DE2457092C2 - Kreiskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolbenmaschine, bei der ein mit der Maschinenwelle starr verbundener Flügelkolben einen exzentrisch angeordneten kreisringförmigen Läufer antreibt, der mit der umgebenden Wand des Maschinengehäuses zwei Arbeitsräume veränderlichen Volumens bildet und der an diesem Flügelkolben einen diese Arbeitsräume gegeneinander abdichtende Gleitführung aufweist, die ein an der einen Seite des Flügelkolbens abdichtend anliegendes Gleitstück umfaßt.

Bei einer aus der US-PS 15 35 275 bekannten Kreiskolbenmaschine der vorgenannten Art ist das Gleitstück in einen Führungsschlitz des Läufers eingepaßt und an einem über diesen Führungsschlitz nach außen vorstehenden verbreiterten Kopfteil durch eine Druckfeder in eine abdichtende Linienberührung mit der einen Seite des Flügelkolbens vorgespannt, an dessen anderer Seite eine Dichtleiste abdichtend anliegt. Dadurch wird der an einen Ansaugkanal angeschlossene innere Hohlraum des Läufers als integrierter druckloser Arbeitsraum gegen den unter Druck gesetzten Arbeitsraum abgedichtet, der den Läufer umgibt und an einen Ausschubkanal angeschlossen ist. Damit für höhere Arbeitsdrücke die beiden Arbeitsräume gegeneinander genügend dicht abgedichtet sind, muß die zur Vorspannung des Gleitstückes gegen die eine Seite des Flügelkolbens vorgesehene Druckfeder entsprechend stark ausgebildet werden, so daß das Gleitstück ständig unter einem entsprechend hohen Anpreßdruck an dem Flügelkolben anliegt und umgekehrt der Läufer ständig einem entsprechend hohen Gegendruck ausgesetzt ist, der auch an die Dichtleiste weitergeleitet wird. Dadurch ergibt sich ein entsprechend hoher Gleitbahndruck für den Flügelkolben, was dessen Laufeigenschaft beeinträchtigen kann, wobei die Höhe dieses Gleitbahndrukkes noch überlagert wird von den aus der ungleichförmigen Winkelgeschwindigkeit des Läufers resultierenden unterschiedlichen Beschleunigungs- und Verzögerungskräften. Bei der bekannten Kreiskolbenmaschine müssen daher für solche höheren Arbeitsdrücke sowohl der Läufer als auch das umgebende Maschinengehäuse, das die in dem Läufer auftretenden Spannungen aufzufangen hat, entsprechend robust gebaut werden.

Aus der DE-OS 19 09 510 ist eine Kreiskolbenmaschine bekannt, bei der neben einem mit der Maschinenwelle starr verbundenen Flügelkolben drei weitere Flügelkolben vorgesehen sind, die eine mit der Maschinenwelle zusammenfallende Drehachse aufweisen und von dem exzentrisch angeordneten kreisringförmigen Läufer zwangsläufig mitgenommen werden, wenn der Läufer von dem mit der Maschinenwelle starr verbundenen einen Flügelkolben angetrieben wird. Alle

vier Flögelkolben sind mit gleich ausgebildeten Gfeitführungen am Läufer versehen, die jeweils aus zwei zu beiden Seiten jedes Flügelkolbens angeordneten halbschalenförmigen Gleitstücken bestehen. Die gewölbte Rückseite dieser Gleitstücke ist in einer komplementär

ausgebildeten Vertiefung eines jeweils zugeordneten achsparallelen Führungslagers gelagert, das unter der Vorspannung einer sich an dem Läufer abstützenden Druckfeder steht und sowohl in der Drehrichtung des Läufers als auch entgegengesetzt dazu frei verschieblich ist, so daß bei der Drehung des Läufers auf die einzelnen Gleitstücke, die mit ihrer ebenen Fläche an der jeweils zugeordneten Kolbenseite abdichtend anliegen, ein weitgehend gleichbleibender Anpreßdruck ausgeübt wird. Die Höhe dieses den Gleitbahndruck der Flügelkolben bestimmenden Anpreßdruckes ist daher auch bei dieser Kreiskolbenmaschine von der Stärke der Druckfedern abhängig, so daß zur Erreichbarkeit einer genügenden Abdichtung zwischen den einzelnen Arbeitsräumen und dem inneren Hohlraum des Läufers an allen Gleitführungen Druckfedern vorgesehen werden müssen, die entsprechend der Höhe der in den Arbeitsräümen auftretenden Arbeitsdrücke kalibriert sind. Jede stärkere Kalibrierung der Druckfedern macht aber eine entsprechend robustere Bauweise des Läufers und des umgebenden Maschinengehäuses erforderlich und beeinträchtigt außerdem die Laufeigenschaften der einzelnen Flügelkolben. Durch die vier Flügelkolben werden bei dieser bekannten Kreiskolbenmaschine außerdem die maximal erreichbaren Arbeitsdrücke auf einen mittleren Wert begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiskolbenmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei Arbeitsdrücken bis etwa 100 bar mit einem verhältnismäßig niedrigen Gleitbahndruck

eine genügende Abdichtung zwischen den Arbeitsräumen erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gleitstück auf der Seite des unter Druck gesetzten Arbeitsraumes vorgesehen ist, mit dem

Läufer durch eine achsparallele Drehachse und mit dem Flügelkolben formschlüssig und radial geführt verbunden ist, wobei die der Drehachse des Gleitstückes nahe Schub- bzw. Druckfläche des Flügelkolbens, an welcher das Gleitstück abdichtend anliegt, in einer radialen

Ebene der Maschinenwelle angeordnet ist und die Achse der kolbenseitigen Führung in einer dazu parallelen Ebene liegt, und daß auf der Seite des drucklosen Arbeitsraumes zwischen dem Flügelkolben

und dem Läufer ein Freiraum vorhanden ist

Erfindungsgemäß wird damit eine Kreiskolbenmaschine bereitgestellt, bei welcher durch den einzigen Flügelkolben zwei den Läufer umgebende Arbeitsräume gegeneinander abgetrennt werden, wobei für den einen Arbeitsraum ein insbesondere für eine Ausbildung der Kreiskolbenmaschine als Kompressor interessierender Arbeitsdruck bis etwa 100 bar ohne größere Schwierigkeiten erreichbar ist Dabei ergibt die für den Flügelkolben bereitgestellte unelastische Abdichtung und die formschlüssige Verbindung mit dem Läufer einen verhältnismäßig niedrigen Gleitbahndruck an dem Gleitstück, so daß dessen kolbenseitige Führung, die entweder als eine Rund- oder Schwalbenschwanzführung ausgebildet sein kann, eine weniger problematisehe und ggf. durch eine bloße Materialauswahl beherrschbare Schmierung erfahren kann. Durch den aui der Seite des drucklosen Arbeitsraumes vorhandenen Freiraum wird schließlich außer einer vereinfachten Bauweise ein verbesserter Druckausgleich im Übergang der beiden Arbeitsräume an der Stelle zwischen dem Ansaugkanal und dem Ausschubkanal erhalten, wobei mit der Größe dieses Freiraumes auch die an dem Ausschubkanal vorherrschenden Ausströmverhältnisse günstiger beeinflußt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt der Kreiskolbenmaschine,

Fig.2 eine Schnittansicht nach der Linie H-II in F i g. 1 und

Fig.3 einen Längsschnitt der Kreiskolbenmaschine nach der Linie III-III in Fig. 1.

Die als Kompressor ausgebildete Kreiskolbenmaschine weist ein von einer Antriebswelle 1 axial durchsetztes Maschinengehäuse auf, das aus zwei Stirndeckeln 2 und 3 und einem dazwischen angeordneten Ringkörper 4 besteht, die untereinander verschraubt sind. An den beiden Stirndeckeln 2 und 3 ist je ein Lagerdeckel 5 bzw. 6 befestigt. Die Lagerdeckel haltern in einer mittigen Öffnung ein Wellenlager 7 bzw. 8 zur Lagerung der Antriebswelle 1 und in einer dazu exzentrischen Anordnung einen Lagerring 9 bzw. 10, die beide mit einem kreisringförmigen Läufer 11 fest verbunden sind.

Der kreisringförmige Läufer 11 bildet mit der umgebenden Wand des Maschinengehäuses zwei Arbeitsräume 13 und 14 veränderlichen Vo'umens, die durch einen mit der Antriebswelle 1 über einen Mitnehmerkeil 15 starr verbundenen Flügelkolben 16 gegeneinander abgetrennt sind. Der Flügelkolben 16 durchdringt den Läufer 11 in einem so groß bemessenen Spalt, daß auf der Seite des einen Arbeitsraumes 14 zwischen dem Flügelkolben 16 und dem Läu^cer 11 ein größerer Freiraum 17 geschaffen ist, über welchen dieser Arbeitsraum 14 ständig mit dem inneren Hohlraum 18 des Läufers 11 in Verbindung steht.

Der Flügelkolben 16 weist an seinem freien Ende eine nicht näher gezeigte Labyrinthdichtung auf, um die beiden Arbeitsräume 13 und 14 bezüglich der umgebenden Wand des Maschinengehäuses gegeneinander abzudichten. Zur Abdichtung bezüglich des Läufers 11 ist ein Gleitstück 19 auf der Seite des unter Druck gesetzten einen Arbeitsraumes 13 vorgesehen, das an dem Läufer 11 eine achsparallele Drehachse 20 aufweist, die durch einen an einem Vorsprung 21 des Läufers 11 befestigten Drehzapfen gebildet ist Das Gleitstück 19 hat eine mit dem Läufer 11 übereinstimmende Länge und ist mit einer angepaßten Oberfläche in einer konkaven Vertiefung 22 des Läufers aufgenommen, so daß bei seiner Drehung um die Drehachse 20 keine Verkantungen mit dem Läufer 11 entstehen. Das Gleitstück 19 faßt außerdem mit einem im wesentlichen zylindrischen Vorsprung 23 in eine Rundführung 24 des Flügelkolbens 16 ein, deren Achse im wesentlichen radial ausgerichtet ist und in einer zu der Schub- bzw. Druckfläche 25 des Flügelkolbens 16 parallelen Ebene liegt, an welcher das Gleitstück 19 abdichtend anliegt. Die an dieser Schub- bzw. Druckfläche 25 des Flügelkolbens 16 vorliegende Abdichtung wird durch die Berührung des Vorsprunges 23 mit der umgebenden Rundführung 24 ergänzt, so daß an dieser Stelle eine äußerst wirksame unelastische Abdichtung zwischen den beiden Arbeitsräumen 13 und 14 erhalten wird.

In der Ausbildung als Kompressor wird das Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, über einen Ansaugkanal 26 des Maschinengehäuses angesaugt, um dann in dem Arbeitsraum 13 in dem Ausmaß progressiv verdichtet zu werden, in welchem dieser Arbeitsraum sein Volumen ändert. Für diese Verdichtung wird die Antriebswelle 1 und der mit ihr starr verbundene Flügelkolben 16 im Uhrzeigersinn gedreht, wodurch auch der Läufer 11 in diese Richtung mitgenommen wird und somit eine Volumenänderung der beiden Arbeitsräume 13 und 14 auftritt. Sobald in dem Arbeitsraum 13 der Enddruck erreicht ist, wird ein in einem Ausschubkanal 27 des Maschinengehäuses angeordnetes Auslaßventil 28 geöffnet, so daß das Arbeitsmedium ausgeschoben werden kann. Wenn die Kreiskolbenmaschine als Wärmekraftmaschine, beispielsweise als Heißgasmaschine, ausgebildet ist, dann wird über den Kanal 27 nach Öffnung des Ventils 28 das Arbeitsmedium unter einem hohen Druck zugeleitet, womit der Flügelkolben 16 und mit ihm die Welle 1 und auch der Läufer 11 im Uhrzeigergegensinn bewegt werden. In beiden Fällen erfährt das Gleitstück 19 eine Drehung um seine Achse 20 und gleichzeitig eine Verschiebung in der Führung 24, wodurch die dichte Anlage des Gleitstückes 19 an der Schub- bzw. Druckfläche 25 des Flügelkolbens 16 auch dann aufrecht erhalten wird, wenn in dem Arbeitsraum 13 hohe Arbeitsdrücke auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Kreiskolbenmaschine, bei der ein mit der Maschinenwelle starr verbundener Flügelkolben einen exzentrisch angeordneten kreisringförmigen Läufer antreibt, der mit der umgebenden Wand des Maschinengehäuses zwei Arbeitsräume veränderlichen Volumens bildet und der an diesem Flügelkolben eine diese Arbeitsräume gegeneinander abdichtende Gleitführung aufweist, die ein an der einen Seite des Flügelkolbens abdichtend anliegendes Gleitstück umfaßt, dadurch gekennzeichne t, daß das Gleitstück (19) auf der Seite des unter Druck gesetzten Arbeitsraumes (13) vorgesehen ist, mit dem Läufer (11) durch eine achsparallele Drehachse (20) und mit dem Flügelkolben (16) formschlüssig und im wesentlichen radial geführt verbunden ist, wobei die der Drehachse (20) des Gleitstückes (19) nahe Schub- bzw. Druckfläche (25) des Flügelkolbens (16), an welcher das Gleitstück (19) abdichtend anliegt, in einer radialen Ebene der Maschinenwelle (1) angeordnet ist und die Achse der kolbenseitigen Führung (23, 24) in einer dazu parallelen Ebene liegt, und daß auf der Seite des drucklosen Arbeitsraumes (14) zwischen dem Flügelkolben (16) und dem Läufer (11) ein Freiraum (17) vorhanden ist.

2. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenseitige Führung (23, 24) des Gleitstückes (19) als eine Rund- oder Schwalbenschwanzführung ausgebildet ist.