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Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine,
die als Verdichter, Pumpe oder Motor verwendbar ist, mit einer in einem Gehäuse
rotierenden zylindrischen Kapsel, einem koaxialen Hohlraum mit langlochförmigem
Querschnitt und einer exzentrisch gelagerten Walze als Drehkolben im Innern der
Kapsel, wobei die Exzentrizitäten der Walzendrehachse zur Walzenachse und zur Kapselachse
gleich groß sind, so daß sich die Walze mit gleichem Drehsinn und doppelt so schnell
wie die Kapsel dreht, und dabei der Hohlraum in zwei veränderliche Hubräume aufgeteilt
ist.
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Bei Drehkolbenmaschinen wäre anzustreben, das Verdrängungsvolumen
im Verhältnis zur Summe der Spaltlängen zwischen den bei der Bewegung gegeneinander
gleitenden Teilen möglichst groß zu machen, um die prozentualen Verluste niedrig
zu halten.
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Bei einer bekannten Umlauf-Hub-Kolbenmaschine ist das Verdrängungsvolumen
proportional der vierfachen Exzentrizität, was einen sehr günstigen Wert darstellt.
Eine Maschine der eingangs erwähnten Art ist besonders günstig, da bei ihr das Verdrängungsvolumen
pro Umdrehung etwa proportional der achtfachen Exzentrizität ist. Dabei können die
Spalte bzw. Berührungslinien fast das theoretische Minimum erreichen, da der wirksame
Verdrängungsraum etwa die Gestalt eines Würfels haben kann. Diese Art von Drehkolbenmaschinen
kann grundsätzlich als Pumpe, Verdichter oder Motor und für gasförmige oder flüssige
Mittel angewandt werden und besteht unabhängig vom Verwendungszweck aus einem Gehäuse
mit Öffnungen für Ein- und Auslaß, einer in dem Gehäuse rotierenden, zylindrischen
Kapsel, einem koaxial liegenden Hohlraum mit langlochförmigem Querschnitt und einer
zur eigenen und zurKapselachse exzentrisch gelagerten Walze als Drehkolben im Innern
der Kapsel, der den Hohlraum in zwei Hubräume aufteilt. Die Walze dreht sich im
gleichen Drehsinn und doppelt so schnell wie die Kapsel, wobei sie, relativ zur
Kapsel gesehen, außer einer drehenden eine hin- und hergehende Bewegung ausführt
und dabei die Größe der Hubräume verändert. Die Kapselachse, die Walzenachse und
die Achse, um die sich die Walze dreht, »Walzendrehachse« genannt, sind untereinander
parallel, wobei die Achsabstände, »Exzentrizitäten« genannt, der Walzendrehachse
zur Walzenachse und der Walzendrehachse zur Kapselachse gleich groß sind. Da der
engste Spalt zwischen der Walze und dem Hohlraum mit dem langlochförmigen Querschnitt
nur längs zweier Linien verläuft, ist die Abdichtung einer solchen Walze besonders
schwierig oder unvollkommen, daher ist die Walze auch schon mit einem gleitsteinähnlichen
Kolbenkörper umgeben worden, so daß auch an den achsparallelen Spalten statt Dichtungslinien
Dichtungsflächen gegeben sind. Derartige Kolbenkörper haben aber auch Nachteile:
Sind nämlich die Längen der planparallelen Dichtflächen kurz gehalten, neigen die
Kolbenkörper zum Verkanten mit der Folge großer Linienpressungen an den Kanten der
Dichtflächen; sind hingegen diese Längen größer, dann bekommen die Kolbenkörper
im Verhältnis zur Exzentrizität große Abmessungen, und damit entstehen verhältnismäßig
große stirnseitigeDichtflächen und somit entsprechend große Lässigkeitsverluste.
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Um bei dieser Art von Drehkolbenmaschinen die vorstehend bemängelten
Lässigkeitsverluste in den Spalten einerseits, zu hohe Flächen- und Linienpressungen
der bewegten Teile gegeneinander mit der Gefahr der Riefenbildung andererseits zu
beseitigen, sind erfindungsgemäß zwischen der Walze und den beiden parallelen Wänden
des Hohlraumes zwei Gleitschuhe angeordnet, in denen die Walze drehbar ist und die
an der hin- und hergehenden Bewegung der Walze teilnehmen.
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Als für die Erfindung charakteristische Verbesserung wird mit dieser
Anordnung erreicht, daß sich während des Laufes die herstellungs- und auch abnutzungsmäßig
bedingten Spalten, in denen Lässigkeitsverluste entstehen, selbsttätig aufheben,
weil die Senkrechten auf die einander zugeordneten Resultierenden der wirksamen
Normalkräfte auf die Gleitflächen zwischen Walze und Gleitschuhen einerseits und
Gleitschuhen und Hohlraumwänden andererseits einen spitzen Winkel bilden. Durch
die dadurch hervorgerufene Keilwirkung läuft selbst bei großen Herstellungsspielen
und Abnutzungswerten an den Kolbenteilen und den Hohlraumwänden der Kolben spalt-und
somit spaltverlustfrei im Hohlraum.
Die Verbindungen der Hubräume
mit dem Einlaß- bzw. Auslaßraum im Gehäuse sind meistens durch Bohrungen, Schlitze
od. dgl. in der Kapselwand hergestellt, die während des Hubwechsels von den Eimaß-
und Auslaßraum trennenden Gehäuseteilen abgedeckt sind. Dabei können je nach den
Erfordernissen des Verwendungszweckes und der Betriebsbedingungen als Abdichtung
zwischen dem Einlaß-und dem Auslaßraum in dem Gehäuse und zwischen der Kapsel und
damit gleichzeitig als Abdeckung der Verbindungen zu den Hubräumen zweckmäßig ein
einfacher oder ein Labyrinthspalt oder andere an sich bekannte Bauteile mit knien-,
lippen- oder flächenförmiger Berührung angeordnet sein kann. Erforderlichenfalls
kann ein zur Abdeckung der die Verbindungen der Hubräume mit der Ein- bzw. Auslaßseite
im Gehäuse herstellenden Schlitze der Kapsel bei Zwischenstellungen der Kapsel dienender
Gehäusewandbereich über dem Punkt des Hubwechsels hinaus derart weit verlängert
sein, daß während der Drehung eine in sich abgeschlossene Entspannung oder Verdichtung
im Hubraum durchführbar ist.
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Um den Totraum bzw. bei als Verdichter arbeitender Drehkolbenmaschine
den schädlichen Raum auf ein Mindestmaß herabzusetzen, können an gleitstein-oder
gleitschuhförmigen Bauteilen Zapfen, Warzen od. dgl. angeordnet sein, die in den
Hubendlagen in die Bohrungen, Schlitze od. dgl. in der Kapselwand, die die Verbindung
der Hubräume mit dem Einlaß-bzw. Auslaßraum herstellen, eingreifen.
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Bei einstöckiger Ausführung der Kapsel ist es vorteilhaft, zwischen
den Wänden des Hohlraumes und der zylindrischen Außenumfangswand Kammern vorzusehen,
die zur Kühlung des Rotors dienen. Die Kapsel selbst kann mehrteilig ausgebildet
sein, wobei in einem rohrförmigen Mantel zwei Segmentstücke als Wände des Hohlraumes
eingesetzt sind.
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In den Fig. 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele einer Drehkolbenmaschine
gemäß der Erfindung im Querschnitt dargestellt.
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In Fig. 1 ist eine als Verdichter arbeitende Drehkolbenmaschine gezeigt.
In einem Gehäuse 1 ist eine zylindrische Kapsel 2 drehbar um die Achse 3 gelagert.
Im Innern der Kapsel 2 befindet sich ein koaxialer Hohlraum 21 mit langlochförmigem
Querschnitt. In dem Hohlraum 21 ist ein Drehkolben, der aus einer Walze 18 und zwei
Gleitschuhen 19 und 20 zusammengesetzt ist, untergebracht. Die Walzendrehachse 7
ist einerseits zur Walzenachse 6, andererseits zur Kapselachse 3 exzentrisch angeordnet,
wobei die beiden Exzentrizitäten gleich groß sind. Im Gehäuse 1 befinden sich ein
Einlaß- und ein Auslaßraum 8 und 9, die durch die dazwischenliegenden Gehäusewandteile
10 und 11 und die Kapsel 2 voneinander getrennt sind. In der Kapselwand befinden
sich Bohrungen oder Schlitze 12 und 13 als Ein- bzw. Auslässe des Fördermittels
in den Hohlraum 21. Die Ein- und Auslässe werden in sinnvoller Weise von den zwischen
10 und 10a und 11 und 11a liegenden Gehäusewandbereichen abgedeckt. Die Wandbereiche
10 bis 10a und 11 bis 11a sind grundsätzlich etwa in Verlängerung
einer gedachten Verbindung der Kapselachse 3 und der Walzendrehachse 7 angeordnet,
wobei bei dem Ausführungsbeispiel eine von der Stelle 11a bis zur Kante 14 verlängerte
Abdeckung dargestellt ist.
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Die Wirkungsweise ist, ausgehend von der dargestellten Lage von Kapsel
2 und Walze 18, folgende: Die Kapsel 2 dreht sich in Richtung des Pfeiles 15 um
die Achse 3; gleichzeitig dreht sich die Walze 18 um die Walzendrehachse 7 in Richtung
des Pfeiles 16 mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit wie die Kapsel 2. Dabei bewegt
sich die Walze 18 mit den Gleitschuhen 19 und 20 durch den Hohlraum 21, der in zwei
bei der Drehung sich verändernde Hubräume aufgeteilt wird. Aus dem Einlaßraum 8
strömt dabei das zu verdichtende Medium durch den Schlitz 12 in den sich vergrößernden
Hubraum 17, der in der Lage, in der der Schlitz 12 bei 11 abgedeckt wird, sein größtes
Volumen erreicht. Bei der Weiterdrehung verkleinert der aus Walze 18 und Gleitschuhen
19, 20 bestehende Drehkolben den Hubraum und verdichtet das eingeschlossene Medium,
bis bei 14 die Abdekkung des Schlitzes 12 beendet ist und der den Hubraum fortgesetzt
verkleinernde Drehkolben das Medium durch den Schlitz 12 in den Anlaßraum ausschiebt,
bis der Schlitz 12 bei 10 abgedeckt wird und nach dem neuerlichen Öffnen des Schlitzes
12 das Arbeitsspiel sich wiederholt. Im zweiten Hubraum findet das gleiche um 180°
verschobene Arbeitsspiel statt.
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In der Fig. 2 ist der Drehkolben aus einer Walze 22 und einem Gleitkörper
23 zusammengesetzt. Auf dem Gleitkörper 23 sind Zapfen 24 angeordnet, die in den
Hubendlagen in die Bohrungen 12a bzw. 13a eingreifen, wodurch der schädliche Raum
auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.
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Die Kapsel ist mehrteilig ausgebildet, wobei in einen rohrförmigen
Mantel 2 c zwei Segmentstücke 2 d als Wände des Hohlraumes 21 a eingesetzt sind.