DE2447869A1

DE2447869A1 - Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2447869A1
Application number: DE19742447869
Authority: DE
Inventors: Robert Ing Grad Wendhof
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-08
Filing date: 1974-10-08
Publication date: 1976-04-22

Description

Drehkolbenmaschine Die Brfindung betrifft eine DrelRolbenmaschine, die als Kraft-und Arbeitsmaschine vorteilhaft arbeitet.
ird beispielsweise das Arbeitsprinzip nach der Brfindung-auf Flüssigkeitspumpen angewendet, ergibt sich eine deutliche Überlegenheit gegenüber bisher bekann-ten Systemen.
Von den Ligenschaften des zu fördernden Mediums abgesehen, werden Flüssigkeitspumpen hinsichtlich ihres einsatzes vereinfacht nach drei tIauptgesichtsunkten beurteilt. Diese sind Fördermenge, Förderhöhe und zulässige Drehzahl, wobei letztere wegen des günstigen direkten Antriebes durch Elektromotoren von bedeutung ist.
Insbesondere bei der Wasserförderung befriedigen Kreiselpumpen hinsichtlich Fördermenge und zulässiger Drehzahl, erfordern jedoch eine mehrstufige Ausführung, wenn größere Förderhöhen in Betracht kommen.
Kolbenpumpen erfüllen die an Fördermenge und Förderhöhe gestellten Anforderungen, sind aber wegen des Kurbeltriebes und ihrer Ventile auf niedrigere Drehzahlen beschränkt.
Ähnlich verhalten sich die sogenannten Schieberpumpen. Hier sind durch Verschleiß der Absperr-Elemente am inneren Zylinder umfang bei steigender Drehahl Grenzen gesetzt, welche nur durch den einsatz von Untersetzungsgetrieben beseitigt werden können. in weiterer nachteil dieser Bauart liegt darin, daß die konstruktiv bedingte Lage von Drehkolben und Antrieb wegen der Exzentrizität an die erstellung besondere Anforderungen stellt. Diese werden weiter erschwert, wenn die an sich nur linienm?Sige Trennung von Saug- und Druckzone an der Berührungsstelle Zylinder - Kolben zur Leistungsverbesserung verbreitert wird, was zur erstellung des Zylinderumfanges aus zwei Bearbeitungsradien und damit zu mehreren Arbeitsgängen zwingt.
Durch eine Flüssigkeitspumpe nach dem Arbeitsprinzip der Erfindung werden die Nachteile der beschriebenen Pumpen beseitigt ihre Vorteile dagegen vereinigt. Sie erzielt bei Fördermenge und Förderhöhe die Wirkung der Kolben- und Schieberpumpen, hat jedoch zusätzlich die Antriebsvorteile der Kreiselpumpen.
Die Erfindung wird nachstehend erläutert. Dabei zeigen Figur 1 Die Vorderansicht einer nach dem Arbeitsprinzip der Drehkolbenmaschine wirkenden Flüssigkeitspumpe, Figur 2 den Längsschnitt dieser Flüssigkeitspumpe, Figur 3 den Querschnitt dieser Flüssigkeitspumpe, Figur 4 den Querschnitt einer nach dem Arbeitsprinzip der Drehkolbenmaschine funktionierenden Luftkompressors oder einer Vakuumpumpe.
In dem mehrteiligen, mittels ,Schrauben 11 über Dichtungen lo verbundenen Gehäuse 1 dreht sich zentrisch der angetriebene Zylinder 2. Der Zylinder 2 ist mit seinem Wellenende in dem Drucklager 12 gelagert. Er kann zusätzlich durch handelsübliche Axialdichtungen 9gegenüber dem Gehäuse abgedichtet werden.
ist auch denkbar, das Gehäuse 1 mit dem Zylinder 2 direkt mit der Antriebsmaschine zu verbinden, beispielsweise einem Elektromotor.
Im Ausführungsfall der Erfindung besitzt der Zylinder zwei achsparallele Gleitflächen, auf denen sich der Kolben 3 nach links und rechts bewegen kann. Der Kolben 3 hat außerdem, hier zwei innere Gleitflächen, die achsparallel zu denen des Zylinders liegen und eine Relativbewegung des eingespannten Gleitstückes 5 welches drehbar auf dem Zapfen 4 angeordnet ist, nach oben oder unten ermöglichen.
Zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinder z sind konstruktiv Arbeitsräume 6 und 7, zwischen dem Gleitstück 5 und dem Kolben 3 die Arbeitsräume 8 und 9 ausgebildet. Die Ausbildung der Arbeitsräume hängt von dem unterschieC1ichen Verwendungszweck der Drehkolbenmaschine nach der Erfindung ab. Zweckmäßig erfolgt sie nach der Symetrie und der Gleichheit der Volumina in den Arbeitsräumen.
Exzentrisch zur Achse des Zylinders 2 ist fest oder beweglich der Zapfen 4 im Gehäuse angebracht. Die Abmessung der Exzentrizität ist konstruktiv bei den Wegen des Kolbens 3 und den Längen der Gleitflächen berücksichtigt.
Zusätzlich ist bei der Bemessung der Arbeitsräume auf "toten Haum Rücksicht genommen.
Bei Drehung des Zylinders 2 im Uhrzeigersinne, führt der Kolben 3 eine Bewegung in gleicher Richtung aus. Dadurch verkleinern sich die Arbeitsräume 6 und 9 und gleichzeitig vergrößern sich die Arbeitsräume 7 und 8. Das Minimum wird z.B. für den Arbeitsraum 6 nach einer Drehung von 900 erreicht, sein Maximum nach 2700, betrachtet von der in Figur 3 gezeichneten Ausgangslage.
Die Arbeitsräume 7, 8 und 9 verhalten sich analog, jeweils um 900 zueinander versetzt.
Im Gehäuse 1 befinden sich z.B. stirnseitige Öffnungen, die in Figur 1 mit 13 und 14 bezeichnet sind. Über nicht dargestellte Hilfsmittel, wie Verschraubungen und schläuche, können durch diese Flüssigkeiten zu- und abströmen. Die Öffnungen 13 und 14 sind an der dem Zylinder zugekehrten Seite in an sich bekannter Weise durch nierenförmige Ausnehmungen erweitert.
Die bei Antrieb des Zylinders 2 sich zwangsläufig ergebende Veränderung der Arbeitsräume von einem minimalen zu einem maximalen Volumen bewirkt durch entstehenden Unterdruck das Ansaugen der Flüssigkeit durch die Öffnung 13. Die nachfolgend, im Verlauf der Umdrehung sich ergebende Volumenverkleinerung der Arbeitsräume führt zum Ausschub der Flüssigkeit durch die Öffnung 14.
In einer 3600 - Umdrehung wiederholt sich für jeden der Arbeitsräume 6, 7, 8 und 9 der Vorgang des Ansaugens und Ausschiebens, wodurch im vorliegenden Anwendungsfalle ein weitgehend konstanter, kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom entsteht.
Das weitere Anwendungsbeispiel einer Drehkolbenmaschine nach der Erfindung betrifft einen Luftkomressor oder eine Vakuumpumpe.
Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Aufbau der Flüssigkeitspumpe nach Figur 3.
Abweichend weist das Gehäuse 1 seitlich die Saugkammer 15 und die Druckkammer 16 auf. Die Luft tritt bei Kompressorbetrieb aus der- Saugkammer 15 durch die Zylinderbohrung und das Saugventil 17 in den Arbeitsraum, wird in bereits erläuterter Weise verdichtet und gelangt über das Druckventil 19 und die zugehörige Zylinderbohrung aus dem Arbeitsraum in die Druckkammer 16.
Saugventil 17 und Druckventil 19 können einzeln in der Zylinderwand untergebracht sein, oder vorteilhaft in einer gemeinsamen Ventilplatte 18 arbeiten.
Sinngemäß werdenSAug- und Druckl~ammer mit Filter und EZitnahmeeinrichtungen versehen, auf deren Darstellung hier verzichtet wurde.
Die Vorteile der Drehkolbenmaschine nach der Erfindung gegenüber bisher bekannten Systemen erscheinen hinreichen erwiesen.
Drehkolbenmaschinen nach der Erfindung arbeiten praktisch ohne Verschleiß, da die Verschleißbewegungen nach dem Arbeitsprinzip klein und die spezifischen Flächenbelastungen niedrig sind. Nassenkräfte halten sich auch bei hohen Drehzahlen in Grenzen. Durch Verznderungen der Exzentrzität und mit der Kolbenbreite lassen sich die gewünschten Fördermengen leicht einstellen. Die Spaltverluste zwischen Gehäuse, Zylinder, Zapfen und Gleitstück sind leicht zu tolerieren mit der Folge, daß sich große ~hörderhöhen erzielen lassen. Lange Spalte zwischen Zylinder und Gehäuse bauen Verlustdrücke ab und ermöglichen die Abdichtung zu Gehäuse und Lagerung mit bewcahrten, handelsüblichen lzitteln.
Das Arbeitsprinzip der Drehkolbenmaschine nach der Erfindung ist weitgehend universell verwendbar. Es ist insbesondere geeignet für Flüssigkeitspumpen, Hydraulikmotoren, Kompressoren und Vakuumpumpen, Verbrennungsmotoren und in kombinierter Form auch für Drehmomentwandler, Umkehrgetriebe und drehzahlregelbare Flüssigkeitsgetriebe.

Claims

Pat entansnrüche

½) Dreh1tclbenmaschine, als Wraft- oder Arbeitsmaschine, dadurchgekennzeichnet, daß der Kolben sNihrungsbahnen besitzt, die ihn außen in einem, ihn ganz oder teilweise umschlie-Lenden, in einem Gehause oder in GehGuseteilen gelagerten Zylinder, innen um einen von inm umschlossenen, gegenüber der Zylinderachse exzentrisch versetzten Zapfen, direkt oder indirekt gleitend zwangsführen und bei An- oder Abtrieb des Zylinders oder des Zapfens die Volumenänderung von zwischen Gehäuse oder Gehäuseteilen, Zylinder und Kolben, sowie zwischen Gehäuse oder G-ehäuseteilen, Zapfen und Kolben liegenden Arbeitsräumen bewirken.
2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß dem Antrieb oder Abtrieb entsprechend entweder der Zylinder oder der Zapfen drehbar gelagert sind.
3. Drelikolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Zapfen als auch der Zylinder drehbar gelagert sind.
4. Drehkolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder ein- oder mehrteilig ist.
5. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- oder Abfuhr von i'lüssigkeiten oder Gasen zu den Arbeitsräumen durch Öffnungen in der den Zylinder gleitend dichtenden Wand des Gehäuses erfolgt.
6. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 5 dadurch rekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Kolben in einer glein chen Anzahl von miteinander verbundenen Zylinderteilen, die ihrer Anzahl entsprechend winkelmäßig zu einander ersetzt sind, auf einem gemeinsamen apfen arbeiten.
7. Drehkolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zylinder und Gehäuse Dichtungen und Dichtleisten angeordnet sind.
8. Drehkolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abfuhr von Flüssigkeiten oder Gasen durch Ventile gesteuert wird.
9. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 8 dadurch £e- kennzeichnet, daß das Gehäuse mit der Zylinderwand Laug und Druckkammern bildet, in welche die Flüssigkeiten oder Gase direkt oder über weg- oder druckgesteuertke Ventile von und zu den Arbeitsräumen gelangen.
10. Drehkolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder durch eine Gleiilatte verschlossen ist, die der An- oder Abtriebsseite gem0enüberliegt und mit einer Durchbrechung versehen ist, deren Ausbildung die punktion des Zapfens nicht behindert.
11. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben an den Stirnseiten durch Gleitplatten verschlossen ist, wobei auf der Zapfenseite Ausnehmungen die Zwangsführung des Kolbens nicht behindern.
12. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 11 dadurch trekennzeichnet, daß die an- oder abtriebsseitige Zylinder wand Durchbrechungen im Bereich der Arbeitsräume hat, die den Arbeitsdruck auf die Gehäusewand zulassen und damit den axialen Druck &uf die Lagerung des Zylinders verringern.
13. Drehkolbenmaschine nach den vorange;-an,enen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Zapfens und damit seine Exzentrizität von einer maximalen positiven C'röße zu einer maximalen negativen größe verändert werden kann.
14. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität des Zapfens durch Federkraft oder den Druck des zu fördernden Mediums direkt eingestellt wird.
15. Drehkolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurchgekennzeichnet, daß der Zapfen als Exzenter ausgebildet ist, welcher im Gehäuse in wichtung der Zylinder achse gelagert ist und von außerhalb des Gehäuses durch eine Drehung von 1800 in eine seiner Exzentrizität entsprechende positive oder negative Position gebracht wird, wobei sich die Arbeitsrichtung im Verhältnis zu den Bin-und Auslässen in den Arbeitsräumen umkehrt.
16. Drehkolbenmaschine nach den Ansrrüchen 1 - 15 dadurch gekennzeichnet, daß die den Zylinder gleitend abdichtenden Gehäusewände Verschleißplatten aufweisen.
17. Drehkolbenmaschine nach den vorangegnngenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die den Zylinder gleitend abdichtenden Gehäusewände elastische Verschleil;platten il aufweisen.
18. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 17 dadurch gekennzeichnet, daß Zylinder und Zapfen Kanäle besitzen, die der Zu- oder Abfuhr von Flüssigkeiten oder Gasen dienen.
19. Drehkolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen zur direkten Führmlg des Kolbens in diesem bereich Gleitflächen besitzt.
20. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 19 dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen direkt auf die inneren Gleitflächen des Kolbens wirkt.
21. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 20 dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahnen des Zylinders und des Zapfens auswechselbar sind.
22. Drehkolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit ganz oder teilweise doppelwandig ausgeführt ist.
23. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 - 22 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse direkt oder indirekt vom Luftstrom gekühlt wird, der durch auf der An- oder Abtriebsachse angebrachte Flügel odgl. erzeugt wird oder von der Antriebsmaschine strömt.

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