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Drehkolben für Rotationskolbenmaschinen
Gegenstand der Erfindung ist ein Drehkolben für Rotationskolbenmaschinen, u. zw. insbesondere für solche, bei denen der Drehkolben in einem umschliessenden, feststehenden oder rotierenden Gehäuse eine kreisende oder drehende Bewegung ausführt, wobei Arbeitskammern wechselnden Volumens gebildet wer- den. DerartigeRotationskolbenmaschinen sind insbesondere als Kompressoren und Brennkraftmaschinen geeignet.
Durch die Erfindung solt ein Weg aufgezeigt werden, um derartige Drehkolben, die aus Gründen der Kühlung und des Gewichtes hohl ausgeführt werden müssen, insbesondere auch in Stahlbauart rationell herstellen zu können. Zu diesem Zweck ist der Drehkolben erfindungsgemäss aus zwei Teilen zusammengesetzt, deren Teilungsebene quer zur Rotationsachse des Drehkolbens, vorzugsweise in seiner Mittelebene, liegt und die am Umfang miteinander verbunden werden, u. zw. vorzugsweise durch Schweissen oder durch Schutzgas-Hartlötung. Durch diese Ausbildung ergibt sich die Möglichkeit, den Drehkolben durch Gesenkschmieden herzustellen. Bei Leichtmetallbauart vereinfacht sich die Gussform beträchtlich.
Zur weiteren Vereinfachung sind die beiden Kolbenteile nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung gleich ausgebildet und ist die Laufnabe als gesonderter Teil durch Schweissung, Einpressen od. dgl. mit den Teilen des Drehkolbens verbunden. Dadurch lassen sich die beiden Kolbenteile mit ein und derselben Gesenk- bzw. Gussform herstellen.
Bei Rotationskolbenmaschinen der genannten Bauart ist es zur Erzielung einer bestimmtenRelativbe- wegung zwischen Kolben und Gehäuse erforderlich, ein Getriebe voxzusehen, das aus einem am Drehkol- ben befestigten innenverzahnten Rad und einem am Gehäuse befestigten aussenverzahnten Rad besteht. Erfindungsgemäss wird die Innenverzahnung von der Nabe des Drehkolbens getragen, sodass sich zusätzliche Bauteile erübrigen.
Bei Verwendung der Rotationskolbenmaschine als. Verbrennungsmotor treten erhebliche Gasdrücke in den Kammern auf, die sich auf die Schweissnaht auswirken und diese auf Biegung beanspruchen. Um diese Beanspruchung möglichst klein zu halten bzw. vollständig zu vermeiden, wird erfindungsgemäss lnder Teilungsebene des Kolbens ein sich auf der Kolbennabe abstützendes Zwischenblech eingesetzt. Dieses Zwischenblech wird durch die Umfangsschweissung mit den Kolbenteile verbunden und kann, falls erfor- derlich, zusätzlich an der Nabe angeschweisst werden.
In den meisten Fällen ist es erforderlich, den Drehkolben mit Dichtelementen auszustatten, welche den Kolben sowohl in axialer als auch in radialer Richtung gegenüber dem umschliessenden Gehäuse abdichten. Dabei sind in achsparallelen Scheitelkanten des Kolbens Nuten zurAufnahme von meist leisten- förmigen Dichtelementen vorgesehen. Diese Nuten durchdringen also die Teilungsebene des Kolbens. Um eine zuverlässige Abdichtung des Nutgrundes ih der Teilungsebene zu erzielen, ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die radiale Dicke der Schweissnaht im Bereich derScheitelkante des Kolbens grö- sser als die Tiefe dieser Nuten für die Dichtelemente. Dadurch verläuft die Nut im Bereich der Teilungebene vollständig in der Schweissnaht.
In bestimmten Fällen kann es sich als erforderlich oder zweckmässig erweisen, dass die Nut für die achsparallelen Dichtelemente nicht durch die Schweissnaht verläuft. Hiezu wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, an den Scheitelkanten in derteilungsebene deskolbens zur Überbrttckung der Schweissnaht Ein-
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satzstücke einzufügen, die von den Nuten für die Dichtelemente durchdrungen werden. Diese Einsatzstücke sind vorzugsweise durch Schutzgas-Hartlötung mit dem umgebenden Material verbunden. In diesem Fall werden also die Wände der Nut nur durch das Material der Kolbenteile und des Einsatzstückes gebildet.
Die Einsatzstück haben aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise zylindrische Gestalt und sind in entsprechende radiale Bohrungen in der Teilungsebene des Kolbens. eng eingepresst. Als Material wird zweckmässig Stahl verwendet.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im. Prinzip dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht eines Drehkolbens, Fig. 2-7 verschiedene Ausführungsformen im Querschnitt gemäss Linie A-A in Fig. 1 und Fig. 8 einen Drehkolben in Ansicht, teilweise geschnitten, wobei die Kolbenecken jeweils eine andereAusführung entsprechend den vorhergehenden Beispielen im Querschnitt zeigen.
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der die Innenkontur des umschliessenden Gehäuses die Form einer zweibogigen Epitrochoide aufweist. Die Aussenkontur des Drehkolbens hat etwa die Form eines Bogendreiecks und ist an die innere Hüllkurve der Epitrochoide angenähert. Zur Aufnahme von Dichtelementen ist der Drehltolbsn an seinen drei achsparallelen Scheitelkanten 1 mit Nuten 2 versehen, in welche Dichtleisten eingesetzt werden.
An den Stirnseiten Ist der Kolben mit Seitendichtungen, beispielsweise sogenannten Dichtrsndplatten versehen, die mit dem Kolben über dünne Metallbänder axialbeweglich verbunden sind. Zur Mitnahme der Dichtrandplatten dienen Ansätze 3 an den Stirnseiten des Kolbens, während für die Aufnahme der Metallbänder dünne Nuten 4 vorgesehen sind. Die fugengeschlossene Verbindung der axialbeweglichen mit den radialbeweglichen Dichtelementen wird durch bolzenförmige Koppelglieder erzielt, die in entsprechenden Aussparungen 5 im Kolben eingesetzt sind. Ein mit dem Kolben verbundenes innenverzahntes Rad 6, das mit einem am Gehäuse befestigten aussenverzahnten Rad in Eingriff steht, sorgt für eine bestimmte Relativbewegung des Drehkolbens gegenüber dem Gehäuse.
Der Drehkolben ist erfindungsgemäss aus zwei Teilen zusammengesetzt, deren Teilungsebene quer zur Rotationsachse des Drehkolbens liegt und die in den Ausführungsbeispielen durch eine Schweissung am Umfang miteinander verbunden sind. Nach dem Schweissen ist natürlich eine Nachbearbeitung erforderlich. Fig. 2-7 zeigen verschiedene Möglichkeiten für eine derartige Ausbildung des Drehkolbens.
In Fig. 2 besteht der Drehkolben aus den beiden Teilen 7 und 8, die durch eine Umfangsschweissung 9 und gegebenenfalls durch eine seitliche Schweissnaht miteinander verbunden sind. Der Teil 7 ist mit der Laufnabe 10 des Kolbens einstückig. Die Nabe 10 trägt gleichzeitig die Innenverzahnung 6. Es ist in dieser Figur die Nut 2 zur Aufnahme von achsparallelen Dichtelementen zu erkennen. Wie ersichtlich, ist die Schweissnaht im Bereich dieser Nut 2 so tief, dass die Nut 2 auch in der Teilungsebene an ihrem Grund zuverlässig abgedichtet ist. Mit 3 sind wiederum die Mitnehmer für die Seitendichtungen, mit 4 die Nuten für die Metallbänder zum Anschluss der Seitendichtungen und mit 5 die Aussparungen für die Koppelglieder bezeichnet.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung, die derjenigen gemäss Fig. 2 weitgehend entspricht, mit dem einzigen Unterschied, dass die Kolbenteile 7'und 8'in diesem Fall gleich ausgeführt sind und eine eigene Laufnabe 11 eingesetzt, beispielsweise eingepresst ist, die wiederum die Innenverzahnung 6 trägt.
Die Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 4 und 5 entsprechen denjenigen gemäss Fig. 2 bzw. 3, wobei lediglich in der Teilungsebene des Kolbens ein sich auf die Kolbsnnabe 19 bzw. 11 abstützendes
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benteilen 7,8 bzw. 7', 8'verbunden ist, dient dazu, die auf die Schweissnaht 9 wirkende Biegebeanspruchung durch Gasdrücke, wie sie insbesondere bei Verwendung der Maschine als Verbrennungsmotor auftreten, aufzunehmen. Das Zwischenblech 12 kann, wie Fig. 4 zeigt, mit der laufnabe 10 zusätzlich bei 13 verschweisst werden. In dem Zwischenblech 12 können Öffnungen 14 vorgesehen werden, um das Überströmen von Kühlflüssigkeit von einer Kammer des Kolbens in die andere zu ermöglichen.
Während in den Beispielen 2-5 die Schweissnaht 9 von der Nut 2 für die aclhsparallelen Dichtelemen- te durchdrungen wird, zeigen Fig. 6 und 7 Ausführungen, bei welchen dieser Umstand vermieden wird.
Dazu sind in der Teilungsebene des Kolbens an den Scheitelkanten Eimatzstüclzp-15 vorgesehen, welche von den Nuten2 für die Dichtelemente durchdrungen werden. Diese Einsatzstücke haben vorzugsweise zylindrische Form und sind in entsprechenden radial verlaufenden Bohrungen in der Teilungsebene des Kolbens eng eingepasst und durch Schutzgas-Hartlötung mit dem umgebenden Material gasdicht verbunden.
Sie bestehen vornehmlich aus Stahl. Im übrigen entspricht die Ausführung gemäss Fig. 6 weitgehend derjenigen gemäss Fig. 4 und diejenige gemäss Fig. 7 derjenigen gemäss Fig. 3. In Fig. 8 sind die verschie- denen Ausbildungen imQuerschnitt dargestellt, u. zw. seigtdieEcIteBeinen Querschnitt gemäss Linie B-B in Fig. 3, die Ecke C einen Schnitt gemäss Linie C -C in Fig. 4 und die Ecke D einen Schnitt gemäss Li-
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nie D-D in Fig. 6.
Wenn auch in den Ausführungsbeispielen stets von einer Verbindung der Kolbenteile durch Schwei- ssung die Rede ist, so liegt es natürlich im Rahmen der Erfindung, andere gleichwertige Verfahren anzuwenden, u. zw. insbesondersSchutzgas'-Hartlötung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Insbesondere gekühlter Drehkolben für Rotationskolbenmaschinenbei denen das umschliessende Gehäuse eine mehrbogige Innenkontur, vorzugsweise in Form einer Epitrochoide aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben aus zwei Teilen (7, 8 bzw. 7', 8') zusammengesetzt ist, deren Teilungebene quer zur Rotationsachse de : Drehkolbens, vorzugswelse in seiner Mittelebene, liegt und die am Umfang miteinander verbunden sind.