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Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine
mit mit wechselnden Geschwindigkeiten umlaufenden, beiderseits eines Antriebsgliedes
angeordneten Kolbengliedern. Solche Maschinen sind schon in mannigfaltigen Ausführungen
bekannt. Bei ihnen laufen in einem kreisringförmigen Arbeitsraum die Kolbenglieder
mit wechselnden Geschwindigkeiten um, so daß die Abstände benachbarter Kolbenglieder
drehstellungsabhängig wechseln. Diese Änderungen werden zur Förderung des Mediums
bzw. zur Ausnutzung des Druckes eines Mediums ausgenutzt. Bei einer Drehkolbenmaschine
dieser Art trägt eine in bezug auf den Arbeitsraum außermittig gelagerte antreibbare
Scheibe auf einer Breitseite fest eingesetzte Zapfen, die in außermittige Bohrungen
von walzenförmigen Kolbengliedern fassen. Diese Kolbenglieder ändern durch der Exzentrizität
des Antriebes entsprechende Schwingbewegungen auf den sie führenden Zapfen ihre
Abstände. Bei einer anderen bekannten Drehkolbenmaschine mit kreisringförmigem Arbeitsraum
werden mit Hilfe von Zahnrädern als Abschnitte eines Kreisringkörpers ausgebildete
Kolbenglieder angetrieben, die mit den Zahnrädern kämmende Verzahnungen tragen.
Der Antrieb erfolgt derart, daß die Kolbenglieder je über Teilbereiche ihrer Umlaufwege
höhere Geschwindigkeiten als in den restlichen Bereichen ihrer Wege erhalten. Weiterhin
sind Drehkolbenmaschinen mit kreisringförmigem Arbeitsraum bekannt, die mit in Radialschlitzen
von antreibenden, exzentrisch umlaufenden Seitenscheiben verschiebbare Lagerzapfen
aufweisenden Rollkolben ausgerüstet sind. Es sind auch Drehkolbenmaschinen mit kreisringförmigem
Arbeitsraum bekannt, bei denen auf einendig oder beidseitig an um außermittig liegende
Achsen umlaufenden Antriebsscheiben gehalterten Zapfen Sektorkolben angeordnet sind.
Eine weiterhin bekannte Drehkolbenmaschine mit kreisringförmigem Arbeitsraum weist
als Triebwerk ein die Kalben antreibendes Glied auf, das auf einem Kurbelzapfen
der mittig zum Arbeitsraum gelagerten Arbeitswelle angeordnet ist. Das die Kolben
steuernde Glied wird dabei durch ein zentrisch zu seiner Drehachse sitzendes Zahnrad
gedreht, das in eine mittig in dem Gehäuse undrehbar angeordnete Innenverzahnung
faßt. Diese vorbekannte Maschine @veist eine Zwillingsanordnung auf, bei der zwei
voneinander unabhängige kreisringförmige Arbeitsräume vorgesehen sind, die miteinander
keinen unmittelbaren Zusammenhang haben. Die in den beiden Arbeitsräumen untergebrachten
Arbeitskolben werden von dem zwischen den beiden Arbeitsräumen liegenden gemeinsamen
Triebwerk gesteuert. DieArbeitsräume müssen dabei je selbständig gegenüber dem das
Triebwerk enthaltenden Bereich abgedichtet sein. Den erwähnten vorbekannten Maschinen
ist gemeinsam, daß die Fertigung beachtliche Schwierigkeiten bereitet, da die zur
Abdichtung erforderliche Einhaltung geringster Lagerspiele langwierig ist. Außerdem
sind Rollkolben sowie mit Zahnungen versehene Kolben insofern unzweckmäßig, als
sie in maßgeblichen Bereichen nur linienförmig gegen die die Arbeitsräume begrenzenden
Wandteile anliegen, so daß selbst bei mäßigen Drücken Abdichtungsschwierigkeiten
und schon bei geringen Verschleißfolgen beachtliche Beeinträchtigungen des Wirkungsgrades
entstehen. Ferner werden bei den bekannten Maschinen an die Lagerung der Antriebsglieder
erhebliche Anforderungen gestellt, da starke einseitig wirkende Drücke aufgenommen
werden müssen. Diese Eigenarten beeinflussen die beim Betrieb anfallenden Wirkungsgrade
ungünstig. Außerdem kann bei den v orbekannten Maschinen die Förderleistung nur
durch Änderung der Drehzahl beeinflußt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine
der eingangs umschriebenen Art zu schaffen, die sich mit einfachen Mitteln wohlfeil
mit großer Genauigkeit herstellen läßt und dennoch eine lange Gebrauchsfähigkeit
und einen guten Wirkungsgrad auch unter ungünstigen Betriebsbed'ingungen gewährleistet.
Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß der kreisringförmige
Arbeitsraum durch das in ihm mit außermittig angeordneter Welle umlaufende, beiderseitig
Kolbenglieder führende Antriebsglied mittig geteilt ist. Bei solchen Maschinen können
die gegen Wandflächen des Arbeitsraumes anliegenden Flächen der Kolbenglieder glatt
sein und große Längen haben, so daß auch beim Auftreten größerer Lagerspiele eine
zuverlässige Abdichtung anfällt. Außerdem gewährleisten solche großen tragenden
Flächen niedrige
Lagerdrücke und eine weitgehende Vermeidung von
Verschleißschäden. Ein maßgeblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine
liegt darin, daß sich eine besonders einfache Abdichtung und günstige Belastungsverhältnisse
der Triebwerkteile ergeben. Die Aufgliederung des Arbeitsraumes durch das in ihm
mit außermittig angeordneter Welle umlaufende, beiderseitig Kolbenglieder führende
Antriebsglied läßt es zu, die Antriebsmittel von Seitendrücken völlig zu entlasten,
da die Antriebsscheibe von beiden Seiten her gleichmäßig belastet wird. Daher sind
die bei den vorbekannten Ausführungen erforderlichen Abdichtungen und Längslager
entbehrlich. Dies vereinfacht den Aufbau und die Betriebsüberwachung der Maschine
grundlegend. Ferner besteht die Möglichkeit, die Teile der Maschine in besonders
einfacher Art mit geringsten Maßabweichungen zu bearbeiten. Dies ist für die Erzielung
hoher Drücke und guter Wirkungsgrade bedeutungsvoll.
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Die Wirkverbindung des in dem Arbeitsraum angeordneten Antriebsgliedes
mit den beiderseitig vorgesehenen Kolbengliedern kann verschiedenartig verwirklicht
werden. Beispielsweise könnten in an sich bekannter Art kurbelarmähnliche Glieder
als Verbindungsmittel angewandt sein. Als besonders zweckdienlich hat es sich aber
erwiesen, die einander gegenüberliegenden Kolbenglieder je paarig durch einen das
Antriebsglied durchdringenden gemeinsamen Zapfen zu verbinden. Vorzugsweise werden
die Kolbenglieder mit seitlich vorragenden Zapfen ausgerüstet, die in Schlitze bzw.
Langlöcher des Antriebsgliedes fassen. Damit ist gewährleistet, daß die Angriffspunkte
der Antriebskräfte unabhängig von der Exzentrizität des Antriebsgliedes gegenüber
dem Arbeitsraum und den jeweiligen Stellungen der Kolbenglieder gleichbleiben. Entsprechend
der Exzentrizität des Antriebsgliedes gegenüber dem kreisringförmigen Arbeitsraum
verschieben sich dann die die Verbindung herstellenden Zapfen bei jedem Umlauf in
den Schlitzen des Antriebsgliedes. Diese sind zweckmäßig radial gerichtet, könnten
aber auch geneigt verlaufen, um beispielsweise die Größe der Anlagedrücke gegen
die innere bzw. äußere Kreisringwand des Arbeitsraumes in einem vorgegebenen Sinne
zu beeinflussen.
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Der den Arbeitsraum umschließende Gehäuseteil läßt sich bei solchen
Anordnungen vollständig aus Scheiben- bzw. kreisringförmigen Bauteilen mit ebenen
Seitenflächen zusammenfügen, so daß die Fertigung besonders einfach wird. Außerdem
können zumindest großenteils die einander zugeordneten feststehenden und beweglichen
Teile gleichzeitig bezüglich der Drücke bzw. Höhe bearbeitet werden, so daß in einfacher
Weise die Einhaltung enger Lagerspiele mit Sicherheit gewährleistet ist.
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Eine weitere beachtliche Verbesserung gegenüber den vorbekannten Drehkolbenmaschinen
mit kreisringförmigem Arbeitsraum ist möglich, indem gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung die Exzentrizität des Antriebsgliedes in bezug auf den Arbeitsraum
stufenlos verstellbar ausgebildet wird. Damit läßt sich in einfacher Weise die Leistung
der Maschine stufenlos regeln. Im übrigen kann der Verstellbereich so gewählt werden,
daß er von einem Größtwert über Null bis zu einem entgegengesetzten Größtwert einstellbar
ist. Dann läßt sich auch die Arbeits- bzw. Förderrichtung des Gerätes stufenlos
umkehren. Baulich kann eine solche Gestaltung besonders übersichtlich verwirklicht
werden, indem der den Arbeitsraum enthaltende Gehäuseteil irr einem die Lagerung
des Antriebsgliedes enthaltenden Gehäuse quer verschiebbar und drehfest gelagert
wird. Entsprechend der Größe des Gerätes kann die Verschiebung dann durch verschiedenartige
Mittel erfolgen. Für ölhydraulischen Steuerungen zugeordnete Maschinen reicht es
in der Regel aus, dem den Arbeitsraum enthaltenden Gehäuseteil einen Exzenter als
Stellglied zuzuordnen.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den wesentlichen Teil einer
Drehkolbenmaschine, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Drehkolbenmaschine, deren rechter
Teil gemäß der Linie II-II der Fig. 3 geschnitten ist, Fig. 3 einen Querschnitt
nach der Linie III-III der Fig. 2.
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Das der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine zugrunde liegende Arbeitsprinzip
sei zunächst an Hand der Fig. 1 erläutert. Eine Antriebswelle 5 trägt eine kreisringförmige
Scheibe, die in Fig. 1 der Zeichnung nicht dargestellt ist, jedoch der Scheibe 25
nach Fig. 3 entspricht. Die Welle 5 mit der Scheibe läßt sich gegenüber der Mitte
des kreisringförmigen Arbeitsraumes verlagern. Dessen Umfangskontur ist in Fig.
1 durch die gestrichelten Linien 6 bzw. 7 angedeutet, wobei die Linie 7 die Mittelstellung
und die Linie 6 eine außermittige Grenzlage kennzeichnet. Die Verstellung könnte
im übrigen über die Nullage hinaus nach. der entgegengesetzten Seite zu einem der
dargestellten Lage entsprechenden Größtwert durchgeführt werden. Die Scheibe trägt
in Fig. 1 strichpunktiert angedeutete, sich radial erstreckende Langlöcher 8, die
von Zapfen 9 durchsetzt werden. Diese sitzen fest in Kolbengliedern 10, die durch
Abschnitte eines Kreisringkörpers gebildet sind, der in den Arbeitsraum paßt. Der
Arbeitsraum wird auf seiner äußeren Mantelfläche durch einen Ringkörper 11 begrenzt,
der schmale Ausfräsungen aufweist, die zueinander spiegelbildlich angeordnet sind
und der Zu- und Ableitung des Mediums dienen. Die Ausfräsungen setzen sich je aus
Bereichen 12 und 13 zusammen. Die Seitenflächen des Arbeitsraumes werden durch in
Fig. 1 nicht dargestellte ebene Wandteile gebildet, während die innere Mantelfläche
von einem Ring 14 dargestellt ist, der zwar mit dem Ringkörper 11 verbunden sein
könnte, aber auch frei verschiebbar sein kann, so daß er sich fallweise mit den
Kolbengliedern bewegt oder aber stillsteht.
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Entsprechend der Exzentrizität der Welle 5 gegenüber dem kreisringförmigen
Arbeitsraum weisen die Kolbenglieder 10 an verschiedenen Stellen ihres Weges unterschiedliche
gegenseitige Abstände auf. Die Fig. 1 zeigt beispielsweise, daß die freien Räume
15 an der Unterseite des Systems erheblich kleiner sind als die Räume 16 an der
Oberseite. Die Einfräsungen 13 erstrecken sich über so bemessene Bereiche, daß zwischen
der Eingangs- und Ausgangsseite der Maschine eine Sperrbrücke 17 vorhanden ist,
die zumindest der größtmöglichen Breite des Raumes 16 entspricht, zweckmäßig aber
etwas breiter ist.
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Es sei angenommen, daß das Gerät als Pumpe arbeiten soll, wobei die
Saugseite, wie der Pfeil 18 andeutet, rechtsseitig liegt. Die Räume 16 bzw. 15 zwischen
den Kolbengliedern 10 füllen sich dann mit dem zu fördernden Medium, und dieses
wird bei einem durch den Pfeil 19 angedeuteten Drehsinn des umlaufenden Systems
über den Bereich der oberen Sperrbrücke 17 in den Druckraum gefördert. Hier vermindert
sich das Volumen der zwischen den Kolbengliedern 10 befindlichen Räume stetig, so
daß
das darin enthaltene Medium herausgedrückt wird. Dieses Spiel
wiederholt sich fortgesetzt, so daß auch eine gleichmäßige Förderung anfällt. Bei
der umlaufenden Bewegung der Scheibe verschieben sich naturgemäß die als Mitnehmer
wirkenden Zapfen 9 innerhalb der Langlöcher 8 der Antriebsscheibe entsprechend der
jeweils eingestellten Exzentrizität der Welle 5 gegenüber dem kreisringförmigen
Arbeitsraum. Die hier anfallende Bewegung kann durch eingeschaltete Rollglieder
od. dgl. stets so aufgenommen werden, daß die Beanspruchungen und der Verschleiß
gering bleiben.
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Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Maschine ist in Wälzlagern20
eine Antriebswelle21 aufgenommen. Die Lager 20 sitzen in einem Gehäuse 22, das vorzugsweise
einen Stirnflansch 23 trägt, um eine bequeme Anbringung an einer Maschine oder beispielsweise
unmittelbar an einem Motor zu ermöglichen. Auf der Welle 21 ist innerhalb
eines als Keilwelle gestalteten Bereiches 24 eine Antriebsscheibe 25 drehfest aufgenommen.
Diese trägt auf den Umfang verteilte Langlöcher 26, die den Langlöchern 8 der Fig.
1 entsprechen. Die Langlöcher 26 werden von Zapfen 27 durchgriffen, die mit ihren
freien Enden je in Kolbenglieder 28 fassen, die den Kolbengliedern 10 der Fig. 1
entsprechen. Diese paarige Anordnung von Kolbengliedern gewährleistet eine geringe
Beanspruchung der als Mitnehmer dienenden Zapfen 27. Die den Kolbengliedern 28 zugeordneten
Arbeitsräume werden außenseitig durch Ringe 29 begrenzt, die hier nicht gezeichnete
Schlitze entsprechend den Ausfräsungen 12 und 13 der Fig. 1 aufweisen. Innenseitig
werden die Arbeitsräume je durch einen Ring 30 begrenzt, der durch die Kolbenglieder
geführt ist. Die Seitenwände der Arbeitsräume werden außen durch Scheiben 31, 32
und auf den einander zugewandten Seiten durch die Seitenflächen der Antriebsscheibe
25 begrenzt. Der die Arbeitsräume enthaltende Gehäuseteil wird durch aus Fig.2 ersichtliche
Schrauben 33 zusammengehalten, wobei der Abstand der Ringe 29 durch einen Abstandsring
34 aufrechterhalten wird. Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß sich die mit den
Kolbengliedern zusammenwirkenden Flächen des Arbeitsraumes besonders leicht bearbeiten
lassen und daß weiterhin, da eine Bearbeitung in unmittelbarer Verbindung mit den
beweglichen Teilen möglich ist, stets enge Lagerspiele eingehalten werden können.
Die Darstellung läßt überdies erkennen. daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung
Abdichtungsschwierigkeiten nicht entstehen können. Der durch die Schrauben 33 zusammengehaltene
Gehäuseteil ist in dem Gehäuse 22 verschiebbar und durch Zapfen 35 gegen Drehung
gesichert geführt. Zur Einstellung der jeweils erforderlichen Leistung, d. h. zur
Beeinflussung der Exzentrizität des Antriebsgliedes 25 gegenüber dem die Arbeitsräume
enthaltenden Gehäuseteil dient eine in dem Gehäuse 22 drehbare Welle 36, die mit
einem exzentrisch angeordneten Zapfen 37 unter Vermittlung eines Wälzlagers 38 in
einen Schlitz des verschiebbaren Gehäuseteiles faßt. Die Wirkungsweise der in den
Fig. 2 und 3 dargestellten Maschine ergibt sich aus den Ausführungen zu Fig. 1 der
Zeichnung.
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Die dargestellte Ausführung ist, wie schon erwähnt wurde, nur eine
beispielsweise Verwirklichung der Erfindung. Diese ist nicht darauf beschränkt.
Es sind vielmehr noch mancherlei andere Ausführungen möglich. Das Gerät kann sowohl
als Kraftmaschine wie auch als Arbeitsmaschine verwandt werden. Die Gestaltung und
Anordnung der Einzelteile läßt sich mannigfaltig abwandeln. So könnten beispielsweise
die Zapfen 27 noch in besonderen Führungsmitteln, gegebenenfalls auch in Rollgliedern,
aufgenommen sein, um den anfallenden Verschleiß besonders gering zu halten. Die
an das verschiebbare Gehäuse anzuschließenden Leitungen können entweder biegbar
sein, um den etwaigen Bewegungen des Gehäuses zu folgen, oder es werden verschiebbare
Glieder vorgesehen, die eine solche Beweglichkeit zulassen. Die Anzahl der Kolbenglieder
läßt sich weitgehend abwandeln.