DE2313059C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolben-Verdichter oder eine Rotationskolben-Expansionsmaschine mit Kreiseingriff zwischen einem Kolben mit kreisförmigem Querschnitt und einem sich drehenden Gehäuse, bestehend aus einem Gehäusemantel mit kreisförmigem Querschnitt und zwei Seitenteilen, sowie mit Hubeingriff zwischen dem Kolben und einem im Gehäusemantel drehschwingbeweglich gelagerten, im Kolben radial geführten Absperrschieber, wobei der Kolben sich um ein exzentrisch zum Gehäusemantel angeordnetes, stationäres Rohr dreht, durch welches das Arbeitsmedium über einen im Kolben befindlichen radialen Kanal in den Arbeitsraum zu- bzw. abgeführt wird, mit einem Einlaß- bzw. Auslaßkanal im Gehäusemantel, wobei der Einlaßkanal und der Auslaßkanal in dem Absperrschieber benachbarten Bereich angeordnet sind.

Eine Maschine dieser Art ist aus der US-PS 3298331 bekannt, bei der ein feststehender Schaft vorgesehen ist, der zur Zuführung von Brennstoff eine axiale Bohrung besitzt. Um den Schaft ist eine hohle Abtriebswelle drehbar, die mittels Kugellagern gelagert ist. Die Abtriebswelle dient ihrerseits zur Lagerung der Kolben, während die Gehäuse exzentrisch

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zur Abtriebswelle über Kugellager gelagert sind. Das gesamte von der Maschine zu übertragende Drehmoment wird also von den Gehäusen über die Absperrschieber auf die Kolben und von dort auf die Abtriebswelle übertragen. Dies ist bei der Bauweise der bekannten Maschine nicht anders möglich, da die Kolben zur Abtriebswelle konzentrisch und die Gehäuse exzentrisch angeordnet sind. Dadurch werden aber die ohnehin starker Beanspruchung und insofern starkem Verschleiß unterworfenen Absperrschieber, die sich ja in dem zugehörigen Schlitz des Kolbens hin- und herbewegen und außerdem seitlich die auf sie einwirkenden Drehmomente übertragen müssen, besonders stark beansprucht. Das Trägheitsmoment der Gehäuse ist nämlich wesentlich größer als dasjenige der Kolben. Infolgedessen ergibt sich ein verhältnismäßig geringer mechanischer Wirkungsgrad.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den mechanischen Wirkungsgrad dieser bekannten Rotationskolbenmaschine bei einfachem Aufbau zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch folgende Merkmale:

a) Die Übertragung des Drehmoments erfolgt über einen mit einem Seitenteil drehfest verbundenen Wellenstummel;

b) der Kolben ist auf dem stationären Rohr drehbar gelagert, das als Exzenter eines zentrisch zum Gehäusemantel angeordneten Exzenterschafts ausgebildet ist, auf dem ein Seitenteil drehbar gelagert ist.

Zwar ist aus der GB-PS 393 156 bereits die Übertragung des Drehmoments über einen mit einem Seitenteil drehfest verbundenen Wellenstummel bekannt. Bei dieser bekannten Rotationskolbenpumpe ist es jedoch außerordentlich schwierig, die sich gegenseitig drehenden Teile in der druckseitigen Stirnfläche des Gehäuses abzudichten. An dieser Stelle wird der Wirkungsgrad entscheidend herabgesetzt. Außerdem ist die übrige Ausbildung dieser bekannten Maschine wesentlich komplizierter als bei der erfindungsgemäßen Maschine, so dcß insgesamt ein wesentlich geringerer mechanischer Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Rolationskolben-Expansionsmaschine bei abgenommenem Seitenteil gemäß der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Axialschnitt längs der Linie H-II in Fig. 1, und

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine zweite, zweistufige Ausführungsform einer Expansionsmaschine.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Expansionsmaschine weist ein im Grundriß kreisförmiges Gehäuse 10 sowie einen im Grundriß ebenfalls kreisförmigen Kolben 12 auf, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 10. Das Gehause 10 ist aus einem Gehäusemantel 14 und zwei Seitenteilen 16 und 18 zusammengesetzt, wobei diese Teile gegenseitig durch Dichtungsringe 20 abgedichtet und durch Schrauben 22 od. dgl. aneinander festgelegt sind. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Dichtringe 20 in Fig. 1 weggelassen.

Das allgemein mit 10 bezeichnete Gehäuse ist mittels Rillenkugellagern 24 auf einem feststehenden axialen Exzenterschaft 26 drehbar gelagert. Der Ex-

zenterschaf 126 ist in einer starren Halterung 28 unbeweglich festgelegt. Der Exzenterschaft 26 weist eine exzentrische Bohrung 30 auf, in die an einem Ende ein Ansatzstutzen 32 zum Anschluß an einem Kompressor oder Vergaser od. dgl. und am anderen Ende ein stationäres Rohr 34 eingesetzt ist. Auf den verjüngten, ins Innere des Gehäuses 10 ragenden Teil 36 des Rohrs ist ein Rillenkugellager 38 aufgesetzt, mit dessen äußerem Laufring der Kolben 12 starr verbunden ist. Das Rohr 34 bildet somit die Drehachse des Kojfeens 12, während der Exzenterschaft 26 die Drehachse des Gehäuses 10 bildet. Das Rohr 34 wird mittels eines Gewindestiftes 35 in der Bohrung 30 festgelegt.

Auf einem am Seitenteil 18 befestigten Wellenstummel 40 ist ein Keilriemenrad 42 zur Abnahme der vom Motor erzeugten Kraft angebracht.

Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse 10 und Kolben 12 erfolgt durch einen langgestreckten Absperrschieber 44, dessen Lagersteiie 46 am äußeren Ende zylinderförmig ausgebildet und in einer entsprechenden Ausnehmung des Gehäuses 10 schwenkbar gelagert ist. Das innere Ende des Absperrschiebers 44 greift in einen radialen Schlitz 48 des Kolbens ein und ist in diesem in radialer Richtung gleitend geführt.

Das vom Exzenterschaft 26 entfernte Ende des Rohres 34 ist stirnseitig abgeschlossen, weist jedoch eine radiale öffnung 49 auf, deren Erstreckung in Umfangsrichtung frei wählbar ist. Diese öffnung steht während eines bestimmten, von ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung abhängigen Kolbendrehbereich in Verbindung mit einem radialen Kanal 52 des Kolbens, der an seinem äußeren Ende in den Innenraum 54 des Gehäuses 10 mündet. Durch die Erstreckung der radialen öffnung 49 in Umfangsrichtung kann daher die Einlaßzeit und somit das Einlaßvolumen an Arbeitsmedium in weiten Grenzen frei gewählt werden.

Zwischen den Stirnflächen von Kolben und Gehäuse sind jeweils Dichtringe 50 angeordnet, die lediglich im Bereich des Absperrschiebers 44 unterbrochen und jeweils in eine entsprechende Rille an den Stirnflächen des Kolbens eingelegt sind.

Das Gehäuse 10 enthält ferner einen Auslaßkanal 56, der den Innenraum 54 mit dem Außenraum verbindet. Er ist unmittelbar neben der Lagersteile 46 des Absperrschiebers 44 angeordnet. Der Kanal 52 ist auf der entgegengesetzten Seite des Absperrschiebers 44 angeordnet. Der Kolben 12 hat mit der inneren Mantelfläche des Gehäuses 10 eine im Idealfall linienförmige Berührungsstelle 57, die bei Drehung von Gehäuse und Kolben im Sinn des Pfeils 59 entgegen dieser Richtung umläuft.

Die Schmierung der Expansionsmaschine erfolgt über eine axiale Ölbohrung 58 im Exzenterschaft 26, die mit einem ölvorratsbehälter 60 in Verbindung steht. Sie mündet am inneren Ende nahe der einen Gleitfläche 62 zwischen Kolben und Gehäuse. Der Kolben 12 weist mehrere axiale Bohrungen 63 auf, die die beiden Gleitflächen zwischen Kolben und Gehäuse miteinander verbinJ:r>. An den äußeren Seitenteil ist ein ölvorratsgehäuse 65 angeflanscht, welches ebenfalls mit den Ölbohrungen 63 in Verbindung steht. Dadurch werden sämtliche Gleitflächen und Lager ausreichend geschmiert.

In Fig. 3 ist eine zweistufige Expansionsmaschine gemäß der Erfindung dargestellt. Da wesentliche Teile

der beiden Maschineneinheiten den Teilen der in Fig. 2 dargestellten Expansionsmaschine entsprechen, werden für diese Teile in Fig. 3 die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 2.

Zht Vereinfachung der Zeichnung sind in Fig. 3 die Absperrschieber 44 weggelassen, sie können jedoch wie bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1, 2 ausgebildet sein. Die Maschine weist zwei axial nebeneinander angeordnete Maschineneinheiten 10 und 10 a mit äußeren Seitenteilen 16 und 18, einem gemeinsamen mittleren Seitenteil 18a sowie zwei Gehäusemäntel 14 und 14a auf. Seitenteile und Gehäusemäntel sind durch Dichtungsringe 20 abgedichtet. Die Gehäuse sind über Rillenkugellager 24 beidseitig gelagert, wobei der eine Seitenteil 18 auf dem Exzenterschaft 26 gelagert ist. Der gegenüberliegende Seitenteil 16 ist mit einem Abtriebs-Wellenstummel 26a fest verbunden, der seinerseits in dem genannten Rillenkugellager 24 gelagert ist. In die axiale Bohrung 30 des Exzenterschaftes 26 ist ein axiales Rohr 34 eingesetzt, auf welchem die beiden Kolben 12 und 12a der Maschine mittels Rillenkugellagern 38 gelagert sind. Das Rohr 34 ist an seinem vom Exzenterschaft 26 entfernten Ende geschlossen und weist etwa in der axialen Mitte beider Kolben 12 und 12a je eine gleichgerichtete radiale Öffnung 49 bzw. 49a auf. Die Kolben weisen je einen radialen Kanal 52 bzw. 52a auf, wobei der Kanal 52 des Kolbens 12 in der gezeichneten Stellung gerade mit der Öffnung 49 fluchtet, während der Kanal 52a gegen den Kanal 52 um 180° versetzt ist. In dem der Zeichnung entsprechenden Zeitpunkt wird daher gerade durch den Kanal 52 Druckluft eingeleitet, während der Kanal 52a keine Verbindung mit der Axialbohrung 30 des Exzenterschaftes 26 hat. Gleichzeitig mit dieser Winkelversetzung der beiden Kanäle 52 und 52a sind natürlich auch in nicht dargestellter Weise die zugehörigen Absperrschieber 44 zwischen den Kolben und Gehäusen und die Auslaßkanäle 56 in den Gehäusemänteln jeweils um 180° gegeneinander versetzt. Dadurch hat die zweistufige Expansionsmaschine keinen Totpunkt und läuft somit in jeder Stellung an. Die beiden Gehäuseinnenräume 54 bzw. 54a sind dagegen nicht gegenseitig versetzt, da die Berührungsstelle zwischen den beiden Kolben und den beiden Gehäusen bei der in Fig. 3 gezeichneten Lage der Maschine stets am unteren Ende der Kolben verbleibt.

Die mit einem Ölvorrat in Verbindung stehende axiale Ölbohrung 58 des Exzenterschaftes 26 wird durch axiale Bohrungen 63 in den beiden Kolben und durch ein ölvorratsgehäuse 65 an der entgegengesetzten Stirnseite der Gehäuse fortgesetzt, so daß eine ausreichende Schmierung aller Gleitflächen und Lager gewährleistet ist. Die Dichtung zwischen den KoI-ben und Gehäusen erfolgt wie bei dem oben geschilderten Ausführungsbeispiel durch Dichtringe 50, die in entsprechende Rillen der Kolben eingelassen sind.

Um das Einpassen der Kolben 12 und 12a in die Gehäuse 10 und 10a zu erleichtern, sind auf dem axialen Rohr 34 rohrförmige Exzenter 154 bzw. 154a angeordnet, die durch Gewindestifte 156 bzw. 156a in ihrer Drehstellung auf dem Rohr 34 festlegbar sind. Auf diesen Exzentern sind die Kolben 12 bzw. 12a gelagert, so daß durch Verdrehung der Exzenter die radiale Einstellung der Kolben bezüglich der Gehäuse sehr genau vorgenommen werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Rotationskolben-Verdichter oder Rotationskolben-Expansionsmaschine mit Kreiseingriff zwischen einem Kolben mit kreisförmigem Querschnitt und einem sich drehenden Gehäuse, bestehend aus einem Gehäusemantel mit kreisförmigem Querschnitt und zwei Seitenteilen, sowie mit Hubeingriff zwischen dem Kolben und einem im Gehäusemantel drehschwingbeweglich gelagerten, im Kolben radial geführten Absperrschieber, wobei der Kolben sich um ein exzentrisch zum Gehäusemantel angeordnetes, stationäres Rohr dreht, durch welches das Arbeitsmedium über einen im Kolben befindlichen radialen Kanal in den Arbeitsraum zu- bzw. abgeführt wird, mit einem Einlaß- bzw. Auslaßkana! im Gehäusemantel, wobei der Einlaßkanal und der Auslaßkanal in dem Absperrschieber benachbarten Bereich angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Übertragung des Drehmoments erfolgt über einen mit einem Seitenteil (18) drehfest verbundenen Wellenstummel (40);

b) der Kolben (12) ist auf dem stationären Rohr (34) drehbar gelagert, das als Exzenter eines zentrisch zum Gehäusemantel (14) angeordneten Exzenterschafts (26) ausgebildet ist, auf dem ein Seitenteil (18) drehbar gelagert ist.

2. Rotationskolben-Expansionsmaschine nach Anspruch 1 in Zweifach-Anordnung auf einem gemeinsamen Exzenter, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterschaft (26) im äußeren Seitenteil (18) der einen Maschineneinheit (10) gelagert ist und der Wellenstummel (26a) mit dem äußeren Seitenteil (16) der anderen Maschineneinheit (10a) verbunden ist.