DE2405308A1

DE2405308A1 - Rotationskolbenmaschine zur foerderung fluessiger oder gasfoermiger medien

Info

Publication number: DE2405308A1
Application number: DE19742405308
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Dipl Ing Huf
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1974-02-05
Filing date: 1974-02-05
Publication date: 1975-08-07
Also published as: NL7500502A; US3966370A; SE7501108L; FR2260008A1; IT1026475B; GB1443512A; CH581267A5; FR2260008B3; JPS50113613A; ATA1031874A; AT331643B

Description

DORNIKR SYSTEM GUBH

7990 Friedrichshafen 240 Oo U 8

Reg. S 170

Rotationskolbenmaschine zur Förderung flüssiger oder gasförmiger Medien

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine der Trochoidenbauart zur Förderung flüssiger oder gasförmiger Medien. Dabei ist eine Rotationskolbenmaschine vorausgesetzt, deren Kolbenforni einer Trochoide entspricht und deren Mantelprofil der zugeordneten äußeren Hüllkurve zur Trochoide nachgebildet ist. Zwischen Trochoide und Hüllkurve werden die Arbeitsräume der Maschine gebildet. Die einzelnen Arbeitsräume sind durch Radialdichtungen, die im Mantel angeordnet sind, voneinander getrennt.

Durch die DT-OS 1 551 123 ist eine Rotationskolbenmaschine der oben genannten Bauart bekannt, die zur Förderung flüssiger oder, gasförmiger Medien dient. Das Ansaugen des Mediums und die Zufuhr zu den Arbeitsräumen erfolgt von einem in der Gehäuseseitenwand liegenden Sammelraum her über Ansaugöffnungen in der Kolbenstirnwand, von denen Kanäle zu Steueröffnungen in der KoI-benumfangsflache führen. Aus den Steueröffnungen tritt das Medium in die Arbeitsräume aus. Die Förderung in den Druckraum erfolgt über Rückschlagventile im Mantel der Maschine.

Diese bekannte Ausbildung ist aber unbefriedigend. Dadurch, daß als Kolbenform eine Epitrochoide 2:1 (Nierenkurve) gewählt ist,

509832/0575

24053Ü8

ergeben sich Nachteile, denn bei der gezeigten Anordnung einfacher Steueröffnungen, die unter den Radialdichtungen durchlaufen, kann nicht der ganze, auf Grund der geometrisch konstruktiven Gegebenheiten zur Verfügung stehende Arbeitsraum bzw. Hubraum ausgenutzt werden. Ein Drittel eines Arbeitsspieles bleibt unausgenutzt. Der Vorschlag, die Steueröffnungen mit Rückschlagventilen zu versehen, ist ebenfalls unbefriedigend, da die im Kolben angeordneten Ventile durch die Kolbendrehung der Fliehkraft unterworfen sind. Die Fliehkraft wirkt dabei dem angestrebten Ventileffekt entgegen. Erschwerend kommt hinzu, daß wegen der Trochoidenbewegung die augenblickliche Umfangsgeschwindigkeit am Kolben ständig Schwankungen unterworfen ist und dadurch auch die sich ständig ändernde Fliehkraft ungünstig auf die Ventile wirkt. Weitere Schwierigkeiten bereitet die Anordnung des Sammelraumes in der Gehäuseseitenwand, denn wegen der Trochoidenbewegung der im Kolben befindlichen Ansaugöffnung muß der Sammelraum einen besonderen Umriß aufweisen. Die Exzenterwelle der Maschine muß auf der Seite des Sammelraumes fliegend gelagert werden, damit in der Gehäuseseitenwand Platz für den Sammelraum geschaffen wird. Es müssen besondere Haßnahmen zur Ülabdichtung vorgesehen werden.

Von dem geschilderten Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden und eine Rotationskolbenmaschine zur Förderung von flüssigen oder gasförmigen Medien zu schaffen, die ohne Verlust an Arbeitsraum eine möglichst vollständige Ausnutzung über ein Arbeitsspiel erlaubt und auf der Saugseite keine Ventile benötigt, d.h. die Maschine soll über den größtmöglichen Bereich an Winke 1-

509832/0575
- 3 -

24053Ü8

graden der Kurbelwellenumdrehung ausnutzbar sein. Insbesondere soll auch eine fliegende Lagerung der Exzenterwelle vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) der Kolben der Form einer sattelfreien Epitrochoide 1:1 nachgebildet ist,

b) die Zufuhröffnungen in der Gehäuseseitenwand im Bereich der Radialdichtungen liegen,

c) die Kolbenaussparung in der Kolbenstirnwand liegend sich über einen solchen Teil des Kolbens erstreckt, daß bei Rotation ständig wenigstens eine Zufuhröffnung und bei Totpunktlage des Kolbens beide einander diametral gegenüberliegenden Zufuhröffnungen mit der Aussparung in Verbindung stehen und

d) bei Totpunktlage des Kolbens die Steueröffnungen kurz vor ihrem Durchgang unter der einen Radialdichtung von der Saug- zur Druckseite stehen.

Durch die Wahl der Epitrochoide 1:1 wird praktisch eine vollständige Ausnutzung des Arbeitsspieles erreicht. Nur wenige Winkelgrade der Kurbelwellenumdrehung gehen verloren. Es handelt sich dabei praktisch nur um die Breite der Steueröffnungen im Kolben. Die Breite der Steueröffnungen läßt sich aber gering halten, da eine größere Anzahl von Öffnungen über die Kolbenbreite selbst verteilt angeordnet werden kann. Es bereitet keinerlei Schwierigkeiten, die Zufuhröffnungen an der gewünschten Stelle in der Gehäuseseitenwand anzuordnen. Der Sammelraum braucht keine bestimmte Form mehr aufzuweisen. Außerdem ist eine fliegende Lagerung mit ihren Nachteilen nicht mehr nötig. Ferner besteht eine große Frei-

50983 2^0575

-⁴" 24053U8

zügigkeit in der Verbindung der Zufuhröffnungen untereinander; ebenso im Querschnitt der Zufuhröffnungen. Wesentlich ist dabei nur, daß stets wenigstens eine Zufuhröffnung in Verbindung mit der Aussparung im Kolben steht. Der Kolben selbst weist einen großen seitlichen Hohlraum auf. Dadurch ist er wesentlich leichter und besitzt eine gute Kühlung durch das Arbeitsmedium. In dem großen Kolbenhohlraum bzw. in der Kolbenaussparung ist stets eine verhältnismäßig große Hasse des zu fördernden Mediums im Kolben vorhanden und unter Einfluß der Kolbendrehung kann diese Masse infolge der Fliehkraft durch die Steueröffnungen besser in die Arbeit sr äurae zugeführt werden. Dadurch tritt ein Überladungseffekt auf.

Man kann die Zufuhr des Mediums auch von beiden Gehäuseseiten her zum Kolben durchführen. Dies ist vor allem dann möglich, wenn nicht die direkte Zahnradnachführung verwendet wird, sondern andere mögliche Nachführgetriebe eingesetzt werden.

Einen weiteren Gewinn an ausnutzbaren Winkelgraden der Kurbelwel-, Ie erreicht man für Verdichter durch Ausnutzung der an den Auslaßventilen auftretenden Rückexpansion, indem gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung auf der KoIbenurafangsflache muldenförmige Vertiefungen angeordnet sind, die bei Totpunktlage des Kolbens den Steueröffnungen diametral gegenüberliegend kurz vor ihrem Durchgang unter der anderen Radialdichtung stehen. Sobald die Vertiefungen unter die Radialdichtung kommen, stellen sie kurzzeitig eine Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen dar. Der hohe Druck am Auslaßventil des einen Arbeitsraumes kann sich jetzt wenigstens zum Teil ausgleichen und ergibt bereits eine gewisse

509832/0575

— 5 —

24053U8

Füllung des anderen Arbeitsraumes auf der Saugseite, im schädlichen Raum der Druckseite erfolgt dabei eine Entspannung, so daß schon viel früher, d.h. nach wenigen Winkelgraden Kurbelwellendrehung, das Ansaugen beginnen kann. Dabei ist es besonders günstig, wenn die Auslaßöffnungen mit dem Auslaßventil möglichst dicht an der Radialdichtung liegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an.Hand der

Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Rotationskolbenmaschine mit einem Kolben von der Form einer Epitrochoide 1:1 in Totpunktlage,

Fig. 2 eine Abwandlung der Fig. 1 in der Weise, daß der Kolben um einen kleinen Winkelbetrag weitergedreht ist,

Fig. 3 die Stellung des Kolbens nach 90° Kurbelwellendrehung, Fig. 4 einen Axialschnitt durch Fig. 3,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Kolbenumfangsfläche mit der Anordnung der Steueröffnungen,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Kolbenumfangsfläche mit der Anordnung der Vertiefungen und

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Umgebung der Radialdichtung.

An Hand der Fig. 1 sei zunächst die reine Pump- oder Förderwirkung betrachtet. Die Figur zeigt einen Kolben 1 von der Form einer satte !freien Epitrochoide 1:1. Der Hantel 2 ist der zu dieser Trochoide zugehörigen äußeren Hüllkurve nachgebildet. Er ist nur schematisch angedeutet. Mit 3 sind die im Mantel angeordneten Radialdichtungen bezeichnet. Mit G und H sind die Simultanpunkte der

509832/0575

"⁶ " 24053U8

Trochoide bezeichnet, in denen die Krümmungsmittelpunkte für die Kuppen der Radialdichtungen 3 liegen. Im Kolben 1 selbst ist seine Drehrichtung durch einen Pfeil K gekennzeichnet. Mit M- ist _Ndie Mittelachse der Triebwelle bezeichnet. Strichpunktiert ist der Kurbelkreis mit dem Drehpfeil W angedeutet. In diesem Kurbelkreis bewegt sich der Kolbenmittelpunkt M_K. Mit Mp ist das mathematische Formzentrum der Trochoide bezeichnet. Zwischen Kolben 1 und Mantel 2 werden die Arbeitsräume Al und A2 gebildet. Der KoI-ben 1 befindet sich bezüglich des Arbeitsraumes Al in der unteren Totpunktlage und bezüglich des Arbeitsraumes A2 in der oberen Totpunktlage. Bei dieser Lage tritt an den Radialdichtungen 3 der maximale Schwenkwinkel ß auf. Im Mantel 2 sind in der Nähe der Radialdichtungen 3 Auslaßöffnungen und Auslaßventile vorgesehen. Die Auslaßöffnungen sind mit 7 bzw. 7' bezeichnet. Diese Öffnungen führen zu Axialbohrungen 8 bzw. 8'. Die Auslaßventile, die hier stark vereinfacht als Rückschlagventile dargestellt sind, sind mit 9 bzw. 9* bezeichnet. Das Auslaßventil 9 ist im geöffneten Zustand eingezeichnet, da in der OT-Stellung des Kolbens aus dem Arbeitsraum A2 das Medium durch dieses Ventil hindurch gefördert wird. Dem gegenüber ist auf der Saugseite der Maschine, d.h. augenblicklich im Arbeitsraum Al, das Auslaßventil 9' geschlossen. Wie aus Fig. 1 und Fig. 4 hervorgeht, befinden sich in der Gehäuseseitenwand 14 Zufuhröffnungen 4 und 4* für das zu fördernde Medium. Diese Zufuhröffnungen sind jeweils im Bereich der Radialdichtungen 3 angeordnet. Aus diesen Zufuhröffnungen 4 bzw. 4* kann das Arbeitsmedium in eine Kolbenaussparung 5 in einer Seitenwand des Kolbens 1 eintreten. Die Aussparung im Kolben hat eine solche Fora, daß sie in der la Fig. 1 dargestellten Totpunktlage

509832/0575

24053Ü8

des Kolbens sowohl mit der Zufuhröffnung 4 als auch mit der diametral gegenüberliegenden Zufuhröffnung 4* in Verbindung steht. Beim Drehen des Kolbens ist immer eine der Zufuhröffnungen 4 oder 4* in Verbindung mit der Kolbenaussparung 5. Von der Kolbenausspa-■ung 5 führt eine oder mehrere Bohrungen 6 als Steueröffnungen zur KolbenuBfangsflache. In OT-Stellung des Kolbens ist die Steueröffnung 6 unmittelbar vor der Radialdichtung 3 mit dem Simultanpunkt H. In diesem Augenblick besteht also noch eine Verbindung zur Saugseite Al. Der Winkel zwischen dem Simultanpunkt H und dem Ende der Steueröffnung 6 ist mit Ji bezeichnet. Der Winkel, der etwa einer Dichtleistenbreite entspricht, ist vorteilhafterweise kleiner als der Schwenkwinkel ß an der Radialdichtung. Den Steueröffnungen 6 diametral gegenüberliegend sind in der Kolbenumfangsflache muldenförmige Vertiefungen 10 angeordnet. Vorteilhafterweise tritt auch bei diesen muldenförmigen Vertiefungen 10 der Winkel Λ auf. Die Begrenzung des Winkels Λ wird durch die Linien a und b dargestellt. Im dargestellten Fall der Fig. 1 ist der Arbeitsraum A2 auf einen schmalen Spalt geschrumpft. Hier findet die volle Verdichtung statt bzw. ist aus diesem Arbeitsraum das Medium voll herausgefördert. Dagegen nimmt auf der Saugseite im Arbeitsraum Al die Füllung ihren Abschluß. Noch ist von den ZufuhrÖffnungen 4 und 4* her über die Kolbenaussparung 5 und die Steueröffnung 6 eine Verbindung zum Arbeitsraum Al der Saugseite hergestellt.

Die Flg. 2 zeigt gegenüber der Fig. 1 die Veränderung, daß der Kolben um wenige Winkelgrade aus seiner OT-Lage herausgedreht ist. Dabei sind die Steueröffnungen 6 gerade über die Radialdichtung 3 am Simultanpunkt H hinweggeglitten. Ebenso ist die muldenförmige

509832/0575 - 8 _

Vertiefung unter der Radialdichtung 3 hindurchgegangen. In beiden Fällen ist wieder der Winkel Jl eingezeichnet. Der Schwenkwinkel ist infolge der Weiterbewegung des Kolbens verändert worden und hat sich nunmehr auf den Augenblickswert /3* verkleinert. Der Arbeitsraum A2 hat sich bereits ein wenig sichelförmig vergrößert. Aus den Zufuhröffnungen 4 und 4* kann über die Kolbenaussparung und die Steueröffnungen 6 frisches Medium in den Arbeitsraum A2 eindringen. Die Füllung des Arbeitsraunes hat begonnen. Das Auslaßventil 9 auf der Austrittsseite ist geschlossen. Der Arbeitsraum Al dagegen ist durch die beiden Radialdichtungen 3 vollständig abgeschlossen, so daß hier das Fördern des Mediums bzw. auch ein Verdichten beginnen kann. Durch die Pfeile im Arbeitsraum Al ist die Förderrichtung für das Medium angedeutet. Der letzte Pfeil mündet in die Auslaßbohrung 7*. Noch ist das Auslaßventil 9* geschlossen, jedoch wird es beim Weiterdrehen des Kolbens sich unter dem Druck des zu fördernden Mediums bald öffnen.

Die Fig. 3 zeigt eine Stellung des Kolbens bei einer Weiterdrehung der Kurbelwelle um 9O°. Aus der Zufuhröffnung 4 wird wieder das Medium durch die Steueröffnungen 6 in dön Arbeitsraum A2 geleitet. Der Arbeitsraum A2 ist weiter geworden und füllt sich. Im großen Raum der Kolbenaussparung befindet sich eine verhältnismäßig große Masse des Mediums, wodurch bei der hohen Drehzahl der Maschine infolge Fliehkraft das Medium besser in den Arbeitsraum gefördert und somit eine bessere Füllung erreicht wird. Es ergibt sich hierbei durch die Drehbewegung der Steueröffnungen 6 eine echte Schichtenladung durch das zentrifugal heraustretende Medium. Das Auslaßventil 9 in diesem Arbeitsraum bleibt geschlo«sen. Der Arbeitsraum Al dagegen fördert imaer weiter, da er sich verkleinert. Das Aus-

509832/0575

2A053Ü6

laßventil 9' ist geöffnet und das Medium wird in der Pfeilrichtung über die Axialbohrung 8· in einen Auslaßsammelkanal weitergeleitet.

Die Fig. 4 zeigt einen Axialschnitt nach der Linie C-D der Fig. 3. Mit 16 ist die Antriebswelle bezeichnet. Die Drehachse der Maschine ist wieder mit 5äL gekennzeichnet. Im Abstand der Maschinenexzentrizität von der Drehachse befindet sich strichpunktiert eingezeichnet die Kolbenmitte JJ . Die Antriebswelle 16 trägt einen Exzenter 17, dessen Mitte hier mit der Achse der Kolbenmitte M-zusammenfällt. Auf dem Exzenter 17 ist der Kolben 1 drehbar gelagert. Auf das Nachdrehgetriebe, das die Trochoidenbewegung erzwingen soll, braucht hier nicht näher eingegangen zu werden. Alle an sich bekannten Bauarten für Nachführgetriebe sind möglich. Die Maschine wird durch die Seitenwände 14 und 15 abgeschlossen. Zwischen diesen beiden Seitenwänden liegt der Mantel 2, in dem Axialbohrungen 8 bzw. 8· für den Auslaß angeordnet sind. Dabei stehen die Axialbohrungen 8 bzw. 8^f durch Auslaßbohrungen 7 bzw. 7* mit den Arbeitsräumen in Verbindung. In den Axialbohrungen sind die Auslaßventile 9 bzw. 9⁽ angeordnet. Das durch die Auslaßöffnungen 7 in den Axialbohrungen 8 geförderte Medium strömt durch Bohrungen 13 bzw. 13* in der Seitenwand 15 in einen Auslaßsammelkanal 12. Dieser Auslaßsammelkanal kann an sich beliebige Form aufweisen. Hier ist er z. B. als Ringkanal ausgebildet. Diese Ausbildung ist in der Fig. 3 mit strichpunktierten Linien angedeutet. Die Zufuhr des zu fördernden Mediums erfolgt hier im Ausführungsbeispiel durch einen Zufuhrkanal 11 in der Seitenwand 14. Auch die Ausbildung dieses Kanals kann an sich beliebig sein. Hier ist wie-

- 10 -

509832/0575

der die Form eines Ringkanales 11 gewählt, der auch in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien eingezeichnet ist. Von diesem Ringkanal 11 führen die Zufuhröffnungen 4 und 4* zur Kolbenaussparung 5. Die Zuströmrichtung des Mediums ist durch Pfeile gekennzeichnet. Wegen der großen Aussparung 5 im Kolben ist der Kolben selbst sehr leicht und wird durch das durchströmende Medium gut gekühlt. Im Kolben 1 sind noch Axialdichtungen angedeutet, auf die jedoch hier nicht näher eingegangen zu werden braucht. Sie übernehmen die vollständige Abdichtung zu den Arbeitsräumen hin. Die Ausbildung der Seitenwand 14 mit ihrem Ringkanal 11 ist sehr einfach. Ks ist auf diese Weise möglich, die Antriebswelle 16 in der Seitenwand 14 zu lagern. Man vermeidet also die nachteilige fliegende Lagerung der bisher bekannten Anordnungen vollständig. Wie oben bereits erwähnt, könnten die beiden Ringkanäle 11 und 12 für die Zufuhr bzw. Abfuhr des Mediums gemeinsam im gleichen Seitenteil, z. B. im Seitenteil 14, untergebracht werden. Sie würden dann konzentrisch ineinander liegen. Konstruktive Schwierigkeiten hierfür bestehen nicht. Andererseits ist es auch möglich, Zufuhrkanäle 11 mit den Zufuhröffnungen 4 und 4· oder Abflußkanäle 12 mit den Abflußbohrungen 13 und 13· jeweils in beiden Seitenteilen 14 und 15 vorzusehen. Der Kolben 1 trägt dann auf beiden Seiten die erwähnten KolbenaussparungenS.

In der Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus der Oberfläche des Kolbens 1 dargestellt. Strichpunktiert ist die Kolbenaussparung 5 eingezeichnet. Am Ende dieser Aussparung ist eine Axialbohrung 5* angeordnet, so daß über die Tiefe der Aussparung 5 und die Tiefe der der Bohrung 5' mehrere Steueröffnungen 6 angebracht werden können.

509832/0575

24053O6

Das Ende der Steueröffnungen 6 in Kolbendrehrichtung gesehen ist durch die Linie b angedeutet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Fall angenommen, daß nur auf einer Kolbenseite eine Kolbenaussparung 5 angeordnet ist. Auf der anderen Kolbenseite ist lediglich ein Kolbenhohlraum zwecks Gewichtsersparung angedeutet. Wie jedoch leicht zu ersehen ist, kann diese Aussparung auch so ausgebildet sein, daß sie mit den Steueröffnungen 6 in Verbindung steht und die gleiche Funktion übernimmt wie die Kolbenaussparung 5 auf der anderen Seite des Kolbens.

Während bisher am Ausführungsbeispiel im wesentlichen die Pumpoder Förderwirkung betrachtet wurde, sei nunmehr auch der Verdichterbetrieb betrachtet. Es tritt hier das bekannte Problem der Rückexpansion auf, wie es auch bei Hubkolbenverdichtern sehr nachteilig in Erscheinung tritt. Im schädlichen Raum des Verdichters, d.h. in dem stark verengten Arbeitsraum der Druckseite einschließlich der Ausströmöffnungen in der Nähe des Ventils herrscht auf der Druckseite ein hoher Druck, der sich beim Weiterdrehen der Maschine erst entspannen muß, bevor im sich vergrößernden Arbeitsraum ein solcher Unterdruck herrscht, der für das Ansaugen einer erneuten Füllung ausreicht. Bei der Verwendung ungesteuerter Ventile öffnen daher diese Ventile wegen der Rückexpansion sehr spät. Die Verzögerung infolge Bückexpansion beträgt bis 20 und mehr Grad Kurbelwellenumdrehung nach der OT-Lage. Dieser Umstand bedeutet einen beträchtlichen Verlust an ausnutzbarem Hubraum bzw. volumetrischem Wirkungsgrad.

Wie schon bei Fig. 1 erwähnt wurde, liegen den Steueröffnungen 6 diametral gegenüber auf der Kolbenumfangsflache muldenförmige Ver-

509832/0575

- 12 -

24053U8

tiefungen 10. Bei der in Fig. 1 dargestellten OT-Lage des Kolbens 1 beginnt die muldenförmige Vertiefung 10 an der Linie a, d.h. an der Berührungslinie der Radialdichtung 3 mit der Kolbenumfangsflache. Das Ende der muldenförmigen Vertiefung 10 liegt bei der Linie b. Die Länge der Mulde 10 entspricht daher dem Winkel Λ . Vorteilhafterweise besitzen die muldenförmigen Vertiefungen 10 an ihrem vorlaufenden Ende eine größere Wölbung als an ihrem nachlaufenden Ende. Diese Ausbildung ist günstig für den weiter unten beschriebenen Durchströmungsvorgang. Die Anordnung mehrerer muldenförmiger Vertiefungen 10 ist in der Fig. 6 dargestellt. Man erkennt einen Ausschnitt aus der Umfangsflache des Kolbens 1, wobei die muldenförmigen Vertiefungen mit der Linie a beginnen und bei der Linie b enden.

An Hand der Fig. 7 sei die Wirkungsweise dieser muldenförmigen Vertiefungen 10 erläutert. In dieser Figur ist die Lage des Kolbens ganz kurz nach Verlassen der OT-Lage dargestellt. Nach wenigen Winkelgraden Kurbelwellendrehung befindet sich eine muldenförmige Vertiefung 10 gerade unter der Radialdichtung 3. Der Schwenkwinkel hat hierbei den Augenblickswert ß'. Der Arbeitsraum A2 ist noch ein schmaler Spalt zwischen der Oberfläche des Kolbens 1 und dem Mantel 2. Er entspricht fast noch der Ausdehnung in der OT-Stellung. Der Arbeitsraum Al ist noch seBr weit und entspricht praktisch noch seiner Ausdehnung in der ÜT-Lage. Im schädlichen Raum des Arbeitsraumes A2, d.h. auf der Druckseite in dem schmalen Spalt zwischen Kolben und Mantel sowie in der Auslaßbohrung 7 zum Ventil 9 hin, herrscht noch ein hoher Druck des verdichteten Mediums. Im Arbeitsraum Al dagegen herrscht noch der Druck des eingeströmten und angesaugten Mediums. Durch die muldenförmigen Vertiefungen 10

509832/0575

- 13 -

24053U6

kann nun ein Teil des Mediums hohen Druckes in den Arbeitsraum Al überströmen. Dadurch wird der hohe Druck im schädlichen Raum auf der Druckseite rasch abgebaut. Es geht jedoch kein Teil des Mediums verloren, vielmehr wird das übergeleitete Medium zusätzlich zur normalen Füllung im Arbeitsraum Al als Überladungsanteil hinzukommen. Die Begrenzungslinien a und b der muldenförmigen Vertiefung 10 sind angedeutet, ebenso der Winkel j? . Der Winkel Jl entspricht vorteilhafterweise denjenigen Winkelgraden, die erforderlich sind, um von Fig. 1 ausgehend die Steueröffnungen 6 vollständig unter der Radialdichtung 3 hinwegzudrehen, so daß die Arbeitsräume wieder vollständig abgedichtet werden. In diesem Augenblick ist die Füllung im Arbeitsraum Al abgeschlossen. Form und Größe der muldenförmigen Vertiefung 10 kann auf die übrigen Betriebsbedingungen der Maschine abgestimmt sein, d.h. auf Drehzahl, Ausmaß der Rückexpansion usw. Für die Verwertung der Rückexpansion ist es sehr wertvoll, wenn - wie oben schon erläutert wurde - die schädlichen Räume möglichst dicht an der Radialdichtung der ablaufenden Seite liegen. Es sind daher die Abflußöffnungen 7 bzw. 7' in unmittelbarer Nähe der Radialdichtungen 3 im Mantel 2 angeordnet. Infolgedessen sind nur kurze Strömungswege von diesem schädlichen Raum durch die muldenförmigen Vertiefungen 10 bis zum anderen Arbeitsraum erforderlich. Der Druckausgleich erfolgt rasch und vollständig. Durch die gewölbte Form der muldenförmigen Vertiefungen wird ein gutes überströmen in der in Fig. 7 durch Pfeile gekennzeichneten Richtung erreicht.

31,1.1974
KJ 10/Bau/gs

509832/0575

Claims

" ¹⁴ " 24053U6

DORNIBR SYSTEM GMBH
Friedrichshafen

Patentansprüche

"Λ
IJ Rotationskolbenmaschine der Trochoidenbauart zur Förderung flüssiger oder gasförmiger Medien mit zwischen einem trochoidenförmigen Kolben und einem der zugeordneten äußeren Hüllkurve entsprechenden Mantel gebildeten Arbeitsräumen, die durch im Hantel angeordnete Radialdichtungen voneinander getrennt sind, bei der das Medium durch innerhalb der inneren Hüllkurve liegende Öffnungen in der Gehäuseseitenwand in Aussparungen des Kolbens zugeführt wird und von diesen Aussparungen über von den Radialdichtungen überfahrenen und in der Kolbenumfangsfläche liegenden Steueröffnungen in den Arbeitsraum gelangt und mit durch Rückschlagventile abgeschlossenen Austrittsöffnungen im Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Kolben (1) der Form einer sattelfreien Epitrochoide 1:1 nachgebildet ist,

b) die Zufuhröffnungen (4, 4·) in der Gehäuseseitenwand (14) im Bereich der Radialdichtungen (3) liegen,

c) die Kolbenaussparung (5) in der Kolbenstirnwand liegend sich über einen solchen Teil des Kolbens (1) erstreckt, daß bei Rotation ständig wenigstens eine Zufuhröffnung und bei Totpunktlage des Kolbens beide einander diametral gegenüber-

509832/0575

- 15 -

- 15 -

liegende Zufuhröffnungen mit der Aussparung in Verbindung stehen und

d) bei Totpunktlage des Kolbens (1) die Steueröffnungen (6) kurz vor ihrem Durchgang unter der einen Radialdichtung (3) von der Saug- zur Druckseite stehen.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Totpunktlage des Kolbens (1) der Drehwinkelabstand (jZ) der Steueröffnungen (6) zur Radialdichtung (3) geringer ist als der augenblickliche Schwenkwinkel (ß) an der Radialdichtung (3).

3. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (7, 7') in Drehrichtung des Kolbens (1) gesehen im Bereich vor der Radialdichtung (3) angeordnet sind.

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhröffnungen (4, 4·) durch einen in einer Gehäuseseitenwand (14) verlaufenden Kanal, z. B. Ringkanal (11), miteinander verbunden sind.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (7, 7') in Axialbohrungen (8) im Hantel (2) und diese Bohrungen ihrerseits in einen z. B. in einer Gehäuseseitenwand (15) liegenden Sammelkanal (12) münden.

6. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhröffnungen (4, 4') in beiden Gehäuseseitenwänden (14, 15) vorgesehen sind.

509832/0575

- 16 -

-^1G- 24053U6

7. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (11) in der einen Gehäuseseitenwand (14) und der Auslaßsammeikanal (12) in der anderen Gehäuseseitenwand (15) angeordnet sind.

8. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (11) und der Auslaßsammelkanal (12) konzentrisch in einer Gehäuseseitenwand angeordnet sind.

9. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kolbenumfangsflache muldenförmige Vertiefungen (10) angeordnet sind, die bei Totpunktlage des Kolbens (1) den Steueröffnungen (6) diametral gegenüberliegend kurz vor ihrem Durchgang unter der anderen Radialdichtung (3) stehen.

10. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Totpunktlage des Kolbens (1) der Beginn der muldenförmigen Vertiefung^ 10) an der Berührungslinie (a) der Radialdichtung (3) mit der Kolbenumfangsflache liegt.

11. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der muldenförmigen Vertiefungen (10) den Drehwinkelgraden (it) entspricht, die die Steueröffnungen (6) von der Totpunktlage des Kolbens (1) bis zu ihrem vollständigen Durchgang unter der Radialdichtung (3) benötigen.

- 17 -

509832/0575

24053U8

12. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die muldenförmigen Vertiefungen (10) an ihrem vorlaufenden Ende (Linie a) stärker gewölbt sind als an ihrem nachlaufenden Ende (Linie b).

31.1.1974
KJ 10/Bau/gs

509832/0575