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Drehkolbenmaschine mit zylindrischem Gehäuse, exzentrisch darin angeordnetem
Läufer und Walzenkolben Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenmaschinen, z. B.
Pumpen, Kompressoren, Exhaustoren, Motoren u. dgl. mit einem zylindrischen Gehäuse,
exzentrisch darin angeordnetem Läufer und Walzenkolben, die von radial zur Läuferachse
verlaufenden Kulissen des Läufers und von den konzentrischen Mantelflächen einerseits
des Gehäuses, andererseits eines mittleren, zentrisch im Gehäuse angeordneten Zapfens
geführt werden.. . _ Man hat auf dieser Konstruktionsgrundlage bereits Pumpen vorgeschlagen,
bei welchen. im Maschinengehäuse mit durchgehender Achse ein zweiseitig gelagerter,
trommelartiger Drehkörper umläuft, der in Ausschnitten die Walzenkolben führt. Als
mittleres Führungsstück der Walzenkolben dient ein lose beweglicher, vielfach unterteilter
Ringkörper. Die Arbeitsräume werden von Gehäusemantel, Walzenkolben und Ausschnittswandungen
gebildet.
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Die vorliegende Erfindung hat nun eine Drehkolbenmaschine zum Gegenstand,
bei welcher als Läufer eine an der Maschinenwelle fliegend angeordnete, Kulissenansätze
oder -arme tragende Platte und als Mittelzapfen eine ortsfeste Nabe dient, wobei
die in ihrem Volumen veränderlichen Arbeitsräume von den jeweils benachbarten Walzenkolben
und den zwischen ihnen liegenden Mantelabschnitten des Gehäuses und der Nabe gebildet
werden. Im Gegensatz zu den bekannten .Konstruktionen ist nach der Erfindung den
Kulissen des Läufers lediglich die Aufgabe zugeteilt, die Walzenkörper zu führen,
d. h. sie um die Zylinderachse zu bewegen. Die Bildung der Kammern, für das strömende
Medium dagegen erfolgt ausschließlich durch die Walzenkolben, den Gehäusemantel
und den Mantel des mittleren. Zapfens.
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Nach der Erfindung erstrecken sich die die Kulissen bildenden, z.
B. V-förmigen Arme vorteilhaft nur über einen Teil der Kammertiefe. Hierdurch wird
eine genügende Verbindung zwischen den beiden durch je eine Kulisse getrennten Hälften
eines Arbeitsraumes sichergestellt. Da die Kulissen nicht Wände der Arbeitsräume
sind, kann in bekannter Weise zwischen Walzenkolben und Kulisse ein Spiel bleiben,
so daß eine starke Reibung zwischen Walzerkolben und Kulissenwänden möglichst vermieden
wird.
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Die ortsfeste Mittelnabe der Maschine nach der Erfindung kann mit
einer drehbar auf ihr sitzenden Büchse versehen werden. Hierdurch lassen sich die
Reibungsverluste weiter verringern, so daß ein günstiger mechanischer Wirkungsgrad
mit geringem Energieverlust ermöglicht wird, zugleich aber auch eine lange Lebensdauer
der Getriebeteile.
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Auch wird durch die Erfindung der Vorteil
erreicht,
daß die Arbeitsräume im Verhältnis zur Gesamtgröße der :Maschine ein großes Fassungsvermögen
haben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt nach Linie A -A der Fig.2 für die Maschine
gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 gibt eine Vorderansicht der Maschine wieder, wobei die rechte
Hälfte im Querschnitt längs Linie B-B (Fig. i) dargestellt ist.
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Fig.3 veranschaulicht eine Draufsicht auf die Hälfte der erfindungsgemäßen
Maschine. Fig. q. zeigt im Querschnitt eine Abänderungsform für Teile der erfindungsgemäßen
Maschine. Fig. 5 zeigt ein Einzelteil im Querschnitt.
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Mit i ist das Gehäuse oder der Körper der :Maschine bezeichnet, mit
2 eine kreis- oder zylinderförmige Kammer oder Bohrung innerhalb des Maschinenkörpers,
die bei dem veranschaulichten Beispiel mit einem Futter q., z. B. aus Stahl, ausgekleidet
ist. Dieses Futter q. kann beispielsweise mittels eines Bolzens 5 (Fig.2) innerhalb
des Kammerraumes festgekeilt sein. 6 ist eine Scheibe oder Platte, auf der V-förmige
Arme oder Ansätze 7 sitzen, die bei dem gezeigten Beispiel mit der Scheibe 6 aus
einem Stück bestehen und von deren Oberfläche in das Gehäuse ragen, wie dies aus
Fig. i deutlich zu ersehen ist. In den Zwischenräumen zwischen den Flanken benachbarter
Arme 7 sind dann die die Kolben der Maschine bildenden Walzen 3 angeordnet (Fig.
2).
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Die Scheibe oder Platte 6 kann, wie Fig. i zeigt, mit dem einen Ende
der Maschinenwelle 8 aus einem Stück hergestellt sein. Sie ist (Fig. i und q.) innerhalb
des Gehäuses oder innerhalb der Abdeckplatte 9 untergebracht, die ihrerseits bei
dem veranschaulichten Beispiel aus einem Stück mit dem Gehäuse io gebildet ist,
welches die Lager für die Maschinenwelle 8 enthält.
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Dieses Lager besteht z. B. aus Kugel- und Rollenlagern bekannter Bauart,
die innerhalb des Gehäuses io untergebracht sind und durch eine Büchse ii im Abstand
voneinander gehalten werden. Die Büchse ix weist Schmierleitungen 12 auf. Die Laufringe
der Kugel- und Rollenlager werden in üblicher Weise durch eine Mutter 13 in ihrer
Lage gehalten, die auf einen mit entsprechendem Gewinde versehenen Teil der Maschinenwelle
8 aufgeschraubt ist.
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Das Gußstück, welches das Gehäuse 9 für die Scheibe 6 und das Gehäuse
io für das Wellenlager umfaßt, ist mittels Bolzen und Muttern 14 an dem benachbarten
geflanschten Ende des Maschinenkörpers oder -gehäuses i befestigt.
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Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daB die Scheibe 6 auf der Welle
8 konzentrisch zur Mittelachse dieser Welle sitzt und daß beide, Scheibe und Welle,
exzentrisch zur Mittelachse der Kammer 2 angeordnet sind. 15 ist ein ortsfester,
zentraler Zapfen, der beispielsweise mittels einer Mutter 16 (Fig. i) an der abnehmbaren
Endwand oder Abschlußplatte 17 befestigt ist, die an der der Scheibe 6 gegenüberliegenden
Außenseite des Maschinengehäuses oder -körpers i beispielsweise mittels Bolzen und
Muttern 18 angebracht ist. Aus Fig. x ist zu ersehen, daß dieser zentrale Zapfen
15 von der Innenseite der Abschlußplatte 17 abragt und sich über die Länge der Kammer
2 erstreckt.
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Mit i9 ist eine Büchse oder Hülse bezeichnet, die auf dem Zapfen 15
sitzt. Diese Büchse reicht von der Innenseite des Abschlußdeckels 17 vollständig
durch die Kammer 2 bis zur Stirnfläche der Scheibe 6. Der äußere Durchmesser einer
derartigen Büchse wird entsprechend dem erforderlichen Passungsspiel zwischen Büchse
und Walzen 3 j e nach der Viskosität der Flüssigkeiten gewählt, die durch, die erfindungsgemäße
Pumpe gefördert werden sollen. Wenn infolge verschiedener Ursachen das Spiel zu
groß geworden ist, kann eine neue Büchse mit größerem Durchmesser auf den Zapfen
15 gesetzt und so der unnötige Spielraum ausgeglichen werden. Die Büchse i9 kann
auch weggelassen werden, wenn dies erwünscht ist; der Zapfen 15 erhält dann einen
Durchmesser, der gleich jenem der veranschaulichten Büchse ig ist. In diesem Falle
wird der Zapfen i5 durch die Kammer 2 ganz bis zur Stirnfläche der Scheibe 6 geführt.
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Auf der Außenseite der Scheibe 6 können ringförmige Rippen 2o ausgebildet
sein, die- in konzentrisch dazu liegende ringförmige Einschnitte oder Nuten im Teil
911 des Gehäuses 9 eingreifen. Zwischen Rippen 2o und Nuten ist passendes Spiel
vorgesehen, um eine freie Bewegung der Rippen in den Nuten zuzulassen, wenn die
Scheibe 6 umläuft. Der Zweck dieser ringförmigen Rippen ist, dem Bestreben solcher
nicht der Klasse von Schmiermitteln, angehörenden. Flüssigkeiten, in das oder die
Maschinenlager zu gelangen, entgegenzuwirken, wenn die Maschine beispielsweise als
Pumpe benutzt wird. Dies geschieht durch die Ausbildung eines »Labyrinths«, in dem
diese Flüssigkeiten der Zentrifugalkraft unterworfen sind und so von dem oder den
Lagern ferngehalten werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. i werden die Kugel- oder Rollenlager
vorteilhaft durch Schmierfett geschmiert, das ihnen auf dem Wege über den Schmierstöpsel
iod im Lagergehäuse io zugeführt wird.
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Entsprechend der in der Zeichnung veranschaulichten Ausbildung der
erfindungsgemäßen Maschine als Pumpe weist der Maschinenkörper i Leitungen 21, 22
für den Einlaß der zugeführten und den Auslaß der aus der Kammer 2 abzuführenden
Flüssigkeit auf. Mit 23 (Fig. 2) ist eine Einlaßöffnung bezeichnet, die in der Wand
der $ammer oder Bohrung :z
vorgesehen ist, uni zwischen Kammer 2
und Einlaßleitung 21 eine Verbindung herzustellen. In gleicher Weise ist in der
Wand der Kammer 2 auf der entgegengesetzten Seite eine (nicht gezeichnete) Öffnung
vorgesehen, um zwischen Kammer und Auslaßleitung 22 die erforderliche Verbindung
herzustellen.
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In Fig.4 ist eine andere Ausbildung der Wellenlagerung veranschaulicht.
Die Kugel-und Rollenlager sind hier weggelassen, die Welle 8 ist in einer gewöhnlichen
Lagerbüchse 24 gelagert.
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Fig. 4 zeigt zugleich einen Ring 25, der das Lager 24 umgibt und in
einer Aussparung des Gehäuses g untergebracht ist. Die vertikal liegende Stirnfläche
dieses Ringes 25 stößt gegen die Fläche 26 der Treibscheibe oder Platte 6 oder steht
in engem Arbeitskontakt mit ihr. Auf diese Weise wirkt der Ring 25 als eine auswechselbare
Druckscheibe. Die Dicke des Ringes 25 kann je nach der Viskosität der verschiedenen
von der Pumpe geförderten Flüssigkeiten variiert werden. Auch kann der Ring 25 winkligen
Querschnitt erhalten (Fig.4). Der Ring 25 bildet dann mit der ihn aufnehmenden Aussparung
zusammen eine ringförmige Kammer 25a, die das innere Ende des Lagers 24 umgibt.
Das Lager 24 kann durch Schmierbüchsen oder Schmieröler geschmiert werden, die auf
Ansätzen oder Naben 27 sitzen, wie sie aus Fig. 4 am oberen Teil des Gehäuses 1o
zu ersehen sind. Wenn nun beispielsweise Wasser durch die Pumpe getrieben wird oder
irgendeine andere Flüssigkeit, die von Verunreinigungen durch Schmiermittel freigehalten
werden soll, so wird die ringförmige Kammer 25a mit dieser Flüssigkeit gefüllt,
und zwar unter einem Druck, der ausreicht, den Eintritt von Schmiermitteln in die
Aussparung im Gehäuse g, die der Scheibe 6 gegenüberliegt, zu verhindern. Auch kann
(in der Zeichnung ist dies nicht veranschaulicht) zwischen der ringförmigen Kammer
25a und der Druckseite der Pumpe eine Verbindung hergestellt werden, um sicher zu
gehen, daß stets unter Druck stehende Flüssigkeit den Ringraum 25a ausfüllt und
auf diese Weise den Eintritt von Schmiermitteln, verhindert.
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Wie Fig. i und 4 zeigt;'ist die auf dem ortsfesten Mittelzapfen 15
sitzende Büchse 1g an beiden Seiten in enger Berührung sowohl-mit der Innenfläche
der abnehmbaren Abschlußplatte 17 als mit der Stirnfläche der Treibscheibe 6. Auch
die Walzen 3 sind in ihrer Länge so bemessen, daß sie von der Innenseite des Enddeckels
17 bis zur Stirnfläche der Scheibe 6 reichen, so d413 die Walzen mit diesen Flächen
in engem Arbeitskontakt stehen.
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Schließlich ist auch die der Innenwand des Gehäuses 2 gegenüberliegende
Stirnfläche der Scheibe oder Platte 6 an ihren Randteilen 6a in. im wesentlichen
engem Arbeitskontakt mit den gegenüberliegenden .. Flächen des Gehäuses i und Futters
4.
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Die Ansätze oder Arme 7 auf der Stirnfläche der Treibscheibe 6, die
vorzugsweise V-förmigen Querschnitt aufweisen, sind bei dem veranschaulichtem Beispiel
an ihrer Außenseite kreisbogenförmig abgerundet und so angeordnet, daß sie die Wandung
der Kammer 2 nicht berühren.
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Die in der Zeichnung veranschaulichte Maschine weist nur einseitige
Lagerung auf, ist also fliegend angeordnet. Gegebenenfalls können jedoch die Ansätze
7 der Scheibe oder Treibplatte 6 verlängert werden und mit ihren von der Platte
6 abliegenden Enden an einem Ring o. dgl. befestigt werden, der in einer Aussparung
oder Bohrung des abnehmbaren Deckels 17 umlaufen kann. Der Ring dient auf diese
Weise zusammen mit der Aussparung, in der er untergebracht ist, als Stützlager.
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Soll die erfindungsgemäße Maschine als Pumpe arbeiten, so wird die
Welle 8 durch einen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor, betrieben. Wie sich,
aus der Zeichnung ergibt, veranlaßt dann die Umdrehung der Welle 8 zusammen mit
der Treibscheibe oder Platte 6 die Treiber 7 auf der Stirnseite der Platte 6, die
Kolbenwalzen 3 in dem ringförmigen Raum der Kammer 2 zwischen der zylindrischen
Außenwand und der auf dem festen Mittelzapfen 15 sitzenden Büchse 1g herum zu bewegen.
Bei dieser kreisenden Bewegung in der Kammer 2 stehen die Kolbenwalzen 3 mit den
treibenden Flächen der V-förmigen Arme 7 in Kontakt, rollen auf ihnen leicht hin
und her, während sie infolge der Exzentrizität zwischen Platte 6 und Mitte der Kammer
oder Bohrung 2 in jenen Räumen zwischen den V-förmigen Armen 7 relativ zur Scheibe
6 nach außen und innen hin und her bewegt werden. Durch diese Doppelbewegung der
Walzen in der Kammer 2 entstehen nun Hohlräume oder Kammern von zu-und abnehmendem
Fassungsvermögen zwischen benachbarten Rollen. Dabei bilden die Mantelfläche der
Kammer oder Bohrung 2, auf der die Walzen sich bewegen, und die vorgenannte Mittelbüchse
oder Nabe zusammen mit den Walzen die Begrenzungswände dieser Räume oder Kammern.
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--Die Flüssigkeit, die durch den Einlaß 2i und die Öffnung 23 (Fig.
a) in den Raum zwischen benachbarten Walzen 3 eindringt, wird hierdurch bei dem
Umlauf der Kolbenwalzen in der Kammer 2 zur gegenüberliegenden Auslaßöffnung gefördert,
die in den Auslaß 22 führt. Dabei wird diese Flüssigkeit aus der Kammer 2 in den
Auslaß 22 unter jenem Druck gefördert, der sich aus der Abnahme des Fassungsvermögens
der Hohlräume entsprechend der Annäherung benachbarter Walzen aneinander ergibt.
Wird
die erfindungsgemäße Maschine als Motor benutzt, so wird unter Druck stehende Flüssigkeit
in den Kammerraum zwischen benachbarte Walzen geleitet. Sie wirkt dort auf die Walzen
und veranlaßt sie, in der Kammer 2 umzulaufen. Da bei dieser Bewegung die Walzen
3 an den Seitenflächen der V-förmigen Ansätze oder Treiber 7 auf der Scheibe oder
Platte 6 angreifen, wird die Maschinenwelle in. Drehung versetzt.
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Bei Benutzung der erfindungsgemäßen Maschine als Motor werden die
Leitungen 21, 22 zweckentsprechend durch Druckflüssigkeitseinlässe und -auslässe
ersetzt.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich also, daß die Walzen
3 zwischen den Seitenflächen benachbarter Arme 7 lose oder # frei eingepaßt sind.
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Die erfindungsgemäße Maschine ist von einfacher und kräftiger Bauart,
weist nur eine geringe Anzahl an beweglichen oder arbeitenden Teilen auf und liefert
einen hohen Wirkungsgrad.