DE1183515B

DE1183515B - Umlaufkolbenmaschine

Info

Publication number: DE1183515B
Application number: DEP31878A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hanns-Dieter Paschke
Original assignee: HANNS DIETER PASCHKE DIPL ING
Current assignee: HANNS DIETER PASCHKE DIPL ING
Priority date: 1963-05-09
Filing date: 1963-05-09
Publication date: 1964-12-17
Also published as: US3320902A

Description

Umlaufkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Umlaufkolbenmaschine, die aus einem Leistungsteil und einem Wandteil sowie mindestens einem Absperrteil besteht, wobei das Absperrteil einerseits mit dem Leistungsteil und andererseits mit dem Wandteil in dichtender Berührung steht und wodurch mindestens ein volumenveränderlicher Arbeitsraum gebildet wird. Derartige Maschinen können als Kraft- oder Arbeitsmaschinen verwendet werden, und zwar insbesondere als Luft-oder Flüssigkeitspumpen, Kompressoren, Druckluft-oder Flüssigkeitsmotoren oder Brennkraftmaschinen. Bei bekannten Maschinen dieser Art läuft in einem feststehenden Gehäuse (Wandteil) ein Innenkörper (Leistungsteil) um, der im allgemeinen exzentrisch im Gehäuse angeordnet ist. Im Gehäuse sind im wesentlichen radial bewegliche Dichtelemente (Absperrteile) vorgesehen, die auf der Umfangsfläche des Innenkörpers gleiten. Durch die exzentrische Drehbewegung des Innenkörpers werden zwischen dem Gehäuse, dem Innenkörper und dem oder den Dichtelementen volumenveränderliche Arbeitsräume gebildet. Alle diese Maschinen haben den Nachteil, daß sie zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades mit hoher Präzision hergestellt werden müssen und daß insbesondere die Ab- dichtung erhebliche Schwierigkeiten macht, weil die Dichtelemente unter dem Druck des Arbeitsmediums zum Verklemmen neigen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Umlaufkolbenmaschine zu schaffen, die sich durch einen sehr einfachen Aufbau, Toleranzunempfindlichkeit und demzufolge niedrige Herstellungskosten auszeichnet und deren Absperrteile selbst bei hohen Arbeitsdrücken keine Neigung zum Verklemmen haben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Absperrteil hohl ausgebildet ist und daß von den beiden Dichtungsstellen des Absperrteiles - eine zwischen dem Absperrteil und dem Wandteil und eine zwischen dem Absperrteil und dem Leistungsteil - die eine aus miteinander zusammenwirkenden zylindrischen kugeligen Flächen besteht und die andere ringförmig ausgebildet ist. Durch die hohle Ausbildungdes Absperrteiles kann dessen druckbeaufschlagte Fläche sehr klein und der Verschleiß demzufolge sehr niedrig gehalten werden, während die Bildung der' einen Dichtungsstelle durch Zusammenwirken einer zylindrischen mit einer kugeligen Fläche eine Schwenk-und eine Verschiebebewegung des Absperrteiles mit sehr geringer Reibung ermöglicht.
Es sei erwähnt, daß es bei Hubkolbenmaschinen bekannt ist, den Kolben starr am Pleuel zu befestigen und die Umfangswand des Kolbens kugelig auszubilden, so daß dieser im Zylinder eine schwenkende und eine hin- und hergehende Bewegung ausführen kann. Der Kolben überträgt dabei in üblicher Weise die Leistung von der Kurbelwelle auf das Arbeitsmedium oder umgekehrt und ist daher erheblichen Kräften, insbesondere auch Querkräften ausgesetzt, die einen beträchtlichen Verschleiß sowohl am Kolben als auch an der Zylinderlauffläche zur Folge haben.
Die erfindungsgemäße Umlaufkolbenmaschine besteht vorzugsweise aus einem Außenkörper (Wandteil), einem in diesem exzentrisch auf einer Welle angeordneten, relativ zum Außenkörper drehbaren Innenkörper (Leistungsteü) und mindestens einem ein-oder mehrteiligen, mit beiden Körpern in dichtender Berührung stehenden Dichtelement (Absperrteil), die zusammen einen Arbeitsraum begrenzen, dessen Volumen sich bei Relativbewegung der beiden Körper ändert. Erfindungsgemäß ist das, Dichtelement ringförmig und von den zusammenwirkenden Flächen des Dichtelements und des einen Körpers ist die eine kugelig und die andere zylindrisch, während die Dichtungsstelle zwischen dem Dichteleinent und dem anderen Körper ringförmig ausgebildet ist. Vorzugsweise weist der Außenkörper mindestens eine gegen den Innenkörper hin offene, als Arbeitsraum dienende Aussparung mit zylindrischer Innenwand auf und das ringförmige Dichtelement besitzt eine mit dieser Innenwand zusammenwirkende kugelige Außenfläche und gleitet mit einer seiner ringförmigen Stirnflächeii auf dem Umfang des exzentrischen Innenkörpers. Der Innenkörper kann dabei als Kugel-, Scheiben- oder Hohlkugelexzenter ausgebildet sein.
Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung weist der Außenkörper mindestens einen sich gegen den Innenkörper hin-.erstreckenden Fortsatz auf, der eine kugelige Außenfläche hat. Das ringföm-dge Dichtelement hat eine mit dieser Fläche zusammenwirkende zylindrische Innenfläche und gleitet mit einer seiner ringförmigen Stirnflächen und dem Umfang des exzentrischen Innenkörpers.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Innenkörper mit mindestens einer radialen, als Arbeitsraum dienenden Aussparung mit zylindrischer Innenwand versehen und der Außenkörper hat eine zur Drehachse des Innenkörpers exzentrische Innenfläche, wobei das ringförmige Dichtelement eine kugelige Außenfläche aufweist, die mit der zylindrischen Innenwand der Aussparung zusammenwirkt, und mit einer seiner ringförmigen Stirnflächen auf der Innenfläche des Außenkörpers gleitet.
Für die Zu- und/oder Abführung des Arbeitsmediums sind vorzugsweise in der Umfangsfläche des exzentrischen Innenkörpers Steuerfenster angeordnet, so daß die Steuerung entsprechend den bekannten Drehschiebersteuerungen vorgenommen werden kann.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen A b b. 1 eine erändungsgemäße Umlaufkolbenmaschine im Längsschnitt, wobei der Innenkörper die Form eines Scheibenexzenters hat, A b b. 2 einen Querschnitt der in A b b. 1 gezeigten Maschine, jedoch mit anderer Exzenterstellung, A b b. 3 eine erfindungsgemäße Umlaufkolbenmaschine mit Kugelexzenter, A b b. 4 eine Maschine ähnlich A b b. 3 mit einem doppelten Dichtungsring, A b b. 5 eine weitere Ausführung der Erfindung im Querschnitt, A b b. 6 eine Maschine im Längsschnitt, wobei der Innenkörper als Hohlkugelexzenter ausgebildet ist, und Ab b. 7 eine Maschine im Längsschnitt, wobei im Innenkörper eine als Arbeitsraum dienende Aussparung vorgesehen ist.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den A b b. 3 bis 7 sind keine Steuerorgane eingezeichnet.
Es sei zunächst auf A b b. 1 und 2 Bezug genommen, wobei aber verschiedene Bezugszeichen ebenso für andere Abbildungen gelten. Hierbei ist mit 1 der Außenkörper (Wandteil) bezeichnet, in dem eine Welle 2 drehbar gelagert ist, die einen scheibenförmigen Exzenter 3 als Innenkörper aufweist. Die Exzentrizität, d. h. der Abstand der Mittellinien der Welle 2 und des Exzenters 3 voneinander, ist mit e, der Radius des Exzenters 3 ist mit r bezeichnet. Auf dem Exzenter 3 sitzt ein Dichtelement in Form eines Dichtringes 4 (Absperrteil), dessen Außenfläche 5 eine kugelige Form aufweist und dessen Stimfläche 6 der Form eines Zylindermantels mit dem Radius r entspricht und dichtend auf dem Exzenter 3 gleitet. Der Außenkörper 1 weist mindestens eine gegen den Innenkörper 3 hin offene, als Arbeitsraum dienende Aussparung 7 mit zylindrischer Innenwand 8 auf, deren Durchmesser dem Durchmesser des kugeligen Teiles des Dichtringes entspricht. Der Dichtring 4 kann in der Aussparung 7 eine schwenkende und eine hin- und hergehende Bewegung ausführen, ohne daß die Dichtung zwischen der Außenfläche 5 des Dichtringes 4 und der Innenwand 8 der Aussparung 7 beeinträchtigt wird. Die Zuführung des Arb-eitsmittels zu der Aussparung 7 kann nach Art der bekannten Drehschiebersteuerungen durch eine Aussparung 9 in der Umfangsfläche des Exzenters 3 erfolgen. Bei Drehung der Welle 2 ändert sich das Volumen des Arbeitsraumes 7 entsprechend der Kreisbahn, die der Exzenter 3 dabei beschreibt. Durch den Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 7 und durch eine nicht dargestellte Feder wird der Dichtring 4 mit seiner Stirnfläche 6 dichtend an die Umfangsfläche des Exzenters 3 angedrückt. Das im Arbeitsraum 7 verdichtete Medium kann durch ein Druckventil bekannter Bauart, bestehend aus Kugel 10, Feder 11 und Gegenhafter 12, abgeführt werden. In sinngemäß gleicher Weise könnte auch ein Einlaßventil ausgebildet sein.
Während bei der Vorrichtung gemäß A b b. 1 und 2 noch eine genaue Bearbeitung der Stirnfläche 6 des Dichtringes 4 erforderlich ist, kann bei der Ausführung nach A b b. 3 auf eine solche genaue Bearbeitung durch Verwendung eines kugelförmigen Exzenters 13 verzichtet werden. Die auf der Kugelfläche 14 des Exzenters 13 anfliegende Stirnfläche 6' des Dichtringes 4 ist hierbei eben und die Bohrung 15 des Ringes 4 ist kreisförinig. Da jeder Schnitt einer Kugel einen Kreis ergibt, kann der Dichtring 4 auch bei therrnischen Verzügen immer einwandfrei dichtend an der Kugelfläche 14 anliegen, da sowohl der Dichtring als auch der Kugelexzenter bei Erwärmung zwar ihren Durchmesser, nicht aber ihre Form ändern. Dadurch wird diese Ausführung sehr unempfindlich gegen thermische Verzüge und sie ist aus den gleichen Gründen auch sehr toleranzunempfindlich.
Bei manchen Verwendungszwecken, z. B. bei lastabhängig einstellbaren Dosierpumpen, besteht die Forderung, daß die Fördermenge, d. h. die Volumenänderung, regelbar ist. Diese Forderung kann bei der Ausführung nach Ab b. 3 beispielsweise dadurch erfüllt werden, daß der Arbeitsraum 7 schwenkbar im Außenkörper 1 angeordnet wird, so daß der Winkel a zwischen der Mittellinie der Welle 2 und der Mittellinie des Arbeitsraumes 7 veränderbar ist. Bei a = 90' ergibt sich die größte Volumenänderung, während bei a = 180' oder 0' keine Volumenänderung stattfindet.
Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Dichtring 4 und der Innenwand 8 des Arbeitsraumes 7 kann, falls erforderlich, ein weiterer Dichtungsring 16 entsprechend A b b. 4 vorgesehen werden. Dieser Dichtungsring 16 führt in der- dargestellten Ausbildung lediglich eine hin- und hergehende Bewefflg aus, wobei er einerseits an der Innenwand 8 der Aussparung 7 und andererseits an der kugeligen Außenfläche 5 des Dichtringes 4 dichtend anliegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 5 weist der Außenkörper l' einen sich gegen den Innenkörper (Kugelexzenter) hin erstreckenden Fortsatz 17 mit kugeliger Außenfläche 18 auf. Der Dichtring 4' enthält eine zylindrische Innenfläche 19i die niit der kugeligen Außenfläche 18 zusammenwirkt. Dadurch kann der Dichtring 4', der wie bei der Ausführung gemäß A b b. 3 mit seiner ebenen Stirnfläche 6' dichtend auf der Kugelfläche 14 des Exzenters aufliegt, eine Schwenk- und eine Verschiebebewegung ausführen, ohne daß die Abdichtung beeinträchtigt wird. Der Durchmesser der Bohrung 20 des Dichtringes 4' ist kleiner als der Durchmesser der Innenfläche 19, so daß der Ring 4' durch den Druck des Arbeitsmittels an den Kugelexzenter 13 angedrückt wird.
Bei der Ausführung nach A b b. 6 ist der Innenkörper als Hohlkugelexzenter 21 ausgebildet und der Außenkörper l' weist mehrere Arbeitsräunie 7 auf, die gegen die Hohlkugelfläche 22 hin offen sind. Jeder Arbeitsraum 7 weist eine zylindrische Innenwand 8 auf, die mit der kugeligen Außenfläche 5 des entsprechend A b b. 3 ausgebildeten Dichtringes 4 dichtend zusammenwirkt. Die Dichtringe 4 können also eine Schwenk- und eine Verschiebebewegung ausführen, während sie mit ihren Stirnflächen 6' beim Umlauf des Exzenters 21 auf der Hohlkugelfläche 22 gleiten.
In A b b. 7 ist eine weitere Ausführung dargestellt. Dabei weist der Innenkörper 23 eine radiale, als Arbeitsraum dienende Aussparung 7' mit zylindrischer Innenwand 8 auf und der Außenkörper V' besitzt eine zur Drehachse des Innenkörpers 23 exzentrische kugelige Innenfläche 24. Der Dichtring 4 hat wiederum eine kugelige Außenfläche 5, die mit der zylindrischen Innenwand 8 der Aussparung7' zusammenwirkt. Mit seiner ringförmigen Stirnfläche 6' gleitet der Dichtring 4 auf der kugeligen Innenfläche 24 des Außenkörpers V'.
Bei jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele können mehrere Arbeitsräume und Dichtringe mit einem Innenkörper bzw. bei A b b. 7 mit einem Außenkörper zusammenwirken.

Claims

Patentansprüche: 1. Umlaufkolbenmaschine, bestehend aus einem Leistungsteil, einem Wandteil und mindestens einem Absperrteil, wobei das Absperrteil einerseits mit dem Leistungsteil und andererseits mit dem Wandteil in dichtender Berührung steht, wodurch mindestens ein volumenveränderlicher Arbeitsraum gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrteil (4,4') hohl ausgebildet ist und daß eine der beiden Dichtungsstellen des Absperrteiles (4,4') aus miteinander zusammenwirkenden zylindrischen und kugeligen Flächen (8, 19 und 5, 18) besteht und die andere Dichtungsstelle (6, 6') ringförmig ausgebildet ist.
2. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1, bestehend aus einem Außenkörper, einem in diesem exzentrisch auf einer Welle angeordneten relativ zum Außenkörper drehbaren Innenkörper und mindestens einem ein- oder mehrteiligen, mit beiden Körpern in dichtender Berührung, stehenden Dichtelement, die zusammen mindestens einen Arbeitsraum begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (4, 4) ringförmig ist und daß von zusammenwirkenden Flächen (8 und 5 oder 18 und 19) des Dichtelementes (4, 4') und des einen Körpers (1, l', 23) die eine (5, 18) kugelig und die andere (8, 19) zylindrisch ist und die Dichtungsstelle zwischen dem Dichtelement (4, 4') und dem anderen Körper (3, 13, 21, V') ringförmig ausgebildet ist. 3. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkörper (1, l') mindestens eine gegen den Innenkörper (3, 13, 21) hin offene, als Arbeitsraum dienende Aussparung (7) mit zylindrischer Innenwand (8) aufweist und daß das ringförmige Dichtelement (4) eine mit dieser Innenwand (8) zusammenwirkende kugelige Außenfläche (5) besitzt und mit einer seiner ringförmigen Stirnflächen (6, 6') auf der Umfangsfläche des exzentrischen Innenkörpers (3, 13, 21) gleitet. 4. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper als Kugelexzenter (13) ausgebildet ist. 5. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper als Scheibenexzenter (3) ausgebildet ist. 6. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper als Hohlkugelexzenter (21) ausgebildet ist. 7. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkörper (1) mindestens einen sich gegen den Innenkörper (13) hin erstreckenden Fortsatz (17) mit kugeliger Außenfläche (18) aufweist und daß das ringförmige Dichtelement (4) eine mit dieser Fläche (18) zusammenwirkende zylindrische Innenfläche (19) hat und mit einer seiner ringförmigen Stirnflächen (6') auf der Umfangsfläche (14) des exzentrischen Innenkörpers gleitet. 8. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper (23) mindestens eine radiale, als Arbeitsraum dienende Aussparung (7# mit zylindrischer Innenwand (8) aufweist und der Außenkörper (Y') eine zur Drehachse des Innenkörpers (23) exzentrische Innenfläche (24) hat, und daß das ringförmige Dichtelement (4) eine mit der zylindrischen Innenwand (8) der Aussparung (7') zusammenwirkende kugelige Außenfläche (5) aufweist und mit einer seiner ringförmigen Stimflächen (6') auf der Innenfläche (24) des Außenkörpers (1") gleitet. 9. Umlaufkolberunaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangsfläche (14) des exzentrischen Innenkörpers (3, 13) Steuerfenster (9) für die Zu- und/oder Abfühlung des Arbeitsmediums vorgesehen sind. 10. Umlaufkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Federmittel vorgesehen sind, die das Dichtelement (4, 4') mit seiner Stirnfläche (6, 6) gegen den Innen- bzw. Außenkörper drücken. 11. Umlaufkolberimaschine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Arbeitsraum dienende Aussparung (7) gegenüber der Wellenmittellinie verschwenkbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 826 301; schweizerische Patentschrift Nr. 62 200; französische Patentschriften Nr. 1151171, 1102998.