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Drehkolbenkraft- und Arbeitsmaschine Neben den bekamiten Kraft- und
Arbeitsmaschinen üblicher Bauart mit hin und her gehendem Kolben sind bereits vielfach
Rundlattfmaschinen in Vorschlag gebracht worden, bei denen ein als Kolben bezeichneter
Läufer außermittig.in einem kreisrunden oder mittig in einem ovalen Zylindergehäuse
angeordnet ist. Der Kolben enthält eine Anzahl radialer, in Schlitzen geführter
Schielfer, die bei der Umlaufbewegung des Kolbens nach außen geschleudert werden
und so infolge ihrer durch die Fliehkraft heuvorgerufenen starken Anpressting an
die Zvlinderwand die zwischen den einzelnen Schiebern gelegenen Kolbenräume gegeneinander
abtrennen.
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Die einwandfreie Abdichtung derartiger Drehkolllenmaschinen stößt
in der Praxis auf außerordentliche Schwierigkeiten. blau hat versucht, in den Stirnflächen
des Zylindergehäuses oder im Kolhen selbst konzentrische Dichtringe in Nuten einzulegen,
die indessen den gestellten Anforderungen nicht genügen. Im Hiniblick auf die verhältnismäßig
große Länge dieser Ringe läßt sich eire ununterbrochene Dichtfläche nicht erreichen,
vielmehr besteht meist nur an einigen wenigen Stellen eine Auflage, währende im
übrigen Bereich dler Ringe das N'ledium durchblasen kann. :?eben der unvollkommenen
Abdichtung ergeben sich auch hohe Reibungsverluste, so daß diese Maßnahme in keiner
Weise befriedigt.
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Die in der Kolbenschlitzen geführten Schieber sind ihrerseits in der
Regel ebenfalls nicht nochmals gesondert gegen die Zylinderwand sowie gegen die
beiden Stirnflächen des Gehäuses abgedichtet. man läßt die Schieberplatten vielmehr
ohne zusätzliche Dichtmittel lediglich mit ihren freien Kanten an dien umgebenden
Wandungen entlanggleiten. Da die Schieber außerdem zur Getviclitsverniin<lertlng
durchweg aus einem nicht
metallischen Werkstoff, beispnelsweise
Kunstharz, bestehen und infolgedessen verhältnismäßig leicht durch die auftretenden
hohen Drücke und Temperaturen beeinflußt werden, ist auch hier eine einwandfreie
Abdichtung in keinem Fall gewährleistet.
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Diese Unzulänglichkeiten der Abdichtung mit dem daraus folgenden schlechten
mechanischen W irkungsgrad und: dem hohen Verschleiß der umlaufenden und beweglichen
Teile sind die Ursache dafür, daß Drehkolbenkraft- und Arbeitsmaschinen bisher nur
eine geringe praktische Bedeutung erlangt haben, obwohl sie sich gegenüber Maschinen
mit hin und her gehendem Kolben durch eine wesentlich einfachere und leichtere Bauart
bei geringerem Platzbedarf und Gewicht sowie durch erschütterungsfreien Lauf auszeichnen.
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Die vorliegende Erfindung geht nun von der Überlegung aus, daß eine
einwandfreie Abdichtung des Läufers gegenüber den sich bei Drehkolbenmaschinen zwangsläufig
aus der Bauweise ergebenden viereckigen Arbeitsräumen, d. h. also sowohl nach den
beiden Gehäusestirnflächen zu als auch nach den Führungen für die Schieber, nur
dadurch erreicht wenden kann, daß man die bisher einheitliche Dichtfläche in eine
Vielzahl von Einzeldichtflächen unterteilt, deren jede nur auf einem derart kleinen
Bereich wirkt, d'aß innerhalb dieses die völlige Abdichtung gewährleistet und dabei
außerdem jede Klemmgefahr vermieden sowie Reibung und Verschleiß auf ein Mindestmaß
herabgesetzt werden. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck in der Weise vorgegangen,
daß der Läufer aus einer Mehrzahl vom viereckigen, sternförmig an einer Nabe befestigten
Einzelkolben besteht, die an ihrem oberen Ende eine oder mehrere Ringnuten tragen,
in welchen unter der Wirkung von Spreizfedern stehende, an ihrem Umfang dem Kolbenquerschnitt
angepaßte viereckige Dichtplatten gelagert sind, deren wirksame 'Flächen sich sowohl
gegen die beiden Stirnflächen des Gehäuses als auch gegen die Trennschieber zwischen
den einzelnen Kolben abdichtend anlegen. In gleicher Weise bestehen auch 'die Trennschieber
aus einer oder mehreren, unter der Wirkung von Spreizfedern stehenden viereckigen
Dichtplatten, deren wirksame Flächen sich ihrerseits gegen die Gehäusestirnflächen
sowie ferner gegen den Gehäusemantel abdichtend anlegen.
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Durch eine derartige Ausbildung der Dichtelemente, die somit sowohl
für die Kolben als auch für die Trennschieber von grundsätzlich gleicher Formgebung
und Wirkungsweise sind und weitgehend der bewährten Kolbenabdichtung mittels Kolbenringern
'bei den .bekanntem Kurbelmaschinen entsprechen, wird zuverlässig erreicht, daß
der Läufer nicht nur an den beiden Stirnflächen des Zylindergehäuses, sondern auch
an den radialen Trennschieberführungen einwandfrei abgedichtet wird, ohne daß die
Gefahr eines Ab- oder Durchblasens des Mediums an irgendeiner Stelle der Maschine
besteht.
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Die Dichtplatten werden zweckmäßig in der Weise gestaltet, daß sie
aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt sind, die durch die eingesetzten federnden
Glieder mit ihren wirksamen Flächen gegen die abzudichtenden Wandungen gedrückt
werden, wobei im Falleder Zweiteilung die Trennfuge vorteilhaft diametral verläuft.
Werden mehrere Dichtplatten gleichzeitig verwendet, so werden die Trennfugen der
einzelnen Platten sinngemäß kreuzweise gegeneinander versetzt angeordnet, um so
ähnlich wie beim normalen Kolben eine Art Labyrinth,dichtung zu erzielen.
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Im Gegensatz zu den Kolben, bei denen der Abstand der einzelnen Dichtplatten
voneinander durch den gewählten Nutenabstand bestimmt ist, wird bei den Trennschieberei
die Anordnung vorteilhaft in der Weise getroffen, daß die Dichtplatten zwischen
zwei Führungsplatten eingelegt werden, deren Ab-
stand durch einen entsprechenden
Abstandsring gesichert wird, der gleichzeitig für den gegenseitigen Abstand der
einzelnen Dichtplatten maßgeblich ist. Die Längenabmessung der beiden Führungsplatten
wird dabei in radialer Richtung um ein geringes Maß kleiner gewählt als die entsprechende
Längenabm@essung der eingelegten Dichtplatten. Außerdem sind die Führungsplatten
in der zu den Stirnflächen des Gehäuses parallelen Mittelebene geteilt, so daß sie
unter der N@'irkung von Spreizfedern auch hrerseits mit ihren wirksamen Seitenflächen
abdichtend gegen die Gehäusestirnflächen angedrückt werden können.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Trennschieber demgemäß
in der Weise ausgebildet, daß die beiden Hälften jeder der beiden Führungsplatten
an ihrem rückwärtigen Endie schwenkbar in Bolzen an einer gemeinsamen Traverse gehalten
sind, gegen die sich die zwischen den Führungsplatten angeordneten Dichtplatten
mit ihrer Unterkante abstützen. Auf der Innenseite beider Führungsplatten ist eine
Ringnut angebracht, in die sich je ein die beiden Plattenhälften spreizend6-er sowie
gleichzeitig den Abstandsring in seiner vorgesehenen Lage haltender Federring einlegt.
Die Traversen tragen beiderseits einen Zapfen, der so angeordnet und geformt ist,
daß die Seiterfcapfen sämtlicher Trennschieber mit ihrer Unterkante gegen einen
Nocken oder eine ähnliche, der Gehäuseform entsprechende Laufbahn anliegen, während
ihre Oberkante von einem hei der Umlaufbewegung des Läufers die Fliehkräfte der
radial bewegten Massen aufnehmendes Halteglied, beispielsweise einem Federband,
einer Gliederkette o. dgl., umfaßt wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß die
Führungsplatten der Trenuschie.ber unter der Wirkung der Fliehkraft den Gehäusemantel
berühren, vielmehr legen sich lediglich die durch die eingeschalteten Spreizfedern
nach außen gedrückten Teile der Dichtplatten gegen den Gehäusemantel an und dichten
so zuverlässig ab.
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Durch die erfindungsgemäße Art der Aufteilung der Dichtfläche, sowie
die viereckige Kolbenausbildung und dementsprechend viereckige Dichtplattenform
wird somit in einer allen Anforderungen des praktischen Betriebes voll und ganz
entsprechenden
Weise eine einwandfreie und zuverlässige Abdichtung
bei Drehkolbenmaschinen erreicht, die es gestattet, diese Maschinenbauart, die auf
Grund ihrer besonderen Arbeitsweise den Maschinen mit hin und her gehendem Kolben
sowohl bezüglich ihrer Leistung als auch hiasiatlich ihrer Abmessungen und damit
ihres Gewichtes wesentlich überlegen isst, weitgehend in der Praxis in Anwendung
zu bringen. Das Anwendungsgebiet umfaßt dabei nicht nur Maschinen mit in einem zylindrischen
Gehäuse außermittig gelagertem Drehkolben, sondern auch Maschinen mit ovalem
Ge-
häuse, wobei in diesem Fall der Drehkolben sowohl mittig als auch außermittig
angeordnet sein kann. Auch bei solchen Maschinen, bei denen der Drehkolben keine
umlaufende, sondern ein sehwingendie Bewegung vollführt, kann der der Erfindung
zugrunde liegende Gedanke mit :gleichem Erfolg verwirklicht werden. Neben Verbrennungskraftmaschinen
nach dem Otto- oder Dieselprinzip kommen danach vor 'allem Kompressoren und Arbeitsmaschinen
für gasförmige oder flüssige Medien, insbesondere also Druckluftverdichter und -maschinen,
sowie Pumpen o. dgl. in Frage.
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Die Zeichnung veranschaulicht den Gegewtand der Erfindung in einer
beispielsweisen Ausführungsform, und zwar zeigt Abb. i einen Längsmittelschnitt
durch eine Drehkolbenverbrennungskraftmaschine mit in das Zylindergehäuse eingesetztem
Läufer, Abb.2 einen Querschnitt durch die Maschine nach Linie A-B von Abb. i, Abb.
3 das Gehäuse einer Druckluftdrehkolbenmaschine bei abgenommenem oberem Gehäusedeckel
in verkleinertem Maßstab; Abb.4 zeigt im Schaubild einen Läuferkolben für eine Verbrennungskraftmaschine;
Abb. 5 und 6 zeigen in je eineng Schnitt durch einen Kolben nach Linie C-D von Abb.
4 zwei Kolbendichtplatten mit verschiedenen Spreizfederformen; Abb. 7 zeigt einen
Trennschieber in Ansicht bei abgenommenem oberem Führungsplattenpaar, Abb.8 einen
Schnitt durch den Trennschieber nach Linie E-F von Abb. 7, Abb.9 eine Aufsicht auf
dies untere Führungsplattenpaar sowie die Traverse nach Abnahme des oberen Führungsplattenpaares
sowie der Dichtplatten und Abb. io einen vollständigen Trennschieber von der Seite
gesehen.
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Die in den Abb. i und 2 wiedergegebene Verbrennungskraftmaschine besteht
aus :dem Zylindergehäuse i, das beiderseits durch die Gehäusedeckel 2 und 3 abgedeckt
und in dessen Innerem der eigentliche Läufer um die Achse 4 drehbar gelagert ist.
Dieser Läufer ist aus einer Mehrzahl von viereckigen Kolben 5 gebildet, die mittels
der Bolzen 6 auf der Nahe 7 befestigt sind. Wie Abb. 4 erkennen läßt, tragen die
Kolben an ihrem oberen Ende Ringnuten 8 zur Aufnahme von viereckigen mehrteiligen
Dichtplatten 9, deren Einzelheiten aus den Abh. 5 und 6 hervorgehen. In der dargestellten
Ausführungsform sind die Dichtplatten aus zwei durch eine diametrale Trennfuge io
geteilten Plattenhälften zusammengesetzt, die durch Spreizfedern i i bzw. 12 nach
außen gedrückt werden. Bei Verwendung der Federform i i wird durch einen kleinen
Stift 13 an der einen Plattenhälfte g zuverlässig verhindert, daß sich die beiden'Foderhälften
verschieben. Zweckmäßig werden die einzelnen Dichtplatten 9 derart in die Kolbennuten
8 eingesetzt, daß sich die Trennfugen io je zweier benachbarter Platten kreuzen,
um dedurch die Dichtwirkung noch 'zu erhöhen.
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Durch eine solche Ausbildung legen sich die Dichtplatten 9 eines jeden
Kolbens 5 mit ihren wirksamen Flächen 14 sowohl geigen die Stirnflächen 15 der beiden
Gehäusedeckel 2 und 3 als auch gegen diie zwischen den einzelnen Kolbens angeordneten
radialen TrennscA-ieber 16 abdichtend an. Die Wirkung der Dichtplatten ist damit
dlie gleiche wie die der üblichen Kolbenringe bei Zylinderkolben und es wird durch
die Aufteilung der Gesamtdichtfläche in eine Vielzahl von aneinandergereihten, die
gesamte Gehäusefläche bedeckenden Einzeldichtflächen auf einfachste, Weise eine
allen Anforderungen der Praxis genügende, in jeder Beziehung einwandfreie und zuverlässige
Abdichtung ermöglicht.
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Die gleichen Dichtelemente, die als viereckige Dichtplatten 9 in die
Kolbennuten 8 eingelegt sind, finden, gewissermaßen lediglich um 9o° in eine axiale
Ebene geschwenkt und in die Schlitze zwischen je zwei benachbarten Kolben 5 eingesetzt,
mit gleichem Erfolg als wesentliche Bestandteile ,der Trennschieber 16 Verwendung,
um ebenfalls in einfachster Form eine völlige Abdichtung der einzelnen viereckigen
Arbeitsräume voneinander zu gewährleisten, die von der oberen Kolbenfläche 17, dem
Gehäusemantel 18 und den beiden Stirnflächen 15 der beiden Gehäusedeckel 2 und 3
gebildet werden.
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Die Trennschieber 16 sind zu diesem Zweck in der aus den A':bb. 7
bis io ersichtlichen Weise ausgestaltet. Sie bestehen im wesentlichen aus einer
Traverse i9 mit zwei eingepreßten, beiderseits etwas vorstehenden Bolzen 2o, in
denen je eine zweiteilige Führungsplatte 21 um ein kleines Maß schwenkbar eingehängt
ist. Die Schwenkbarkeit wird durch einen schmalen Schlitz 22 am unteren Ende der
Platten 21 ermöglicht. Auf ihrer Innenseite tragen die beiden Plattenhälften 21
eine Ringnut 23, in die je ein Federring 24 eingelegt ist, der die Seitenflächen
3o der Führungsplatten 21 seitlich nach außen gegen die Stirnflächen 15 der Gehäusedeckel
2, 3 drückt und dort abdichtend , zur Anlage bringt. Die Führungsplatten 21, gegen
deren Außenseiten sich die Dichtplatten 9 der benachbarten Kolben 5 abdichtend anlegen,
werden durch den Abstandsring 25, der sich auf die beiden Federringe 24 abstützt,
in genau parallelem Abstand voneinander gehalten. Die Traverse i9 mit den beiden
Führungsplattenpaaren 21, den Federringen 24 und dem Abstandsring 25 bilden dies
Gehäuse dos Trennschiebers 16, in dem die eigentlichen Dichtelemente
in
Gestalt der Dichtplatten 26 und 27 gelagert sind.
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Diese Dichtplatten 26 und 27 gleichen; wie die Abb. 5, 6 und' 7 zeigen,
in ihrer Formgebung und Anordnung völlig den Dichtplatten 9 für die Kolbennuten
B. Sie bestehen aus zwei diametral, durch eine Trennfuge 28 geteilten Hälften, zwischen
denen Spreizfedern 29 eingelegt sind, so daß sich die drei wirksamen 'Flächen 31
abdichtend gegen die beiden Stirnflächen 15 der Gehäusedeckel 2, 3 sowie gegen den
Gehäusemantel 18 anlegen, während sie sich mit ihrer Unterkante 32' auf der
Traverse i g abstützen. Die Längenabmessung der Führungsplatten 21 ist dabei um
ein geringes Maß kleiner gewählt als die Längenabmessung der Dichtplatten 26 und
27, so daß die Führungsplatten zwar, wie bereits erwähnt, mit ihren wirksamen Seitenflächen
3o an den Stirnflächen 15 der Ciehäusedeckel2, 3 abdichten, dagegen nicht den Gehäusemantel
18 berühren, dem gegenüber die Abdichtung allein ,durch die Flächen 31 der Dichtplatten
26 und 27 bewirkt wird. Auch in den Trennschiebern 16 werden die einzelnen übereinanderliegenden
Dichtplatten 26 Und 27 zweckmäßig in der Weise eingesetzt; dlaß die Trennfugen 28
jeweils kreuzweise gegeneinander versetzt sind, um so eine erhöhte Dichtwirkung
zu gewährleisten.
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Der Abstandsring 25 sichert nicht nur .die genau parallele Lage der
beiden Führungsplatten 21, sondern er dient durch entsprechende Bemessung der Schulterstärke
sowie des Schulterabstandes außerdem noch dazu, den eingelegten Dichtplatten 26
und 27 eine gegenseitige freie Beweglichkeit zwischen dien Führungsplatten 21 zu
ermöglichen. Wäre dies nicht. der Fall, so würden infolge der bei der Umlaufbewegung
auf die vorstehenden Endbereiche der Führungsplatten 21 wirkenden hohen Drücke diese
Platten so fest mit den dazwischenliegenden Dichtplatten 26, 27 zusammengepreßt
werden, daß diese sich trotz .der eingelegten Spreizfedern 29 und der auftretenden
Fliehkräfte nicht bewegen und ordnungsgemäß nach außen treten könnten. Nur durch
die freie Beweglichkeit der Dichtplatten, unbeeinfllußt von den in den Arbeitsräumen
wirken-den Kräften, läßt sich eine einwandfreie Abdichtung gegenüber den beiden
Deckelstirnflächen 15 sowie dem Gehäusemantel 18 erzielen.
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Schließlich ist es weiterhin ebenfalls Aufgabe des Abstandsringes
25, die Fliehkräfte der unteren Hälften der Dichtplatten 26 und 27 abzufangen und
sie über die in -den Nuten 23 sitzenden Federringe 24 auf die beiden'Führungsplatten
21 und von diesen auf die Traverse ig zu übertragen. Dadurch wird erreicht, daß
nur die verhältnismäßig geringe Fliehkraft der jeweils oben gelegenen Teile der
Dichtplatten 26 und 27, unterstützt von der Wirkung der Spreizfedern 29, an dem
Gehäusemantel zur Auswirkung kommt und so trotz einwandfreier Abdichtung Reibung
und Verschleiß auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Die Traversen ig besitzen zudem
beiderseits Zapfen 33, die mit ihrer Unterkante 34 gegen die in jedem Gehäusedeckel
angeordneten Nocken 35 anliegen, deren Form im wesentlichen mit oder Gehäuseform
übereinstimmt, während die Zapfenoberkante 36 von je einem Halteglied umfaßt wird.
Als derartiges Halteglied ist in Abb. i schematisch ein Federband 37 veranschaulicht,
während gemäß Abb. 2 Gliederketten 38 gewählt sind.
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Durch eine solche Anordnung wird bei der Umlaufbewegung des Läufers
das Gewicht der Traversen ig mit den beiden Führungsplatten 21 sowie -das in der
vorheschriebenen `'eise auf die Traversen übertragene Gewicht der unteren Hälften
der Dichtplatten 26 und 27 und damit die Fliehkraft dieser Teile derart abgefangen,
daß, da die Halteglieder sämtliche Traversenzapfen umspannen und sie gegen die Nocken
35 andrücken, eine schädliche Auswirkung dieser Kräfte an dem Gehäusemantel unterbunden
wird. Bei fortschreitender Drehzahl macht sich vielmehr die Fliehkraft der Trennschieber
im wesentlichen lediglich in Form einer erhöhten Zugspannung in den Haltegliedern
bemerkbar, wodurch die Beherrschung der auftretenden Kräfte selbst bei hoher Umdrehungszahl
stets zuverlässig gewährleistet ist.
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Im Randbereich des Gehäuses i sowie in den beiden Deckelhälften 2
und 3 sind die üblichen Kühlwasserräume 39 vorgesehen. Am Gehäuse ist außerdem der
Ansaugstutzen 4o sowie der Auspuffstutzen 4i angebracht, während die Zündkerze in
der Ausnehmung 42 angeordnet wird. Die Kolben 5 besitzen auf ihrer oberen Fläche
17 Mulden 43, die den Kompressionsraum bilden. Die. Wirkungsweise der Verbrennungskraftmaschine
ist im übrigen die übliche und- bedarf keiner besonderen Erläuterung.
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Das in. Abb. 3 wiedergegebene Gehäuse 44 einer Druckluftdrehkolbenmaschine
unterscheidet sich von dem Gehäuse i der Verbrennungskraftmaschine im wesentlichen
lediglich durch die Anordnung zweier Ansaugstutzen 4o sowie zweier Auspuffstutzen
41, wodurch es ermöglicht wird, die Maschine doppelt wirkend zu betreiben, und zwar
gleichgültig, ob als Kompressor oder Arbeitsmaschine. In diesem Fall sind die Kolben
sinngemäß ohne Kompressionsraummulde ausgebildet, ebenso wie auch die Zündkerzenausnehmung
entfällt. Im übrigen ist jedoch die Ausbildung des Läufers mit seinen Dichtplatten
in den viereckigen Kolben sowie in den Trennschiebern völlig die gleiche wie bei
einer Verbrennungskraftmaschine, und es wird demgemäß auch die gleiche vorteilhafte
und zuverlässige Dichtwirkung erzielt. Durch außermittige Lagerung des Läufers kann
dabei auf einfachste Art die Druckluftmaschine in eine zweistufige Maschine verwandelt
werden.
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Die Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten Weise verwirklichen
und ist reicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So sind die
Anordnung und Ausgestaltung der verschiedenen Maschinenteile durchaus beliebig und
richten sich jeweils ausschließlich nach den Erfordernissen des Einzelfalles. Wesentliches
Merkmal ist nur die Unterteilung der bisher üblichen einheitlichen Dichtfläche in
eine Vielzahl von
Einzelflächen, die in erster Linie erreicht wird
durch die Ausbildung des Läufers in 'Form von mehreren viereckigen Kolben mit in
Ringnuten eingelegten viereckigen Dichtplatten, welche sich mit ihren wirksamen
Flächen abdichtend gegen die Stirnflächen der Gehäusedeckel sowie gegen die zwischen
den Kolben geführten radialen Trennscliieber anlegen, wobei die Trennschieber ihrerseits
aus lediglich nach den Deckelstirnflächen zu abdichtenden Führungsplatten bestehen,
in denen den Kolbend'-ichtplatten gleichartige, gegen die Deckelstirnflächen sowie
den Gehäusemantel abdichtende Dichtplatten gehalten sind, während die bei der Umlaufbewegung
der Trennschieber auftretenden Fliehkräfte von einem ll@ilteglied aufgefangen werden.