DE1426754A1

DE1426754A1 - Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE1426754A1
Application number: DE19641426754
Authority: DE
Inventors: Fanshawe Hew Dalrymple
Original assignee: FNRD Ltd
Current assignee: FNRD Ltd
Priority date: 1963-10-11
Filing date: 1964-10-09
Publication date: 1968-11-21
Also published as: US3276386A; GB1093486A

Description

]?. N. H. D. Limited, 1, ülney Street, London W. 1, England

Dr ehkoH/b enma s chine

Die Erfindung betrifft Drehkolbenmaschinen in Verwendung als Pumpen oder als Motoren und insbesondere Drehkolbenmaschinen mit mindestens zwei Kammern, welche durch die besondere IOrmgebung der einander zugewandten Flächen zueinander konzentrisch angeordneter, jeweils einen Maschinenrotor und einen Maschinenstator bildender Maschinenteile gebildet sind und im Verlauf der Drehung des Motors von mindestens einem, in einem der beiden Maschinenteile im wesentlichen radial verschieblich geführten Schieber durchsetzt werden. Bei diesen Drehkolbenmaschinen wer-

^BAÖ

803809/0284

den die Leckverluste zwischen benachbarten Kammern entlang des Spaltes zwischen Rotor und Stator dadurch begrenzt, daß das Spiel zwischen Rotor und Stator entsprechend gering gewählt wird. . ■ . ■

Beim Betrieb solcher DrehkoIbenmaschinen als £umpe⁼ oder als Motor sollen der Rotor und der Stator selbstverständlich nicht unzulässig großen, durch das Kraft™ bzw_e Arbeitsmittel verursachten Belastungen ausgesetzt werden₉ weil sonst das genannte Spiel zwischen Rotor und Stator vergrößert und damit die Leckverluste erhöht würden» Eine ausreichende Begrenzung der Leckverluste bei Betriebsbedingungen wird normalerweise durch geeignete Bemessung und/oder Materialauswahl erreicht_s wodurch unzulässige Beanspruchungen und/oder Verformungen unter der Wirkung des Maximaldruckes vermieden werden. Je größer der -Druck und/oder die von den Schiebern überstriehene Länge jeder Kammer ist_s desto stärker muß beispielsweise die wand--des außen angeordneten Maschinenteils (im allgemeinen des Stators) seine Sollen jedoch aus einem bestimmten Material gefertigt© Dreh= kolbenmaschine!! bei sehr hohem Druck und auch bei niedrigem Druck betrieben werden können ₉ so ergeben sich unter Umständen außerordentlich große liaschinenabmessungen, was zur Folge hat, daß solche Maschinen für gewisse Zwecke ungeeignet sind» Ob-

BAD.

809809/0284

wohl zur Erzielung geringer Verformungen Stoffe mit größerem .Elastizitätsmodul zur Verfügung stehen, reicht diese Vergrößerung des Slastizitätsmodules allein oft nicht aus und außerdem sind die betreffenden Stoffe bedeutend teurer und ihre Verwendung kommt daher aus wirtschaftlichen Gründen wohl nicht in Frage.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Drehkolbenmaschine, deren außen angeordneter, den Maschinenstator oder den Maschinenrotor darstellender Maschinenteil für einen gegebenen Betriebsdruck geringste Dicke aufweist bzw. die Schaffung einer Drehkolbenmaschine, welche ohne bedeutende Vergrößerung der Materialquerschnitte oder der Materialkosten bei höherem Druck und verhältnismäßig niedrigeren Leckverlusten arbeitet als entsprechende bekannte Drehkolbenmaschinen.

Ausgehend von einer Drehkolbenmaschine mit einem, entweder den Maschinenrotor oder den Maschinenstator darstellenden inneren Zylinderkörper und einem dazu konzentrischen und ihn umfassenden, entweder den Maschinenstator oder den Maschinenrotor darstellenden äußeren Hohlzylinderkörper, ferner mit mindestens zwei, von Einbuchtungen entweder des Rotors oder des Stators und der jeweils diesen gegenüberliegenden zylindrischen Stator-

_ 3 _ ^BAD ORIGINAL

8098Ü9/0284

oder ßotorwandung begrenzten Maschinenkammern, weiter mit mindestens einem, entweder im Stator oder im Hotor im wesentlichen radial verschiebbaren, die Jeweils vorbeilaufende Maschinenkammer durchsetzenden, belasteten Schieber und mit entweder im Stator oder Kotor angeordneten Zu- und Abführungskanälen für das Kraft- bzw. Arbeitsmittel ist eine solche Drehkolbenmaschine nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren Hohlzylinderkörper und einem diesen umfassenden Maschinengehäuse ein Druckmitteldruck wirksam ist, welcher der, durch das Kraft- bzw. Arbeitsmittel verursachten Aufweitung des äußeren Hohlzylinderkörpers entgegenwirkt.

Die Erfindung kann beispielsweise so angewendet werden, daß die Wandstärke des Hohlzylinderkörpers einer bereits vorhandenen Drehkolbenmaschinenkonstruktion auf einem kleinen Wert belassen wird, während der Betriebsdruck durch die erfindungsgemäße äußere Druckbeaufschlagung bedeutend erhöht wird, wobei die tatsächliche Druckerhöhung des Kraft- bzw. Arbeitsmittels in gewissem Maße von dem Grad der möglichen Druckbeaufschlagung abhängt. Ebenso kann umgekehrt der Betriebsdruck beibehalten werden und die Wandstärke des Hohlzylinderkörpers gegenüber entsprechenden bekannten Konstruktionen für den betreffenden Druck bedeutend verringert werden· Bei einer erfindungsgemäßen

809809/0284

-δ-

Ausführungsform ist ein äußeres Gehäuse vorgesehen, gegen welches sich der Druckmitteldruck abstützen kann. Dieses Gehäuse kann die J?orm eines einfachen, aus geeignetem Material gefertigten Ringes haben. Die radiale Beanspruchung des umfassenden Gehäuseteiles ist nicht durch das, die Leckverluste verursachende Spiel zwischen Rotor und Stator begrenzt, sondern ist nur durch die Festigkeitsgrenze des verwendeten λ Materials und den erforderlichen Druckmitteldruck festgelegt.

Der Druckmitteldruck kann einen festen Wert haben oder aber in besonderen Fällen vorteilhafterweise einstellbar sein. Bei einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine kann der Druckmitteldruck zur äußeren Druckbeaufschlagung von dem Betriebsdruck des Kraft- bzw. Arbeitsmittels abhängen oder diesem gleich sein. Der Druckmitteldruck ist gemäß der Erfindung vorzugsweise so bemessen, daß der äußere Hohlzylinderkörper zusammengedrückt wird, wodurch die durch den Betriebsdruck verursachte Zusammendrückung des inneren Zylinderkörpers ausgeglichen und dadurch das geringe Spiel zwischen Rotor und Stator aufrecht erhalten wird.

Im folgenden wird die Erfindung durch die beispielsweise Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die

BAD

809809/0284

zugehörigen Zeichnungen näher erläutert, in welchen

Figur 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte

Seitenansicht eines erfindungsgemäßen ■ Drehkolben-Doppelmotors zeigt,

Figur 2 . einen achssenkrechten Schnitt durch eine

der beiden Einheiten des in Figur 1 abgebildeten erfindungsgemäßen Doppel-'motors darstellt, aus welchem die Wirkungsweise von sechs zwischen einem zylinderischen Stator und einem kon-' zentrisch zu diesem gelagerten Rotor wirksamen Schiebern ersichtlich ist, welche beim Umlauf des üotors. Jeweils acht zwischen Stator und Rotor gebildete Kammern durchlaufen,

Figur 3 eine teilweise im Schnitt gezeigte

Innenansicht eines·Teilabschnittes des in Figur Z gezeigten erfindungsgemäßen • Motors darstellt und

■ - 6 . - _gAp QRlGfMAL

809809/0284 . ^

Figur 4- eine Einzelheit des erfindungsgemäßen

Motors verdeutlicht, welche in einem Schnitt senkrecht zu der in Figur 1 angedeuteten Linie A*-A gezeigt ist.

Aus den Zeichnungen ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine zwei Statoreinheiten 1 und 2 aufweist, | welche durch Schrauben mittels zweier Endanschlußplatten zusammengespannt sind· Zwischen den beiden Statoreinheiten ist eine Zwischensoheibe 3 angeordnet. Die Statoreinheiten 1 und und die Zwischenscheibe 3 sind mittels Zentrierungsbolzen 4-verzapft und die Schrauben sind so stark angezogen, daß auch bei dem größten auftretenden Betriebsdruck keine Leckverluste an dem Motor auftreten. Die acht Maschinenkammern je einer Motoreinheit sind zwischen mit der Bezugsziffer 6 bezeichneten Fingern des außen mit einem Profil versehenen Rotors 5 gebildet. Der Profilkranz des Rotors ist auf eine Triebwelle 7 des Motors aufgeschoben und auf ihr mittels Paßfeder gesichert. Die Zwischönscheibe 3 weist eine Mittelbohrung auf, durch welche sich die Triebwelle mit Spiel hindurcherstreckt.

Die Zwischenscheibe 3 weist acht Halterungseinrichtungen auf, welche, wie aus den Figuren 1 und 4 der Zeichnungen er-

809809/0284

sichtlich ist, in acht in der Zwischenscheibe angeordneten Ausschnitten 9 gelagert sind, welch letztere sich mit schlüssellochförmigen Ausnehmungen 11 des Stators decken. In Jeder der genannten Ausnehmungen 11 ist ein Schieber 12 geführt, hinter welchem jeweils eine freie Kammer 10 vorgesehen ist.

In jedem Ausschnitt 9 der Zwischenscheibe 3 ist eine Lagerung 13 für einen Doppelhebel 14 angeordnet, dessen Enden sich gegen die nach außen weisenden Flächen der Schieber 12 beider Maschineneinheiten abstützen, so daß während des Betriebes die nach innen weisenden Kanten der Schieber gegen die das Profil des Rotors bildenden Flächen gedrückt werden. Zunächst wird die Vorspannung der Schieber durch die Kraft von auf die Lagerung 13 wirkenden Federn erreicht, welche mittels in Führungen 17 gleitender Kolben 15 geführt sind. Fach einigen Arbeitsdrehungen wird eine zusätzliche Vorspannung durch den Druckmitteldruck erreicht, welcher durch ein Einströmen von hochgespanntem Druckmittel jeweils aus dem Hochdruckteil der Maschinenkammern entlang einer Seite der Schieber in die kleinen Kammern 10 auf der Rückseite der Schieber entsteht. Dieses Einströmen von Druckmittel tritt auf der Hochdruckseite jeden Schiebers auf Grund der bei Belastung von dem Schieber in dem jeweiligen Führungsschlitz

80 980 9/0 2 84

eingenommenen Stellung auf.

Zu beiden Seiten Jeden zur Führung des Schiebers dienenden Schlitzes 11 sind öffnungen 19 und 20 vorgesehen. Bei Drehung der Triebwelle im Uhrzeigersinn stellen die öffnungen 19 den Druckeinlaß für das Druckmittel dar, welches aus den über die Eingangsanschlußscheibe verbundenen Zuführungskanäle . 21 herbeigeführt wird, wahrend die Öffnungen 20 die Auslaßöffnungen darstellen, aus welchen das Druckmittel hinter den Schiebern abströmt, während das hochgespannte Druckmittel sich auf der Vorderseite gegen die Schieber abstützt und dadurch den Rotor vorwärtsdreht. Bei dieser Drehung des .Rotors im Uhrzeigersinn wird das entspannte Kraftmittel über Abführungskanäle 22 der Auslauf anschlußplatte zugeleitet. Durch "Vertauschen der Kxaftmlttelanschlüsse an. den Anschlußplatten kann die Drehrichtung des üotors umgesteuert werden.

Der Rotor der zweiten Motoreinheit des erfindungsgemäßen Doppelmotors ist mittels Paßfeder so auf die Triebwelle 7 aufgesetzt, daß die relative Lage zwischen den Rotorvorsprüngen und den Schiebern gerade entgegengesetzt zu der entsprechenden relativen Lage der RotorvprSprünge und Schieber der ersten Motoreinheit ist. In Figur 2 der Zeichnungen ist in gestrichel-

- 9 -809809/028-4

ten Linien eine typische relative Stellung eines Schiebers der einen Motoreinheit im Verhältnis zu der, durch die Linie .ri-B in Figur 2 der Zeichnungen angedeuteten Stellung des Schiebers und des,Rotorvorsprunges der jeweils anderen Motoreinheit gezeigt. Tatsächlich befinden sich jedoch die jeweiligen Rotorvorsprünge in unterschiedlichen Stellungen, während die Schieber jeweils in einer gemeinsamen,durch-die Linie B-B angedeuteten Axialebene angeordnet sind. Die Zwischenscheibe ist mit Durchlaßöffnungen versehen, welche sich mit den jeweiligen Zu- und Abführungskanälen der jeweiligen Maschinenstatoren 5 decken, so daß die Zu- und Abführungskanäle jeweils untereinander und mit der Eingangsanschlußplatte bzw, der Ausgangsanschlußplätte in Verbindung .stehen.

Durch die oben beschriebene gegenseitige Verschiebung .der Rotoren und durch geeignete Formgebung,der Rotorvorsprünge kann das gemeinsame Volumen der von den jeweiligen Schiebern überstrichenen Teile der Maschinenkammern zu jedem Zeitpunkt im wesentlichen konstant gehalten werden, so daß das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Motors während jeder Umdrehung im wesentlichen unveränderlich bleibt, vorausgesetzt,.daß die Kraftmittelzuführung konstant gehalten wird .."-.-■

- 10 - "

SAD ORIGINAL

0 98 0 9/0 2 84

Der Stator 1, welcher verhältnismäßig leicht gebaut ist, würde sich nun unter dem Druck des Druckmittels in den verschiedenen Maschinenkammern verformen und dabä würde das Spiel zwischen den Scheitelteilen der ßotorvorsprünge und der zylindrischen Innenfläche des Stators während des Betriebes vergrößert, wobei es zu starken Leckverlusten entlang der Rotorvorsprünge käme. Um dies zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung jeweils ein den jeweiligen Stator umfassender ringförmiger Gehäuseteil 2 vorgesehen, welcher jeweils unter Zwischenschaltung kreisringförmiger Dichtungsringe 23 auf der einen Seite an die Zwischenplatte 3 und auf der anderen Seite in gleicher Weise an die jeweilige Anschlußplatte dicht anschließt.

Der ringförmige Gehäuseteil 2 kann auf der Innenseite unter Einhaltung leicht herstellbarer Toleranzen einen solchen Durchmesser aufweisen, daß er leicht über den zugehörigen Stator geschoben werden kann und gegenüber diesem ein gewisses Spiel 24 hat. In der Zwischenscheibe 3 und in den Halterungsanordnungen der Ausschnitte 9 sind Durchlaßkanäle 18 vorgesehen, durch welche Druckmittel, welches in die kleinen Kammern auf die Rückseiten der Schieber eingeströmt ist, auch in den durch das Spiel gebildeten Raum 24 eindringen und ihn unter

- 11 -

809809/0284

1A26754

Druck setzen kann, wobei sich in ihm im wesentlichen der Betriebsdruck des Kraftmittels aufbaut.

Dieser unter Abstützung gegen den ringförmigen Gehäuseteil 2 auf die Außenseite des Stators wirkende Druckmitteldruck gleicht nicht nur die Wirkung des hochgespannten Kraftmittels auf der Innenseite des Stators aus, sondern bewirkt darüberhinaus eine Zusammendrückung des Stators, wodurch eine Zusammendrüekung des jeweils zugehörigen Rotors kompensiert und dadurch das geringe Spiel zwischen Stator und Rotor aufrechterhalten wird«, Es zeigt sich, daß auch bei Ausdehnung der ringförmigen Gehäuseteile selbst keine Rückwirkungen auf den Motor auftreten« Die ringförmigen Gehäuseteile können hohen Beanspruchungen ausgesetzt werden und sind daher, vorzugsweise aus einem zugfesteren Material hergestellt als die Statoreinheiten. Sie können jedoch trotzdem verhältnismäßig dünnwandig ausgebildet sein» Die Außenabmessungen eines für hohen Betriebsdruck ausgelegten Motors können auf diese Weise" bedeutend kleiner gehalten werden als wenn, die Statoreinheiten in ihrer Stärke so bemessen wurden, daß sie bei dem betreffenden Betriebsdruck keine unzulässigen Verformungen erleiden wurden. So können beispielsweise die Statoreinheiten aus Grauguß gefertigt sein, welcher zur Schaffung besonders ver-

- 12 -

BAD ORfGlNAt

an Q RDQ / η οά/.

sohleißfester Oberflächen geeignet ist, während die dem Druck ausgesetzten ringförmigen Gehäuseteile aus sehr zugfestem Stahl hergestellt sein können. Es zeigt sich, daß die das Druckgehäuse bildenden Ringe 2 nicht unbedingt so befestigt sein müssen, daß der durch das Spiel zum'Stator gebildete Raum 24 über den ganzen Umfang gleichförmig ist, da der Druckmitteldruck in dem Raum 24 nicht von dessen Gestalt λ abhängt.

Der Rauiü 24 kann selbstverständlich auch von einer unabhängigen Druckmittelquelle mit Druck beaufschlagt werden. In diesem Falle muß der Stator durch weitere kreisringförmige Dichtungen auf der einen Seite nach der Zwischenscheibe 3 hin und auf der anderen Seite nach der Jeweiligen Anschlußplatte hin abgedichtet sein. Außerdem muß dann beispielsweise in jeder Anschlußplatte eine Zuführungsleitung vorgesehen sein, über welche Druckmittel in den Raum 24 eingeführt werden kann. Der' " aufzuwendende Druckmitteldruck zur Erzielung des kleinstmöglichen Spieles zwischen Stator und Rotor hängt von der Form und der Widerstandsfähigkeit des Stators und von dem Kraftmitteldruck ab. ι

Mir den Fachmann bereitet die Übertragung, der oben für

- 13 809809/0284

einen Drehkolbenmotor angeführten Überlegungen auf den Pumpenbetrieb einer Drehkolbenmaschine keine Schwierigkeiten.

80 9809/02 84

Claims

Pat ent anspräche

M .j Drehkolbenmaschine mit einem, entweder den Maschinenrotor oder den Maschinenstator darstellenden inneren Zylinderkörper und einem dazu konzentrischen und ihn umfassenden, ent- λ weder den Maschinenstator oder den Maschinenrotor darstellenden, äußeren Hohlzylinderkörper, ferner mit mindestens zwei von [Einbuchtungen entweder des Rotors öder des Stators und der jeweils diesen gegenüberliegenden zylindrischen Statoroder Rotorwandung begrenzten Mascliinenkammern, weiter mit mindestens einem, entweder im Stator oder im Rotor im wesentlichen radial verschiebbaren, die jeweils vorbeilaufende Maschinenkammer durchsetzenden, belasteten Schieber und mit entweder im Stator oder Rotor angeordneten Zu- und Abführungskanälen für das Kraft- bzw. Arbeitsmittel, dadurch gekenn- ™ zeichnet, daß zwischen dem äußeren Hohlzylinderkörper (1) und einem, diesen umfassenden Maschinengehäuse (2) ein Druckmitteldruck wirksam ist, welcher der durch das Kraft- bzw. Arbeitsmittel verursachten Aufweitung des äußeren Hohlzylinderkörpers entgegenwirkt.

BAD

809809/0284
2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengehäuse (2) kreisringförmigen
Querschnitt hat.

J. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2,.dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengehäuse (2) aus hochfestem Stahl besteht, während der Stator (1) und der Rotor (5) beispielsweise aus Grauguß gefertigt sind.

\ 809809/0284