationskolbens gegen den Kern des andern Rotationskolbens genau anliegt oder nahezu anliegt und umgekehrt.
Diese Rotationskolben liegen in der Bohrung des Gehäuses 1 mit ganz geringem Spiel (einige Hundertstelmillimeter bis etwa ein Zehntel millimeter) an. Das wesentliche Merkmal besteht darin, dass ihre Dicke mit zunehmendem Abstand vom Ein- lassstutzen 2 abnimmt, was bewirkt, dass innerhalb des Rotationskolbens eine Kompression des Gases stattfin det. Die Scheiben sitzen je auf einer Welle 6, deren Ab stützung an beiden Enden im Gehäuse durch Lager 7 und 8 erfolgt. Die beiden Wellen 6 werden auf der einen Seite durch gleich grosse Zahnräder 9, also mit gleicher Drehgeschwindigkeit, aber entgegengesetztem Drehsinn angetrieben.
Diese Zahnräder 9 müssen möglichst präzis und spielfrei hergestellt werden, damit die Rotationskol ben untereinander und gegenüber dem Gehäuse berüh rungsfrei und mit möglichst geringem Spiel arbeiten können. Für die Aufnahme des Axialschubes ist ein Bund 10 oder ein Axialdrucklager an sich bekannter Konstruktion an den Wellen vorgesehen. Der Antrieb erfolgt vom Achsstummel 11 her, beispielsweise mittels eines Elektro- oder Verbrennungsmotors.
Das Gehäuse 1 kann zweckmässigerweise mit üblichen Kühleinrich- tungen, beispielsweise mit Hohlräumen für den Wasser- durchfluss versehen werden.
Die Rotationskolben bestehen je aus einer Mehrzahl von Scheiben 13, deren Ausgestaltung in den Fig. 1-3 näher erläutert ist. Bei gleichbleibenden Aussenkontu ren haben diese Scheiben 13 unterschiedliche Dicke und können entweder mit gleichbleibendem Versetzungswin kel zueinander angeordnet werden, oder aber unter schiedliche Versetzungswinkel aufweisen. Unter Verset zungswinkel wird das Mass der Winkelverdrehung einer ersten Scheibe zu einer zweiten benachbarten Scheibe verstanden, wie dies bei den Scheiben gemäss Fig. 2 dargestellt ist. Der Vorteil dieser Scheibenform liegt darin, dass die Herstellung weniger Schwierigkeiten bie tet.
Mit diesen Scheiben können somit unter Verwen dung gleicher oder weitgehend gleicher Bauteile Ver dichter unterschiedlicher Leistung serienmässig zusam mengestellt werden.
Es wäre auch möglich, dass die Kolben in Form eines Kegels ausgeführt würden, dessen Kern ebenfalls kegelförmig ist; der äussere und der innere Kegel öffnen sich aber nach entgegengesetzten Seiten, d. h. der Aus sendurchmesser des Kolbens nimmt mit zunehmendem Abstand vom Einlassstutzen ab, während der Kern durchmesser mit zunehmendem Abstand vom Einlass- stutzen zunimmt. Auf diese Weise wird ebenfalls eine Verringerung des freien Gangquerschnittes mit zuneh mendem Abstand vom Einlassstutzen erreicht.
Um bei solchen Rotationskolben-Maschinen die Möglichkeit zu haben, das Eintrittsvolumen bzw. die Fördermenge oder das Druckverhältnis bzw. den End druck oder beides miteinander zu verändern, kann eine Reguliereinrichtung vorhanden sein.
Würde man für die Flanken der paarweise miteinander in Eingriff kommen den Scheiben, die für Zahnräder übliche Evolventen- form nehmen, so würde bei der Drehung dieser Schei ben periodisch eine öffnung entstehen, durch welche die Luft in den nächsten Schraubengang des andern Rota tionskolbens entweichen könnte.
Um dies zu verhüten, wird deshalb für die Ausbildung der Flanken die Form einer verlängerten Epizykloide gewählt. Diese Kurven form entsteht dadurch, dass - gemäss Fig. 3 - am Um fang einer Scheibe mit .dem Radius R ein Punkt ange nommen wird, welcher um den Betrag Z in eine zweite Scheibe mit gleichem Aussendurchmesser R hineinragt, oder anders ausgedrückt, der Punkt P befindet sich im Abstand r vom Zentrum der zweiten Scheibe.
Falls sich nun beide Scheiben mit gleicher Geschwindigkeit aber in entgegengesetztem Drehsinn. drehen, beschreibt dieser Punkt P eine Kurve K auf der zweiten Scheibe, deren genaue Form aus Fig. 3 ersichtlich ist. Da anderseits der Punkt P' der zweiten Scheibe ebenfalls und in gleicher Weise und um den gleichen Betrag in die erste Scheibe hineinragt, beschreibt auch dieser Punkt eine gleiche, jedoch spiegelbildlich versetzte Kurve K'. Die einzelnen Stadien der gegenseitigen Bewegung der beiden Schei ben sind in den Fig. 4-10 dargestellt.
Falls die Herstel lung dieser Scheiben mit einer genügend grossen Ge nauigkeit erfolgt, bewirkt diese Flankenform eine theore tisch vollkommene Abdichtung am ganzen Umfang. Praktisch wird sich ein sehr geringer Luftspalt nicht ver meiden lassen, um eine metallische Berührung zu ver meiden. Die Dichtung in Längsrichtung der Kolben er folgt dabei durch Winkelversetzung der Scheiben.
Bei der Drehung dieser Scheiben liegen die Mantelflächen der beiden Scheiben gegeneinander an, vorzugsweise unter Bildung eines sehr geringen Luftspaltes, d. h. die Durchmesser R der einen Scheibe wälzen sich praktisch auf dem Durchmesser R der andern Scheibe ab und um gekehrt. Infolge des zwangsläufigen Bewegungsantriebes der beiden Kolben durch das Zahnradgetriebe 9 ist es nicht notwendig, dass die .durch die Epizykloidenform entstehende spitze Kante 20 eine Kraft auf den anderen Kolben übertragen muss.
Diese spitze Kante 20 ist bei thermischen Maschinen schwer zu kühlen. Bei solchen Maschinen wird deshalb die scharfe Spitze vermieden, indem man eine Abrun dung mit dem Radius e vornimmt. Dieser Radius ist sehr klein im Vergleich zum Radius R der Scheibe. An stelle des bei Fig. 3 erwähnten Punktes wird nun ein Kreis mit dem Radius e auf der andern Scheibe abge wälzt. Dadurch entsteht allerdings bei der Gehäusekante periodisch ein kleiner Spalt 18.
Für Vakuumpumpen und andere Maschinen, die eine vollständige Abdichtung benötigen, muss die Ausbildung mit der spitzen Kante 20 gewählt werden; für Turbinen und andere thermisch belastete Maschinen muss je nach Bedarf die erwähnte etwas abgerundete Kante gewählt und der periodisch entstehende kleine Spalt in Kauf genommen werden. Da dieser Spalt aber vergleichsweise gering ist (einige Zehntelmillimeter) und bei einer vollen Drehung nur während eines sehr kleinen Drehwinkels in Erscheinung tritt, können die daraus entstehenden Spaltverluste in Kauf genommen werden.
Die einzelnen Stadien des Be wegungsablaufes zwischen den beiden Scheiben sind in den Fig. 7-l0 dargestellt.
Die drehsichere Befestigung der Scheiben 13 auf den Wellen 6 erfolgt zweckmässig durch Keilnuten, wobei die Relativlage der Keilnuten zugleich .die gegenseitige Versetzung der Scheiben festlegt. Anstelle von Nuten- öffnungen 21 bzw. Mehrkeilwellen liessen sich auch andere drehsichere Befestigungen ausführen, beispiels weise durch Mehrkantwellen oder Wellen mit polygona lem Querschnitt.
Anstelle von zwei miteinander in Eingriff stehenden Rotationskolben können natürlich auch eine grössere Zahl derselben vorgesehen sein. Ferner können statt zwei- auch mehrgängige Rotationskolben verwendet werden.
Durch Zufuhr von Druckluft oder Druckgas können diese Maschinen auch als Motor verwendet und zum Antrieb von Geräten eingesetzt werden. Der Einlass des Druckgases erfolgt dann an der Stelle, die beim Kom pressor dem Auslassstutzen entspricht. Im Innern der Rotationskolben wird dabei eine Entspannung des Druckgases unter gleichzeitiger Energieabgabe an den Rotor bewirkt.