DE2555528C3

DE2555528C3 - Parallel- und innenachsige Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2555528C3
Application number: DE19752555528
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 3000 Hannover Brand
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Berstorff GmbH
Priority date: 1975-12-10
Filing date: 1975-12-10
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE2555528B2; DE2555528A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine paralLl- und innenachsige Rotationskolbenmaschine als Druckmittelmotor, Verdichter oder Pumpe mit Hub- und Schlupfeingriff zwischen einem mindestens zwei radial bewegliche Kolbenschieber aufweisenden Kolben, der auf einem Exzenter einer Exzenterwelle sich drehend umläuft, und einem stationären, mindestens jeweils drei Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisenden von Seitenteilen begrenzten Gehäusemantel mit kreisförmiger Kontur, mit einem Führungsgetriebe, bestehend aus einem Ritzel und einem Hohlrad.

Es ist eine Rotationskolbenbrennkraftmaschine aus der DE-OS 2056 314 bekannt, bei der der Kolben auf der Zylinderinnenwand abläuft und mit einem Hohlrad zentrisch verbunden ist Die im Zylindermittelpunkt drehbar gelagerte Abtriebswelle weist einen drehfesten Hebel auf, dessen anderes Ende ein Ritzel im Kämmeingriff mit dem Hohlrad drehbar gelagert hält Bei Drehung des Kolbens läuft dieser umfangsmäßig in der Gegendrehrichtung auf der Zylinderinnenwand ab. Der Hebel wird entsprechend dem Umlauf des Kolbens um Jen Mittelpunkt der Abtriebswelle geschwenkt Das Drehzahlverhältnis zwischen Abtriebswelle und Kolben ist 1 :1. Der lnnendurchmessser des Zylinders und der Außendurchmesser des Kolbens müssen immer in einem bestimmten Verhältnis stehen, um den verfahrenstechnischen Ablauf zu ermöglichen. Durch obengenannte Offenlegungsschrift wird keine Lehre vermittelt, die den Zusammenhang zwischen der Kolbenschieberanzahl und dem Führungsgetriebe erkennen läßt. _b-,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenmaschine der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die sich durch eine gute Kraftausnut

zung und einen guten Rundlauf auszeichnet

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ritzel mit dem Kolben und das Hohlrad mit dem Gehäuse jeweils drehfest verbunden ist, daß der Tejlkreisdurchmesser des Hohlrades um das Verhältnis von Tejlkreisdurchroesser des Ritzels zur Anzahl der Kolbenschieber größer ist als der Teilkreisdwchmesser des Ritzels und folglich die Anzahl und Anordnung der Einlaß- UEd Auslaßöffnungen bestimmt ist durch das Verhältnis von 360" zu der um eines erhöhten Anzahl der Kolbenschieber.

Die Kolbenschieber gleiten dicht auf der Gehäusemantelinnenwand und bilden soviel volumenveränderliche Arbeitskammern wie Kolbenschieber vorhanden sind. In jeder Arbeitskammer laufen Druckbeaufschlagung und Druckloswerden nacheinander, aber phasenverschoben zu den anderen Arbeitskammern ab. Der Kolben ist mit seinem Ritzel ständig an der höchsten Stelle des Exzenters im Eingriff mit dem stationären Hohlrad.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine als Druckmittelmotor wird der Arbeitsdruck des Druckmittels sowohl von der Kreiskolbenfläche als auch von der Differenzfläche derjenigen zwei aus dem Kolben herausragenden Kolbenschieber, die die druckbeaufschlagte Arbeitskammer bilden, zum Antrieb der in dem Kolben umlaufenden Exzenterwelle verwendet, die sich zur Drehrichtung des Kolbens gegensinnig dreht

Durch die Anzahl der Kolbenschieber wird das Drehzahlverhältnis von Kolben zur Exzenterwelle festgelegt Weist der Kolben beispielsweise zwei Kolbenschieber auf, beträgt die Drehzahl der Exzenterwelle das Zweifache des Kolbens, bei drei Kolbenschiebern das Dreifache, bei vier Kolbenschiebern das Vierfache usw. Bei einer Drehung des Kolbens um den Exzentermittelpunk' hat die Exzenterwelle soviel Umdrehungen vollbracht wie die Anzahl der Kolbenschieber groß ist

Die Zu- und Abflußstellen der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine errechnen sich aus 360° dividiert durch die um eines erhöhte Kolbenschieberanzahl.

Wird bei steigender Kolbenschieberanzahl der gleiche Teilkreisdurchmesser des Ritzels beibehalten, vermindert sich die Exzentrizität was bei gleichem Exzenterdurchmessser eine Durchmesservergrößerung des Abtriebs- bzw. Antriebszapfens der Exzenterwelle und damit eine Verbreiterung des Kolbens ermöglicht

Durch die Erfindung wird eine Rotationskolbenmaschine geschaffen, die sich durch einen guten Rundlauf auszeichnet Es sind auf dem Zylinderumfang mindestens jeweils drei Einlaß- und Auslaßöffnungen gleichmäßig angeordnet Die Einlaß- und Auslaßöffnungen kommen nacheinander in Drehrichtung der Exzenterwelle gesehen zur Wirkung.

Das gute Rundlaufen und die gute Kraftausnutzung werden dadurch erheblich gefördert daß mindestens drei Druckbeaufschlagungen pro Exzenterumdrehung erfolgen und daß sich ab drei Kolbenschieber eine Überdeckung der Druckbeaufschlagungstakte ergibt

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend näher erläutert. Nicht zum Verständnis der Erfindung beitragende, an sich bekannte Einrichtungen werden der besseren Übersicht halber fortgelassen.

Fig, 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Pruckmittelmotor;

Fig,2 bis 6 zeigen schematisch den Kolben in verschiedenen Stellungen während einer Umdrehung der Exzenterwelle,

Das Gehäuse des Druckmittelmotors besteht aus einem Gehäusemantel 11 und den Seitenteilen 12 und 13 (Fig. I), Dadurch wird ein kreisförmiger Arbeitsraum 14 gebildet, der senkrecht zu den Seitenteilen 12 und 13 von einer Exzenterwelle 15 durchsetzt ist Die Exzenterwelle 15 ist zentrisch zum Arbeitsraum 14 in den Seitenteilen in Bohrungen 16 und 17 gelagert

Der sich im Arbeitstraum 14 befindliche Exzenter 18 der Exzenterwelle 15 trägt einen drehbar auf dem Exzenter 18 gelagerten: Kolben 19, der seitlich ein koaxiales Ritzel 21 aufweist, das in eine innere Ausnehmung 22 des Seitenteils 12 ragt In der runden, koaxial zum Arbeitsraum 14 angeordneten Gehäuseausnehmucg 22 ist ein Hohlrad 23 gehäusefest eingesetzt das mit dem Ritzel 21 kämmt

Im Kolben 19 sind vier radiale Schlitze, von denen in F i g. 1 nur der Schlitz 26 zu sehen ist, eingebracht die über die gesamte Breite des Kolbens 19 reichen. Jeweils zwei Schlitze schließen einen Winkel von 90° ein. In den Schlitzen 26 werden Kolbenschieber 29 bis 32 verschiebbar geführt, die mit ihren Dichtspitzen ständig an der Zylinderinnenwand anliegen und somit vier volumenveränderliche Arbeitskammern I bis FV bilden, jeder Kolbenschieber 29 bis 32 weist seitlich einen Kulissenstein 34 auf, der in eine im Seitenteil 12 eingelassene, ringförmige Nut 35 ragt, die koaxial zum Arbeitsraum 14 angeordnet ist Es ist auch möglich, die Kolbenschieber 29 bis 32 beidseitig in einer Nut zu führen.

Der Teilkreisdurchmesser des Ritzels 21 des Kolbens 19 ist ein Vielfaches der Kolbenschieberanzahl, die hier vier beträgt Der Teilkreisdurchmesser des Hohlrades 23 im Gehäuse ist nach folgender Rechnung bestimmt:

d_H

d_H
d„
N

Teilkreisdurchmesser des Hohlrades
Teilkreisdurchmesser des Ritzels
Anzahl der Kolbenschieber

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Teilkreisdurchmesser des Hohlrades ein Viertel größer als der Teilkreisdurchmesser des Ritzels.

Der Kolben 19 gleitet seitlich dicht im Arbeitsraum 14.

Gleichmäßig Ober den Umfang des Gehäusemantels U verteilt sind fünf Einlaß- und Auslaßöffnungen darstellende Durchbohrungen 36 bis 40 im Gehäusemantel 11 vorgesehen, d. L, alle 72° eine Durchbohrung. Nach außen sind diese Durchbohrungen durch je einen Stopfen 41 druckmitteldicht verschlossen.

Über mit den Durchbohrungen 36 bis 40 verbundene Querbohrungen 42 und ein Leitungsnetz im Seitenteil 12 können der Arbeitsraum 14 und damit die volumenveränderlichen Arbeitskammern I bis IV mit Druckmittel versorgt oder von Druckmittel entlastet werden. Das Leitungsnetz im Seitenteil 12 weist fünf mit den Querbohrungen 42 im Gehäusemantel 11 fluchtende Verbindungsbohrungen 47 auf, wovon jede an zwei parallel zueinander liegende Radialbohrungen 52, 53 angeschlossen ist Die Radialbohrungen 52,53 enden in der Bohrung 16.

Der in der Bohrung 16 gelagerte Zapfenabschnitt 54 der Exzenterwelle 15 r/eist im Bereich der radialen Abflußbohrung 52 eine Steuernut 55 über den halben Zapfenumfeng auf, die durch eine radiale Zapfenbohrung 56 mit einer Axialbohrung 57 in der Exzenterwelle 15 verbunden ist Weiter weist der Zapfenabschnitt 54

im Bereich der radialen Zuflußbohrung 53 eine über den halben Umfang des Zapfenabschnittes 54 reichende Steuernut 58 auf, die etwa um einen halben Umfang versetzt angeordnet ist Diese Steuernut 58 steht über eine radiale Zapfenbohrung 59 mit der Axialbohrung 57

ίο der Exzenterwelle 15 in Verbindung,

Der Zapfenabschnitt 54 weist weiterhin eine über den gesamten Umfang des Zapfenabschnittes 54 reichende Versorgungsnut 61 auf, die über eine weitere radiale Zapfenbohrung 62 mit der Axialbohrung 57 der Exzenterwelle 15 in Verbindung steht Diese über den gesamten Umfang reichende Versorgungsnut 61 ist im Mündungsbereich einer Druckmittelversorgungsbohrung 63 angeordnet über die der Druckmittelmotor von einer hier nicht dargestellten hydraulischen Druckrnittelquelle mit Druckmittel versorgt wird.

Die Axialbohrung 57 der Exzenterwelle 15 weist zwischen den radialen Zu- und AbfiüiJbohrungen 53,52 einen Verschlußstopfen 64 auf. Dieser Stopfen 64 dient zur Trennung von Zu- und Rücklauf.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Druckmittelmotors wird nachstehend anhand der F i g. 2 bis 6 näher erläutert

Die Drehrichtung des Kolbens 19 erfolgt im Uhrzeigersinn um den Exzentermittelpunkt 65. In der Darstellung nach Fig.2 ist die Arbeitskammer I im oberen Totpunkt und hat ihr kleinstes Volumen. Die einzelnen Arbeitskammern I —IV sind in folgenden Zuständen:

Arbeitskammer I — Arbeitskammer II — Arbeitskammer III - Arbeitskammer IV -

Ausstoßen Ende, Druckbeaufschlagung Anfang
Druckbeaufschlagung
Druckbeaufschlagung Ende, Ausstoßen Anfang
Drucklos (Ausstoßen)

Gegenfiber Fig.2 hat sich die Exzenterwelle 15 gemäß der Stellung in F i g. 3 entgegen dem Uhrzeigersinn um 90° gedreht, wogegen der Kolben 19 durch das durch die bereits beschriebene Auslegung des Zahnradverhältnisses festgelegte Drehzahlverhältnis des Kolbens 19 zur Exzenterwelle 15 von 1 :4 eine Bewegung von 22,5° ausgeführt hat Die Arbeitskammern sind in folgenden Zuständen:

Arbeitskammer I
Arbeitskammer II
Arbeitskammer III
Arbeitskammer IV

Druckbeaufschlagt
Drucklos (Ausstoßen)
Drucklos (Ausstoßen)
Druckbeaufschlagt

In der Fig.4 hat sich die Exzenterwelle 15 um 180° und der Kolben 19 um 45° gedreht Die Arbeitskammern sind in folgenden Zuständen:

Arbeitskammer I
Arbeitskammer II
Arbeitskammer III
Arbeitskammer IV

Drucklos (Ausstoßen)
Drucklos (Ausstoßen)
Druckbeaufschlagt
Druckbeaufschlapt

In der Darstellung nach F i g. 5 hat sich die Exzenterwelle 15 u ? 270° und der Kolben 19 um 67,4° gegenüber der Ausgangsstellung gemäß F i g. 2 gedreht. Die Arbeitskammern sind in folgenden Zuständen:

Arbeitskammer I
Arbeitskammer II
Arbeitskammer III
Arbeitskammer IV

Drucklos (Ausstoßen) Druckbeaufschlagt Druckbeauf schlagt Drucklos (Ausstoßen)

In der F i g. 6 wird die Exzenterwelle 15 kurz vor der Vollendung einer Umdrehung gezeigt. Die Exzenterwelle 15 hat sich um 340° gegenüber der Stellung in Fig. 2gedreht.

Die Arbeitskammern sind in folgenden Zuständen:

Arbeitskammer I
Arbeitskammer Il
Arbeitskammer III
Arbeitskammer IV

Druckbeaufschlagt Druckbeaufschlagt Drucklos (Ausstoßen) Drucklos (Ausstoßen)

Wenn die Exzenterwelle 15 eine Umdrehung (360°) beendet hat, beginnt die zweite Umdrehung, in der die Arbeitskammer IV die obere Arbeitskammer ist, da sich der Kolben i9 um ein Viertel (5Cr) gedreht hai.

Die sich drehende Exzenterwelle 15 steuert über die Steuernuten 55 und 58 den Zu- und AbfluB des Mediums zu den Arbeitskammern.

Die einzelnen Phasen des Druckbeaufschlagens und Druckloswerdens spielen sich begleichzeitig mit ent-ϊ sprechender Phasenverschiebung in den vier Arbeitskammern I bis IV ab, so daß bei jeder Umdrehung der Exzenterwellen 15 jede Einlaß- und AuslaDöffnung 36 bis 40 einmal druckbeaufschlagt und einmal drucklos wird. Die Beaufschlagungsfolge der Arbeitskammern

in ist: I —IV —III —II —I —IV-III— usw.

Die Druckmittelkräfte wirken in der jeweiligen Arbeitskammer sowohl auf die Fläche des Kolbens 19 als auch auf die Differenzfläche der die betreffende Arbeitskammer bildenden Kolbenschieber zum Antrieb

ii der Exzenterwelle 15.

Bei der Erstellung größerer Rotationskolbenmaschinen der erfindungsgemäßen Art sind für jede Arbeitskammer mehr jeweils eine Einlaß- und Auslaßöffnung mehr auf dem Umfang des Hohlzylinders 11 anzuordneu.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Parallel- und innenachsige Rotationskolbenmaschine als Prwckmittelmotor, Verdichter oder s Pumpe mit Hub- und Schlupfeingriff zwischen einem mindestens zwei radial bewegliche Kolbenschieber aufweisenden Kolben, der auf einem Exzenter einer Exzenterwelle sich drehend umläuft, und einem stationären, mindestens jeweils drei Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisenden, von Seitenteilen begrenzten Gehäusemantel nut kreisförmiger Kontur, mit einem Führungsgetriebe, bestehend aus einem Ritzel und einem Hohlrad, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (21) mit dem is Kolben (19) und das Hohlrad (23) mit dem Gehäuse (U, 12, 13) jeweils drehfest verbunden ist, daß der Teilkreisdurchmesser des Hohlrades (23) um das Verhältnis von Teilkreisdurchmesser des Ritzels (21) zur Anzahl der Kolbenschieber (29 bis 32) größer ist als der TeSkreisdurchmesser des Ritzels (21) und folglich die Anzahl und Anordnung der Einlaß- und Auslaßöffnungen (36 bis 40) bestimmt ist durch das Verhältnis von 360° zu der um eins erhöhten Anzahl der Kolbenschieber (29 bis 32).
2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenschieber (29 bis 32) in einem oder beiden Seitenteilen jeweils in einer ringförmigen, koaxial zur Gehäusemantelachse angeordneten Nut (35) geführt werden.