DE2201554C3

DE2201554C3 - Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2201554C3
Application number: DE2201554A
Authority: DE
Inventors: Jean Pierre Ruelle Marcel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-01-14
Filing date: 1972-01-13
Publication date: 1982-02-11
Also published as: DE2201554A1; GB1347231A; JPS5425164B1; DE2201554B2; CA965303A; BE777628A; AU3787772A; AU454029B2; AU452316B2; DE2201553A1; GB1347173A; AU3788072A; IT946544B; US3751194A; JPS5629117B1; CA967428A; US3850552A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit zwei konzentrisch angeordneten, um ihre gemeinsame Achse drehbaren Bauteilen, wovon jeweils eines stillsteht und das andere sich dreht und wovon das eine, erste Bauteil mindestens ein Trennteil aufweist, das innerhalb mindestens eines Arbeitsraumes umläuft, der als Ringnut im anderen, zweiten Bauteil ausgebildet und in Arbeitskammern unterteilt ist durch Schieber, die in Nuten des zweiten Bauteils durch im ersten Bauteil

befindliche seitliche Führungen verschiebbar sind.

Derartige Rotationskolbenmaschinen sind aus der DE-PS 1 99 795 bekannt geworden. Bei einer ersten Ausführungsform der aus dieser Patentschrift zu einnehmenden Maschine sind die die Trennteile aufnehmenden Gleitnuten radial angeordnet Während des Betriebs unterliegt die Endfläche jedes Trennteils dem Druck des Arbeitsmediums, der in dem jeweiligen Zeitpunkt in der genannten Arbeitskammer herrscht,

lu während die entgegengesetzte Endfläche des gleichen Trennteils sich nicht in dem Arbeitsraum befindet und demzufolge dem dort herrschenden Druck nicht unterworfen isL Das Trennteil befindet sich somit nicht im Druckgleichgewicht, was für das einwandfreie

is Arbeiten der Maschine nachteilig ist

Bei einer zweiten Ausführungsform einer solchen Maschine verlaufen die Nuten, in denen die beweglichen Trennteile verschöben werden, in axialer Richtung und sind über die Erzeugende einer gemeinsamen zylindrisehen Berührungsfläche der beiden genannten koaxialen umlaufenden Organe verteilt In diesem Fall wird eine der Längsflächen jedes Trennteils von dem in dem betreffenden Arbeitsraum herrschenden Druck beaufschlagt, während die gegenüberliegende Seite, die an dem Boden der Nut in der sie sich verschiebt anliegt diesem Druck nicht ausgesetzt ist so daß auch hier das Trenntei! keinen Druckausgleich erfährt, wodurch das einwandfreie Arbeiten der Maschine beeinträchtigt wird.

Die erwähnte Beeinträchtigung des einwandfreien Arbeitens dieser bekannten Rotationskolbenmaschinen besteht vor allem darin, daß sie mangels eines ausreichenden Druckausgleichs beidseitig jedes beweglichen Trennteils oder Schiebers nicht stoßfrei und damit auch nicht vibrations- und lärmfrei arbeiten, was auch eine Drehzahlminderung zur Folge hat

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für eine Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art die Schieber während ihrer Bewegungen von Drücken frei zu halten, die die Schieberbewegung beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Verbindung benachbarter Arbeitskammern jeweils im Niederdruckbereich bzw. Hochdruckbereich eine Druckausgleichsverbindung zwischen diesen Arbeitskammern einerseits und einem Raum andererseits geschaffen wird, der von einer der Schieberoberfläche abgewandten Schieberunterfläche gleicher Flächengröße und dem Nutzgrund gebildet wird.

Die durch die Erfindung erreichbaren Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch die Aufrechterhaltung des Druckgleichgewichtes auf die Endflächen der Schieber diese ohne nennenswerte Reibungskräfte bewegt werden können und somit die Rotationskolbenmaschine stoß- und vibrationsfrei mit hohen Drehzahlen betrieben werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine besteht darin, daß sie je nach Strömungsrichtung des Arbeitsmediums entweder als Pumpe bzw. Verdichter oder als Motor arbeiten kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und nachstehend erläutert.
In den Zeichnungen sind drei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform einer Rotationskolbenmaschine gemäß der

Erfindung,

Fig.2 einen Querschnitt längs der Linien H-II in Fig. 1,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht des beweglichen Schiebers,

Fig.4 bzw. 5 Schnitte längs dor Linien V-V bzw. Vl-VI in F ig. 3,

Fig.6 einen Querschnitt längs der Linie IX-IX in F i g. 7, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßea Rotationskolbenmaschine wiedergibt, _]0

F i g. 7 einen Längsschnitt längs der Linie X-X in Fig. 6,

F i g. 8 einen Schnitt längs des beweglichen Schiebers,

Fig.9 eine Abwicklung für einen Abschnitt aus Fig. 7,

Fig. 10 einen Querschnitt durch die dritte Ausführungsform der Maschine gemäß der Erfindung längs der Linie XV-XV in F ig. 11,

F i g. 11 einen Schnitt längs der Linie XVI-XVI in Fig. tO,

F i g. 12 einen Teilschnitt längs der Linie XVII-XVII in Fig. 10.

Die dargestellte Rotationskolbenmaschine besitzt zwei konzentrisch angeordnete Bauteile, wovon eines in Bezug auf das andere um ihre gemeinsame Achse drehbar ist Die beiden Bauteile sind bei den Ausführungsformen nach F i g. 1 bis 3 durch den Stator 1 und den Rotor 2, nach F i g. 6 bis 9 durch den Stator 302 und den Rotor 301 und nach Fig. 10 bis 12 durch den Stator 241 und den Rotor 242 gebildet

Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Rotationskolbenmaschine kann sowohl als Pumpe als auch als mit Druckflüssigkeit betriebener Motor arbeiten. Sie besteht im wesentlichen aus einem Stator 1, in dem ein fest mit einer Welle 3 verbundener Rotor 2 umlaufen kann.

Der Stator 1 besteht aus zwei gleichen Flanschen 5,6, zwischen denen mittels Gewindebolzen 7 ein Versteifungsring 8 eingespannt ist Der einfacheren Herstellung und Montage wegen ist der Versteifungsring 8 aus drei Teilen zusammengesetzt, nämlich einer zylindrischen Einfassung 11 und zwei Bundringen 12, 13 mit Winkelprofil, die in ihrer Winkellage gegenüber den Flanschen 5 und 6 durch Vorsprünge festgehalten werden (einer dieser Vorsprünge ist im unteren Teil der F i g. 1 mit 14 bezeichnet).

Der Rotor 2 weist hauptsächlich eine Kreisscheibe 16 auf, die starr verbunden ist mit einer rohrförmigen Nabe 17, die in dem Stator 1 in zwei Nadellagern 18, 19 umläuft, die in zwei Rohrflanschen 21,22 aufgenommen sind, die an jeweils einem der Flanschen 5 und 6 mit Schrauben 23,24 befestigt sind.

Die Welle 3 wird an einem mit Riefelungen versehenen Ende 28 in dem zugeordneten geriefelten Ende 29 der Nabe 17 gehalten, während das andere Wellenende in einem Kugellager 31 ruht, das in einem ebenfalls mit den Schrauben 24 gehaltene Flanschansatz 30 untergebracht ist. Ein mit den Schrauben 23 befestigter Deckel 25 schließt das entsprechende Ende des Flansches 21.

Insgesamt ist die Maschine symmetrisch zu der bo geometrischen Mittelebene der Scheibe 16 des Rotors aufgebaut.

Auf der rechten Seite in F i g. 1 weist der Stator einen ersten äußeren, ringförmigen Arbeitsraum 32 mit Rechteckquerschnitt auf sowie einen zweiten inneren ringförmigen Arbeitsraum 33 mit Rechteckquerschnitt und mit kleinerem Radius.

Eine Bodenfläche des äußeren Arbeitsraumes 32 besteht aus einer ebenen Ringfläche des Flansches 6 des Stators und die andere ßodenflächc wird durch einen Kreisringteil der entsprechenden Pianfläche der Rotorscheibe 16 gebildet Eine Seitenfläche des äußeren Arbeitsraumes 32 bildet die Innenwandung des Bundringes 13 und die andere Seitenfläche den entsprechenden Teil der zylindi ischen Außenfläche eines Kreisringes 47 mit U-Profil, dessen Steg senkrecht zur Maschinenachse verläuft und dessen Schenkel mit ihren Schmalseiten die zugeordnete Pianfläche der Rotorscheibe 16 berühren. Dieser Kreisring 47 ist in den Boden einer großen Ringnut 48 des Flansches 6 eingepaßt und an diesem mit Schrauben 49 und Zentrierstiften befestigt, von denen in F i g. 1 nur der zu dem symmetrisch liegenden Kreisring 47/4 gehörige Stift 5! A sichtbar ist

In entsprechender Weise wird eine Bodenfläche des inneren Arbeitsraumes 33 durch eine Ringfläche der Planfläche des Flansches 6 gebildet, die in der gleichen Ebene wie die entsprechende Bodenfläche des äußeren Arbeitsraumes 32 liegt; die andere Bodenfläche des inneren Arbeitsraumes 33 wird durch einen anderen Ringteil der gleichen Planfläche der Rotorscheibe 16 gebildet wie bei dtm äußeren Arbeitsraum. Die beiden Seitenflächen des inneren Arbeitsraumes 33 bestehen aus einem zylindrischen Teil 54 des inneren Endes des Rohrflansches 22 bzw. dem entsprechenden Teil der Bohrung des Kreisrings 47 mit seinem U-Profil.

Im äußeren Arbeitsraum 32 läßt sich eine bestimmte Anzahl von im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Trennteilen in Gestalt von Kranzsegmenten 36 dichtend verschieben, die nachfolgend als Außenkolben bezeichnet werden, während in entsprechender Weise in dem inneren Arbeitsraum 33 drei Innenkolben 37 dichtend frei verschiebbar sind. Um jegliches Klemmen, das etwa infolge von Konzentrizitätsfehlern der verschiedenen Maschinenteile auftreten könnte, zu vermeiden, sind alle Außenkolben 36 und alle Innenkolben 37 mit der Rotorscheibe 16 nur in Umfangsrichtung verbunden und weisen zu diesem Zweck jeweils Radialnuten 38, 39 (F i g. 2) auf, in die spielfrei Nocken 41,42 eingreifen, die in zugeordnete, axial verlaufende Löcher 43, 44 in der Rotorscheibe 16 eingesetzt sind.

Bewegliche, nachfolgend als Schieber 55 bezeichnete Radialtrennwände, deren Zahl ein Vielfaches der Kolbenzahl ausmacht — im vorliegenden Fall zwölf — und die gleichmäßig um die geometrische Maschinenachse verteilt angeordnet und mit 55-1, 55-2, 55-3, ... 55-12 bezeichnet sind, sind radial verschiebbar angeordnet; sie bewegen sich in Schlitzen 56 und 57 in den Schenkeln des Kreisringes 47 mit U-Profil derart, daß sie zeitweise in regelmäßigem Rhythmus den äußeren Arbeitsraum 32 und den inneien Arbeitsraum 33 an entsprechenden Stellen abzuschließen vermögen, um in diesen Arbeitsräumen abgeschlossene bewegliche Kammern 32-1,32-2; bzw. 33-1,33-2,33-3 abzuteilen, die sich entsprechend der Umlaufbewegungen der Kolben in den Arbeitsräumen verlagern. Die beweglichen Schieber 55, etwa Schieber 55-1 (vgl. auch Fig.4), haben Rechteckquerschnitt und die Schlitze 56, 57 besitzen einen entsprechenden Querschnitt. Die Stärke der Schieber 55 ist geringer als die Umfangslänge der Kolben.

Bei der gezeichneten Ausführungsform dient somit jeder Schieber 55 dazu, in einer seiner Extremstellungen mit einem seiner Enden den äußeren Arbeitsraum 32 abzusperren, wie es beispielsweise der Schieber 55-11 (in Fig. 2) tut, während das innenliegende Ende demgegenüber den inneren Arbeitsraum 33 freigibt; in

der entgegengesetzten Extremstellung sperrt der gleiche Schieber, wie in der Zeichnung beispielsweise der Schieber 55-1 zeigt, demgegenüber mit ihrem Innenende den inneren Arbeitsraum 33 ab, während das außenliegende Ende den Durchgang des Kolbens 36 in dem äußeren Arbeitsraum 32 vollständig freigibt.

Aus Gründen der Abdichtung und des mechanischen Widerstandes greifen das außenliegende und das innenliegende Ende jedes beweglichen Schiebers, beispielsweise der Schieber 55-2 in Kerben 61, 62 in (Fig. 1 und 2) ein, die sich in der jeweils zugehörigen Seitenwand mit großem Radius des äußeren Arbeitsraumes 32 und der Seitenwand mit kleinem Radius des inneren Arbeitsraumes 33 befinden.

Die Radialbewegung aller Schieber 55, etwa der v> Schieber 55-1, wird durch eine Führungsnut 63 gewährleistet, die in die zugeordnete Fläche der Rotorscheibe 16 geschnitten ist und in die ein mit dem betreffenden Schieber starr verbundener Nocken 64 von mit der Weite der Führungsnut 63 übereinstimmen- χ der Breite eingreift. Die Betätigung der beweglichen Schieber erfolgt somit in genauem Gleichlauf mit der Drehbewegung der Kolben 36, 37 in den beiden Arbeitsräumen 32, 33; die Führungsnut 63 für den Nocken 64 verläuft so, daß eine bewegliche Wand ihre r> Bewegung zum öffnen eines Arbeitsraumes nicht eher beginnt, als der unmittelbar vorausgehende Arbeitsraum vollständig geschlossen ist.

Die beschriebene Maschine kann hohe Drehzahlen erreichen und arbeitet dabei stoßfrei und somit ohne ;o Vibrationen und lärmfrei, vorzugsweise wegen der Ausbildung der beweglichen Schieber und ihrer Anordnung, wodurch Druckwirkungen auf die Endflächen der Schieber einander aufheben, wobei die Aufrechterhaltung des Druckgleichgewichts der die Schieber berührenden Flüssigkeit während der Bewegungen zum Absperren und öffnen der Arbeitsräume alle Reibungskräfte aufhebt und wodurch das Flüssigkeitsvolumen der Arbeitskammern beibehalten werden kann. Alle genannten Schieber weisen die Besonderheiten auf, die sich deutlich in den Fig.3 bis 5 erkennen lassen. Der Schieber 55-1 und alle Schieber dieser Art sind mit einem vorspringenden Mittelteil 71 versehen, dessen Höhe mit der Höhe des übrigen Schiebers übereinstimmt, das aber doppelte Wandbreite aufweist. Dieser vorspringende Teil verschiebt sich dichtend in einer rechtwinkligen Nut 72 entsprechenden Querschnitts, der durch den Innenteil eines radial verlaufenden Bauteils 73 mit U-Profil gebildet wird; der Boden dieses Bauteils 73 legt sich gegen den Steg des so Kreisrings 47, während seine Schenkel sich mit ihren Schmalseiten gegen die entsprechende ebene Räche der Rotorscheibe 16 und mit ihren zylindrisch geformten Endflächen gegen die beiden inneren Zylinderflächen gegenüber den Schenkeln des Kreisrings 47 stützen. Die Bauteile 73 sind in den Kreisring 47 eingeführt um die Herstellung des Kanals 7Z der weiter ist als die Schlitze 56,57, zu ermöglichen.

Um die Beschreibung zu vereinfachen, soll das vordere Ende jedes beweglichen Schiebers 55, etwa des Schiebers 55-1, das mit dem äußeren Arbeitsraum 32 zusammenwirkt, als Vorderende bezeichnet werden, das mit dem inneren Arbeitsraum 33 zusammenwirkende als Hinterende. Der vordere Teil jedes Schiebers weist in zwei unterschiedlichen Höhenlagen zwei längsverlaufende Leitungen 75 bzw. 76 (F i g. 3 bis 5) auf, die an zwei Schrägleitungen 77 bzw. 78 anschließen, die hinter dem linken Teil bzw. hinter dem rechten Teil des vorspringenden Mittelteils 71 münden. In entsprechender Weise sind im hinteren Abschnitt des gleichen Schiebers in zwei unterschiedlichen Höhenlagen zwei längsverlaufende Leitungen 81 bzw. 82 vorgesehen., die an zwei in dem Mittelteil 71 untergebrachte Schrägleitungen 83 bzw. 84 anschließen, die vor dem rechten Teil bzw. vor dem linken Teil der Vorderfläche des vorspringenden Mittelteils 71 münden.

Der rechtwinklige Kanal 72 (Fig.2), der Schieber 55-1 oder jeder andere Schieber und deren vorspringender Mittelteil 71 bilden Räume 72/4 und 72ßbeiderseits eines Schieberendes, die über das andere Ende mit einem der Arbeitsräume 32,33 kommunizieren. Da der Mittelteil 71 doppelt so breit ist wie der übrige Schieber 55, wird der Flüssigkeitsdruck auf jede Endfläche dieser Schieber ausgeglichen durch einen ebenso großen und entgegengesetzten Druck der Flüssigkeit auf die Mächen der Räume, die zu dem vorspringenden Mittelteil 71 gehören.

Die Räume bilden einen Bestandteil des Arbeitsraumes der Flüssigkeit, mit dem sie in Verbindung stehen, wodurch das Volumen dieser Räume unabhängig von der Stellung der beweglichen Trennwand konstant gehalten werden kann.

Damit außerdem die Verlagerung der Schieber 55 ..... nicht durch die Wirkung des Differenzdruckes gestört werden kann, der zwischen den beiden Flächen in dem Flächenabschnitt, der sich in einem Arbeitsraum 32, 33 befindet, bei dem Einlaufen der Enden der beweglichen Schieber 55 in die Kerben 61—62 herrschen kann, weist der durch den ringförmigen Teil des Rotors 2 gebildete Zylinderboden zweckmäßig verteilte, in Umfangsrichtung verlaufende Eintiefungen 87 (F i g. 2) auf, deren Länge in Umfangsrichtung größer als die Stärke der Schieber 55 ist, aber doch kleiner als die Umfangslänge eines Kolbens 36 oder 37, damit nicht die Gefahr besteht, daß dadurch eine Verbindung zwischen den Räumen hergestellt wird, die sich vor und hinter jedem Kolben befinden, wenn ein Kolben sich am Ort einer beweglichen Trennwand vorbeibewegt.

Wenn die Maschine als Motor arbeitet, wird die Druckflüssigkeit durch einen feststehenden, in den Deckel 25 geschraubten zentralen Stutzen 91, der mit einer Axialbohrung 92 in der Welle 3 in Verbindung steht, eingeleitet; in die Bohrung 92 führt das innere Ende von Radialleitungen 93, deren Außenenden in eine Ringnut 94 der genannten Welle münden. Eine Stopfbüchse 89 stellt die Abdichtung zwischen dem Stutzen 91 und der Welle 3 her. Die Nut 94 steht über in die Masse der Rotorscheibe 16 gearbeitete Radialleitungen mit axial verlaufenden Bohrungen 96 (vgl. F i g. 2) in Verbindung, die in den inneren Arbeitsraum 33 bündig mit einer Räche jedes Kolbens 37 münden. Bündig mit der gegenüberliegenden Seite jedes Kolbens findet sich eine andere Bohrung 97, die ebenfalls mit dem inneren Arbeitsraum 33 und mit einer anderen Radialleitung verbunden ist, die in die Masse der Rotorscheibe 16 gearbeitet ist und diese Radialleitung mündet an der Rotorperipherie in eine äußere Ringnut 101, die zwischen dem Rotor und dem Versteifungsring 8 (zylindrische Einfassung 11) des Stators vorgesehen ist; diese Nut steht in Verbindung mit der Leitung, die sich nach außen öffnet.

In entsprechender Weise zeigt die Rotorscheibe 16 bündig mit den beiden Enden jedes Außenkolbens 36 zwei in axialer Richtung verlaufende Bohrungen 104, 105, die in jeweils eine der Radialleitungen münden, die mit der inneren Ringnut 94 bzw. der äußeren Ringnut

101 verbunden sind.

Zur Abdichtung zwischen den verschiedenen Maschinenteilen werden die üblichen Einrichtungen benutzt. Dazu sind an der Welle 3 Ringnuten 126, bei den Rohrflanschen 21, 22 Ringnuten 127 und verschiedene Kegeldichtungen 131,132,133 angegeben.

Zur Rückgewinnung der Flüssigkeit sind noch Leitungen 134,135 in den Flanschen 5 und 6 vorgesehen, die über Ringnuten 138,139 mit den Leitungen 136,137 in Verbindung stehen, die in die Rohrflanschen 21, 22 geschnitten sind und ihrerseits in Ringnuten 141, 142 münden.

Die Kolben und beweglichen Schieber samt ihren zugehörigen Bauteilen, Verteilerleitungen usw. auf der linken Seite der Rotorscheibe 16 in Fig. 1 sind nicht besonders beschrieben worden, weil sie bezüglich der Mittelebene der Rotorscheibe symmetrisch zu den auf der rechten Seite der Rotorscheibe befindlichen, oben beschriebenen Einzelteilen ausgeführt sind. Nur der Arbeitsraum 32/4 ist beispielshalber gesondert bezeichnet worden.

Die Maschine arbeilet folgendermaßen:

Es sei zunächst angenommen, daß man die Maschine als Motor arbeiten lassen will, das bedeutet, daß Druckflüssigkeit, beispielsweise öl, in die zentrale Zuleitung 91 eintritt, während die Austrittsleitung mit einer geeigneten Rücklaufleitung verbunden wird. Das Drucköl durchläuft in der Maschine folgende Bahn: Zuleitung 91, Axialleitung 92, Radialleitungen 93 der Welle 3, Ringnut 94 der Welle, Radialleitungen des Rotors, Bohrung 96 des Rotors und inneren Arbeitsraum 33. Nimmt man an, daß die verschiedenen Motororgane die in den F i g. 1 und 2 gezeichneten Stellungen einnehmen, so erkennt man, daß die drei Trennwände 55-5, 55-9, 55-1 in dem inneren Arbeitsraum 33 drei Arbeitskammern 33-1, 33-2 und 33-3 und die drei Trennwände 55-7, 55-11, 55-3 im äußeren Arbeitsraum 32 drei Arbeitskammern 32-1, 32-2, 32-3 definieren; in jedem dieser Kammern befindet sich ein Kolben 37. _A0

Durch die drei Bohrungen 96 (Fig.2) wird die Druckflüssigkeit jeweils in denjenigen Teil jedes der drei Arbeitskammern geführt, die sich zwischen der Rückseite (bezogen auf die Richtung des Pfeiles f, die der Laufrichtung des Motors entspricht) des zugehörigen Kolbens und dem geschlossenen Schieber 55-5,55-9 oder 55-1 befindet, so daß die Flüssigkeit, indem sie sich gegen die genannten Schieber abstützt, die drei Kolben 37 in Richtung des Pfeils / weiterschiebt. Dadurch wird der gesamte Rotor in Richtung des Pfeiles /in Drehung versetzt.

Die in dem restlichen Teil der drei in Betracht gezogenen Arbeitskammern des inneren Arbeitsraumes, d. h. die zwischen den Vorderflächen der drei Kolben 37 und den drei anderen Flächen der drei erwähnten Schieber eingeschlossene Flüssigkeit strömt ab durch die Bohrungen 97 des Rotors, die Radalleitungen des Rotors, die äußere Ringnut 101 des Stators und die Austrittsleitung.

Je weiter die drei Kolben 37 vorwärtsschreiten, um so mehr werden die Schieber 55-1 und die anderen genannten beweglichen Schieber unter der Wirkung der am Rotor 2 angeordneten Führungsnut 63 nach außen verlagert und erlauben den genannten Kolben den Durchtritt- So ist nach Fig.2 der Schieber 55-8 im Begriff sich zu öffnen, während der Schieber 55-6 bald geschlossen ist Entsprechend dem weiteren Umlauf der Kolben verlagern sich auch die drei Arbeitskammern des inneren Arbeitsraums 33 bei dem Ablauf der aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schließvorgänge der Schieber im Gleichlauf mit der Verlagerung der Kolben in gleicher Richtung.

Man kann also sagen, daß die Bahn der Flüssigkeit in Übereinstimmung mit dem äußeren Arbeitsraum 32, ausgehend von der Ringnut 94 der Welle, folgendermaßen verläuft: Radialleitungen des Rotors, Längsbohrungen 104 und äußeren Arbeitsraum 32, wobei der Ablauf durch die Bohrungen 105, die Radialleitungen und die äußere Ringnut 101 des Stators verläuft und die Arbeit des Kolbens 36 in dem äußeren Arbeitsraum 32 die gleiche ist, wie die oben in Verbindung mit dem Kolben 37 im inneren Arbeitsraum 33 beschriebene.

Die Maschine arbeitet unter den besten Voraussetzungen, weil sie vollkommen ausgeglichen ist.

Das an der Welle 3 des Motors abgegebene Drehmoment ist somit gleich der Summe der von den drei beweglichen Kolben in dem inneren Arbeitsraum 33 gelieferten Momente, vermehrt um die Summe der Momente von den drei in dem äußeren Arbeitsraum 32 beweglichen Kolben 36, das Ganze mit zwei multipliziert, weil es sich um einen doppelseitigen Motor handelt.

Werden Zuleitungs- und Ableitungsöffnung miteinander vertauscht, so kehrt sich der Drehsinn des Motors um.

Die Maschine ist reversibel, d. h. daß man sie als Pumpe oder als Verdichter arbeiten lassen kann, wenn man ihre Welle in Drehung versetzt.

Als Variante ist anzusehen, daß die Druckflüssigkeit statt durch die Mitte der Welle durch Leitungen in den Rotor eingeführt werden kann, die die beiden Statorflächen durchsetzen und in die beiden mit 100 und 100/4 (F i g. 1) bezeichneten Ringnuten münden.

Eine weitere, in den Fig.6 bis 9 dargestellte Ausführungsform sieht im wesentlichen einen einstückigen Rotor 301 und einen Stator 302 aus einem Hohlkörper 303 mit Zutrittsöffnungen 304 und Austrittsöffnungen 305 vor, dessen beide Enden durch Flanschnocken 306,307 abgeschlossen sind.

Die Verbindung zwischen Rotor und Stator erfolgt über zwei Kugellager 308, 309; der Zwischenraum zwischen der Außenseite des Rotors und der inneren, koaxialen Zylinderfläche des Stators ist sehr klein.

In den Rotor 301 sind Ringnuten 312 geschnitten. Diese Nuten und die Innenseite des Stators 302 bestimmen als Arbeitskammern 328, 329 bezeichnete Ringräume. In jeder Arbeitskammer befinden sich als Trennteile zwei einander gegenüberliegende Kolben 313 und 314, deren Querschnitt dem der Arbeitskammer entspricht und die sich dichtend in dieser Nut verschieben lassen; jeder Kolben wird durch ein an der Innenfläche des Stators befestigtes Kranzsegment gebildet

Der Rotor 301 weist außerdem in gleichmäßigem Abstand über seine Oberfläche verteilte, in axialer Richtung verlaufende Nuten 316 auf. In diese Nuten sind mit rechteckigen Ausschnitten versehene, gleitend bewegliche Schieber 317 gesetzt, die bewegliche Trennwände darstellen (F i g. 8).

Diese beweglichen Schieber 317 berühren mit ihren Enden die Flächen 321 bzw. 322 der Flanschen 323 bzw. 324. Diese Flächen sind nach Art einer Führungskurve bearbeitet; sie erteilen den Schiebern bei Drehung des Rotors 301 eine geradlinige axiale Hin- und Herbewegung.

Die Öffnungsfläche der Ausschnitte 326 in den

Schiebern 317 ist etwas größer als die Querschnittsfläche jeder Arbeitskammer 328, 329. Bei ihrer axialen Hin- und Herbewegung in dem Rotor 301 sperren oder öffnen die Schieber 317 jede Abeitskammer 328, 329, wobei die öffnung jeweils vor den Kolben 313, 314 erfolgt.

Die Fig.9, die die abgewickelte Zylinderfläche entsprechend den Arbeitskammern 328, 329 mit dem mittleren Durchmesser des Flanschnockens 321 (linker Teil der Fig. 7) darstellt, läßt erkennen, daß die beweglichen Schieber 317 bei der Rotation des Rotors 301 beiderseits jedes Kolbens 313,314 Arbeitskammern 328 und 329 für Flüssigkeit bilden.

Die Maschine arbeitet folgendermaßen: Wenn sie beispielsweise als Motor arbeitet, gelangt die aus den Zutrittsleitungen 304 (Fig.6 und 9) herkommende Druckflüssigkeit in die Arbeitskammern 328. Indem sie sich an den Kolben 313 und 314 abstützt, übt sie unter Schließen der Arbeitskammer 328 einen Druck auf die Schieber317/4aus.

Daher wird der gesamte Rotor in Richtung des Pfeiles Fin Drehung versetzt. Die in den Arbeitskammern 329 eingeschlossene Flüssigkeit entweicht durch die öffnungen 305 im Stator 302.

Während der Drehung werden die verschiebbaren Schieber 317, beispielsweise 317ß, in die Stellung zum Öffnen der Arbeitsräume 328 verschoben, während die Schieber 3t7A und 317Cin die Stellung zum Schließen der Arbeitskammern verschoben werden. Somit bilden sie auf der jeweiligen Seite jedes Kolbens ständig neu eine Kammer, in der die Flüssigkeit auf Zuführungsdruck ist und eine Kammer, in der der Druck der austretenden Flüssigkeit herrscht.

In Zone I (Fig.9) werden die in Öffnungsstellung befindlichen Schieber 317 nicht bewegt; die Nockenfläche bildet eine zur Drehachse senkrechte Ebene.

Zone II stellt den Übergang aus der Öffnungsstellung in die Schließstellung der Arbeitskammer 328 dar. Während dieses Vorgangs ist jeder Schieber umgeben von Flüssigkeit, die im Druckgleichgewicht gehalten wird durch:

— Leitungen 331 (F i g. 8), die die inneren und äußeren Trennwandflächen miteinander verbinden, damit an beiden Druckgleichgewicht in radialer Richtung herrscht;

— Leitungen 330 (Fig.8), die den Boden der Ausschnitte 326 mit Hohlräumen 335 in der den Ausschnitten 326 gegenüberliegenden Seite der Trennwand verbinden;

— Ausnehmungen 332 (F i g. 6 und 9), die in die den Stator 302 begrenzenden inneren Zylinderflächen geschnitten sind, wodurch eine gegenseitige Verbindung der Seitenflächen am Ende des Schließvorganges gewährleistet ist, wenn diese Verbindung durch die Ausschnitte 326 nicht mehr hergestellt werden kann;

— eine solche Ausbildung der Schieber 317, daß Druckwirkungen auch in Längsrichtung ausgeglichen sind.

Durch das Eindringen des Schiebers 317 in eine Arbeitskammer 328, 329 wird das Volumen des Arbeitsraumes nicht verändert, weil der Schieber aus der Arbeitskammer in seinem Ausschnitt ein Flüssigkeitsvoiumen entfernt, das dem Volumen des Teils des Schiebers gleich ist, der in den Raum eingetreten ist Die beschriebene Maschine kann hohe Drehzahlen erreichen, weil sie stoßfrei und daher vibrations- und lärmfrei arbeilet dank des Druckausgleichs in der mit den bewegbaren Schiebern in Berührung befindlichen Flüssigkeit, womit alle Reibungskräfte im Betrieb entfallen, und dank der Aufrechterhaltung des Volumens der Arbeitsräume der Flüssigkeit.

In Zone III sind die Arbeitskammern 328 geschlossen, die Schieber 317 werden nicht verschoben, die Nockenfläche bildet eine senkrecht auf der Drehachse

ίο stehende Ebene.

Zone IV entspricht dem Übergang aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung der Arbeitskammern. Der Verlauf der Nockenbahn ist symmetrisch zu dem entsprechenden Nockenbahnteil in Zone II bezüglich der Mittelebene der Zone III. Vor dem Beginn der Bewegung der Schieber 317 verbinden die Ausnehmungen 332 die auf den beiden verschiedenen Trennwandseiten gelegenen Arbeitskammern und sorgen für einen Ausgleich des Flüssigkeitsdrucks, welcher Ausgleich anschließend über die Ausschnitte 326 erfolgt.

Das Durchlaufen dieser vier Zonen entspricht einem vollständigen Zyklus bei 180° Drehung, womit der Motor den doppelten Volumeninhalt des Volumeninhalts der Arbeitskammern besitzt.

Die in den Fig.6 bis 9 gezeichneten Maschinen können leicht mehrere Drehzahlen liefern.

Die in den Fig. 10 bis 12 dargestellte umlaufende Maschine für Druckflüssigkeit besteht im wesentlichen aus einem Stator 241 und einem Rotor 242. Der Stator 241 besteht aus zwei Flanschen 243, 244, die mit Schrauben 246 auf einen Ringeinsatz 245 geschraubt sind. Der Rotor 242 besteht aus einer Mittelscheibe 248, die durch Riefelungen 247 oder auf andere Weise mit einer Welle 249 starr verbunden ist, die ihrerseits auf zwei Kugellagern 252, 253 in den beiden Flanschen umläuft; die Kugellager 252,253 werden von zwei durch Stopfbüchsen 256 abgedichteten Rohrflanschen 254,255 gehalten.

Der Ringraum zwischen dem Mantel der Scheibe 248 und der zylindrischen Innenfläche des Ringeinsatzes 245 stellt eine Ringnut oder einen Arbeitsraum 257 dar, in den als Trennteile zwei Kolben 261, 262 aufgenommen sind, die einander diametral gegenüberliegen und durch Schrauben 263 mit dem Ringeinsatz 245 starr verbunden sind. Die Rotorscheibe 248 weist Radialschlitze 265 auf, in denen Schieber 266 von entsprechendem, etwa rechteckigem Querschnitt, beeinflußt durch eine Führungsnut 268 verschiebbar sind, die in die beiden in Betracht kommenden Seiten der Flanschen 243, 244 geschnitten ist und die Nocken 269 aufnimmt, die einen Bestandteil der Schieber 266 darstellen.

Im Bereich des Arbeitsraumes 257 besitzen die beiden Flanschen 243, 244 auf der einen Seite der beiden Kolben 261, 262 öffnungen 272 und auf der anderen

Seite dieser Kolben gleichartige öffnungen 273. Wenn die Maschine als Motor benutzt wird, und wenn Druckflüssigkeit durch die öffnungen 272 zugeführt wird, dreht sich der Rotor 242 in Richtung des Pfeils F, wobei die Flüssigkeit durch die öffnungen 273 entweicht Wenn man jedoch Druckflüssigkeit durch die öffnung 273 eintreten läßt, dreht sich der Rotor in entgegengesetzter Richtung, und die Flüssigkeit entweicht durch die öffnungen 272. Damit der Motor in beiden Drehrichtungen unter gleichen Bedingungen arbeiten kann, ist die gesamte Anordnung symmetrisch bezüglich der durch die Mitte der beiden Kolben 261, 262 verlaufenden Längsebene aufgebaut Fig. 12 zeigt den Aufbau der Maschine in der

Umgebung der öffnung 273, die sich im unteren Teil der Fig. 10 befindet; die gleiche Anordnung wäre in der Umgebung der diametral gegenüberliegenden öffnung 273 und in der Umgebung jeder der beiden anderen öffnungen 272 anzutreffen (F i g. 10).

Die öffnung 272 (Fig. 10 und 12) steht danach einerseits in Verbindung mit dem Arbeitsraum 257 und andererseits mit einer Ausnehmung 275 und einer Leitung 276, die den Wechsel von Flüssigkeit zwischen dem Maschineninneren und dem Raum außerhalb der Maschine ermöglicht.

Die Bodenflächen der Radialschlitze 265 des Rotors stehen seitlich auf beiden Seiten mit kreisbogenartigen Ausnehmungen 281, 282, 283 in Verbindung, die in die beiden einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Flanschen 243, 244 geschnitten sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Ausnehmungen auf der einen Seite der Symmetrieebene der Maschine und drei gleiche Ausnehmungen auf der anderen Seite vorgesehen. Auf beiden Seiten sind die drei Ausnehmungen durch kalibrierte Drosselstrecken 285, 286 hintereinander geschaltet. Die Ausnehmung 283 ist mit der die Verbindung nach außen darstellenden Austrittsleitung 276 durch Bohrungen 288, 289 und die Ausnehmungen 275 verbunden. Die Ausnehmung 281 ist in ähnlicher Weise an die öffnung 272 und an die entsprechende Verbindung nach außen angeschlossen. Mit anderen Worten: Ein Ende der drei hintereinander geschalteten Ausnehmungen 281, 282,283 ist mit der Zuführungsöffnung der Maschine verbunden, während das andere Ende an die Austrittsleitung 276 angeschlossen ist. Außerdem ist die mittlere Ausnehmung 282 durch eine Leitung 291 an den Ringraum 292 und an die Entleerungsleitung 290 zum Abführen von Leckflüssigkeit angeschlossen. Diese mittlere Ausnehmung hilft J5 wegen des in ihr herrschenden Flüssigkeitsdrucks mit, den Schieber 266 gegen die Außenwand des Arbeitsraumes 257 zu drücken.

Die Maschine arbeitet, als Motor verwendet, folgendermaßen:

Die in die Arbeitskammern 257Λ des Arbeitsraumes 257 eingelassene Druckflüssigkeit stützt sich auf den Kolben 261, 262 ab und schiebt die beiden den Arbeitsraum 257 sperrenden Schieber 266/1 in Richtung des Pfeiles F. Dadurch wird der gesamte Rotor 242 in Richtung des Pfeiles F in Drehung versetzt. Die in den Arbeitskammern 257ß eingeschlossene Flüssigkeit entweicht durch die öffnungen 273 des Stators.

Nach Maßgabe der Drehung des Rotors 242 werden die beweglichen Schieber 2665, beeinflußt durch die Gleitbewegung der Nocken 269 in der Führungsnut 268 nach außen geschoben, während die beweglichen Schieber 266Cnach innen versetzt werden.

Somit bildet sich während der Drehung auf jeweils einer der Seiten jedes Kolbens ständig neu ein Raum, in dem die Flüssigkeit unter dem Einlaßdruck steht und ein Raum, in dem der Druck der austretenden Flüssigkeit herrscht

Bei ihrer Verschiebung im Arbeitsraum 257 unterliegen die beweglichen Schieber 266 der Wirkung des im Arbeitsraum 257 an ihrem äußeren Ende 293 herrschenden Drucks und der Wirkung des in den Nuten 265 an ihrer Innenseite 294 herrschenden Drucks, wobei die beiden Drücke wegen des Aufbaus der Maschine gleich sind. An den Schiebern 266 herrscht also ausgeglichener Druck.

Im Winkelbereich A1 verläuft der Abschnitt der Führungsnut 268 konzentrisch zur Drehachse: der bewegliche Schieber 266 ruht mit seiner Sohle 294 auf der Bodenfläche ihres Verlagerungsbereichs, während der in der Arbeitskammer 257ß und danach in der Arbeitskammer 257A herrschende Druck auf das äußere Ende des Schiebers wirkt.

Der Sektor A 2 grenzt den Bereich ab, in dem der bewegliche Schieber 266 aus der Öffnungsstellung in die Schließstellung übergeht Damit die Verschiebung der Schieber nicht durch die Druckdifferenz gestört wird, die zwischen den beiden Endflächen besteht, ist eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 257 und der Nut durch die bereits erwähnten Leitungen 288, 289 (Fig. 12) hergestellt. Diese verschiedenen Leitungen tragen dazu bei, die Änderungen des Rauminhaltes der Arbeitskammern unwirksam zu machen, die aus dem Eindringen der Schieber in den Arbeitsraum herrühren; das Flüssigkeitsvolumen, das von dem äußeren Ende eines herankommenden Schiebers durch diese Leitungen geschickt wird, nimmt den Platz eines gleichen Volumens ein, das in der Nut durch das entgegengesetzte Ende des gleichen Schiebers geschaffen wird.

Die Maschine kann hohe Drehzahlen erreichen, weil sie stoßfrei und daher schwingungs- und lärmfrei arbeitet dank des Druckausgleichs in der mit den beweglichen Schiebern in Berührung kommenden Flüssigkeit, wodurch jeglicher Reibungseinfluß im Betrieb vermieden wird, und weil das Flüssigkeitsvolumen der Arbeitsräume aufrechterhalten wird.

Der Sektor A 3 entspricht der Schließstellung der Schieber; der entsprechende Abschnitt der Führungsnut verläuft konzentrisch zur Drehachse; der Winkel A 3 ist größer als der Winkel, der von den Radialebenen eingeschlossen wird, die durch die Mittelteile zweier aufeinanderfolgender Schlitze verlaufen, so daß ein Schieber seine Bewegung zum öffnen des Arbeigsraumes nicht beginnt, bevor nicht der unmittelbar nachfolgende Schieber sich in Schließstellung befindet.

An dieser Stelle wird jeder Schieber aufgrund des Drucks der in den Ausnehmungen 282 befindlichen Flüssigkeit gegen die Außenwand des Arbeitsraumes gedrückt.

Der Sektor A 4 umgrenzt den Bereich, in dem der bewegliche Schieber aus der Schließstellung in die Stellung zum öffnen des Arbeitsraumes übergeht. Aus den Gründen, die in dem die Zone A 2 behandelnden Absatz angegeben sind, besteht eine Verbindung zwischen dem Zylinder und der Nut über Leitungen, die mit den als 288, 289 bezeichneten Leitungen am Flüssigkeitsaustritt übereinstimmen.

Eine Drehung des Rotors um 180° entspricht einem vollständigen Zyklus: damit erhält der Motor einen Hubraum, der gleich dem doppelten Volumen des Arbeitsraumes ist

Maschinen dieser Art besitzen eine Reihe Vorteile, von denen die wichtigsten sind:

— sie lassen sich als Motoren, Pumpen oder Verdichter verwenden;

— ihre Symmetrie bezüglich zweier rechtwinklig-diametraler Ebenen erlaubt Drehung in beiden Richtungen;

— die Anlage ist kompakt und robust, man kann also leistungsfähige Maschinen mit großem Hubraum bauen;

— die auf die Kolben einwirkenden Kräfte stehen senkrecht auf durch die Drehachse der Maschine verlaufenden Ebenen, so daß die auf das

gan übertragenen Momente den Höchstwert erreichen;

wenn jede Ringnut mehrere gleichmäßig verteilte Kolben enthält enolgt die Übertragung der zwischen den Kolben und dem umlaufenden Teil zugeführten Kräfte ohne störende Rückwirkung auf letzteres;

die Maschine läßt sich dynamisch und statisch vollkommen auswuchten;

da das zugeführte Flüssigkeitsvolumen proportional dem Drehwinkel ist, entstehen im Betrieb der

Maschine weder Schwingungen noch Lärm;

das Leistungsgewicht ist günstig;

es werden nur sehr wenige verschiedene Einzeltei benötigt, so daß eine wirtschaftliche Herstellu!

möglich ist;

wegen der besonderen Konstruktion der Maschii lassen sich hohe Drehzahlen erreichen;

angesichts des großen Hubraums dieser Maschin« können große Drehmomente erzeugt werden; jed Kolben kann für sich gespeist werden, wodurch si< das Drehmoment nach Bedarf verändern läßt.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotationskolbenmaschine mit zwei konzentrisch angeordneten, um ihre gemeinsame Achse drehbaren Bauteilen, wovon jeweils eines stillsteht und das andere sich dreht und wovon das eine, erste Bauteil mindestens ein Trennteil aufweist, das innerhalb mindestens eines Arbeitsraumes umläuft, der als Ringnut im anderen, zweiten Bauteil ausgebildet und in Arbeitskamniern unterteilt ist durch Schieber, die in Nuten des zweiten Bauteils durch im ersten Bauteil befindliche seitliche Führungen verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verbindung benachbarter Arbeitskammern (32-1, 32-2, 32-3; 257Λ, 257B; 328, 323) jeweils im Niederdruckbereich bzw. Hochdruckbereich eine Druckausgleichsverbindung zwischen diesen Arbeitskammern einerseits und einem Raum andererseits geschaffen wird, der von einer der Schieberoberfläche abgewandten Schieberunterfläche (294) gleicher Flächengröße und dem Nutgrund gebildet wird.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsverbindung über einen Verbindungskanal (75, 76; 330,331) im Schieber (55;317) erfolgt.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 2 mit mindestens zwei konzentrischen Arbeitsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Schieber (55) alle Arbeitsräume (32, 33) unterteilt und mindestens ein Mittelteil (71) aufweist, das den Schieber (55) in seiner Nut {72) in radialer Richtung führt und eine Form hat, derart, daß sein Querschnitt doppelt so groß wie der des Schiebers ist (F i g. 1, 2, 3,4,5).

4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsverbindung von beidseitig des einen Bauteils (248) kreisbogenartig hintereinander angeordneten Ausnehmungen (281, 282, 283) in der Innenfläche der Statorflanschen (243, 244) gebildet ist, wobei diese Ausnehmungen derart mit der Arbeitsmediumzutritts- bzw. -austrittsleitung (276) verbunden sind, daß die einander gegenüberliegenden Abschnitte jedes Schiebers (266) ständig einem Druck praktisch gleicher Größe ausgesetzt sind.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mindestens drei kreisbogenartige Ausnehmungen (281,282,283) vorgesehen sind, die untereinander durch kalibrierte Drosselstrecken (285, 286) verbunden sind und daß die äußeren Ausnehmungen (283) an die Arbeitsmediumzutritts- bzw. -austrittsleitung (276) angeschlossen sind.