DE2650021C3 - Parallel- und innenachsige Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine parallel- und innenachsige Rotationskolbenmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem außenverzahnten Ritzel und einem innenverzahnten Hohlrad, das einen Zahn mehr aufweist als das Ritzel und dessen Zähne in Form von Zylinderrollen ausgebildet sind, die in mit elastischem Material ausgekleideten Aussparungen der Hohlradinnenwandung drehbar gelagert sind und in ihren Aussparungen vom Arbeitsmedium geschmiert werden.

Bei einer bekannten Maschine dieser Art (DE-OS 1653922) haben die Aussparungen einen größeren Durchmesser als die Zylinderrollen, um für eine begrenzte Bewegbarkeit der Zylinderrolleri in der Umfangsrichtung des Hohlrads zu sorgen. Die Auskleidung der Aussparungen besteht aus einem undurchlässigen Lagermaterial. Es soll zwischen der Ausklei-

dung und der Außenfläche der betreffenden Zylinderrolle ein Ölfilm ausgebildet und aufrechterhalten werden. Die auf diese Weise erhaltenen Lagereigenschaften sind jedoch in der Praxis häufig unbefriedigend. Insbesondere hat das in dem Raum zwischen der ausgekleideten Aussparung und der Zylinderrolle befindliche Arbeitsmedium oft eine so niedrige Viskosität, daß die Schmiereigenschaften des Firnis zu wünschen übriglassen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art die Schmierung der Zylinderrollen bei wirksamer Abdichtung benachbarter Arbeitskammern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) die Zylinderrollen liegen jeweils an zwei Stellen der ausgekleideten Aussparungen an und bilden somit einen abgeschlossenen Raum für das aufgenommene Arbeitsmedium;

b) ein durch Verbindung aller achsnahen Punkte der Zylinderrollen im unbelasteten Zustand gebildeter Tangentenkreis liegt immer innerhalb des mittleren Durchmessers des Ritzels.

Unter dem mittleren Durchmesser des Ritzels wird dabei der Mittelwert aus dem Durchmesser des die Zahnköpfe des Ritzels tangierenden Kreises und dem Durchmesser des den Zahngrund der Ritzelzähne tangierenden Kreises verstanden. Der Tangentenkreis im unbelasteten Zustand wird derart bestimmt, daß die Zylinderrollen in die Aussparungen eingesetzt und mit dem Auskleidungsmaterial in Berührung gebracht werden, dieses Material jedoch nicht zusammengequetscht wird. Dann wird der Abstand zwischen der Mittelachse der Zylinderrolle und der Mittelachse des Hohlrads ermittelt. Von diesem Abstand wird der Radius der Zylinderrolle abgezogen, um den Radius des Tangentenkreises zu erhalten.

Durch die Ausbildung abgeschlossener Räume zwischen den Zylinderrollen und den ausgekleideten Aussparungen und die genannte gegenseitige Abstimmung von Tangentenkreis und mittlerem Ritzeldurchmesser wird erreicht, daß bei der gegenseitigen Bewegung von Hohlrad und Ritzel die Zylinderrollen radial nach außen in die Aussparungen hineingepreßt werden und eine erhebliche Steigerung des Druckes des in den abgeschlossenen Räumen aufgenommenen Arbeitsmediums erfolgt. Dies führt zu einem Anstieg der Viskosität des eingesperrten Arbeitsmediums. Die Schmiereigenschaften und die Tragfähigkeit des Arbeitsmediumfilms werden wesentlich gesteigert. Die Lebensdauer und die Betriebssicherheit der Maschine sind infolgedessen erhöht.

Der Winkelbereich der Aussparung liegt zweckmäßig zwischen 150° und 185°. Das elastische Material ist vorteilhaft porös, um Arbeitsmittel aufnehmen und so als Schmiermittelspeicher wirken zu können.

Als elastisches, poröses Material eignen sich insbesondere Eisenmanganphosphat, Molybdändisulfid, Graphit, ein Lagermetall oder ein Metalloxid.

Die Dicke des elastischen, porösen Materials beträgt im unbelasteten Zustand zweckmäßig zwischen 0,0025 und 0,079 mm. Im Hinblick auf eine einfache Fertigung ist die Aussparung vorteilhaft insgesamt kreiszylindrisch ausgebildet.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Aufrißansicht der Verdrängeranordnung einer Rotationskolbenmaschine, und

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Teilansicht der Anordnung nach Fig. 1.

In Fig. 1 sind ein ringförmiges, innenverzahntes Hohlrad 10 und ein außen verzahntes Ritzel 12 veranschaulicht. Die Anzahl der Hohlradzähne 14 ist um eins größer als die Anzahl der Zähne 16 des Ritzels 12.

Die Ritzelzähne 16 sind konvex ausgebildete, um die Mittelachse des Ritzels 12 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Zonen. Die Hohlradzähne werden von in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Zylinderrollen 14 gebildet, die von einer entsprechenden Anzahl von zylindrischen Aussparungen 20 aufgenommen werden, die sich in eine Innenwandung 22 des Hohlrads 10 öffnen. Das Ritzel weist einen mittleren Durchmesser DRm auf, der größer als der durch Verbindung aller achsnahen Punkte der Zylinderrollen im unbelasteten Zustand gebildete Tangentenkreis mit dem Durchmesser Dr ist und vorzugsweise gegenüber diesen ein Übermaß von 0,002 bis 0,02 % des Durchmessers Dr des Tangentenkreises hat.

Die Achse des Ritzels 12 liegt exzentrisch mit Bezug auf die Mittelachse des Hohlrads 10. Wenn das Ritzel 12 sich gegenüber dem Hohlrad 10 dreht, kämmen die Ritzelzähne 16 mit den Zylinderrollen 14. Während jeder Umdrehung des Ritzels kreist das Ritzel sechsmal um die Mittelachse des Hohlrads, was der Anzahl der Zähne des Ritzels 12 entspricht.

Während der Bewegung des Ritzels 12 bilden die Ritzelzähne 16 zusammen mit den Zylinderrollen 14 und der Innenwandung 22 des Hohlrads 10 sich wechselweise vergrößernde und verkleinernde Kammern 24 A bis 24 G. Bei der veranschaulichten Stellung nähert die Kammer 24 B sich ihrem Kleinstvolumen; die Kammern 24C und 24£> werden kleiner; die Kammern 24E, IAF und 24G vergrößern sich. Bei weiterer Drehung des Ritzels 12 in Richtung des Pfeils 26 vergrößert sich die Kammer 2AA.

Wenn die aus Hohlrad und Ritzel bestehende Anordnung als Teil einer Kraftmaschine verwendet wird, sind Mittel vorgesehen, welche die sich vergrößernden Kammern mit einer Arbeitsmediumquelle verbinden, während die sich verkleinernden Kammern an einen Auslaß angeschlossen werden. Wird die Anordnung als Teil einer Arbeitsmaschine eingesetzt, werden die sich vergrößernden Kammern mit einem Arbeitsmediumeinlaß und die sich verkleinernden Kammern mit einem Auslaß in Verbindung gebracht. Geeignete Einrichtungen, über welche die Kammern wechselweise nacheinander in dieser Weise angeschlossen werden, sind bekannt.

Während entsprechend der vorstehenden Beschreibung das Ritzel 12 sich innerhalb des Hohlrads 10 dreht und mit Bezug auf diesen eine Umlaufbewegung ausführt, können wahlweise das Ritzel oder das Hohlrad feststehen. Außerdem kann dafür gesorgt sein, daß das Ritzel oder das Hohlrad nur eine Drehbewegung ausführt, während das andere Bauteil nur eine kreisende Bewegung ausführt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, hat jede der Aussparungen 20 einen Radius von R Einheiten. Die Wandungen der Aussparungen 20 erstrecken sich vorzugsweise über einen Bogen von ungefähr 180°. Dieser kann jedoch auch kleiner oder größer als 180° sein. Die Aussparungen sind mit einem elastischen, porösen Material 28, beispielsweise Eisenmanganphosphat, in einer Dicke von X Einheiten ausgekleidet. Das Material 28 kann über die Wand der Aussparung 20 hinaus bis auf die Innenwandung 22 des Hohlrads 10 reichen. Es ist zweckmäßig- die Dicke X des MateripJs 28 über die Länge der Aussparung hinweg so konstant wie möglich zu halten. Entsprechend einem typischen Ausführungsbeispiel liegt die Dicke X zwischen 0,0025 mm und 0,079 mm, wiüirend der Radius der Aussparung 20 1,27 mm bis 76,2 mm groß ist. Die Dicke des Materials 28 kann relativ klein gehalten werden, weil die Aussparungen 20 leicht hergestellt werden können und für eine hervorragende Schmierung gesorgt wird, die den Verschleiß der Aussparungen wesentlich herabsetzt.

Die Aussparungen 20 haben eine öffnungsweite entsprechend der Sehne A. Der Radius der Zylinderrollen sollte gleich oder größer als R — X und kleiner als R sein. Die Sehne A muß ferner größer als der Durchmesser der Zylinderrolle sein, falls der Bogen

-Ό der Aussparung 20 größer als 180° ist. Normalerweise kann der Bogen der Aussparung 20 zwischen 150° • und 185° liegen. Wenn die Zylinderrolle in der zugehörigen Aussparung sitzt, erfolgt eine Abdichtung an den Stellen 30 und 32. Die Zylinderrolle und die benachbarte Oberfläche 34 des Materials 28 begrenzen zwischen den Stellen 30 und 32 einen abgeschlossenen Raum Y.

Im Betrieb wird Arbeitsmedium in dem porösen Material 28 sowie zwischen der Zylinderrolle und der zylindrischen Oberfläche 34 des Materials 28 eingeschlossen. Übt das Ritzel 12 auf die Rolle eine geringe Kraft aus, hat das in dem Material 28 und dem Raum Y befindliche Arbeitsmedium eine verhältnismäßig niedrige Viskosität, so daß es durch den Ober-

J5 flächenfilm auf der rotierenden Rolle nachgefüllt werden kann. Wenn die auf die Rolle durch das Ritzel ausgeübte Kraft ansteigt, nimmt die Viskosität des in dem Raum Y eingeschlossenen Arbeitsmediums in Abhängigkeit von der ausgeübten Kraft exponentiell

■to zu. Mit steigender Viskosität nehmen auch die Schmiereigenschaften zu; es wird für eine verbesserte Lagerabstützung der Rolle innerhalb der betreffenden Aussparung gesorgt. Die Lebensdauer der Maschine wird verlängert.

« Das Material 28 kann an den Stellen 30 und 32 so weit zusammengequetscht werden, daß es fast zu einem Kontakt zwischen der Rolle und dem Hohlrad 10 kommt. Es ist jedoch zweckmäßig, eine gewisse Menge an Material 28 zwischen der Zylinderrolle und dem Hohlrad zu belassen. Außerdem ist es wesentlich, daß das Material 28 sowohl zusammenquetschbar ist, um eine Bewegung der Zylinderrollen radial nach außen in die betreffenden Aussparungen zu erlauben, als auch porös ist, um Speicherräume für das Arbeitsmedium zu schaffen, das zwischen Zylinderrollen und den Aussparungen 20 eingeschlossen wird. Weil der mittlere Durchmesser des Ritzels mit Bezug auf den Tängentenkreisder Zylinderrollen Übermaß hat, sind die radial nach außen erfolgende Bewegung der Zylinderrollen in die Aussparungen sowie die einwandfreie Abdichtung zwischen den Ritzelzähnen und den Zylinderrollen 14 gewährleistet.

Zu geeigneten elastischen, porösen Materialien gehören Überzüge, die unter Verwendung relativ hoher

f> Feststoff/Flüssigkeits-Verhältnisse aufgesprüht werden oder bei denen eine Teiltrocknung eines Nebels erfolgt, bevor dieser die Oberfläche erreicht. Bei diesen Überzügen bilden Teilchen oder eine Gruppe von

Teilchen eine Oberflächenschicht, die vorzugsweise aus nahezu kugeligen Körpern besteht, welche an der undurchlässigen Wand der Aussparung 20 anhaften. Geeignete Stoffe sind u. a. Molybdändisulfid, Graphit, Lagermetalle, wie Bronze, Zinn, Blei und Weißmetall, sowie unlösliche mineralische Stoffe, wie Eisen-, Titan- ui id Zinnoxide. Der Überzug kann auch in der Weise ausgebildet werden, daß schmelzflüssige Lagermetalltröpfchen bei minimaler Fließtemperatur aufgesprüht werden. Zur Ausbildung des Überzuges kann ferner ein galvanisches Verfahren bei relativ hoher Stromdichte herangezogen werden, das zu einem porösen Auftrag führt. Für den Überzug kommen auch langsam gebildete kristalline Metalloberflächen

in Betracht.

Nach einer gewissen Betriebsdauer kann das Material 28 an den Stellen 30 und 32 eine permanente Verformung erfahren. Eine solche Verformung kann toleriert werden, da zu diesem Zeitpunkt die Zylinderrolle dem Material 28 ihre Form aufgezwungen hat, wodurch die Ausbildung einer Dichtung an den Stellen 30 und 33 gewährleistet ist. Die Dichtungen verzögern das Ausströmen von Arbeitsmedium aus dem Raum Y, wodurch sichergestellt wird, daß die radiale Auswärtsbewegung der Zylinderrolle einen Anstieg des Druckes des Arbeitsmediums im Raum Y und eine entsprechende Erhöhung der Viskosität des Arbeitsmediums zur Folge hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Parallel- und innenachsige Rotationskolbenmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem außenverzahnten Ritzel und einem innenverzahnten Hohlrad, das einen Zahn mehr aufweist als das Ritzel und dessen Zähne in Form von Zylinderrollen ausgebildet sind, die in mit elastischem Material ausgekleideten Aussparungen der Hohlradinnenwandung drehbar gelagert sind und in ihren Aussparungen vom Arbeitsmedium geschmiert werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Zylinderrollen (14) liegen jeweils an zwei Stellen der ausgekleideten Aussparungen (20) an und bilden somit einen abgeschlossenen Raum (Y) für das aufgenommene Arbeitsmedium;

b) ein durch Verbindung aller achsnahen Punkte der Zylinderrollen (14) im unbelasteten Zustand gebildeter Tangentenkreis mit dem Durchmesser Dr liegt immer innerhalb des mittleren Durchmessers DRm des Ritzels (12).

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbereich der Aussparung (20) zwischen 150° und 185° liegt.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material (28) porös ist.

4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als elastisches, poröses Material (28) Eisenmanganphosphat, Molybdändisulfid, Graphit, ein Lagermetall oder ein Metalloxid vorgesehen ist.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des elastischen, porösen Materials (38) im unbelasteten Zustand zwischen 0,0025 und 0,079 mm beträgt.

6. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (20) insgesamt kreiszylindrisch ausgebildet ist.