DE2317427C3 - Arbeitsmittekteuerung einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere als Pumpe - Google Patents

Description

Die Krfindung betrifft eine Arbeitsmittelsteuerung einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere als Pumpe, der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Gattung.

Eine solche Arbeitsmittelsteuerung ist aus der US 22 700 bekannt. In der Praxis hat sich konstruktionsbedingt folgendes herausgestellt: Die Durchlässe in den Gelenkkörpern der als Absperrschieber dienenden Pendelschieber lassen sich nicht gezielt gesteuert öffnen und verschließen; denn es ist keine Führung und/oder Steuerung des Kolbens vorgesehen, so daß der Kolben in der Weise der Bewegungsrichtung folgen will₍ daß die Gelenkkörper-Schieber »umkippen«, das heißt, in eine Stellung geraten können, in der sie nicht mehr mit den Mitten der Absperrschieber fluchten. Eine solche Rotationskolbenmaschine wird also nach einer halben Umdrehung blockiert, wobei diese Blockierung nur durch eine Änderung der Umlaufrichtung wieder beseitigt werden kann. Weiterhin werden Einlaß und Auslaß in die bzw. aus den Arbeitskammern allein durch die als Pendelschieber ausgebildeten Absperrschieber gesteuert Zu diesem Zweck weisen die Gelenkkörper einen weiteren Durchlaß auf, der durch eine Schiebebewegung des Absperrschiebers selbst und eine Ausnehmung in diesem Schieber geöffnet und verschlossen wird. Da es sich um einen SchieberventilmechaniMTius handelt, ist die Konstruktion sehr aufwendig und komplex und läßt sich nur mit großen apparativen Schwierigkeiten steuern. Aus diesen beiden Gründen ist die bekannte Arbeitsmittelsteuerung in der Praxis bisher kaum eingesetzt worden.

Per Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Arbeitsmittelsteuerung einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere als Pumpe, oben genannter Art eine optimale Steuerung bei einfachem Aufbau der als Absperrschieber wirksamen Steuerorgane zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

hs ist zwar bereits aus der US 35 63 678 bekannt, in einem Kolben einen weiteren Arbeitsraum vorzusehen, der mit dem äußeren Arbeitsraum in Verbindung steht. Der dabei verwendete Pendelschieber für die inneren Arbeitskammern dient ;edoch nicht gleichzeitig auch der Steuerung von Einlaß und Auslaß der äußeren Arbeitskammern.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß ein Absperrschieber radial drehfest mit der Umfangswandung des Kolbens verbunden ist, so daß sich eine Führung des Kolbens und eine exakte Steuerung der Einlaß- und Auslaßvorgänge in die Arbeitskammern ergibt. Weiterhin verläuft der zu den Arbeitskammern geführte Durchlaß durch die Umfangswandung des Innenkolbens, und zwar wiederum durch Gelenkkörper von Absperrschiebern, die in der Wandung des Innenkolbens angeordnet sind.

Dadurch lassen sich auf konstruktiv einfache Weise die Schwierigkeiten vermeiden, die schon von der Steuerung her bei den Pendel- und Gleitschiebern der Arbeitsmittelsteuerung nach der US 8 22 700 auftreten. Außerdem arbeiten die hier verwendeten Absperrschieber relativ leise, sind nur einem geringen Verschleiß unterworfen und benötigen keine komplizierten Betätigungsmechanismen. Und schließlich arbeitet eine solche Rotationskolbenmaschine beim Einsatz als Kompressor nicht gegen den Lieferdruck, bis der Absperrschieber

">o geöffnet wird, wobei die öffnung zu einem Zeitpunkt stattfindet, bei dem der Druck in einer Arbeitskammer etwa gleich dem Lieferdruck ist, das heißt, gleich dem Druck in einem Windkessel oder einem ähnlichen Behälter, den der Gaskompressor speist. Auch dies trägt zu einem leiseren Lauf und ?u einer geringeren Belastung und damit geringerem Verschleiß der Maschine bei; außerdem läßt sich der Leistungsverbrauch senken.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von

w) Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Rotationskolben* maschine gemäß der Schnittlinie I-l in F i g. 2, und
F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Rotationskolbenmaschine nach Fig. 1.

Die in den Fig. ί und 2 gezeigte Rotationskolbenmaschine, insbesondere als Pumpe, weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein exzentrisch bewegter Kolben 2 zwischen

Seitetiteilen 10 und 11 des Gehäuses gehalten ist Bei der dargestellten Rotationskolbenmaschine handelt es sich um eine Ausführungsform mit drei Arbeitskammern mit variablem Volumen, nämlich die Arbeitskammern 3, 4 und 5. Diese Arbeitskammern 3,4 und 5 werden jeweils '> in Verbindung mit dem Kolben 2, dem Gehäuse 1 und den Seitenteilen durch Absperrschieber 6, 7 und 8 gebildet Die Absperrschieber bewegen sich wiederum in Gelenkkörpern 3, die in dem Gehäuse 1 gehalten sind. Die Gelenkkörper 9 unterbrechen die Verbindun- iu gen von den Arbeitskammern 3, 4 und 5 zu den Auslässen 12 in dem Gehäuse 1. Der Absperrschieber 6 wird durch eine starre Befestigung an dem Kolben 2 fixiert, beispielsweise durch Schweißen, Verschrauben oder eine ähnliche Befestigung. Die Absperrschieber 7 r» und 8 weisen Gelenkteile 13 auf, die in bezug auf den Kolben 2 geschwenkt werden können. Diese schwenkbaren Gelenkteile werden in eine zylindrische Bohrung 15, 16 mit einem offenen Schlitz eingesetzt, der kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung. Die Gelenkkörper 2(> 9 weisen jeweils einen Auslaßkanal 17 auf. Jeder Auslaßkanal 17 ist an jedem Ende mit einer öffm.ig 18 bzw. 19 versehen, die mit den benachbarten Teilen 20 und 21 des Gehäuses 1 so zusammenwirken, daß bei einer Schwenkbewegung der Gelenkkörper 9 die 2·; Öffnungen 18 und 19 entweder von den entsprechenden Bereichen des Gehäuses ί bedeckt oder freigegeben werden.

Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, besteht das Gehäuse aus einem Gehäusemantel 22, dem zwei plattenförmige jo Seitenteile 10 und 11 zugeordnet sind. Die Seitenteile 10 und 11 weisen bei Verwendung als Verbrennungsmaschine einen zusätzlichen Zuführkana! 23, 63 für den Brennstoff, einen Zuführkanal 24, 62, für Luft, einen Kanal 25 für Kühlwasser und einen Kanal 26 für das v> Abgas auf, wobei mit Ausnahme des Kühlwasserkanals Verbindungsleitungen zu den Arbeitskammern geführt sind. Die plattenförmigen Seitenteile tragen Lager für eine Exzenterwelle 28. Die Exzenterwelle 28 weist einen Hauptexzenter "9 und ein zugeordnetes Lager 30 auf. die mit dem Kolben 2 zusammenwirken, so daß dieser exzentrisch im Umlauf bewegt wird. Der Kolben 2 bewegt sich also in einem Zyklus in den Arbeitskammern 3, 4 und 5, dreht sich jedoch nicht, da diese Drehung durch die Befestigung des Absperrschiebers 6 4-5 an dem Kolbe!. 2 verhindert wird. Zur 'ünstellung des Kolbens 2 relativ zu der Innenwand des Gehäusemantels 22 dient ein weiterer Exzenter 14. Durch Einstellung der Lager des Kolbens 2 auf dem Exzenter 14 und durch die anschließende Befestigung,- aneinander läßt sich das Spiel des Kolbens 2 in dem Gehäusemantel 22 einstellen.

In dem Kolben 2 befindet sich ein weiterer, im folgenden als Innenkolben 31 bezeichneter Kolben, so daß ein Pumpsystem entsteht. Der Innenkolben 31 sitzt auf der Exzenterwelle 28. wobei sich die Welle 28 entweder in dem Innenkolben 31 dreht oder mittels eines weiteren Fx; "liters 32 so angeordnet wird, daß der Innenkolben 31 durch die Drehung der Exzenterwelle 28 und des Exzenters 32 eine Umlaufbewegung durchführt. Das Spiel des Exzenters 32 kann durch einen wi weiteren Exzenter eingestellt werden, wie es auch bei dem Exzenter 14 der Fall ist.

Auf im wesentlichen die gleiche Weise, wie es oben beschrieben wurde, unterteilen plattenförmige Innenabsperrschieber 34 den Raum zwischen der Umfangswan- f>'> dung 35 des Innenkolbens und der Innen wandung 36 des Kolbens 2 in primäre Arbelijkammern 37, 38 und 39. Die flügeiförmigen Innenabsperrschieber 34 sitzen in dem Kolben 2 über Gelenkteile 55, die Übersirömkana- |e 52 aufweisen, die mit Teilen des Kaibens 2 so zusammenwirken, daß sie geöffnet oder geschlossen werden, wenn die Innenabsperrschieber in ihren Halterungen verschwenkt werden. Dadurch wird bei Bedarf eine Verbindung über Kanäle 53 mit den Arbeitskammern 3, 4 und 5 hergestellt Die gegenüberliegenden Enden der plattenförmigen Innenabsperrschieber 34 sitzen in Gelenkkörpern 55 mit Verbindungskanälen 56. Die Innenabsperrschieber 34 reichen in Kammern 61. Die Kammern 61 können als Pumpe, beispielsweise als Brennstoffeinspritzpumpe, dienen, um den Brennstoff in die entsprechenden primären Arbeitskammern 37, 38 und 39 zu pumpen. Diese Arbeitskammern werden dann wiederum als Lufteinspritzpumpen genutzt, um Luft während des Arbeitszyklus der Rotationskolben-Brennkraftmaschine in die Arbeitskammern 3, 4 oder 5 zu pumpen. Die Luft wird durch Einlaßkanäle 62 in den Seitenteilen 10 und 11 den primären Arbeitskammern 37, 38 und ?" zugeführt In ähnlicher Weise kann Brennstoff durch cüt^prechcnde Einlaßkanäle 63 den Kammern 61 zugeführt werden, um dort abgepumpt zu werden.

Die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemischs in den ArbeitskaiDTiern 3, 4 und 5 erfolgt durch Zündkerzen 64.

Die relativen Abmessungen des Kolbens 2 und des Innenkolbens 3 sowie der Exzenter 29 und 32 werden so gewählt, daß Teile der Oberflächen TS und 36 miteinander in Kontakt kommen, wenn der Innenkolben 31 seine exzentrische Belegung durchführt Der Kolben 2 weist zusätzlich Oberflächenbereiche 65 auf, die mit der inneren Oberfläche 66 der Arbeitskammern 3, 4 und 5 wieder in Kontakt kommen, wie in F i g. 1 dargestellt ist. Beim Betrieb einer solchen Rotationskolben-Brennkraftmaschine ergibt sich also in den primären Arbeitskammern 37,38 und 39 eine Pumpwirkung, in den Kammern 61 ebenfalls eine Pumpwirkuig und in den Arbeitskammern 3, 4 und 5 den Bewegungsablauf einer Zweitakt-Verbrennungsmaschine. Die verschiedenen Ventile arbeiten entsprechend den üblichen Zyklen solcher Pumpen sowie dem üblichen Ablauf von Zweitakt-Verbrennungsmotoren. Aufgrund der Absperrwirkung der Gelenkkörper 9' ergibt sich jedoch ein sehr viel einfacherer Ventilmechanismus. Dadurch erhält man eine besonders zweckmäßige Ausführungsform einer Zweitakt-Verbrennungsmaschine, bei der die Abgase zwangsweise aus den Verbrennungsräumen ausgespült werden, ohne daß eine Vermischung der zugeführten Gase mit den Abgasen erfolgt.

Als Alternative zu der hier beschriebenen Ausführungsform kann eine solche Rotationskolbenmaschine, insbesondere Pumpe, auch mit zwei Kammern ausgestaltet werden. Schließ'ich kann auch die Zahl der Kammern im Rahmen des zur Verfügung stehenden Raumes beliebig erhöht werden.

Eine solche Rotationskolbenmaschine kann wahlweise als Zweitakt- odt ,· Viertakt-Maschine ausgelegt werden. Die Ausgestaltung als Zweitakt-Maschine bietet jedoch besondere Vorteile, insbesondere in be7Ug auf die zwangsweise Ausspülung der Abgase, den Austausch durch die Pumpe innerhalb des Kolbens 2 und durch die Einspritzung in die Kammern 61.

Ein wesentliches MeiKsiial dieser Ausführungsform ist, daß jede Arbeitskammer während ihres Arbeitshtibs über die gesamte Länge des Hubs abgedichtet ist.

Eine solche Rotationskolbenmaschine kann für

unterschiedliche Anwendungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise als Vorrichtung zur Erzeugung von unter Überdruck stehenden fluiden Medien, und zwar entweder getrennt oder als Gemisch, als Vorrichtung zum Dosieren und Mischen mehrerer gasförmiger oder flüssiger Medien, wobei diese Medien gleichzeitig an irgendeiner geeigneten Stelle des Zyklus unter Überdruck gesetzt bzw. komprimiert werden können. Dabei läßt sich die abgegebene Leistung durch Änderung der Abmessung eines TcHs in relativ weiten Bereichen ändern. So läßt sich beispielsweise durch Änderung des Durchmessers des Kolbens öder der Länge des Kolbens 2 und des Gehäusemantels 22 das Hubvolumen leicht variieren. Und schließlich ist eine sofche Rotationskolbenmaschine auch für den Einsatz als Mehrstufen^Punv pe, insbesondere für kühlzwecke geeignet.

Wenn eine solche Rotationskolbenmaschine als Pumpe eingesetzt wird, kann die Bewegung der plattenförmigen Innenabsperrschieber 34 in den Kammern 61 in Verbindung mit der inneren und äußeren Pumpe als Dreistufenpumpe verwendet werden. Selbstverständlich läßt sich die innere und äußere Pumpe auch als Zweistufenpumpe einsetzen.

Bei Bedarf kann auch eine Modul-Konstruktion verwendet werden, bei der mehrere Pumpen oder Kraftmaschinen Stirnseite an Stirnseite angeordnet sind; in diesem Fall sind die Wellen durch Mitnehmer verbunden, Und zwar nach einer bevorzugten Äusführungsform mit Phasendifferenzen zwischen den Kolben benachbarter Pumpen oder Kraftmaschinen, so daß eine Modul-Konstruktion entsteht; jede Einheit einer solchen Baugruppe entspricht dabei der vorhergehenden.

ii:-,i_„ ο ni„j

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Arbeitsmittelsteuerung einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere als Pumpe, mit Kreis- und Hubeingriff zwischen einem mittels einer Exzenterwelle exzentrisch bewegten hohlzylindrischen Kolben und einem von Seitenteilen begrenzten Gehäusemantel, der in gleichen Abständen über seinen Innenumfang drehschwingbewegliche, AusIaDkanäle aufweisende und diese steuernde Gelenkkörper hat, die in Hubeingriff stehen mit Absperrschiebern, die in der Umfangswandung des Kolbens gelagert sind und den von dem Kolben, dem Gehäusemantel und den Seitenteilen gebildeten Raum in Arbeitskammern unterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absperrschieber (6) mit der Umfangswandung des Kolbens (2) radial drehfest verbunden ist und die anderen Absperrschieber (7, 8) in der Umfangswandung des Kolbens (2) mit ihrer¹. Gelenkteilen (Π) drehbar gelagert sind und daß innerhalb des Kolbens (2) auf dem Exzenter ein Innenkolben (31) drehbar gelagert ist, der in Kreis- und Hubeingriff mit dem hohizyiindrischen Kolben (2) steht, in dessen Umfangswandung gleichmäßig verteilt Innenabsperrschieber (34) mit ihren Oberströmkanäle (52) aufweisenden, diese steuernden Gelenkteilen angeordnet sind, wobei die Innenabsperrschieber (34) in Hubeingriff stehen mit in der Umfangswandung des Innenkolbens (31) befindlichen drehschwingbeweglichen, Verbindungskanäle (56) aufweisenden und diese steuernden zweiten Gelenkkörpern (j5) und somit den von dem Kolben (2), dem Innenkolben (31) jnd de , Seitenteilen (10, 11) gebildeten Raum in primäre Arbeitskammern (37,38,39) unterteilen, so daß das A jeitsmittel über Zuführkanäle im Seitenteil in die primären Arbeitskammern (37,38, 39) strömt und von dort durch die Überströmkanäle (52) hindurch den Arbeitskammern (3, 4, 5) zugeführt und durch die Auslaßkanäle abgeführt wird.

2. Arbeitsmittelsteuerung einer Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 mit einem zusätzlichen Zuführkanal im Seitenteil, dadurch gekennzeichnet, daß durch den zusätzlichen Zuführkanal (23, 63) im Seitenteil Brennstoff und durch den Zuführkanal (24, 62) Luft direkt in die primären Arbeitskammern (37, 38,39) eingeführt wird.