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    公开号:WO1988005119A1
    申请号:PCT/DE1987/000610
    申请日:1987-12-31
    公开日:1988-07-14
    发明作者:Dietrich Densch
    申请人:Dietrich Densch；
    IPC主号:F01C1-00
    专利说明:
    [0001] Bezeichnung: Rotationskolbenmaschine mit Dichtleisten
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine mit einer in einem gasdichten Innenraum eines Gehäuses untergebracht
    [0003] Kolbenanordnung und mit Dichtleisten.
    [0004] Bei Rotationskolbenmaschinen besteht das Problem der Abdichtung des mi destens einen Drehkolbens gegenüber der Wand des Innenraums des Gehäuses, dem dieser Drehkolben drehgelagert ist. Auf Grund dieser Dichtungsproble sind Drehkolbenmotoren, die zwar prinzipiell gegenüber Hubkolbenmotoren d Vorteil einer geringeren Anzahl von Teilen, insbesondere den Wegfall v Ventilen aufweisen, in der Herstellung und Fertigung dennoch aufwendiger u teurer als Hubkolbenmotoren. Eine entscheidende Verbesserung von Drehkolbe maschinen hängt daher insbesondere von einer zuverlässigen, preiswerten u möglichst einfachen Dichtung ab.
    [0005] Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat es sich zum Ziel gemacht, das Dich system einer speziellen Rotationskolbenmaschine, die einen inneren, radi nur durch mindestens drei Drehkolben begrenzten Arbeitsraum aufweist, . verbessern.
    [0006] Hiervon ausgehend schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe ei
    [0007] Rotationskolbenmaschine
    [0008] A. mit einer in einem gasdichten Innenraum eines Gehäuses untergebracht Kolbenanordnung vor, die aus mindestens drei einzelnen Drehkolben aufg baut ist, welche
    [0009] - untereinander gleich ausgebildet sind,
    [0010] - als gerade Prismen ausgeführt sind, deren Stirnflächen durch mehrer Kreisbögen begrenzt sind, a. die zwei unterschiedliche Radien R, r haben, b. von denen die Kreisbogenstücke mit gleichem Radius untereinander gleiche Bogenlänge haben, c. die abwechselnd an Verbindungspunkten aneinandergeεetzt sind und d. an diesen tangential ineinander übergehen,
    [0011] - mit ihnen jeweils zugeordneten, im Gehäuse drehgelagerten, durch ihre geometrische Mittelachse verlaufenden und über ein Getriebe iteώander drehsynchronisierten Wellen drehfest verbunden s.ind, mit denen sie im gleichen Drehsinn drehbar sind,
    [0012] - mite:Lnander fluchtend angeordnete Stirnflächen haben und
    [0013] - einen inneren Arbeitsraum begrenzen, wobei der radiale Abstand der Achslinien der Wellen um das Maß eines Spaltes zwischen benachbarten Drehkolben größer ist als die Summe aus den beiden unterschiedlichen Radien R, r,
    [0014] B. und mit Dichtleisten, wobei jedem Spalt eine Dichtleiste zugeordnet ist, die jeweils zwei zuein.ander parallele Dichtstangen aufweisen, welche eine Querschnittεbreite haben, die größer als der Spalt ist, durch ein Verbin¬ dungsteil miteinander verbunden sind, das schmaler ist als die Breite des Spaltes und eine Länge aufweisen, die im wesentlichen der Länge der Drehkolben entspricht.
    [0015] Derartige Dichtleisten sind einfach ausgebildete und damit auch einfach herzustellende Teile, sie lassen sich axial in den Spalt zwischen zwei benachbarten Drehkolben einschieben und somit einfach montieren. Sie können dadurch auch einfach ausgetauscht werden, indem eine Stirnwand des Gehäuses entfernt wird.
    [0016] Die Dichtleisten sind mit den Drehkolben, die sie gegenei ander abdichten, nicht fest verbunden, vielmehr werden sie d.adurch an ihrem Platz gehalten, daß sich die eine Dichtstange auf der einen Seite des Spaltes, die andere auf der anderen Seite des Spaltes befindet, beide identisch ausgebildete Dichtstangen aber so große Querεchnittsabmessungen haben, daß sie nicht durch den Spalt hindurchbewegt werden können. Auf Grund des sie verbindenden Verbindungsteils können sie sich auch nicht voneinander entfernen. Sie werden daher im allgemeinen axial zwischen zwei benachbarte Drehkolben eingeschoben oder entfernt. In einer bevorzugten Ausbildung wird vorgeschla- gen, das Verbindungsteil an mindestens einer Seite lösbar mit der dor befindlichen Dichtεtange auszubilden. Hierbei kann die eine Dichtstange mi dem Verbindungsteil beiεpielεweiεe über eine Schraubverb.indung, über Haken eine Klippsverbindung oder dergleichen verbunden sein. Derartige demontier bare Dichtleisten sind für εpezielle Montage- und Dε ontagezwecke günεtig.
    [0017] Der Spalt zwiεchen zwei benachbarten Drehkolben wird durch die Kreisböge mit unterschiedlichen Radien begrenzt, aus denen die Drehkolben erzeug sind. Je nach Relativposition zweier benachbarter Drehkolben zueinander wir der Spalt begrenzt durch einen Kreisbogen mit großen Radius R auf der eine Seite und einem Kreisbogen mit kleinerem Radiuε r auf der anderen Seite einer Miεchfor beider Kreisbögen im Bereich der Verbindungspunkte, ode einem Kreisbogen mit kleiner Radius r auf der einen Seite und einem Kreisbo gen mit dem großen Radius R auf der anderen Seite. Beim praktischen Betrie verändert sich alεo die Form des Spaltes st.ändig. Zwar bleibt seine Spalt breite an der engsten Stelle stets konstant, es ändert sich aber der Abstan der gekrümmten Flächen der benachbarten Drehkolben in einem gewissen Abstan von diesem Spalt. Anders ausgedrückt wird der Zugang zum Spalt periodisc enger und weiter, wobei die eigentliche Spaltbreite aber umgeändert bleJLbt.
    [0018] Diesen Veränderungen des Spaltes muß durch die Gestaltung der Dichtleiste Rechnung getragen werden. Hierzu ist der durch das Verbindungsteil bestimmt Abstand der beiden Dichtstangen quer zu ihrer Längsrichtung so gewählt, da die Dichtleisten stets und in allen Positionen der Drehkolben zueinande etwas Spiel quer zum Spalt aufweisen. Dies bedeutet aber, daß sich di Dichtleisten beim praktischen Betrieb stets etwas hin- und herbewegen. Dabe spielen sich folgende Vorgänge ab: Wird der von dem Drehkolben eingeschlos sene innere Arbeitsraum mit Druck beaufschlagt, so wird die in ihm befind liche Dichtstange jeder Dichtleiste nach außen gedrückt und bewirkt ein Abdichtung. Bei umlaufendem Motor kommen zudem Masεenträgheitskräfte hinzu, die eine Anlage der einen oder der anderen Dichtstange der Dichtleist bewirken - je nachdem, ob sich der Spalt auf Grund der Drehung der benach barten Drehkolben vom Mittelpunkt des inneren Verb ennungsraumes entfernt oder sich diesem nähert. Alternativ wird vorgeschlagen, die beiden Dichtstangen jeder Dichtleiste durch Federn gegeneinander zu ziehen, durch die sichergeεtellt wird, daß beide Dichtεtangen εich zwar entsprechend der Verformung des Spaltes jeweils voneinander entfernen und aufeinander zubewegen können, aber dennoch beide stetε dichtend anliegen. Hierdurch wird zugleich bei einer Abnutzung der Dichtstangen und gegebenenfalls der Umfangsflächen der Drehkolben erreicht, daß trotz verringerter Abmessungen auf Grund Abnutzung stets eine dichtende Anlage erzielt wird.
    [0019] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Anεprüchen εowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:
    [0020] Fig. 1 ein Schnittbild durch eine Rotationskolbenmaschine nach der Er¬ findung mit eingelegten Dichtleisten,
    [0021] Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Dichtleiste,
    [0022] Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Figur 2,
    [0023] Fig. 4 eine perspektiviεche Darεtellung einer Dichtleiεte mit elastischem Verbindungsteil,
    [0024] Fig. 5 eine Stirnansicht eines Drehkolbens
    [0025] Fig. 6 ein Schnittbild durch zwei Drehkolben e er Rotationskolbenmaεchine mit Dichtleiεte, die durch Geraden begrenzt iεt.
    [0026] In Figur 1 iεt εchnittbildlich eine Ko.lbenanordnung 20 einer Rotationεkol- benmaεchine gezeigt, die sich in einem gasdichten Innenraum 22 eineε Gehäu- seε 24 befindet. Sie iεt durch drei untereinander gleich auεgebildete Dreh¬ kolben 26 auεgebildet, die alε gerade Priεmen auεgeführt εind. In der Figur 1 εieht man ihre Querεchnittεflächen, die Stirnflächen εind identiεch. Die Stirnflächen εind durch inεgeεamt εechε Kreiεbogenεtücke 28, 30, (bzw. vier Kreisbogenstücke 28, 30 in Figur 5) begrenzt, die unterschiedliche Radien, nämlich einen größeren Radius R und einen kleineren Radius r, haben. Die Kreisbogenstücke mit gleichem Radius Rbzw. r haben untereinander jeweils gleiche Bodenlänge. Die Kreisbogenεtücke 28, 30 εind abwechselnd an Verbin- dung-spunkten aneinandergeεetzt, in dieεen gehen εie tangential ineinander über. Jeder Drehkolben 26 hat eine ihm zugeordnete, mit ihm drehfeεt verbundene, im Gehäuse 24 drehgelagerte Welle, die durch seine geometrische Mittelachse verläuft. Die einzelnen Wellen εind durch ein Getriebe miteinander drehsyn¬ chronisiert, so daß die relative Winkelεtellung der einzelnen Drehkolben 26 zueinander erhalten bleibt. Die Drehkolben 26 εind im Sinne eines Pfeils 36 in gleichem Drehsinn drehbar. Die Stirnflächen der Drehkolben 26 sind mit¬ einander fluchtend angeordnet, befinden sich alεo in jeweilε gleichen Ebe¬ nen.
    [0027] Die drei Drehkolben 26 begrenzen εeitl ich durch ihre gekrümmten Umfangsflächen einen inneren Arbeitsraum 38, der an seinen Endbereichen durch Flächen des Gehäuses 24 begrenzt iεt.
    [0028] Der radiale Abstand von Achslinien 40 der Wellen 34 benachbarter Drehkolben 26 ist um das Maß eines Spaltes S größer als die Summe auε den beiden unterschiedlichen Radien, also R + r. Dadurch bleibt der genannte Spalt S zwischen benachbarten Drehkolben 26 frei. Seine Spaltbreite s'an der engsten Stelle ist auf Grund der Formgebung der Drehkolben 26 und ihrer geometri¬ schen Anordnung auf den Wellen 34 konstant.
    [0029] Die Abdichtung zwischen benachbarten Drehkolben 26 wird durch Dichtleisten 42 erreicht, insgesamt sind ebenso viele Dichtleiεten 42 vorgeεehen wie Spalten S zwiεchen den Drehkolben 26. Die Dichtleiεten εind aus zwei zuein¬ ander parallelen Dichtεtangen 44, 46 und einem diese verbindenden Verbin¬ dungsteil 48 zusammengeεetzt. Die Dichtεtangen 44, 46 εind vorzugεweise identisch auεgebildet und haben die Länge der Drehkolben 26. Sie weiεen eine Querεchnittεbreite Q auf, die größer iεt alε die Breite deε Spalteε S, wodurch verhindert wird, daß εie durch den Spalt S rutschen können. Die beiden Dichtstangen 44, 46 einer Dichtleiεte befinden εich beidεeitε deε Spaltes S. Den Spalt selbεt durchquert das Verbindungsteil 48, das schmaler ist als die Breite des Spaltes S.
    [0030] Im Ausführungεbeiεpiel nach den Figuren 1 und 2 haben die Dichtεtangen 44, 46 ein Kreiεprofil, das Verbindungεteil wird durch einen εch alen Steg gebildet, der zum Zwecke der Gewichtεersparniε Auεnehmungen 50 hat. In einem praktischen Beiεpiel beträgt der große Radius R gleich 60 Millimeter, der lei^ Radius r gleich 15 Millimeter. Der Durchmesser Q der beiden Dichtεtan¬ gen 44, 46 liegt bei 3,5 Millimeter, die Spaltbreite S beträgt drei Millime¬ ter. Der durch die Höhe des Verb.indungεteilε 48 vorgegebene Mittelpunktεab- stand der beiden Dichtεtangen 44, 46 liegt bei 8,44 Millimeter, dadurch hat die Dichtleiste 42 ein Spiel von 1,2 Millimetern quer zum Spalt S. Die Breite des rechteckför igen Verbindungεteilε 48 beträgt 2,5 Millimeter.
    [0031] Im Auεführungεbeiεpiel nach Figur 3 εind die beiden Dichtεtangen 44, 46 Rohre, die zugleich für die Zufuhr eineε Schmiermittelε verwendet werden. Die Verbindungεteile 48 εind querlaufende Rohre, die Öffnungen für den Auεtritt von Schmiermittel haben. Inεgeεamt hat dieεe Dichtleiste 42 die Form einer Leiter mit runden Holmen und runden Stegen.
    [0032] Im Auεführungεbeiεpiel nach Figur 4 ist schließlich eine Dichtleiste 42 gezeigt, bei der die beiden Dichtstangen 44, 46 Parabelquerschnitt haben. Die Spitzen der Parabeln weisen zueinander. Das Verbindungsteil 48 ist wiederum in Form von runden Sprosεen auεgeführt, dieεe εind an ihrem einen Endbereich εtarr mit der unteren Dichtεtange 44 verbunden, ragen aber mit ihrem anderen Endbereich durch Öffnungen in der oberen Dichtεtange 46 hindurch. Sie enden oben in Tellern 52. Zwiεchen dieεen und der ebenen Cberfläche der oberen Dichtεtange 46 εind Schraubendruckfedern 54 angeord¬ net, die die beiden Dichtεtangen 44, 46 gegeneinenader preεεen. Dadurch wird - wie oben beεchrieben - bewirkt, daß die beiden Dichtεtangen 44, 46 jeweilε in Anlage an den Mantelflächen der Drehkolben 26 εind und kein Spiel auf¬ tritt, wie es im Ausführungεbeiεpiel nach den Figuren 2 und 3 zwangεläufig vorhanden iεt.
    [0033] Die Drehkolben 26 im Auεführungεbeiεpiel nach Figur 1 haben eine 120 Grad- Drehεymmetrie. Es können auch Drehkolben 26 mit anderen Drehsymmetrien verwendet werden, beispielεweiεe mit 180 Grad-Drehsymmetrie, hierzu wird auf Figur 5 und zugleich auf die Anmeldung vom gleichen Tag desεelben Anmelderε "Stirling aschine ..." verwiesen, deren Inhalt voll umfänglich zur Offen¬ barung der vorliegenden Anmeldung gehört, DE, P 3644833.8, 31. Dez. 86.
    [0034] Die Konstruktion der Stirnseiten bzw. Querschnittsflächen der Drehkolben 26 ist auε Figur 5 für den Fall einer 180 Grad-Drehsymmetrie ersichtlich. Die dort gezeigten Drehkolbenquerschnitte εind im weεentlichen ellipεenför i Die Ellipse hat zwei Haupthalbachεen und zwei Hauptnebenachεen, die jewei von dem Mittelpunkt ausgehen, dieεer ist der Schnittpunkt der Achslinie der zugehörigen Welle 34 mit der Papierebene. Die beiden Haupthalbachε stehen 180 Grad zueinander, εie verlaufen in der Abbildung von oben nac unten. Die beiden Nebenhalbachεen εtehen ebenfalls im Winkel von 180 Gra zueinander, εie verlaufen von li kε nach rechtε und im Winkel von 90 Grad z den beiden Haupthalbachεen.
    [0035] Für die Konstruktion wird um die Achslinie 40 ein Kreis mit dem Radius r geschlagen, der die beiden 90 Grad zueinander stehenden Haupt- und Neben achslinien in inεgesamt vier Punkten 56 biε 62 schneidet. Um die Schnitt punkte 56, 58 mit den Nebenachslinien wird ein Kreisbogen mit dem große Radiuε R geschlagen. Um die beiden Punkte 60, 62, die die Schnittpunkt de Kreises mit dem Radius rm mit den beiden Hauptachslinien εind, werden Kreiε mit dem kleineren Radius r geschlagen. Die Radien hängen über die folgend Formel miteinander zusammen:
    [0036] R - r = 2rτ x cos 90
    [0037] Im Ausführungεbeiεpiel nach Figur 1 iεt n gleich drei, im Auεführungsbei spiel nach Figur 5 ist n gleich zwei.
    [0038] Im Ausführungεbeiεpiel nach Fig. 6 haben die Dichtstangen 44, 46 de Dichtleiste 42 jeweils das Profil eines gleichschenkligen Dreiecks bzw abgestumpften Dreieckε. Die Spitzen beider Dreiecke weiεen aufeinander, di Baεen 64 verlaufen parallel zueinander und rechtwinklig ZAI eine Verbindungεlinie 65 der ihnen gegenüberliegenden Spitzen. Beide Dreieck εind deckungsgleich. Mit K iεt der auf eine Parallele zu den Baεen 6 proijizierte Abεtand der jeweils parallenen Schenkel 66, 67 bezeichnet, ph ist der Winkel zwischen der VerbindungsljLnie 65 und den Schenkeln 66, 67. E gilt r + R coε y = r + R + S - K
    [0039] K kann poεitiv, negativ und null εein, der poεitive Fall iεt in Fig. 6 gezeigt. Der Vorteil der Anordnung gem. Fig.6 liegt in der exakten Paεεung. Der Verbindungεteil 48 kann beliebig, z. B. wie in den zuvor beεprochenen Auεführungεbeiεpielen, auεgeführt sein.
    权利要求:
    ClaimsBezeichnung: Rotationskolbenmaschine mit DichtleiεtenA n s p r ü c h e
    1. Rotationskolbenniaschine
    A. mit einer in einem gasdichten Innenraum (22) eines Gehäuεeε (24) untergebrachten Kolbenanordnung (20), die aus indeεtens drei ein¬ zelnen Drehkolben (26) aufgebaut ist,
    - welche untereinander gleich ausgebildet sind,
    - die als gerade Prismen auεgebildet εind, deren Stirnflächen durch mehrere Kreisbögen (28, 30) begrenzt sind, a. die zwei unterschiedliche Radien R, r haben, b. von denen die Kreisbogenstücke mit gleichem Radius R bzw. r unter¬ einander jeweils gleiche Bogenlänge haben, c. die abwechselnd an Verbindungspunkten (32) aneinandergesetzt sind und d. an diesen tangential ineinander übergehen,
    - die mit ihnen jeweils zugeordneten, im Gehäuse (24) drehgelager¬ ten, durch ihre geometrische Mittelachse verlaufenden und über ein Getriebe miteinander drehsynchroniεierten Wellen (34) drehfest verbunden sind, mit denen εie im gleichen Drehsinn (36) drehbar εi
    - die miteinander fluchtend angeordnete Stirnflächen haben, und
    - die einen inneren Arbeitsraum (38) seitlich durch ihre gekrümmten Umfangsflächen begrenzen, wobei der radiale Abεtand der Achεlinien (40) der Wellen (34) um daε Maß eines Spaltes S zwischen benachbarten Drehkolben (26) größer ist als die Summe (R + r) aus den beiden unterschiedlichen Radien R, r und B. mit Dichtleisten (42), wobei jedem Spalt S eine Dichtleiεte (42) zugeordnet iεt,
    - die jeweils zwei zueinander parallele Dichtstangen (44, 46) auf- weiεen, welche eine Querεchnittsbreite haben, die größer ist als der Spalt, durch ein Verbindungεteil (48) miteinander verbunden εind, daε εchmaler iεt alε die Breite des Spaltes S und eine Länge aufweisen, die im wesentlichen der Länge der Drehkolben (26) entεpricht.
    2. Rotationεkolbenmaεchine nach Anεpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtstangen (44, 46) einen runden Querschnitt aufweisen, deεεen Durchmesser zehn Prozent bis sechzig Prozent größer ist als die Breite des Spaltes S.
    3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (48) elaεtiεch iεt und eine die beiden Dicht¬ εtangen (44, 46) gegeneinenader ziehende Vorεpannung hat.
    4. Rotationεkolbenmaεchinenach einem der Anεprüche 1 biε 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Breite des Verbindungsteils (48) fünf Prozent bis fünfzig Prozent kleiner ist alε die Breite deε Spalteε S.
    5. Rotationεkolbenmaεchinenach einem der Anεprüche 1 biε 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Dichtεtangen (44, 46) eine Ölbohrung für die Zufuhr von Schmieröl in den Dichtbereich zwiεchen den Drehkolben (26) aufweiεen.
    6. Rotationεkolbenmaεchine nach einem der Anεprüche 1 biε 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindeεt eine Dichtεtange (44 oder 46) der Dicht¬ leiste (42) mit dem Verbindungsteil (48) lösbar verbunden ist.
    7. Rotationskolbenmaεchine nach einem der Anεprüche 1 biε 6, dadurch gekennzeichnet, daß ebenεo viele Dichtleiεten (42) wie Drehkolben (26) vorgeεehen εind.
    8. Rotationεkolbenmaεchinenach einem der Anεprüche 1 biε 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Drehkolben (26) eine 180 Grad- oder 120 Grad- Drehεy metrie haben.
    9. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadur gekennzeichnet, daß die Dichtεtangen (44, 46) mittels Druckfedern (5 an die Drehkolben angedrückt werden.
    10. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadur gekennzeichnet, daß die Dichtstangen in Längsrichtung eben Dichtflächen aufweisen und mit diesen an den Drehkolben anliegen.
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    1988-07-28| CR1| Correction of entry in section i|Free format text: IN PAT.BUL.15/88,UNDER"PUBLISHED"ADD"WITH AMENDED CLAIMS"AFTER"WITH INTERNATIONAL SEARCH REPORT" |
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