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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine mit einem
Gehäuse, bestehend aus einem Mantel mit mehrbogiger Innenfläche und Seitenteilen,
wobei das Gehäuse von einer Exzenterwelle durchsetzt ist, deren Exzenter in dem
Innenraum des Gehäuses eine kreisende Bewegung ausführt und auf dem Rollkolben sich
abwälzen, wobei Rollkolben die Innenfläche des Mantels berühren.
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Es ist bereits eine Maschine bekannt, bei der zwischen dem mehrbogigen
Mantel mit Innenverzahnung und einem Exzenter mit Außenverzahnung Rollkolben eingeschaltet
sind. Letztere bedürfen aber in jedem Falle zu ihrer Führung einer Verzahnung aller
aneinander abrollender Teile. Das hat eine teure Herstellung der Maschine, insbesondere
der Innenverzahnung zur Folge. Die bei ausreichender Abdichtung nicht durchführbare
Abführung des Druckmediums aus der im Eingriff befindlichen Zahnlücke, die starke
radiale Drücke entstehen läßt und zur raschen Zerstörung führt, hat unter anderem
dazu geführt, daß diese Maschinenart keine praktische Bedeutung erlangte.
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Ebenfalls bekannt ist eine Maschine, die zur Führung der Rollkolben
zwar ein besonderes Bauteil, jedoch entweder keine kurvenförnügen mehrbogigen Innenmantelflächen
oder aber keinen zentral angeordneten Exzenter besitzt. Die Führung der Rollkolben
geschieht durch auf einem scheibenförmigen Führungsteil angeordnete Achsen, auf
denen wiederum die Rollkolben exzentrisch beweglich angeordnet sind. Die Rollkolben
haben während ihrer Bewegung niemals gleichen Abstand zueinander. Nachteil dieser
Maschine ist es, daß die Führung der Rollkolben un-Z, Crenau und infolge verhältnismäßig
großem Gleitanteil die Reibung und der Verschleiß groß ist. Es findet kein einwandfreies
Abrollen statt; auch ist nur eine geringe Kammervolumenänderung möglich. Diesen
vorbekannten Maschinen ist gemeinsam, daß ihr volumetrischer Wirkungsgrad über einen
bestimmten Wert nicht gesteigert werden kann. Auch wird bei den zwei letztgenannten
Maschinen als innere Mantelfläche ein kreis- oder ellipsenförmiger Querschnitt vorgeschlagen,
was dann als Folge dieser Konstruktion eine ungleichförmige Bewegung der umlaufenden
Massen ergibt.
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Weiterhin sind Maschinen bekanntgeworden mit einer epitrochoidenförmigen
Innenfläche des Mantels. Hierbei sind in einem mehreckigen Kolben, in dessen Ecken,
Rollen als Radialdichtungen eingesetzt, wobei der Kolben auf einem Exzenter umläuft.
Hier stehen die Rollen nicht mit dem Exzenter im Eingriff. Bei derartigen Maschinen
ist die Herstellung des Kolbens verhältnismäßig schwierig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mittels einfacher Produktionsmittel
mit möglichst wenig und leicht herstellbaren Teilen einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad
zu erzielen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rollkolben durch eine konzentrisch
zum Exzenter drehbar angeordnete Rollkolbenführang drehbar geführtwerden, wobei
die Rollkolbenführung derart ausgebildet ist, daß die Achsen der Rollkolben zueinander
stets im gleichen Abstand stehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rollkolben
auf einem Lagerteil so gelagert sind, daß sie in an sich bekannter Weise auf ihrem
Lagerteil federnd angeordnet sind. Dieses Merkmal ist bei Rollkolben an sich bekannt,
hierauf wird kein selbständiger Schutz beansprucht. Schließlich ist vorgesehen,
daß Mantel, Exzenter bzw. Exzenterbüchse und Rollkolben gegeneinander in der Axialebene
konisch ausgebildet und gegeneinander axial verschiebbar sind. Auch dieses Merkmal
ist im Rotationskolbenmaschinenbau an sich bekannt, so daß auch hierauf kein selbständiger
Schutz beansprucht wird.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Und zwar eine als Pumpe wirkende Maschine in F i g. 1, 2 und 4, wobei F i
g. 1 einen Längsschnitt gemäß Linie G-H in F i g. 2, F i
g. 2 einen Querschnitt gemäß Linie A-B in F i g. 1 und F i
g. 4 einen Schnitt gemäß Linie C-D in F i g. 1
zeigt.
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Ferner eine sowohl als Pumpe wie auch als Kompressor oder Brennkraftmaschine
einsetzbare Rollkolbenmaschine, wobei F i g. 6 einen Längsschnitt nach der
Linie J-K in F ig. 3,
F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie E-F in
F i g. 6
zeigt; F i g. 5 zeigt die Anordnung mehrerer aneinander sich
abwälzender Rollkolben.
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Die in den Schnitten F i g. 1, 2 und 4 dargestellten Rotationskolbenmaschinen
bestehen im wesentlichen aus dem Gehäuse 1, dem darin eingelassenen Mantel
2, den im Innenraum angeordneten Rollkolben 3, dem Exzenter 4, der darauf
drehbar angeordneten Exzenterbüchse 5 und der Rollkolbenführung mit Führungsachsen
7. Der mit seiner Welle in den Seitenscheiben des Gehäuses gelagerte Exzenter
4 zwingt bei seiner Umdrehung die an ihm und an der bogenförmigen Innenmantelfläche
sich abwälzenden Rollkolben und ihre Rollkolbenführung 6 zu einer umlaufenden
und dabei relativ kreisenden Bewegung und dadurch zu einer Volumenänderung der im
Innenraum gebildeten und durch die Rollkolben unterteilten Kammern. Durch die Steueröffnungen
14 erfolgt über die Einlaßkanäle 16 und Auslaßkanäle 17 die Füllung
und Leerung der Kammern 19. Eine Umkehrung der Kräfte ergibt eine Antriebsmaschine,
z. B. Hydraulikmotor. 13 sind federbelastete bzw. federnde Dichtringe oder
-elemente. Die Führung der Rollkolben erfolgt zwangsweise durch ihr Abwälzen an
der mehrbogigen Innenfläche des Mantels einerseits und ihrer Lagerung auf der Rollkolbenführung
6 andererseits, so daß die Anwendung eines Relativgetriebes sich erübrigt.
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Bei der in F i g. 3 und 6 gezeigten Ausführungsart unischließt
das Gehäuse l' den Mantel 2*, der zwecks einfacher Herstellung als ein separates
Bauteil gestaltet wurde. In den Gehäuseseitenteilen ist wiederum der Exzenter 4'
mit seiner Welle gelagert. Die konischen Rollkolben 3' sind mit ihren Wellenenden
in den Führungsscheiben 6' der Rollkolbenführung gelagert, die bei dieser
Ausführung aus den Führungsscheiben 6', den Füllstücken 12, den Schrauben
11 und verschiedenen Dichtelementen besteht und ebenfalls auf dem Exzenter gelagert
ist. Neben der inneren Mantelfläche sind die Rollkolben 3' und die Exzenterbüchse
F' in der Axialebene konisch ausgebildet.
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Die beiden letztgenannten Teile sind in den Führungsscheiben
6' axial verschiebbar gelagert bzw. angeordnet, wobei diese mittels Federn
18, öldrucks oder auf andere Weise so gegeneinander verschoben werden, daß
eine gute Abdichtung auch bei Ausdehnungen
oder Verschleiß gegeben
ist. Um dies auf andere Weise zu erreichen, könnten zylindrische Rollkolben auch
radial in geringem Maße federnd gelagert werden. Rollkolben 3' und Exzenterbüchse
5'
müssen an ihren Stimseiten mit federnden oder federbelasteten Dichtringen
U'a oder etwa mittels Ölkammer- oder Labyrinthdichtungen abgedichtet sein. Durch
Füllstücke 12 werden die Arbeitskammern 19'
im Kleinstzustande auf ein Minimalvolumen
oder in die sonst gewünschte Form gebracht. Die durch sie hindurchführenden Schrauben
11 verbinden die Führungsseheiben 6" miteinander zur Rollkolbenfährung.
Durch geeignete Mittel werden sie in ihrer genauen Lage fixiert. Ein- und Auslaßkanäle
16" und 17' sind durch Strichlinien angedeutet, sie können diagonal
zusammengefaßt oder auf der einen Seite in bekannter Weise durch eine Brennkammer
ersetzt werden. Die Füllstücke 12 haben bei dieser Ausführungsart lediglich die
Aufgabe, den Verdichtungsraum 19'
möglichst klein zu halten, sie können aber
bei Ausführungen mit zylindrischen Rollen auch der Führung der Rollen dienen. Vermittels
Ritzel 9 und Hohlrad 10 ist eine Möglichkeit einer zusätzlichen Führung
der Rollkolbenführung aufgezeigt, die in den meisten Fällen jedoch entbehrt werden
kann. 8 ist eine Ausgleichsscheibe zur Auswuchtung der Massenkräfte
13'
sind federbelastete Dichtringe bzw. Dichtelemente.
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Die Anordnung von Rollenpaaren in einem Mantel Z' zeigt F i
g. 5. Rollkolben Y' und Exzenter 4" stehen in abrollendem Verhältnis zueinander
und bilden Arbeitsräume 19". Eine derartige Aufteilung ist bereits bekannt.
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Außerdem sind die Rollkolben in geringem Maße radial beweglich bzw.
federnd angeordnet zum Ausgleich von eventueller Abnutzung und Dehnung usw. Die
Anordnung von mehr als zwei Rollkolben pro Dichtstelle ist in manchen Fällen vorteilhaft.
Die radiale Federung der Rollkolbenlagerung kann z. B. mittels um die Lagerung angeordneter
elastischer Ringe erfolgen.
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Bei diesen beschriebenen Ausführungsarten ist ein ruhendes Gehäuse
vorgesehen. Eine Umkehrung der kinematischen Verhältnisse durch Rotation des Gehäuses
und Festsetzung des Exzenters ist in bekannter Weise anzuwenden.
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Die erfindungsgemäße Anwendung der Rollkolbenführung ermöglicht die
genaue Zwangsführung der Rollkolben an der mehrbogigen Innenfläche des Mantels.
Da deren Konstruktion bekannterweise auf der Abrollung von Kreisen beruht, können
die Massenkräfte mit einfachen Mitteln völlig ausgeglichen werden bzw. sind ausgeglichen
bei Ausführungen mit umlaufendem Mantel. Der Anteil der gleitenden Reibung wird
gegenüber vorbekannten Maschinen wesentlich verringert, und unter Verwendung leicht
zu fertigender, runder Teile werden ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad bzw. kleine
Baumaße der Maschinen und damit wesentliche Fortschritte erzielt.
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Die Verwendung der Maschinen nach vorliegender Erfindung kann vornehmlich
auf dem Gebiet der Kraft- und Arbeitsmaschinen für flüssige und gasförinige Medien
liegen. Anwendungen bei Regelungsaufgaben und Strömungsmessung bieten sich ebenfalls
an.