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Rollkolbenmaschine mit schräger Lagerung des doppelkegelförmigen Kolbens
Die Erfindung bezieht sich auf eine Rollkolbenmaschine mit schräger Lagerung eines
doppelkegelförmigen Kolbens in einem Kugelgehäuse und besteht insbesondere darin,
daß der Kolben durch eine Kugel, die einerseits in eine quer über den Kolben angeordnete
Rille und andererseits in eine axial im Gehäuse angeordnete Rille eingreift, die
der Trennwand zwischen Saug- und Druckraum gegenüberliegt, an der Umdrehung gehindert
wird.
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Des weiteren bezieht sich die Erfindung darauf, daß der Kolbenscheibenschlitz
des durch die Kugelführung an der Umdrehung gehinderten Kolbens breiter als die
Stärke der Trennwand ist, so daß die Schlitzwandungen die zwischen Saug- und Druckseite
der Maschine liegende Trennwand bei der Bewegung des Kolbens nicht berühren. Die
Trennwand kann daher beliebig dünn gehalten werden, da sie nur durch die Druckdifferenz
zwischen Saug- und Druckseite belastet ist und ein Verschleiß in keiner Form eintreten
kann.
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Es ist bereits bekannt, die Umdrehung des Kolbens durch die Trennwand
selbst, die zwischen Saug- und Druckstutzen der Maschine liegt, zu verhindern. Es
träten hierbei große reibende Kräfte auf, die einen vorzeitigen Verschleiß der Materialien
nach sich zogen, so daß die Stärke der Trennwand sehr groß gewählt werden mußte
und daher der Maschinenraum nicht voll ausgenutzt werden konnte. Bei der Einrichtung
nach der Erfindung ist die Trennwand vollkommen entlastet, und die Schlitzwandungen
berühren die Trennwand nicht, so, daß diese sehr dünn gehalten werden kann. Es kann
demzufolge nahezu 36o° des Maschinenraumes zur Förderung ausgenutzt werden.
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Die Führung des Kolbens durch eine Kugel bringt gleichzeitig den Vorteil
einer rollenden Reibung gegenüber einer gleitenden Reibung. Die Kugel nimmt die
im Betriebe auftretenden Umfangskräfte auf und überträgt sie auf das Gehäuse.
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Eine derartige Ausbildung bedingt naturgemäß einen verhältnismäßig
breiten Kolben, damit die Kugel entsprechend dem Schwenkwinkel des Kolbens in den
entsprechenden Führungen des Kolbens bzw. des Gehäuses abrollen kann. Würden nun
die Mittelachsen der wirkenden kegelförmigen Kolbenflächen mit der Kolbenachse zusammenfallen,
d: h. der Kolben wäre zentrisch ausgebildet, dann wäre der Kolbenschlitz (Kolbenbreite)
sehr lang, und es würden bei der Bewegung des Kolbens zwischen Kolbenschlitzwandung
und der Trennwand zwischen Saug- und Druckraum in den äußersten Lagen des Kolbens
große schädliche Räume entstehen, die für die Förderung überhaupt nicht ausgenutzt
werden könnten.
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Um dieses zu verhindern, liegen die Mittelachsen der wirkenden Kolbenflächen
in einem Winkel zur Kolbenmittelachse, so daß der Kolben an der Kugelführung seine
größte,
durch diese Kugelführung bedingte Breite und an der Trennwand
zwischen Saug- und Druckseite seine geringste Stärke aufweist, die sich nur nach
den Umfangskräften, die beim Fördern hervorgerufen werden, zu richten braucht, da
zusätzliche Beanspruchungen nicht auftreten. Entsprechend diesen Kegelflächen des
Kolbens ist der Maschinenraum seitlich durch Kegelflächen abgeschlossen, deren Mittelachsen
in demselben Winkel zur Wellenachse liegen wie die Mittelachsen der Kegelflächen
des Kolbens zur Kolbenachse.
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Es werden somit die obengenannten großen schädlichen Räume zwischen
Kolbenschlitzwandungen und Trennwand vermieden, da nunmehr die Kolbenbreite an der
Trennwand auf ein Minimum herabgesetzt ist.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegznstand beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigen Abb. i einen vertikalen Achsschnitt durch die Maschine, Abb. 2 einen
Ouerschnitt nach Linie II-II der Abb. i, Abb. 3 einen Grundriß der Maschine, Abb.
4 einen Teilschnitt nach Linie IV-IV der Abb. i, Abb. 5 einen Grundriß des Rollkolbens,
Abb. 6 eine Seitenansicht des Rollkolbens, Abb.7 einen Querschnitt durch den Rollkolben,
durch Kolbenschlitz und Kolbenachse gelegt, Abb. 8 eine perspektivische Ansicht
des Kolbens.
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Die Maschine gemäß der Erfindung besteht aus den beiden kugelförmigen
Gehäuseteilen i und 2, die mittels Flanschen 3 zusammengeschraubt werden. In den
durch die Gehäuseteile i und 2 gebildeten Hohlraum q. münden zwei Bohrungen 5, von
denen die beiden Lagerbuchsen 6 und 7 aufgenommen werden. Diese Lagerbuchsen 6 und
7 laufen zum Hohlraum 4 hin in Kugelschalen aus, an die sich Kegelwände 8 und 9
anschließen, deren Mittelachsen. in einem Winkel zur Wellenachse liegen. Durch die
Gehäuseteile 1, 2, die Kegelwände 8, 9 und die Lagerkugel 14 wird der Maschinenraum
gebildet. Die Kegelwände 8, 9 weisen an der Stelle, wo ihr Abstand voneinander am
kleinsten ist, Schlitzführungen io und i i auf, die zur Aufnahme der Trennwand 12
zwischen Saug-und Druckseite der Maschine liegen.
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Die Kugel 14 wird durch die Welle 13 in Umdrehung versetzt und ist
mit einer doppelkegelförmigen Eindrehung 15 versehen, in der der Rollkolben 16 mit
den Lagerflächen ,5a gelagert ist.
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Quer im Kolben 16, urid zwar in Richtung der Kolbenachse liegend,
ist am Umfang eine Schiene 17 mit einer halbkreisförmigen Rille 18 eingelassen,
die kreisbogenförmig verläuft. Andererseits ist in dem unteren Gehäuseteil e in
Richtung der Wellenachse ebenfalls eine Schiene i9 mit halbkreisförmiger Rille 2o
eingelassen, die auch kreisbogenförmig verläuft. In diese beiden Rillen 18, 2o greift
je zur Hälfte eine Kugel 21 ein, von der die Umfangskräfte des Kolbens aufgenommen
werden und die eine Umdrehung des Kolbens verhindert. Im Betriebe der Maschine ist
der Schwenkwinkel der Kugel 2i halb so groß wie der Schwenkwinkel des Kolbens 16.
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Die wirkenden Kolbenflächen werden durch die Linien 39 und 4o begrenzt
(Abb. 7 und 8) und stellen Kegelflächen 36 und 35 dar, deren Mittelachsen 37 durch
den Kolbenmittelpunkt verlaufen und in einem Winkel zur Kolbenachse 38 liegen. Es
wird also der Kolben 16 an der Kugelführung 17, 18 seine größte Breite haben,
die von dem Schwenkwinkel des Kolbens 16 im Gehäuse abhängt und seine kleinste Breite
bzw. Stärke an der Trennwand 12, die lediglich von den durch die Förderung hervorgerufenen
Druckkräften abhängt. Durch diese Ausbildung der wirkenden Kolbenflächen werden
große tote Räume zwischen den Schlitzwandungen 30 des Kolbens 16 und der Trennwand
12 in den äußersten Lagen des Kolbens vermieden.
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Auf der einen Seite des Gehäuses trägt die Welle 13 eine kreisförmige
Scheibe 22, die durch Schraubenmuttern 23 mit der Welle fest verbunden ist. Diese
kreisförmige Scheibe 22 läuft gegen die beiden kreisförmigen Scheiben 24 und 25,
welche durch die Gehäuse, mittels Scherbolzen 26 und 27 festgehalten werden. Durch
diese. Ausbildung wird der Achsschub der Welle aufgefangen, der durch den Flüssigkeitsdruck
auf den Kolben 16 erzeugt wird. Auf der anderen Gehäuseseite ist eine Stopfbüchse
28 mit entsprechender Packung 29 vorgesehen.
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Der Rollkolben wird zweiteilig ausgebildet und durch Flansche 32 mittels
Schraubenverbindung 3i zusammengehalten. Die Schlitzwandung 3o, die nach den Seiten
zu abgeflacht ist, damit der Kolben bei seiner Bewegung nicht mit der Trennwand
12 vereckt, berührt diese Wandung nicht.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Die Welle 13 mit der
Kugel 14 wird durch einen Motor in Umdrehung versetzt, wodurch der Kolben 16 infolge
seiner schrägen Lagerung sich in bekannter Weise an den Wandungen 8 und 9 abwälzt.
Es wird dabei die Förderflüssigkeit je nach Drehrichtung von dem Saugstutzen 33
durch den Maschinenraum zum Druckstutzen 3¢ bzw. umgekehrt gefördert. Um die Umdrehung
des Kolbens 16 zu verhindern, ist die in den kreisförmigen Rillen i8; 2o laufende
Kugel
21 vorgesehen, deren Bewegungswinkel dem halben Schwenkwinkel
des Kolbens 16 entspricht. Es wird also diese Kugel 21 mit dem Schwenken und Drehen
des Kolbens hin und her laufen und die Umfangskräfte des Kolbens aufnehmen. Um auch
das Gleiten des Kolbenschlitzes bzw. der Schlitzwandungen 30 an der Platte
12 auszuschalten, berührt der Kolbenschlitz diese Platte nicht. Ein dadurch etwa
entstehender Spalt zwischen den Kolbenschlitzwandungen 30 und der Trennplatte
12 hat auf die Förderung bzw. Leistung der Maschine keinen Einfluß, da der statische
Flüssigkeitsdruck auf der einen Seite der Trennwand auf beiden Seiten der Kolbenwandung
gleich groß ist, auf der anderen Seite der Trennwand der statische Flüssigkeitsunterdruck
auf beiden Kolbenseiten ebenfalls der gleiche ist.
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Zur Erklärung dieser Wirkung sei auf die Abb. 4 hingewiesen. Die Trennwand
1a liegt zwischen dem Saugstutzen 33 und Druckstutzen 34 und verhindert ein direktes
Überströmen der Förderflüssigkeit von einem zum anderen Stutzen. Andererseits liegt
der Kolben 16 auf beiden Seiten, und zwar diagonal im Gehäuse gegenüberliegend (Abb.
i) mit Linienberührung gegen die Seitenwandungen des Gehäuses. Es wird also durch
die Trennwand 12 und den mit Linienberührung gegen die Seitenwandungen 8, 9 liegenden
Kolben 16 der Maschinenraum in vier Kammern unterteilt. Diese Kammern liegen ober-
und unterhalb der Trennwand (bezogen auf die Zeichenebene Abb. q.) und zu beiden
Seiten des Kolbens 16, und zwar sind die beiden oberen Kammern (Druckseite der Maschine)
Druckkammern, während die beiden unteren Kammern (Saugseite der Maschine) Saugkammern
sind. Wird nun der Kolben 16 seine Wälzbewegung ausführen, dann vergrößern sich
beide Saugkammern, und beide Druckkammern verkleinern sich, und zwar vergrößern
sich die Saugkammern abwechselnd von Null bis zu einem Maximum, und die Druckkammern
verkleinern sich von diesem Maximum bis auf Null. Es kann also durch den Spalt,
der zwischen der Trennwand 12 und den Schlitzwandungen 3o des Kolbens 16 liegt,
keine Flüssigkeit von einer Saugkammer zur anderen Saugkammer bzw. von einer Druckkammer
zur anderen Druckkammer überströmen, da die Saug- bzw. Druckhöhe auf beiden Kolbenseiten
gleich groß ist. Auch wenn von einer Saugkammer zur anderen bzw. von einer Druckkammer
zur anderen etwas Flüssigkeit durch den Spalt überströmen würde, wird dadurch der
Wirkungsgrad der Maschine nicht beeinflußt werden können, da nur ein Überströmen
von der Saug- zur Druckseite der Maschine schädlich ist.