CH667491A5

CH667491A5 - Innenachsige drehkolbenmaschine.

Info

Publication number: CH667491A5
Application number: CH3741/85A
Authority: CH
Inventors: Otto Dipl-Ing Kraic
Original assignee: Wankel Felix
Priority date: 1985-08-31
Filing date: 1985-08-31
Publication date: 1988-10-14
Also published as: JPS6291601A; ATE42991T1; ES2001217A6; US4850831A; EP0217020A1; EP0217020B1; DE3663278D1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine innenachsige Drehkolbenmaschine, deren Aussen- und Innenläufer um durch ihren Schwerpunkt verlaufende, zueinander parallele geometrische Achsen mit im ganzzahligen Verhältnis unterschiedlicher gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit drehbar sind, wobei die die Eingriffsräume des Ausläufers in Umfangsrichtung begrenzenden Flächen in Richtung nach innen eine Erweiterung bilden, die an einen dazu radial äusseren Bereich mit zueinander parallelen oder nach aussen eine Erweiterung bildenden Flächen angrenzt, und wobei die Eingriffsräume in axialer Richtung durch senkrecht zur Achse verlaufende Flächen von Seitenwänden begrenzt sind.

Maschinen dieser Art sind in zahlreichen Ausführungsfor-men bekannt. Eine Maschine mit einem Drehzahlverhältnis zwischen Aussen- und Innenläufer von 2:1 ist beispielsweise durch die EP-A2- 0 Q87 747 bekannt. Maschinen, bei denen dieses Drehzahlverhältnis 3:2 und 4:3 beträgt, sind in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 34 32 915 dargestellt. Solche Maschinen sind aufgrund der Lagerung ihrer beiden Läufer um durch ihren Schwerpunkt verlaufende Achsen für sehr hohe Drehgeschwindigkeiten geeignet, so dass sie bei geringen Abmessungen für eine hohen Durchsatz ausführbar sind. Die in Anwendung als Kompressor erzielbare Druckhöhe ist jedoch stark von der Präzision der Herstellung abhängig. Ebenso ist der Wirkungsgrad bei der Anwendung als durch einen Gasstrom angetriebene Maschine, d.h. als Treiber, von der Präzision der Herstellung bzw. von der Genauigkeit des gegenseitigen Eingriffs der Läufer abhängig. Es ist deshalb bisher nicht gelungen, Maschinen der eingangs genannten Art mit einer zufriedenstellenden Leistungsfähigkeit als Massenprodukt, d.h. mit vertretbarem Kostenaufwand herzustellen. Die Hinterschneidungen aufweisenden Eingriffsräume des Aussenläufers machten es erforderlich, den Aussenläufer aus separat hergestellten Einzelteilen zusammenzubauen, so dass auch beim Verbinden der Teile miteinander Massungenauig-keiten und ein entsprechend grosses Spiel zwischen dem Aussen- und Innenläufer unvermeidbar waren. Ohne Verwendung von Dichtleisten ist jedoch das Spiel an den Eingriffsstellen zwischen beiden Läufern, d.h. die Grösse des an diesen Stellen vorhandenen Dichtspaltes ausschlaggebend für die erzielbare Leistung der Maschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Art zu finden, deren Läufer bei verhältnismässig geringen Herstellungskosten so ausführbar sind, dass sich zwischen ihnen besonders enge Dichtspalte ergeben und der Maschinenwirkungsgrad entsprechend besonders hoch ist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, dass ein radial äusserer Teil der Seitenwände des Aussenläufers mit diesem in einem Stück geformt ist und mindestens ein an einem axialen Ende des Aussenläufers befestigter Körper den radial inneren Teil dieser Seitenwände bildet, wobei dieser Körper mit einer kreisrunden, zur Achse des Aussenläufers konzentrischen Aussparung einen stationären Abdichtkörper dichtend umschliesst, der den radial inneren Raum der Maschine in axialer Richtung begrenzt und durch den die Welle des Innenläufers hindurchgeführt ist.

Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Maschine sowie eine Giessform zur Durchführung dieses Verfahrens gemäss den Patentansprüchen 6 und 7.

Dadurch, dass gemäss der Erfindung ein Teil der Seitenwände in einem Stück mit dem Aussenläufer geformt ist, sind die die Eingriffsräume in Umfangsrichtung begrenzenden Flächen bereits aufgrund der Herstellung fest zueinander fixiert und lassen sich mit der im Giessverfahren erzielbaren Genauigkeit achsparallel bzw. mit genauer Ausrichtung relativ zueinander herstellen, so dass der Innenläufer mit beson5

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ders engen Dichtspalten in diese Eingriffsräume eingreifen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Radialschnitt durch eine Maschine der eingangs genannten Art,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungs-gemäss ausgeführten Aussenläufers einer Maschine entsprechend der Darstellung der Fig. 1,

Fig. 3 eine hälftig radial geschnittene Endansicht des Aussenläufers nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch den Aussenläufer nach Fig. 2 und 3,

Fig. 5 einen Radialschnitt durch die Giessform zur Herstellung des Aussenläufers und

Fig. 6 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemässe Maschine.

Die Fig. 1 veranschaulicht das an sich bekannte allgemeine Funktionsprinzip einer innenachsigen Drehkolbenmaschine. Ihre beiden Läufer 2, 3 drehen sich um relativ zum Maschinengehäuse 4 ortsfeste geometrische Achsen 5, 6, die einen Abstand voneinander aufweisen. Die Anordnung ist vergleichbar mit einem innenverzahnten Getriebe mit einem Verhältnis der Zähnezahl von 3:2 und folglich einem Drehzahlverhältnis von 2:3. Die einzelnen Phasen der Relativbewegung zwischen dem Aussenläufer 2 und dem Innenläufer 3 sind in Fig. 3 der genannten DE-OS 3432915 dargestellt. Das Maschinengehäuse 4 umschliesst mit seiner kreiszylindrischen Innenfläche mit geringem Spaltabstand die im Querschnitt kreisbogenförmige Aussenfläche 8 der sektorförmigen Umfangsteile 9,10,11, so dass diese die Ein- und Austrittsöffnungen 12, 13 des Maschinengehäuses absteuern.

Da der Aussenläufer 2 die ortsfest gelagerten Wellenzapfen 14,15, die versetzt zu seiner Achse 5 angeordnet sind, umschliessen muss, umschliessen seine Seitenteile 16,17, die seine Umfangsteile 9,10,11 miteinander verbinden, eine hierfür ausreichend grosse kreisförmige Öffnung 18. Diese Öffnung ist durch einen mit dem Maschinengehäuse 4 fest verbundenen Abdichtkörper 19 bzw. 20 verschlossen, durch den der jeweilige Wellenzapfen 14,15 hindurch geführt ist.

Einer der Wellenzapfen 14 des Innenläufers 3 trägt ein Zahnrad 22, das mit einem am Ausläufer 2 befestigten Hohlzahnrad 23 kämmt, obwohl eine solche Antriebsverbindung aufgrund des gegenseitigen kämmenden Eingriffs zwischen beiden Läufern 2, 3 auch vermeidbar ist.

Die Lagerung beider Läufer 2, 3 erfolgt durch Kugellager 25,25', 26 für die Wellenzapfen 14,15 des Innenläufers 3 bzw. durch Kugellager 27, 28 für je ein Nabenteil 29, 30 des Aussenläufers 2, die sich an den beidseitigen Abdichtkörpern 19, 20 unmittelbar oder über einen mit diesen verbundenen Lagerblock 32 abstützen.

Für eine gute Abdichtung der Eingriffsräume 33,34,35 des Aussenläufers 2 gegeneinander entlang der Ebene der radial verlaufenden Seitenflächen 36, 37, entlang denen sich die Endflächen 38,39 des Innenläufers 3 bewegen, wird der Durchmesser der von den Seitenteilen 16,17 umschlossenen Öffnung 18 und damit der Aussendurchmesser der Abdichtkörper 19,20 in diesem Bereich möglichst klein und maximal so gross gewählt, dass er sich nicht über die sektorförmigen Umfangsteile 9,10,11 erstreckt. Auf diese Weise kann die Abdichtung zwischen den mit dem Aussenläufer 2 umlaufenden Seitenteilen 16, 17 und den feststehenden Abdichtkörpern 19, 20 durch einfache Radialdichtungen 40, 41 erfolgen, und es wird ein in der genannten Radialebene liegender Dichtspalt zwischen den Seitenflächen der sektorförmigen Umfangsteile 9, 10, 11 des Aussenläufers 2 und dazu parallelen, die Eingriffsräume 33,34,35 begrenzenden Flächen der Abdichtkörper 19,20 vermieden. Die Herstellung eines Aussenläufers, dessen die Eingriffsräume 33, 34,35 in Umfangsrichtung begrenzenden Flächen 44 bis 49 eine Hinterschnei-dung aufweisen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Abrundung 50, 51, 52 des Querschnittes der sektorförmigen Umfangsteile 9,10,11 in deren Scheitelbereich gebildet ist, konnte aufgrund der zuvorgenannten Gegebenheiten bisher nicht mit vertretbarem Aufwand in einem Stück erfolgen, so dass die Umfangsteile 9,10,11 nach separater Herstellung mit den Seitenteilen des Aussenläufers verbunden werden mussten und entsprechend grosse Toleranzen, insbesondere bei der genau parallelen gegenseitigen Zuordnung dieser Umfangsteile akzeptiert werden mussten.

Der Aussenläufer 2 einer erfindungsgemässen Maschine besteht aus einem Gussteil 54 und zwei seitlich an ihm befestigten Nabenkörpern 55, 56. Das Gussteil 54 umfasst die sektorförmigen Umfangsteile 9,10,11 und diese miteinander verbindende Seitenteile 16,17, von denen folglich drei Paare vorhanden sind. Ihre Form ist kreisbogenförmig, mit einer Breite in radialer Richtung, die kleiner ist als die grösste Abmessung der sektorförmigen Umfangsteile 9,10,11 in radialer Richtung. Folglich befinden sich die Abrundungen 50, 51, 52 der Umfangsteile 9,10,11 innerhalb eines zur Achse 5 des Aussenläufers 2 konzentrischen Kreises, der entlang der radial inneren Begrenzungskanten 58, 59, 60 der kreisbogenförmigen Seitenteile 16,17 verläuft. Damit die Radial di chtung 40,41 nicht von den Umfangsteilen 9,10,11 überlappt wird bzw. sich innerhalb eines die Abrundungen

50, 51, 52 tangierenden Kreises befindet, der nach Fig. 1 mit der Öffnung 18 zusammenfällt, greift ein innerer, axial abstehender Rand 62, 63 (Fig. 6) der Nabenkörper 55, 56 oder ein zwischen das Gussteil 54 und dem jeweiligen Nabenkörper 55' eingesetzter Ring 64 in radialer Richtung zwischen die Seitenteile 16, 17 des Aussenläufers 2 und den Abdichtkörper 19, 20 ein und umschliesst somit die Öffnung 18, so dass die Radialdichtung 40,41 sich zwischen diesem Rand 62, 63 des Nabenkörpers, bzw. dem eingesetzten Ring 64 (Fig. 4) und dem Abdichtkörper 19,20 befindet.

Die Ausgestaltung des Aussenläufers 2 ist am besten den Darstellungen der Fig. 2, 3 und 4 zu entnehmen. Die Fig. 4 zeigt im ihrem rechten Teil ein Ausführungsbeispiel mit einem eingesetzten Ring 64, der auch auf der gegenüberliegenden Seite des Ausläufers vorgesehen sein könnte.

Der beschriebene Aussenläufer 2 hat den wesentlichen Vorteil einer kostengünstigen und sehr massgenauen Herstellbarkeit in einer Giessform, die in Fig. 5 vereinfacht dargestellt ist. Dadurch, dass sich die einen Teile des gleichen Gussteiles 54 bildenden Seitenteile 16,17 weiter radial aussen befinden als die die Hinterschneidungen bildenden Abrundungen 50,

51, 52, können letztere durch ein inneres Formteil 66 gebildet werden, und das fertiggestellte Gussteil 54 lässt sich in axialer Richtung von diesem Formteil 66 abziehen bzw. das Formteil 66 lässt sich in axialer Richtung aus dem Gussteil 54 herausziehen. Die Seitenwandteile 16,17, die eine axiale Entfor-mungsbewegung verhindern würden, werden durch radialbewegliche Formschieber 67, 68, 69 geformt. Es versteht sich, dass die bei geschlossener Form aneinander liegenden Flächen 70 statt bogenförmig auch eben verlaufen können. An seinen beiden Enden hat das innere Formteil 66 einen kreisförmig umlaufenden Bund, durch den die kreisbogenförmige innere Begrenzungskante 58, 59, 60 der Seitenteile 16,17 gebildet wird, die sich in eine umlaufende Winkelnut 72, 73 (Fig. 6) fortsetzt. Diese Winkelnut 72, 73 ist für den Eingriff des Randes 62,63 der Nabenkörper 55, 56 vorgesehen und erstreckt sich somit hinter den Enden der Umfangsteile 9,10, 11 vorbei, wie in Fig. 2 durch die Strichlinie 74 angedeutet ist.

Zusammen mit den äusseren Formteilen 76,77,78 bilden

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die Formschieber 67,68,69 und das innere Formteil 66 somit drei Formhohlräume 80, 81, 82, die an ihren Enden zur Bildung der Seitenteile 16,17 des Aussenläufers 2 miteinander verbunden sind. Die Formteile sind metallisch und ermöglichen eine hohe Formgenauigkeit und Oberflächenqualität des Gussteiles 54, so dass dieses nicht mechanisch bearbeitet werden muss.

Es versteht sich, dass der Aussenläufer 2 abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel verschiedene Formen aufweisen kann. Beispielsweise können die Eingriffsräume 33-35 statt durch ebene und zueinander parallel verlaufende Flächen 44-49 auch durch nach aussen auseinander laufende oder nach aussen gekrümmte Flächen 85, 86 begrenzt sein, 5 wie in Fig. 3 durch Strichlinien angedeutet ist.

Es versteht sich weiterhin, dass nur solche Ausführungsformen der Maschine möglich sind, bei denen der Innenläufer 3 sich für die Montage von aussen radial nach innen in den Aussenläufer 2 einsetzen lässt.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Innenachsige Drehkolbenmaschine, deren Aussen- und Innenläufer (2, 3) um durch ihren Schwerpunkt verlaufende, zueinander parallele geometrische Achsen (5,6) mit im ganzzahligen Verhältnis unterschiedlicher gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit drehbar sind, wobei die die Eingriffsräume (33, 34, 35) des Aussenläufers (2) in Umfangsrichtung begrenzenden Flächen (44-49) in Richtung nach innen eine Erweiterung (50, 51, 52,) bilden, die an einen dazu radial äusseren Bereich mit zueinander parallelen oder nach aussen eine Erweiterung bildenden Flächen (44^49) angrenzt, und wobei die Eingriffsräume (33, 34,35) in axialer Richtung durch senkrecht zur Achse (5) verlaufende Flächen von Seitenwänden (16, 17, 62-64) begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial äusserer Teil (16,17) der Seitenwände (16, 17, 62-64) des Aussenläufers (2) mit diesem in einem Stück (54) geformt ist und mindestens ein an einem axialen Ende des Aussenläufers (2) befestigter Körper (62-64) den radial inneren Teil dieser Seitenwände (16, 17, 62-64) bildet, wobei dieser Körper (62-64) mit einer kreisrunden, zur Achse (5) des Aussenläufers (2) konzentrischen Aussparung (18) einen stationären Abdichtkörper (19,20) dichtend umschliesst, der den radial inneren Raum der Maschine in axialer Richtung begrenzt und durch den die Welle (14,15) des Innenläufers (3) hindurchgeführt ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere Teil der Seitenwände (16,17,62-64) des Aussenläufers (2) durch einen in axialer Richtung von einem am Aussenläufer (2) befestigten Nabenkörper (55, 56) abstehenden Rand (62,63) gebildet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere Teil der Seitenwände (16,17, 62-64) des Aussenläufers (2) durch einen Ring (64) gebildet ist, der zwischen die Eingriffsräume (33, 34, 35) des Aussenläufers (2) in Umfangsrichtung voneinander trennenden Umfangsteilen (9, 10, 11) und einem seitlich an dem Aussenläufer (2) befestigten Körper (55') gehalten ist.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Eingriffsräume (33-35) in Umfangsrichtung begrenzenden Flächen paarweise (45,46; 47,48; 49,44) über eine die Erweiterung bildende Abrundung (50-52) ineinander übergehen.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrundungen (50-52) radial nach aussen in ebene Flächen (44-49) übergehen, wobei der radial innere Teil (62-64) der Seitenwände (16,17, 62-64) sich radial nach aussen bis mindestens an die Übergängsstelle zwischen den Abrundungen (50-52) und den ebenen Flächen (44-49) erstrecken.

6. Verfahren zur Herstellung der Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Herstellen mindestens des Aussenläufers (2) als Gussteil (54), wobei die Eingriffsräume (33-35) des Aussenläufers (2) durch radial bewegliche Formteile (67-69) und äussere Bereiche eines relativ zum Gussteil (54) axial beweglichen inneren Formteiles (66) gebildet werden und die die Axialbewegung des Gussteiles (54) relativ zum inneren Formteil (66) ermöglichende Aussparung durch Befestigen eines Körpers (62-64) am Gussteil (54) verkleinert wird.

7. Giessform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen inneren Formteil (66), dessen Längsachse übereinstimmt mit der Achse (5) des herzustellenden Gussteiles (54) und der an seinem Umfang kanalförmige Aussparungen aufweist, zur Ausbildung des die Hinterschneidung (50-52) aufweisenden radial inneren Bereichs der Eingriffsräume (33-35) des Gussteils (54) und radial bewegliche Formschieber (67-69) zur Ausbildung des radial äusseren Bereichs dieser Eingriffsräume (33-35).