DE2913608C2

DE2913608C2 - Drehkolbenartige Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2913608C2
Application number: DE19792913608
Authority: DE
Inventors: Wolfhart Dipl.-Phys. 8037 Olching Willimczik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1979-04-02
Publication date: 1982-10-14
Also published as: DE2913608A1; JPS56132404A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehkolbenartige Rotationskolbenmaschine gemäß der Art des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen, in der US-PS .34 89 126 beschriebenen umlaufkolbenartigen Rotationskolbenmaschine bewegen sich die beweglichen Kolben bzw. Schieber in einem ringförmigen Arbeitsraum auf einer profilierten Fläche.

Vorteilhafter ist es aber bei derartigen Verdrängermaschinen, wenn die Förderelemente Kolben sind, die über starre Bauteile die auftretenden Kräfte weiterleiten können, um unnötige Reibung und Verschleiß zu vermeiden. Drehen sich die starren Bauteile außerdem um ihre Schwerpunkte, werden Massenkräfte vermieden und es ist eine reine Drehkolbenmaschine.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rotationskolbenmaschine eingangs genannter Art der-

art weiterzubilden, daß der mechanische Wirkungsgrad durch einfachen Aufbau und die Vermeidung von

Massenkräften verbessert wird.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen im Oberbegriff wiedergegebenen Merkmale gelöst:

Der Arbeitsraum besteht aus einer ringförmigen Nut jn einem Seitenteil, in dem Kolben rotieren, die alle zu einem starren Rotor zusammengefaßt werden können.

Der Nutgrund verläuft zur Rotorachse rotationssymmetrisch, in ihm können sich die Kanäle befinden. Die dem Rotor zugewandte Fläche des Seitenteils ist zur Rotorwelle geneigt angeordnet, derart, daß sie sich in einem bestimmten Umfangsbereich dem Nutgrund annähert bzw. in die Fläche des Nutgrundes übergeht

Auf der Fläche des Seitenteils ist eine die ringförmige Nut abdeckende mitrotierende Scheibe angeordnet, die Ober ihren Umgang verteilt Radialschlitze aufweist, durch die hindurch die Kolben des Rotors in den Arbeitsraum hineinragen und mindestens ein Kolben benachbarte Arbeitskammern mindestens in einem Bereich dichtend trennt In diesem Bereich müssen die Kolben den gesamten Querschnitt der Ringnut ausfüllen, ansonsten ist die Form des Querschnittes der

Ringnut und der Kolben beliebig.

Im einfachsten Fall sind die runden Wandungen der Ringnut zylinderförmig und der Nutgrund kegelmantelförmig, wobei eine Mantellinie parallel zu der hier schrägen Ebene des Seitenteils bzw. zu der hier ebenen Scheibe verlaufen kann, oder sogar in der schrägen Ebene des Seitenteils liegt Die gedachte Kegelspitze würde dann im Schnittpunkt beider Drehachsen in dieser Ebene liegen. Die am Kegelmantel entlanglaufenden Kolbenenden wären in diesem Fall dementsprechend schräg nach innen abgedreht

Nur wenn man bei dieser Verdrängermaschine erreichen will, daß sich das Volumen einer Arbeitskammer nicht nur zwischen zwei endlichen Extremwerten ändert, sondern wie bei einer Pumpe ohne Totraum ganz verschwinden soll, muß der Querschnitt der Ringnut in einem Umfangsbereich exakt Null werden. Dadurch wird eine feste Trennstelle zwischen Saug- und Druckraum geschaffen, d.h., Scheibe und Nutgrund müssen sich an dieser Stelle berühren und aneinander

so angepaßt sein. Der Einfachheit halber hat dann der Nutgrund überall die gleiche Kontur, d. h, die Fläche des Nutgrundes geht dann in die Fläche des Seitenteils über. Mathematisch bilden sie eine Berührungslinie. Um trotzdem eine flächenhafte Abdichtung zu erreichen, dringt die Fläche des Seitenteils etwas (praktisch im Bereich eines Zehntel Millimeters) in die Fläche des Nutgrundes ein.

Im einfachsten Fall besitzt der Rotor nur zwei um 180° versetzte und in einer Ebene liegende Kolben.

Mehr Kolben liefern einen etwas höheren und pulsationsärmeren Förderstrom.

Diese Verdrängermaschine erhebt sich durch ihre Einfachheit und ihre vorteilhaften Eigenschaften deutlich über das Niveau der bisher bekannten Drehkolbenbauarten. Sie besteht aus zwei einfachen, rotierenden Teilen. Da Massenkräfte nicht auftreten, ist es eine reine Drehkolbenmaschine. Sie erzeugt einen kontinuierlichen Förderstrom in beide Drehrichtungen, besitzt kein

schädliches Volumen und keinen Totpunkt Sie ist also nicht nur als Pumpe für alle förderbaren Medien geeignet, sondern auch als Mengenmesser, Vakuumpumpe, Vakuumdruckverdichter, Verdichter. Ihre thermische Robustheit läßt sie sogar zur Förderung von s heißen Medien, wie z.B. flüssige Metalle oder als Kraftmaschine sowie als Dampf- bz*. Heißgasmotor geeignet erscheinen. Hier sind besonders die Möglichkeit hoher Drehzahlen im ölfreien Betrieb und die Geräuscharmut von Vorteil. ι ο

Es gibt keine durch den Arbeitsdruck bedingte Reibung im Arbeitsraum. Der Arbeitsdruck wird direkt durch die starren Kolben in ein Drehmoment am Rotor verwandelt Die Reibung, die zwischen den Kolben und den Schlitzen der Setieibe auftritt, ist gering, da die is auftretenden Kräfte und Gleitgeschwindigkeiten gering sind.

Durch praktisch beliebig dicke Kolben kann diese Maschine auch hohe auftretende Kräfte und Drücke verarbeiten. So kann sie auch in der Hydraulik als Motor, Pumpe oder hydraulisches Getriebe eingesetzt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Pumpe in einem Längsschnitt, F i g. 2 einen Querschnitt nach F i g. II,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer praktisch ausgeführten Pumpe.

Die Verdrängerpumpe (Fig. 1) besteht im wesentlichen aus zwei sich drehenden Teilen, dem Rotor 4 mit der Welle 3 und den Kolben 5 der sich mit dem Rotor mitdrehenden Scheibe 7, wobei beide Drehachsen 9 und 10 einen kleinen Winkel α zueinander bilden.

Die Kolben 5 reichen durch die Schfitze 14 (F i g. 2) bis auf den Nutgrund 13. Das Seitenteil 1 nimmt den Arbeitsraum 11 auf. Er hat hier zylindrische Seitenwände 16,17' und einen kegelmantelformigen Nutgrund 13, der an der festen Trennstelle 15 in die schräge Ebene 6 des Seitenteils 1 übergeht Der Nutgrand 13 besitzt aber an dieser Stelle eine kleine, der schrägen Ebene 6 entsprechende Abflachung. Die hier nierenförmigen Ein- und Auslaßkanäle 12 befinden sich in Drehrichtung gesehen vor bzw. hinter dieser Trennstelle 15 im stationären Nutgnind 13. Eine Förderung entsteht durch die Drehung der Kolben 5 im Arbeitsraum U, dessen Querschnittsfläche sich erst vergrößert und dann wieder verkleinert Gerade derjenige von den hier vier Kolben 5 fösdert, der im Bereich des größten Nutquerschnittes benachbarte Arbeitskammern trennt

Die gedachte Kegelspitze liegt im Schnittpunkt 5 der Rotorachse 10 mit der schrägen Scheibenachse 9 und gleichzeitig in der schrägen Ebene 6. Die Scheibe 7 wird durch eine Halteschraube 8 in der Scheibenachse 9 auf der Ebene 6 gehalten, allerdings verhindert schon ein Druckaufbau in dem Raum über der Scheibe 7 und dem Gehäuse 2 ein Abheben der Scheibe 7. Die Scheibe 7 besitzt vier radial gerichtete, V-förmig ausgearbeitete Schlitze 14.

Eine bereits praktisch erprobte Pumpe ist in einer perspektivischen Darstellung in F i g. 3 gezeigt, wobei alle nebensächlichen Teile weggelassen wurden.

Hierzu 2 Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drebkolbenartige Rotationskolbenmaschine mit einem drehfest mit einer Welle verbundenen Rotor, der über seinem Umfang achsparallel angeordnete Kolben hat und innerhalb eines Seitenteile aufweisenden stationären Gehäuses umläuft, wobei ein Seitenteil eine ringförmige Nut als Arbeitsraum mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung aufweist, der von den Kolben in Arbeitskammern veränderlichen Volumens unterteilt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) mindestens zwei Kolben (5) sind mit dem Rotor (4) starr verbunden;

b) der Nutgrund (13) des Arbeitsraumes (11) verläuft rotationssymmetrisch -zur Rotorwelle (3); und die dem Rotor (4) zugewandte Fläche (6) des Seitenteils (1) ist zur Rotorwelle (3) geneigt angeordnet, derart, daS die Fläche des Nutgrundes (13) in einem bestimmten Umfangsbereich in die Fläche (6) des Seitenteils (1) übergeht bzw. nahe daran vorbeiläuft;

c) auf der Fläche (6) des Seitenteils (1) ist eine die ringförmige Nut abdeckende Scheibe (7) angeordnet, die über ihren Umfang verteilt Radialschlitze (14) aufweist, durch die hindurch die Kolben (S) des Rotors (4) in den Arbeitsraum (11) hineinragen, wobei jeweils mindestens ein Kolben (S) benachbarte Arbeitskammern im Bereich des größten Nutquerschnittes dichtend abschließt

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund (13) des Arbeitsraumes (11) kegelmantelförmig und die Scheibe (7) eben ausgebildet ist

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 der Nutgrund (13) des Arbeitsraumes (11) eben und die Scheibe (7) kegelmantelförmig ausgebildet ist

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund (13) im Berührungsbereich mit der Scheibe (7) eine der Anlagefläche der Scheibe entsprechende Form aufweist

5. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) zwei um 180° versetzte, in einer Ebene liegende und starr mit ihm verbundene Kolben (5) aufweist