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Drehkolberunaschine mit zwei axial nebeneinanderliegenden Arbeitsräumen
und parallel zur Achse angeordnetem, zwangsläufig gesteuertem Widerlagerschieber
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine mit zwei axial nebeneinanderliegenden
Arbeitsräumen, welche durch eine fest mit dem Gehäuse verbundene, im wesentlichen
doppelkegelförmige Mittelwand voneinander getrennt sind. Diese Mittelwand ist mit
einem zur Führung eines axial verschiebbaren Widerlagerschiebers dienenden Schlitz
versehen und wird auf beiden Seiten von zwei umlaufenden Arbeitsscheiben tangiert,
welche den Widerlagerschieber zwangsläufig hin und her bewegen.
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Die ebene Arbeitsscheibenschrägwand aber kann die doppelkegelig gekrümmte
Gehäusemittelwand naturgemäß nur in einer Linie berühren. In dieser Liniendichtung
liegt ein schwerwiegender Mangel dieser Drehkolbenmaschine. Die Liniendichtung zwischen
Arbeitsscheibenschrägwand und Gehäusemittelwand beeinträchtigt das kolbenartige
Wirken des vorstehenden Teiles der Schrägwand.
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Dieser Mangel wird nun durch den Gegenstand der Erfindung in der Weise
behoben, daß die Arbeitsscheiben auf der schräg gestellten Wand ein nach innen gekrümmtes
Flächenstück, d. h. eine Konkavfläche aufweisen, dessen Krümmung der Krümmung des
Kegelmantels der Gehäusemittelwand entspricht, so daß die Schrägwand die kegelförmig
nach außen gewölbte Fläche der Gehäusemittelwand mit ihrem kegelförmig nach innen
gewölbten Flächenstück flächenhaft berühren kann. Weiterhin sind in die Zylinderflächen
des Außenkranzes und des Innenkranzes der Arbeitsscheibe Nuten eingearbeitet, die
zur Schrägwand parallel verlaufen. In diese Nuten sind innerhalb des Schieberschlitzes
Lenker eingesetzt, die den Schieber beim Vorüberziehen der Konkavfläche steuern.
Die als Führungsflächen für die Schieberstirnflächen dienenden Stirnflächen der
Lenkerarme fallen dabei in die Ebenen der schrägen Wände der Arbeitsscheiben.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung wie folgt dargestellt:
Es zeigen: Abb. i eine Stirnansicht einer Arbeitsscheibe, Abb. 2 einen Querschnitt
der in Abb. i dargestellten Arbeitsscheibe nach Linie a-b, Abb.3 eine Draufsicht
auf die Arbeitsscheibe, Abb. q. ,eine Darstellung der Herstellung des konkaven Flächenstückes
auf ;der Schrägwand mittels einer kegelförmigen Schleifscheibe, Abb. 5 eine Draufsicht
auf die in Abb. i dargestellte Arbeitsscheibe in Blickrichtung des Pfeiles der Abb.
2, Abb.6 eine Stirnansicht des oberen Gehäuseteiles, Abb.7 einen Längsschnitt des
Gehäuses nach Linie c-d in Abb. 6, Abb,.8 eine Stirnansicht einer Arbeitsscheibe
mit Lenkern,
Abb. 9 einen Querschnitt der in Abb. 8 dargestellten
Arbeitsscheibe, Abb..io eine Draufsicht auf die in Abb.8 dargestellte Arbeitsscheibe
(Stellung wie in Abb. 3), Abb. i i eine Seitenansicht einer Arbeitsscheibe mit Lenker,
Abb. 12 eine Draufsicht auf die Arbeitsscheibe mit Lenker.
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Abb. 13 eine Rückansicht einer Arbeitsscheibe, Abb. 14 eine Seitenansicht
eines Außennutlenkers, Abb. 15 eine Stirnansicht eines Außennutlenkers, Abb. 16
eine Draufsicht eines Außennut-1 enkers, Abb. 17 einen Querschnitt der ganzen Drehkolbenmaschine
nach Linie A-B in Abb. 18. Der Deutlichkeit halber sind Arbeitsscheiben und Lenker
stärker ausgezogen als Gehäuse, Schieber, Welle und Deckel.
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Abb. i8 zeigt eine Stirnansicht der Drehkolbenmaschine mit abgenommenem
rechtem Deckel. Der Deutlichkeit halber sind Arbeitsscheibe und Lenker auch in ihren
verdeckten und daher gestrichelt gezeichneten Teilen stärker ausgezogen als Gehäuse
und Welle.
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Wie die Abb. i, 2 und 13 zeigen, besteht die Arbeitsscheibe aus einer
Schrägwand 3 und zwei an diese auf der Rückseite angesetzten und zur Drehachse konzentrischen
Kränzen, nämlich dem Außenkranz i und dem Innenkranz 2. Die Schrägwand 3 weist auf
ihrer Außenseite erfindungsgemäß eine nach innen gewölbte Konkavfläche 4 auf. Die
Konkaxfläche 4 wird auf der Schrägwand 3 durch Bogenstücke 5, auf dem Außenkranz
i durch ein Bogenstück 6 und auf dem Innenkranz 2 durch ein Bogenstück 7 begrenzt.
In Abb. 4 ist die Herstellung der Konkavf3äche 4 dargestellt. Die Arbeitsscheibe
steht dabei in der Stellung der Abb.2 und ist in Ansicht und teilweise im Schnitt
dargestellt. Die Konkavfläche 4 wird nun durch eine Schleifscheibe 8 erzeugt. Diese
Schleifscheibe besitzt einen Kegelmantel von derselben Krümmung, wie sie die Gehäusemittelwand
ii derjenigen Maschine aufweist, für die die Arbeitsscheibe bestimmt ist. Bei der
Erzeugung der Konkavfläche 4 befindet sich also die Arbeitsscheibe in derselben
Stellung, die sie im Maschinengehäuse auf der Welle einnehmen wird, während die
Schleifscheibe 8 an Stelle der Gehäusemittelwand i i gesetzt ist. Zur Herstellung
der Konkavfläche 4 wird die Arbeitsscheibe nun festgehalten und die Schleifscheibe
8 in Drehung versetzt und dabei gegen die Arbeitsscheibe geführt. Die Schleifscheibe
8, die zu Beginn der Schleifarbeit mit der Arbeitsscheibe in Linienberührung steht,
frißt sich in die Schrägwand 3 unter Erzeugung der Konkavfläche 4 hinein.
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Man erkennt, daß bei dieser Drehkolbenmaschine die Arbeitsscheibe
die Gehäusemittelwand mit der Konkavfläche q. ständig während des ganzen Umlaufes
umfaßt. Damit ist die Aufgabe der Erfindung gelöst, nämlich eine Flächendichtung
zwischen Schrägwand 3 und Gehäusemittelwand i i zu schaffen.
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Das Gehäuse besteht aus zwei konzentrischen Ringwänden, nämlich der
Außenringwand 9 und der Innenringwand io und ,der mit diesen, fest verbundenen doppelkegelförmigen
Mittelwand i i. In das Gehäuse ist der Schieberschlitz 12 eingelassen, der sich
radial über die ganze Mittelwand i i erstreckt und noch in die Ringwände 9 und 1o
hineinreicht und in axialer Richtung ganz durch diese Ringwände hindurchgeht. Die
Stutzen 13 münden in den Arbeitsraum mittels Ringwandöffnungen 14. Diese Ringwandöffnungen
14 sind voneinander einerseits durch den Schieber (Abb.6 und 18) und andererseits
durch die auf der Gehäusemittelwand i i umlaufende Konkavfläche 4 der Arbeitsscheibenschrägwand
3 getrennt. Es sei nun eine Drehkolbenmaschine mit Arbeitsscheiben ohne Konkavflächen
nach der Erfindung betrachtet. Bei dieser Maschine berührt eine Arbeitsscheibe die
Gehäusemittelwand nur in Liniendichtung. Wenri bei einer solchen Maschine der die
Gehäusemittelwand berührende Teil einer Arbeitsscheibe gerade über den Schieber
hinwegzieht, treten die beiden Ringwandöftnungen 14 jedesmal durch den Arbeitsraum
hindurch miteinander in Verbindung. Diese periodische Verbindung von Druck- und
Saugseite führt naturgemäß zu Störungen und Leistungsverminderung. Man hat deshalb
die zusätzliche Anbringung der verschiedensten Mittel vorgeschlagen, die das Rückströmen
des Fördergutes von der Druck- zur Saugseite verhindern sollen. Die Konkavfläche
4 der Erfindung löst auch diese Aufgabe auf die einfachste und dabei sicherste Weise.
Die Konkavfläche 4., deren Größe ja an sich beliebig sein kann, wird zu diesem Zwecke
so bemessen, daß der auf den Außenkranz i zu liegen kommende Ausschnitt, also das
Bogenstück 6 (Abb. i, 3 und 5), größer ist als die auf dem Kreisumfang gemessene
weiteste Entfernung der Gehäuseöffnungen 14. In Abb.6 ist auf der Gehäusemittelwand
durch die gestrichelten Bogen 5 angedeutet, wie groß in diesem Falle die Konkavfläche
4. sein muß und wie diese in der gezeichneten Stellung sich zu den Öffnungen 14
verhält. An Hand der Abb. 6 und 18 kann man sich den Bewegungsvorgang und die Wirkungsweise
der Konkavfläche 4 leicht vergegenwärtigen. Die Konkavfläche kreist mit der
Arbeitsscheibe
über die Gehäusemittelwand i i hinweg. Es soll angenommen werden, daß dies beispielshalber
im Uhrzeigersinne geschehen soll. Solange die Konkavfläche 4 sich außerhalb- des
Bereiches der Arbeitsraumöffnungen 14 bewegt, befindet sich zwischen deni rechten
Stutzen und der Konkavfläche der Saugraum und zwischen dem linken Stutzen und der
Konkavfläche der Druckraum. Die Konkavfläche soll sich jetzt der linken Gehäuseöffnung
14 nähern. Es tritt nun folgende Wirkung ein: Das zum Bogenstück -6 gehörende Stück
der Außenseite des Außenkranzes i der Arbeitsscheibe verschließt beim Weiterdrehen
der Arbeitsscheibe erst den linken Stutzen, sodann den rechten, gibt weiterwandernd
den linken frei und danach auch den rechten und kreist nun von neuem, vor sich den
Druckraum und hinter sich den Saugraum bildend, durch den Arbeitsraum. In keinem
Augenblick der Bewegung kann der eine Stutzen mit dem anderen durch den Arbeitsraum
hindurch in Verbindung treten. Durch die Anbringung der Konkavfläche 4 auf der Schrägwand
3 der Arbeitsscheibe ist also auch die Aufgabe der Rückflußsicherung gelöst.
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Der Schieber gleitet mit seinen beiden Stirnflächen ununterbrochen
auf den beiden Arbeitsscheiben, die ihn ja durch den Schieberschlitz hindurch sich
gegenseitig zusteuern. Wird nun die ebene Außenseite der Schrägwand, 3 durch die
Konkavfläche 4 unterbrochen, so sind hinsichtlich der Beziehung zwischen Schrägwand
und Schieber zwei Fälle zu unterscheiden. Ist die mittlere Entfernung der Bogenstücke
5 der Konkavfläche 4 kleiner als die Breite der Schieberstirnfläche, so gleitet
der Schieber über die Konkavfläche ohne jede Beeinflussung hinweg, als ob die ebene
Schrägwand überhaupt nicht durch die Konkavfläche unterbrochen wäre. Zur Vermeidung
von Kippmomenten müßte in diesem Falle die Konkavfläche kleiner als die Hälfte der
Breite der Schieberstirnfläche sein. Ist aber die Konkavfläche größer als die Breite
der Schieberstirnfläche, so kann diese die Konkavfläche nicht überbrücken: Der Schieber
stößt in die Konkavfläche hinein. Da nun zur Erzielung der Rückflußsicherung die
Konkavfläche so groß bemessen werden muß, daß .das Bogenstück 6 die Gehäuseöffnungen
14 abdecken kann, wird in der Regel die Konkavfläche größer als die Schieberstirnfläche
sein. Um nun das Hineinstoßen des Schiebers in die Konkavfläche zu verhindern, sind
Lenker vorgesehen, die in auf der Arbeitsscheibe angeordneten Nuten geführt werden.
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Wie die Abb. 8 bis 12 zeigen, ist auf der Außenseite des Außenkranzes
i und auf der Innenseite des Innenkranzes 2 der Arbeitsscheibe, also auf den Zylinderflächen
der Arbeitsscheibe, je eine Nut eingearbeitet. Diese Nuten, nämlich die äußere Nut
16 und die innere Nut 17, verlaufen zur Schrägwand parallel. In die Nuten 16 und
17 ist je ein Lenker eingesetzt, und zwar Lenker i8 in Nut 16 und Lenker i9 in Nut
17. Die Abb.14, 15 und 16 zeigen den Aufbau eines solchen Lenkers für die Außennut:
Er besteht aus dem Lenkerkörper 22, dem rechtwinklig an diesem angesetzten Lenkerarm
21 und den zu beiden Seiten des Lenkerkörpers 22 befindlichen Lenkerschultern 23.
Die Sohle des Lenkers, die beim Außennutlenker 18 konkav und beim Innennutlenker
i9 konvex ausgebildet ist, braucht keineswegs hinsichtlich ihrer Krümmung mit der
des zugehörigen Nutbodens genau übereinzustimmen. Der Einfachheit halber kann man
den Halbmesser für die Sohle des Außennutlenkers etwas größer und den Halbmesser
für die Sohle des Innennutlenkers etwas kleiner halten, als der Halbmesser des entsprechenden
Nutbodens beträgt. Im Maschinengehäuse sind die Lenker so eingebracht, daß sie sich
mit den Lenkerkörpern 22, die ja aus den Nuten herausragen, innerhalb des Schieberschlitzes
12 befinden. Die Lenker nehmen also nicht am Umlauf der Arbeitsscheibe teil. Die
Lenkerschultern 23 kommen außerhalb des Schieberschlitzes 12 in die Nuten 16 und
17 zu liegen; sie verhindern das radiale Herausfallen der Lenker aus den Nuten und
können in den Nuten 16 und 17 zweckmäßigerweise etwas radiales Spiel erhalten. Die
Lenkerarme 2i sind so bemessen, daß ihre Stirnflächen mit der Außenseite der Arbeitsscheibenschrägwand
3 in einer Ebene liegen (Abb. 9). Es ist nun leicht einzusehen, daß diese Ebene
auch dann von den Lenkerarmstirnflächen und der Schrägwand gemeinsam gehalten wird,
wenn die Arbeitsscheibe sich dreht und die Lenker am Umlauf gehindert werden, wie
es beim Betrieb der Maschine ja tatsächlich der Fall ist. Diese gemeinsame Ebene
besteht immer, gleichgültig welche Stellung im Raume die Schrägwand 3 beim Betrieb
der Maschine gerade einnimmt. Auf diesem Umstande beruht die Wirkung der Lenker
18 und i9. In Abb, 12 ist der Schieber 20 teilweise angegeben. Es ist der Augenblick
dargestellt, in dem die Konkavfläche an dem Schieber 20 vorüberzieht. Die Lenkerarme
stehen mit der Schieberstirnfläche in ständigem, ununterbrochenem Angriff, also
auch, wenn die Schrägwandfläche durch die Konkavfläche unterbrochen ist. Die Lenker
führen den Schieber 2o über die Konkavfläche hinweg, als ob an dieser Stelle die
Schrägwandebene gar nicht unterbrochen wäre.
In Ab-. 17 sind der
Schieber 2o hinsichtlich der dargestellten Ausbildung des Schieberkörpers 27 und
der beiden drehbeweglichen Stirnflächen 28 und die Befestigung der Arbeitsscheiben
auf der Welle 24 mittels Arbeitsscheibenrückwände 3o nur als Beispiel dargestellt.
Durch eine Ausnehmung 26 in der Arbeitsscheibenrückwand 30 kann man die Innennutlenker
i9 beobachten und fassen.
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Die Drehkolbenmaschinen nach der Erfindung können sowohl als Arbeitsmaschinen
als auch als Kraftmaschinen ausgebildet werden.
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Der Fortschritt der Erfindung beruht darin, daß die Konkavfläche zwischen
Arbeitsscheibe und Gehäusemittelwand eine flächenhafte Abdichtung schafft und gleichzeitig
den Arbeitsraum gegen Rückfluß sichert, und daß die in Nuten sitzenden Lenker der
Arbeitsscheibe mit Konkavfläche in bezug auf den Ablauf des Schiebers auf dieser
die Eigenschaft einer ununterbrochenen, ebenen Fläche verleihen.