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Als Pumpe oder Motor arbeitende Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht
sich auf eine als Pumpe oder Motor arbeitende Drehkolbenmaschine mit mehreren umlaufenden
Xreissegmenten, zwischen deren Flanken periodisch sich im Volumen ändernde Arbeitsräume
gebildet sind, indem benachbarte Kreissegmente eine periodisch wechselnde Relativgeschwiiidigkeit
aufweisen. Eine solche Drehkolbenmaschine ist durch die DrD AS 945 973 bekannt.
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Die durch diese Schrift beschriebene als Pumpe arbeitende Drehkolbenmaschine
ist zwar vorzugswise für flüssige Arbeitsmedien bestimmt, besitzt jedoch dan fi-,r
Verdichter oder Vakuumpumpen schätzbaren Vorteil, daß der schädliche Arbeitsraum,
sieht man einmal von der Verzahnung ab, theoretisctl gleich liull gehalten werden
kann. Dadurch lassen sich zwar ein hoher Druck oder ein hohes Fördervolumen erzielen,
jedoch ist bei der bekannten i)rehkolbenmaschine hierzu ein hoher Aufwand erforderlich.
Zusätzlich treten eine Reihe weiterer Nachteile auf. So wird beispielsweise ein
harmonischer stoßfreier Übergang der Geschwindigkeiten der Kreissegmente nicht erreicht.
Der Eingriff der Zahnräder ist problematisch. Weiterhin ist anzuführen, daß die
Kreissegmente unter dem Einfluß von Fliehkräften und radial wirkenden Druckkräften
stehen, so daß an der Aussenwand, die sie führt, Reibung und hoher Verschleiß erzeugt
wird. Die Drehkolbenmaschine nach der genanslten DT-PS 945 973 ist als Ganzes sehr
aufwendig und kompliziert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine
der eingangs genannten Art mit minimalem schädlichen Raum zu schaffen, welche einen
harmonischen Antrieb der Kreissegmente hat, druckausgeglichen und frei von Unwuchten
ist und die einfach und billig hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens
zwei über den Umfang gleichmäßig verteilte Kreissegmente mit einem Läufer eine Einheit
bilden und aus diesen benachbarten Kreissegmenten gleicher Anzahl ein Drehkolben
gebildet ist, daß der Läufer mit konstanter Geschwindigkeit umläuft und der Drehkolben
gegenüber dem Läufer periodisch wechselnd eine höhere und ni.edrigere Drehgeschwindigkeit
hat.
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Dadurch, daß die eine Hälfte der Kreissegmente zu einem Läufer die
andere Hälfte zu einem Drehkolben zusammengefaßt sind, liegen die Einlaß- und Auslaßkanj£aern
der Drehkolbenmaschine gleichmäßig verteilt am Umfang. Es können mithin keine einseitigen
Druckkräfte auftreten. Ebenfalls fiihrt die gleichmäßige Verteilung der Kreis segmente
dazu, daß der Rotor in sich ausgewuchtet ist.
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Durch das ZusammenSassen der K-ceissegmente zu einem Läufer und zu
einem Drehkolben rei-einfacht sich der Antrieb der Drehkolbenmaschine.
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Eine besonders ganstige Ausbildung des Antriebs besteht darin, daß
der Läufer und der Drehkolben über eine im Läufer exzentrisch gelagerte Weile iaiteinander
gekoppelt sind, indem die Welle mit einem auf ihr exzentrisch angeordneten Zapfen
in einen Schlitz des Drehkolbens greift, und daß die Welle ein Zahnrad hat, welches
in ein feststehendes m Läufer koaxiales Zahnrad greift. Wird eine Drehkolbenmaschine
nach dieser Ausbildung als Pumpe verwendet, so ist lediglich der Läufer mit koIlstanter
Geschwindigkeit anzutreiben. Der DreN;olben
führt dann die erforderliche
Relativbewegung zum Läufer durch die besondere Kopplung zwischen Läufer und Drehkolben
ohne weiteres aus.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung zweier besonders vorteilhafter Ausführungsbeispiele. In der Beschreibung
wird auf die Zeichnung bezug genommen. In ihr zeigen Figur 1 die erfindungsgemaße
Drehkolbenmaschine,-daxgestellt alß Pumpe im Schnitt entlang der Linien 1-1 nach
Figur 2; Figur 2 die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine gemäß Figur 1 im Schnitt
entlang derLinienfl-IEnach Figur 1; Figur 3 einen Drehkolben für die Drehkolbenmaschine
nach den Figuren 1 und 2 in perspektivischer Darstellung; Figur 4 eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine, dargestellt als Pumpe im Schnitt entlang
der Linien IV"IV nach Figur 5; Figur 5 die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine gemaß
Figur 4 im Schnitt entlang der Linien V - V nach Figur 4.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen in einem Gehäuse 1 einen Läufer 2, der
zum Betrieb der Pumpe mit konstanter Drehzahl angetrieben werden soll. Der Läufer
2 hat Kreissegmente 3 und 4, die sich genau gegenüber liegen.
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Seitlich neben dem Läufer 2 ist ein Drehkolben 5 vorgesehen, der genau
wie der Läufer 2 Kreissegmente 6 und 7 aufweist. Der Läufer und der Drehkolben 5
sind so angeordnet, daß die Kreissegmente 3 und 4 bzw. 6 und 7 einander zugewandt
sind. Dadurch entstehen zwischen Flanken 8 und 9, 10 und 11, 12 und 13 und 14 und
15 Arbeitsräume 16, 17,18 und 19. Die Arbeitsräume 16,1t,18 und 19 verändern ihr
Volumen dadurch, daß der Drehkolben 5 sich relativ zum Läufer 2 bewegt. Um
dies
zu bewerkstelligen, ist der Läufer 2 mit dem Drehkolben 5 durch eine im Läufer 2
exzentrisch gelagerte Welle 20 gekoppelt. Die Welle ragt miteinem zu ihr exzentrischen
Zapfen 21 in einen radialen Schlitz 22 des Drehkolbens. Auf der gegenüberliegenden
Seite hat die Welle 20 ein Zahnrad 23, welches in ein feststehendes zum Läufer 2
koaxiales Zahnrad 24 mit Außenverzahnung greift. Dabei hat das Zahnrad 23 halb soviele
Zähne wie das Zahnrad 24.
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Die Figur 2 zeigt, wie die Arbeitsräume 16,17,18 und 19 mit Steuerschlitzen
25,26,27 und 28 Verbindung haben. Zwischen den Steuerschlitzen 26,27 sowie 28,25
ist jeweils eine schmale Steuerkante 30 und 31 zwischen den Steuerschlitzen 25,26
und 27,28 jeweils eine breite Steuerkante 32 und 33 vorgesehen. Wie Figur 1 zeigt,
stehen die Steuerschlitze 25 und 27 mit einem Einlaßanschluß 34, die Steuersohlitze
26 und 28 mit einem Auslaßanschluß 35 in Verbindung. Die beschriebene Drehkolbenmaschine,
welche als Pumpe oder Verdichter arbeiten soll, wirkt wie folgt. Es wird angenommen,
daß der Läufer 2 gemäß Figur 2 im Uhrzeigersinn angetrieben wird. Das führt dazu,
daß das Zahnrad 23 ebenfalls im Uhrzeigersinn sich auf dem Zahnrad 24 abkämmt. Der
Zapfen 21, welcher sich im Schlitz 22 des Drehkolbens 5 bewegen kann, legt dadurch
während der Umdrehung des Läufers 2 die Kurvenbahn einer Epizykloide zurück. Das
führt dazu, daß der Drehkolben 5 sich mal.
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schneller und mal langsamer bewegt als der Läufer 2. Bei der in Figur
2 dargestellten Position des Läufers 2 zum Drehkolben 5 bewegt sich der' Zapfen
21 der Welle 20 zunächst in der Zeichnung gesehen nach links. Dadurch wird der Drehkolben
5 verzögert. Die Arbeitsräume 17 und 18 verringern ihr Volumen, so daß aus ihnen
Druckmittel in die zugeordneten Steuersohlitze 25 und 27 gepreßt wird. Von dort
gelangt es in den Auslaßansohluß 35.
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Dadurch, daß durch die Bewegung des Zapfens 21 der Drehkolben 5 versagert
wird, vergrößert sich das Volumen der Arbeitsräume 18 und 16.
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Das führt dazuç daß in diese Drucknittel aus den Steuerschlitzen 26
und 28 gelangen kann4 Die Steuerschlitze 26 und 28 haben mit dem Einlaßanschluß
34 Verbindung.
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Hat der Läufer sich um 45 gedreht, so ist der Zapfen 21 um 90 verdreht
worden, da das Zahnrad 23 halb soviel Zähne hat wie das Zahnrad 24. Die maximal
geöffneten Arbeitsräume 16 und 18 überfahren die breiten Steuerkanten 32 und 33,
die auf ein Minimum reduzierten Arbeitsräume 17 und 19 die schmalen Steuerkanten
30 und 31.
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Von diesem Zeitpunkt an beginnt der Drehkolben 5 wieder schneller
zu drehen als der Läufer 2. Das Volumen des Arbeitsraumes 17 nimmt zu, so daß aus
dem Steuerschlitz 28 Druckmittel aufgenommen werden kann. Umgekehrt nimmt das Volumen
des Arbeitsraumes 16 ab, so daß Druckmittel in den Steuerschlitz 27 gefördert wird.
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Die Steuerkanten 30,31 und 32,33 sind so bemessen, daß zusätzlich
zur notwendigen breite (minimaler und maximaler Öfînungswinkel der Arbeitsräume)
ein Sicherheitszuschlag gegeben wird, welcher Toleranzen und Leckage berucksichtigt.
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Die Ausführungsform nach den Figuren 4 und 5 unterscheidet sich von
der nach den Figuren 1 und 2 durch einen anderen Antrieb der exzentrisch gelagerten
Welle 20. Die Welle 20 hat zwar auch ein Zahnrad 23. Dies kommt jedoch in einem
Zahnkranz 40, der eine Einheit mit dem Gehäuse 1 der Drehkolbenmaschine bildet.