DE1601817A1

DE1601817A1 - Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE1601817A1
Application number: DE19681601817
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Jehle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-01-08
Filing date: 1968-01-08
Publication date: 1971-01-21

Description

HANS WESTPHAt "ΐββΐ817 ττ»

KLAUS WMTPHAl ™"*"*""

PATENTANWÄLTE Telefon: 07721 -2343

531.2

5. Jan. 1968

Wilhelm Jehle, Blumberg / Zollhaus

Drehkolbenmas chine

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine* insbesondere Drehkolbenmotor, Kompressor oder Pumpe, mit einem im Querschnitt ovalen Zylinder und einem im Zylinder asentriech angeordneten, mit Dichtmitteln versehenen Drehkolben, «reicher aus einem Führungestern mit mindestens drei Armen und mindestens drei von diesem geführten und an der Zylinderinnenwand unter Druck anliegenden Dichtkörpern besteht.

Es sind derartige Drehkolbenmaschinen bekannt, bei welchen

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die Dichtkörper In konkaven Oleitflächen des Ffihrungssteraa gelagert sind. Dabei treten verh81tnlsmä&lg hohe Reibungskräfte zwischen den konkaven Gleitfischen und den daran anliegenden Gleitflachen der Dichtkörper auf.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Reibung zwischen Pflhrungskern und Dichtkörpern zu vermindern. Dieses Ziel wird erfindungsgemäA dadurch erreicht, daß der Führungsstem mit den Dichtkörpern mittels Walzenlagern verbunden ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Achsen der Walzen" lager jeweils mit einen Dichtkörper fest ,verbunden sind und die Waisen bei Verschiebung der Dichtkörper bezüglich des FQnrungsaterns an je einer Fütirungsfläche desselben abrollen. Die gleitende Reibung bei den bekannten Ausführungen wird durch die erfindungsgemäße Ausführung in rollende Reibung umgesetzt und infolgedessen sind die auftretenden Reibungskräfte wesentlich geringer.

Vorteilhafterweise ist jeder Dichtkörper mittels zweier oder mehrerer paralleler Walzenlager mit dem Pührungsptern verbunden. Dadurch ergibt sieh eine sichere Führung 4er Dichtkörper und die auftretenden Reibungskraft· könnet» noch weiter vermindert werden.

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Eine besonders vorteilhafte Auegestaltung der Erfindung besteht darin, daß das odei¹ die-Walzenlager Jedes Dichtkörpers bezüglich der axialen Symmetrieoben© öiescs Dichtkörpers asymmetrisch angeordnet ist cder sind. Durch diese asymmetrische Versetzung der Walzenlager wird erreicht, daß In den Totpunkten des Drehkolbens ein Drehmoment auftritt. Vorzugsweise ist für jeden Dichtkörper ein Paar vcn Walzenlagern vorgesehen, welches aus einer zur axialen Symmetrieebene dieses Dichtkörpers symmetrischen Stellung in Drehrichtung des Drehkolbens versetzt ist. Dadurch wird in den Totpunkten des Drehkolbens ein gewünschtes Drehmoment In Drehrichtung des Drehkolbens erzeugt.

Om die Abdichtung des erfindungsgeraäßen Drehkolbens zu verbessern, können zwischen den Armen des Pfihrungssterns und den Dichtkörpern Dichtmittel angeordnet werden. Durch dieses Merkmal der Erfindung wird eine einwandfreie Trennung der Verbrennungsgase In den von Dichtkörpern und Hantelfläche der Zylinderinnenwand gebildeten Verbrennungsräumen von den Schmiermitteln im übrigen Innenraum des Zylinders erreicht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Drehkolbens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß die an den Dichtkörpern sitzenden Dichtmittel aus Je einem Paar von

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entlang den Stirnflächen der Zylinderinnenwand und je einen Paar von entlang der Mantelfläche 6er Zylinderinnen-* wand verlaufenden Dichtleisten bestehen, deren anelnandfcrgrenzende Enden Jeweils in einen zylindrischen Dichtungstell eingesetzt sind, welcher gleltbax* in einer passenden zylindrischen und axial verlaufenden Bohrung im jeweiligen Dichtkörper angeordnet 1st und durch Federdruck gegen eine Stirnfläche der Zylinderinnenwand drückbar ist. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß sich die an den Dichtkörpern sitzenden Dichtleisten nicht Überlappen und sich dadurch gegenseitig beeinflussen, was eich für die Dichtwirkung ungünstig auswirkt.

Sine>besonders einfach herzustellende Ausführungsform dieser Dichtmittel besteht darin, daß der zylindrische Dichtungsteil und die zugehörige Bohrung kreiszylindrisch ausgebildet sind· Sie kunnen jedoch jede andere Querschnittsform besitzen.

Falls die erfindungsgemäfie Drehkolbenmaschine als Kompressor oder Pumpe verwendet wird, können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Dichtleisten aus abriebfestem Kunststoff bestehen. Besonders gut eignet sich für diesen Zweck mit Bronze versetztes Polytetrafluoräthylen (Teflon).

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise nfher erläutert. Es zeigt

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Figur 1 einen Radialschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine,

Figur 2 einen Axialschnitt der in Figur 1 dargestellten Drehkolbenmaschine,

Figur 3 einen Teilschnitt in einer zur Schnittebene der Figur 1 parallelen Ebene durch einen Dichtkörper der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Maschine,

Figur 'I einen Radialschnitt durch eine als Drehkolbenmotor ausgebildete zweite AusfUhrungsform der Erfindung,

Figur 5 einen Axialschnitt durch die in Figur 4 dargestellte Aueführungsform,

Figur 6 einen schematischen Radialschnitt durch eine als Pumpe ausgebildete dritte Ausführungsform der Erfindung und

Figur 7 einen schematischen Axialschnitt durch die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform.

Gleiche oder gleichartige Teile sind in den Figuren durch· weg« nit den gleichen Bezugszeichen versehen.

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BAD

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine weist einen Zylinder 1 auf, dessen innere Mantelfläche 2 einen allgemein ovalen Querschnitt besitzt. Dieser Querschnitt besteht vorzugsweise aus einer knickfreien, geschlossenen Kurve, welche aus zwei Paaren einander gegenüberliegender, gleicher Kreisbögen gebildet ist. Die beiden Mittelpunkte des einen Kreisbogenpaares liegen dabei vorzugsweise auf der kürzeren Achse des Ovales zwischen Ovalmittelpunkt und dem Jeweils gegenüberliegenden Kreisbogen. Die Mittelpunkte des anderen Kreisbogenpäares liegen vorzugsweise jeweils zwischen den zugeordneten Kreisbogen und dem Zentrum des Ovales im Schnittpunkt der längeren Ovalachse mit einer Geraden, welche einen der beiden benachbarten Endpunkte des ersten Kreisbogenpaares mit dem diesem zugeordneten Mittelpunkt verbindet. Die bezüglich der Ovalachsen symmetrisch zueinander gelegenen Kreisbögen werden dabei von den Winkelhalblerenden zwischen den Ovalachsen begrenzt. Die Sehnen swischen den Winkelhalbierenden und zwischen den Ovalachsen sind untereinander gleich lang und die Radien des ersten Kreisbogenpaares, weisen eine Länge auf, welche 3/4 der kürzeren Ovalachse entspricht. Eine derartige Ausbildung der Mantelfläche 2 der Zylinderinnenwand ist zwar bereits vorgeschlagen worden, 1st jedoch in Verbindung mit den nachfolgend zu beschreibenden Merkmalen der vorliegenden

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Erfindung besondere vorteilhaft. Durch diese Ausbildung des Zylinders kommt nämlich der von der vorliegenden Erfindung erzielte Vorteil der Reibungsminderung und der gleichmäßigen Führung der Dichtkörper in besonders günstiger Weise zum Tragen. An sich ist jedoch die vorliegende Erfindung im übrigen von der genauen Form der ovalen Mantelfläche unabhängig.

In Lagerbüchsen 3 und H₉ weiche an den Zylinder 1 angesetzt sind, ist eine Abtriebswelle 5 zentrisch drehbar gelagert. Auf der Abtriebswelle 5 1st ein dreiarmiger Führungsstern 6 befestigt. Mittels Schrauben 7 sind beiderseitig kreisrunde Stirnechelben 8'mit dem Führungsstern 6 verscfiraubt. Zwischen Je zwei Armen des Führungssterns 6 1st jeweils ein Dichtkörper 9 angeordnet. Die Dichtkörper 9 liegen jeweils mit zwei Dichtkanten 10 an der Zylinderinnenwand unter Druck an. Sie bilden zusammen mit der Zylinderinnenwand zwei Verbrennungsräume 11, deren Volumen bei Drehung des aus Führungsstern 6 und Dichtkörpern 9 bestehenden Drehkolbens periodisch zu- und abnimmt.

In Jedem Dichtkörper 9 sind bei dieser Ausfuhrungsform drei symmetrisch angeordnete, in Axialrichtung verlaufende Achsen 12 und 12* befestigt. Auf jeder Achse 12 bzw. 12*

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1st ein Paar von Walzen 13 bzw. 13" drehbar gelagert. Die mittleren Achsen 12' stehen in langgestreckte Öffnungen Ii In den Stirnscheiben 8 vor und die zugehörigen Walzen 13* rollen auf der Außenfläche 15 der Schlitze l*t ab. Die beiden äußeren Achsen 12 enden in den Dichtkörpern 9· Die zu diesen Achsen 12 gehörigen Walzen 13 sitzen in Ausnehmungen 16 der Dichtkörper 9 und rollen auf den konkaven (!leitflächen 17 zwischen den Armen der Führungssterne ab. Dadurch ist eine einwandfreie und gleichmäßige, nahezu reibungsfreie Führung der Dichtkörper 9 auf dem Fülirungsstern 6 gewährleistet.

Die Dichtkörper 9 sind gegen die Stirnflächen 18 und die Mantelfläche 2 der Zylinderinnenwand mittels Dichtleisten abgedichtetf

Die In den Figuren 4 und 5 dargestellte Ausführungsfor» der erfindungsgemäßen Maschine ist als Drehkolbenmotor ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform weist der Zylinder einen Einströmkanal 20 und einen Ausströmkanal 21 auf. Ia oberen Totpunkt der Mantelfläche 2 1st ein Zündfunkenkanal angeordnet. In Figur 5 ist in diesen Zündfunkenkanal 22 schematisch eine Zündkerze 23 eingezeichnet. Die übrigen Teile dieser Ausführungsform sind überwiegend in der gleichen Weise ausgebildet wie beim vorangehend beschriebenen Aus-

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führungsbeispiel und sind daher mit dem gleichen Bezugsseichen versehen. Nachfolgend werden daher nur die gegenüber der ersten AusfUhrungsform abweichenden Merkmale des In den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Der Führungsstern 6 weist bei dieser Ausführungsform zwischen Je zwei Armen einen hohlen Führungskasten 24 auf, an dessen Innerer und äußerer Seitenfläche die Walzen 13 abrollen. Um für diesen Führungskasten 2'J Platz zu schaffen, ist die am Führungsstern anliegende Gleitfläche 25 der Dichtkörper 9 Jeweils mit einer entsprechenden Aussparung versehen.

Ein besonder« wichtiges Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß die beiden zu einem Dichtkörper 9 gehörigen Wellen 12 bezüglich der axialen Symmetrieebene 27 dieses Dichtkörpers 9 asymmetrisch angeordnet sind. Bei der dargestellten AusfUhrungsform sind sie beide um die gleiche Strecke in der durch den Pfeil 28 angegebenen Drehrichtung gegen die Symmetrieebene 27 versetzt. Bei Druckausübung In dem vom Dichtkörper 9 In der oberen Totpunkteteilung gebildeten Verbrennungsraum 29 üben daher die zugehörigen Walzen 13 infolge ihres asymmetrischen Andrücken» an die innere Führungsfläche 17 des Führungs-

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sterns ein Drehmoment In Drehrichtung 28 auf den Führungsstern 6 aus,

Weiter zeichnet eich diese Ausführungsform durch Dichtleisten 30 aus, welche rings um die Enden der Arme des Führungssteras 6 angeordnet sind und an den Gleitflächen 25 der Dichtkörper 9 anliegen. Dadurch wird eine vollständige Abdichtung der in den Verbrennungsräumen 11, 29 befindlichen Verbrennungegase vom übrigen Innenraum des Zylinders und insbesondere von den darin befindlichen Kühl- und Schmiermitteln erzielt.

Die in den Figuren 6 und 7 dargestellte AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Maschine ist als Pumpe mit zwei Einßtrömkanälen'31 und zwei Ausströmkanälen 32 ausgebildet. In Figur 6 1st nur ein Dichtkörper 9 zeichnerisch näher ausgeführt« während die beiden übrigen Dichtkörper nur schematisch angedeutet sind. Die Führungskfisten 24 des vorangehenden AusfUhrungsbelspiels sind hler durch Führungsleisten 33 ersetzt, welche durch besügllch der axialen Symmetrieebene 27 des Dichtkörpers asymmetrisch angeordnete Stützen 34 am Führungsstern 6 gehalten werden. Die Achsen der Walzenlager sind in diesem Falle wie auch die Stütze 34 entgegen der Drehrichtung 28 der Abtriebswelle asymmetrisch versetzt, so daß in den Totpunkten die auf die beiden dem

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Dichtkörper 9 anliegenden Arme des Ptihrungssterns 6 ausgeübten Drehmomente nicht ganz gleich sind. Dadurch wird der Lauf der Pumpe und die Führung der Dichtkörper gleichmäßiger gemacht.

Bei dieser Ausführungsform ist eine besonders vorteilhafte Art der Abdichtung der Dichtkörper gegen den übrigen Zylinderinnenraum verwirklicht. Die Dichtung besteht bei diesem AusfUhrungsbelspiel aus' Je einem Paar 35 von entlang den Stirnflächen 18 der Zylinder-Innenwand und Je einem Paar 3*> von entlang der Mantelfläche 2 der Zylinderinnenwand verlaufenden Dichtleisten. Die aneinandergreneenden Enden dieser Dichtleisten sind jeweils In einen zylindrischen Dichtungsteil 37 eingesetzt, welcher gleitbar in einer passenden zylindrischen und axial verlaufenden Bohrung 38 im jeweiligen Dichtkörper 9 angeordnet 1st und durch Federdruck gegen eine Stirnfläche 18 der Zylinderinnenwand gedrückt wird. Dadurch beeinflussen sieh die Enden der Dichtleisten gegenseitig nicht, was die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Dichtung wesentlich erhöht.

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Claims

Patentanwälte L·^ ., y
Oipi. Ing. Hans We«tph*l -12- r/ 'MiJn /4
Dipl.lng. Klaut Westphal ^w
Villingenf8ch*«iwrdd
5. Jan. 1968

Patentansprüche

1. Drehkolbenmaschine, Insbesondere Drehkolbenmotor, Kompressor« Pumpe, mit einem im Querschnitt ovalen Zylinder und einem im Zylinder zentriach angeordneten, mit Dicktmitteln versehenen Drehkolben, welcher aus einem Führungsstern mit mindestens drei Armen, und mindestens drei von diesem geführten und an der Zylinderinnenwand unter Druck anliegenden Dichtkörpern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstern (6) mit den Dichtkörpern (9) mittels Walzenlagern (12, 13) verbunden 1st·

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (12) der Walzenlager jeweils mit einem Dichtkörper (9) fest verbunden sind und die Walzen (13) bei Verschiebung der Dichtkörper bezüglich des Führungssterns (6) an je einer Führungsfläche (17) desselben abrollen.

3· Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dichtkörper (9) mittels zweier oder

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mehrerer paralleler WalBenlager (12, 13) mit dem Führungsstern (6) verbunden 1st.

U, Drehkolbenmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche ₃ dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Walzenlager (12,13) Jedes Dichtkörpers (9) bezüglich der axialen Symmetrieebene (27) dieses Dichtkörpers asymmetrisch angeordnet ist oder sind·

5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daft für Jeden Dichtkörper (9) ein Paar von Walzenlagern (12, 13) vorgesehen ist, welches aus einer zur axialen Symmetrieebene (27) dieses Dichtkörpers symmetrischen Stellung in Drehrichtung (28) des Drehkolbens (6, 9) versetzt ist.
6. Drehkolbenmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Armen des Führungssterns (6) und den Dichtkörpern (9) Dichtmittel (30) angeordnet sind.
7. Drehkolbenmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Dichtkörpern (9) sitzenden Dichtmittel aus Je einem Paar (35) von entlang den Stirnflächen (18) der Zylinderinnenwand und Je einem

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Paar (36) von entlang der Mantelfläche (2) der Zylinder-Innenwand verlaufenden Dichtleisten bestehen, deren anelnandergrenzende Enden Jeweils in einen zylindrischen Dichtungstell (37) eingesetzt sind, welcher gleitbar in einer passenden zylindrischen und axial verlaufenden Bohrung (38) im jeweiligen Dichtkörper (9) angeordnet ist und durch Federdruck gegen eine Stirnfläche (18) der Zylinderinnenwand drückbar 1st.
8. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Dichtungsteil (37) und die zugehörige Bohrung (38) kreiszylindrisch ausgebildet Bind.
9. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 7 oder 8, welche als Kompressor oder Pumpe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten (19, 30, 35-37) aus abriebfestem. Kunststoff bestehen.
10. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten (19, 30, 35-37) aus mit Bronze versetztem Polytetrafluoräthylen bestehen.
11. Drehkolbenmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mantelfläche (2) der Zylinder-

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innenwand, deren ovaler Querschnitt aus einer knickfreien, geschlossenen Kurve besteht, die aus zwei Paaren einander gegenüberliegender, untereinander gleicher Kreisbögen gebildet ist, wobei die beiden Mittelpunkte des einen Kreisbogenpaars auf der kürzeren Achse des Ovales zwischen Ovalmittelpunkt und dem jeweils gegenüberliegenden Kreisbogen und die Mittelpunkte des anderen Kreisbogenpaares jeweils zwischen dem zugeordneten Kreisbogen und dem Zentrum des Ovales im Schnittpunkt der längeren Ovalachsen Bit einer Geraden, welche einen der beiden benachbarten Endpunkte des ersten Kreisbogenpaares alt dem diesem zugeordneten Mittelpunkt verbindet, liegen, wobei die bezüglich der Ovalachsen symmetrisch zueinander gelegenen Kreisbögen von den Winkelhalbierenden zwischen den Ovaladisen begrenzt werden, die Sehnen zwischen den Winkelhalbierenden und zwischen den Ovalachsen untereinander gleich lang sind und die Radien des ersten Kreisbogenpaares eine Longe aufweisen, welche 3/4 der kürzeren Ovalachse entspricht.

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