DE3206286C2 - Rotationskolbenmaschine der schrägachsigen Bauart - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kugelkolben-Vorrichtung für Kraft-/Arbeitsmaschinen mit Kammern begrenzenden, zueinander eine taumelnde Relativbewegung vollführenden Elementen, von denen das eine als Gehäusekonstruktion, das andere als Kolben ausgebildet ist. Die aneinander sich verschiebenden Paßflächen der Gehäusekonstruktion und des Kolbens sind als Kugelflächen ausgestaltet. Der Innenraum des Gehäuses wird von Schaufeln, deren Mittelebene die Gehäuseachse enthält, in Kammern unterteilt. Die Schaufeln sind in Aussparungen an der Kolbenscheibe eingesetzt, wobei zwischen diesen beiden Elementen die Bewegungsausgleich-Einheiten die abdichtende mechanische Verbindung sichern. Die Bewegungsausgleich-Einheiten sind gabelartig ausgestaltet, wobei die Gabelschenkel die Schaufel umfassen und verdrehbar in den Aussparungen an der Kolbenscheibe gelagert sind. Die Ausgestaltung der Bewegungsausgleich-Einheit ist je nach der Anzahl der Schaufeln verschieden. Bei mehr als zwei Schaufeln verdreht sich die Achse der die Schaufeln umfassenden Drehgabel - durch Verdrehung in der Bewegungsausgleich-Einheit - in einer Ebene senkrecht zur Achse der Kolbenscheibe. Dadurch ändert sich jeweils der Winkelwert des von den Achsen zweier benachbarter Drehgabeln eingeschlossenen Winkels, und der Kolben vollführt eine "taumelnde" Bewegung.

Description

Gerade und die Seitenflächen sind ebene Flächen.

In der Kolbenscheibe 16 sind Schlitze 19 zur Aufnahme der Trennwände 5 vorgesehen. In diesen sind radiale Sitze 20 für Bewegungsausgleich-Einheiten 21 ausgebildet Die geometrische Achse der als Rotationsflächen ausgebildeten radialen Sitze 20 verläuft durch den Mittelpunkt C Die Bewegungsausgleich-Einhek 21 besteht aus einer Ausgleichsgabel 36 und einer Drehgabel 22. Die inneren Seitenflächen 25 und die innere Stegfläjhe 26 der GabeJschenkel 23 der Drehgabel 22 umgreifen abdichtend die Seitenflächen 11 der Trennwand 5. Die Stegfläche 26 ist abdichtend an den Innenrand 12 der Trennwand 5 angepaßt Die inneren Seitenflächen 25 und die Seitenflächen 11, sowie die Stegfläche 26 und der Inrienrand 12 sind jeweils Flächenpaare mit komplementärer Geometrie. Die äußeren Stirnflächen 27 der Gabelschenkel 23 der Drehgabel 22 sind Kugelsegmentflädien mit dem Mittelpunkt C, welche abdichtend an der Innenumfangsfläche 7 des Gehäuses 4 awliegen. Die Drehgabel 22 paßt mit der zylindrischen Mantelfläche 24 ihrer Gabelschenkel 23 abdichtend drehbar in einen radialen Sitz, der mit seiner Achse U durch den Kugelmittelpunkt C verläuft und in dem Gabelschlitz 38 der Ausgleichsgabel 36 exzentrisch zu deren Achse ausgebildet ist Die innere Stegfläche 39 des Gabelschlitzes 38 ist eine an den Innenrand 12 der Trennwand 5 abdichtend angepaßte Kugelsegmentfläche mit dem Kugelmittelpunkt C. Die als Rotationsfläche ausgebildete Mantelfläche 41 der Gabelschenkel 40 der Ausgleichsgabel 36 paßt in den radialen Sitz 20 der Kolbenscheibe 16. Die Achse der Mantelfläche 41 der Gabelschenkel 40 fällt mit der Achse h des radialen Sitzes 20 zusammen und verläuft durch den Kugelmittelpunkt C. Die äußere Stirnfläche 42 der Gabelschenkel 40 der Ausgleichsgabeln 36 ist eine Kugelsegmentfläche mit dem Kugelmittelpunkt C, die abdichtend an der Innenmantelfläche 7 des Gehäuses 4 anliegt.

In diesem Ausführungsbeispiel sind im Gehäuse 4 vier um 90° gegeneinander versetzte Trennwände 5 vorhanden, so daß der durch die Kolbenscheibe 16 in zwei Teile geteilte Innenraum 6 in acht Kammern 28 unterteilt ist. Während des Betriebs gleiten bzw. rollen die Seitenflächen 18 der Kolbenscheibe 16 abdichtend an den Innenseitenflächen 9 des Gehäuses 4 ab. In diesem Beispiel berühren sich die Seitenflächenpaare 9 und 18. Jede der Kammern 28 hat mindestens zwei als Durchbrüche ausgebildete Durchtrittsöffnungen 29 für die Arbeitsmediumzufuhr an der Seitenwand 8 des Gehäuses 4 in der Nähe der Trennwände 5. Die Durchtrittsöffnungen 29 stehen — in der Zeichnung nicht dargestellt — mit Zufuhr- und Ableitungskanälen sowie mit Steuerorganen in Verbindung, welch letztere in einfachster Ausführung als Schnarchklappen ausgestaltet sind.

Am Gehäuse 4 ist eine sowohl zur Kraft- als auch zur Bewegungsübertragung geeignete Einheit angebracht, welche hier als Zahnkranz 30 ausgestaltet ist Die Außenmantelfläche 31 und die Außenseitenflächen 32 des Gehäuses 4 sind Rotationsflächen; ihre Achse ist ebenfalls tu Somit ist diese Vorrichtung dazu geeignet, als Rotor in einen Maschinenkörper eingebaut zu werden, welche mit den an die Durchtrittsöffnungen 29 angeschlossenen nicht eingezeichneten Kanälen und Steuerelementen zur Arbeitsmediumzufuhr ausgestattet ist.

Die Kolbennabe 13 ist mit einem Wellenzapfen 33 versehen, der als ein Kraft- und Bewegungsübertragungsorgan auf eine Schrägbohrungswelle 34 einwirkt, in welcher die Achse einer den Wellenzapfen 33 aufnehmenden Bohrung 35 mit der Drehachse fi der Schrägbohrungswelle 34 einen Winkel ac einschließt

Im Betrieb kann die Rotationskolbenmaschine gemäß F i g. 1 und 2 als Pumpe betrieben werden. In diesem Falle ist das Gehäuse 4 über den Zahnkranz 30 gegen eine Verdrehung fixiert Die Schrägbohrungswelle 34 führt beim Rotieren um ihre Drehachse fi den in ihrer Bohrung 35 gelagerten Wellenzapfen 33 im Kreis, dessen Drehachse ί 2 — die Achse des Kolbens 3 — entlang einer Kegelfläche mit dem halben Kegelwinkel α rotiert Dabei führt der Kolben 3 eine taumelnde Bewegung um den Kugelmittelpunkt C aus, während die in dem radialen Sitz 20 angeordnete Ausgleichsgabel 36 um einen Winkel von ±a relativ zur Kolbenscheibe 16 gedreht wird und, da die Anzahl der in gleicher Verteilung eingesetzten Trennwände 5 vier beträgt, werden bei der taumelnden Drehbewegung der Kolbenscheibe 16 nicht nur die Ausgleichsgabeln 36, sondern auch die Drehgabeln 22 relativ zur Kolbenscheibe 16 und zueinander um ihre eigene Achse gedreht, wodurch der von den Achsen U der beiden benachbarten Drehgabeln 22 eingeschlossene Winkel sich ändert Andererseits werden die Drehgabeln 22 um einen Winkel von ± χ um den Kugelmittelpunkt C in der Ebene der zugeordneten Trennwand 5 geschwenkt Die Seitenflächen 18 der KoI-benscheibe 16 stehen immer entlang je einer Erzeugenden mit einer Erzeugenden der Innenseitenflächen 9 in Berührung, wobei die Flächen aneinander abrollen. Während der taumelnden Bewegung der Kolbenscheibe 16 ändert sich das Volumen jeder einzelnen Kammer 28 von Null bis zum Höchstwert. Solange das Volumen der Kammer 28 zunimmt, wird über die entsprechende Durchtrittsöffnung 29 Arbeitsmedium angesaugt; danach nimmt das Volumen der Kammer 28 wieder ab, und das Arbeitsmedium strömt über die entsprechende Durchtrittsöffnung 29 aus der Kammer 28 heraus.

Auch die rotierende Arbeitsweise kann bei diesem Ausführungsbeispiel verwirklicht werden, da die Außenmantelfläche 31 des Gehäuses 4 und die Außenseitenflächen 32 Rotationsflächen sind. Somit kann das Gehäuse 4 als Rotor in ein Statorgehäuse eingebaut werden und über seinen Zahnkranz 30 einen Abtriebsmechanismus antreiben. Die nicht dargestellten Arbeitsmedium-Zufuhrkanäle des Statorgehäuses verrichten mit den in Drehung befindlichen Durchtrittsöffnungen 29 die Steuerung der Strömung des Arbeitsmediums. Beim Rotieren des Gehäuses 4 wird die taumelnde Bewegung der Kolbenscheibe 16 erreicht, wenn die Schrägbohrungswelle 34 gegen Drehung fixiert wird, da dann der Wellenzapfen 33 bzw. der Kolben 3 bei der Drehung des so Gehäuses 4 um die eigene Rotationsachse ti rotieren.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 und Fig.4 besteht der Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel darin, daß die Bewegungsausgleich-Einheit 21 anders ausgeführt ist. Die Bewegungsausgleich-Einheit 21 enthält aber auch hier eine Drehgabel 22. Die inneren Seitenflächen 25 und die innere Stegfläche 26 der Gabelschenkel 23 der Drehgabel 22 umfassen abdichtend die Seitenflächen 11 und den Innenrand 12 der Trennwand 5. Die Seitenflächen 25 und die Seitenflächen 11, sowie die Stegfläche 26 und der Innenrand 12 sind jeweils komplementäre Flächenpaare. Die äußeren Stirnflächen 27 der Gabelschenkel 23 der Drehgabel 22 sind Kugelsegmentflächen mit dem Mittelpunkt C, die abdichtend an der Innenumfangsfläche 7 des Gehäuses 4 liegen. Die Dri;hgabel 22 paßt mit der Außenfläche 24 der Gabelschenkel 23 — abdichtend und eine Verdrehung gestattend — in einen Rotationsflächensitz 44 einer AusgleichsKabel 43,

deren Achse f3 radial durch den Kugelmittelpunkt C, normal zur Achse r₂ des Kolbens 3 verläuft. Die äußeren Stirnflächen 46 der Gabelschenkel 45 der Ausgleichsgabel 43 sind Kugelsegmentflächen mit dem Kugelmittelpunkt C, die abdichtend an der Innenumfangsfläche 7 des Gehäuses 4 anliegen. An den Gabelschenkeln 45 sind Führungsrippen 47 ausgebildet, die in Nuten 48 im radialen Sitz 20 an der Kolbenscheibe 16 eingreifen. Die Seitenflächen 49 der Nuten 48 sind in diesem Falle ebene Flächen, an welchen identisch ausgebildete Seitenflächen 50 der Führungsrippen 47 abdichtend anliegen. Die Ausgleichsgabel 43 kann in beschränktem Ausmaß um die Achse t₂ der Kolbenscheibe 16 in dem radialen Sitz 20 schwenken. Dieses Schwenken wird von Anschlagflächen 51 des radialen Sitzes 20 und Außenstirnflächen 52 der Ausgleichsgabel 43 begrenzt.

Diese Vorrichtung arbeitet ähnlich wie die im ersten Ausführungsbeispiel. Ein Unterschied liegt nur in der Arbeitsweise der Bewegungsausgleich-Einheit 21 vor. Auch bei dieser Ausführungsform ist sichergestellt, daß sich der von der Achse tz zweier benachbarter Drehgabeln 22 während der taumelnden Relativbewegung der Kolbenscheibe 16 eingeschlossene Winkel ändert, da die beiden benachbarten Ausgleichsgabeln 43, in denen die Drehgabeln 22 gelagert sind, bei ihrer Drehung um die Achse f2 in einer auf die Achse fc des Kolbens 3 normalen Ebene sich einander nähern bzw. sich voneinander entfernen. Somit gleiten die Führungsrippen 4? der Gabelschenkel 45 der Ausgleichsgabel 43 in tangentialer Richtung in den Nuten 48 des radialen Sitzes 20 der Kolbenscheibe 16.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

1 2 Gehäuses abwälzende Kolbenscheibe über die Drehga- Patentansprüche: bein gleitend geführt ist Beim Vorhandensein von mehr als zwei gehäusefesten Trennwänden jedoch ist eine

1. Rotationskolbenmaschine der schrägachsigen zusätzliche Schwenkbewegung der Drehgabeln in UmBauart, mit einem Gehäuse, dessen Gehäuseinnen- 5 fangsrichtung der Kolbenscheibe erforderlich.

raum von einer hohlsphärischen Umfangsfläche um- Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine

grenzt und von beidseitig derselben an den Seiten- Rotationskolbenmaschine der im Oberbegriff des Anwänden des Gehäuses ausgebildeten Seitenflächen Spruchs 1 angegebenen Art derart auszubilden, daß in Form von Rotationsflächen begrenzt ist, die zur beim Vorhandensein von mehr als zwei Trennwänden Gehäuseachse und zu der Umfangsfläche koaxial io die Abdichtung zwischen der Kolbenscheibe und den verlaufen, einer Kolbenscheibe, die um eine schräg diese durchsetzenden Trennwänden gewährleistet ist
zur Gehäuseachse verlaufende Achse drehbar gela- Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale

gert ist und mit ihrem sphärisch ausgebildeten Schei- aus dem kennzeichnenden Teil des Ansprachst erbenrand abdichtend gleitend an der hohlsphärischen reicht Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Umfangsfläche des Gehäuseinnenraums anliegt und 15 aus den Ansprüchen 2 und 3 ersichtlich,
eine mit ihr fest verbundene kugelförmige Nabe auf- Die Ernndung wird anhand von zwei Ausführungsbei-

weist, welche in einem von den Seitenwänden des spielen gemäß der Zeichnungen erläutert In der Zeich-Gehäuses ausgebildeten hohlsphärischen Sitz gela- nung zeigt

gert ist, und einer Mehrzahl von radial zur Gehäuse- F i g. 1 das erste Ausführungsbeispiel der Rotationsachse verlaufenden, die KoJbenscheibe durchsetzen- 20 kolbenmaschine gemäß der Erfindung im Achsenschnitt, den gehäusefesten Trennwänden, von denen der Ge- Fig. 2 eine isometrische (axonometrische) Darstel-

häuseinnenraum in Kammern unterteilt ist und die lung der Konstruktionselemente der Maschine nach jeweils von einer Drehgabel abdichtend gleitend Fig. 1,

umgriffen werden, welche in der Kolbenscheibe Fig.3 das zweite Ausführungsbeispiel der erfin-

drehbar gelagert ist, wobei der Innenrand der 25 dungsgemäßen Maschine im Achsenschnitt und
Trennwände hohlsphärisch ausgebildet ist und ab- F i g. 4 eine isometrische Darstellung der Konstruk-

dichtend gleitend auf der kugelförmigen Nabe und tionselemente der Maschine nach F i g. 3.
dem sphärisch ausgebildeten Steg der zugeordneten Das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1—2

Drehgabel aufliegen, deren sphärisch ausgebildete weist die als Arbeitsmaschine wirkende Rotationskoläußere Stirnfläche abdichtend gleitend an der hohl- 30 benmaschine 1, eine Gehäusekonstruktion 2 und einen sphärischen Umfangsfläche des Gehäuseinnenraums Kolben 2 auf, die zueinander eine relative taumelnde anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung vollziehen. Die Gehäusekonstruktion 2 be-Drehgabeln (22) jeweils in einer in einem radialen steht aus einem Gehäuse 4 und den in diesem befestig-Sitz (20) der Kolbenscheibe (16) abdichtend beweg- ten Trennwänden 5. Der Innenraum 6 des Gehäuses 4 lieh geführten Ausgleichsgabel (36,43) drehbar und 35 wird von einer hohlsphärischen Umfangsfläche 7 und gegeneinander schwenkbar gelagert sind, wobei die den Seitenflächen 9 der Seitenwände 8 begrenzt. Der Ausgleichsgabeln (36, 43) mit sphärisch ausgebilde- Mittelpunkt C der hohlsphärischen Umfangsfläche 7 ten äußeren Stirnflächen (42,46) abdichtend gleitend und eine Achse u bilden zugleich auch den Mittelpunkt an der hohlsphärischen Umfangsfläche (7) des Ge- und die Achse des Gehäuses 4. Die Innenseitenflächen 9 häuseinnenraums (6) anliegen. 40 sind durch Rotieren der Erzeugenden um die Achse h

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, da- entstandene Rotationsflächen, in diesem Beispiel Kegeldurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgabeln (36) flächen. Die Erzeugende kann eine beliebig gekrümmte um Achsen (t₃) und die Drehgabeln (22) um in den Linie sein unter der Bedingung, daß sie jenen Kreisbo-Ausgleichsgabeln (36) exzentrisch angeordnete Ach- gen, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt Cdes Gesen (ti) drehbar sind, wobei die Achse (£4) der Dreh- 45 häuses 4 übereinstimmt, nur in einem einzigen Punkt gabel (22) und die Achse (ti) der zugeordneten Aus- tangiert oder schneidet. Die Trennwände 5 sind abdichgleichsgabel (36) einander im Kugelmittelpunkt (C) tend an die Umfangsfläche 7 und die Seitenflächen 9 der hohlsphärischen Umfangsfläche (7) des Gehäu- angepaßt; sie sind radial angeordnet und in Nuten 10 seinnenraums (6) schneiden. des Gehäuses 4 befestigt Die Seitenflächen 11 der

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch l.da- 50 Trennwände 5 sind Rotationsflächen mit einer Achse durch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgabeln (43) normal zu der Achse des Gehäuses 4 und der Mittelebesenkrecht zur Achse (k) der Kolbenscheibe (16) ver- ne der Trennwände 5, und sind in diesem Beispiel ebene laufende Führungsrippen (47) aufweisen, die in züge- Flächen. Der Innenrand 12 der Trennwände 5 ist hohlordneten Führungsnuten (48) des Sitzes (20) der sphärisch und liegt abdichtend gleitend an der Kugelflä-Ausgleichsgabel (43) mit Spiel in Umfangsrichtung 55 ehe 14 der kugelförmigen Nabe 13 des Kolbens 3 an. Die der Kolbenscheibe (16) geführt sind. Kugelfläche 14 der Nabe 13 liegt abdichtend in einem in

den Seitenwänden 8 des Gehäuses 4 ausgebildeten hohl-

sphärischen Sitz 15 an, dessen Mittelpunkt und Achse

identisch mit dem Mittelpunkt C des Gehäuses 4 und 60 der Achse fi ist. Der Kolben 3 ist mit seiner Nabe 13

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine einstückig und ist als Kolbenscheibe 16 ausgebildet, deder schrägachsigen Bauart gemäß dem Oberbegriff des ren äußerer Scheibenrand 17 sphärisch mit dem Mittel-Anspruchs 1. punkt Cist und abdichtend an der Innenumfangsfläche 7

Eine derartige Rotationskolbenmaschine ist aus der des Gehäuses 4 anliegt. Die Seitenflächen 18 der KoI-DE-PS 6 26 506 bekannt. Dort sind sechs den Gehäuse- 65 benscheibe 16 sind Rotationsflächen mit gleicher Achse, innenraum in Kammern unterteilende, die Kolbenschei- wie die Achse Ϊ2 des Kolbens 3, und haben eine gemein- _

be gleitend durchsetzende Trennwände vorgesehen, an same Erzeugende mit den inneren Seitenflächen 9 des I

denen die taumelnde sich an den Innenseitenflächen des Gehäuses

4. In diesem Falle ist die Erzeugende eine |