DE2739036A1

DE2739036A1 - Dreharbeitsmaschine mit verschiebbaren, insbesondere ausfahrbaren und einziehbaren arbeitselementen

Info

Publication number: DE2739036A1
Application number: DE19772739036
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Idram Engineering Co Est
Current assignee: Idram Engineering Co Est
Priority date: 1976-10-11
Filing date: 1977-08-30
Publication date: 1978-04-13
Also published as: US4118160A; ES461823A2; IT1117896B; GB1565108A; CH611383A5

Description

DR-ING. DIPL.-INS. M. SC. DIPL.-PHVS. DR. DIPL.-PHYS. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTAMWAI-E IN STUTTGART

A 42 423 b Anmelder: Idram Engineering Company Est.

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3. August 1977 9490 Vaduz, Liechtenstein

Beschreibung

Dreharbeitsmaschine mit verschiebbaren, insbesondere ausfahrbaren und einziehbaren Arbeitselementen

Die Erfindung betrifft eine Dreharbeitsmaschine mit verschiebbaren, insbesondere gesteuert ausfahrbaren und einziehbaren Arbeitselementen, insbesondere Vakuumpumpe, volumetrische Pumpe, volumetrischer Kompressor oder Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Rotor mit an diesem verschwenkbar angeordneten Arbeitselementen sowie aus einem Stator, in dessen Innerem der Rotor drehbar angeordnet ist, wobei die Arbeitselemente mit der inneren zylindrischen Statorwand in Wirkverbindung treten, ferner bestehend aus einem einen an der Arbeitselement-Schwenkachse befestigten Hebel umfassenden Steuermechanismus zur Bestimmung der winkelmäßigen Position der Arbeitselemente nach Patent

(Patentanmeldung P 26 26 449.3-13).

Für die gesteuerte Verschiebung von Flügeln relativ zu einer inneren Statorfläche, und für die gesteuerte Verschwenkung dieser Flügel um ihre Schwenkachse sind bereits eine Vielzahl von Lösungen vorgeschlagen worden. So sind Dreharbeitsmaschinen bekannt, deren Steuermechanismus für die Winkelstellung der Schaufeln zentral im Inneren des Rotors angeordnet ist. Ein solcher Steuermechanismus kann mehrere Pleuelstangen aufweisen, die exzentrisch angeordnet sind und die jeweils direkt mit einem Flügel verbunden sind.

Es ist ebenfalls schon eine eine Drehbewegung ausführende Brennkraftmaschine vorgeschlagen worden, die über mittels Zentrifugalkraft oder durch einen Steuermechanismus verschiebbare Arbeits-

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flügel verfügt, wobei der Steuermechanismus Zahnräder oder Getriebesysteme umfaßt, die mit einem Innenzahnrad des Stators im Eingriff sind. Bei einer anderen bekannten, eine Drehbewegung ausführenden Brennkraftmaschine werden die schwenkbar am Rotor montierten Flügel von einem Pleuelstangenmechanismus gesteuert, der so ausgebildet ist, daß der Flügel zur Bildung einer dichten Kammer ständig im Kontakt mit der inneren Oberfläche des Stators steht. Die Steuerung der Flügel erfolgt hier mit Hilfe einer exzentrischen Anordnung, die von einem Ritzel angetrieben wird, welches mit einem zentralen Zahnrad kämmt, das auf die Achse des Stators aufgekeilt ist. Diese Zahnradsysteme sind im Rotorzentrum montiert.

Des weiteren ist es bekannt, am Rotor schwenkbar angeordnete Flügel in ihrer Bewegung ausgehend von einem übertragungssystem zu steuern, welches auf jeder Seite des Rotors Zahnräder umfaßt, die mit den Flügeln verbundene Pleuelstangen antreiben. Die Zahnräder kämmen mit einem auf der Statorachse aufgekeilten Ritzel.

Bei einer weiteren bekannten, eine Drehbewegung ausführenden Maschine erfolgt die Führung der Oszillationsbewegungen der Flügel ausgehend von einer Nut oder Ausnehmung mit eliptischer Form, die in jede seitliche Wandung des Stators eingearbeitet ist. In dieser Nut verschieben sich Kontaktschuhe oder Gleitsteine, die mit den Flügeln verbunden sind.

Schließlich sind bei einer weiteren bekannten Konstruktion die eliptischen Ausnehmungen oder Nuten durch exzentrische Nuten ersetzt, in welchen sich mit den Flügeln formschlüssig verbundene Gleitstücke befinden.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die bisher bekannten, eine Drehbewegung ausführenden Maschinen von kompliziertem und

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kostspieligem Aufbau sind, daß sie eine erhebliche Anzahl von (beweglichen) mechanischen Organen benötigt, mit der Folge,daß sich die Reibung der Maschine erhöht und ensprechenderweise der Wirkungsgrad verringert. Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme besteht darin, daß die Drehgeschwindigkeiten begrenzt sind.

Darüberhinaus handelt es sich bei den tatsächlich gebauten und realisierten Systemen um Flügel oder Schaufeln, die geführt sind, nicht um Kolben.

Bei weiteren bekannten Dreharbeitsmaschinen werden im übrigen die Flügel durch die Zentrifugalkraft nach außen geworfen oder geschleudert, wobei sie sich in die innere Oberfläche des Stators einarbeiten können oder wobei sie sich in ihrer Lagerausnehmung verklemmen können.

Der Patentanmeldung P 26 26 449.3-13 liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteilen zu begegnen und eine Dreharbeitsmaschine zu schaffen, die über eine einfache, störungssichere Steuerung für den Bewegungsablauf der einzelnen Arbeitselemente verfügt und hoher Drehgeschwindigkeiten zuläßt.

Dies wird gemäß dem Vorschlag der Stammanmeldung bei einer Drehmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß mit dem Steuerarm eine Pleuelstange gelenkig verbunden ist, deren anderes Ende mit einer Achse verbunden ist, die mit Bezug auf die Achse des Rotors exzentrisch versetzt angeordnet ist.

Der vorliegenden Anmeldung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den in der Stammanmeldung beschriebenen Steuermechanismus weiter zu verbessern und einen insbesondere für kleinere Maschinen dieser Art geeigneten, sparsameren Steuermechanismus vorzuschlagen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Drehmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß eine Führungsbahn vorgesehen ist, an welcher die Steuerarme unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft anliegen, und daß die Symmetrieachse der Führungsbahn gegenüber der Drehachse des Rotors versetzt ist.

Im Falle des Hauptpatentes beschreibt das Gelenk zwischen Steuerarm und Pleuelstange einen Kreis um die exzentrische Achse, an welcher das andere Ende der Pleuelstange angelenkt ist. Man erhält damit eine kinematisch bestimmte Ortskurve.

Bei der vorliegenden Erfindung beschreibt der Anlagepunkt der Steuerarme auch einen Kreis um die exzentrische Achse. Diese Kurve wird jedoch durch die Führungsbahn, die Zentrifugalkräfte und die gegenseitige kinematische Anordnung von Führungsbahn, Rotorachse und Statorachse bestimmt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Drehachse des Rotors gegenüber der Symmetrieachse des Stators versetzt ist und daß die Führungsbahn konzentrisch zum Stator angeordnet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsform in der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

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Figur 1 einen Axialschnitt durch eine Dreharbeitsinaschine längs Linie A-A in Figur 2;

Figur 2 eine Schnittansicht längs Linie B-E in Figur 1;

Figur 3 eine Schnittansicht längs Linie C-C in Figur 1 und

Figur 4 in perspektivischer, auseinandergezogener Darstellung die Dreharbeitsnaschine der Figuren 1,2 und 3.

Die in der Zeichnung dargestellte Umlauf- oder Drehsvsteminaschine, die im folgenden lediglich noch als Arbeitsmaschine bezeichnet wird, umfaßt einen Rotor 1o sowie einen Stator 13, in dessen Innerem sich der Rotor 1o dreht. Der Rotor 1o verfügt über einziehbare bzw. zurückziehbare, auf jeden Fall bewegbare Flügel oder Schaufeln 11, die schwenkbar an Achsen 12, 12' gelagert sind. Der Rotor 1o ist an seinem einen Ende mit einer Witnahnewelle 14 (Antriebs- oder Antriebswelle) versehen und an dieser gelagert; dabei ist die geometrische Achse dieser VJelle gegenüber der Achse des Stators 13 versetzt und daher exzentrisch angeordnet. Am anderen Ende des Rotors 1o befindet sich ein Lagerelement 22, welches an einem am Stator 13 befestigten Deckel 16 angeordnet ist. Die Exzentrizität zwischen Rotor- und Statorachse ist in den Figuren 1 und 2 durch den Abstand c angegeben, der die beiden geometrischen Achsen trennt.

Der Stator weist zwei seitliche Deckel 15 und 16 auf. Der Deckel 15 verfügt über ein Lager 17 für die Welle 14 des Rotors 1o, und in ähnlicher Weise nimmt der Deckel 16 ein Lager 17' für das formschlüssig mit dem Rotor 1o verbundene Lagerelement 22 auf.

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Zusätzlich ist am Deckel 16 eine Führungsbahn 18* angeordnet, die der Steuerung der Winkelposition der Flügel 11 dient.

Ein weiterer Deckel 16* umschließt den Steuermechanismus für die Winkelposition der Flügel 11, die diese um ihre Achse 12, 12' einnehmen. Die Achsen 12, 12' verlaufen parallel zur Hauptwelle 14 des Rotors 1O, wobei die Achse 12* länger ist als die Achse 12.

Der Deckel 16* kann derart ausgebildet sein, daß er Steuerarme 24 in Position hält, wenn die Arbeitsmaschine nicht in Betrieb ist.

Eine kreisförmige Platte oder ein Lagerelement 21 weist ein Lager 19 für die Achsen 12 der Flügel auf. Am anderen Endbereich des Rotors 10 sind die Achsen 12' der Flügel in Lagern 20 gehalten, die im Lagerelement 22 angeordnet sind. Dieses Lagerelement 22 ist drehbar im Lager 17* des formschlüssig mit dem Stator verbundenen Deckels 16 gelagert.

Die Deckel 15 und 16 sind mit dem Stator 13 über Befestigungsstäbe 23 formschlüssig verbunden. Die Befestigungsstäbe 23 halten außerdem den Deckel 16'.

Die Lagerelemente 21 und 22 sind mit dem Rotor 10 über die Mitnahmewelle 14 verbunden, die an ihren Enden ein Gewinde trägt und in das Lagerelement 22 eingeschraubt ist.

Der Steuermechanismus für die rückziehbaren Flügel 11 weist für jeden Flügel einen Steuerarm 24 auf, der an seinem freien Ende an der Achse 12' befestigt ist. In dem in Figur 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Achse 12' dazu ein konisches Einsteckende auf.

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Der Darstellung der Figur 2 läßt sich das Anwendungsbeispiel der Arbeitsmaschine als Kompressor entnehmen; hierbei verfügt der Stator 13 über eine Ansaugöffnung 26 und eine Auslaßöffnung 27. Diese Öffnungen erstrecken sich über die gesamte innere Wandlänge des Stators 13, die von den Flügeln 11 überstrichen wird. Der Arbeitsablauf einer solchen Rotationsmaschine ist dann wie folgt:

Durch die Mitnahmewelle 14/ die an einen nicht dargestellten Motor angekoppelt sein kann, wird der Rotor 10 in Richtung des Pfeiles F in Drehung versetzt. Diese Drehbewegung wird auch dem Flügel 11 mitgeteilt, deren Achsen 12' die Steuerarme 24 mitnehmen. Diese werden aufgrund der Zentrifugalkräfte derart gegen die Führungsbahn 18 gedrückt, daß das Ende jedes Flügels 11 sich tangential an die zylindrische Innenfläche des Stators 13 anlegt, so lange der Rotor 10 gedreht wird.

Zur Erzielung einer besseren Dichtigkeit können Abstreifelemente verwendet werden. Die Zahl der Flügel kann beliebig gewählt werden.

Ein Vorteil einer Arbeitsmaschine der beschriebenen Art ist darin zu sehen, daß die Flügel nicht mehr am Stator und an den Seitenwänden reiben und trotzdem eine gute Abdichtung der von den Flügeln abgeteilten Volumina gegeben ist.

Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Konstruktion. Weiterhin kann auf jede Zwangsschmierung mit öl oder Wasser in der Arbeitskammer verzichtet werden. Der Steuermechanismus ist außerdem von der Arbeitskammer vollständig abgetrennt, so daß man den Steuermechanismus getrennt schmieren kann. Die beschriebenen Maschinen ermöglichen so sehr hohe Drehgeschwindig-

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kelten und einen außerordentlich stark erhöhten Gesamtwirkungsgrad. Außerdem sind ihr Gewicht und ihre Abmessungen bei gleichen Durchflußleistungen und gleichen Drücken geringer als bei bekannten Maschinen.

Für die Herstellung der Einzelteile der beschriebenen Arbeitsmaschine können unterschiedliche Materialien verwendet werden, insbesondere Kunststoffe wie Polytetrachloräthylen oder glasfaserverstärktes Epoxydharz, so daß in vorteilhafter Weise auf eine Schmierung der beweglichen Organe und Drehelemente verzichtet werden kann; auch lassen sich auf diese Weise die Herstellungskosten senken. Insgesamt erzielt man bei Verwendung der beschriebenen Arbeitsmaschine eine erhebliche Energieeinsparung. Selbstverständlich können auch jegliche Metalle bei der Herstellung der Maschinen verwendet werden, beispielsweise Aluminium oder sonstige Leichtmetalle.

Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine kann zur Erzeugung eines Unterdruckes oder eines Überdruckes verwendet werden, also als Vakuumpumpe oder als Druckpumpe oder Kompressor. Es ergeben sich Verwendungsmöglichkeiten zur Erzeugung von volumetrisch festen oder variablen Mengen, je nach Art und Beschaffenheit des zu transportierenden Mediums.

Aufgrund der nur geringen Abmessungen kann die beschriebene Arbeitsmaschine mit Vorteil als Pumpe gegen Umweltverschmutzung bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Weiterhin läßt sich die Maschine verwenden als Kompressor für Klimaanlagen, allgemein und bei Kraftfahrzeugen im besonderen, als Pumpe für jede beliebige Installationsart zur Transformation oder Umwandlung von Energie in beliebige andere Formen, als Drehmotor zur Arbeit mit komprimierter Luft zur Verwendung bei pneumatischen Werkzeugen, als Pumpe oder als Vakuumpumpe, im Bereich der chemischen oder

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Nahrungsmittelindustrie oder auf dem medizinischen Gebiet, wo bekanntermaßen mit korrosiven Stoffen gerechnet werden muß.

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Claims

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Patentansprüche

Dreharbeitsmaschine mit verschiebbaren, insbesondere gesteuert ausfahrbaren und einziehbaren Arbeitselementen, insbesondere Vakuumpumpe, volumetrische Pumpe, volumetrischer Kompressor oder Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Rotor mit an diesem verschwenkbar angeordneten Arbeitselementen sowie aus einem Stator, in dessen Innerem der Rotor drehbar angeordnet ist, wobei die Arbeitselemente mit der inneren zylindrischen Statorwand in Wirkverbindung treten, ferner bestehend aus einem einen an der Arbeitselement-Schwenkachse befestigten Steuerarm umfassenden Steuermechanismus zur Bestimmung der winkelmäßigen Position der Arbeitselemente gemäß Patent (Patentanmeldung P 26 26 449.3-13), dadurch gekennzeichnet , daß eine Führungsbahn (18¹) vorgesehen ist, an welcher die Steuerarme (24) unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft' anliegen und daß die Symmetrieachse der Führungsbahn (18¹) gegenüber der Drehachse des Rotors (10) versetzt ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermechanismus mit Bezug auf den Rotor (10) seitlich in einem Raum angeordnet ist, der von einem seitlichen Deckelteil (16) des Stators (13) auf der anderen Seite des Rotors (10) gebildet ist.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Rotors (10) gegenüber der Symmetrieachse des Stators (13) versetzt ist und daß die Führungsbahn (18¹) konzentrisch zum Stator (13) angeordnet ist.

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