DE2603649C2 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

(a) die Abstützfläche (42) im Druckmittelpunkt des freien Schenkels (346,1 eines jeden Flügels (34) angeordnet ist, daß

(b) die Abstützfläche (42) als ein gegenüber dem gekrümmten Wandabschnitt (40) des Schlitzes (36) abgesetzter Vorsprung ausgebildet ist, der eine an die Verstärkungsplatte anlegbare ebene Fläche (44) aufweist, die die alleinige Abstützung des freien Flügelschenkels im Schlitz (36) bildet, und daß

(c) jede Auslaßöffnung (24) in einem Abstand vor der Auflauffläche einer Absperrleiste (14, 16) angeordnet ist, so daß sich ein geschlossener Hohlraum zwischen dem hinteren Rand der Auslaßöffnung und der Absperrleiste ergibt, wenn die Vorderseite eines Flügels (34) die Auslaßöffnung passiert hat, wodurch im Hohlraum eine als Puffer wirkende Fluidmenge eingeschlossen ist.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflauffläche (64) einer jeden Absperrleiste (14,16) bezüglich der Drehrichtung der Flügel (34) nach innen geneigt verläuft.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der äußeren Enden der Flügel (34) geringer als der in Umfangsrichtung liegende Durchmesser der Auslaßöffnungen (24) ist.

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine solche Maschine ist aus der US-PS 35 94 106 bekannt. Diese US-Patentschrift beschreibt eine Flügelzellenmaschine, deren Flügel den Nachteil aufweisen, daß sie bei stärkerer Belastung nicht ohne weiteres einwärts ausweichen können, da im Bereich der unteren Flügelenden kein ausreichender Raum für eine Ausweichbewegung vorhanden ist. Außerdem befinden sich die Auslaßöffnungen unmittelbar vor den Auflaufflächen der Absperrleisten, so daß die Flügel an diesen anschlagen, wodurch sowohl die Flügel als auch die Absperrleisten einem erheblichen Verschleiß unterliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß Verschleiß und Schwingungen der Flügel vermindert werden und ein leichteres Ausweichen der Flügel ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der Rotationskolbenmaschine nach der Erfindung haben die unteren Flügelenden einen verfügbaren Raum für Ausweichbewegungen und in den Hohlräumen zwischen den jeweiligen hinteren Rändern einer

jeden Äuslaßöffnung und der jeweiligen Abs;jerrleiste wird eine als Puffer wirkende Fluidmenge eingeschlossen. Diese Fluidmenge, bei Tiefbohrmaschinen beispielsweise eine kleine Menge Spülschlamm, erhöht ihren Druck, während sich der jeweilige Flügel weiter in Richtung auf die Absperrleiste zubewegt. Dieser Druckanstieg hat zur Folge, daß sich der Flügel nach innen umzulegen beginnt, während gleichzeitig die Fluidmenge beginnt, auf der druckbeaufschlagten Seite des Flügels abzufließen.

Dadurch trifft der Flügel mit herabgesetzter Auftreffenergie auf die Absperrleiste, wodurch der Verschleiß und die Schwingungsintensität der Rotationskolbenmaschine herabgesetzt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 einen Horizontalschnitt durch eine Rotationskolbenmaschine,

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 1, und

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine Flügelhalterung.
Im folgenden wird ausführlich auf die Figuren eingegangen. Darin ist ein zylindrisches Motorgehäuse 2 dargestellt, in dem sich eine zylindrische Bohrung 4 befindet, die zur Aufnahme eines zylindrischen Rotors 6 bestimmt ist. Im Rotor 6 befindet sich eine axiale Bohrung 8, die gegebenenfalls als Fluidbypass benutzt werden kann. Der Rotor 6 hat einen kleineren Durchmesser als die Bohrung 4, so daß sich ein umlaufender Ringraum ergibt, der von zwei diametral gegenüberliegenden, in Längsrichtung verlaufenden Absperrleisten 14 und 16 in zwei gleiche Kammern 10 und 12 unterteilt wird. Die Absperrleisten 14 und 16 sind mit Hilfe von Schrauben 18 und 20 in der zylindrischen Bohrung 4 befestigt und

so haben einen möglichen geringen Spielraum zum Rotor 6. Jede Kammer 10 und 12 weist eine Gruppe von Einlassen 22 und eine Gruppe von Auslassen 24 auf, wobei jede dieser Gruppen aus zahlreichen öffnungen in der Wand des Gehäuses 4 besteht, die in Längsrichtung mit Abstand voneinander angeordnet sind und Verbindungen zwischen den Kammern 10 und 12 und einem Raum 26 zwischen der Außenseite des Gehäuses 2 und einem Futterrohr 28, beispielsweise eines Tiefbohrwerkzeuges, bilden.

Der Raum 26 wird von elastischen Dichtelementen 30 in in Längsrichtung verlaufende Einlaßkanäle 26a und Auslaßkanäle 26i> unterteilt. Die Dichtelemente 30 sitzen in U-förmigen Halteteilen 32 und liegen dichtend an der Innenseite des Futterrohres an, wobei die Differenz der Drücke auf den entgegengesetzten Seiten der Dichtelemente die Dichtwirkung erhöht. Jedes Dichtelement 30 ist ein kontinuierliches, über seine gesamte Länge nicht unterbrochenes Element, hat über seine

gesamte Länge eine konstante Querschnittsfläche und verläuft in Längsrichtung zwischen einer Gruppe von Einlassen 22 und einer Gruppe von Auslässen 24. Es können Maßnahmen getroffen sein, die dafür sorgen, daß der Fluiddruck an jedem Einlaß 22 einer Gruppe von in Längsrichtung Abstand voneinander aufweisenden Einlassen annähernd gleich ist und daß der Fluiddruck, der der Drehung der Flügel des Rotors entgegenwirkt, übey deren gesamte Länge ebenfalls praktisch gleich ist. Dadurch wird praktisch die Gefahr vermieden, daß sich die Flügel 34 durch ungleichmäßige Belastung verdrehen.

Am Umfang des Rotors 6 sind vier im wesentlichen V-förmige Flügel 34 mit gleichem Winkelabstand voneinander in in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen 36 befestigt, die in der Umfangsfläche des Rotors ausgebildet sind. Jeder Schlitz 36 hat eine im wesentlichen ebene Basis 38, die senkrecht zu einem Radius de., Rotors verläuft und tangentia! an einem gekrümmten Wandabschnitt 40 des Schlitzes 36 liegt, der im Hinblick auf die Drehrichtung des Rotors 6 als Vorderwand bezeichnet werden kann. Dieser gekrümmte Wandabschnitt 40 endet nahe dem Umfang des Rotors an einer Abstützfläche 42, die in den Schlitz 36 hineinragt und eine ebene Fläche 44 aufweist, die den Flügel 34 abstützen kann, während seine Außenkante über die Wand der Bohrung 4 streicht.

Jeder Flügel 34 besteht hauptsächlich aus einem Teil 46 aus elastischem Material, das vorzugsweise mit Gewebe verstärkt ist. Im in den Motor eingebauten Zustand hat der Flügel 34 im Querschnitt praktisch V-Form, wobei die Spitze des »V« abgerundet ist. Jeder Flügel 34 ist über seinen inneren Schenkel 34a in einem Schlitz 36 montiert und befestigt. Dabei wird der innere Schenkel von einem Streifen bzw. einer Leiste 48 aus Metall in dichte Anlage an der ebenen Basis 38 des Schlitzes gehalten. Diese Leiste 48 ist mit Hilfe von Schrauben 50 am Rotor befestigt und hat eine angerundete Kante 48a, an der die gekrümmte Spitze des Flügels 34 anliegt. Der äußere bzw. freie Schenkel 346 jedes Flügels 34 ist der arbeitende, die Kraft aufgrund der Druckdifferenz aufnehmende Teil des Flügels.

Dieser freie Schenkel 34b hat einerseits im Bereich seines äußeren Endes größere Dicke und ist andererseits mit Verstärkungsplatten 52' und 54 auf der (in Drehrichtung) vorderen Seite bzw. hinteren Seite verstärkt, die mittels einer Reihe von durch den Flügel hindurchgehenden Nieten 56 befestigt sind. Die Verstärkungsplatte 52 auf der Vorderseite des Flügelschenkels 34£> ist so ausgebildet und angeordnet, daß sie an der ebenen Abstützfläche 42 zur Anlage kommt, wenn der äußere Schenkel seine äußere Stellung bzw. Arbeitsstellung einnimmt. Dadurch schützt die Verstärkungsplatte 52 das elastomere Material vor Verschleiß. Ferner ist die Abstützfläche 42 so angeordnet, daß er den treibenden Schenkel 34b des Flügels im Druckmittelpunkt abstützt, wenn sich dieser in seiner Arbeitsstellung befindet, so daß der Fluiddruck an diesem Schenkel keina Drehmomente erzeugen kann, die andernfalls die Schenkel 34£> um die Abstützfläche 42 kippen könnten.

Da die Abstützfläche 42 in den Schlitz 36 hineinragt, wird der Schenkel 34b in gewissem Abstand vom gekrümmten Wandabschnitt 40 des Schlitzes gehalten, so daß zwischen der Abstützfläche 42, dem gekrümmten Wandabschnitt 40 und der Vorderseite des Flügelschenkels 34b ein Hohlraum 58 besteht. Die vordere Verstärkungsplatte 52 ragt in den Hohlraum 58 und weist eine Verlängerung 52a auf, die den Schenkel 34b abstützt, wenn er sich in seiner äußeren Arbeitsstellung befindet. Die Reihe von Nieten 56 ist außerhaib der Abstützfiäche 42 angeordnet, so daß sich dam, wenn der Schenke! 34b aufgrund des Auftreffens auf eine Absperrleiste 14 bzw. 16 nach innen umgelegt wird, die Verlängerung 52a vom elastischen Teil 46 des Schenkels 34 wegbewegt. Dabei bewegt sich die Verlängerung 52a durch den Hohlraum 58. Die Breite der Verstärkungsplatte 52 einschließlich ihrer Verlängerung 52a. d. h. ihre praktisch in Radialrichtung des Rotors liegende Abmessung, ist ferner so gewählt, daß die Verlängerung 52a an der nach innen ragenden Abstützfläche 42 zur Anlage kommt, wenn der Schenkel 34a des Flügels nach innen umgelegt wird, so daß durch die Verlängerung 52a das Umlegen des Schenkels 34a nach innen begrenzt wird. Die Dicke des äußeren Endes der Flügel 34 in Umfangsrichtung ist kleiner als die Abmessung der Auslässe 24 in Umfangsrichtung.
Wie am deutlichsten aus F i g. 2 erkennbar ist, hat die Spitze des Flügels 34 einen gewissen Abstand von der Ecke des Hohlraumes 58. Ferner wird der Arbeitsschenkel 346 des Flügels mit Ausnahme des Vorsprungs der Abstützfläche 42 nicht von der Wand des Schlitzes 36 abgestützt. Es versteht sich, daß bei Arbeitsmitteldrükken in der Größenordnung von 28 bar beträchtliche Antriebskräfte erzeugt werden, die den Flügel über jede Unregelmäßigkeit in der Wand der Bohrung 4 und alle Sandteilchen oder Kiesteilchen eines Bohrschlammes, die möglicherweise von der über die Wand der Bohrung 4 streichenden Dichtkante des Flügels eingeschoben werden, hinwegzuschieben versucht. Dadurch entsteht eine erhöhte Gefahr des Verschleißes der Dichtkante des Flügels. Aufgrund der beschriebenen Konstruktion wird diese Gefahr möglichst gering gehalten.

Die beschriebene Konstruktion ermöglicht nämlich eine begrenzte Verschiebung des Schenkels 34b des Flügels nach innen, falls dieser an seiner Dichtkante auf ein Hindernis treffen sollte. Diese Einwärtsbewegung erfolgt in Richtung der Breite des Fiügelschenkels 34£>,

d. h. praktisch in Radialrichtung des Rotors 6. in der praktisch kein Fluidgegendruck überwunden werden muß. Diese radiaie Einwärtsbewegung des Flügelschenkels 34£> kann zusätzlich von einer elastischen Einrichtung gesteuert werden, die sich zwischen dem Rand des Flügelschenkels 34a, an dem dieser in die Spitze übergeht, und der Übergangsstelle von der ebenen Basis 38 des Schlitzes 36 zum gekrümmten Wandabschnitt 40 befindet. Diese elastische Einrichtung besteht vorzugsweise aus kleinen. Abstand voneinander aufweisenden Knöpfen bzw. Kissen 60 aus elastomerem Material, die auf der Unterseite des Flügelschenkels 34a angeordnet sind und im wesentlichen auf derselben Radiuslinie wie die Breite des Flügelabschnitts 34b liegen, so daß diese Kissen 60 einen gewissen Widerstand entgegensetzen und diese Einwärtsbewegung in definierter Weise auffangen.

Wie aus F i g. 1 erkennbar ist, liegt jeder Auslaß 24 in Umfangsrichtung um ein kurzes Stück 62 vor der zugehörigen Absperrleiste 14 bzw. 16. Ferner ist die Auflauffläche 64 jeder Absperrleiste so abgeschrägt, daß sie vom sich nähernden Flügel aus nach innen wegläuft. Dieo hat folgende Wirkung. Während sich ein Flügel 34 einem Auslaß 24 nähert, drückt dieser Flügel Fluid durch den Auslaß hinaus, bis die Vorderfläche des Flügels über den Auslaß gelaufen ist. Zu diesem Zeitpunkt wird zwischen der Vorderfläche des Fiügelschenkels 34b, der Absperrleiste 14 bzw. 16 und dem Rotor 6 ein praktisch geschlossener Hohlraum 66 erzeugu in dem

etwas Fluid eingeschlossen ist. Wenn dann der Rotor 6 und der Flügelschenkel 34y weiterbewegt werden, steigt der Fluiddruck im Hohlraum 66 an. Da der Raum hinter der Rückseite des Flügelschenkels 346 zum Auslaß 24 offen ist und diese Rückseite nicht mehr mit dem vollen Fluiddruck beaufschlagt ist, beginnt der Flügelschenke! 34£>. sich allmählich aufgrund des ansteigenden Drucks des eingeschlossenen Fluids umzulegen. Dies hat zur Folge, daß der Flügelschenkel 34b zu dem Zeitpunkt, zu dem die Verstärkungsplatte 52 auf die abgeschrägte Vorderfläche 64 der Absperrleiste trifft, bereits begonnen hat, sich umzulegen. Dadurch werden sowohl der Verschleiß des Flügels als auch die Motorschwingungen stark vermindert.

Die Hinterfläche bzw. -kante 67 jeder Absperrleiste verläuft vorzugsweise schräg nach innen weg vom sich nähernden Flügel 34. Dies ist eine Sicherheitsmaßnahme für den Fall eines Versagens der Rotationskolbenmaschine bei einer Verwendung als Spülschlammpumpe eines Tiefbohrwerkzeuges. Im Falle eines solchen Versagens können die Flügel dann als Rastklinken dienen, mittels derer der Bohrmeißel durch Drehen des Bohrstranges von der Oberfläche aus angetrieben werden kann, um zu verhindern, daß der Bohrmeißel festfrißt.

Die in F i g. 3 dargestellte Befestigungseinrichtung ist besonders günstig zur Befestigung der Flügel 34 am Rotor 6. Wie in F i g. 3 gezeigt ist, ist der Metallstreifen 48 am Rotor mit Hilfe von Schrauben 50 befestigt, die mit gewissen Abständen voneinander über die Länge des Metallstreifens verteilt sind. Diese Schrauben haben Köpfe 70 mit zumindest einer daran ausgebildeten geraden Kante oder ebenen Fläche 72. Im dargestellten Fall haben die Schrauben 50 quadratische Köpfe mit einem sechseckigen Loch 74 in der Mitte, so daß sie mittels eines geeigneten Werkzeugs angezogen werden können. Zwischen dem Kopf 70 und dem Befestigungsstreifen 48 befindet sich eine Sicherungsscheibe 76, die im dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest einen geraden Rand 78 hat. so daß sich die Sicherungsscheibe 76 nicht drehen kann. Wenn die Schraube SO angezogen und dadurch der Befestigungsstreifen 48 am Rotor befestigt worden ist, wobei sich der Flügelschenke! 34a zwischen dem Rotor und dem Befestigungsstreifen befindet, wird ein gestrichelt dargestellter Abschnitt 80 der Sicherungsscheibe 76 um die gerade Kante 72 am Schraubenkopf 70 umgebogen, wodurch die Schraube 50 formschlüssig gesichert wird.

Während des Betriebes des beschriebenen Motors wird ein Arbeitsmittel, beispielsweise Spülschlamm, durch die Einlasse 22 eingeleitet Dieses Arbeitsmittel drückt die Flügelschenkel 346 nach außen in dichtende Anlage an der Wand der Bohrung 4 und die Verstärkungsplatten 52 in Anlage an die ebenen Flächen 44 der Abstützfläche 42. die in der Mitte der wirkenden Druckkräfte angreifen.

Durch die gegen die Anschlagabschnitte drückenden Verstärkungsplatten 52 wird der Rotor angetrieben. Alle Unregelmäßigkeiten in der Wand der Bohrung 4 und alle Sand- oder Kiesteilchen des Spülschlamms an der Dichtkante der Flügel werden durch eine kontrollierte radiale Einwärtsverschiebung des Rügelschenkels 34b überwunden. Sobald die Vorderfläche der Flügel einen Auslaß 24 passiert hat, beginnt eingeschlossenes Fluid, die Flügelschenkel 346 nach innen umzulegen, bevor die Flügelschenkel auf eine Absperrleiste 14 bzw. 16 treffen, die den Umlegevorgang fortsetzt. Während die Flügelschenkel 34b nach innen umgelegt werden, überstreicht die Verlängerung 52a der Verstärkungsplatte 52 den Hohlraum 58, wodurch verhindert wird, daß sich Sand oder Kies in diesem Hohlraum ansammelt. Ferner trifft die Verlängerung 52;; auf die Abstützfläche 42, wodurch das Umlegen des Flügelschenkels 34b nach innen begrenzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Rotationskolbenmaschine mit einem drehbar in einem Ein- und Auslaßöffnungen aufweisenden Gehäuse angeordneten Rotor, der mehrere im Abstand voneinander in Schlitzen mit jeweils einem, in Drehrichtung vorderen, gekrümmten Wandabschnitt befestigte Flügel besitzt, wobei jeder dieser Flügel einen freien Flügelschenkel aus einem elastisch-biegsamen Material aufweist, der im Gehäuse angeordneten Absperrleisten verschwenkend ausweichen kann, mit einer an der Vorderseite eines jeden freien Flügelschenkels ausgebildeten, eine untere Verlängerung aufweisenden Vcrstärkungsplatte und mit einer im Bereich des Rotorumfanges ausgebildeten Abstütztläche für die Vorderseite der Verstärkungsplatte, wobei diese Verstärkungsplatte lediglich außerhalb der Abstützfläche mit dem elastisch biegsamen Flügelschenkel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß