Drehkolbenmaschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehkol- benmaschine mit einer Mehrzahl von paarweise ein ander diametral gegenüberliegenden, in radialen Längsschlitzen des zylindrischen, exzentrisch im Ge häuse gelagerten Rotors geführten Lamellen. Bekannte Drehkolbenmaschinen dieser Art sind in bezug auf die einwandfreie Abdichtung der Lamellen im Gehäuse mit Nachteilen belastet.
Die Abdichtung erfolgt im Spalt zwischen der Gehäuseinnenfläche und den La- mellenendflächen, wobei diese für die Abdichtung massgebenden Flächen abweichende Krümmungen auf weisen. Nur in einer bestimmten Lage der Lamellen, gewöhnlich in der Achse der Exzentrizität, liegen die Krümmungsmittelpunkte der Gehäuseinnenfläche und der Lamellenendflächen auf einer Geraden, nämlich der Exzentrizitätsachse, so dass eine ideale und korrekte Dichtlage entsteht.
In anderen Lamellenstellungen konnten diese Bedingungen bei den bisher bekannt gewordenen Drehkolbenmaschinen nur durch einen ausserordentlichen und kostspieligen konstruktiven Aufwand und auch dann nur annähernd herbeigeführt werden.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die erwähnten Nachteile möglichst weitgehend zu ver meiden und mit einem wirtschaftlich tragbaren Auf wand eine entlang des ganzen Arbeitsweges einer La melle einwandfreie, gleichbleibende Abdichtung zwi schen den Lamellenenden und der Gehäuseinnenfläche zu schaffen.
Die Maschine gemäss der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gehäuseinnen- fläche im Querschnitt zwei einander diametral gegen überliegende, je einem zylindrischen Abschnitt dieser Fläche zugeordnete Kreisbogen mit gemeinsamem Zentrum in der Rotorachse besitzt, welche Kreisbogen durch solche Bogenstücke miteinander verbunden sind, dass alle Verbindungslinien der beiden Bogen stücke durch die Rotorachse konstante Länge besit- zen, die gleich der Summe der Radien der beiden Kreisbogen ist,
wobei die Zentriwinkel der beiden Kreisbögen einander gleich und grösser sind als die Winkel zwischen zwei benachbarten Lamellen des Rotors, und dass die Innenseite des Gehäuses minde stens einen mit dem Fluidumeinlass bzw.
Fluidumaus- lass der Maschine verbundenen Ausgleichskanal besitzt, welcher von einem Ende des einen zylindrischen Abschnittes der Gehäuseinnenfläche zum benachbar ten Ende des anderen Abschnittes führt.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel des. Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 die Ansicht der Drehkolbenmaschine mit entferntem Deckel, von rechts in Fig. 2 gesehen, und Fig. 2 einen Axialschnitt durch die Drehkolben maschine.
Mit 1 ist ein aussen zylindrisches, topfför- miges Gehäuse bezeichnet, welches im Boden der ver schlossenen Stirnseite exzentrisch angeordnet eine Bohrung 2 aufweist. Durch diese Bohrung 2 erstreckt sich eine Antriebswelle 3 eines exzentrisch im Ge häuse angeordneten, mit radialen Schlitzen 4 ver- sehenen zylindrischen Rotorkörpers 5.
Für die Lage rung der Welle 3 und damit des Rotorkörpers 5 ist am Gehäuseboden eine Nabe 6 vorgesehen.
In den Schlitzen 4 des Rotors sind radial ver schiebbar die Lamellen 14, 15, 16, 17, 18 bzw. 14', 15', 16', 17', 18' geführt, welche paarweise auf einem Rotordurchmesser liegen. Die beiden Lamellen jedes Lamellenpaares können miteinander starr oder ela stisch verbunden sein, sind beidseitig mit enger Pas sung zwischen dem Boden und dem Deckel 7 des Gehäuses 1 eingesetzt und erstrecken sich radial bis zur Innenfläche des Gehäuses. Die radiale Tiefe der Rotorschlitze 4 entspricht, auch mit enger Passung, der radialen Breite der Lamellen.
Auch ist die Dicke der Lamellen auf die Breite der Schlitze abgestimmt, so dass allseitig der Lamellen das Durchdringen des Fördergutes weitgehend ver hindert wird.
Die Form der Innenfläche des Gehäuses ist zur Axialebene, in der die Exzentrizitätsachse liegt, symme trisch und in vier Abschnitte aufgeteilt. Diese sind im Uhrzeiaersinn - mit<B><I>A -A,</I></B> A-B, B-B, B-A bezeichnet.
In den Abschnitten A-A und B-B folgt die Innenfläche dem Mantel von Kreiszylindern, deren Mittelpunkte (Achsen) auf der Drehachse des Rotors liegen, wobei der Radius des kleineren Kreiszylinders gleich dem Aussenradius des zylindrischen Rotorkör- pers 5 ist.
In Fig. 1 erscheinen die Mäntel der erwähnten Kreiszylinder als Kreisbogen zwischen den Punkten <B><I>A -A</I></B> bzw. B -B. Hierbei ist zu bemerken, dass je weils ein Punkt<I>A</I> und ein Punkt<I>B</I> gegenüber den Berührungskanten von einander zugeordneten La mellen liegen, d. h. einander diametral gegenüberlie gen, so dass die beiden Kreisbogen<B>A -A</B> und B-B den gleichen Zentrii=,inkel aufweisen. Dieser ist zu dem in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleich dem doppelten Winkel zweier benachbarter Lamellen.
Es ist hierzu zu bemerken, dass die Kreisbogen A-A und B -B auch über einen kleineren - oder grösse ren - Zentriwinkel, als in der Darstellung gezeigt, ge spannt werden könnten, dass ihr Zentriwinkel aber erfindungsgemäss grösser als der Winkel zweier be nachbarter Lamellen sein soll.
Es ist aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich, dass die Entfernung zweier je auf einem der Kreis bogen<I>A-_4</I> und B -B liegenden Punkte, deren Ver bindungsgerade ein Diameter des Rotors ist, konstant bleibt. Ferner ist ersichtlich, dass der Rotor im Ab schnitt<B><I>A -A</I></B> wie in einer Lagerschale in der Wan dung des Gehäuses liegt.
Die Krümmung der Gehäuseinnenfläche in den Abschnitten A-B und B-A ist stetiff verlaufend und derart bestimmt, dass die Entfernung zweier Punkte dieser Abschnitte, welche einander diametral gegen über am _aleichen Durchmesser des Rotors liegen, gleich bleibt.
Da nun die Schlitze des Rotors paarweise einander diametral gegenüberliegen, kann aus dem Vorherge sagten abgeleitet werden, dass die Entfernung zweier einander diametral gegenüberliegender Lamellen stets gleich bleibt, so dass - wie bereits erwähnt - je zwei solche Lamellen starr miteinander verbunden werden können. Die einander zugeordneten Lamellen sind da bei durch einen Steg verbunden.
Die Breite des Steges ergibt sich, wenn die axiale Schlitzbreite durch die Anzahl der vorgesehenen Lamellenpaare dividiert wird, wobei benachbarte Stege der einzelnen Lamel- lenpaare je um eine Stegbreite in der Axialrichtung gegeneinander verseht sind, so dass alle senkrecht zur Drehachse des Rotors verlaufenden Stege innerhalb der axialen Breite der Lamellen nebeneipinderliegen. Die Lamellen der einzelnen Paare können auch ela stisch oder überhaupt nicht miteinander verbunden sein.
Bei den Abschnitten A-B und B-A sind die Kanäle 8 in das Gehäuse eingearbeitet, welche sich längs des Umfanges erstrecken und an ihren dem Innenraum des Gehäuses zugewendeten Seiten ihrer ganzen Länge nach offen sind. Mit ihren beiden Enden erstrecken sich diese nach innen offenen Kanäle kurz über den Punkt<I>A</I> und<I>B</I> hinaus in die zylindrischen Abschnitte der Gehäuseinnenfläche. Die Tiefe und Breite dieser Kanäle ist von untergeordneter Bedeutung, für die Breite ist lediglich zu beachten, dass sie nicht die Breite der Lamellen erreichen darf.
Die Anschlüsse 9 und 10 für das Fördergut münden je in einen der Kanäle 8, wobei zu bemerken ist, dass für bestimmte Zwecke auch nur ein solcher Kanal vorgesehen werden kann.
In solchen Fällen mündet selbstverständlich ein Anschluss direkt in den Innenraum des Gehäuses, ausserhalb des Bereiches des einzig vorgesehenen Kanals. Die Lage der Anschlüsse, welche in einen Kanal münden, ist ohne Bedeutung.
Die dargestellte Maschine ist umsteuerbar, ein fachheitshalber wird jedoch die Funktionsbeschrei bung auf die Drehrichtung im Uhrzeigersinn (Fig. 1) bezogen. Der Einlass ist in diesem Falle bei 9, der Auslass bei 10 angeschlossen. In der dargestellten Lage des Rotors sind die jeweils zwischen zwei benachbar ten Lamellen liegenden Räume zwischen den Lamel len 14 und 14' bzw. 14' und 14 durch den einen bzw. anderen Kanal 8 miteinander verbunden. Somit herrscht mit Ausnahme der Lamellen 14 und 14' je weils an beiden Seiten jeder Lamelle gleicher Druck.
An beiden Seiten der Lamellen 14 und 14' herrscht dagegen keine Druckgleichheit, da in den im Uhrzeigersinn nach der Lamelle 14 liegenden Räumen der Förderdruck, während in den vor der Lamelle 14 liegenden Räumen der Ansaugdruck wirksam ist. Während im A -A-Abschnitt des Gehäuses eigentlich der ganze Rotor dichtet,
wird diese Aufgabe im B-B- Abschnitt lediglich von der Lamelle 14 erfüllt. Da aber sowohl der Krümmungsmittelpunkt der dichten den Endfläche der Lamelle 14 wie auch derjenige des Abschnittes B-B der Gehäuseinnenfläche während der Bewegung der Lamelle 14 in diesem Abschnitt stets auf einer Geraden, die dem der Lamelle 14 zugeordneten Rotordurehmesser entspricht, liegen, wird die Lamelle 14 bzw. jede vorhergegangene und nachfolgende Lamelle unter den eingangs erwähnten idealen Bedingungen dichten können.
Die gleiche Überlegung ist für die Lamelle 14' auch gültig, in deren Bereich jedoch, wie erwähnt, der Rotor selber dicht am Gehäuse geführt ist.
Mit Ausnahme der Lamelle 14 bzw. 1.4' können alle anderen - druckentlasteten - Lamellen frei in ihren Führungen gleiten und bei entsprechender Aus bildung unter der Wirkung der Zentrifugalkraft oder eines elastischen Organs an der Gehäuseinnenfläche anliegen. So unter anderem die Lamellen 15 und 15', welche in der Zeichnung gerade in den zylindrischen Abschnitt B-B bzw. A-A eintreten. Da die Kanäle 8 sich etwas über die Punkte<I>A</I> und<I>B</I> hinaus erstrek- ken, ist eine Lamelle auch am Anfang der zylindri schen Abschnitte noch druckentlastet. So wird auch die Lamelle 15' oben an der Gehäuseinnenfläche von Anfang an in idealer Lage anliegen und so die Dicht wirkung noch erhöhen.
Das Fördern des Gutes, z. B. eine Flüssigkeit, in der gezeichneten Lage des Rotors wird von der La melle 14 so lange ausgeführt, bis die Dichtkante dieser Lamelle die Anfangskante des rechtsseitigen Kanals überholt. Bis zu diesem Zeitpunkt war der Raum zwischen den Lamellen 14 und 15' noch nicht be lastet, da dieser Raum unter dem zylindrischen Ab schnitt der Gehäuseinnenfläche vorbeigeführt wurde und keine Volumenänderung erfuhr.
Das in diesem Raume geführte Fördergut diente gleichzeitig als Puf fer in einer Pufferzone für die Aufnahme von even tuellen Druckverlusten durch die Lamelle 14. Über schreitet jedoch die Lamelle 14 die Anfangskante des rechten Kanals 8, so wird der Raum zwischen den Lamellen 14 und 15' mit der Druckzone der Förder- seite verbunden und im entsprechenden Sinn belastet, wobei das Fördern nunmehr der Lamelle 15' obliegt. Der gleiche Vorgang wiederholt sich in bezug auf sämtliche Lamellen beim Drehen des Rotors.
Entsprechendes gilt für die Funktion der Ma schine auf der Ansaugseite. Bis in die in der Fig. 1 gezeichnete Lage des Rotors wurde Ansaugen durch die Lamelle 14 ausgeführt. Nun wird die Lamelle 15' die obere Endkante des linken Kanals 8 überschreiten, so dass die Lamelle 15' auf der einen Seite mit der Lamelle 14 eine Pufferzone bildet, auf der anderen Seite dagegen das Ansaugen übernimmt.
Es ist klar, dass beim Umkehren des Drehsinnes des Rotors die Ansaug- bzw. Förderseite miteinander den Platz vertauschen, wobei jedoch die Funktion der Maschine bei gleichem Wirkungsgrad unverändert bleibt.
Da jede Lamelle lediglich in einem Teil des zylin drischen Abschnittes B-B Ansaugarbeit leistet, und in einem anderen Teil des gleichen Abschnittes Druck arbeit leistet, wobei die Lamelle während des betref fenden Arbeitsweges keine Radialverschiebung erlei det, kann für die Lebensdauer der Maschine mit dem für das verwendete Material überhaupt möglichen Maximum gerechnet werden.
Das Passieren des Ab schnittes A-A wirkt zufolge der Dichtwirkung des Rotors selber gar nicht mehr als eine eigentliche Arbeitsleistung. Dazu kommt noch, dass der obere Abschnitt B-B, in welchem die Lamellen Arbeit leisten, zylindrisch und somit äusserst genau und fein bearbeitbar ist.
Für gewisse Fälle kann die Maschine mit nur einem Kanal 8 versehen werden. So z. B., wenn sie als Vakuumpumpe verwendet wird. In einem solchen Falle wird man den rechten Kanal 8 weglassen und den Auslass am Ende des Abschnittes B -A unmittel bar vor dem Punkt A anordnen.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der Rotor mit radialen Schlitzen versehen und dem- entsprechend wurden einander radial gegenüberlie gende Lamellen paarweise verwendet. Selbstverständ lich kann die Erfindungsgemässe Maschine auch so ausgeführt werden, dass der Rotor diametrale Schlitze aufweist und demgemäss ebenfalls eine gerade Anzahl Lamellen trägt. Beide Rotorarten können in ein und demselben Gehäuse eingebaut werden.
Die beschriebene Maschine ist vielseitig als aktive oder passive Drehkolbenmaschine, also als Motor oder als Arbeitsmaschine, verwendbar.