DE1936301B2 - Fuehrungsgetriebe fuer eine mittelachsige rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Führungsgetriebe für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine mit wenigstens zwei innerhalb eines ringförmigen, einen Arbeitsraum mit kreisförmigem Querschnitt einschließenden radial geteilten Gehäusemantels mit ungleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden Kolben, die radial innen über zwei Scheiben und radiale Führungsarme mit zwei konzentrisch zur in Seitenteilen gelagerten Welle angeordneten Buchsen verbunden sind, wovon eine Buchse mit der Welle drehfest umläuft, wobei die Führungsarme in einem exzentrisch zur Welle angeordneten, sich drehenden Steuerring mittels Kugelgelenken schwenkbar und radial verschiebbar gelagert sind.

Führungsgetriebe der vorgenannten Art für mittelachsige Rotationskolbenmaschinen sind aus der GB-PS 1 34 869 bekannt, bei der die in einem ringförmigen Arbeitsraum umlaufenden Kolben auf der Maschinenwelle unmittelbar jeweils über eine Führungsscheibe gelagert sind. Die Führungsscheibe.i liegen dabei radial innerhalb des ringförmigen Arbeitsraumes und schließen diesen auch radial nach innen dichtend ab. Sie wirken dabei miteinander sowie mit den radial nach innen gezogenen Seitenwänden des Gehäusemantel!· zusammen. Insgesamt gesehen bildet bei einer derartigen Konstruktion der den Arbeitsraum begrenzende Gehäusemantel also lediglich den radial äußeren Endteil eines in sich geschlossenen Gehäuses, in dessen Seitenwänden, die in den die Wände des Arbeitsraumes bildenden Gehäusemantel übergehen, die Maschinenwelle gelagert ist. Axial versetzt zu den Führungsscheiben und damit außerhalb des vom Gehäusernantel radial umschlossenen Raumes liegt das eigentliche Führungsgetriebe, das über Verbindungen an die Führungsscheiben angeschlossen ist und die gewünschte Relativbewe gungder Kolben bewirkt

Bei einer derartigen Konstruktion liegt das Steuerge triebe seitlich nach außen versetzt, was nicht nur einer erhöhten Raumbedarf zur Folge hat, sondern zusätzlich auch entsprechende Übertragungselemente bedingt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, be einer mittelachsigen Rotationskolbenmaschine ober genannter Art ohne Beeinträchtigung der Maschinen

ίο Stabilität und bei sicherer Abdichtung einen möglichsi geschlossenen, d. h. kompakten und einfachen Maschi nenaufbau zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, da[ das Führungsgetriebe zentral radial innerhalb de!

Gehäusemantels angeordnet ist, derart, daß du Führungsarme jeweils unmittelbar mit dem axialer Schenkel der im Querschnitt winkelförmig ausgebilde ten Scheibe verbunden sind, deren axialer Schenkel ir dichtender Anlage an die Führungsfläche des Gehäuse mantels gehalten ist. Bei dieser Ausgestaltung werder die Kolben im Hinblick auf Zentrifugalkräfte trots Anordnung des Führungsgetriebes radial innerhalb de; vom Gehäusemantel umschlossenen Raumes sichel abgestützt. Gleichzeitig wird auch ein sicherer dichten der Abschluß des Arbeitsraumes erreicht, und zwai unter Verwendung einfacher und im Prinzip aucr erprobter Dichtungselemente.

Für mittelachsige Rotationskolbenmaschinen mit mi ungleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden KoI ben ist es des weiteren aus der US-PS 29 71 500 aucl bereits bekannt, das Führungsgetriebe radial innerhall des Gehäusemantels anzuordnen. Diese Getriebeanord nung wird allerdings in Verbindung mit einer gänzlid anderen Gesamtkonstruktion vorgesehen, bei der di< rechteckigen Arbeitsräume durch Gehäuseseitenwänd< begrenzt sind, welche jeweils durch zwei radial dichtem aneinanderliegende Wandringe gebildet sind, von denet je einer einer Kolbengruppe zugeordnet ist und die dei gewünschten Kolbenbewegung entsprechend über da; Getriebe gesteuert sind. Ein derartiger Aufbau is außerordentlich kompliziert und allein schon wegen de Dichtlingsprobleme praktisch kaum zu verwirklichen.

In Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich al: zweckmäßig, wenn im Übergang zwischen den axialet Führungsflächen des Gehäusemantels und deren radia len Anlageflächen für die Scheiben jeweils ein« Anfasung zum Einlegen eines im Querschnitt dreieck förmigen Dichtringes vorgesehen wird, so daß trot; Wegfall:; von bis zur Welle durchgeführten Führungs scheiben mit einfachen Dichtringen eine optimal· Abdichtung erreicht werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in dei Zeichnungen dargestellten Ausfühningsbeispieles erläu tert. Es 2 eigt

F i g. 1 eine schematisierte Darstellung einer geöl'fne ten, hier als Verdichter ausgebildeten mittelachsigei Rotationskolbenmaschine mit Führungsgetriebe,

Fig. 7 eine vollständige Rotationskolbenmaschine der in Fig 1 gezeigten Art in einem Schnitt gemäl Linie H-Il in F i g. 1 und

F i g. 3 bis F i g. 8 die Maschine gemäß F i g. 1 und 2 ii verschiedenen Arbeitssteilungen in einer stark schema tisierten Darstellung.

Die in den Figuren dargestellte, als Verdichte arbeitende Rotationskolbenmaschine weist einen Ar beitsrauTi 1 auf, in dem zwei gleichsinnig umlaufend und geg ineinander bewegbare Kolben 2, 3, angeordne sind. lüder der Kolben 2,3, die in Fig. I in einer Totlag

'•f

dargesteik sind und die entsprechend dem Querschnitt des Arbeitsraumes 1 Kreisquerschnitt aufweisen, trägt nahe seinen stirnseitigen Enden Kolbenringe 4. Im Bereich zwischen den Kolbenringen ist der KoJbenkörper in seinem Durchmesser reduziert, um eine möglichst geringe Reibung der Kolben 2, 3 gegenüber dem Gehäuse zu erreichen. Die Ausgestaltung des Kolbens in seinem abgesetzten Bereich kann im übrigen beliebig sein, wobei es im wesentlichen auf ausreichende Stabilität bei möglichst geringem Gewicht ankommt Die Zwangsführung der Kolben 2, 3 wird über ein Führungsgetriebe erreicht, das gleichachsig zum Arbeitsraum 1 auf der Maschinenwelle 6 gelagerte Führungselemente 5 umfaßt. Jedes der Führungsele mente 5 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Führungsarm 7, der an einer auf der Welle 6 sitzenden Buchse 8 befestigt ist Das aus Führungsarm 7 und Buchse 8 bestehende Führungselement 5 eines der Kolben, hier des Kolbens 2, ist drehfest mit der Welle 6 verbunden und zwar über eine Nutfederverbindung 9. Die Führungselemente 5 sind über einen Steuerring 10 zwanggeführt, der Ausnehmungen 11 zur Durchführung der Arme 7 der Führungselemente 5 aufweist. Der Sieuerring 10 ist exzentrisch zur Welle 6 angeordnet, was sich insbesondere aus F i g. 2 entnehmen läßt.

Die Verbindung zwischen den Armen 7 der Führungselemente 5, die mit dem Steuerring 10 und den Kolben 2 bzw. 3 umlaufen, und den Kolben 2 bzw. 3 erfolgt über Scheiben 12, 13, die, wie F i g. 2 zeigt, winkelförmig ausgebildet sind und einen radial nach außen sich erstreckenden Schenkel 12a bzw. 13a sowie einen axial sich erstreckenden Schenkel 12i> bzw. 13i> aufweisen. Die radial nach außen ragenden Schenkel 12a bzw. 13a der Scheiben 12, 13 liegen in einem Ringspalt 14 des aus zwei Gehäusehälften 17, 18 bestehenden Gehäusemantels. Der Ringspalt 14 ist durch Ringbunde 15, 16 begrenzt, die jeweils einer der den Arbeitsraum 1 im wesentlichen bildenden Gehäusehälften 17,18 zugeordnet sind. Die einander zugewandten Seiten der Ringbunde 15, 16 sind als radiale Anlageflächen 19a zumindest in ihrem radial inneren Bereich abgeschrägt und es ist in den durch die Abschrägung entstandenen, im wesentlichen dreiecksförmigen Ringraum ein d*eiecksförmiger Dichtring 20 eingesetzt. Zwischen den radial nach außen verlaufenden Schenkeln 12a, 13a der Scheiben 12, 13 ist ein weiterer Dichtring 21 vorgesehen, der in korrespondierenden Nuten angeordnet ist.

In den durch die radial nach außen ragenden Schenkel 12a, 13a der Scheiben 12,13 überdeckten Bereichen dtr Anlageflächen 19a münden, wie in der Darstellung gemäß F i g. 2 schematisch dargestellt, die Gaswechselkanäle 22 aus, die die Ringbunde 15,16 durchsetzen und von denen im Ausführungsbeispiel nur die Auslaßkanäle angedeutet sind. Da die Scheiben 12,13 mit den Kolben umlaufen, können die Gaswechselkanäle 22 von in den Ringteilen entsprechend angeordneten, zum Arbeitsraum t hin offenen Aussparungen 23 übersteuert werden. Es erübrigen sich somit bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Verdichters besondere Steuerelemente.

In die axial sich erstreckenden Schenkel 12b, 13b der Ringteile 12, 13 greifen die Arme 7 der Führungselemente 5 ein, was hier jedoch nur für die Scheibe 12 dargestellt ist. Diese Arme 7 sind schwenkbar und in ^ radialer Richtung verschiebbar gleichzeitig in dem Steuerring 10 geführt, was im Ausführungsbeispiel ein Kueeleelenk 24 erreicht wird. Die tragende Verbindung der Kolben 2, 3 mit den Scheiben 12, 13 erfolgt, was F i g. 1 schema tisch zeigt, über Stiftverbindungen 2S, deren Stifte 26 einerseits in den radial nach außen sich erstreckenden Schenkel 12a. 13a der Scheiben 12, 13 und andererseits in den Körper der Kolben 2 bzw. 3 eingreifen. Die radiale Abstützung der Scheibe·] 12,13 erfolgt über ihre axialen Schenkel \2b, Mb an den durch den Innenumfang der Ringbunde 15, 16 gebildeten axialen Führungsflächen.

Zur Fixierung und Zentrierung der Gehäusehäiften 17,18 sowie auch zur Lagerung des Steuerringes 10 und der Welle 6 sind im Ausführungsbeispiel Seitenteile 27, 28 vorgesehen, die über Zentrierbunde 29,30 gegenüber den Ringbunden 15, 16 festgelegt sind und sich auf diesen abstützen. Die Seitenteile 27, 28 weisen zentrale Ausnehmungen 31,32 auf. in denen die Lager 33 für die Welle 6 angeordnet sind. Als Lager sind Schrägrollenlager vorgesehen, so daß über die Welle die Seitenteile 27, 28 axial gegeneinander verspannbar sind. Die Ausnehmungen 31, 32 sind nach außen hin über Deckel 34 abschließbar. In den Seitenteilen 27, 28 sind innenseitig ferner Ausnehmungen 35,36 vorgesehen, die Kreisquerschnitt aufweisen und in denen der Steuerring 10 geführt ist.

Wie Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 erkennen läßt, liegt die Verbindungslinie der Mittelpunkte 37 der Kugelgelenke 24, also der Führungen für die Arme 7 in dem Steuerring 10 im Ausführungsbeispiel so. daß sie die Achse 38 des Steuerringes 10 schneidet. Diese Anordnung hat zur Folge, daß die Führungselemente 5 nach jeweils 180° Wellendrehung stets wieder die gleiche Lage einnehmen, so daß sich auf eine volle Wellenumdrehung jeweils zwei vollständig gleiche Arbeitstakte ergeben. Dies lassen auch die Darstellungen gemäß F i g. 3 bis 8 erkennen.

Wie Fig. I weiter zeigt, wird /ur Kühlung des Gehäusebereiches, in dem bei der in den F i g. 2 bis 8 angedeuteten Umlaufrichtung jeweils die Verdichtung stattfindet, über diesen Gehäusebereich jeweils die Luft angesaugt. Im Ausführungsbeispiel ist hierfür im Gehäuse in Umlaufrichtung über den Kompressionsbereich verlaufend ein Kanal 40 vorgesehen, durch den die Kaltluft angesaugt wird. Es lassen sich auf diese Weise auch noch bei thermisch höher belasneten Maschinen Gehäuseverzüge vermeiden.

Da, wie die Stellungsbilder gemäß F i g. 4 bis 8 zeigen, die Verdichtung über einen größeren Umfangsbereich, nämlich praktisch gesehen über 180° erfolgt, kann der jeweils angestrebte Verdichtungsgrad in einfacher Weise dadurch beschränkt werden, daß die Gaswechselkanäle 22, in diesem Fall also die Auslaßkanäle bereits in größerem Abstand vor dem Totpunkt oder erst nach diesem beginnend vorgesehen werden. Werden sie erst nahe dem Totpunkt angeordnet, so ergeben sich hohe Verdichtungen, wird bereits zu einem früheren Zeitpunkt geöffnet, so ergebet' sich entsprechend niedere Verdichtungen, wobei natürlich Voraussetzung ist. daß jeweils gegen einen entsprechenden Widersland, also beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil oder einen Windkessel gefördert wird.

Wie schon die Zeichnungen erkennen lassen, ist die Maschine in gleicher Weise geeignet, auch als Brennkraftmaschine eingesetzt zu werden, wobei abweichend von der hier gezeigten Darstellung naturgemäß entsprechende Anpassungen vorgenommen werden müssen.

In den Darstellungen gemäß F i g. 3 bis 8 zeigt F i g. 3 eine '\usgangsstellung gemäß Fig. 1. Von dieser

Ausgangsstellung aus gesehen verringert sich nachfolgend bis zur oberen Totpunktlage gemäß Fig. 7 der zwischen den Kolben 2 und 3 liegende Arbeitsraum. F i g. 4. 5 und 6 zeigen, wie zwischenzeitlich der andere Arbeitsraum stets größer wird, bis er seine Maximalgrößc in Fig. 7 erreicht hat. In der Darstellung gemäß F i g. 5 sind beide Arbeitsräume gleich groß. Kntsprechend der angezeigten Umlaufrichtung stellt der eine Arbeitsraum jeweils den Saugraum, der andere Arbeitsraum jeweils den Verdichtungsraum dar. Die Verschiebung der Kolben gegeneinander bei gleicher Umlaufrichtung ergibt sich durch die verschiedenen Winkellagcn der Führungselemente 5 gegenüber dem Stcuerring 10 bei gleichzeitiger Veränderung des Radius, d. h. des Abstandes, den der Mittelpunkt 37 einer als Kugelgelenk 24 ausgebildeten Führung von der Achse der Welle 6 aufweist.

Die hier als Verdichter beschriebene Maschine kann selbstverständlich unter Beibehalt der prinzipiellen Merkmale auch als Pumpe. Vakuumpumpe oder auch Motor betrieben werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

■v

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Führungsgetriebe für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine mit wenigstens zwei innerhalb eines ringförmigen, einen Arbeitsraum mit kreisförmigem Querschnitt einschließenden radial geteilten Gehäusemantels mit ungleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden Kolben, die radial innen über zwei Scheiben und radiale Führungsarme mit zwei konzentrisch zur in Seitenteilen gelagerten Welle angeordneten Buchsen verbunden sind, wovon eine Buchse mit der Welle drefest umläuft, wobei die Führungsarme in einem exzentrisch zur Welle angeordneten, sich drehenden Steuerring mittels Kugelgelenken schwenkbar und radial verschiebbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgetriebe (7, 8, 10) zentral radial innerhalb des Gehäusemantels (17, 18) angeordnet ist, derart, daß die Führungsarme (7) jeweils unmittelbar mit dem axialen Schenkel (12 b, Hb) der im Querschnitt winkelförmig ausgebildeten Scheibe (12, 13) verbunden sind, deren axialer Schenkel (126, 13b) in dichtender Anlage an die Führungsfläche (19b) des Gehäusemantels (17,18) gehalten ist.

2. Führungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergang zwischen den axialen Führungsflächen (19b) des Gehäusemantels (17, 18) und deren radialen Anlageflächen (19a) für die Scheiben (12, 13) jeweils eine Anfasung zum Einlegen eines im Querschnitt dreieckförmigen Dichtringes (20) vorgesehen ist.