WO2004015245A1 - Drehkolbenmaschinen mit verschiebbarem innengehäuse - Google Patents

Drehkolbenmaschinen mit verschiebbarem innengehäuse Download PDF

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2230/00—Manufacture
    • F04C2230/60—Assembly methods
    • F04C2230/601—Adjustment

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston machine according to the preamble of the main claim. It is known to manufacture rotary piston machines with power and shut-off parts arranged at an angle to one another, in which the rotors, at least one power and one shut-off part each, take up a spherical volume (DE 42 41 320 C 2) or correspond to the volume of a spherical disk (198 37 729 A 1).
  • machines of this type have the disadvantage that, in particular when overall dimensions become smaller, the gap losses between the areas in the interior of such machines that are subjected to different pressures, which can be used as pumps or motors, increase, and so do methods such as the manufacture of components Smaller tolerances lead to a disproportionate increase in the manufacturing effort for the manufacture of precisely intermeshing rotors and associated housings, which exponentially increases the effort required for centering the rotors and it is not possible to reduce these gap losses with economically justifiable effort.
  • the rotary piston machine according to the invention with the inner housing with the characterizing features of the main claim has the advantage that the inner housing is centered relative to the rotors due to the arrangement of the inner housing, which is freely displaceable in the axial and radial directions the gap dimensions are averaged between the components of the rotary piston machine (power part, shut-off part, inner housing) which are arranged so as to be movable and sealable, thereby reducing the gap losses.
  • the rotors which have a spherical outer shape and which are centered via a shaft on the one hand, for example the drive shaft of a motor flanged to the rotary piston machine (power unit), and the control head of the rotary piston machine on the other hand (shut-off part), by an inner housing with a spherical recess are included, which accommodates the rotor, which is arranged centered on the shaft of the control head, with a cylindrical bore which merges into the spherical recess.
  • the spherical recess serves to receive the other rotor arranged on the shaft and engaging at one axial angle in the one rotor seated on the shaft of the control head.
  • An opening in the spherical part of the inner housing serves to lead through the shaft and the shaft of the rotor (power section) attached to it.
  • the inner housing is prevented from dodging away from the control head, for example via a cone that surrounds the shaft of the rotor rotating with the shaft, and via an anti-rotation device that can be freely displaced in the axial and radial directions, for example by springs arranged on the outside of the inner housing, which in recesses on Intervene in the outer housing and prevent it from rotating.
  • Openings over part of the circumference on the inner housing which, depending on the operating mode, serve as an inlet or outlet for the conveying or drive fluid, create a pressure compensation between the inside and outside of the inner housing, so that the same pressure is present between the inner housing and the housing as within the Inner housing or so that the pressure between the housing and the inner housing is higher than the static pressure in the Gap between the outer circumferential surface of the rotors and the inner surface of the inner housing when the gap flow forms, so that an additional sealing effect is achieved by pressing the inner housing on all sides due to the resulting compressive forces.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the rotors and the inner housing engaging the rotors can be pressed against one another in the axial direction, for example by means of an adjusting ring and a spring ring, so that the gap flows between the individual chambers formed by the rotors and between that in the spherical recess lying rotor and the inner housing can be further reduced.
  • the shut-off part 2 is rotatable about the with a shaft 4 of the control head 5 receiving bore Longitudinal axis of the shaft 4 arranged.
  • the power section 3 has a central spherical recess on the side facing the shut-off section 2 for receiving the control head 5.
  • the shaft of the power part 3 is attached to the shaft of a motor 8 by means of a feather key 6 and a shaft extension 7.
  • the housing 10 is fastened to the motor 8 via a flange 9.
  • the two rotors which are fixed in their position via the shaft 4 of the control head 5 and via the shaft of the motor 8, are of an inner housing 1 which can be displaced in the axial and radial directions and which has a spherical recess has continuous cylindrical bore for receiving the rotors (shut-off part 2 and power part 3).
  • springs 11 are formed on the outer side of the inner housing 1 and engage in recesses 12 in the building 10.
  • a cone 13 is arranged above the shaft of the power section 3, which prevents the movement of the inner housing 1 away from the control head 5.
  • Shut-off part 2, power part 3 and inner housing 1 are pressed together in the axial direction via setting rings 14 and a spring ring 15. Due to the free displacement of the inner housing 1, relative to the rotors 2 and 3, manufacturing tolerances of the entire assembly, in particular the shut-off part 2 and the power part 3, are averaged and gap flows are thereby reduced.
  • Openings 16 in the inner housing 1 the working pressure of the rotary piston machine is transmitted into the space between the housing 10 and the inner housing 1. This creates an additional contact pressure of the inner housing 1 in the radial and axial direction on the shut-off part 2 and the power part 3.
  • a mechanical seal 17 is arranged between the flange 9 and the shaft of the motor 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Drehkolbenmaschine mit Innengehäuse (1) und achswinklig zueinander angeordneter Rotoren (2, 3) zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen und zur Verringerung der Spaltverluste solcher Maschinen.

Description

DREHKOLBENMASCHINE MIT VERSCHIEBBAREM INNENGEHÄUSE
Die Erfindung geht aus von einer Drehkolbenmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, Drehkolbenmaschinen mit achswinklig zueinander angeordneten Leistung- und Absperrteilen herzustellen, bei denen die Rotoren, mindestens jeweils ein Leistungs- und ein Absperrteil, ein sphärisches Volumen einnehmen (DE 42 41 320 C 2) oder dem Volumen einer Kugelscheibe entsprechen (198 37 729 A 1).
Derartige Maschinen weisen jedoch den Nachteil auf, dass insbesondere bei kleiner werdenden Gesamtabmessungen, die Spaltverluste zwischen den mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagten Bereichen im Inneren solcher Maschinen, welche als Pumpen oder Motoren verwendet werden können, zunehmen und es durch Methoden, wie das Herstellen von Bauteilen mit geringeren Toleranzen zu einem unverhältnismäßigen Steigern des Fertigungsaufwandes zur Herstellung präzise ineinandergreifender Rotoren und dazugehöriger Gehäuse kommt, wodurch der notwendige Aufwand zur Zentrierung der Rotoren zueinander exponentiell zunimmt, und es nicht möglich ist diese Spaltverluste mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu reduzieren.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine mit Innengehäuse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die in axialer und radialer Richtung frei verschiebbare Anordnung des Innengehäuses, eine Zentrierung des Innengehäuses relativ zu den Rotoren erfolgt, so dass die Spaltmaße zwischen den zueinander beweglich und dichtend angeordneten Bauteilen der Drehkolbenmaschine (Leistungsteil, Absperrteil, Innengehäuse) gemittelt werden, wodurch die Spaltverluste verringert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die eine sphärische äußere Form aufweisenden Rotoren, welche über eine Welle einerseits, beispielsweise die Antriebswelle eines an die Drehkolbenmaschine angeflanschten Motors (Leistungsteil), und der Steuerkopf der Drehkolbenmaschine andererseits (Absperrteil) zentriert sind, von einem Innengehäuse mit einer sphärischen Ausnehmung umfasst werden, welches mit einer zylindrischen Bohrung die in die sphärische Ausnehmung übergeht, frei beweglich den Rotor, welcher auf dem Schaft des Steuerkopfs zentriert angeordnet ist, aufnimmt. Die sphärische Ausnehmung dient der Aufnahme des auf der Welle angeordneten, unter einem axialen Winkel in den auf dem Schaft des Steuerkopfes sitzenden einen Rotor eingreifenden anderen Rotors. Eine Öffnung im sphärischen Teil des Innengehäuses dient zur Hindurchführung der Welle und des Schafts des darauf befestigten Rotors (Leistungsteil). Zusätzlich wird das Innengehäuse am Ausweichen weg vom Steuerkopf gehindert, beispielsweise über einen, den Schaft des mit der Welle rotierenden Rotors umfassenden Konus, und über eine in axialer und radialer Richtung frei verschiebbare Verdrehsicherung, beispielsweise durch außen am Innengehäuse angeordnete Federn, welche in Ausnehmungen am Außengehäuse eingreifen, am Mitrotieren gehindert. Durch Öffnungen über einen Teil des Umfanges am Innengehäuse, welche je nach Betriebsart als Ein- oder Ausläse des Förder- oder Antriebsfluides dienen, wird ein Druckausgleich zwischen Innenseite und Außenseite des Innengehäuses erzeugt, so dass zwischen Innengehäuse und Gehäuse derselbe Druck anliegt, wie innerhalb des Innengehäuses bzw. so, dass der Druck zwischen Gehäuse und Innengehäuses höher ist, als der statische Druck im Spalt zwischen der äußeren Mantelfläche der Rotoren und der Innenfläche des Innengehäuses bei sich ausbildender Spaltströmung, so dass hierdurch eine zusätzliche Dichtwirkung erreicht wird, indem das Innengehäuse durch die resultierenden Druckkräfte allseitig auf die Rotoren gedrückt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rotoren und das die Rotoren ungreifende Innengehäuse beispielsweise über einen Einstellring und einen Federring in axialer Richtung gegeneinander gepresst werden können, so dass die Spaltströmungen zwischen den einzelnen, durch die Rotoren gebildeten Kammern und zwischen dem in der sphärischen Ausnehmung liegenden Rotor und dem Innengehäuse zusätzlich verringert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beispielsbeschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Rotoren einer Drehkolbenmaschine, das Absperrteil 2 und das Leistungsteil 3, greifen unter einem axialen Winkel ineinander, so dass Kammern mit über den Drehwinkel veränderlichem Volumen zur Förderung von Fluiden oder Gasen zwischen Absperrteil 2 und Leistungsteil 3 gebildet werden. Das Absperrteil 2 ist mit einer den Schaft 4 des Steuerkopfes 5 aufnehmenden Bohrung drehbar um die Längsachse des Schafts 4 angeordnet. Das Leistungsteil 3 weist auf der dem Absperrteil 2 zugewandten Seite eine zentrale sphärische Ausnehmung zur Aufnahme des Steuerkopfes 5 auf. Der Schaft des Leistungs teils 3, ist mittels einer Passfeder 6 und einer Wellenverlängerung 7 auf der Welle eines Motors 8 befestigt. Über einen Flansch 9 ist das Gehäuse 10 am Motor 8 befestigt. Die beiden Rotoren (Absperrteil 2 und Leistungsteil 3), die über den Schaft 4 des Steuerkopfes 5 und über die Welle des Motors 8 in ihrer Lage fixiert sind, werden von einem in axialer und radialer Richtung verschiebbaren Innengehäuse 1, welches eine in eine sphärische Ausnehmung übergehende zylindrische Bohrung zur Aufnahme der Rotoren (Absperrteil 2 und Leistungsteil 3) aufweist, umfasst. Um ein Mitrotieren des Innengehäuses 1 zu verhindern, sind an der Außenseite des Innengehäuses 1 Federn 11 ausgebildet, die in Ausnehmungen 12 des Gebäudes 10 greifen. Über dem Schaft des Leistungsteils 3 ist ein Konus 13 angeordnet, welcher die Bewegung des Innengehäuses 1 weg vom Steuerkopf 5 verhindert. Über Einstellringe 14 und einem Federring 15 werden Absperrteil 2, Leistungsteil 3 und Innengehäuse 1 in axialer Richtung aneinandergepresst. Durch freie Verschiebbarkeit des Innengehäuses 1, relativ zu den Rotoren 2 und 3, werden Fertigungstoleranzen der gesamten Baugruppe, insbesondere des Absperrteils 2 und Leistungsteils 3 gemittelt und hierdurch Spaltströmungen verringert. Durch Öffnungen 16 im Innengehäuse 1, wird der Arbeitsdruck der Drehkolbenmaschine in den Raum zwischen Gehäuse 10 und Innengehäuse 1 übertragen. Hierdurch entsteht eine zusätzliche Anpresskraft des Innengehäuses 1 in radialer und axialer Richtung an das Absperrteil 2 und Leistungsteil 3. Zur Verhinderung des Austritts des Förderfluides aus dem Gehäuse 10 ist zwischen Flansch 9 und der Welle des Motors 8 eine Gleitringdichtung 17 angeordnet. Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Bezugszahlenliste
1 Innengehäuse
2 Absperrteil
3 Leistungsteil
4 Schaft
5 Steuerkopf
6 Passfeder
7 Wellenverlängerung
8 Motor
9 Flansch
10 Gehäuse
11 Feder
12 Ausnehmung
13 Konus
14 Einstellring
15 Federring
16 Öffnung
17 Gleitringdichtung

Claims

Ansprüche
1. Drehkolbenmaschine mit Gehäuse und mindestens einem Rotor, gekennzeichnet durch ein Innengehäuse mit folgenden Merkmalen einer in eine sphärische Ausnehmung übergehenden zylindrischen Bohrung zur Aufnahme unter einem axialen Winkel zueinander angeordneten Rotoren (2, 3) einer Öffnung in der sphärischen Ausnehmung zur
Hindurchführung eines Schaftes, des einen auf einer
Welle (7) angeordneten Rotors (3), einer in axialer und radialer Richtung frei verschiebbaren, dem Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Rotoren (2, 3) dienenden Zentrierung relativ zu den
Rotoren (2, 3), einer Verdrehsicherung (11, 12) gegenüber dem Gehäuse
(10), einer Einrichtung (13) zur Verhinderung einer Bewegung des Innengehäuses (1) in axialer Richtung weg von den
Rotoren (2, 3) und mindestens einer Öffnung (16) im Innengehäuse (1) an der Stelle, an der der Fluidstrom am Außenradius der
Rotoren (2, 3) ein- oder austritt, für die Übertragung des
Druckes des Fluidstromes auf die Räume außerhalb des
Innengehäuses (1) zur Erzeugung eines zusätzlichen
Anpressdrucks zwischen Innengehäuse (1) und Rotoren
(2, 3, zur Minimierung der Spaltströmungen). lbenmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14, 15) zum Aneinanderpressen der Rotoren (2, 3) und des Innengehäuses (1) in axialer Richtung.
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