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Maschine mit sichelförmigem Arbeitsraum und exzenterförmig bewegtem
Kolben Gegenstand der Erfindung ist eine Drehkolbenmaschine mit sichelförmigem Arbeitsraum
und exzenterförmig bewegtem Kolben, bei der der Kolben axial verschiebbar angeordnet
ist und zur stirnseitigen Abdichtung angepreßt wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Kolben stirnseitig durch Anpreßvorrichtungen
abgedichtet wird, bei denen der von einer Feder oder einem anderen elastischen Mittel
erzeugte Anpreßdruck auf eine Kugel wirkt, die zwischen zwei Führungsplatten abrollt,
um eine möglichst geringe Reibungsarbeit zu erzielen.
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Die Drehkolbenmaschinen, die den Gegenstand der Erfindung bilden,
haben Kolbenbewegungen, die einer Führung mit endlicher oder unendlicher Pleuelstange
entsprechen, so daß der Kolben Ellipsen oder Kreise beschreibt. Bei diesen Maschinen
wurde bisher die stirnseitige Abdichtung dadurch erzielt. daß entweder der Kolben
durch Federn angepreßt wird, die an einem Ende festgehalten sind, während das andere
Ende einen Kreis oder eine Ellipse beschreibt, oder der Kolben war außerhalb des
Arbeitsraumes mit einer Fläche versehen, die an einer verschiebbaren Platte gleitet,
oder an dem Kolben wurde eine Platte angebracht, die mittels Kugel- oder Rollenlager
von der Welle aus gegen den Kolben gepreßt wird. Des weiteren ist es. bei Drehkolbenmaschinen
mit einfacher Umlaufbewegung des Kolbens bekanntgeworden, zur seitlichen Abdichtung
ein Längslager zü verwenden. bei dem mehrere Kugeln zwischen konzentrischen, federbelasteten
Führungsplatten abrollen.
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Im ersten Fall sind die Federn, obwohl sie nur einer kleinen Bewegung
ausgesetzt sind, durch die hohen Umdrehungen, für die sich
die Drehkolbenmaschinen
besonders eignen. in ihrer Haltbarkeit äußerst beeinträchtigt und gefährden dadurch
außerordentlich den sicheren Betrieb der Maschine.
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Im zweiten Fall entsteht durch die Gleitbewegung zwischen dem Kolben
und der verschiebbaren Platte bei dem hohen erforderlichen Anpreßdruck eine unverhältnismäßig
große Reibung.
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Im dritten Fall wirkt der Anpreßdruck von der Welle aus über normale
Rollen- oder Kugellager auf die Mitte der Anpreßplatte. Diese Ausführung hat den
Nachteil, daß sich der Anpreßdruck gleichmäßig auf den ganzen Kolben verteilt. Da
nun der Anpreßdruck von den Kolbenflächen mit höchstem Betriebsdruck bestimmt wird,
so erzeugt er an den Kolbenflächen finit niederem Betriebsdruck eine viel zu große
Reibung. Durch die gleichmäßige Druckwirkung wird außerdem der Anpreßdruck so hoch,
daß betriebssichere Lager für diese Drücke bei den hohen Umdrehungszahlen der Drehkolbenmaschinen
nicht mehr zu bauen sind. Im letzten Fall wird zwar auch schon von der rollenden
Reibung Gebrauch gemacht. Diese Ausführung kann jedoch wegen der konzentrischen
Führungsplatten bei Drehkolbenmaschinen mit exzenterförmig bewegten Kolben nicht
in Anwendung kommen.
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Gegenüber den bekannten Ausführungen sind bei der vorliegenden Erfindung
die folgenden Vorteile vorhanden Die Anpressung erfolgt durch eine beliebige Anzahl
von Anpreßvorrichtungen, die unter Umständen von außen auch während des Betriebes
so eingestellt werden können, daß sie auf den Kolben nur den an diesen Stellen zur
Abdichtung nötigen Anpreßdruck ausüben. Dieser Druck wird alsdann z. B. mittels
Federn auf einzelne Kugeln übertragen, die bei der Kolbenbewegung auf einzelnen
Führungsplatten abrollen. Hierdurchwird jede gleitende Reibung vermieden und durch
rollende Reibung ersetzt. Die Vorrichtungen benötigen keine besondere Schmierung
und arbeiten mit dem geringsten Kraftbedarf.
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Da die Kugeln sowohl auf der Führungsplatte am bewegten Kolben als
auch auf der am stillstehenden Deckel abrollen und ihre Berührungslinien mit diesen
Platten Ellipsen oder Kreise beschreiben, so ist jede dieser Ellipsen bzw. jeder
Kreis halb so groß als die Bewegung des Kolbens an dem betrettenden Punkt. Die Abrollwege
werden, da schon der Kolben kleine Bewegungen hat, sehr gering, so daß die Fliehkräfte
der Kugel, selbst bei hohen Umdrehungen, keine Gleitung verursachen können.
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Die -Durchmesser der Kugeln können beliebig und verschieden groß ausgeführt
werden, so däß jeder Anpreßdruck übertragen werden -kann. Die großen Kugeln werden
zweckmäßig zur Verringerung der Gewichtsinassen und damit zur Verkleinerung der
Fliehkräfte ausgespart; sie werden dadurch Pendelstützen mit kugeliger Oberfläche.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Beispiel dargestellt.
Es ist: Abb. i ein Längsschnitt durch eine beispielsweise gewählte Drehkolbenmaschine
mit kreisförmig bewegtem Kolben nach dem Schnitt I-II der Abb. 2, Abb. a ein. dazugehöriger
Querschnitt nach dem Schnitt III-IV der Abb. i in Pfeilrichtung gesehen.
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An dem Gehäuse a sind zwei Deckelbund c befestigt, in denen die exzentrische
Welle d gelagert ist. Der eine Deckel b ist mit einen zylindrischen, zentrisch zu
den Wellenenden sitzenden Ansatz e versehen, der in das Gehäuse a hineinragt und
den der auf der Welle d drehbar gelagerte Kolbenkörper f, dessen Zylinder zentrisch
zu dem mittleren exzentrischen -Wellenteil liegt, umschließt. Dieser Kolbenkörper
f bildet mit dem Deckelansatz den Sichelraum g, der durch das am Deckel b mit Ansatz
e gelenkig angeordnete Widerlager h in die eigentlichen Arbeitsräume unterteilt
wird. An der Außenwand des Kolbens fist ein Auge k angebracht, in dem sich die Kurbel
l von gleicher Exzentrizität wie die Welle d dreht. Die Kurbel ist außerdem in einem
weiteren Auge in am Gehäuse a ge-
lagert. Bei der Umdrehung der Welle d wird
der -Kolben/ in radialer Richtung durch die Welle d bewegt und durch die Kurbel
l so geführt, daß er eine kreisförmige Bewegung ausführt. dabei gleitet er vermittels
der in ihm drehbar gelagerten Nüsse i-i an dem Widerlager h auf und ab.
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In der Abb. i ist nun die Erfindung in -zwei verschiedenen Arten beispielsweise
dargestellt. In der unteren Zeichnung wird der Kolben durch die Kugel iz und in
der oberen durch die ausgesparte Kugel N mit dein Durchmesser D durch Federn g oder
andere elastische Mittel an seine Stirnfläche gepreit. Dabei werden die Federn g
durch die Schrauben r so gespannt, daß sie den an dieser Stelle zur Abdichtung erforderlichen
Anpreßdruck ausüben. Die Kugeln it bzw. Pendelstützen rollen bei der Umdrehung des
Kolbens auf der. Führungsplatten o und p bzw. O und P ab und beschreiben in ihren
Berührungspunkten Kreise oder Ellipsen, je nachdem der Kolben f eine kreisförmige
Bewegung hat, entsprechend den Darstellungen in Abb. i und 2, oder eine exzenterförmige
wie bei der Maschine nach der Patentschrift ,I53 467. Die Kugeln unterteilen die
Kolbenbewegung in zwei gleiche Wege auf den Führungsplatten.
so
daß diese Kreise bzw. Ellipsen halb so groß werden als die des Kolbens an den betreffenden
Stellen. Die Fliehkräfte der Kugeln werden äußerst gering; jedes Gleiten an der
Abrollfläche kann durch den Anpreßdruck mit Sicherheit vermieden werden.
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Bei den Maschinen mit kreisförmig bewegten Kolben können, wie in Abb.
i unten dargestellt, die Kugeln n auch in kreisförmigen Rillen laufen,-deren mittlerer
Durchmesser der Exzentrizität der Welle entspricht. Diese Rillen geben den Kugeln
nicht nur eine größere Lebensdauer, sie sichern auch den Lauf der Kugeln und gewährleisten
dem von der Welle aus bewegten Kolben eine kreisförmige Führung, so daß dadurch
die Führung des Kolbens durch die Kurbell in Wegfall kommen kann.
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Zum Einbau und zur Sicherung im Betriebe werden bei der Verwendung
ebener Führungsplatten N und P (nach Abb. i oben) noch Führungsringes und t angeordnet,
die die Kugeln auf ihre Bahnen zurückführen, falls sich durch besondere Umstände
eine Verschiebung der Kugeln ergeben sollte.
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Die Anzahl der Anpreßvorrichtungen kann beliebig gewählt werden. Die
Einstellung des nötigen Anpreßdruckes kann von außen her auch während des Betriebes
erfolgen, wenn die Maschine erwärmt ist und ihre Längendehnurig erfahren hat. .
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Wird die Maschine in der gezeichneten Pfeilrichtung gedreht, dann
arbeitet sie als Verdichter und saugt durch die Öffnung u Luft oder ein anderes
Mittel an, das dann durch das Ventil v nach der Verwendungsstelle gedrückt wird.
Bei Verwendung als Kraftmaschine wird das Arbeitsmittel durch das Ventil v eingeleitet
und durch die Öffnung u abgeleitet.
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In der Zeichnung stellt die Maschine eine Einkolbenmaschine dar. Natürlich
kann sie auch als Zwillingsmaschine gebaut werden hierbei werden die Anpreßvorrichtungen
zweckmäßig zwischen den beiden Kolben ausgeführt.