DE19613262A1 - Drehkolbenrundlaufmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehkolbenrundlaufmotor, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein Drehkolbenrundlaufmotor oder, allgemeiner, eine Drehkolben­ rundlaufmaschine stellt die Umkehr eines Drehkolbenverdichters dar (Meiers Lexikon der Technik und der angewandten Naturwis­ senschaften, 1969, S. 624). Drehkolbenverdichter haben gegen­ über Hubkolbenverdichtern den Vorteil des Fortfalls von Venti­ len und Kurbeltrieb, aber den Nachteil relativ hoher Un­ dichtigkeitsverluste. Ein Drehkolbenverdichter mit zwei Wellen ist das sogenannte Rootsgebläse mit zwei Drehkolben, die im Querschnitt Lemniskatenform haben und auf zwei Wellen befestigt sind, welche durch gleichgroße Zahnräder gekoppelt sind und sich bei Antrieb einer Welle gegenläufig drehen. Dadurch för­ dern sie, ohne sich oder die Gehäusewand zu berühren, ein zwi­ schen sich und der Gehäusewand abgegrenztes Gasvolumen von der Saug- auf die Druckseite. Bei der Umkehr eines solchen Drehkol­ benverdichters, also bei dem eingangs erwähnten Drehkolbenrund­ laufmotor entsteht, wenn die Drehkolben, die bei der Drehung ihre wirksame Fläche verändern, mit Druckluft beaufschlagt wer­ den, eine Drehbewegung, die über ein Rädergetriebe auf die Aus­ gangswelle übertragen und hier z. B. zum Antrieb einer Bohrspin­ del benutzt werden kann. In diesem bekannten Fall handelt es sich um ein Druckluftwerkzeug, bei dem die vorerwähnten hohen Undichtigkeitsverluste ohne weiteres in Kauf genommen werden können. Ein solcher Drehkolbenrundlaufmotor hat naturgemäß einen schlechten Wirkungsgrad und könnte wegen der Undichtig­ keitsverluste beispielsweise auch nicht als ein Schwenkstellan­ trieb eingesetzt werden, der zu genauen Positionierungen in der Lage sein soll. Außerdem ist es bei einem solchen bekannten Drehkolbenrundlaufmotor nicht ohne weiteres möglich, die Nenn­ leistung dem Bedarf anzupassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehkolbenrundlaufmotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so aus zu­ bilden, daß unter Beibehaltung eines einfachen Motoraufbaus Un­ dichtigkeitsverluste vermieden werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Drehkolbenrundlaufmotor nach der Erfindung wälzen sich die Drehkolben unter elastischem Druck in abdichtender Berüh­ rung einerseits direkt aufeinander ab und sind andererseits mit der Gehäusewand unter elastischem Druck in abdichtender Gleit­ berührung. Die hohen Undichtigkeitsverluste, die im Stand der Technik auftreten, werden dadurch vermieden. Das führt zu einem wesentlich besseren Wirkungsgrad und zu einer besseren Steuer­ möglichkeit des Drehkolbenrundlaufmotors.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegen­ stände der Unteransprüche.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens der er­ ste Drehkolben und die Gehäusewand wenigstens an ihrer Oberflä­ che elastisch verformbar sind, wird die gegenseitige Abdichtung zwischen den Drehkolben einerseits sowie zwischen den Drehkol­ ben und dem Gehäuse andererseits auf einfache Weise gewährlei­ stet und es ist sichergestellt, daß die Drehkolben ständig in gegenseitiger dichter Wälzberührung und im wesentlichen ständig in abdichtender Gleitberührung mit der Gehäusewand sind.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens die beiden Drehkolben wenigstens an ihrer Oberfläche elastisch ver­ formbar ausgebildet sind, läßt sich der elastische Druck, der die gegenseitige abdichtende Berührung zwischen Drehkolben einerseits sowie Drehkolben und Gehäusewand andererseits be­ wirkt, auf besonders einfache Weise erzeugen, da die innere Gehäusewand starr ausgebildet sein kann.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der bzw. jeder we­ nigstens an der Oberfläche elastisch verformbare Drehkolben mit einer elastischen Beschichtung versehen ist, ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei der vorgenannten weiteren Ausgestal­ tung der Erfindung. Allerdings erleichtert es die Herstellbar­ keit und verbessert es die Formstabilität, wenn der bzw. jeder Drehkolben lediglich an der Oberfläche elastisch verformbar ist.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der bzw. jeder we­ nigstens an der Oberfläche elastisch verformbare Drehkolben aus einem Elastomer besteht, können zumindest die Drehkolben beson­ ders einfach hergestellt werden.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Gehäusewand mit einer elastischen Beschichtung versehen ist, kann bei einem Drehkolben auf eine elastische Ausbildung und/oder eine elasti­ sche Beschichtung verzichtet werden, ohne daß der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Drehkolbenrundlaufmotors beeinträchtigt wird.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Drehkolben Strangpreßprofilteile sind, so können sie aus jedem beliebigen Werkstoff bestehen, der stranggepreßt werden kann. So können beispielsweise beide Drehkolben als ein metallisches Strang­ preßprofilteil hergestellt werden, das anschließend mit einer elastischen Beschichtung versehen wird. Statt dessen kann auch einer der beiden Drehkolben oder es können beide Drehkolben aus einem Elastomer wie Kohlekeramik stranggepreßt werden.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Gehäuse ein Strangpreßprofilteil ist, so läßt sich das Gehäuse wie die Drehkolben einfach und formstabil herstellen. Dabei kann in noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Gehäuse aus glas­ faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall bestehen.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Leistung des Drehkolbenrundlaufmotors durch Wahl der Länge der Strangpreß­ profilteile wählbar ist, so lassen sich Motoren beliebiger Lei­ stung herstellen, indem lediglich die entsprechende Länge der Drehkolben und des Gehäuses gewählt wird oder indem Standardab­ schnitte der Drehkolben und des Gehäuses axial zusammengefügt werden.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein oder beide Drehkolben als Hohlprofilteil ausgebildet sind, hat der Dreh­ kolbenrundlaufmotor nach der Erfindung einen besonders mate­ rial- und gewichtssparenden Aufbau.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Drehkolben­ rundlaufmotor als Schwenkstellantrieb benutzt wird, hat dieser einen Schwenkhub von 360° bei hoher Positioniergenauigkeit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Drehkolbenrundlaufmo­ tors nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt des Drehkolbenrundlaufmotors nach der Linie II-II in Fig. 1.

Ein in den Fig. 1 und 2 insgesamt mit 10 bezeichneter Drehkol­ benrundlaufmotor hat ein im Querschnitt im wesentlichen rechteckiges Gehäuse 12, das an seinen beiden Stirnseiten durch Deckel 14 bzw. 16 verschlossen ist. Die Deckel 14 und 16 sind durch nicht dargestellte Schrauben od. dgl. lösbar an dem Ge­ häuse 12 befestigt. In dem Gehäuse 12 sind zwei Wellen 18 und 20 angeordnet, die durch in den Deckeln 14, 16 vorgesehene und hier für die Erfindung im einzelnen nicht interessierende Lager drehbar gelagert sind, wie es in der Darstellung in Fig. 1 ohne weiteres zu erkennen ist. An ihren in Fig. 1 rechten Enden sind die Wellen 18, 20 durch ein insgesamt mit 22 bezeichnetes Rä­ dergetriebe gekoppelt. Das Rädergetriebe 22 besteht hier aus zwei gleichgroßen Zahnrädern 24, 26, die miteinander kämmen, wie es ebenfalls in der Darstellung in Fig. 1 ohne weiteres zu erkennen ist. Die Zahnräder 24, 26 sind mit den ihnen zugeord­ neten Enden der Wellen 18 bzw. 20 verkeilt. An ihrem in Fig. 1 linken Ende ist die Welle 20 aus dem Gehäuse herausgeführt, um die Abtriebswelle des Drehkolbenrundlaufmotors 10 zu bilden.

Die Welle 18 trägt einen Drehkolben 28, und die Welle 20 trägt einen Drehkolben 30. Die Drehkolben 28, 30 sind mit einander und mit einer inneren Gehäusewand 32 in Berührung. Der Drehkol­ benrundlaufmotor 10 wird mit einem Druckmittel betrieben, bei dem es sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel um Druckluft handelt. Diese wird dem Drehkolbenrundlaufmotor 10 über einen. Einlaßkanal 34 zugeführt und gelangt über einen sich über die Länge der Gehäusewand 32 erstreckenden Schlitz 36 in das Innere des Motors, um dort die Drehkolben 28, 30 auf an sich bekannte Weise mit Druck zu beaufschlagen und dadurch in Drehung zu versetzen. Die Drehkolben 28, 30 verändern bei ihrer Drehung ihre wirksame Fläche, wodurch eine Drehbewegung ent­ steht, die über das Rädergetriebe 22 auf die Ausgangswelle übertragen wird. Die Druckluft, die Arbeit verrichtet hat, ge­ langt schließlich über einen weiteren Schlitz 38 in einen Aus­ laßkanal 40.

Ein wesentliches Merkmal des hier beschriebenen Drehkolbenrund­ laufmotors 10 ist, daß dessen Drehkolben 28, 30 gegenseitig und mit der Gehäusewand 32 unter elastischem Druck in abdichtender Berührung sind. Dafür sind verschiedene Ausgestaltungen der Drehkolben und der inneren Gehäusewand 32 möglich, die nun im einzelnen betrachtet werden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Drehkolben elastisch verformbar ausgebildet, wogegen die innere Gehäuse­ wand 32 nicht elastisch verformbar ist. Die Drehkolben 28, 30 sind ständig in gegenseitiger dichter Wälzberührung und im we­ sentlichen ständig in dichter Gleitberührung mit der Gehäuse­ wand 32. Die elastische Verformbarkeit des Drehkolbens 28 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß dieser gänzlich aus einem Elastomer besteht. Die elastische Verformbarkeit des Drehkolbens 30 wird dadurch erreicht, daß dieser ein in sich starres Profilteil ist, das an der Außen­ seite eine elastische Beschichtung 42 trägt. Die beiden Dreh­ kolben 28, 30 sind jeweils als ein Strangpreßprofilteil ausge­ bildet. Allerdings wird nach dem Herstellen durch Strangpressen der Drehkolben 30 noch außen mit der elastischen Beschichtung 42 versehen. Die Beschichtung 42 kann durch Spritzen aufgetra­ gen werden. Das Gehäuse 12 besteht in dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder aus ei­ nem glasfaserverstärktem Kunststoff. Aus glasfaserverstärktem Kunststoff kann auch der Kern des Drehkolbens 30 bestehen, der außen zusätzlich die elastische Kunststoffbeschichtung 42 trägt.

Die Beschichtung könnte auch einfach eine elastische Hülle sein (nicht dargestellt), die durch ein Fluid auf Abstand von dem Drehkolben oder von der Gehäusewand gehalten wird. Das Fluid würde unter dem elastischen Druck ausweichen.

Eine weitere Ausgestaltung bestünde darin, die Drehkolben 28, 30 beide aus einem Elastomer herzustellen oder beide aus einem starren Werkstoff herzustellen und in letzterem Fall beide au­ ßen mit einer elastischen Beschichtung wie die Beschichtung 42 oder die vorgenannte Hülle zu versehen.

Noch eine weitere Ausgestaltung besteht darin, einen Drehkolben starr auszubilden, den anderen Drehkolben mit einer Kunststoff­ beschichtung zu versehen oder aus einem Elastomer herzustellen und zusätzlich zum Erzielen der Abdichtung zwischen dem letzt­ genannten Drehkolben und der Gehäusewand 32 letztere mit einer elastischen Beschichtung 44 zu versehen, die in Fig. 2 durch die Bezugszahl 44 lediglich angedeutet ist.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des hier beschriebenen Dreh­ kolbenrundlaufmotors ist dessen Einsatz als Schwenkstellantrieb mit einem Positionierhub von 360°.

Ein besonderer Vorteil der Ausgestaltung des hier beschriebenen Drehkolbenrundlaufmotors 10 mit zwei elastisch verformbaren Drehkolben, sei es, daß diese selbst elastisch verformbar sind oder daß einer von ihnen und das Gehäuse oder beide Drehkolben mit einer elastischen Beschichtung versehen oder elastisch aus­ gebildet sind, besteht darin, daß zwischen den Drehkolben einerseits und zwischen den Drehkolben und dem Gehäuse anderer­ seits kein Schmiermittel eingesetzt zu werden braucht. Die ela­ stische Beschichtung des oder der Drehkolben und/oder der Ge­ häusewand 32 kann nämlich z. B. aus Teflon bestehen, das jedes Schmiermittel überflüssig macht.

Als Strangpreßprofilteile für die Drehkolben 28, 30 kommen Hohlprofilteile in Frage, wie es in Fig. 2 am Beispiel des Drehkolbens 28 angedeutet ist.

Die Nennleistung, die der Drehkolbenrundlaufmotor 10 abgeben soll, läßt sich auf einfache Weise wählen, indem die entspre­ chende Länge der Strangpreßprofilteile (Drehkolben und Gehäuse) gewählt wird. Zu diesem Zweck lassen sich beispielsweise meh­ rere Gehäuseabschnitte und mehrere Drehkolbenabschnitte, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, axial zusammenfügen, um die Länge des Drehkolbenrundlaufmotors 10 der verlangten Leistung anzu­ passen.

Claims (13)

1. Drehkolbenrundlaufmotor mit einem Gehäuse (12), mit zwei in dem Gehäuse (12) drehbar gelagerten und durch ein Rädergetriebe (22) gekoppelten Wellen (18, 20) und mit einem ersten und einem zweiten im Querschnitt lemniskatenförmigen Drehkolben (28, 30), die auf den Wellen (18, 20) befestigt sind und in dem Gehäuse (12) durch Beaufschlagung mit einem Druckmittel gegenläufig in eine Drehbewegung versetzbar sind, welche über die eine oder andere Welle (20) zum Antrieb benutzbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehkolben (28, 30) sich und die Gehäusewand (32) unter elastischem Druck berühren.

2. Drehkolbenrundlaufmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens der erste Drehkolben (28, 30) und die Gehäusewand (32) wenigstens an ihrer Oberfläche elastisch ver­ formbar sind.

3. Drehkolbenrundlaufmotor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens die beiden Drehkolben (28, 30) wenig­ stens an ihrer Oberfläche elastisch verformbar ausgebildet sind.

4. Drehkolbenrundlaufmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der bzw. jeder wenigstens an der Oberfläche elastisch verformbare Drehkolben (28, 30) mit einer elastischen Beschichtung (42) versehen ist.

5. Drehkolbenrundlaufmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der bzw. jeder wenigstens an der Oberfläche elastisch verformbare Drehkolben (28, 30) aus einem Elastomer besteht.

6. Drehkolbenrundlaufmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand (32) mit einer ela­ stischen Beschichtung (44) versehen ist.

7. Drehkolbenrundlaufmotor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Drehkolben (30) aus einem starren Werkstoff besteht.

8. Drehkolbenrundlaufmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolben (28, 30) Strangpreß­ profilteile sind.

9. Drehkolbenrundlaufmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) ein Strangpreßpro­ filteil ist.

10. Drehkolbenrundlaufmotor nach den Ansprüchen 8 und 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leistung des Drehkolbenrundlauf­ motors (10) durch Wahl der Länge der Strangpreßprofilteile (12, 28, 30) wählbar ist.

11. Drehkolbenrundlaufmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) aus glasfaserver­ stärktem Kunststoff oder aus Metall besteht.

12. Drehkolbenrundlaufmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Drehkolben als Hohl­ profilteile ausgebildet sind.

13. Schwenkstellantrieb, gekennzeichnet durch einen Drehkolben­ rundlaufmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.