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Einrichtung zur Umkehr der Drehrichtung einer als Expansionsmaschine
arbeitenden Schraubenradmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur Umkehr der Drehrichtung einer als Expansionsmaschine arbeitenden Schraubenradmaschine,
die mindestens mit zwei zusammenarbeitenden männlichen und weiblichen Rotoren mit
ineinandergreifenden schraubenförmigen Kämmen und Nuten, einem Gehäuse mit einem
Arbeitsraum, der durch die einander schneidenden zylindrischen Gehäusebohrungen
für die Rotoren gebildet wird und mit Abschlußwänden mit hauptsächlich in den Mantelwänden
liegenden Durchlässen versehen ist, sowie eine Vorrichtung aufweist, die wahlweise
einen Durchlaß mit einem Niederdruckkanal und den anderen Durchlaß mit einem Hochdruckkanal
verbindet, wobei die Rotore so ausgebildet sind, daß sie bei ihrer Umdrehung zusammen
mit dem Gehäuse geschlossene Kammern bilden, von denen jede durch kommunizierende
Nutenteile zweier zusammenwirkenden Rotoren gebildet wird und deren Volumen bei
der Drehung der Rotoren veränderlich ist.
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Bei als Motor arbeitenden, mit Druckgas oder Druckflüssigkeit beaufschlagten
Zahnradmaschinen mit Gerad- oder Schrägverzahnung der beiden im Eingriff stehenden
Zähne ist es zwecks Umkehrung der Drehrichtung des Motors lediglich erforderlich,
die Verbindung zwischen den beiden Anschlußkanälen der Maschine einerseits und der
Hochdruck- und der Niederdruckleitung andererseits umzukehren; bei Schraubradmaschinen
der eingangs geschilderten Bauart genügt aber diese reine Vertauschung der Anschlüsse
nicht, um die Drehung der Maschine umzukehren; hierzu ist es vielmehr erforderlich,
daß die Durchlässe des Arbeitsraumes derart geregelt werden können, daß die Niederdruckseiten
der Rotoren über deren gesamte Länge frei liegen und die Hochdruckseiten der Rotoren
teilweise abgedeckt werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist eine derartige Gestaltung von Schraubenradmaschinen
der vorgenannten Art, daß ihre Drehrichtung unter Vertauschung ihrer Anschlüsse
an die Hochdruck- und Niederdruckleitung umgekehrt werden kann.
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Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß zwischen dem Arbeitsraum und jedem
Kanal der Schraubenmaschine eine Vorrichtung zur Regelung der Größe jedes Durchlasses
vorgesehen derart, daß der Durchlaß, der mit dem Niederdruckkanal verbunden ist,
über die gesamte Länge der Rotoren und der Durchlaß, der mit dem Hochdruckkanal
verbunden ist, nur längs eines beschränkten Teiles der Länge der Rotoren mit dem
Arbeitsraum verbunden ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind als Regelorgane axial
verstellbare Schieber vorgesehen und bezüglich der Rotoren diagonal gegenüberliegend
angeordnet. Jeder dieser Schieber steht dauernd in abdichtender Berührung mit einer
Abschlußwand des Arbeitsraumes. Die Maschine wird zweckmäßig mit einer Einrichtung
zur getrennten Einstellung jenes Schiebers ausgestattet, welcher den hochdruckseitigen
Durchlaß einengt, so daß die Menge des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums
eingestellt werden kann.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind hohlzylindrische, an einem
Ende offene Regelorgane vorgesehen, von denen jedes um eine parallel zu den Rotorachsen
verlaufenden Achse in seiner Winkellage einstellbar und längs einer Schraubenlinie
zugeschnitten ist. Diese Regelorgane sind bezüglich der Rotoren diagonal gegenüberliegend
angeordnet. Vorzugsweise sind in der TIüllwandung des Arbeitsraumes zwischen jedem
Regelorgan und den Rotoren mehrere öffnungen vorgesehen. Die Maschine wird vorzugsweise
mit Einrichtungen zur getrennten Einstellung jenes Regelorgans ausgestattet, das
die mit der Druckquelle in Verbindung stehende Öffnung bedeckt, damit die
Menge
des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums eingestellt werden kann.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die
Regelorgane aus radial verschiebbaren Wandungsteilen des Gehäuses. Die Regelorgane
können dabei entweder in radialen Führungen gelagert oder aber um Achsen schwenkbar
sein, die parallel zu den Rotorachsen verlaufen. Die Regelorgane sind paarweise
an gegenüberliegenden Seiten der Rotoren an beiden Durchlässen für das Arbeitsmedium
im Arbeitsraum angeordnet. Die Regelorgane können zweckmäßig in mehrere axial trennbare
Sektoren unterteilt werden, so däß eine getrennte stufenweise Einstellung der Menge
des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums möglich ist.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele einer Einrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt. Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel,
und Fig. 2 stellt einen in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1 gesehenen Schnitt dar.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel, und Fig.4
ist wieder ein in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3 gesehener Schnitt. Fig. 5 ist
ein Längsschnitt durch ein dritttes Ausführungsbeispiel, und Fig. 6 zeigt einen
in Richtung der Pfeile 6-6 in Fig. 5 gesehenen Schnitt. Fig. 7 ist ein Längsschnitt
durch ein viertes Ausführungsbeispiel, und Fig. 8 stellt wieder einen in Richtung
der Pfeile 8-8 in Fig. 7 gesehenen Querschnitt dar.
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Gemäß der Zeichnung arbeitet ein männlicher Rotor 10, der mit im wesentlichen
konvexen schraubenförmigen Kämmen 12 ausgestattet ist, mit einem weiblichen Rotor
14 zusammen, der im wesentlichen konkave schraubenförmige Nuten aufweist.
Die Rotoren 10 und 14 befinden sich in einem Gehäuse, das einen Arbeitsraum 20 bildet,
der durch zwei einander schneidende zylindrische Bohrungen 22, 24 gebildet wird,
in denen sich je einer der Rotoren 10 und 14 befindet. Das Gehäuse ist ferner mit
Abschlußwänden26, 28 versehen, welche den Arbeitsraum 20 begrenzen und gegen die
Enden der Rotoren 10, 14 abdichten, sowie ferner mit Kanälen 30 und 32. Diese
Kanäle verbinden die beiden Seiten des Arbeitsraumes 20, die an gegenüberliegenden
Seiten der die Rotorachsen enthaltenden Ebene liegen, mit einem nicht dargestellten
Umkehrventil. Dieses Ventil verbindet die erwähnten Kanäle mit einer Quelle von
komprimiertem Arbeitsmedium bzw. mit einem Auslaß.
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Die Rotoren 10, 14 sind in Lagern 34, 36 gelagert und mit einem synchronisierenden
Getriebe 38 versehen, welches die Rotoren 10, 14 in solche Weise kuppelt, daß sie
ohne gegenseitige direkte mechanische Berührung rotieren. Der männliche Rotor
10 ist ferner mit einem Wellenstummel 39 für die Leistungsabnahme versehen.
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Damit die Verbindung zwischen den Kanälen 30, 32 und dem Arbeitsraum
20 geändert werden kann, sind in den Wandungen des Gehäuses Regelorgane vorgesehen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 weist axial verstellbare
Schieber 40, 42 auf. Die Profile dieser Schieber 40, 42 umfassen zylindrische
Flächen 44, 46, welche gegen die Kämme 12, 16 der Rotoren 10, 14 abdichten.
Diese Schieber 40, 42 sind diagonal gegenüberliegend in bezug auf die Rotoren
10, 14 angeordnet. Jeder Schieber durchsetzt eine der Abschlußwände 26, 28 des Gehäuses
und ist in einer Führung 48, 50 verschiebbar sowie mit Hilfe eines Stabes 52, 54
axial verstellbar. Die Stäbe 52, 54 sind miteinander und mit dem schon erwähnten
Umkehrventil so gekuppelt, daß der mit dem Auslaß durch einen Kanal 30 oder
32 in Verbindung stehende Schieber 40 bzw. 42 in eine Stellung verschoben ist, in
welcher er die gesamte Länge der Rotoren 10, 14 freigibt. Der jeweils andere
Schieber 40, 42, der mit der Quelle des komprimierten Arbeitsmediums in Verbindung
steht, befindet sich dann in jener Endstellung, in welcher er die maximale Länge
des Rotors 10 bzw. 14 abdeckt. Der mit der Druckmittelquelle verbundene Schieber
kann gegebenenfalls so einstellbar sein, daß eine Änderung der Expansionsleistung
mölich ist.
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Die Maschine arbeitet auf folgende Weise: Bei der in den Fig. 1 und
2 dargestellten Lage des Schieber 40, 42 wird das komprimierte Arbeitsmedium durch
den Kanal 30 zugeführt. Dieses Arbeitsmedium tritt in jene Nutenteile ein, die zum
Kanal 30 hin offen sind. Auf diese Weise werden die Rotoren 10, 14 in Drehung versetzt,
so daß der Eingriffspunkt zwischen den Kämmen 12,16 in Richtung zur Abschlußwand
26 hin verschoben wird und damit diese Nutenteile vergrößert werden und neue Nutenteile
zum Kanal 30
hin sich öffnen. Sobald die Kämme 12, 16 die Ränder des Schiebers
40 passieren, werden die Nutenteile vom Kanal 30 abgesperrt. Die Vergrößerung
dieser Nutenteile infolge der Ausdehnung des Arbeitsmediums bewirkt, daß sich der
Eingriffspunkt zwischen den Kämmen 12, 16 weiter verschiebt, bis er die Abschlußwand
26 erreicht und die Nut vollständig vom expandierten Arbeitsmedium ausgefüllt ist.
Während der Expansion des Arbeitsmediums werden daher die Rotoren 10, 14 in Drehung
gehalten, und es wird zum Wellenstummel. 39 Leistung übertragen. Wenn die
Nutenteile ihr Maximalvolumen angenommen haben, sind die Nuten zum Kanal 32 hin
offen, da der Schieber 42 zur Seite gezogen ist, und das expandierte Arbeitsmedium
kann daher durch den Kanal 32 zum Auslaß entweichen.
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Zur Umkehr der Laufrichtung der Maschine wird das Umkehrventil verstellt,
der Schieber 40 in seine entgegengesetzte Endlage gebracht, in welcher er die Gesamtlänge
der Rotoren gegen den Kanal 30 hin freigibt, während der Schieber 42 in die andere
Endlage gebracht wird, in welcher er den maximal möglichen Längenabschnitt der Rotoren
10, 14 bedeckt. Wenn nun das komprimierte Arbeitsmedium der Maschine zugeführt wird,
so ergibt sich eine ähnliche Arbeitsweise, wie dies vorstehend beschrieben worden
ist, doch werden die Rotoren 10, 14 und damit der Wellenstummel in entgegengesetzter
Richtung angetrieben.
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In den Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem
in ihrer Winkellage einstellbare, hohlzylindrische Schieber 56, 58 verwendet werden.
Jeder Schieber besteht aus einer zylindrischen Grundplatte, mit der eine längs einer
Schraubenlinie zugeschnittene zylindrische Hülse verbunden ist, so daß sich ein
hohler und nach einer Seite hin offener Zylinder ergibt. Jeder Schieber 56, 58 befindet
sich in einer zylindrischen Bohrung 60, 62 und wirkt mit Schlitzen 68, 70 in der
Wandung 64, 66 zwischen diesen Bohrungen 60, 62 und dem Arbeitsraum 22 zusammen.
Die Schieber 56, 58 sind mit Einstellwellen 72, 74 versehen, die mit dem nicht dargestellten
Umschaltventil gekuppelt sind. Wenn der Kanal 30 mit der Druckmittelquelle
verbunden und der Kanal 32 mit dem Auslaß verbunden ist, so befindet sich
der Schieber 58
in einer solchen Winkellage, daß alle Schlitze 70
unbedeckt sind, während der Schieber 56 eine solche Lage einnimmt, daß alle
Schlitze 68 abgedeckt sind. Wenn dagegen der Kanal 32 mit der Druckmittelquelle
und der Kanal 30 mit dem Auslaß verbunden ist, befinden sich die Schieber
56 und 58 in solchen Winkellagen, daß alle Schlitze 68 unbedeckt und alle Schlitze
70 bedeckt sind, wie dies in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Gegebenenfalls kann
der auf der Eintrittseite des Arbeitsmediums befindliche Schieber verstellbar ausgebildet
sein, so daß die Leistung der Expansionsmaschine veränderbar ist.
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In den Fig. 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei dem klappenartige Regelorgane 76, 78, 80 und 82 angewendet werden.
Diese Klappen sind so angeordnet, daß sie Teile der Rotoren 10, 14 abdecken. Sie
sind um Achsen 84, 86, 88, 90 im Gehäuse 18 schwenkbar und ruhen paarweise auf Stegen
92, 94 auf, die an den Verschneidungslinien der Bohrungen 22 und 24 angeordnet sind.
In gleicher Weise, wie dies vorstehend für andere Regelorgane beschrieben worden
ist, sind auch die Klappen 76, 78, 80 und 82 mit dem Umschaltventil (nicht dargestellt)
gekuppelt. Wenn das Arbeitsmedium durch den Kanal 30 zugeführt wird, so ruhen die
Klappen 76, 78, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, auf dem Steg 92 auf, wogegen
die Klappen 80, 82 von den Rotoren 10,
14 weggeschwenkt sind. Wird
das Arbeitsmedium anderseits durch den Kanal 32 zugeführt, so ruhen die Klappen
80, 82 auf den Stegen 94 auf, und die Klappen 76, 78 sind von den Rotoren 10, 14
weggeschwenkt.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Regelorgane
durch in radialen Führungen verschiebbare Kolben 96, 98, 100 und 102 gebildet werden.
Diese Kolben bedecken entweder Teile der Rotoren oder geben diese frei, wodurch
die Durchlässe zwischen dem Arbeitsraum 20 und den Verbindungskanälen 30,
32 erweitert werden. In der bereits beschriebenen Weise sind die Kolben 96, 98,
100 und 102 mit dem Umschaltventil gekuppelt. Wenn das Arbeitsmedium durch den Kanal
30 zugeführt wird, so dichten die Kolben 96 und 98 gegen die Rotoren 14 bzw.10
ab, wogegen die Kolben 100 und 102 die Rotoren freigeben, wie dies in den Fig. 7
und 8 dargestellt ist. Wird anderseits das Arbeitsmedium durch den Kanal 32 zugeführt,
so dichten die Kolben 100 und 102 gegen die Rotoren 14 bzw. 10 ab, wogegen die Kolben
96, 98 die Rotoren freilassen.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt sich noch bei mannigfaltigen anderen
Arten von Schraubenradmaschinen anwenden.