EP0185236A2 - Drehkolbenmaschine - Google Patents

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EP0185236A2
EP0185236A2 EP85115187A EP85115187A EP0185236A2 EP 0185236 A2 EP0185236 A2 EP 0185236A2 EP 85115187 A EP85115187 A EP 85115187A EP 85115187 A EP85115187 A EP 85115187A EP 0185236 A2 EP0185236 A2 EP 0185236A2
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EP
European Patent Office
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rotary piston
rotary
shafts
shaft
sleeves
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EP85115187A
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English (en)
French (fr)
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EP0185236A3 (en
EP0185236B1 (de
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Kurt Jauch
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Individual
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Publication of EP0185236A3 publication Critical patent/EP0185236A3/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/126Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with elements extending radially from the rotor body not necessarily cooperating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/20Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with dissimilar tooth forms

Definitions

  • Rotary piston machines of this type have long been known, for example from DE-PS 23 243, GB-PS 575 350 and DE-AS 1 002 562.
  • each of the rotary pistons has a circumferential surface which completely surrounds the associated shaft and is composed of at least one cylindrical head surface, at least one likewise cylindrical foot surface and flanks, which are, for example, involute-shaped and connect adjacent ends of associated head and foot surfaces with one another.
  • the two Rotary pistons mesh with one another like a gear and their circumferential surfaces roll against each other when either one of the two shafts is driven so that the rotary piston machine pumps a fluid as a pump or blower, or when a fluid is supplied to the machine under pressure that drives the two rotary pistons the machine emits a torque to the outside as a motor.
  • the gear-type intermeshing rotary pistons of known generic machines can only slip against one another without slip in those points in which imaginary pitch circles of the two rotary pistons touch each other. If, as usual, the two shafts are connected to each other by gearwheels of the same size that mesh directly with one another, then their pitch circles and also the pitch circles of the two rotary pistons are of equal size; their diameter corresponds to the center distance of the two shafts. In all points of the two rotary pistons that are not on the associated pitch circle, a slip is superimposed on their pitching motion, which increases with increasing distance from the pitch circle and reaches a maximum amount when a cylindrical head surface of a rotary piston rolls on the cylindrical base surface of another rotary piston.
  • the invention is therefore based on the object of developing a rotary piston machine in such a way that the flow losses are reduced and, insofar as they are unavoidable, less adversely affect the control behavior of the machine than before.
  • the invention keeps frictional resistances and the resulting signs of wear extremely low, since the rotatability of the sleeves according to the invention ensures that their lateral surfaces serving as base surfaces roll on the top surfaces of the rotary pistons essentially without slippage. A slight slippage can occur at the beginning of the engagement of a head surface with a foot surface until this foot surface has been accelerated to a peripheral speed which corresponds to that of the head surface.
  • each of the shafts is connected to each sleeve supported on it by a freewheel. This prevents the sleeves from being periodically braked to an angular velocity by frictional resistance, which is smaller than that of the associated shaft.
  • the rotary piston machine shown in Fig.l to 3 has a housing 10, which is composed essentially of an upper, glasses-like cover plate 11 in Fig.l with two bearing inserts 12, of which only one is shown, a frame-like gear plate 13, also a frame-like Cylinder plate 14 and a lower cover plate 15.
  • a shaft journal 16 of a shaft 17 extends through the illustrated bearing insert 12 Shaft 17 and a shaft 18 are mounted parallel to each other in one of the bearing inserts 12 and in the lower cover plate 15.
  • two cylinder spaces 21 and 22 are formed coaxially with one of the two shafts 17 and 18, the diameter of which is slightly larger than the center distance of the two shafts, so that the two cylinder spaces overlap each other.
  • a ring 23 or 24 in the form of an annular ring is formed in one piece on the associated shaft 17 or 18.
  • An essentially annular sector-shaped rotary piston 27 or 28 is fastened to each of the webs 23, 24 with screws 25 or 26 or by brazing or spot welding or the like.
  • Each of the rotary pistons 27, 28 has a circular cylindrical head surface 29 or 30, which rests on the wall of the associated cylinder space 21 or 22 almost without play and thus sealingly.
  • Each of the two rotary pistons 27, 28 extends according to FIG. 3 over an arc of 180 ° and is delimited in the circumferential direction by two involute flanks 31 and 32, respectively.
  • Each rotary piston 27, 28, according to FIG. 1 has a flat end face sealingly against the gear plate 13 or the lower cover plate 15.
  • a roller bearing 33 or 34 designed as a needle bearing in the example shown, is arranged, on which a sleeve 35 or 36 is made hardened steel is stored.
  • the sleeves 35, 36 each have a circular-cylindrical outer surface, which rests essentially free of play and thus sealingly on a corresponding inner surface of the associated rotary piston 27 or 28 and is referred to below as the base surface 37 or 38.
  • the sleeves 37 and 38 are completely the same; their foot surfaces 37 and 38 have a diameter that is slightly - at most a few hundredths of a millimeter, larger than the outer diameter of the associated annular web 23 or 24 and selected so that each foot surface 37, 38 of a sleeve 35 or 36 on the Head surface 30 or 29 of the rotary piston 28 or 27, which is coaxial with the other sleeve 36 or 35, can be rolled under radial prestress.
  • the two shafts 17, 18 rotate in the direction of the arrows 41 and 42; a pneumatic or hydraulic delivery or working medium passes through an inlet 43 into the overlap region of the two cylinder spaces 21, 22 and flows out through an outlet 44.
  • inlet 43 and outlet 44 are separated from one another by the rotary pistons 27, 28 and sleeves 35, 36.
  • Each of the rotary pistons 27, 28 lies with its radially inner cylindrical surface on the base surface 37 or 38 of the associated sleeve 35 or 36 in such a way that it strives to take it along at the angular velocity of the two shafts 17, 18.
  • the head surface 29 and 30 of each rotary piston 27, 28 comes into engagement with the base surface 38 and 37 of the opposite sleeve 36 and 35; the sleeve in question is accelerated in such a way that the foot surface formed on it encircles the circumference speed of the rolling on its rolling head surface, so that the rolling takes place without slip.
  • the angular velocity of the sleeve 35 or 36 concerned thus increases temporarily - in the embodiment according to FIGS. 1 to 3 for half a revolution.
  • the angular velocity of the sleeve 35 or 36 in question drops again to the amount of the angular velocity of the shaft 17 or 18, which is coaxial with it.
  • the periodic acceleration of the sleeves 35 and 36, which is carried out on the rotary piston 28 or 27 is necessary, takes place almost immediately, since the sleeves have only a low inertial mass and since the rolling, as described, takes place under radial prestress and is therefore capable of transmitting sufficient peripheral forces.
  • the sleeves 35 and 36 rest with one of their end faces on the gear plate 13 and on the cover plate 15, respectively.
  • the sleeves 35 and 36 should be fitted particularly closely between the gear plate 13 and cover plate 15 so that they seal in the desirable manner. Then, however, there are frictional resistances which endeavor to brake the sleeves 35 and 36 to a standstill in the time intervals in which they are not driven by a rotary piston 28 or 27 which is rolling on them.
  • each of the roller bearings 33 and 34 is preferably designed as a freewheel, via which each of the shafts 17 and 18 forces each of the associated sleeves 35 and 36 in the direction of the arrow 41 and 42, respectively takes along.
  • the rotary piston machine according to FIG. 4 differs from that shown in FIGS. 1 to 3 essentially in that that each of the two rotary pistons 27 and 28 is subdivided into two sections of the same size, which are fastened diametrically opposite one another on the associated shaft 17 and 18, respectively.
  • the shafts 17, 18 are free of unbalance, and the rotary piston machine is therefore suitable for higher speeds.
  • the two sections of the rotary piston 27 each extend over approximately 150 °
  • the two sections of the rotary piston 28 each extend over approximately 30 °.
  • the two rotary pistons 27 and 28 thus complement one another, as in the embodiment according to FIGS. 1 to 3, to a total of 360 ° minus a small angle which corresponds to a slight play between the flanks 31 and 32 which mesh with one another.
  • the machine shown in FIG. 4 is primarily intended as a motor operated by compressed air.
  • FIG. 5 shows a further variant which is particularly suitable for high-speed, oil-operated engines.
  • This variant can be referred to as a synthesis from the two previous variants. It is common to the variant shown in FIGS. 1 to 3 that the two shafts 17, 18 are assigned the same size rotary lobes; the commonality with Fig. 4 is that each of the shafts 17, 18 are assigned two diametrically opposite rotary pistons 27 and 28 respectively. 5 each rotary piston 27 or 28 thus extends over 90 °. This ensures that the rotary piston machine runs particularly smoothly even at high speeds, for example 6000 per minute.
  • the shafts 17 and 18 can be sealed directly axially next to the cylinder spaces 21 and 22. However, it is more advantageous if shaft seals 46 and 47 are arranged at an axial distance from each of the two cylinder spaces 21 and 22 and a pressure relief duct 48 or 49 is incorporated between the gear plate 13 and the lower cover plate 15. Depending on the type of working or delivery medium of the rotary lobe machine, the pressure relief ducts 48, 49 lead into the free environment, as shown in FIG. 1, into an oil reservoir or the like.
  • channels 50 which emanate from the top surfaces 29 and 30 in the area of the cylinder spaces 21, 22 under higher pressure and which open out on the adjacent flanks 31 and 32, respectively .
  • Such channels 50 have the course shown in FIG. 3 using the example of the rotary piston 27 when the rotary piston machine operates as a motor and is accordingly supplied with pressure oil or the like from the inlet 43.
  • flanks 31 and 32 which are preferably involute in profile, are preferably arc-shaped or arrow-shaped in the longitudinal direction, that is to say they are designed like curved or arrow teeth, so that they do not come into contact with one another suddenly but as gently as possible.

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Abstract

In einem Gehäuse (10) sind zwei Zylinderräume (21,22) zwischen einem Einlaß (43) und einem Auslaß (44) einander überschneidend ausgebildet. An zwei Wellen (17,18), die sich durch je einen der Zylinderräume (21,22) erstrecken und zu gegensinniger Drehung miteinander verbunden sind, ist je ein Drehkolben (27,28) befestigt. Die Drehkolben (27,28) sind zueinander komplementär und haben je eine zur zugehörigen Welle (17,18) gleichachsige Kopffläche (29,30), die periodisch mit dem Gehäuse (10) und je einer zur Welle (18,17) des komplementären Drehkolbens (28,27) gleichachsigen Fußfläche (38, 37) Dichtungszonen bilden. Die Fußflächen (37,38) sind an je einer Hülse (35,36) ausgebildet, die zwischen je einem der Drehkolben (27,28) und der zugehörigen Welle (17,18) abdichtend und drehbar angeordnet ist. Jede der Fußflächen (37,38) ist an der Kopffläche (30,29) des komplementaren Drehkolbens (28,27) spielfrei abwälzbar. Auf diese Weise werden Strömungsverluste und dadurch bedingte Regelungsschwierigkeiten weitgehend vermieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine mit
    • - einem Gehäuse, in dem zwei Zylinderräume zwischen einem Einlaß und einem Auslaß einander überschneidend ausgebildet sind,
    • - zwei Wellen, die sich durch je einen der Zylinderräume erstrecken und zu gegensinniger Drehung miteinander verbunden sind, und
    • - zwei zueinander komplementären Drehkolben, die an je einer der Wellen befestigt sind und je eine zur zugehörigen Welle gleichachsige Kopffläche aufweisen, die periodisch mit dem Gehäuse und, im Uberschneidungsbereich der beiden Zylinderräume, mit je einer zur Welle des komplementären Drehkolbens gleichachsigen Fußfläche Dichtungszonen bilden.
  • Drehkolbenmaschinen dieser Gattung sind seit langem bekannt, beispielsweise aus der DE-PS 23 243, der GB-PS 575 350 und der DE-AS 1 002 562. Bei solchen bekannten Maschinen weist jeder der Drehkolben eine Umfangsfläche auf, welche die zugehörige Welle vollständig umschließt und sich zusammensetzt aus mindestens einer zylindrischen Kopffläche, mindestens einer ebenfalls zylindrischen Fußfläche und Flanken, die beispielsweise evolventenförmig gestaltet sind und benachbarte Enden zusammengehöriger Kopf- und Fußflächen miteinander verbinden. Die beiden Drehkolben greifen zahnradartig ineinander und ihre Umfangsflächen wälzen sich aneinander ab, wenn entweder eine der beiden Wellen angetrieben wird, damit die Drehkolbenmaschine als Pumpe oder Gebläse ein Fluid fördert, oder wenn der Maschine ein Fluid unter Druck zugeführt wird, das die beiden Drehkolben antreibt, damit die Maschine als Motor ein Drehmoment nach außen abgibt.
  • Die zahnradartig ineinandergreifenden Drehkolben bekannter gattungsgemäßer Maschinen können sich ebenso wie normale Zahnräder nur in solchen Punkten schlupffrei aneinander abwälzen, in denen gedachte Wälzkreise der beiden Drehkolben einander berühren. Wenn die beiden Wellen, wie üblich, durch unmittelbar miteinander kämmende, gleichgroße Zahnräder miteinander verbunden sind, dann sind deren Wälzkreise und ebenso die Wälzkreise der beiden Drehkolben gleich groB; ihr Durchmesser stimmt mit dem Achsabstand der beiden Wellen überein. In allen nicht auf dem zugehörigen Wälzkreis liegenden Punkten der beiden Drehkolben ist deren Wälzbewegung ein Schlupf überlagert, der mit zunehmendem Abstand vom Wälzkreis zunimmt und einen größten Betrag jeweils dann erreicht, wenn eine zylindrische Kopffläche eines Drehkolbens sich an der zylindrischen Fußfläche eines anderen Drehkolbens abwälzt.
  • Um zu verhindern, daß dieser Schlupf im Betrieb erhebliche Reibungswiderstände hervorruft und zu einer raschen Zerstörung der Umfangsflächen der Drehkolben führt, ist es bei gattungsgemäßen Maschinen bisher üblich, den Achsabstand der beiden Wellen so zu wählen, daß zwischen den einander zugeordneten Kopf- und Fußflächen der beiden Drehkolben stets ein Spalt freibleibt; dieser Spalt muß im Ruhezustand verhältnismäßig groß sein, da die beiden Wellen im Betrieb von Druckkräften des strömenden Mediums zueinander hin gebogen werden können. Der Spalt zwischen Kopf- und Fußflächen, die sich somit nur theoretisch aneinander abwälzen, hat jedoch den Nachteil, daß ein vor allem im Teillastbetrieb erheblicher Anteil des strömenden Mediums zwischen den beiden Drehkolben hindurchströmt, wodurch Leistungsverluste auftreten und eine genaue Regelung der bekannten Maschinen erschwert oder sogar unmöglich gemacht wird. Vor allem als hydraulische oder pneumatische Drehkolbenmotoren haben bekannte gat- tungsgemä8e Maschinen im Teillastbetrieb ein unbefriedigendes Regelverhalten; sie können bei Unterschreitung eines bestimmten Fluiddurchsatzes je Zeiteinheit plötzlich stehenbleiben, da das gesamte Fluid zwischen den Drehkolben hindurchströmt.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine derart weiterzubilden, daß die Strömungsverluste vermindert werden und, soweit sie unvermeidlich sind, das Regelverhalten der Maschine weniger beeinträchtigen als bisher.
  • Die Aufgabe ist bei einer Drehkolbenmaschine der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst,
    • - daß zwischen jedem Drehkolben und der zugehörigen Welle mindestens eine Hülse angeordnet ist, die gegenüber diesem Drehkolben abdichtet, auf der zugehörigen Welle drehbar gelagert ist und die zu dieser Welle gleichachsige Fußfläche bildet, und
    • - daß jede der Fußflächen an der Kopffläche des komplementären Drehkolbens spielfrei abwälzbar ist.
  • Durch die spielfreie Abwälzung zwischen Kopf- und Fußflächen wird das hydraulische oder pneumatische Förder- oder Arbeitsmedium, mit dem die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine als Pumpe oder Motor betrieben wird, so gut wie vollständig daran gehindert, zwischen den genannten Flächen hindurchzuströmen. Strömungsverluste zwischen dem Gehäuse und den Kopfflächen sowie den Stirnflächen der Drehkolben lassen sich, wie schon bei bekannten gattungsgemäßen Drehkolbenmaschinen, verhältnismäßig gering halten; bei der erfindungsgemäßen Maschine sind somit die Strömungsverluste insgesamt gering und bleiben deshalb ohne wesentlichen Einfluß auf das Regelverhalten.
  • Gleichzeitig werden durch die Erfindung Reibungswiderstände und dadurch bedingte Verschleißerscheinungen äußerst gering gehalten, da die Drehbarkeit der erfindungsgemäßen Hülsen dafür sorgt, daß deren als FuBflächen dienende Mantelflächen sich im wesentlichen schlupffrei an den Kopfflächen der Drehkolben abwälzen. Ein geringfügiger Schlupf kann allenfalls zu Beginn des Eingriffs einer Kopffläche mit einer FuBfläche solange auftreten, bis diese Fußfläche auf eine Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt worden ist, die mit derjenigen der Kopffläche übereinstimmt. Wegen der Drehbarkeit der Hülsen ist es jedoch ausgeschlossen, daß sich ein etwaiger Verschleiß an einer bestimmten Stelle konzentriert; wenn überhaupt, nutzen sich die Fußflächen derart gleichmäßig ab, daß sie rund bleiben.
  • Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine kann dadurch weitergebildet sein,
    • - daß die Hülsen mit je mindestens einem Wälzlager auf der zugehörigen Welle gelagert sind und
    • - daß die aneinander abwälzbaren Kopf- und Fußflächen radial zueinander hin vorgespannt sind.
  • Durch diese Maßnahmen wird die Abdichtung zwischen Kopf-und Fußflächen noch verbessert und ihr Verschleiß besonders gering gehalten.
  • Es ist besonders vorteilhaft, wenn jede der Wellen mit jeder auf ihr gelagerten Hülse durch einen Freilauf verbunden ist. Dadurch wird verhindert, daß die Hülsen durch Reibungswiderstände periodisch auf eine Winkelgeschwindigkeit abgebremst werden können, die kleiner als diejenige der zugehörigen Welle ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet,
    • - daß jeder Drehkolben über mindestens einen ringförmigen Steg mit der zugehörigen Welle verbunden ist, und
    • - daß jede Hülse axial neben dem zugehörigen Steg abdichtend angeordnet ist.
  • Diese Ausführungsform kann dadurch weitergebildet sein,
    • - daß auf jeder der Wellen zwei Hülsen, durch einen mittig angeordneten Steg voneinander getrennt gelagert sind,
    • - daß die Hülsen mit je einer vom zugehörigen Steg abgewandten Stirnfläche gegen das Gehäuse abdichten und
    • - daß die Stege einen geringfügig kleineren Außendurchmesser haben als die zugehörigen Hülsen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine,
    • Fig. 2 den Querschnitt II-II in Fig.l,
    • Fig. 3 den Querschnitt III-III in Fig.1,
    • Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Querschnitt einer abgewandelten Drehkolbenmaschine und
    • Fig. 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Querschnitt einer weiteren abgewandelten Drehkolbenmaschine.
  • Die in Fig.l bis 3 dargestellte Drehkolbenmaschine hat ein Gehäuse 10, das sich im wesentlichen zusammensetzt aus einer in Fig.l oberen, brillenartigen Deckplatte 11 mit zwei Lagereinsätzen 12, von denen nur einer gezeichnet ist, einer rahmenartigen Getriebeplatte 13, einer ebenfalls rahmenartigen Zylinderplatte 14 und einer unteren Deckplatte 15. Durch den dargestellten Lagereinsatz 12 erstreckt sich ein Wellenzapfen 16 einer Welle 17. Die Welle 17 und eine Welle 18 sind parallel zueinander in je einem der Lagereinsätze 12 und in der unteren Deckplatte 15 gelagert.
  • Auf den beiden Wellen 17 und 18 ist innerhalb der rahmenartigen Getriebeplatte 13 je ein Zahnrad 19 bzw. 20 befestigt; diese beiden Zahnräder sind gleich und kämmen gemäß Fig.2 nahezu spielfrei miteinander.
  • In der Zylinderplatte 14 sind gemäß Fig. 3 gleichachsig mit je einer der beiden Wellen 17 und 18 zwei Zylinderräume 21 und 22 ausgebildet, deren Durchmesser etwas größer ist als der Achsabstand der beiden Wellen, so daß die beiden Zylinderräume einander überschneiden. Im axial mittleren Bereich jedes Zylinderraums 21,22 ist an der zugehörigen Welle 17 bzw. 18 einkreisringförmiger Steg 23 bzw. 24 einstückig ausgebildet.
  • An jedem der Stege 23,24 ist mit Schrauben 25 bzw. 26 oder durch Hartlöten oder Punktschweißen od. dgl. ein im wesentlichen kreisringsektorförmiger Drehkolben 27 bzw. 28 befestigt. Jeder der Drehkolben 27,28 hat eine kreiszylindrische Kopffläche 29 bzw. 30, die nahezu spielfrei und somit abdichtend an der Wand des zugehörigen Zylinderraums 21 bzw. 22 anliegt. Jeder der beiden Drehkolben 27,28 erstreckt sich gemäß Fig.3 über einen Bogen von 180° und ist in Umfangsrichtung durch zwei evolventenförmige Flanken 31 bzw. 32 begrenzt. Seitlich liegt jeder Drehkolben 27,28 gemäß Fig.l mit je einer ebenen Stirnfläche abdichtend an der Getriebeplatte 13 bzw. der unteren Deckplatte 15 an.
  • Auf jeder der Wellen 17,18 ist beiderseits des zugehörigen kreisringförmigen Stegs 23 bzw. 24 je ein im dargestellten Beispiel als Nadellager ausgebildetes Wälzlager 33 bzw. 34 angeordnet, auf dem eine Hülse 35 bzw. 36 aus gehärtetem Stahl gelagert ist. Die Hülsen 35,36 haben je eine kreiszylindrische Außenfläche, die im wesentlichen spielfrei und somit abdichtend an einer entsprechenden Innenfläche des zugehörigen Drehkolbens 27 bzw. 28 anliegt und im folgenden als Fußfläche 37 bzw. 38 bezeichnet wird. Die Hülsen 37 und 38 sind vollständig gleich; ihre Fußflächen 37 bzw. 38 haben einen Durchmesser, der geringfügig - um allenfalls wenige hundertstel Millimeter, größer als der Außendurchmesser des zugehörigen ringförmigen Stegs 23 bzw. 24 und so gewählt ist, daß jede Fußfläche 37,38 einer Hülse 35 bzw. 36 an der Kopffläche 30 bzw. 29 des mit der jeweils anderen Hülse 36 bzw. 35 gleichachsigen Drehkolbens 28 bzw. 27 unter radialer Vorspannung abwälzbar ist.
  • Unabhängig davon, ob die dargestellte Drehkolbenmaschine als Pumpe oder als Motor arbeitet, drehen sich die beiden Wellen 17,18 in Richtung des Pfeils 41 bzw. 42; dabei gelangt ein pneumatisches oder hydraulisches Förder- oder Arbeitsmedium durch einen Einlaß 43 in den Uberschneidungsbereich der beiden Zylinderräume 21,22 und strömt durch einen Auslaß 44 ab. In jeder möglichen Drehwinkelstellung der beiden Wellen 17,18 sind Einlaß 43 und Auslaß 44 durch die Drehkolben 27,28 und Hülsen 35,36 voneinander getrennt.
  • Jeder der Drehkolben 27,28 liegt mit seiner radial inneren Zylinderfläche derart auf der Fußfläche 37 bzw. 38 der zugehörigen Hülse 35 bzw. 36 auf, daß er bestrebt ist, diese mit der Winkelgeschwindigkeit der beiden Wellen 17, 18 mitzunehmen. Im Verlauf jeder Umdrehung der beiden Wellen 17 und 18 kommt die Kopffläche 29 bzw. 30 jedes Drehkolbens 27,28 mit der Fußfläche 38 bzw. 37 der gegenüberliegenden Hülse 36 bzw. 35 zeitweise in Eingriff; dabei wird die betreffende Hülse derart beschleunigt, daß die an ihr ausgebildete Fußfläche die Umfangsgeschwindigkeit der sich an ihr abwälzenden Kopffläche annimmt, so daß die Abwälzung schlupffrei stattfindet. Die Winkelgeschwindigkeit der betroffenen Hülse 35 bzw. 36 nimmt also vorübergehend - bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 bis 3 für eine halbe Umdrehung - zu.
  • Nach dem Ende der Abwälzung sinkt die Winkelgeschwindigkeit der betroffenen Hülse 35 bzw. 36 wieder auf den Betrag der Winkelgeschwindigkeit der mit ihr gleichachsigen Welle 17 bzw. 18. Die periodische Beschleunigung der Hülsen 35 und 36, die für deren spielfreie Abwälzung am Drehkolben 28 bzw. 27 erforderlich ist, findet nahezu augenblicklich statt, da die Hülsen nur eine geringe träge Masse haben und da die Abwälzung, wie beschrieben, unter radialer Vorspannung stattfindet und somit zur Ubertragung ausreichender Umfangskräfte imstande ist.
  • Die Hülsen 35 und 36 liegen mit je einer ihrer Stirnflächen an der Getriebeplatte 13 bzw. an der Deckplatte 15 an. Die Hülsen 35 und 36 sollten besonders eng zwischen Getriebeplatte 13 und Deckplatte 15 eingepaßt sein, damit sie in der wünschenswerten Weise abdichten. Dann entstehen aber Reibungswiderstände, die bestrebt sind, die Hülsen 35 und 36 in den Zeitintervallen, in denen sie nicht von einem sich an ihnen abwälzenden Drehkolben 28 bzw. 27 angetrieben werden, bis zum Stillstand abzubremsen.
  • Um eine so weitgehende Abbremsung der Hülsen 35 und 36 zu verhindern, ist jedes der Wälzlager 33 und 34 vorzugsweise als Freilauf ausgebildet, über den jede der Wellen 17 und 18 jede der zugehörigen Hülsen 35 bzw. 36 in Richtung des Pfeils 41 bzw. 42 zwangsweise mitnimmt.
  • Die Drehkolbenmaschine gemäß Fig.4 unterscheidet sich von der in Fig.1 bis 3 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß jeder der beiden Drehkolben 27 und 28 in zwei gleichgroße kreisringsektorförmige Abschnitte unterteilt ist, die einander diametral gegenüber an der zugehörigen Welle 17 bzw. 18 befestigt sind. Infolgedessen sind die Wellen 17,18 frei von Unwucht, und die Drehkolbenmaschine eignet sich deshalb für höhere Drehzahlen. Die beiden Abschnitte des Drehkolbens 27 erstrecken sich im Beispiel gemäß Fig. 4 über je etwa 150°, während die beiden Abschnitte des Drehkolbens 28 sich über je etwa 30° erstrecken. Die beiden Drehkolben 27 und 28 ergänzen sich also wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.l bis 3 auf ingesamt 360° abzüglich eines kleinen Winkels, der einem geringfügigen Spiel zwischen den mit einander kämmenden Flanken 31 und 32 entspricht. Die in Fig. 4 dargestellte Maschine ist vor allem als druckluftbetriebener Motor vorgesehen.
  • In Fig. 5 ist eine weitere Variante dargestellt, die vor allem für schnellaufende, ölbetriebene Motoren geeignet ist. Diese Variante kann als Synthese aus den beiden vorangehenden Varianten bezeichnet werden. Mit der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Variante ist ihr gemeinsam, daß beiden Wellen 17, 18 gleichgroße Drehkolben zugeordnet sind; die Gemeinsamkeit mit Fig. 4 besteht darin, daß jeder der Wellen 17, 18 zwei einander diametral gegenüberliegende Drehkolben 27 bzw. 28 zugeordnet sind. Gemäß Fig. 5 erstreckt sich somit jeder Drehkolben 27 oder 28 über 90°. Damit wird erreicht, daß die Drehkolbenmaschine auch bei hohen Drehzahlen von beispielweise 6000 pro Minute besonders ruhig läuft.
  • Bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig.1 bis 3 einerseits und Fig.4 andererseits kann zwischen jedem Steg 23,24 und dem zugehörigen Drehkolben 27 bzw. 28 ein in Fig.l und 3 dargestelltes Paßstück 45 eingebaut sein, das den Drehkolben in einer genau bestimmten Lage fixiert.
  • Die Wellen 17 und 18 können unmittelbar axial neben den Zylinderräumen 21 und 22 abgedichtet sein. Es ist jedoch vorteilhafter, wenn Wellendichtungen 46 und 47 in je einem axialen Abstand von den beiden Zylinderräumen 21 und 22 angeordnet sind und dazwischen je ein Druckentlastungskanal 48 bzw. 49 in die Getriebeplatte 13 bzw. in die untere Deckplatte 15 eingearbeitet ist. Je nach Art des Arbeits- oder Fördermediums der Drehkolbenmaschine führen die Druckentlastungskanäle 48, 49 in die freie Umgebung, wie in Fig. 1 dargestellt, in einen ölvorratsbehälter oder dgl.
  • Die frühzeitige Entstehung eines öldrucks zwischen den paarweise zusammenwirkenden Flanken 31 und 32 kann durch Kanäle 50 gefördert werden, die in dem unter höherem Druck stehenden Bereich der Zylinderräume 21, 22 von den Kopfflächen 29 und 30 ausgehen und an der benachbarten Flanke 31 bzw. 32 münden. Solche Kanäle 50 haben den in Fig. 3 am Beispiel des Drehkolbens 27 dargestellten Verlauf, wenn die Drehkolbenmaschine als Motor arbeitet und dementsprechend vom Einlaß 43 aus mit Drucköl od. dgl. versorgt wird.
  • Die im Profil vorzugsweise evolventenförmigen Flanken 31 und 32 sind in Längsrichtung vorzugsweise bogen- oder pfeilförmig, sind also wie Bogen- oder Pfeilverzahnungen ausgebildet, damit sie nicht schlagartig sondern möglichst sanft miteinander in Eingriff kommen.

Claims (5)

1. Drehkolbenmaschine mit
- einem Gehäuse (10), in dem zwei Zylinderräume (21,22) zwischen einem Einlaß (43) und einem Auslaß (44) einander überschneidend ausgebildet sind,
- zwei Wellen (17,18), die sich durch je einen der Zylinderräume (21,22) erstrecken und zu gegensinniger Drehung miteinander verbunden sind, und
- zwei zueinander komplementären Drehkolben (27,28), die an je einer der Wellen (17,18) befestigt sind und je eine zur zugehörigen Welle gleichachsige Kopffläche (29,30) aufweisen, die periodisch mit dem Gehäuse (10) und, im Uberschneidungsbereich der beiden Zylinderräume (21,22), mit je einer zur Welle (18,17) des komplementären Drehkolbens (28,27) gleichachsigen Fußfläche (38,37) Dichtungszonen bilden,

dadurch gekennzeichnet,
- daß zwischen jedem Drehkolben (27,28) und der zugehörigen Welle (17,18) mindestens eine Hülse (35,36) angeordnet ist, die gegenüber diesem Drehkolben abdichtet, auf der zugehörigen Welle (17,18) drehbar gelagert ist und die zu dieser Welle gleichachsige Fußfläche (37, 38) bildet, und
- daß jede der Fußflächen (37,38) an der Kopffläche (30, 29) des komplementären Drehkolbens (28,27) spielfrei abwälzbar ist.
2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Hülsen (35,36) mit je mindestens einem Wälz- lager (33,34) auf der zugehörigen Welle (17,18) gelagert sind und
- daß die aneinander abwälzbaren Kopf- und Fußflächen (29,38; 30,37) radial zueinander hin vorgespannt sind.
3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede der Wellen (17, 18) mit jeder auf ihr gelagerten Hülse (35, 36) durch einen Freilauf verbunden ist.
4. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß jeder Drehkolben (27,28) über mindestens einen ringförmigen Steg (23,24) mit der zugehörigen Welle (17, 18) verbunden ist und
- daß jede Hülse (35,36) axial neben dem zugehörigen Steg (23,24) abdichtend angeordnet ist.
5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
- daß auf jeder der Wellen (17,18) zwei Hülsen (35,36), durch einen mittig angeordneten Steg (23,24) voneinander getrennt gelagert sind,
- daß die Hülsen (35,36) mit je einer vom zugehörigen Steg (23,24) abgewandten Stirnfläche gegen das Gehäuse (10) abdichten und
- daß die Stege (23,24) einen geringfügig kleineren Außendurchmesser haben als die zugehörigen Hülsen (35,36).
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