DE4242449A1 - Taumelscheibenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Taumelscheibenmaschine mit einem hohlkugelförmigen Arbeitsraum, der durch eine Trennwand in mindestens eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite ge­ teilt ist, in welche das Arbeitsmedium durch ein Leitungssystem zuführbar ist, wobei die Trennwand bis zu einem Kolbenträger reicht und mit einer plattenförmigen Dichtleiste zusammenar­ beitet, mit einem kreisringförmigen dem Durchmesser des Arbeitsraumes angepaßten Kolben, der durch eine gelagerte Welle mit dem Außenraum verbunden ist, die eine Taumelbewegung des Kolbens bewirkt, welcher Kolben mindestens einen radialen sich vom Umfang bis ungefähr zu einem Kolbenträger erstreckenden Kolbenschlitz aufweist, in welchem ein Führungszapfen eingesetzt ist, der mit der Trennwand zusammenarbeitet, und welcher Kolben sich nach außen zum Umfang hin verjüngt, wobei die Stirnflächen des Kolbens mit gegenüberliegenden und senkrecht zur Drehachse der Welle verlaufenden den Arbeitsraum seitlich begrenzenden Seitenflächen in Berührung sind.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Taumelscheiben-Ar­ beitsmaschinen zur Förderung von flüssigen und gasförmigen Medien als Untergruppe des Gebiets der Arbeitsmaschinen, ins­ besondere Taumelscheibenpumpen und Taumelscheibenverdichter.

Stand der Technik

Eine solche Taumelscheiben-Arbeitsmaschine ist bekanntge­ worden aus der deutschen Patentschrift DE 35 42 648 C2. Die dort offenbarte Lehre betrifft eine Taumelscheibenmaschine mit einem kreisringförmigen Kolben, der in einen hohlkugel­ förmigen Arbeitsraum angeordnet ist. Der Kolben ist in einem Kolbenträger gehalten und wird von einer Antriebswelle in eine taumelnde Bewegung versetzt, wobei der von der Welle un­ mittelbar beaufschlagte Kolbenträgers in formschlüssigem Ein­ griff mit dem Kolben steht und diesem die Taumelbewegung auf­ prägt. Dabei arbeiten die beiderseits des Kolbens befindli­ chen Teilarbeitsräume, die durch eine mit dem Kolben in Ein­ griff befindliche Trennwand gebildet sind, abhängig von der Drehrichtung der den Kolbenträger antreibenden Antriebswelle als Hochdruck- und als Niederdruckraum, in welche das jewei­ lige Medium zu- und abgeführt wird.

Für hochviskose Medien, z. B. Zuckermelasse oder Schweröl, ist die Dichtheit hierbei ausreichend und nur mäßige Reibung gewährleistet. Bei niedrigviskosen Medien hingegen können Undichtigkeiten und verstärkter Verschleiß infolge unvermeid­ barer Reibung zwischen der Kolbenführung und der Trennwand auftreten.

Die Kolbenführung besteht hierbei aus einem in einem in den Kolben eingelassenen Radialschlitz eingesetzten Führungszap­ fen, welcher in seiner Grundform als kreiszylindrische Säule ausgebildet ist mit einem der Wanddicke der Trennwand ent­ sprechenden Schlitz, in welchen die Trennwand eingreift. Ent­ sprechend der durch den von der Antriebswelle in Rotation versetzten Kolbenträger erzeugten Taumelbewegung des Kolbens gleitet der Führungszapfen an der Trennwand entlang.

Eine in solchen Fällen häufig ergriffene Maßnahme zur Behe­ bung dieses Nachteils, nämlich an der bekannten Maschine die Maßtoleranzen, insbesondere der relativ zueinander bewegten Teile, zu verringern, z. B. die Breite des Schlitzes im Füh­ rungszapfen, hat sich als nicht praktikabel erwiesen. Eine Verringerung der Maßtoleranzen kann vielmehr zu erhöhtem Ver­ schleiß oder-gar zum Versagen der Maschine führen, zum Bei­ spiel durch Verschweißen infolge zu großer Reibung, und scheidet daher aus.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Er­ findung, eine Taumelscheibenmaschine der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, daß die Reibung zwischen relativ zueinander bewegten Teilen vermindert ist, um die aufgezeig­ ten Nachteile zu vermeiden und ohne daß die Abdichtung beein­ trächtigt ist, und so ein störungsfreier Betrieb mit allen Fluiden ermöglicht ist. Insbesondere soll die Möglichkeit ge­ schaffen werden, die Taumelscheibenmaschine auch mit hoher Drehzahl zu betreiben.

Beschreibung der Erfindung

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, daß der Kolben einen in seinen Radialschlitz drehbeweglich eingesetzten kreiszylindrischen Führungszapfen aufweist, der in einer in der Trennwand angeordneten Führungsnut geführt ist, welcher Radialschlitz mit abgewinkelten Seitenflanken versehen ist, deren Öffnungswinkel an den Schwenkhub des Kol­ bens angepaßt ist und daß der Führungszapfen mit einem in dem Kolbenträger angeordneten Dichtungselement zusammenarbeitet, welches an den Öffnungswinkel des Radialschlitzes des Kolbens angepaßt ist.

Diese vorstehend beschriebene Lösung kommt insbesondere für den schnellaufenden Betrieb der erfindungsgemäßen Taumel­ scheibenmaschine in Betracht, da die miteinander im Eingriff bzw. in Anlage zueinander befindlichen Flächen im Vergleich zu der bekannten Taumelscheibenmaschine beträchtlich vermin­ dert sind und überdies weitere reibungsmindernde Maßnahmen möglich sind.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der drehbewegliche Führungszapfen über ein Axiallager im Grund des Radialschlitzes abgestützt. Hieraus resultiert eine wei­ tere Verminderung der Reibung, da anstelle von Haftreibung nur noch der deutlich kleinere Rollwiderstand des drehbeweg­ lichen zylindrischen Führungszapfens in der Führungsnut in der zum Arbeitsraum weisenden Stirnseite der Trennwand bei der Taumelbewegung des Kolbens entgegensteht. Wenn überhaupt tritt Reibung dabei allenfalls als Gleitreibung auf und dann auch nur linienförmig entlang der druckseitigen Berührungsli­ nie des kreiszylindrischen Führungszapfens an der hierzu tan­ gential verlaufenden Innenwand der Führungsnut.

Daher eignet sich diese Anordnung vorzüglich für den Betrieb der erfindungsgemäßen Taumelscheibenmaschine als Hochdruck­ pumpe oder als Kompressor. In beiden Fällen, insbesondere aber beim Betrieb als Kompressor, erweist sich die erfin­ dungsgemäße Führung des Radialkolbens in einer Führungsnut in der Trennwand mittels des in den Radialschlitz eingesetzten drehbeweglichen Führungszapfens als sehr verschleißunempfind­ lich auch bei hohen Antriebsdrehzahlen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Trennwand, die in den im Kolben angeordneten Radial­ schlitz eingreift, den Führungszapfen mit einer bestimmten Toleranz an zwei gegenüberliegenden Seiten mit der Führungs­ nut umfaßt, so daß nur jeweils eine Seite der beiden mögli­ chen Anlageflächen, nämlich die jeweilige Innenwandseite der Führungsnut in der Trennwand, kraftbeaufschlagt ist und die Gegenseite entlastet ist. Hieraus resultiert in erfindungsge­ mäßer Weiterbildung eine sehr vorteilhafte Verschleißminde­ rung infolge der vergleichsweise geringen, fast vernachläs­ sigbaren Reibung.

Entsprechend einer weiteren durch die Merkmale des Anspruchs 3 gekennzeichneten erfindungsgemäßen Lösung, ist vorgesehen, daß der Kolben einen Radialschlitz mit abgewinkelten Seiten­ flanken, deren Öffnungswinkel dem Schwenkhub des Kolbens an­ gepaßt sind, aufweist und daß der Schlitzgrund sowie die Stirnfläche der in den Radialschlitz eingreifenden Trennwand jeweils mit einer aufeinander abgestimmten, dem Radius des Schlitzgrundes angepaßten sphärischen Wölbung versehen sind.

Im Unterschied zu der ersten Lösung besitzt der Kolben zwar ebenfalls einen Radialschlitz jedoch keinen Führungszapfen. Statt dessen wird die Führung des Radialkolbens durch die dem Schwenkhub des Kolbens angepaßten Seitenflanken erreicht. Um die dabei auftretende Reibung zu mindern, ist die gemeinsame Berührungsfläche von Kolben und Trennwandstirnfläche einander in der Form angepaßt. Hiermit sehr gute Dichtwirkung erzielt, jedoch ist mit der so gestalteten erfindungsgemäßen Taumel­ scheibenmaschine nur ein Betrieb mit niedrigen Drehzahlen möglich.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung sind beiderseits des Eingriffs der Trennwand in den Radialschlitz des Kolbens kraftbeaufschlagte, tangential bewegliche Dichtungswalzen im Kolbenschlitz angeordnet, die sich an die Trennwand anlegen.

Diese Dichtungswalzen haben dabei eine Doppelfunktion. Einer­ seits dienen sie, wie die Bezeichnung anzeigt, zur Abdichtung der beiden Druckkammern gegeneinander. Andererseits dienen sie aber auch der Führung des Kolbens, wobei wegen der kreis­ zylindrischen Walzenform der Dichtungswalzen jeweils nur eine linienförmige Berührungsfläche zwischen den Dichtungswalzen und dem Kolben besteht. Demgemäß ist die hieraus re­ sultierende Reibung nahezu vernachlässigbar.

An Stelle der Dichtungswalzen können aber auch Dichtlippen vorgesehen sein, die ebenfalls eine abgerundete, einem Halbzylinder entsprechende Anlagefläche für die Trennwand aufweisen und darüberhinaus ebenfalls tangential beweglich angeordnet sein können, so daß sie sich stets an die Trenn­ wand anschmiegen. Zur weiteren Verminderung der hierbei auf­ tretenden Gleitreibung dann die Werkstoffpaarung von Dicht­ lippe und Trennwand so gewählt sein, daß ein gewisser Schmiereffekt und hierdurch gleichzeitig eine verbesserte Dichtwirkung auftritt, z. B. durch Verwendung von Lagermetall für die Dichtlippen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Dichtungswalzen durch Druckfedern beaufschlagt sind, die die Dichtungswalzen gegen die Trennwand drücken.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Dichtungswalzen durch Druckmedium aus dem Arbeitsraum beaufschlagt, wobei gegebenenfalls zusätzlich auch mechanische Federn vorgesehen sein können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dichtleiste wie ein Kolbenring in einer Umfangsnut am Kolben angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist die Dichtleiste aus federndem Werkstoff gefertigt und so in die Umfangsnut eingelegt, daß sie stets mit ausreichend hoher Andruckkraft an der Innenwand des Arbeitsraums anliegt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Dichtleiste zusätzlich oder auch nur ausschließ­ lich durch das Arbeitsmedium gegen das Gehäuse drückbar ist, wodurch die Dichtwirkung erheblich verbessert ist, ohne daß unzulässige hohe Reibungskräfte angreifen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen zur Än­ derung der bekannten Taumelscheibenmaschine besteht nunmehr auch die Möglichkeit, niedrigviskose und gasförmige Medien zu fördern, ohne Gefahr für dies bewegten Teile aufgrund zu hoher Reibung wegen unzureichender Schmierung. Hierzu ist vorgese­ hen, die durch Reibung infolge Relativbewegung zueinander be­ sonders beanspruchten Bereiche, wie zum Beispiel die Kolbenführung in der Trennwand sowie die Seitenflächen des Radialschlitzes im Kolben, mittels besonderer Maßnahmen gegen unzulässige Reibung zu schützen.

Eine solche Maßnahme kann erfindungsgemäß darin bestehen, daß in den Seitenflächen des Radialschlitzes tangential bewegli­ che, kraftbeaufschlagte walzenförmig ausgebildete Teile ange­ ordnet sind, die zur Führung des Kolbens entlang der hierin eingreifenden Trennwand sowie gleichzeitig zur Abdichtung der durch den Kolben und die Trennwand gebildeten Teilarbeits­ räume gegeneinander dienen.

Dabei kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß diese Führungskörper bzw. Dichtungswalzen durch Druckfe­ dern gegen die Trennwand gedrückt werden und so in ständigem Kontakt mit der Trennwand stehen und für eine gute Abdichtung sorgen. Dabei ist die Federkraft so bemessen, daß einerseits ausreichende Andruckkraft aufgebracht wird und andererseits keine unzulässig hohe Reibung resultiert.

An Stelle einer Druckfeder kann aber auch vorgesehen sein, daß die Dichtungswalzen vom Druckmedium aus dem jeweiligen Teilarbeitsraum beaufschlagt sind, so daß stets nur die zur Abdichtung für den vorherrschenden Druck erforderliche An­ druckkraft aufgebracht wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann darüberhinaus vorgesehen sein, daß die Druckfedern zum An­ drücken der Dichtungswalzen gemeinsam mit der Beaufschlagung durch das Druckmedium vorgesehen sind, um auf diese Weise sicherzustellen, daß auch im drucklosen Zustand, zum Beispiel bei Stillstand der Taumelscheibenmaschine eine Abdichtung ge­ gen einen Mindestdruck gewährleistet ist.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Kurzbeschreibung der Figuren

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Aus­ gestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Taumelscheibenmaschine mit innengeführtem Füh­ rungszapfen,

Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie I-I in Fig. 1 (Draufsicht auf den Kolben),

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Arbeitsraum mit ein­ gesetztem Kolben und Kolbenführung der erfin­ dungsgemaßen Taumelscheibenmaschine,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Kolbens ohne Führungs­ zapfen mit auszugsweiser Schnittdarstellung des Kol­ ben-Trennwandbereiches,

Fig. 5 eine Kolbenanordnung mit einem ersten Dichtungs­ segment mit eingelegtem Führungszapfen und seitlichen Schlitzflanken in zeichnerischer Explosionsdarstel­ lung,

Fig. 6 ein zweites Dichtungssegment,

Fig. 7 ein drittes Dichtungssegment mit einstückig ange­ formtem Führungszapfen.

Beschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Taumelscheibenmaschine 10 im Längsschnitt dargestellt, die ein aus einem linken Gehäu­ seteil 13 und einem rechten Gehäuseteil 14 gebildetes Gehäuse 12 aufweist, in welchem ein Arbeitsraum 16 angeordnet ist. Die beiden das Gehäuse 12 bildenden Gehäuseteile 13, 14 sind in bekannter Weise mittels Schraubverbindung zusammengehal­ ten.

In dem Arbeitsraum 16, der kugelförmig ausgebildet ist, be­ findet sich eine Trennwand 18, die den Arbeitsraum 16 gemein­ sam mit einem kreisringförmigen Kolben 20 in einen Hochdruck­ raum 23 und in einen Niederdruckraum 24 unterteilt.

Der Kolben 20 wird von einem Kolbenträger 26 gehalten, der auf einer Antriebswelle 28 aufgesetzt ist. Die Antriebswelle 28 ist seitlich nach außen geführt, wo sie von einem hier nicht näher dargestellten Motor beaufschlagbar ist.

Der Kolbenträger 26 ist in bekannter Weise aus zwei Hälften zusammengesetzt, deren Trennfuge schräg, das heißt unter ei­ nem Winkel gegen die Antriebswelle 28, angestellt ist, so daß in ebenfalls bekannter Weise auch der zwischen die beiden Hälften des Kolbenträgers eingefügte Kolben 20 schräg zur Längsachse der Antriebswelle 28 angestellt ist. Aus diesem Grund ist der periphere Bereich des Kolbens 20, d. h. sein umfangsnaher Bereich angeschrägt entsprechend der bei der Taumelbewegung verursachten maximalen Schwenkstellung, wo­ durch einerseits seine volle Beweglichkeit innerhalb des Ar­ beitsraums gewährleistet ist und gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Taumelscheibenmaschine eine verein­ fachte Herstellung ermöglicht ist.

An der zur Trennwand 18 weisenden Seite besitzt der Kolben 20 einen Radialschlitz 30, in welchen die Trennwand 18 ein­ greift. Die Flanken 32, 33 des Radialschlitzes 30 sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht, entsprechend dem Schwenkhub des Kol­ bens 20 angeschrägt. Im Schlitzgrund 34 des Radialschlitzes 30 ist ein mittels Axiallager, das hier als Wälzlager aus­ gebildet ist, abgestütztes Dichtungssegment 37 angeordnet, auf welches ein Führungszapfen 38 angesetzt ist.

Der Führungszapfen 38 ist ein kreiszylindrischer Körper, der mittig in den Schlitzgrund 34 eingesetzt ist und an zwei Sei­ ten von einer in die dem Kolben 20 zugewandten Stirnseite der Trennwand 18 eingeformten Führungsnut 40 geführt ist. Der in der Führungsnut 40 geführte Führungszapfen 38 dient dazu, den über den sich drehenden Kolbenträger 26 in eine Taumelbewe­ gung versetzten Kolben 20 daran zu hindern, daß er sich mit­ dreht. Statt dessen macht der Kolben, verursacht durch die Führung des Führungszapfens 38 in der Führungsnut 40, eine Hin- und Herbewegung, bei welcher er eine der Winkelanstel­ lung des Kolbenträgers 26 in bezug auf die Antriebswelle 28 entsprechende Schwenkbewegung ausführt, die insgesamt als Taumelbewegung erscheint. Der Schwenkweg oder anders ausge­ drückt der Schwenkhub des Kolbens ist im Hinblick auf den vorgesehenen Einsatzzweck, z. B. als Hochdruckpumpe oder als Kompressor, abgestimmt, das heißt, je höher die für die An­ triebswelle vorgesehene Antriebsdrehzahl ist, desto höher ist auch die Schwenk- oder Taumelfrequenz und umso geringer ist der Schwenkweg oder Schwenkhub, um die sichere Funktion der Taumelscheibenmaschine 10 zu gewährleisten.

Um die Abdichtung des Kolbens 20 an der Innenwand des Ar­ beitsraums 16 zu verbessern, ist in einer Umfangsnut 22 des Kolbens 20 eine Dichtleiste 21 eingelegt. Die Dichtleiste 21 legt sich ähnlich einem Kolbenring an die Innenwand des Ar­ beitsraums 16 an und sorgt so für gute Abdichtung des Nieder­ druckraums 23 gegen den Hochdruckraum 24 bei vergleichsweise geringer Reibung.

In Fig. 2 ist die Taumelscheibenmaschine 10 gemäß Fig. 1 in Schnittansicht von oben dargestellt, wobei der Schnitt ent­ lang der Schnittlinie I-I in Fig. 1 geführt wurde. Zur Erläu­ terung und zum besseren Verständnis wurden hierbei für glei­ che Merkmale die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwen­ det.

Insbesondere ist in dieser Ansicht die Anordnung der Füh­ rungsnut 40 in der zum Kolben 20 weisenden Stirnfläche der Trennwand 18 zu erkennen, welche den Führungszapfen beider­ seits einfaßt und jeweils idealisiert nur in der jeweiligen Tangentiallinie berührt. Hieraus ist leicht verständlich, daß mit dieser Lösungsvariante gegenüber dem Stand der Technik ein erheblicher Vorteil bezüglich Reibungsminderung erreicht wird, da ja die miteinander in Kontakt befindlichen Berüh­ rungsflächen bei der erfindungsgemäßen Taumelscheibenmaschine nur jeweils eine Linie sehr geringer Ausdehnung ist, wohinge­ gen beim Stand der Technik die Berührungsfläche zwischen der Trennwand und dem dort vorgesehenen Führungszapfen von dessen gesamter Schlitzfläche gebildet ist.

Sowohl in Fig. 1 als auch in den Fig. 2 und 3 sind Schmierkanäle bzw. Schmierbohrungen 54 und Entlüftungskanäle bzw. Entlüftungsbohrungen 56 gezeigt, die dazu dienen, einer­ seits die relativ zueinander beweglichen Gleitflächen sowie Lagerstellen, z. B. die ersten und zweiten Kolbenlager 42, 44 im Kolbenträger 26 oder das Axiallager 36 im Schlitzgrund 34 wie auch die Stützlager 46 zur Lagerung der Antriebswelle 28, ausreichend mit Schmierung zu versehen und gleichzeitig andererseits eine Überdosierung an Schmiermittel zu verhin­ dern, indem überschüssiges Schmiermittel selbsttätig durch Unterdruck aus dem Taumelscheibenprozeß abgesaugt wird.

Mit den Bezugsziffern 58 sind Gehäuseschrauben bezeichnet, welche zur Verbindung der beiden Gehäuseteile 13, 14 des Taumelscheibenmaschinengehäuses 12 dienen. Sie sind konzen­ trisch um den Arbeitsraum 16 angeordnet, um so sicherzustel­ len, daß keine Undichtigkeiten beziehungsweise Gehäuseversatz mit entsprechenden nachteiligen Folgen für den Betrieb auf­ treten können.

In Fig. 4 ist eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 3 ge­ zeigt, nämlich eine Seitenansicht des kreisringförmigen Kol­ bens 20, der jedoch hier abweichend eine andere, speziell für den Betrieb mit niedrigen Antriebsdrehzahlen vorgesehene Kol­ benführung an der Trennwand 18 aufweist. An Stelle eines hier nicht vorhandenen Führungszapfens 38 wird die Führung des Kolbens 20 allein durch die Flanken 32, 33 des Radialschlit­ zes 30 erreicht, welche dicht an der in den Radialschlitz 30 eingreifenden Trennwand 18 anliegen.

Zur weiteren Reibungsverminderung sind in den beiden sich ge­ genüberliegenden Scheitelpunkten der gegenläufig abgewinkel­ ten Flanken 32, 33 sogenannte Dichtungswalzen 60 angeordnet, welche jeweils von einer nicht näher gezeigten Druckfeder und/oder vom jeweiligen Arbeitsmedium beaufschlagt sich an die Trennwand 18 anlegen.

Aufgrund der zuvor erläuterten, einer Ausführungsform der Er­ findung entsprechenden Anordnung der Schmierbohrungen bzw. Schmierkanäle 54 und der Entlüftungsbohrungen bzw. Entlüf­ tungskanäle 56 im Hochdruckraum 23 und im Niederdruckraum 24 bietet sich die Möglichkeit, die Lagerstellen 42, 44, 46 im Gehäuse 12 sowie im Kolben 20 gleichmäßig zu schmieren sowie ferner einen zur Abdichtung der Wellendurchführung vorgese­ henen Simmerring 51 und eine Stopfbuchse 53 bzw. eine alter­ nativ statt dieser beiden Dichtungen eingesetzte Gleitring­ dichtung 52 quasi drucklos zu halten, das heißt, vom Mediumdruck zu entlasten. Zu diesem Zweck ist jeweils am tiefsten Punkt jeder betreffenden Dichtung 50, 51, 52 eine Entlüftungsbohrung 56 vorgesehen.

Um die zur Abdichtung der Wellendurchführung vorgesehenen und der Beaufschlagung durch das Schmiermedium unmittelbar ausgesetzten Dichtungen 51 oder 52 vor mechanischer Beschädigung durch den Druckstrahl des Schmiermediums zu schützen, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung eine sogenannte Prallplatte 50 eingebaut, welche aus metalli­ schem Werkstoff besteht und zu einer erheblichen Minderung der mechanischen Beanspruchung der Dichtungen 51 bzw. 52 führt.

Eine hier verwendete herkömmliche Gleitringdichtung 52 über­ dauert infolge der mechanischen Beaufschlagung durch den un­ ter hohem Druck stehenden Strahl des Schmiermediums nur eine kurze Betriebszeit von wenigen hundert Betriebsstunden pro­ blemlos, d. h. störungsfrei. Hierdurch werden die Betriebsko­ sten deutlich erhöht wegen der Ersatzbeschaffung und des für den Austausch erforderlichen zwangsläufigen Stillstandes der erfindungsgemäßen Taumelscheibenmaschine 10. Mit der vorgese­ henen Prallscheibe 50 hingegen, welche die Antriebswelle 28 mit ausreichendem Spiel umgreift, ist eine wesentlich erhöhte Standzeit erreichbar, was sich in allen Belangen als vorteil­ haft erweist. Das erwähnte Spiel der Prallscheibe oder Prall­ platte 50 verhindert einen nicht erwünschten Pumpeffekt für das Schmiermittel, der bei zu enger Passung zwischen der An­ triebswelle 28 und der Prallscheibe 50 unvermeidlich auftritt und Schmiermittel in den Abdichtungsbereich der Wellendurch­ führung der Antriebswelle 28 durch das Gehäuse fördert, was Leckagen begünstigen würde, so aber verhindert. Durch die Saugwirkung des Unterdrucks wird zusätzlich der Stopfbuchsen­ bereich druckfrei gehalten.

Bei einer nach der Erfindung möglichen Verwendung der Taumel­ scheibenmaschine 10 als Kompressor ist in zweckmäßiger Wei­ terbildung vorgesehen, daß die Schmierung der Lagerstellen 42, 44, 46 durch Einbringung von Fremdschmiermittel über einen Schmiermittelanschluß 62, z. B. in Form eines Kugelven­ tils, erfolgt, auf welches ein hier nicht näher dargestellter aber im Stand der Technik allgemein bekannter Schmiermittel­ schlauch mit Steckkupplung ansetzbar ist. Mittels dieser ex­ ternen Schmiermittelversorgung werden über einen in der Antriebswelle 28 angeordneten als Zentralbohrung ausgebilde­ ten Schmiermittelkanal 64 die einzelnen Lagerstellen 42 und 44 im Kolben 20 einschließlich der Führungszapfen 38 sowie die Stützlager 46 im Gehäuse 12 zur Lagerung der Antriebs­ welle 28 mit der ausreichenden Menge an Schmiermittel ver­ sorgt. Außerdem ist neben dem Führungszapfen 38 im Kolben 20 auch die Führungsnut 40 in der Stirnseite der Trennwand 18 in diesen Schmierkreislauf einbezogen, wobei das Schmiermittel über den Schmiermittelanschluß 62 mit ausreichendem Druck zu­ geführt wird und über die bereits erwähnten Entlüftungsboh­ rungen auf der Niederdruckseite wieder abfließen kann, um den Druckraum von Schmiermittel frei zu halten und so eine unge­ wünschte Anreicherung der verdichteten Luft mit Schmiermit­ tel, z. B. Öl, zu vermeiden.

Entsprechend der Erfindung wirken die Schmierkanäle 54 bei entgegengesetzter Drehrichtung der Antriebswelle 28 Taumel­ scheibenmaschine 10 als Entlüftungsbohrungen 56 und umgekehrt die Entlüftungsbohren 56 als Schmierkanäle 54. Im Hinblick auf diesen doppelten Einsatzfall kann das Schmiersystem mit den Bohrungen 54, 56 mit nicht näher dargestellten Kugelventilen oder ähnlichem entsprechend konstruktiv ausgestaltet sein.

Ein weiterer Vorteil, der aus einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, nämlich der Maßnahme, den Führungszapfen 38 in der Nut in der Trennwand mit ausreichend großem Spiel anzu­ ordnen, resultiert, zeigt sich darin, daß aufgrund des zuvor beschriebenen Entlüftungssystems 56 die unterschiedlichen Druckverhältnisse von Niederdruck zu Hochdruck mit einer Ver­ ringerung der Anlagepressung des Führungszapfens 38 an der Innenwand der Führungsnut 40 einhergeht, so daß der hierauf beruhende mögliche Reibverschleiß stark verringert ist, was erheblich die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Taumelschei­ benmaschine verlängert.

In Fig. 5 ist in sogenannter Explosionsdarstellung eine Kol­ benanordnung mit einem ersten Dichtungssegment 37 zum Einsatz in einer Taumelscheibenmaschine gemäß Fig. 1 im Längsschnitt bzw. in Seitenansicht gezeigt. Das Dichtungssegment 37 be­ steht aus einem Einsatzstück 39, einem Radialschlitzelement 31 und dem hierin angeordneten Führungszapfen 38, der zum Eingriff in die in der druckraumseitigen Stirnwand der Trenn­ wand 18 eingeformten Führungsnut 40 vorgesehen ist und der mittels lösbarer Verbindung, z. B. Gewinde bzw. Schraub­ verbindung, das mittels lösbarer Verbindung, z. B. Gewinde bzw. Schraub­ verbindung, das Radialschlitzelement 31 mit dem Einsatzstück 39 und dem Kolben 18 verbindet. Diese Lösungsvariante bietet den Vorteil, daß durch eine geeignete Werkstoffpaarung der Werkstoffe des Führungszapfens 38 und der Trennwand 18 mit der Führungsnut 40 bzw. der gegebenenfalls vorgesehenen Aus­ kleidung ihrer Innenwandung der zuvor erläuterte Reibver­ schleiß zusätzlich vermindert werden kann.

Eine weitere Funktion des Dichtungssegments 37, über die Hal­ tefunktion für den Führungszapfen 38 hinaus, besteht darin, den Radialschlitz 30 aufzunehmen. Mit Hilfe des X-förmig ein­ geformten Radialschlitzes 30 mit seitlichen, im Winkel zuein­ ander angeordneten Schlitzflanken 32, 33, in welche die Trennwand 18 mit dichtem Sitz eingreift, wird, wie bereits zu Fig. 1 erläutert, der Schwenkwinkel des Kolbens 20 und damit dessen Schwenkhub begrenzt. Auch hier bietet sich die Mög­ lichkeit, durch entsprechende Werkstoffauswahl die erforder­ liche Dichtwirkung zu verbessern und den auftretenden Reib­ verschleiß zu verringern.

Aus Fig. 5 ist ferner ersichtlich, daß der Kolben 20 auf der dem Radialschlitz 30 bzw. dem Dichtungssegment gegenüberlie­ genden Seite eine radiale Ausnehmung 35 aufweist, in welcher ein Körper 65 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist. Die radiale Ausnehmung 35 dient zum Ausgleich von Unwuchten des Kolbens 20, die aus dem bei der Herstellung des X-förmi­ gen Radialschlitzes 30 entstehenden Materialabtrag resultie­ rend, wobei durch Einbringung von Wucht-Gewichten 65 in die radiale Ausnehmung 35 ein Gewichtsausgleich auch bei Verwen­ dung eines Radialschlitzes 30 mit anderer Geometrie und hier­ durch bedingtem geringerem Materialabtrag möglich ist.

In Fig. 6 ist ein zweites Dichtungssegment 66 in Seitenan­ sicht sowie darunter in Draufsicht dargestellt, wie es an kann. Im Unterschied zu dem in Fig. 5 dargestellten Dichtungssegments 37 besitzt das hier gezeigte Dichtungssegment 66 jedoch kein Radialschlitzelement sondern nur ein Einsatzstück 67. Der Schwenkweg des Kolbens 20 wird in diesem Fall durch einen mit Schlitzflanken 32, 33 versehenen, im Kolben eingeformten Radialschlitz 30 begrenzt. Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Trennwand 18 und Kolben 20 ist das Einsatzstück 67 an seiner den Führungszapfen 38 tragenden Oberfläche sphärisch gewölbt, wobei die Wölbung mit der Aus­ gestaltung der entsprechenden Stirnseite der Trennwand 18 kompatibel ist. Zur eindeutigen Fixierung im Kolben 20 besitzt das Einsatzstück 67 auf zwei gegenüberliegenden Seiten V- förmige Einformungen, die dem X-förmigen Radialschlitz 30 im Kolben 20 kongruent entsprechen.

In Fig. 7 ist ein drittes Dichtungssegment 68 in Seitenansicht sowie darunter in Draufsicht dargestellt, wie es an Stelle des in Fig. 5 oder in Fig. 6 gezeigten Dichtungssegments 37 bzw. 66 eingesetzt werden kann. Im Unterschied zu den in Fig. 5 oder 6 dargestellten Dichtungssegmenten 37 bzw. 66 ist das hier gezeigte Dichtungssegment 68 einstückig mit dem Führungszapfen 38 verbunden. In seiner weiteren Ausgestaltung entspricht es dem zweiten Dichtungssegment 66, das in Fig. 6 gezeigt ist. Demgemäß besitzt es ebenfalls kein Radialschlitzelement, jedoch eine sphärisch gewölbte Oberfläche sowie an zwei gegenüber liegenden Längsseiten V-förmige Einformungen, die mit dem X- förmigen Radialschlitz 30 im Kolben 20 kongruent sind und so einen festen Sitz im Kolben 20 gewährleisten.

Zusammenfassend ist darauf hinzuweisen, daß das bei der erfindungsgemäßen Taumelscheibenmaschine vorgesehene Schmiersystem, welches sich die unterschiedlichen Drücke des Pumpensystems zunutze macht, durch die mittels Unterdruck bewirkte Absaugung von überschüssigem Schmiermittel sehr sauber, sparsam und effizient arbeitet.

Bezugsziffernliste

10 Taumelscheibenmaschine
12 Gehäuse
13 linkes Gehäuseteil
15 Strömungsstutzen
14 rechtes Gehäuseteil
16 Arbeitsraum
18 Trennwand
20 Kolben
21 Dichtleiste
22 Umfangsnut
23 Hochdruckraum
24 Niederdruckraum
26 Kolbenträger
28 Antriebswelle
30 Radialschlitz
31 Radialschlitzelement
32 Schlitzflanken
33 Schlitzflanken
34 Schlitzgrund
35 radiale Ausnehmung
36 Axiallager
37 erstes Dichtungssegment
38 Führungszapfen
39 Einsatzstück
40 Führungsnut
46 Stützlager
48 Dichtplatte
50 Radialdichtring
51 Stopfbuchse
52 Gleitringdichtung
54 Schmierbohrung
56 Entlüftungsbohrung
58 Schraubverbindung
60 Dichtungswalzen
62 Schmiermittelanschluß
64 Schmiermittelkanal
65 Wuchtgewicht
66 zweites Dichtungssegment
67 zweites Einsatzstück
68 drittes Dichtungssegment

Claims (23)

1. Taumelscheibenmaschine (10)
mit einem hohlkugelförmigen Arbeitsraum (16), der durch eine Trennwand (18) in mindestens einen Hochdruckraum (23) und einen Niederdruckraum (24) unterteilt ist, in welchen das Ar­ beitsmedium durch ein Leitungssystem zuführbar ist, wobei die Trennwand (18) bis zu einem Kolbenträger (26) reicht und mit einer plattenförmigen Dichtleiste (21) zusammenarbeitet,
mit einem kreisringförmigen dem Durchmesser des Arbeitsraumes (18) angepaßten Kolben (20), der durch eine gelagerte An­ triebswelle (28) mit dem Außenraum verbunden ist, die eine Taumelbewegung des Kolbens (20) bewirkt,
welcher Kolben (20) mindestens einen radialen sich vom Umfang bis ungefähr zu dem Kolbenträger (26) erstreckenden Radial­ schlitz (30) aufweist, in welchem ein Führungszapfen (38) eingesetzt ist, der mit der Trennwand (18) zusammenarbeitet, und
welcher Kolben (20) sich nach außen zum Umfang hin verjüngt, wobei die Stirnflächen des Kolbens (20) mit gegenüberliegen­ den und senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle (28) ver­ laufenden den Arbeitsraum (18) seitlich begrenzenden Seiten­ flächen in Berührung sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der im, Radialschlitz (30) angeordnete Führungszapfen (38) in einer in der Trennwand (18) angeordneten Führungsnut (40) ge­ führt ist,
welcher Radialschlitz (30) mit abgewinkelten Seitenflanken (32, 33) versehen ist, deren Öffnungswinkel an den Schwenkhub des Kolbens (20) angepaßt ist und
daß der Führungszapfen (38) mit einem in dem Kolbenträger (26) angeordneten Dichtungssegment (37) zusammenarbeitet, welches an den Öffnungswinkel des Radialschlitzes (30) des Kolbens (20) angepaßt ist.

2. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennwand (18) den Führungszapfen (38) an zwei gegenüberliegenden Seiten mit der Führungsnut (40) ein­ faßt und in den im Kolben (20) angeordneten Radialschlitz (30) eingreift.

3. Taumelscheibenmaschine (10)
mit einem hohlkugelförmigen Arbeitsraum (16), der durch eine Trennwand (18) in mindestens einen Hochdruckraum (23) und einen Niederdruckraum (24) unterteilt ist, in welchen das Ar­ beitsmedium durch ein Leitungssystem zuführbar ist,
wobei die Trennwand (18) bis zu einem Kolbenträger (26) reicht und mit einer plattenförmigen Dichtleiste (21) zusammenarbeitet,
mit einem kreisringförmigen dem Durchmesser des Arbeitsraumes (16) angepaßten Kolben (20), der durch eine gelagerte An­ triebswelle (28) mit dem Außenraum verbunden ist, die eine Taumelbewegung des Kolbens (20) bewirkt,
welcher Kolben (20) mindestens einen radialen sich vom Umfang bis ungefähr zu dem Kolbenträger (26) erstreckenden Radial­ schlitz (30) aufweist, in welchem ein Führungszapfen (38) eingesetzt ist, der mit der Trennwand (18) zusammenarbeitet, und
welcher Kolben (20) sich nach außen zum Umfang hin verjüngt, wobei die Stirnflächen des Kolbens (20) mit gegenüberliegen­ den und senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle (28) ver­ laufenden den Arbeitsraum (16) seitlich begrenzenden Seiten­ flächen in Berührung sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolben (20) einen Radialschlitz (30) aufweist mit dem Schwenkhub des Kolbens angepaßten Schlitzflanken (32, 33) und
daß der Schlitzgrund (34) sowie die Stirnfläche der in den Radialschlitz (30) eingreifenden Trennwand (18) jeweils mit einer aufeinander abgestimmten, dem Radius des Schlitzgrundes (34) angepaßten sphärischen Wölbung versehen sind.

4. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (21) in einer Umfangsnut (22) am Kolben angeordnet ist.

5. Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (21) durch das Arbeitsmedium gegen das Gehäuse (12) gedrückt ist.

6. Taumelscheibenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände des Arbeitsraumes (18) kugelförmig ausgebildet sind.

7. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Trennwand (18) kraftbeaufschlagte Dichtungswalzen (60) im Radialschlitz (30) des Kolbens angeordnet sind.

8. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtungswalzen (60) durch Druckfedern be­ aufschlagt sind, welche die Dichtungswalzen (60) gegen die Trennwand (18) drücken.

9. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dichtungswalzen (60) durch Druckmedium aus dem Arbeitsraum (16) beaufschlagt sind.

10. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) im Kolben­ träger (26) mittels beidseitig angeordneter erster und zwei­ ter Kolbenlager (42, 44) geführt ist.

11. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Kolbenlager (42, 44) als Wälzlager oder als Gleitlager ausgebildet sind.

12. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (12) Schmier- und Entlüftungskanäle (54, 56) angeordnet sind.

13. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierkanäle (54) von außerhalb des Gehäuses (12) mit Fremdschmiermittel beauf­ schlagt sind.

14. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Zuführung von Fremdschmiermittel wenigstens ein Schmiermittelanschluß (62) vorgesehen ist, der mit den Schmierkanälen und Schmierbohrungen (54) im Gehäuse (12) ver­ bunden ist.

15. Taumelscheibenmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung von Fremdschmiermittel we­ nigstens ein Schmiermittelanschluß (62) an einer Stirnseite der Antriebswelle (28) vorgesehen ist, welche mit einem als Zentralbohrung ausgebildeten Schmiermittelkanal (64) versehen ist.

16. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungskanäle (56) mit Unterdruck aus dem Niederdruckraum (23) beaufschlagt sind und überschüssiges Schmiermittel von den versorgten Schmier­ stellen und dem Stopfbuchsenbereich abführen.

17. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) mit einem mehrteiligen Dichtungssegment (37, 66) versehen ist, das ein Einsatzstück (39, 67) und einen Führungszapfen (38) aufweist, der mittels Schraubverbindung das Einsatzstück (37, 66) mit dem Kolben (20) verbindet.

18. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit ei­ nem einteiligen Dichtungssegment (68) versehen ist, welches aus einem Einsatzstück (69) mit einstückig angeformtem Füh­ rungszapfen (38) gebildet ist.

19. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) auf der dem Radialschlitz (30) gegenüber liegenden Seite eine radiale Ausnehmung (35) aufweist, die zum Gewichtsausgleich zur Ver­ meidung von Unwuchten des Kolbens (20) dient.

20. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Unwuchten des Kolbens (20) als Gewichtsausgleich wenigstens ein Wucht­ gewicht (65) vorgesehen ist.

21. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Aus­ nehmung (35) zur Aufnahme wenigstens eines Wuchtgewichtes (65) dient.

22. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Durchführung der Antriebswelle (28) durch das Gehäuse (12) eine Prall­ scheibe (50) vorgesehen ist, welche die verwendeten Wellenab­ dichtungen, wie Simmerring (51) mit Stopfbuchse (53) oder al­ ternativ Gleitringdichtung (52), vor mechanischen Beschädi­ gungen durch den Druckstrahl des Schmiermediums schützt.

23. Taumelscheibenmaschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Wellendurch­ führung der Antriebswelle (28) durch das Gehäuse (12) lecka­ gefrei gehalten ist unter Benutzung der Prallscheibe (50) so­ wie von Entlüftungsbohrungen (56) jeweils am tiefsten Punkt unterhalb der Dichtungen (51, 52, 53).