Aussenachsige Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine aussenachsige Drehkolbenmaschine.
Es sind bereits derartige Maschinen bekannt, die einen Mantel besitzen, der eine Innenfläche aufweist, die zum Teil durch drei nebeneinander angeordnete, sich überschneidende Kreiszylinder gebildet ist, wobei im mittleren Kreiszylinder ein Absperrteil mit zylindrischer Aussenfläche und einer Ausnehmung vorgesehen ist, der nur an einem Bereich seines Umfangs mit der entspre chenden Mantelfläche dichtend zusammenwirkt und in den beiden äusseren Kreiszylindern Kolben drehbar angeordnet sind, die je eine Kolbennabe und je einen zahnartigen Vorsprung aufweisen, wobei ein bestimmter Bereich der Kolbennabe mit der zylindrischen Aussenflä che des Absperrteils dichtend zusammenwirkt.
Bei einer solchen Maschine rollen beim Betrieb die Kolbennaben und der Absperrteil dichtend aufeinander ab. Auch während des Durchtritts der Vorsprünge der Kolbennaben durch die Ausnehmung des Absperrteils wird diese dichtende Anlage beibehalten.
Diese bekannte Ausführungsform weist schwerwie gende Nachteile auf. Beim Durchgang der Vorsprünge durch die zugehörige Ausnehmung des Absperrteils treten Stösse auf, die den Lauf dieser Maschine nachteilig beeinflussen. Für die Arbeit der bekannten Maschinen ist nämlich die Dichtigkeit zwischen Absperrteil und Kol bennabe beim Durchtreten des Vorsprunges durch die Ausnehmung des Absperrteils Voraussetzung.
Hierbei entstehen während dieses Durchtritts bei der Verwen dung von Flüssigkeiten zu Flüssigkeitspressungen, die wesentliche Leistungsminderungen der Maschine zur Fol ge haben, weil das Betriebsmittel nur durch Undichtigkei- ten zwischen Vorsprung und Absperrteil und Nabe in diese Räume gelangen oder diese verlassen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine zu schaffen, die neben den günsti gen Eigenschaften bekannter Maschinen dieser Art, nämlich deren Verwendbarkeit als Motor oder Pumpe für Flüssigkeiten und Gase in beliebiger Drehrichtung und mit beliebiger Drehzahl, auch einen stossfreien Lauf hat und in jeder Phase einer jeden Umdrehung die gleiche Leistung erbringt, die also bei stossfreiem Lauf in jeder Maschinenstellung bei der Verwendung als Motor eine gleich starke Treibwirkung, beim Gebrauch als Pumpe eine gleich grosse Förderleistung hat und in keiner Maschinenstellung einen freien Durchfluss zwi schen Eintritts- und Austrittsöffnung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jede Kol bennabe aus einem kreiszylindrischen Bereich, der dem zahnartigen Vorsprung gegenüberliegt, und je einem sich beiderseitig an den zahnartigen Vorsprung anschliessen- den abgeflachten Bereich besteht, der sich beidseitig bis zum kreiszylindrischen Bereich erstreckt, dass ferner der vom kreiszylindrischen Bereich eingeschlossene Winkel der Kolbennabe dem vom zahnartigen Vorsprung über strichenen Winkel entspricht, während dem der zahnarti ge Vorsprung mit der Innenfläche des Mantels in dich tender Berührung steht, und dass die Ausnehmung des Absperrteils so ausgebildet ist,
dass zwischen dem jeweils im Bereich der Ausnehmung befindlichen zahnartigen Vorsprung des Kolbens und der Ausnehmung ein Ab stand vorhanden ist, der mindestens der halben Höhe des zahnartigen Vorsprungs entspricht.
Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Querschnitt der Kolbennabe beiderseitig der Vorsprünge in eine Kurve mit allmählich geringer wer dendem Halbmesser übergeht.
Bei einer erfindungsgemässen Drehkolbenmaschine wird die Arbeit auf beide Kolbennaben so verteilt, dass sich der Vorsprung der einen Nabe nur während des sogenannten Leistungsbereiches innerhalb eines Drehwin kels von z.B. etwas über 180 dichtend gegen die entsprechenden Teile des Kreiszylinders dreht und Arbeit leistet, während der Vorsprung der anderen Nabe durch dessen Nicht-Leistungsteil, dessen Grösse vorzugsweise einen Drehwinkel von etwas weniger als 180 beträgt, in die Arbeitsausgangsstellung gebracht wird. Nur während der Vorsprung den Arbeitsteil durcheilt, rollen dessen Nabe und Absperrteil dichtend aufeinander ab. Von beiden Enden des zylindrischen Bereiches ab ist sie zum Vorsprung hin abgeschwächt und dichtet nicht gegen den Absperrteil ab.
Durch die Erfindung kann erreicht werden, dass einerseits die Nabe und der Absperrteil nur während der Arbeitsleistung der betreffenden Nabe dichtend aufeinan der abrollen und andererseits dass, während die Naben in der Nicht-Leistungszeit zur Arbeitsausgangsstellung wei tergedreht werden, zwischen ihnen einerseits und allen Teilen des Mantels und des Absperrteils andererseits ein so weiter Raum geschaffen wird, dass das Betriebsmittel ungehindert an den Naben vorbeifliessen und auf diese zu keinem Zeitpunkt einen ihrer Arbeitsrichtung entge gengesetzten Druck ausüben kann. Auf diese Weise wird bei der Erfindung sowohl ein stossfreier Lauf als auch eine völlig gleichmässige Leistung der Maschine in jeder Phase einer Umdrehung erreicht.
Bekannt ist bei Drehkolbenmaschinen schon eine Abflachung der Kolbennaben beiderseits der Vorsprünge senkrecht zur Mittellinie des Vorsprungs. Diese Abfla chung dient im Gegensatz zu der erfindungsgemässen Verformung der Kolbennabe einer Verbesserung der Abdichtung zwischen der Kolbennabe und dem Absperr teil. Mit ihr kann die Aufgabe der Erfindung nicht gelöst werden.
Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungs form der erfindungsgemässen Drehkolbenmaschine.
In einem Mantel 1 mit einer Innenfläche in Form von drei nebeneinanderIiegenden Kreiszylindern überschnei den sich jeweils die äusseren und der mittlere Zylinder. In den beiden äusseren Zylindern 2 und 3, ist je eine Kolbennabe 4, 5 mit einem auf jeder Nabe befestigten zahnartigen Vorsprung 6, 7 angeordnet.
Letztere drehen sich dichtend gegen die Teile des Mantels 1, die die Wand der Zylinder 2 und 3 bilden. Im mittleren Zylinder dreht sich der kreisrunde Absperrteil 8 mit der Ausneh- mung 9 dichtend gegen den Teil 10 der Mantelfläche zwischen den auf derselben Seite des Mantels 1 gelegenen Ein- und Auslasskanälen i l und 12.
Dadurch werden die Zylinder 2, 3 bei den Einmün dungen dieser Kanäle<B>11,</B> 12 sicher gegeneinander abge schlossen. Die Zylinder 2, 3 sind durch den Kanal 13 verbunden und hintereinander geschaltet. Die Teile 4, 5, 8 der Maschine sind parallelachsig gelagert und drehen sich miteinander in bekannter Weise durch Zahnradüber tragung oder dgl. in Pfeilrichtung. Die beiden Kolbenna- ben 4, 5 gleichen sich, ihre Zylinder liegen spiegelbild lich.
Die Vorsprünge 6 und 7 drehen sich beim Betrieb, während sie den sogenannten Leistungsbereich der Zylin der 2, 3 durchlaufen, über einen Drehwinkel von wenig über 180 , und zwar der Vorsprung 6 von A bis B und der Vorsprung 7 von C bis D, dichtend gegen die Mantelfläche des zugehörigen Zylinders 2, 3. Die Vor sprünge 6, 7 beider Naben 4, 5 sind so gegeneinander verstellt, dass der Vorsprung 6 den ihm zugehörigen Leistungsbereich bei B verlässt, sobald der Vorsprung 7 der Nabe 5 sich gerade bei " C dichtend gegen dessen Mantelfläche zu drehen begonnen hat. Nur solange ein jeder der Vorsprünge seinen Leistungsbereich durcheilt, rollen die zylindrischen Flächen der Kolbennaben 4 und 5 gegen den Absperrteil 8 dichtend ab.
Die Aussenfläche der Kolbennaben 4 und 5 sind nämlich nur innerhalb eines Winkels von wenig über 180 , und zwa die Nabe 4 zwischen E und F und die Nabe 5 zwischen G und H, zylindrisch. Von E und F bzw. von G und H ab sind die Kolbennaben zu ihren Vorsprüngen 6, 7 hin in ihrem Halbmesser zunehmend stark vermindert.
Zwischen jedem Teil der Kolbennaben 4, 5 einschliesslich der Vorsprünge 6 und 7 einerseits und jedem Teil des Absperrteils 8 und des Mantels 1 andererseits muss, wenn die Naben nicht den Leistungs bereich durchlaufen, ein Abstand verbleiben, der dem Betriebsmittel ausser der Durchflussmöglichkeit durch den Leistungsbereich auch noch einen freien Durchfluss durch den Nicht-Leistungsteil des Zylinders ermöglicht. Die Weite dieses Durchflusses soll mindestens der halben theoretischen Vorsprungslänge, d.h. der Länge, die der Vorsprung hätte, wenn die Kolbennabe völlig kreisrund wäre, entsprechen.
Die Ausnehmung 9 wird so gross wie möglich gehalten. Ihre Grösse wird nach oben dadurch begrenzt, dass der Absperrteil 8 während des Laufes der Maschine stets noch mit dem Teil 10 des Mantels 1, gegen den sie sich dichtend dreht, eine einwandfreie Abdichtung zwi schen den Räumen der beiden Zylinder 2, 3 und deren Nebenräume gegeneinander gewährleistet.
Im Zylinder 2 sind der Übergang 14 des Einflusska- nals 11 bis zum Punkt A und der Übergang 16 zum Verbindungskanal 13 vom Punkt B ab und entsprechend im Zylinder 3 der Abgang 15 des Ausflusskanals 12 vom Punkt D ab und der Einfluss 17 des Verbindungskanals 13 bis zum Punkt C hin so stark erweitert, dass der geforderte Mindestabstand von einer halben theoreti schen Vorsprungslänge zwischen Kolbennabe mit Vor sprung und allen Teilen des Mantels 1 erreicht ist.
Zur Erklärung der Funktion des beschriebenen Aus führungsbeispiels der Maschine sei angenommen, die in Fig. 1 wiedergegebene Maschine arbeite als Flüssigkeits motor und sei vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Dann strömt in der gezeichneten Maschinenstellung die Flüs sigkeit durch den Einflusskanal 11 und in den Zylinder 2 und dort beiderseits an der Kolbennabe 4 mit dem Vorsprung 6 vorbei und gelangt durch den Kanal 13 zum Zylinder. Zu diesem Zeitpunkt rollen der Absperrteil 8 und der zylindrische Teil der Kolbennabe 5 dichtend aufeinander ab und verhindern jeden Durchfluss des Betriebsmittels an dieser Stelle. Durch den Druck der Flüssigkeit wird der Vorsprung 7 in Pfeilrichtung weiter getrieben.
Zugleich wird über ein die Bewegung der Drahtseile koordinierendes bekanntes System, z.B. über Zahnräder, der Vorsprung 6 ebenfalls in Pfeilrichtung weitergedreht und erreicht den Punkt A, unmittelbar bevor der Vorsprung 7 an dem Punkt D angelangt ist. Gleichzeitig beginnen der Absperrteil 8 und der zylindri sche Teil der Kolbennabe 4 bei F gegeneinander abzu dichten. Die weiterhin einströmende Flüssigkeit drückt den Vorsprung 6 von A nach B in Pfeilrichtung vorwärts. Der jetzt dichtend gegen den Absperrteil 8 abrollende zylindrische Teil der Kolbennabe 4 schliesst jede andere Durchflussmöglichkeit des Betriebsmittels an dieser Stel le aus.
Der Vorsprung 7 hat inzwischen bei D den Leistungs bereich des Zylinders 3 verlassen, und die Kolbennabe 5 und der Absperrteil 8 haben ihren Kontakt vom Punkt H der Kolbennabe 5 ab aufgegeben, so dass nunmehr im Zylinder 3 der Zustand besteht, der in der Figur zum Zylinder 2 wiedergegeben ist.
Während im weiteren Verlauf der Vorsprung 7 vorbei an dem Absperrteil 8, durch dessen Ausnehmung 9 und durch die Erweiterung 15 des Verbindungskanals 13 hindurch wieder zum Punkt C gelangt. kann die von dem Vorsprung 6, der durch den Leistungsbereich des Zylin ders 2 von A nach B getrieben wird, weitergeschobene Flüssigkeit durch den Verbindungskanal 13 hindurch und beiderseits an der Kolbennabe 5 vorbei zu dem Ausfluss- kanal 12 gelangen.
Nach Erreichen des Punktes C leistet nunmehr der Vorsprung 7 wieder Arbeit, beginnen der Absperrteil 8 und die Kolbennabe 5 zwischen den Punkten G und H wieder dichtend aufeinander abzurol len, und der Vorsprung 6 erreicht in dem Nicht- Leistungsbereich des Zylinders 2 die in der Figur ge zeichnete Stellung, während das Betriebsmittel von der Einflussöffnung 11, beiderseits frei, an der Kolbennabe 4 vorbeiströmend, nunmehr nur auf den Vorsprung 7 einwirkt. Mit dem. Erreichen der in der Figur gezeichne ten Maschinenstellung wiederholen sich die beschriebe nen Vorgänge.
Verwendet man das gleiche Ausführungsbeispiel der Maschine als Flüssigkeitspumpe, so lässt sich deren Arbeitsweise aus der Zeichnung ebenfalls leicht ablesen. Die bei der Pumpe über die Achsen angetriebenen Vorsprünge wirken innerhalb der Leistungsbereiche der Zylinder saugend und drückend zugleich.
Zur Erzielung einer doppelten und vielfachen Lei stung können zwei oder mehrere erfindungsgemässe Drehkolbenmaschinen parallel zueinander geschaltet wer den, wobei sie gegebenenfalls zu einer Baueinheit ver einigt werden können.
ren Kreiszylindern Kolben drehbar angeordnet sind, die je eine Kolbennabe und je einen zahnartigen Vorsprung aufweisen, wobei ein bestimmter Bereich der Kolbennabe mit der zylindrischen Aussenfläche des Absperrteils dichtend zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kolbennabe (4, 5) aus einem kreiszylindrischen Bereich der dem zahnartigen Vorsprung (6, 7) gegenüber liegt, und je einem sich beiderseitig an den zahnartigen Vorsprung (6, 7) anschliessenden abgeflachten Bereich besteht, der sich beidseitig bis zum kreiszylindrischen Bereich erstreckt, dass der vom kreiszylindrischen Be reich eingeschlossene Winkel (E-F, G-H) der Kolben nabe (4, 5) dem vom zahnartigen Vorsprung (6, 7) überstrichenen Winkel (A-B,
C-D) entspricht, während dem der zahnartige Vorsprung (6, 7) mit der Innen fläche des Mantels (1) in dichtender Berührung steht und dass die Ausnehmung (9) des Absperrteils (8) so ausgebildet ist, dass zwischen dem jeweils im Bereich der Ausnehmung (9) befindlichen zahnartigen Vorsprung (6, 7) des Kolbens und der Ausnehmung (9) ein Abstand vorhanden ist, der mindestens der halben Höhe des zahnartigen Vorsprungs (6, 7) entspricht.