-
Drehkolbenmaschine mit zueinander exzentrischer Lage von Ständer und
Läufer Die Erfindung betrifft eine Drehkoll)enmaschinc mit zueinander exzentrischer
Lage von Ständer und Läufer, ähnlich der Drehkolbenmaschine der deutschen Patentschrift
623 936. Bei der bekannten Drehkolbenmaschine bzw. Pumpe sind um eine exzentrisch
zum Gehäuse gelagerte Welle mindestens zwei Walzengruppen in sprengwerkartiger Anordnung
untergebracht, und zwar in der Art, daß zwischen den Walzen einer und derselben
Gruppe keine gegenseitige Berührung stattfinden kann, daß jedoch jede Walze einer
Gruppe mit je zwei Walzen der nächsten Gruppe in Berührung steht. Durch die Exzentrizität
der Welle entsteht eine Winkellage der Walzenanordnungen zueinander, die während
des Umlaufs des gesamten Walzensystems sich jeweils ändert. Durch diese Anordnung
wird erreicht, daß das gesamte Walzensystem im entgegengesetzten Sinne umläuft wie
die \\'elle und daß sich eine Untersetzung für das langsamer umlaufende Walzensystem
ergibt, was den Vorteil mit sich bringt, daß es möglich ist, die Maschinc hochtourig
anzutreiben, und daß die eigentlichen Fördermechanismen trotzdem verhältnismäßig
langsam umlaufen, so daß der hydraulische \\"irkungsgrad gut ist.
-
Diese bekannte Maschine besitzt aber den Nachteil, daß die Winkellage
der einzelnen Walzen zueinander und die am Gehäuse oder an der Welle oder an den
Walzen gegeneinander zurückzulegenden Wege nicht immer in Übereinstimmung sind.
Das bedingt, daß im Betrieb ein Ausgleich durch Rutschen oder Schlupf der Walzen
gegeneinander erfolgen muß, was bei der zur Leistungsübertragung notwendigen gegenseitigen
starken Pressung der gegeneinander umlaufenden Teile, d.h. der Walzen untereinander
und gegenüber der Welle und
der Gehäusewandung zu Betriebsstörungen
führen kann.
-
Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt, die darin besteht,
daß eine zwangsläufige Verbindung zwischen der Gehäusewandung und der Welle einerseits
und dem umlaufenden Walzensystem andererseits mittels Zahnradverzahnung oder Treibriemen
oder beider Mittel gemeinsam vorgesehen ist. Dabei ist von den Walzengruppen des
umlaufenden Walzensystems nur je eine Walze mit Zahnrädern ausgerüstet, die miteinander
im Eingriff stehen und ein Zwischengetriebe darstellen, das die Verbindung zwischen'der
Welle und der Gehäusewandung bildet. An Stelle der Verzahnung kann ein Riemenantrieb
treten, oder es können beide Mittel miteinander vereinigt werden. Dadurch wird erreicht,
daß das umlaufende Walzensystem zwangsläufig angetrieben wird, ohne daß eine starke
Pressung der umlaufenden Teile an den Berührungslinien zwecks Erzeugung einer starken
Reibung, wie es in der genannten Patentschrift geschildert ist, erforderlich ist.
Eine scharfe Pressung der Walzen aneinander und an den Wandungen der Welle und des
Gehäuses war bei dem Gegenstand der genannten Patentschrift unerläßlich, um den
notwendigen Antrieb durch Reibung zu sichern. Vielmehr können die einzelnen Walzen
mit einem gewissen geringen Spiel zueinander arbeiten, das keine nennenswerten Undichtheiten
bedingt, das aber genügt, daß die Walzen ohne nennenswerte Reibung das an gewissen
Stellen des Umlaufweges erforderliche geringe Rutschen im Verhältnis zueinander
ausführen können.
-
In der Einleitung der genannten Patentschrift ist angegeben, daß zum
sicheren Ausschließen jeglichen Gleitens besondere Vorkehrungen, z. B. Verzahnungen,
vorgesehen sein können. Diese Angabe in ihrer allgemeinen Fassung ist nicht unbedingt
zutreffend, ja sogar falsch, wenn alle Walzen verzahnt sind. Bei der vorliegenden
Erfindung soll gerade das erreicht werden, was das ältere Patent vermeiden will,
nämlich ein Rutschen zwischen den Berührungsflächen der Walzen einerseits untereinander
und andererseits gegenüber der Welle und der Gehäusewandung, d. h. überall, wo ein
Ausgleich erforderlich ist, ohne dabei den sicheren Antrieb der einzelnen Teile
zu verlieren. Der Antrieb ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, sondern nur durch
eine besondere Art der Verzahnung oder durch einen besonderen Riemenantrieb oder
eine besondere zwangsläufige Verbindung, welche Lösungen auf der Erkenntnis beruhen,
daß nur an einer Stelle zwischen je einer Walze jeder Walzengruppe und der exzentrisch
gelagerten Welle und der Gehäusewandung eine zwangsläufige Verbindung durch eine
Stirnräderverzahnung oder mittels eines dehnbaren Riemens oder beider Mittel gemeinsam
oder durch eine besondere Ausbildung der Walzen und der Gehäusewandung möglich ist.
Grundsätzlich darf nur jeweils eine Walze einer Gruppe mit einer benachbarten Walze
einer anderen Gruppe im Zahneingriff stehen, da sonst sofort eine Blockierung eintreten
würde. Es hat sich herausgestellt, daß eine Verzahnung nur in der Weise praktisch
durchführbar ist, daß je eine Walze jeder Gruppe mit Zähnen versehen ist, die miteinander
im Eingriff stehen und ein Zwischengetriebe bilden, das die Verbindung zwischen
den Zähnen der Welle und der Gehäusewandung herstellt. An Stelle eines Zahnrädergetriebes
kann ein Riemenantrieb treten, oder beide Getriebe können miteinander vereinigt
werden. Auch ein zwangsläufiger Reibungsantrieb an einer einzigen Stelle von beschränkter
Ausdehnung ist möglich.
-
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch die Drehkolbenmaschine nach der
Linie A-A der Abb. 2 im Aufriß, Abb. 2 einen Querschnitt der Maschine im Auf riß
nach der Linie B-B der Abb. i, Abb. 3 einen Querschnitt nach der Linie C-C der Abb.
i im Aufriß mit Dichtungslaschen; Abb.3a zeigt eine Einzelheit, nämlich einen Längsschnitt
durch eine große Walze 3 und eine kleine Walze 2, die mittels einer Lasche miteinander
gekuppelt sind; Abb. .4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der
Maschine mit zwangsläufigem Antrieb durch Verzahnung in Verbindung mit einem Antrieb
durch einen dehnbaren Riemen, Abb. 5 einen Querschnitt durch die Maschine analog
Abb.2 mit zwangsläufigem Antrieb durch einen dehnbaren Riemen gemäß Schnitt A-A
der Abb. 4 im Aufriß, Abb. 6 einen Querschnitt der Abb. 4 gemäß Schnitt B-B wie
Abb.3 mit eingezeichneten Laschen; Abb. 7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform
mit kraftschlüssigem Antrieb, bei der ein sicherer Antrieb durch Reibung mit einer
gewissen Ausgleichmöglichkeit verbunden ist; Abb. S zeigt einen Querschnitt durch
Abb. 7 nach dem Schnitt A-A.
-
In der Zeichnung bezeichnet i die Welle, die von den Walzen 2 einer
Walzengruppe umlagert ist. Diese Walzen stehen ständig mit der Welle in Berührung,
sind jedoch so angeordnet, daß sie sich nicht gegenseitig berühren können. Die Gruppe
der Walzen 2 ist umgeben von einer zweiten Gruppe von Walzen 3, die einen größeren
Durchmesser als die Walzen 2 besitzen und von denen jede mit zwei Walzen 2 der ersten
Gruppe in Berührung steht. Daraus ergibt sich eine sprengwerkartige Anordnung der
Walzen beider Gruppen zueinander. Jede Walzengruppe enthält die gleiche Anzahl von
Walzen. ]e zwei Walzen 3 der äußeren Gruppe bilden mit einer Walze der inneren Gruppe
und der Gehäusewandung eine Außenkammer, deren Querschnitt bzw. Inhalt sich entsprechend
der veränderlichen Exzentrizitätslage beim Umlauf um die Welle i ändert. Mit 4 ist
eine ringförmige Büchse bezeichnet, die normalerweise fest und in Sonderfällen dreh-
und einstellbar im Gehäuse 5 der Maschine gelagert ist und die Gehäusewandung darstellt,
auf deren Innenfläche die Walzen 3, der äußeren Gruppe im entgegengesetzten Sinne
zu dem Drehsinn der Welle i abrollen. Die Stirnwände, die
das Gehäuse
5 an leiden Enden abschließen, sind mit 6 bezeichnet und mit 7 ein innenverzahnter
kreisförmiger Ring, der in der Mitte der ringförmigen Büchse 4 eingesetzt ist und
zwischen den ringförmigen Teilen 4.° und 4b der Büchse liegt und so gehalten wird,
daß er sich nicht axial verlagern kann, <laß er aber um seine Mittelachse, die
mit derjenigen der Teile -j° und +b fluchtet, eine geringe p -eiidelnde Drehung
ausführen kann. Die Verzahnung an der Welle i ist mit iz bezeichnet, die Verzahnung
der einzigen mit der Welle in direktem Eingraf stehenden Walze 2 mit 2z und die
Verzahnung der einzigen mit der kleinen verzahnten Walze 2 und dem verzahnten Ring
7 im Eingriff stehenden großen Walze 3 ist mit 3z bezeichnet. Mit 8 sind die sog.
Dichtungslaschen bezeichnet, die auf den Achsen 13 und 14 der nicht verzahnten Walzen
2', 2" und 3', 3" angeordnet sind und so je eine große Walze 3 und eine kleine Walze
2 zusammenhalten und mit ihnen gemeinsam um die Welle i umlaufen (s. Alb. 3a). Die
nicht verzahnten Walzen haben an der Stelle, wo die Verzahnung bei den anderen Walzen
sitzt, eine Aussparung 12, d.h. eine Ringnut entsprechend der Höhe und Breite der
Zähne, so daß die Verzahnung in dieser Nut, ohne Zahneingriff zu erzeugen, vorbeilaufen
kann. Nun w@iir<ie bei dieser Anordnung eine Undichtigkeit der zwischen zwei
großen Walzen und einer zwischen ihnen liegenden kleinen Walze gebildeten Förderkammer
entstehen. L'm diesen Durchgang zu versperren, sind diejenigen großen Walzen, die
keine Verzahnung haben dürfen, jeweils mit einer zugeordneten kleinen Walze durch
Laschen 8 (vgl. Abb. 3 und 3a) verbunden. Abb. 3 zeigt einen Querschnitt an der
Stelle, wo die Verzahnung angeordnet ist. Die Laschen laufen mit entsprechenderPassung
an den Zahnköpfen der Welle und an denen der einen kleinen Walze 2 und des verzahnten
Ringes 7 vorbei, so daß nunmehr die Kammern gegeneinander allgedichtet sind. In
der Abb.3 ist sichtbar gemacht, daß die Welle und nur eine kleine und nur eine große
Walze und der hing 7 eine Verzahnung tragen.
-
Die :11>b. 5 zeigt eine andere Ausführungsform für den zwangsläufigen
Antriebeiner großen Walze 3 und der Welle i. Um einen dafür vorgesehenen und entsprechend
gestalteten Teil auf der Welle i und einer großen Walze 3 und zweier sie direkt
berührender kleinen Walzen 2 läuft ein dehnbarer Treibriemen 9. Infolge der Exzentrizität
der Welle zum Gehäuse ändert sich die Entfernung der Mitten der großen Walze und
der Welle beim Umlauf. Auch liegen die ebenfalls an dem Riemen 9 anliegenden kleinen
Walzen 2 je nach Winkellage des Systems verschieden weit auseinander. Aus diesen
Gründen muß der Antriebsriemen 9 dehnbar sein.
-
Bei dieser bisher geschilderten Art könnte nun noch die durch Riemen
angetriebene große Walze 3 an der Buchse :4 rutschen, und das Walzensystem würde
keinen völligen Zwangsschluß besitzen. Deshalb erhält, wie die Abb. 4 in einem Längsschnitt
zeigt, an geeigneter Stelle, in diesem Falle in der :Mitte des Gehäuses. die große
Walze, die mit dem Treibriemen angetrieben wird, zusätzlich eine Verzahnung, die
ihrerseits in einen entsprechend verzahnten Ring 7 eingreift. Rechts und links von
dieser Verzahnung liegen dann je ein Treibriemen g° und 96, wie es im Schnittbild
der Abb. 4 und 5 dargestellt ist. Durch diese Konstruktion würde an den nicht von
einem Treibriemen angetriebenen großen Walzen gegenüberliegend der Verzahnung des
Ringes 7 im Gehäuse 5 eine Rinne verlaufen müssen, da diese Walzen keinen Zahneingriff
und überhaupt keine Verzahnung haben sollen. Diese Rinne würde wieder eine Undichtigkeit
der Förderkammern in dem bereits vorher geschilderten Sinne bringen, und deshalb
sind wieder im Bereich der Verzahnung die Verbindungslaschen 8 nötig. Die Abb. 6
zeigt einen Querschnitt an dieser Stelle. Im Gegensatz zu dem Querschnitt in Abb.
3, sind die Welle i und die kleine Walze 2 nicht verzahnt. Während nun bei den Konstruktionen
mit dehnbarem Riemenantriel> mit zusätzlicher Verzahnung der Treibwalze 3 der verzahnte
Ring 7 fest im Gehäuse montiert sein kann, darf dies bei den Antrieben mit Verzahnung
entsprechend den Abb. 1, 2 und 3 nicht der (Fall sein. Durch die Verschiebung der
Walzen während ihres Umlaufes gegeneinander muß ein Ausgleich in der Verzahnung
erfolgen können, wenn Welle i, eine kleine Walzet und eine große Walzea verzahnt
sind. Deshalb ist der Zahnring 7 im Gehäuse 5 uni eine Mittellage pendelnd durch
Federn gehalten, so daß der sich als Teilungsfehler in der Zahnung auswirkende nötige
Ausgleich durch ein geringes Verschieben des Zahnringes 7 erfolgen kann.
-
In der Abb. 7 und im Querschnitt dazu in der Abb. 8 ist noch eine
andere Art gezeigt, die die Verwirklichung der Forderung eines sicheren Übertragens
einerseits und einer gewissen Ausgleichmöglichkeit andererseits gewährleistet. Die
ringförmige Büchse 4 gemäß Abb. i und 2, auf deren Innenfläche die Walzen 3 abrollen,
ist in drei axial vorzugsweise gleich breite Ringe4a, 46 und io unterteilt, von
denen 4a und 46 im Gehäuse feststehen, während der Mittelring io, der radial wesentlich
schwächer ist als die benachbarten Ringe 4a und 46, mit seiner Wellenlage zwischen
den beiden Ringen .4° und 46 lose und radial verschiebbar gelagert ist. Der lose
Ring io ist mit der Feder i i verspannt, die ihn dauernd im Sinne der Verkleinerung
der Exzentrizität zu verschieben sucht und ihn gegen die. Walzen 3 drückt, so daß
eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Ring io und den Walzen 3 besteht. Die
großen Walzen 3 sind bis auf eine ungeteilt durchgehende dreiteilig, 3a, 36,
3c, und zwar je von der Länge der Breite des losen Ringes io und der übrigen feststehenden
Laufringe 40 und 46.
-
Es ergibt sich manchmal, beispielsweise für Regelzwecke, die Notwendigkeit,
die Fördermenge zu variieren bei konstanter Antriebsdrehzahl. An sich würde diese
Drehkolbenmaschine proportional der Drehzahl ihre Fördermenge ändern. Wenn man nun
den Teil der Büchse 4, in welchem die Einlaß-und Auslaßöffnungen angebracht sind,
während des Betriebes bei Wahrung der Lage seiner Mittelachse umgewisse\Vinkelgradedreht,so
sitzen dieEin-und
Auslaßschlitze dann an anderen Stellen des Walzensystems,
welches seinerseits durch die nicht drehbaren Teile des Laufringes bezüglich der
Mittenabstände der Walzen und Größe der Förderkammern unverändert bleibt.
-
Man kann dadurch die Fördermenge ändern, während die Maschine ihre
bisherige Drehzahl beibehält. Die Förderkammern werden lediglich an anderen Stellen
mit dem Einsaugen und an zugeordneten anderen Stellen mit dem Ausschieben beginnen.
Diejenige Volumensänderung, die sich aus der zuletzt möglichen Einsaugstelle für
die betreffende Kammer und der zuletzt möglichen Ausschubstellung derselben Kammer
bei verschobenem Ring jeweils ergibt, ist ein Maß für die Förderung.
-
Wenn man in der Abb. 2. sich die mit Schlitzen versehene Büchse 4
drehbar im Gehäuse 5 vorstellt, kann das Vorstehende erläutert werden. Die Ein-und
Auslaßöffnungen im Gehäuse 5 bleiben auch bei gedrehter Büchse 4 unverändert, also
bleiben auch die Zu- und Ablaufrohrleitungen in ihrer Lage erhalten. Die Größe der
einzelnen Förderkammern bleibt jeweils an einer bestimmten Stelle auch die gleiche,
so wie sie sich aus der Lagerung der Welle und des Gehäuses ergibt. Wird die Büchse
4 beispielsweise um 30° im Uhrzeigersinn nunmehr verdreht, so kann bei der gezeichneten
Drehrichtung das Walzensystem nur ausschieben bis zu der Stelle, wo die letzte große
Walze einer Kammer das Ende der Schlitze passiert 'hat. Diejenige Fördermenge, die
dann noch in der Kammer enthalten ist, gelangt auf die Einsaugseite, also den rechten
Teil der Maschine, in der Abb.2, zurück. Sinngemäß würde auf der Einsaugseite bei
der um 30° gedrehten Büchse nur so lange das Einsaugen möglich sein, bis die letzte
Walze dieser Kammer den Einsaugschlitz passiert hat. Beim weiteren Umlauf wird diese
Kammer zwar ihren Inhalt noch vergrößern, jedoch kann sie von der Einsaugseite her
kein neues Fördermedium bekommen und müßte dieses von der Druckseite her, linke
Seite der Abbildung, beziehen. Durch die Verdrehung des Ringes ergibt sich also
eine Veränderung der Fördermenge.