DE3916858A1 - Innenachsige drehkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine innenachsige Drehkolben­ maschine gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Merkmalen.

Aus der EP-OS 2 90 864 ist eine derartige Drehkolbenmaschine mit einem Außenrotor und einem Innenrotor bekannt, welche in Kämm­ eingriff stehen. Der Außenrotor enthält Eingriffsteile, zwischen welchen n+1 Ausnehmungen vorhanden sind, innerhalb welcher der Innenrotor mit n Eingriffsteilen exzentrisch angeordnet ist. Entsprechend der Drehwinkelstellung von Innenrotor und Außenrotor wird das Volumen von n+1 Arbeitskammern variiert, welche an Ein­ und Auslaßöffnungen, des eine zylindrische Innenfläche auf­ weisenden Gehäuses, vorbeigedreht werden. Eine derartige Dreh­ kolbenmaschine kann insbesondere als Verdichter ausgebildet und zur Aufladung von Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt werden. Wenn zu große Spalte zwischen dem Innenrotor, dem Außenrotor sowie dem Gehäuse vorhanden sind, ergeben sich Verluste und die maximal mögliche Verdichtung kann nicht erreicht werden. Andererseits ergeben sich Leistungsverluste bei einer zu starken Berührung der Rotoren. Daher müssen hohe Anforderungen an die Herstellge­ nauigkeit gestellt werden, wobei ein hoher Aufwand erforderlich wird, um Lagerspiel und Einbautoleranzen möglichst klein zu halten.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die innenachsige Drehkolbenmaschine dahingehend auszubilden, daß einerseits der Herstellungsaufwand verringert werden kann und andererseits Verluste minimiert werden. Die Drehkolbenmaschine soll für die Serienfertigung in hohen Stückzahlen ausgebildet werden, ohne daß extreme Anforderungen hinsichtlich Lagerspiel und Einbautoleranzen erfüllt werden müßten. Die Drehkolben­ maschine soll darüber hinaus eine hohe Funktionssicherheit und lange Lebensdauer aufweisen und sich durch eine geringe Störan­ fälligkeit, kleines Bauvolumen und geringes Gewicht auszeichnen. Zwischen den Rotoren und/oder der Innenfläche des Gehäuses sollen minimale Spalte zuverlässig vorgegeben werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die vorgeschlagene Drehkolbenmaschine gewährleistet bei geringem Fertigungsaufwand eine zuverlässige Abdichtung zwischen Innen­ rotor, Außenrotor sowie dem Gehäuse. Auf den einander zugekehrten Oberflächen des Gehäuses und/oder des Außenrotors und/oder des Innenrotors sind einerseits Bereiche mit einer Beschichtung und andererseits zwischen diesen im wesentlichen freie Bereiche vorhanden. Die derart ausgebildete, insbesondere streifenförmig angeordnete Beschichtung stellt eine Einlaufbeschichtung dar und eine Nacharbeitung der Konturen ist nicht erforderlich. Es erfolgt ein selbstständiges Einschleifen zwischen Innenrotor, Außenrotor und dem Gehäuse. Beim Einlaufen der Maschine und während des Betriebs können in definierter Weise Teile dieser Beschichtung plastisch verformt und in die zwischen den erhabenen beschichteten Bereichen vorhandenen Zwischenräume ohne nachteilige Folgen zuverlässig gedrückt werden und nicht in anderen Bereichen der Maschine sich in nachteiliger Weise ansam­ meln. Die mit einer Beschichtung versehenen bezüglich den ge­ nannten Oberflächen erhabenen Bereiche sind zweckmäßig streifen­ artig angeordnet, doch können ohne weiteres auch rasterartige oder schachbrettförmige Anordnungen mit dazwischenliegenden, im wesentlichen freien Bereichen vorgesehen werden. Nach dem Ein­ laufen der Maschine sind die Zwischenräume zumindest teilweise mit dem von den erhabenen, beschichteten Bereichen weggedrückten und plastisch verformten Material ausgefüllt, so daß auch im Bereich der Zwischenräume minimale Spaltweiten vorhanden sind. Des weiteren wird beim Einsatz der Drehkolbenmaschine zur Auf­ ladung von Brennkraftmaschinen gewährleistet, daß die plastisch verformten Teile der Beschichtung nicht aus der Drehkolben­ maschine herausgefördert und in die Brennkraftmaschine gelangen können. Beim Einlaufen der Maschine erfolgt eine gezielte plastische Verformung der streifenförmig aufgetragenen Beschich­ tung und eine definierte Verschiebung in die genannten Zwischen­ räume. In der Praxis hat es sich als besonders zweckmäßig er­ wiesen, daß nach dem Einfahren der Drehkolbenmaschine eine Überprüfung nicht mehr erforderlich ist und zusätzliche Inspek­ tionen oder Wartungsarbeiten entfallen können.

Auch in den Zwischenräumen ist zweckmäßig die Beschichtung vorhanden, jedoch mit wesentlich geringerer Materialdicke als in den erhabenen Bereichen, die insbesondere als Streifen ausgebil­ det sind. Die Materialdicke der Beschichtung in den erhabenen Bereichen ist derart vorgegeben, daß für die Summe der maximalen Toleranzen und Spiele, genannt seien insbesondere Fertigungs­ toleranzen und Lagerspiele, keine Berührung des Grundmaterials von Innenrotor, Außenrotor und Gehäuse erfolgen kann. Die bereits nach der Fertigung, also vor dem Einlaufen der Maschine, in den Zwischenräumen vorhandene, vergleichsweise dünne Beschichtung ermöglicht es, daß beim Einlaufen das plastisch verformte Material zuverlässig in die Zwischenräume gedrückt wird und haften bleibt. Die erhabenen, beschichteten Bereiche bzw. die Streifen verlaufen mit einer auslaufenden Kontur in die Zwischenräume. Der für die Beschichtung vorgesehene Werkstoff weist eine gute Haftfähigkeit auf dem Grundmaterial von Innen­ rotor, Außenrotor und/oder Gehäuse auf, wobei andererseits eine geringe Abriebsfestigkeit bei Berührung mit zugeordneten Teilen oder Flächen der Drehkolbenmaschine vorhanden ist. Als Werkstoff für die Beschichtung werden zweckmäßig zwei Komponenten vor­ gesehen, und zwar ein Grundwerkstoff mit einem eingelagerten Schmierstoff; genannt seien an dieser Stelle insbesondere eine Metallmatrix mit Graphit oder MoS2 bzw. Zink mit PTFE oder Kunststoff. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der Rotor aus Leichtmetall oder aus Kunststoff gefertigt und insbesondere im Spritzgußverfahren auf eine Stahlwelle aufgegossen. Der Außenrotor und der Innenrotor werden an den mit der Beschichtung aufzutragenden Oberfläche mit Untermaß angefertigt. Nach dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials ist im Rahmen der Erfindung ein Maß vorhanden, welches die gezielte, plastische Verformung zuläßt. Im Falle einer unregelmäßigen Beschichtung kann in zweckmäßiger Weise vor dem Einbau der genannten Rotoren eine Nachbearbeitung durch Kalibrieren durchgeführt werden. Das Aufbringen der Beschichtung erfolgt zweckmäßig durch Flamm- oder Plasmaspritzen oder bei einem Kunststoffmaterial durch Sintern.

Besondere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und ergeben sich ferner aus der Zeichnung und der Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Drehkolbenmaschine in einer Radialebene,

Fig. 2 vergrößert den Innenrotor teilweise in einer Ansicht und teilweise geschnitten,

Fig. 3 schematisch eine Ansicht des Außenrotors,

Fig. 4 eine Vergrößerung des Ausschnitts IV gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt die in einer Radialebene geschnittene Drehkolben­ maschine, welche als Verdichter ausgebildet ist und ein Gehäuse 2 mit einer Einlaßkammer 4 und einer Druckkammer 6 enthält. In einer zylindrischen Bohrung des Verdichtergehäuses 2 mit der Innenfläche 7 ist der Außenrotor 8 um eine zur Zeichenebene senkrechte Längsachse drehbar angeordnet. Der Außenrotor enthält drei Eingriffsteile 10 und zwischen diesen drei Arbeitskammern 12. Exzentrisch zur Drehachse des Außenrotors 8 ist der Innen­ rotor 14 mit zwei diametral einander gegenüberliegenden Ein­ griffsteilen 16 angeordnet. Der Außenrotor 8 und der Innenrotor 14 stehen miteinander in einem zahnflankenartigen Kämmeingriff. Die Außenflächen 18 der Eingriffsteile des Außenrotors 8 und ebenso die Außenfläche 20 des Innenrotors 14 sind mit einer Beschichtung versehen, die nachfolgend erläutert wird. Hingegen weisen weder die Innenfläche 7 des Gehäuses 2 noch die Seiten­ flächen 19 der Eingriffsteile eine Beschichtung auf.

Fig. 2 zeigt in einer seitlichen Ansicht und teilweise ge­ schnitten den Innenrotor 14, welcher in einem Spritzgußverfahren auf eine Stahlwelle 22 aufgegossen worden ist. Auf der Außen­ fläche weist der Innenrotor 14 eine Beschichtung 24 auf. Diese Beschichtung 24 ist in Form von im wesentlichen achsparallelen Streifen 26 auf die Außenfläche des Innenrotors 14, insbesondere durch Flamm- oder Plasma-Spritzen, aufgetragen worden. Zur Ver­ deutlichung sind die einzelnen Streifen 26 der Beschichtung durch gekreuzte Linien hervorgehoben. Zwischen den Streifen 26 der Beschichtung sind Zwischenräume 28 vorhanden. Auch in den Zwischenräumen kann eine Beschichtung vorgesehen sein, jedoch mit einer wesentlich geringeren Schichtdicke als im Bereich der Streifen 26. Die Streifen 26 und die Zwischenräume 28 sind in Umfangsrichtung äquidistant angeordnet, wobei die Streifen 26 und die Zwischenräume 28 im wesentlichen die gleichen Breiten auf­ weisen. Die Streifen 26 und die Zwischenräume 28 verlaufen im wesentlichen parallel zur Achse 30 des Innenrotors 14.

Fig. 3 zeigt eine axiale Ansicht des Außenrotors 8 mit drei Eingriffsteilen 10. Es sei angemerkt, daß die Drehkolbenmaschine ggf. auch eine andere Anzahl von Eingriffsteilen aufweisen kann. Die Eingriffsteile 10 weisen auf ihren Außenflächen 18 jeweils die Beschichtung 24 mit Streifen 26 und Zwischenräumen 28 auf. Mittels dieser Beschichtung 24 an den Außenflächen der Ein­ griffsteile 10 erfolgt ein selbständiges Einschleifen mit mini­ malen Spalten zwischen dem Außenrotor und der zylindrischen Innenwand des Gehäuses. Der Außenrotor 8 weist am Ende der Eingriffsteile 10 einen ringförmigen Teil 32 auf, mit welchem die Eingriffsteile 10 fest, insbesondere einteilig, verbunden sind. Dieser ringförmige Teil weist eine zylindrische Ringfläche 34 auf, in welcher ggf. Kolbenringe oder dergleichen zwecks Ab­ dichtung angeordnet sind. Die Außenflächen der Eingriffsteile 10 liegen, bezogen auf die Ringfläche 34, auf einem kleineren Radius und die Beschichtung 24 bzw. deren Streifen 26 ragen radial nach außen über die Ringfläche 34 zweckmäßig nicht hinaus.

Fig. 4 zeigt vergrößert den Ausschnitt IV gemäß Fig. 3. Die Streifen 26 gehen an ihren Rändern allmählich auslaufend in die Zwischenräume 28 über. Die Breite 36 der Streifen 26 ist im wesentlichen gleichgroß wie die Breite 38 der Zwischenräume 28.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die Be­ schichtung 24 jeweils an den Außenflächen des Innenrotors und des Außenrotors streifenförmig angeordnet ist. Grundsätzlich könnte eine Beschichtung auch an der Innenfläche des Gehäuses und/oder an den inneren Seitenflächen des Außenrotors angeordnet sein. Durch die vorgeschlagene Anordnung der Beschichtung nur an den Außenflächen ergeben sich jedoch nicht unerhebliche Fer­ tigungsvorteile, da das Auftragen an Außenflächen präzise und mit einem geringeren Aufwand durchgeführt werden kann, als an Innenflächen.

Bezugszeichenliste:

 2 Gehäuse
 4 Einlaßkammer
 6 Druckkammer
 7 Innenfläche von 2
 8 Außenrotor
10 Eingriffsteil von 8
12 Arbeitskammer
14 Innenrotor
16 Eingriffsteil von 14
18 Außenfläche von 8
19 Seitenfläche von 10
20 Außenfläche von 14
22 Stahlwelle
24 Beschichtung
26 Streifen
28 Zwischenraum
30 Achse
32 ringförmiger Teil
34 Ringfläche
36 Breite von 26
38 Breite von 28

Claims (9)

1. Innenachsige Drehkolbenmaschine, insbesondere Verdichter, mit einem Gehäuse, in welchem ein Außenrotor und exzentrisch zu diesem ein Innenrotor drehbar gelagert sind, wobei zwischen dem Innenrotor und Eingriffsteilen des Außenrotors sowie dem Gehäuse Arbeitskammern vorhanden sind, deren Volumen in Abhängigkeit der Drehwinkelstellung der genannten Rotoren veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine der einander zugekehrten Oberflächen des Gehäuses (2), des Außenrotors (8) oder des Innenrotors (14) mit einer Beschichtung (24) versehen ist und
daß die Beschichtung (24) aus einem Werkstoff besteht, der eine im Vergleich mit den Werkstoffen des jeweils gegenüberliegenden Außenrotors (8), des Innenrotors (14) oder des Gehäuses (2) eine geringere Abriebsfestigkeit aufweist.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der auf den Oberflächen erhaben angeordneten Be­ schichtung (24) Zwischenräume (28) vorhanden sind, in welche durch plastische Verformung Teile der Beschichtung hineindrückbar sind.

3. Drehkolbenmaschine nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung (24) des Gehäuses (2) und/oder des Außenrotors (8) und/oder des Innenrotors (14) derart vorgegeben ist, daß unter Berücksichtigung der Summe der maximalen Fertigungstoleranzen sowie Spiele, und zwar insbeson­ dere Lagerspiele, keine Berührung des Werkstoffes der unbeschich­ teten, gegenüberliegenden Oberfläche erfolgt.

4. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus wenigstens zwei Komponenten besteht, und zwar bevorzugt einem Grundmaterial mit einem eingelagerten Schmierstoff, insbesondere eine Metallmatrix mit eingelagertem Graphit oder MoS2.

5. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) in Form von Streifen (26) und zwischen diesen vorhandenen Zwischenräumen (28) auf­ gebracht ist.

6. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (26) sowie die Zwischenräume (28) im wesentlichen parallel zur Achse (30) angeordnet sind und/oder in Umfangsrichtung im wesentlichen untereinander die gleiche Breite (36 bzw. 38) aufweisen.

7. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenräumen (28) zumindest teil­ weise eine Beschichtung vorgesehen ist, welche eine wesentlich kleinere Schichtdicke als die der Streifen (26) aufweist.

8. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung nur auf der Außenfläche (20) des oder der Eingriffsteile (10) des Außenrotors (8) und/oder der Außenfläche des Innenrotors (14) angeordnet ist, wobei die zugeordnete Innenfläche (7) des Gehäuses (2) und/oder die Seiten­ flächen (19) der Eingriffsteile (10) keine derartige Beschichtung aufweisen und/oder aus dem Grundmaterial des Gehäuses (2) bzw. der Eingriffsteile (10) bestehen.

9. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Beschichtung (24) versehene Oberfläche mit Untermaß gefertigt ist und nach dem Aufbringen der Beschichtung (24) ein Übermaß aufweist, welches eine gezielte, plastische Verformung der mit der Beschichtung (24) versehenen Bereiche ermöglicht.