DE2621850A1

DE2621850A1 - Drehmaschine mit geneigter achse

Info

Publication number: DE2621850A1
Application number: DE19762621850
Authority: DE
Inventors: Myron Ray Gibson
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1975-09-12
Filing date: 1976-05-17
Publication date: 1977-03-17
Also published as: GB1491394A; JPS5236206A; US4106169A

Description

PATENTANWALT ' 8 MÖNCHEN 22,

DIPL-ING. KARL H. WAGNER TELEFON 298527

TELEGRAMMADRESSE: PATLAW MÖNCHEN

17. Mai 1976 76-S-1678

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, Illinois 61629, U.S.A.

Drehmaschine mit geneigter Achse

Die Erfindung bezieht sich auf Drehmaschinen mit geneigter Achse und insbesondere auf verbesserte Vorrichtungen zum Schmieren der Dichtungen solcher Maschinen.

Zum Stand der Technik sei auf die U.S. Patente 3 811 806, 3 814 555 und 3 819 304 verwiesen.

Beim größten Teil der verschiedenen Bauarten von Drehmaschinen wird das Schmieröl für die vom Rotor getragenen Dichtungen entweder in das Einführsystem eingegeben, um mit entweder dem Brennstoffluftgemisch oder mit Luft allein gemischt zu werden oder aber das Schmieröl wird an den Wänden des Gehäuses gerade stromabwärts gegenüber der Einlaßöffnung eingeführt. Bislang beschränkten sich derartige Lösungsmöglichkeiten auf Maschinen der Trochoid-Bauart, wo die Schmierung von nur zwei Gehäuseoberflächen erforderlich ist. Es verbleibt somit ein Bedürfnis, ein Schmiersystem vorzusehen, welches für Drehmechanismen der Bauart mit geneigter Achse geeignet ist, wo drei Oberflächen geschmiert werden müssen.

7 O 9 8 1 1 / O 6

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Drehvorrichtung mit geneigter Achse vorzusehen, bei welcher Mittel vorgesehen sind, welche die in der Vorrichtung verwendeten Wände und Dichtungen schmieren. Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Ausbildung von Schmiermittelauslässen in den Wänden der Drehvorrichtung vor.

Gemäß einem Ausführungbeispiel der Erfindung sind bei einer Drehvorrichtung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Mittel am Rotor und am Gehäuse vorgesehen, um eine zeitgesteuerte Drehbeziehung zwischen Welle und Rotor vorzusehen, wobei mindestens ein langgestreckter Schlitz in einer- der Wände ausgebildet ist und sich in die Kammer öffnet, und wobei ferner Mittel vorgesehen sind, um ein Schmiermittel dem Schlitz zuzuführen, um die Dichtung an dem die Wand berührenden den Schlitz enthaltenden Rotor zu schmieren.

Gemäß einem außerordentlich bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Schlitz mit einem porösen Einsatz ausgefüllt, der als ein Verteilungsdocht für ein flüssiges Schmiermittel dient. Zudem sind sämtliche Wände mit derartigen Schlitzen ausgestattet. Wo die Vorrichtung eine Einlaßkanalöffnung für die Arbeitskammer aufweist, ist erfindungsgemäß der Schlitz unmittelbar stromabwärts gegenüber der Öffnung in der Richtung der Rotordrehung angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise in einer Richtung, die nicht parallel zur Längs erstreckung der die Wand berührenden Dichtung verläuft, in der Schlitz ausgebildet ist.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren zur Ausbildung eines Schmiermittelauslasses zur Schmierung der von einem Rotor getragenen Dichtungen und einer Drehvorrichtung sind folgende Schritte vorgesehen: Ausbildung einer Ausnehmung in der Wand der Arbeitskammer; Anfüllen der Ausnehmung mit einem Einsatz aus einem gesinterten Metall und mit einer Größe, die ausreicht, um in die Arbeitskammer hineinzuragen; Befestigung des Einsatzes in der Ausnehmung; Härtung der Wand und fertige

70981 1 /06U

ORiGiNAL INSPECTED

Bearbeitung der Wand und des Einsatzes.

Gemäß einem außerordentlich bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Befestigung des Einsatzes in der Ausnehmung durch Hartlöten vorgenommen. Ferner erfolgt auf das Hartlöten das Vorsehen eines Schmiermittelkanals im Gehäuse, der sich zum Inneren des Einsatzes erstreckt. Vorzugsweise hat die Ausnehmung die Form eines Schlitzes in der Wand und erstreckt sich in einer Richtung nicht parallel zur Längserstreckung der Dichtung zur Berührung der Wand.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgebildete Drehvorrichtung mit geneigter Achse;

Fig. 2 einen Teilschnitt;

Fig. 3 eine abgewickelte Teilansicht der Vorrichtung;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Drehvorrichtung mit geneigter Achse in der Form einer Viertaktdrehmaschine oder -drehmotors mit geneigter Achse dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Maschine mit vier Zyklen beschränkt, sondern kann vorteilhafterweise auch bei anderen Vorrichtungen als Motoren verwendet werden, beispielsweise bei Kompressoren, Pumpen oder dgl., wobei die Erfindung ferner vorteilhafterweise bei Vorrichtungen Verwendung finden kann, die auch eine andere Anzahl von Zyklen oder Takten als gerade vier aufweisen.

70981 1/06U

Der Motor umfaßt ein Gehäuse 1O₇ welches eine Arbeitskammer 12 bildet. Die Arbeitskammer 12 ist von einer äußeren sphärischen Wand 14, einer inneren sphärischen Wand 16 und entgegengesetzt angeordneten, im ganzen sich radial erstreckenden Seitenwänden 18 begrenzt, weichletztere sich zwischen der inneren sphärischen Wand 16 und der äußeren sphärischen Wand 14 erstrecken. Der Fachmann erkennt, daß die Wände 18 in Wirklichkeit sich nicht radial erstrecken, sondern verschiedene Formen annehmen können, und zwar abhängig von der Anzahl der Zyklen der Vorrichtung. Beispielsweise sind für eine Viertaktmaschine die Wände 18 ein gewellter Kegelstumpf.

Innerhalb der Arbeitskammer 12 ist ein Rotor 20 angeordnet. Der Rotor besitzt eine sphärische Nabe 22, welche Kompressions- oder Druck-Dichtungen 24 und Öldichtungen 26 in Berührung mit der inneren sphärischen Wand 16 trägt. Der Rotor 20 umfaßt auch einen Ringflansch 3O, der Umfangsdichtungen in Berührung mit der äußeren sphärischen Wand 14 und Scheiteldichtungen 34 in Berührung mit den sich radial erstreckenden Wänden 18 trägt.

Darch Lager 38 ist eine Welle 36 im Gehäuse 10 drehbar gelagert und weist einen winkelmäßig versetzten Teil 40 auf, der mittels eines S^ihubjcragens 42 und mehreren Lagern '44 den Rotor 20 innerhalb der Arbeitskammer 12 drehbar lagert.

Ein Ende der Rotornabe 22 umfaßt ein Innenringzahnrad 50, welches sich in Eingriff mit einem vom Gehäuse 10 getragenen stationären Zahnrad 52 befindet, um eine richtige Zeitbeziehung zwischen den relativen Drehgeschwindigkeiten von Rotor 20 und Welle 36 herzustellen. Bei einem typischen Viertaktvorrichtung dreh sich für jede einzige. Umdrehung des Rotors 20 die Welle um drei Umdrehungen.

Entgegensetzt liegende Seiten der inneren sphärischen Wand 16 sind mit schlitzartigen langgestreckten Ausnehmungen 54 versehen. Die Schlitze 54 sind vorzugsweise mit 90° gegenüber der mittleren Position der Dichtungen 24 und 26 orientiert. Anders ausgedrückt sind die Schlitze 54 in einer

709011/06U

Richtung langgestreckt, die nicht parallel zur mittleren Richtung der- Längserstreckung der Dichtungen 24 und 26 verläuft. Ähnliche Schlitze oder Ausnehmungen 56 sind in jeder der sich radial erstreckenden Wände 18 ausgebildet. Die Schlitze 56 sind unter irgendeinem geeigneten Winkel, beispielsweise dem in Fig. 2 gezeigten Winkel θ , so angeordnet, daß sie sich in einer Richtung längserstrecken, die nicht parallel zur Längsausdehnung der über die Schlitze laufenden Dichtung, hier der Scheiteldichtungen 34, verläuft.

Die äußere sphärische Wand 14 ist mit einem ähnlichen Schlitz 58 ausgestattet, der langgestreckt ist und vorzugsweise unter einem Winkel von ungefähr 90 gegenüber der mittleren Laufrichtung der Rotoroberfläche, hier der Oberfläche des Flansches 30, angeordnet ist, aber in jedem Fall nicht parallel zur Längserstreckung der Dichtung verläuft, die mit der äußeren sphärischen Oberfläche 14 in Berührung steht, nämlich den Umfangsdichtungen 32.

Im Gehäuse 10 sind Leitungen 60 vorgesehen, um eine Strömungsmittelverbindung mit einer schematisch bei 62 dargestellten Schmierölversorgung herzustellen, die eine übliche kleinvolumige Pumpe aufweisen kaifa-, um die erforderliche Schmiermittelmenge an die Schlitze 54, 56 und 58 zu liefern. Sobald das Öl die Schlitze 58 erreicht, verteilen beim Betrieb der Vorrichtungen die Dichtungen 24, 32 und 34 bei der Bewegung über die Schlitze das Öl .längs der entsprechenden Wände, um so eine geeignete Schmierung zu erzielen.

Wie man am besten in den Fig. 2 und 3 erkennt, sind dort, wo die Vorrichtung eine Einlaßöffnung 64 aufweist, die Schlitze 54, 56 und 58 unmittelbar stromabwärts gegenüber der Öffnung 64 in Drehrichtung des Rotors angeordnet. Wenn die Vorrichtung als ein Motor verwendet wird, so ist die Zone unmittelbar stromabwärts gegenüber der Einlaßöffnung

70981 1/0644

vielleicht der kälteste Bereich im Gehäuse mit dem Ergebnis, daß beim Einführen des Öls Schädigungswirkungen am Öl durch Wärme minimiert werden.

Gemäß einem außerordentlich bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jeder der Schlitze 54, 56 und 58 mit einem porösen Einsatz 70 (Fig. 4) gefüllt, der als ein Docht wirkt, um eine gleichförmige Verteilung des Schmieröls vorzusehen. Gemäß der Erfindung sieht das Verfahren zur Ausbildung eines Schmiermittelauslasses für eine Drehvorrichtung folgende Schritte vor: Ausbildung einer Ausnehmung, wie beispielsweise der Ausnehmungen 54, 56, oder 58 in der Wand, wie beispielsweise den Wänden 14, 16 oder 18. Darauffolgendes Ausfüllen der Ausnehmungen 54, 56, 58 mit einem Einsatz 10_r vorzugsweise aus gesintertem Metall. Vorsehen des Einsatzes 70 beim Einsetzen in die Ausnehmung von hinreichender Größe derart, daß dieser Einsatz sich in die Arbeitskammer hineinerstreckt, wie dies beispielsweise durch die gestrichelte Linie 70* in Fig. 4 angedeutet ist.

Daraufhin wird der Einsatz 70 in der Ausnehmung befestigt. Zur Erhöhung der Stabilität wird der Vorgang des Befestigens vorzugsweise durch Hartlöten des gesinterten Metalleinsatzes 7O in die Ausnehmung, vorgenommen.

Daraufhin wird die Wand der Arbeitskammer, die mit dem Einsatz 70 in Verbindung steht, in der üblichen Weise gehärtet. Darauffolgend auf den Härtevorgang wird die Wand in der üblichen Weise fertig bearbeitet, was zur Folge hat, daß die freiliegende Oberfläche 72 des Einsatzes mit der gehärteten Schicht 74 auf der Wand der Arbeitskammer in Ausrichtung gebracht wird.

Zu irgendeiner beliebigen Zeit nach dem Befestigen des Einsatzes 70 innerhalb der Ausnehmung kann ein Schmierkanal 60 ausgebildet werden. Zweckmäßigerweise erstreckt sich dieser Kanal in das Innere des Einsatzes 70. Normalerweise wird die Ausbildung des Kanals durch Bohren durchgeführt.

709811/06

— 3 —

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, daß der Einsatz 70 sicher an seinem Platz angeordnet wird und schließt die Möglichkeit aus, daß die Aussenoberfläche 72 des Einsatzes während des Befestigungsvorgangs verstopft wird. Insbesondere wird jeglicher verstopfte Teil der Oberfläche bei der Endbearbeitung der Wand entfernt.

Dadurch daß der Kanal 60 nach dem Befestigungsvorgang ausgebildet wird und sich in das Innere des Einsatzes 70 erstreckt, gibt es in ähnlicher Weise keine Möglichkeit, daß beim Befestigungsvorgang verwendete Materialien den Kanal 60 verstopfen können.

Die vorliegende Erfindung schafft somit neue die Nachteile des Standes der Technik vermeidende Mittel zum Schmieren von eine geneigte Achse aufweisenden Drehmaschinen sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Schmiermittelauslässen in Drehmaschinen. Durch die bevorzugte Orientierung der Schlitze bezüglich des Rotors oder Dichtungslaufs werden die Möglichkeiten des Hängenbleibens der Dichtungen an den Schlitzen eliminiert. Darüber hinaus gestattet die Verwendung von porösen Einsätzen die gleichförmige Ölverteilung entlang der Länge des Schlitzes, ohne daß Mehrfachzuführkanäle erforderlich wären und es wirc^jdarüber hinaus die Möglichkeit von Ölverarmungsproblemen benachbart zu den Enden des Schlitzes eliminiert.

Die in der vorliegenden Anmeldung behandelten Drehmaschinen mit geneigter Achse sind solche der. in der DT-OS 15 76 917 (entsprechend U.S. Patent 3 485 218) beschriebenen Art.

709811/06U

Claims

Patentansprüche

1J Drehvorrichtung mit geneigter Achse, bei welcher ein Gehäuse eine Arbeitskanuner definiert, die eine äußere sphärische Wand, eine innere sphärische Wand und entgegengesetzt angeordnet im ganzen radial sich erstreckende Endwände aufweist, die sich zwischen den inneren und äußeren sphärischen Wänden erstrecken, und wobei innerhalb der Kammer ein Rotor angeordnet ist, der eine in Berührung mit der inneren sphärischen Wand stehende Dichtungen tragende sphärische Nabe sowie einen Ringflansch aufweist, der mit den Endwänden und der äußeren sphärischen Wand in Berührung stehende Dichtungen trägt, wobei schließlich eine Welle mit einem winkelmäßig versetzten Teil innerhalb der Kammer angeordnet ist und den Rotor innerhalb der Kammer drehbar lagert, und wobei ferner am Rotor und am Gehäuse Mittel vorgesehen sind, um eine zeitgesteuerte Drehbeziehung zwischen Welle und Rotor vorzusehen, gekennzeichnet durch mindestens einen sich zur Kammer (12) öffnenden langgestreckten Schlitz (58; 56, 54) in einer der erwähnten Wände (14; 18,16) und durch Mittel· zur Lieferung eines Schmiermittels an den erwähnten Schlitz (58; 56,54) zur Schmierung der Dichtung (32; 34,24,26) am mit der einen Wand (14; 18,16)in Berührung stehenden Rotor (20).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (54,56,58) mit einem porösen Einsatz (70) gefüllt ist, der als ein Verteilungsdocht für ein flüssiges Schmiermittel dient.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Wände (14,16,18) mit diesen Schlitzen (54,56,58) ausgestattet sind.

70981 1/OSU
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) ferner eine Einlaßöffnung (64) aufweist, die sich in die Arbeitskammer (12) hineinerstreckt, und daß der Schlitz

(56) unmittelbar stromabwärts gegenüber der Öffnung (64) in Richtung der Rotordrehung angeordnet ist (Fig. 2, 3).
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitz (58; 54,56) in einer Richtung erstreckt, die nicht parallel zur Längserstreckung der die eine Wand (14; 18,16) berührenden Dichtung (32; 34,24,26) verläuft.
6. Verfahren zur Ausbildung eines Schmiermittelauslasses zum Schmieren einer von einem Rotor getragenen Dichtung in einer Drehvorrichtung mit einem eine Arbeitskammer bildenden Gehäuse, wobei die Arbeitskammer eine mit der Dichtung in Eingriff stehende Wand aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Ausbildung einer Ausnehmung (54,56,58) in der Wand (14,16,18);

b) Füllung der Ausnehmung mit einem Einsatz (70), der aus gesintertem Metall besteht und eine Größe aufweist, die ausreicht, um sich in die Arbeitskammer (12) hineinzuers tr ecken; .* _

c) Befestigung des Einsatzes (70) in der Ausnehmung (54,56,58)?

d) Härtung der Wand (14,16,18), und

e) Endbearbeitung der Wand (14,16,18) und des Einsatzes (70).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt c) durch Hartlöten erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Schritt c) der Schritt des Vorsehens eines Schmiermittelkanals im Gehäuse (10) folgt, wobei sich der Kanal in das Innere des Einsatzes (70) erstreckt.

709811/0644
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) dadurch ausgeführt wird, daß man einen Schlitz (56,58) in der Wand ausbildet, der sich in einer Richtung nicht parallel zur Längserstreckung der Dichtung (32,34) zur Berührung der Wand (14,18) erstreckt.
10. Drehvorrichtung gekennzeichnet durch folgende Kombination: ein eine Arbeitskammer (12) bildendes Gehäuse (10), in dem eine sich durch die Kammer (12) erstreckende Welle (36) drehbar gelagert ist, auf der innerhalb der Kammer (12) ein Rotor (20) drehbar gelagert ist, welcher Dichtungsmittel (32,34, 24,26) trägt, die abdichtend mit den Wänden (14,16,18) der Arbeitskammer (12) in Berührung stehen, und .wobei mindestens eine Öffnung (54,56,58) in einer Wand der Arbeitskammer ausgebildet ist und Versorgungsmittel ein Schmiermittel an die Öffnung liefern, um die mit einer der Wände (14,18) in Berührung stehenden Dichtmittel am Rotor (20) zu schmieren, und wobei schließlich ein poröser Einsatz (7O) in der Öffnung sitzt, um als ein Verteilungsdocht für ein flüssiges Schmiermittel zu dienen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (56,58) ein langgestreckter Schlitz ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (54) vorzugsweise unter 90° bezüglich der mittleren Stellung der Dichtungen (24 und 26) orientiert sind.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze(56) unter irgendeinem geeigneten Winkel derart angeordnet sind, daß sie in einer Richtung langgestreckt verlaufen, die nicht parallel zur Längserstreckung der Dichtung verläuft, die über den Schlitz läuft.

70981 1/0644
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussenwand (14) mit einem Schlitz (58) ausgestattet ist, der langgestreckt vorzugsweise unter einem Winkel von 90 gegenüber der mittleren Laufrichtung der Rotoroberfläche verläuft.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze ( 54,56,58) unmittelbar stromabwärts in Rotordrehrichtung gegenüber Öffnung (64) angeordnet sind (Fig. 2).

709811

Leerseite