DE1121932B - Rotierende Verdraengermaschine - Google Patents

Description

• Rotierende Verdrängermaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende Verdrängermaschine mit einem etwa elliptischen Rotor und einem zylindrischen Stator. dessen Innenraum-Querschnittskontur nach einer bekannten Kurve so geformt ist, daß die Längsenden des Rotors beim Umlauf ständig mit dichtem Abschluß gegen die Innenwände des den Rotor umgebenden Stators anliegen, wobei die außermittige Umlaufbewegung des Rotors durch radial bewegliche Verbindungen desselben in einer Richtung mit einer Antriebswelle und in der anderen Richtung mit einer zu Antriebswelle parallelen, aber zu dieser versetzten Hilfswelle erzeugt wird.
• Bei einer bekannten Maschine dieser Art ist der Rotor mit zwei verhältnismäßig breiten und tiefen Nuten versehen, von denen je eine in eine Stirnwand des Rotors eingearbeitet ist, wobei die beiden Nuten bezüglich ihrer Längsrichtung senkrecht zueinander stehen. In die eine Nut greift ein gleitsteinartiges mit zwei entsprechenden parallelen Flächen versehenes Endstück der exzentrisch zum Statorinnenraum gelagerten Antriebswelle ein. Durch dieses Endstück wird der Rotor in der Drehbewegung von der Welle mitgenommen. wobei er aber in Richtung seiner längeren Ellipsenhauptachse gegenüber der Welle radial beweglich ist. In die andere Stirnwandnut des Rotors greift ein um eine Hilfswelle bzw. einen Wellenzapfen, der zentrisch zum Statorhohlraum an der anderen Stirnwand desselben befestigt ist. gelagerter drehbarer Gleitstein ein. demgegenüber der Rotor in Richtung seiner kürzeren Ellipsenhauptachse radial beweglich und mit dessen Hilfe er um die Drehachse des Statorhohlraumes drehbar ist.
• Ferner ist eine als Pumpe oder Gebläse verwendbare rotierende Verdrängermaschine bekannt, deren Statorinneres als Äquidistante einer Konchoide ausgebildet ist. Um dem, einen elliptischen Querschnitt aufweisenden, aus einer Mittelplatte und zwei die Querschnittskontur vervollständigenden gebogenen Seitenteilen bestehenden Rotor eine Drehbewegung unter periodischer Vergrößerung und Verkleinerung des Raumes zwischen dem Schieber und der Gehäuseinnenwandung zu erteilen. ist die Antriebswelle als Kurbelwelle ausgebildet, deren geköpfter Teil die Mittelplatte des Rotors in einem langlochförmigen Durchbruch derselben durchdringt, wobei noch ein walzenförmiger, mit entsprechenden Ausnehmungen versehener und mit einer Hilfswelle vergleichbarer zweiter Rotor vorhanden ist, der das Innere des ersten bzw. Verdrängerrotors durchdringt und dabei die Mittelplatte des Verdrängerrotors so von außen umfaßt, daß diese gegenüber dem zweiten Rotor nur in einer Richtung radial beweglich ist. Der zweite Rotor ist mit der doppelten Exzentrizität der ebenfalls exzentrisch zum Statorinnenraum angeordneten Antriebswelle im Gehäuse gelagert, wodurch beim Zusammenwirken des ersten und des zweiten Rotors mit der Kurbelwelle ein besonderes Untersetzungsgetriebe entsteht, durch das sich der Verdrängerrotor und der zweite Rotor mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle umdrehen. Bei dieser Antriebsart muß allerdings das Abstützen der Rotorenden bzw. eines Rotorendes gegen die Förderraumwand zur Führung des Rotors beitragen.
• Die bekannteste Antriebskinematik zur Erreichung der richtigen Umlaufbewegung des Rotors im Statorhohlraum bei Maschinen der eingangs erwähnten Art besteht darin, daß der Rotor auf einem Exzenter, der exzentrisch zum Statorhohlraum angeordneten Antriebswelle gelagert ist, wobei ein am Rotor befindlicher innenverzahnter Kranz mit einem fest am Stator angeordneten außenverzahnten Ritzel kämmt, dessen Eingriffskreisdurchmesser halb so groß ist wie der Eingriffskreisdurchmesser des innenverzahnten Kranzes.
• Die Erfindung befaßt sich mit der Gestaltung neuartiger, der Umlaufskinematik des Rotors im Statorhohlraum dienender Teile. Erfindungsgemäß wird dabei vorgeschlagen, bei einer Verdrängermaschine der eingangs erwähnten Art die beweglichen Teile so auszubilden, daß der Rotor radiale Führungsbohrungen für vier Zapfen aufweist, welche paarweise mit je einer der parallelen Wellen fest verbunden sind, wobei sie senkrecht von der betreffenden Welle abstehen und senkrecht zu den Zapfen der anderen Welle gerichtet sind.
• Dadurch wird einerseits eine besonders einfache Bauweise, andererseits ein verhältnismäß hoher Wirkungsgrad der Verdrängermaschine erreicht. Zugleich wird ein dichtendes Annähern der beiden Längsenden des Rotors an die Wand des Statorhohlraumes erzielt, ohne daß dabei zusätzliche Dichtungen erforderlich sind, was zu einer Vereinfachung des Aufbaues der Pumpe, des Gebläses usw. beiträgt.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Hilfswelle als um die Antriebswelle angeordnete und dazu exzentrisch um Lagerzapfen der Gehäusestirnwände gelagerte Hülse ausgebildet und die Antriebswelle dabei als durchgehende, beiderseitig gelagerte Welle ausgeführt wird.
• Die Zeichnungen veranschaulichen den Erfindungsgegenstand an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
• Fig. 1 zeigt den Rotor und seinen Antriebsmechanismus in perspektivischer Darstellung, bei der ein Teil des Rotors zur besseren Übersicht weggelassen ist; Fig. 2, 3 und 4 stellen die Arbeitsweise der Maschine schematisch dar; Fig. 5, 6, 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Maschine in schematischer Darstellung; Fig. 9, 10 und 11 bringen eine abweichende Ausführungsform der Verbindungsteile zwischen den Antriebs- bzw. Abtriebswellen und dem Rotor.
• Die Maschine weist einen Rotor 1 mit einer Innenbohrung 2 und radialen Führungsbohrungen 3, 4, 5 und 6 auf. In diesen radialen Bohrungen gleiten die Zapfen 7 und 8 sowie 9 und 10, die jeweils, paarweise an einem der kreuzweise angeordneten Querköpfe 11 bzw. 12 befestigt sind. Der Querkopf 11 ist mit der Motor- oder Antriebswelle 13, der Querkopf 12 mit der Hilfswelle 14 verbunden. Die beiden Wellen 13 und 14 sind zueinander parallel, wobei die Hilfswelle 14 ungefähr zentrisch und die Antriebswelle 13 exzentrisch zum Statorhohlraumquerschnitt liegt.
• Die vier Zapfen 7, 8, 9 und 10 sind rechtwinklig zu ihren Wellen 13 bzw.14 angeordnet. Dementsprechend bilden auch die Bohrungen 3, 4, 5 und 6 des Rotors 1 Winkel von 90° miteinander und ihre Achsen decken sich mit den Symmetrieachsen des Rotors.
• Das den Rotor aufnehmende Gehäuse 15 weist eine ovale Querschnittsform auf, die eine Umhüllende für den Weg der bogenförmigen Längsenden des starren Rotors darstellt.
• Die Innenwandung des Gehäuses 15 und der Rotor 1 besitzen Zylinderform mit parallelen, zur Zylinderachse senkrechten Grundflächen. Die Form und die Bewegungsweise des Rotors sind derart, daß die Längsenden des Rotors ständig zur Gehäuseinnenwandung in dichtendem engem Abstand ohne Reibung bleiben.
• Das sich beiderseits des Rotors zwischen diesem und der Innenwandung des Gehäuses befindende Volumen verändert sich ständig in periodischer Weise bei jeder Umdrehung.
• Die Arbeitsweise der Maschine nach der Erfindung ist folgendermaßen: Die Fig. 2 zeigt den Rotor in seiner senkrechten Stellung, bei der die in der Längsachse liegenden Zapfen 9 und 10 ihre äußerste linke Stellung einneh-

  men. Dabei ist der Innenraum des Gehäuses durch

  den Rotor in zwei verschieden große Kammern 19

  und 20 unterteilt, welche durch die Flächen 21 bzw. 22

  des Rotors und 23 bzw. 24 der Gehäuseinnenwandung

  begrenzt sind.

  Die Fig. 3 stellt den Rotor nach einer Drehung in

  die horizontale Lage dar, bei der seine Längsachse

  durch die beiden Punkte 16 und 16', welche in den

  Drehachsen der Wellen 13 bzw. 14 liegen, hindurch-

  geht. Bei dieser Stellung des Rotors sind die beiden

  von diesem abgeteilten Kammern 19 und 20 gleich

  groß.

  Die Fig. 4 zeigt den Rotor nach einer weiteren

  Vierteldrehung. Der Rotor nimmt, allerdings in um-

  gekehrter Vertikalrichtung, die gleiche Lage wie in der

  Fig. 2 ein, und die Zapfen 10 und 9 sind wieder in einer

  äußersten linken Stellung. Während bei der Fig. 2 die

  Kammer 20 größer als die Kammer 19 ist, ist bei der

  Stellung nach der Fig. 4 umgekehrt die Kammer 19

  größer als die Kammer 20.

  Diese Änderung des Volumens der Kammern wird

  zur Verdrängung eines die Kammern füllenden Mittels

  als Pumpe oder auch umgekehrt als hydraulischer

  Motor ausgenutzt.

  Die Fig. 5 stellt eine derartige Maschine mit zwei

  symmetrisch angeordneten Zuführungs- bzw. Aus-

  trittsöffnungen 27 bzw. 28 dar, die während des Um-

  laufes des Rotors in periodischer Folge von diesem

  abgedeckt und geöffnet werden. Entsprechend treten

  die Öffnungen 27 und 28 abwechselnd mit einer der

  beiden Kammern 19 und 20 in Verbindung.

  In Fig.6 ist gezeigt, daß der Volumenausgleich

  während der Verschlußzeit (Verdeckung der Öffnun-

  gen 27, 28) nach Fig. 5 über Kanäle 29 und 30 des

  Rotors erfolgt, welche mit den radialen Führungsboh-

  rungen 3 bzw. 5 für die Zapfen 9 bzw. 10 in Verbin-

  dung stehen, wobei diese die Funktion von Kolben in

  Zylindern ausüben.

  Die Fig. 7 bringt ein Ausführungsbeispiel für einen

  Kompressor, bei dem der Rotor eine solche Form

  aufweist, daß bei senkrechter Stellung des Rotors das

  Volumen der linken Kammer, in der gezeigten Stellung

  also der Kammer 19 an der Rotorfläche 21, und damit

  der neutrale Raum so gering als möglich ist. Die

  Schlitze oder Öffnungen für Ein- und Austritt des zu

  komprimierenden Mediums sind nahe der Längsachse

  angeordnet, und zwar derart, daß sie die Entspannung

  des im neutralen Raume verbliebenen Gases zulassen.

  Nach dem gleichen Grundsatz wie beim Kompres-

  sor nach Fig. 7 ist auch der Rotor des in Fig. 8 ge-

  zeigten Verbrennungsmotors ausgebildet, wobei der

  Rotor jedoch noch diametral gegenüberliegende Ein-

  schnitte 31 und 32 aufweist. Im Gehäuse ist dabei eine

  Zündkerze oder eine Einspritzvorrichtung 33, eine

  Auspufföffnung 34 und eine Einströmöffnung 35 an-

  gebracht. In die Einströmleitung ist ein Rückschlag-

  ventil 36 eingesetzt.

  Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen ein weiteres Ausfüh-

  rungsbeispiel der rotierenden Verdrängermaschine,

  bei dem, um eine gedrängte symmetrische Anordnung

  mit Verteilung der auf die Antriebswelle und Hilfs-

  welle wirkenden Kräfte auf jeweils zwei Lager zu er-

  zielen, anstatt der Querköpfe 11 und 12 und der Wel-

  len 13 und 14 (nach Fig.1) eine durchgehende Welle 38

  mit einem überschubring 37 und eine Hülse 39 als

  Hilfswelle angeordnet sind. Mittels des Überschub-

  ringes 37 sind an der Welle 38 die Zapfen 40 und 41

  befestigt. Die Hülse oder Hohlwelle 39 trägt die Zap-

  fen 42 und 43 und weist Öffnungen 44 und 45 auf, durch die die Zapfen 40 und 41 treten.
• Die Welle 38 dreht sich beiderseits des Rotors in entsprechenden Bohrungen der Gehäusestirnwände 48 und 49 (Fig. 11), während die Hülse 39 um zur Welle 38 exzentrische Lagerzapfen 46 und 47 der Gehäusestirnwände 48 und 49 gelagert ist. Mit 50 und 51 sind die Lagerstellen für die Hülse 39 auf den Lagerzapfen 46 und 47 bezeichnet. Durch diese Lagerzapfen ist auch eine entsprechende Länge der Lager für die Welle 38 gegeben.
• Beim Umlauf des Rotors gleiten die Zapfen 40, 41, 42 und 43 in den radialen Führungsbohrungen 3, 4, 5 und 6 des Rotors.
• Die Anwendungsmöglichkeiten für die Maschine nach der Erfindung sind vielseitig. Es ist möglich, sie als Flüssigkeitspumpe. Flüssigkeitsmotor, Kompressor, Expansionsmotor oder Verbrennungsmotor auszubilden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Rotierende Verdrängermaschine mit einem etwa elliptischen Rotor und einem zylindrischen Stator, dessen Innenraum-Querschnittskontur nach einer bekannten Kurve so geformt ist, daß die Längsenden des Rotors beim Umlauf ständig mit dichtem Abschluß gegen die Innenwände des den Rotor umgebenden Stators anliegen, wobei die außermittige Umlaufbewegung des Rotors durch radial bewegliche Verbindungen desselben in einer Richtung mit einer Antriebswelle und in der anderen Richtung mit einer zur Antriebswelle parallelen, aber zu dieser versetzten Hilfswelle erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) radiale Führungsbohrungen (3, 4, 5, 6) für vier Zapfen (7, 8, 9, 10 bzw. 40, 41, 42, 43) aufweist, welche paarweise mit je einer der parallelen Wellen (13, 14) fest verbunden sind, wobei sie senkrecht von der betreffenden Welle abstehen und senkrecht zu den Zapfen der anderen Welle gerichtet sind.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswelle als um die Antriebswelle angeordnete und dazu exzentrisch um Lagerzapfen (46, 47) der Gehäusestirnwände (48, 49) gelagerte Hülse (39) ausgebildet und die Antriebswelle dabei als durchgehende, beiderseitig gelagerte Welle (38) ausgeführt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 522 299, 691 511, 715 217; französische Patentschriften Nr. 508 954, 547 659, 553 569, 673 265, 907 575.