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Drehkolbenmaschine mit ringförmigem Arbeitsraum und schwenkbaren Kolben,
deren Drehachse parallel. zur Hauptwelle liegt Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenmaschinen
mit ringförmigem Arbeitsraum und schwenkbaren Kolben, deren Drehachse parallel zur
Hauptwelle liegt. Derartige Maschinen sind als Kraft- oder Arbeitsmaschinen in zahlreichen
:@usführungsformen bekannt. Man hat z. B. die Drehkolben in einer sich drehenden
Scheibe gelagert und durch Abwälzen eines Zahnrades der Kolbendrehachse auf einem
feststehenden Zahnrad während jeder Umdrehung der Kolbenscheibe die Kolben einmal
um ihre Achse gedreht. Auf diese Weise erhält man eine zwangläufige Steuerung. -Man
muß aber wegen der dauernden Drehung der Kolben das Widerlager im Zvlinder, das
die Räume niederen und höheren Druckes trennt, so schmal halten, daß eine zuverlässige
Dichtung nicht mehr möglich ist. Die dauernde Drehung der Kolben während des Durchganges
durch das Widerlager zwingt dazu, die Durchgangsfläche so auszuschneiden, daß die
Dichtung nur auf einer Linie stattfindet. Infolgedessen lassen sich große Drücke
überhaupt nicht anwenden.
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Der mit der dauernden Drehung der Kolben verbundene Nachteil tritt
nicht auf, wenn die Kolben durch eine Steuernut gesteuert werden, die es zuläßt,
daß der Kolben beim Durchgang durch das Widerlager eine Drehung um seine eigene
Achse nicht mehr ausführt. Derartige Ausführungsarten sind ebenfalls bekannt, aber
nur in Verbindung mit einem festen Anschlag, der die Kolben aus der radialen Arbeitsstellung
in die Ruhestellung umlegt. Die Steuerkurve liegt im Förderraum, das Führungsstück
liegt am äußeren Ende der Kolben. Bei dieser Anordnung ist ein Umsteuern der Kolben
aus der Arbeitsstellung in die Ruhestellung mittels der Kurve nicht möglich. Die
Steuerkurve muß daher mit einem festen Anschlag vereinigt werden, der die Kolben
am Ende des Arbeitshubes in die Ruhestellung schwenkt, die sie beim Durchgang durch
das Widerlager einnehmen. Eine derartige Anordnung ist wegen der Schlagwirkung des
festen Anschlages auf die Kolben für hohe Drehzahlen und hohe Drücke ungeeignet.
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Dasselbe gilt, und zwar in noch höherem Maße, für Drehkolbenmaschinen,
bei dienen die Steuerung der Kolben lediglich durch Anschläge erfolgt.
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Beim Gegenstand der Erfindung werden die Kolben allein mittels einer
außerhalb des Arbeitsraumes angeordneten Steuernut, also ohne jeden Anschlag, gesteuert
und in Ruhestellung durch einen Kanal des Widerlagers hindurchgeführt. Die Drehkolbenmaschine
vereinigt also zwei an sich bekannte Merkmale. Durch diese Vereinigung wird aber
erreicht, daß die Maschine mit großen Drehzahlen und hohen Drücken laufen kann.
Das Führungsstück der Kolben liegt nicht am Ende der Kolben, sondern ist am Drehzapfen
der
Kolben angeordnet. Infolgedessen genügt eine Verstellung des Führungsstückes um
einen kleinen Betrag, um die Schwenkung des Kolbens zu bewirken. Die Teile der Steuerkurve
für Arbeits- und Ruhestellung erhalten daher einen sanften Übergang, der Stoßwirkungen
beim Steuern der Kolben verhindert.
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Man kann die Dichtung zwischen dem Raum höheren und niederen Druckes
im Zylinder noch dadurch verbessern, däß zwischen je zwei Kolben noch zwei besondere
Dichtungsstücke in die Kolbenträgerscheibe fest eingesetzt werden. Das Widerlager
muß dann natürlich so lang sein, daß mindestens ein Kolben und ein Dichtungsstück
sich im Kanal des Widerlagers befinden.
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In der Kolbenträgerscheibe können mehrere Kolbenreihen konzentrisch
ineinander oder axial nebeneinander oder gleichzeitig in beiden Lagen angeordnet
sein.
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Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele einer Drehkolbenmaschine
nach der Erfindung dargestellt.
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Abb. i ist ein axialer Schnitt durch eine einstufige Drehkolbenmaschine.
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Abb. 2 ist ein Schnitt nach Linie A-B in Abb. i.
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Abb. 3 und .4 geben im Schnitt zwei verschiedene Ausführungsformen
einer zweistufigen Maschine nach der Erfindung wieder.
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In dem geteilten Gehäuse i ist die Kolbenträgerscheibe 2 dicht geführt,
deren Welle 3 in Kugellagern q. ,gelagert ist. Die Scheibe :2 bildet mit dem Gehäuse
einen ringförmigen Arbeitraum 5 für die schwenkbaren Kolben 6, deren Drehzapfen
7 parallel zu der Welle 3 liegen. Die Zapfen haben eine erhebliche Stärke und eine
der Breite der Scheibe 2 entsprechende Länge. Infolgedessen werden die Fliehkräfte
gut aufgenommen. Die Kolben besitzen in an sich bekannter Weise die Form von Ringsektoren,
deren Krümmung durch die Achse der Welle 3 bestimmt ist. Zwischen dem Eintrittsstutzen
8 und dem Austrittsstutzen 9 liegt das Widerlager io in Form von zwei am Gehäuse
befestigten Ringsektoren, die einen Kanal i i bestimmen. Die zylindrischen Kanalwände
und die Kolben haben die gleichen Krümmungsradien und gleiche Krümmuhgsachsen, die
Breite des Kanals entspricht also der Stärke der Kolben. Infolgedessen können die
Kolben den Kanal i i durchlaufen, wenn sie aus der Arbeitsstellung um 9o° in die
Ruhestellung geschwenkt werden. Dabei dichten sie die Seite des Arbeitsraumes 5,
an der der höhere Druck liegt, von der Seite des niederen Druckes sicher ab.
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Die Bewegung der Kolben aus der Arbeits-@ stellung in die Ruhestellung
erfolgt mit Hilfe eines Zapfens 1.2, der exzentrisch in dem Lagerzapfen 7 der Kolben
befestigt und in einer Kurvennut 13 des Gehäuses geführt ist. Die Nut besteht
aus zwei konzentrischen Teilen verschiedener Radien. Der Teil mit dem größeren Radius
führt die Kolben in Arbeitsstellung und hält sie in dieser fest, der Teil mit dem
kleineren Radius in Ruhestellung beim Durchgang durch den Kanal ii des Widerlagers
i o. Die Schwenkung der Kolben erfolgt 'vor dein Einfritt in den Kanal i i und nach
dein Austritt aus dem Kanal ii durch gerade Teile der Nut. Sie erfolgt stets im
entlasteten Zustand. Infolgedessen ist ein leichtes Schwenken der Kolben auch bei
hohen Drehzahlen gewährleistet. Der Unterschied der Radien der Führungskurve ist
klein, da der Führungszapfen 12 unmittelbar am Lagezapfen 7 des Kolbens sitzt. Der
Übergang aus dem einen Nutenteil in den anderen erfolgt daher sehr allmählich, so
daß Stöße beim Steuern nicht auftreten können. .Die Maschine läßt daher hohe Drehzahlen
zu.
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Zwischen je zwei Kolben kann ein Dichtungsstück 1q. vorgesehen sein,
das die glei-:lien Krümmungsflächen hat wie die Kolben und gleichachsig zur Welle
3 mit Hilfe eines Zapfens 15 in der Kolbenträgerscheibe 2 'fest eingesetzt ist.
Infolgedessen befinden sich bei entsprechender Länge des IViderlagers io mindestens
ein Kolben 6 und ein Dichtungsstück 1q. in dem Kanal ii. Dadurch wird eine sehr
zuverlässige Dichtung zwischen der Eintrittsseite und Austrittsseite geschaffen,
so daß Druckverluste auch bei Verwendung sehr hoher Drücke ausgeschlossen sind.
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Die Maschine kann auch mehrstufig ausgebildet werden. Gemäß Abb. 3
sind an der Kolbenträgerscheibe 2 .in verschiedenen Abständen von der Drehachse
zwei Reihen von Kolben 6', 6" vorgesehen, die wie die Kolben 6 der einstufigen Maschine
nach Abb. i und 2 ausgebildet und gesteuert werden. Je nachdem die Kolbenreihen
einzeln oder gemeinsam unter Druck gesetzt werden, wird die Drehzahl der Kolbenträgerscheibe
größer oder kleiner werden. Bei Antrieb der Kolbenreihe 6' wird eine höhere Drehzahl
erreicht werden als bei Antrieb der Kolbenreihe 6", während bei Antrieb beider Kolbenreihen
die geringste Drehzahl erreicht wird.
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Abb. d. zeigt eine zweistufige Drehkolbenmaschine mit .Nebeneinanderordnung
von zwei Kolbenreihen 6', 6" von verschiedener Höhe. Die Scheiben 2 sind gemeinsam
und in Berührung miteinander auf die Welle 3 aufgekeilt. Die Zapfen 7 der Kolben
6', 6"
sind einander zugekehrt; ihre Lenkzapfen 12 sitzen
in einem Ring 16, der von dem zweiteiligen Gehäuse 17 festgehalten wird. Der gleichzeitige
Antrieb beider Kolbenreihen 6', 6" erzeugt die geringste Geschwindigkeit, der Antrieb
der Kolbenreihe 6' die höchste Geschwindigkeit. Dazwischen liegt die Geschwindigkeit
bei Antrieb der Kolbenreihe 6".
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Die mehrstufige Maschine nach Abb.3 eignet sich auch für Maschinen,
die durch ein gasförmiges Mittel angetrieben werden. Das- Treibmittel beaufschlagt
zunächst die Kolben der inneren Stufe 6' und dann expandierend die Kolben der äußeren
Stufe 6".
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Die Zahl der Stufen wird dem Bedarf angepaßt. Dabei kann die Anordnung
nebeneinanderliegender Stufen (Abb.4) mit der Anordnung übereinanderliegender Stufen
(Abb. 3) vereinigt werden.