Drehkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Drehkolben maschine mit einem zentrisch drehbaren, zy lindrischen Gehäuse und einem in diesem be findlichen und zu ihm exzentrisch angeordne ten und umfangseits in keiner Stellung am Clehäuse dicht anliegenden Stator, der von Schaufeln umgeben ist, die - vom Gehäuse mitgenommen - um den Stator rotieren und den ringförmigen Raum zwischen Stator und Gehäuse in gegeneinander abgedichtete Kam= mern unterteilen, deren Rauminhalt sich bei der Rotation des Gehäuses verändert.
Dieselbe zeichnet sich erfindungsgemäss da durch aus, dass von je zwei diametral anein ander gegenüberliegenden Schaufeln minde stens je zwei diametral einander gegenüber liegende Stellen starr miteinander verbunden sind und dass die dem Stator zugekehrten Endflächen der Schaufeln Aussparungen be sitzen, in welche Einsätze eingeschoben sind, die in den Aussparungen Schwenkbewegun gen machen - können, dass ferner der Stator einen von der Kreisform abweichenden,
min destens annähernd elliptischen Querschnitt be sitzt und die auf der Statoroberfläche glei tenden Dichtungsflächen der Einsätze mit Rücksicht auf die verschiedenen Oberflächen krümmungen des Stators derart geformt und bemessen sind, dass ein in gewissen Schaufel lagen zwischen Statoroberfläche und Dich tungsfläche verbleibender Spalt die Dicke nicht überschreitet, bei welcher er durch den Schmierfilm nicht ausgeglichen werden könnte.
Es ist zweckmässig, das Verhältnis des Ab standes der Mittelpunkt von Gehäuse und Stator zum halben lichten Abstand gegenüber liegender Schaufeln gleich oder kleiner als 0,2 zu wählen. Bei dieser Wahl sind die Ver schiedenheiten der durch die mindestens an genähert elliptische Gestalt des Stators be dingten Krümmungen der Statoroberfläche relativ klein, und die Dichtungsflächen der Einsätze können ihnen besser angepasst wer den.
Die Dicke der Schaufeln und die Breite der Dichtflächen der Einsätze sind zweckmässig mindestens gleich dem vollen Hub zu wählen. Falls die Schaufeln in Schlitze des Gehäuses eingreifen und sich hinter den Schaufeln Luft räume befinden, deren Volumen sich bei Dre hung des Gehäuses periodisch ändert, würde auf die hintere Fläche der Schaufeln wech selnder Druck ausgeübt. Dieser kann in der Weise vermieden werden, dass die im Gehäuse hinter den Schaufeln befindlichen Lufträume durch im Gehäuse vorgesehene Kanäle zum Druckausgleich kommunizierend miteinander verbunden sind.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung an Hand von beispielsweisen Ausfüluungsfor= men näher erläutert. Es zeigen: Fig.l bis 3 ein Ausführungsbeispiel der Drehkolbenmaschine-nach der Erfindung, wo bei Fig.1 einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig.1 darstellen und Fig. 3 einzelne Teile in perspektivischer Darstellung zeigt,
Fig. 4 und 5 in grösserem Massstab als in Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsformen von Schaufeln mit den schwenkbaren Einsätzen, Fig. 6 und 7 in vereinfachter Darstellung und kleinerem Massstab als in Fig.1 und 2 zwei Varianten einer Drehkolbenmaschine nach den Fig.1 bis 3, Fig. 8 bis 14 in grösserem Massstab als in Fig.1 und 2 sieben verschiedene Ausführungs formen der Dichtungsflächen der schwenk baren Einsätze.
In den Fig. 1 bis 4 stellt 1 einen fest stehenden, zylindrischen Mantel dar, der auf der rechten Seite offen ist und einen Fuss 2 besitzt. Der Mantel ist mit einem Verschluss- deckel 3 versehen, der eine nach innen ge richtete Nabe 4 aufweist. Mit 5 sind Schrau ben (in der Fig.1 nur eine sichtbar) zum Be festigen des Deckels 3 auf -dem Mantel 1 be zeichnet. Der Mantel 1 ist mit einer nach innen gerichteten Nabe 101 versehen. Durch die Bohrungen der Naben 101 bzw. 4 laufen zwei Achsteile 8 und 9. Beide Achsteile 8, 9 sind starr mit dem Stator 10 verbunden.
Mit tels des Keils 6, des Gewindes 7 und der Mut ter 102 ist der Achsteil 8 und damit auch der Stator 10 in der Nabe 101 befestigt. Im Achs teil 8 befindet sich ein Kanal 11, der bei 111 am Umfang des Stators 10 ausmündet. Der Achsteil 9 enthält ebenfalls einen Kanal 12, der bei 13, also auf der der Öffnung 111 ent gegengesetzten Seite des Stators 10 am Um fang des Stators 10 ausmündet.
Um den Sta- tor 10 ist ein zylindrisch-zentrisch drehbares Gehäuse 14 angeordnet, dessen Achse in der Achse der Achsteile 8 und 9 liegt und welches mit seinen Verschlussdeckeln 15 und 16 und dessen Naben 17 und 18 auf der Achse 8, 9 drehbar gelagert ist. Der Keil 19 auf der Nabe 18 dient zum Aufkeilen einer (nicht gezeich neten) Riemenscheibe. Die Nabe 18 kann auch direkt mit einem Antriebsmotor gekuppelt werden, wobei eine Stopfbüchse nicht unbe dingt notwendig ist.
Das zylindrische Gehäuse 14 weist vier gleichmässig je um 90 gegeneinander versetzte Nuten 20, 21, 22, 23 auf, die alle im gleichen Abstand von der Achse des Gehäuses liegen. In diesen Nuten sind als Drehkolben wirkende Schaufeln 24, 25, 26, 27 angeordnet. In den dem Stator 10 zugekehrten Enden der Schau feln sind Aussparungen vorhanden, in die :Einsätze 28, 29, 30, 31, z. B. aus Metall oder Kunststoff, eingeschoben sind, die in den Aus sparungen um eine gedachte, zur Gehäuse achse parallele Achse Schwenkbewegungen machen können.
Wie aus den Fig.1 bis 3 er sichtlich, sind zwei diametral einander gegen überliegende Stellen je der zwei einander ge genüberliegenden Schaufeln 24, 26 bzw. 25, 27 mit einem Ring 32 bzw. 33 starr miteinander verbunden, wobei die Mittelebenen der Schau feln in jeder Stellung durch die Gehäuseachse gehen. Der Ring 32 weist zum Beispiel eine längliche Bohrung 32' auf, durch welche der Achsteil 9 geführt ist. In gleicher Weise ist der Ring 33 ausgebildet. Mit 34 ist ein Ring kanal bezeichnet, der die hinter den Schau feln 24, 25, 26, 27 befindlichen Lufträume zum Druckausgleich kommunizierend mitein ander verbindet. Verschiedene Kanäle dienen für die Zufuhr des Schmiermittels.
Dieses wird bei 35ra (Fig.1) zugeführt, durch die Kanäle 35b zu den Lagerstellen der zwei Achsteile 8, 9 und auch zu den. Gleitflächen zwischen Stator 10 und Gehäuse 14 geleitet, wodurch ein Teil des Schmiermittels in den Ringkanal 35c (Fig.1, 3) gelangt und von dort durch die -Kanäle 35c, des Deckels 15 zu den Bohrungen 35 (Fig. 1, 2, 4) der schwenkbaren Einsätze. Zufolge der Zentri- fugalwirkung gelangt das Schmiermittel schliesslich an die innere Peripherie des.
Ge häuses 14 und von dort durch den Kanal 35e im Deckel 15 zum Ringkanal 35f (Fig.1, 3) der Nabe 17, wo es die Maschine bei 35g ver- lä.sst, indem es von einer nicht dargestellten Ölpumpe angesaugt wird. Der beschriebene Ölweg ist in Fig.1 durch Pfeile bezeichnet. Zur Erleichterung der Herstellung der Schmiermittelkanäle im rotierenden Gehäuse mantel kann dieser aus einem äussern Teil 14a und einem innern Teil 14b zusammengesetzt sein, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
Im dar gestellten Beispiel wird der Raum zwischen dem rotierenden Gehäuse 14 und dem zu ihm exzentrisch angeordneten und umfangseits in keiner Stellung dicht an ihm anliegenden Stator 10 durch die Schaufeln 24, 25, 26, 27 bzw. deren Einsätze 28, 29, 30, 31 in vier gegeneinander abgedichtete Kammern 36, 37, 38, 39 unterteilt. Statt zwei Paar Schaufeln 24, 25, 26, 27 können. auch nur ein Paar oder mehr als zwei Paar Schaufeln vorgesehen sein.
In den Fig. 4 und 5 sind in grösserem Mass stabe zwei beispielsweise Ausführungsformen von Schaufeln mit den schwenkbaren Einsät zen dargestellt. In der Ausführungsform nach Fig.4 gleitet die Schaufel 27 in der im Ge häuse 14 angeordneten Nut 23. Zur Zufuhr des Schmiermittels, z. B. Öl, zu den Dichtungs flächen 41 der Schaufel 27 dienen die Kanäle 45. Der Einsatz 31 selbst ist in der Ausspa rung 42 der Schaufel 27 schwenkbar.
In manchen Fällen kann es Schwierigkei ten bereiten, einwandfrei passende Nuten in das Gehäuse einzufräsen. Dagegen ist es unter Umständen leichter, z. B: kreisrunde Löcher zu bohren und die Führung durch zwei Lei sten in genauem lichtem Abstand der Schau feldicke herzustellen, wie dies in Fig. 5 dar gestellt ist. Die mit 43 bezeichnete Schaufel und der Dichtungseinsatz 40 entsprechen den Teilen 27 bzw. 31 der Fig. 4.
Jedoch wird die Nut 44 zur Führung der Schaufel 43 dadurch erhalten, dass in das Gehäuse 14 ein kreis rundes Loch gebohrt wird, in welches zwei als Zylindersegmente ausgebildete Führungs leisten 46, 47 eingeschoben werden, deren Gleitflächen 48, 49 einen Abstand voneinander haben, der der Dicke der Schaufel 43 für eine dichtende Führung der Schaufel angepasst ist.
Bei den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Aus führungsformen der Einsätze 31 bzw. 40 sind die Dichtungsflächen (41', FigA) dieser Ein sätze stetig gekrümmt, beispielsweise kreis- zylindrisch geformt.
Da der Einsatz 31 (F'ig.4) in. der Aussparung ,42 der Schaufel 27 schwenk bar ist, passt er sich durch Verschwenkung soweit als möglich der Krümmung der Ober fläche des Stators 10 an, so dass. zwischen der Statoroberfläche und der Dichtungsfläche des Einsatzes praktisch eine Flächendichtung zu stande kommt. Die Schaufel 27 weist Kanäle 45. zum Schmieren der Gleitflächen 41 auf.
Diese Kanäle 45 sind mit dem Schmierkanal 35 verbunden, der auch mit der Dichtungs fläche 41' des -Einsatzes 41 in Verbindung ist, damit die Zufuhr des Schmiermittels zu dieser Dichtungsfläche 41' gesichert ist.
Es ist aber nicht notwendig, dass die Dich tungsflächen der Einsätze stetig gekrümmt und volle Flächen sind, wie dies die Fig. 4 und 5 zeigen. Die Dichtungsflächen können auch Vertiefungen aufweisen. Solche Ausführungs formen sind beispielsweise in den Fig. 8 bis 12 dargestellt. In der Ausführungsform nach Fig. 8 ist die Dichtungsfläche 51 des Einsat zes 50 gewellt.
Die Kanten zwischen den Wel len bilden eine Hüllfläche, die der Stator- oberfläche angepasst ist, so dass jeweils min destens einige der Kanten auf der Statorober- f lache gleiten, so dass eine mehrfache Linien- diehtmig gewährleistet ist und eine ähnlich gute Dichtung wie bei einer Flächendichtung nach den Fig.4 und 5 erzielt wird. Andere Formen von Dichtungsflächen mit Vertiefun gen zeigen die Fig. 9 bis 12.
In Fig. 9 ist eine dreieckförmige Vertiefung 51 vorhanden. Beim Einsatz 50 der Ausführtmgsform nach Fig.10 sind die Vertiefungen als viereckige Nuten 51 ausgebildet. In der Ausführungsform nach Fig.11 ist die Dichtfläche ebenfalls wel lig gestaltet, wobei sie jedoch mit ihren ge rundeten Wellenbergen am Stator anliegt. Die Fig.12 zeigt eine Ausführungsform, bei der dreieckförmige Vertiefungen vorhanden sind.
Die auf der Statoroberfläche gleitenden Kanten sind auch hier so angeordnet, dass jeweils gleichzeitig mehrere solche Kanten auf der Statoroberfläche gleiten und die mehr fache Liniendichtung ergeben. Der übrige Aufbau der Schaufeln in den Fig.8 bis 12 entspricht der Fig. 3. In den Fig. 9 bis 12 ist der Einfachheit halber je nur der in Fig. 8 strichpunktiert eingerahmte Teil dargestellt.
Der Vorteil der Ausführungsformen nach den Fig. 8 bis 12 liegt darin, dass das Schmier mittel besonders gut zwischen Statoroberflä- che und Dichtungsflächen der Einsätze fest gehalten und nur in geringen Mengen durch Druckunterschiede zwischen je zwei Kam mern weggeschleudert wird.
Es kann ferner fabrikatonisch von Vorteil sein, dem Stator 10 in der axiälen Richtung ein geringes Spiel zu geben. Die Abdiehtung zwischen der Stirnfläche des Stators und dem Lagerdeckel 15 kann dann mittels eines ge drehten Ringes, der an einer Stelle, vorzugs weise an der Saugseite, geschlitzt ist, erreicht werden. Eine solche Ausführungsform ist schematisch in Fig. 6 dargestellt.
Der Stator 10 weist auf der Seite gegen den Lagerdeckel 15 eine konische Eindrehung 61 auf. Der Ring 62 ist etwas grösser gehalten, bei 62' geschlitzt und in die konische Eindrehung 61 eingelegt, so dass der Ring 62 dank seiner Federkraft eine genügende Abdichtung er gibt. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass der Ring 62 sich im Betrieb automatisch ein und nachstellt.
In vielen Fällen kann es sich als zweck mässig erweisen, zur stabileren Führung der Schaufeln die im Gehäuse umfangseits vor gesehenen Nuten in die seitlichen Verschluss- deckel fortzusetzen und die axiale Länge der Schaufeln so zu wählen, dass sie in die Nuten der Verschlussdeckel abdichtend hineinragen.
Ausserdem kann es vorteilhaft sein, die Schau feln in der Richtung der Drehachse des Ge häuses zwei- oder mehrteilig auszuführen, wobei die Schaufelteile bündig gegeneinander liegen und je die zwei einander gegenüberlie genden Endschaufelteile mit einem Steg starr miteinander verbunden sind. Ein Ausfüh rungsbeispiel mit einer Unterteilung der Schaufeln in Richtung der Drehachse des Ge häuses ist in Fig. 7 dargestellt. Die Teile 8, 9 und 10 entsprechen denselben Teilen in den Fig.l und 2. Das zylindrische Gehäuse 14 weist zwei Verschlussdeckel 16a und 16b auf.
Jede Schaufel ist in axialer Richtung in zwei Teile 24a, 24b bzw. 26a, 26b unterteilt, wobei die zwei Teile bündig aneinanderstossen. Je zwei diametral gegenüberliegende Schaufel teile sind starr miteinander verbunden durch die vier Ringe 32a, 33a, 32b und 33b.
Wegen der Exzentrizität von Stator und Gehäuse einerseits und der starren Verbin dung zwischen zwei einander diametral ge genüberliegenden, mit den Einsätzen versehe- nen Schaufeln anderseits ergibt sich, dass der Querschnitt des Stators etwas von der Kreis form abweichen, und zwar mindestens ange nähert elliptisch sein muss,
wenn in jeder Stellung des Gehäuses zwischen den Einsät zen und der Statoroberfläche eine einwand freie Dichtung, insbesondere praktisch eine Flächendichtung bzw. eine mehrfache Linien- dichtung, bestehen soll. Im Ausführungsbei spiel nach Fig.2 ist zum Beispiel der hori zontale Statordurchmesser Db etwas grösser als der vertikale Statordurchmesser Da. Der Unterschied zwischen diesen beiden Grössen Da rund Db ist aber so klein, dass er in der Zeichnung nicht zum Ausdruck kommt.
Aus dieseln Umstand folgt auch, dass die ]#rüm- mimg der Statoroberfläche nicht konstant ist, dass sich also bei gegebenen Krümmungsver- hältnissen der Dichtungsflächen der Einsätze zwischen diesen Dichtungsflächen und der Statoroberfläche bei der Rotation des Gehäu ses ein wechselndes Spiel ergibt.
Um eine mög lichst ausgedehnte Flächendichtung bzw. eine vielfache Liniendichtung in jeder Stellung der Schaufeln bzw. der Einsätze zu gewährleisten, sind die Dichtungsflächen der Einsätze und die Statoroberfläche derart zu formen, dass bei gegebenem Abstand zweier einander dia metral gegenüberliegender Schaufeln dieses genannte Spiel, das heisst die Abweichung zwischen der Dichtungsfläche und der Stator- oberfläche, höchstens so gross ist, dass es durch den Schmierfilm ausgeglichen wird.
Es ist klar, dass eine möglichst geite Angleichung der beiden Flächen, dem Dichtungsfläche der Ein sätze einerseits und der Statoroberfläche an derseits, durch verschiedene Massnahmen er zielt werden kann. Man kann beispielsweise den Einsätzen eine bestimmte Krümmung, bei- spielsweise eine kreisförmige Krümmung, geben. Bei kreisförmig gekrümmten Dich tungsflächen der Einsätze, also bei konstan tem Krümmimgsradius, können zwei Grenz fälle unterschieden werden.
Es kann der Ra dius der Dichtungsfläche mindestens gleich dem grössten Krümmungsradius der Stator- oberfläche sein, oder es kann der Radius der Dichtungsflächen höchstens dem kleinsten Krümmungsradius der Statoroberfläche ent sprechen. Damit ergeben sich - übertrieben dargestellt - die in den Fig.13 und 14 ge zeigten Ausführungsformen. In Fig.13 ist dem Krümmungsradius der Dichtungsfläche 51 -des Einsatzes 50 kleiner als der Krümmungsradius des gezeigten Teils des Stators 10.
In diesem Falle gleiten die Endpartien der Dichtungs flächen 51 auf der Statoroberfläche. Bei der Ausführungsform nach Fig.14 ist der Krüm- mungsradius der Dichtungsfläche 51 grösser als -derjenige des gezeigten Teils der Stator- oberfläche, das heisst, von dem Dichtungsfläche 51 gleiten im wesentlichen deren Mittelpar- tien auf der Statoroberfläche. Ganz allgemein können die Verhältnisse,
falls der Krüm- mungsradius der Dichtungsfläche der Einsätze nicht konstant ist, so gewählt werden, dass der grösste Krümmungsradius der Dichtungs flächen der Einsätze höchstens so gross ist wie der kleinste Krümmungsradius der Stator- oberfläche, oder dass der kleinste Krümmungs- radius der der Einsätze mindestens so gross ist wie der grösste Krüm- mungsradius der Statoroberfläche.
Schliesslich sei noch erwähnt, dass es vor teilhaft ist, die Einsätze über den innern End- rand der Schaufeln etwas vorstehen zu lassen, wie dies insbesondere aus den Fig.3 bis 5 hervorgeht. Damit kann erreicht werden, dass mindestens über den grössten Teil eines Um laufes die Dichtungsflächen der Einsätze mit der Statoroberfläche in Berührung kommen und nicht auch noch Teile der Schaufeln.
Die Arbeitsweise der in den Fig.1 und 2 dargestellten und vorstehend beschriebenen Drehkolbenmaschine ist folgende: Das zylindrische Gehäuse 14 kann von der auf der hohlen Welle 18 sitzenden Riemen- Scheibe aus oder direkt angetrieben werden. Es kann aber auch direkt, unter Umständen ohne Verwendung von Stopfbüchsen, mit dem nicht gezeichneten Antriebsmotor gekuppelt sein.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Zwi schenraum zwischen dem Stator 10 und dem Gehäuse 14 durch die vier Schaufeln 24, 25, 26, 27 bzw. deren Einsätze 28, 29, 30, 31 in vier Kammern unterteilt ist, deren Raum inhalte sich beim Drehen des Gehäuses peri odisch vergrössern und verkleinern. Durch den Kanal 11 wird zum Beispiel Luft angesaugt. Diese wird in den Kammern verdichtet und durch den Kanal 12 ausgestossen. Die mög lichst vollkommene Abdichtung der Kammern gegeneinander ist durch die erfindungsge mässe Ausbildung der Schaufeln bzw. deren Einsätze gesichert.
Die Maschine kann als Umwälz- oder Druckpumpe, Kompressor, Ge bläse, Getriebe, aber auch als Vakuumpumpe, als Motor und dergleichen verwendet werden.
Die beschriebene Drehkolbenmaschine weist ferner folgende Vorteile auf: Die Flächen dichtung oder die mehrfache Liniendichtung zwischen den Dichtungsflächen der Einsätze und der Statoroberfläche gewährleistet eine einwandfreie Dichtung zwischen .den verschie denen Kammern.
Diese Art der Dichtung er laubt es, den Stator selbst umfangseits nicht dichtend auf dem zylindrischen Gehäuse auf liegen ziz lassen, so dass der Raum zwischen Stator und Gehäuse im Querschnitt nicht die Form einer Sichel, sondern die eines geschlos senen, gemäss Fig. 1 sieh an der tiefsten Stelle verengenden Ringes annimmt. Dadurch wird jegliche Reibung zwischen Stator und rotie rendem Gehäuse vollkommen vermieden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der starren Verbindung zweier einander diametral gegen überliegender Schaufeln, da sich dadurch die Fliehkräfte von zwei einander diametral ge genüberliegenden Schaufeln praktisch auf heben. Dies gibt auch die. Gewähr dafür, dass die Schaufeln bzw. die Dichtungsflächen ihrer Einsätze immer auf der Statoroberfläche auf liegen bzw. auf dieser gleiten. Es ist bemer kenswert, dass die Drehkolbenmaschine in der angegebenen Bauart geräuschlos und vibra- tionsfrei arbeitet und dass Ölabscheider nicht erforderlich sind.
Im übrigen hängt die Dicke der Schaufeln bzw. die Breite der Dichtfläche der Einsätze vom Verwendungszweck der Ma schine ab. Bei Maschinen für grössere Drücke, z. B. Kompressoren, wird diese Dicke bzw. Breite im allgemeinen grösser gewählt werden müssen als bei Maschinen für kleinere Drücke, z. B. Gebläse, Umwälzpumpen usw. Vemsuche haben ergeben, dass sich bei Kompressoren und ähnlichen Maschinen Schaufeln bzw. Ein satzdichtflächen als besonders günstig erwie sen haben, deren Dicke bzw. Breite mindestens gleich dem Hub 'ist.
Um auch die Bewegung der in den Nuten des Gehäuses sich bei der Rotation relativ verschiebenden Schaufeln möglichst reibungslos zu gestalten, können die Schaufeln in den Nuten zuYn Beispiel bei grö sseren Maschinen auf Rollen gelagert werden.
Im dargestellten und beschriebenen Aus führungsbeispiel sind die Ölkanäle 35 derart angeordnet, dass bei einem gas- oder dampf- förmigen Medium, also einem Medium, das spezifisch leichter ist als das Öl, bei der Ro tation durch die Wirkung der Fliehkraft eine Ölausscheidung in dem Maschine selbst statt findet, so dass das Medium durch das Öl nicht verschmutzt wird.