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Drehkolben für Rotationskolbenmaschinen Gegenstand der Erfindung ist
ein Drehkolben für Rotationskolbenmaschinen, und zwar 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 «-erden. Derartige Rotationskolbenmaschinen sind insbesondere
als Kompressoren und Brennkraftmaschinen .geeignet.
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Es ist bekannt, Drehkolben für Roots-Gebläse durch Zusammenschweißen
aus mehreren Teilen herzustellen. Bei einer bekannten Ausführung wird von einem
'Pragkreuz ausgegangen, auf welches unter sich gleiche, miteinander verschweißte
Bleche aufgeschweißt werden. Diese Ausführung erfordert eine Vielzahl von Einzelteilen,
die durch eine größere :Xtizahl von Arbeitsgängen untereinander verbunden werden
müssen. Eine rationelle Fertigung ist daher nicht möglich. Bei einer anderen Ausführung
werden die Flügel des Drehkolbens aus einem Rohr geformt und an die Nabe angeschweißt.
Dabei bleiben die Kolbenflügel seitlich offen, eine Konstruktion, die sich nicht
für alle Maschinen und insbesondere nicht für rrennkraftmaschinen eignet, .bei denen
der Kalben von Kühlflüssigkeit durchströmt werden muß und als Träger von seitlichen
Dichtteilen dient.
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Durch die Erfindung soll 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 durch eine Schweißurig
am Umfang oder durch Löturig miteinander verbunden werden. Durch diese Ausbildung
ergibt sich die Möglichkeit, den Drehkolben durch Gesenkschmieden herzustellen.
Bei Leichtmetallbauart vereinfacht sich die Gußform beträchtlich.
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Zur weiteren Vereinfachung sind die Kolbenteile nach einem weiteren
Vorschlag der Erfindung gleich und ist die Laufnabe als gesondertes Teil durch Schweißurig,
Einpressen od. dgl. mit den Teilen des Drehkolbens verbunden. Dadurch lassen sich
die beiden Kolbenteile mit ein- und derselben Gesenk- bzw. Gußform herstellen.
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Bei den Rotationskolbenmaschinen der genannten Bauart ist es zur Erzielung
einer bestimmten Relativbewegung zwischen Kolben und Gehäuse erforderlich, ein Getriebe
vorzusehen, das aus einem am Drehkolben befestigten innenverzahnten Rad und einem
am Gehäuse befestigten außenverzahnten Rad besteht. Erfindungsgemäß wird die Innenverzahnung
von der Nabe des Drehkolbens getragen, so daß sich zusätzliche Bauteile erübrigen.
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Bei Verwendung der Rotationskolbenmasch:ine 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 in der Teilungsebene des Kolbens
ein sich auf der Kolbennabe abstützendes Zwischenblech eingesetzt. Dieses Zwischenblech
wird durch die Umfangsschweißung mit den Kolbenteilen verbunden und kann, falls
erforderlich, zusätzlich an der Nabe angeschweißt werden.
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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 zur Aufnahme von meist leistenförmigen Dichtelementen vorgesehen.
Diese Nuten durchdringen also die Teilungsebene des Kolbens. Um eine zuverlässige
Abdichtung des Nutgrundes in der Teilungsebene zu erzielen, ist nach einem weiteren
Vorschlag .der Erfindung die radiale Dicke der Schweißnaht im Bereich der Scheitelkante
des Kolbens größer als die Tiefe dieser Nuten für die Dichtelemente. Dadurch verläuft
die Nut im Bereich der Teilungsebene vollständig in der Schweißnaht.
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In bestimmten Fällen kann es sich als erforderlich oder zweckmäßig
erweisen, daß die Nut für die
achsparallelen Dichtelemente nicht
durch die Schweißnaht verläuft. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, an -den
Scheitelkanten in der Teilungsebene des Kolbens zur Überbrückung der Schweißnaht
Einsatzstücke 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 Einsatzstücke haben aus fertigungstechnischen
Gründen vorzugsweise zylindrische Gestalt und sind in entsprechende radiale Bohrungen
in -der Teilungsebene des Kolbens eng eingepaßt. Als Material wird zweckmäßig Stahl
verwendet.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im
Prinzip dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht eines Drehkolbens, Fig. 2 bis
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 andere Ausführung entsprechend dem vorhergehenden Beispielen im Querschnitt
zeigen.
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Der in Fig. 1 dargestellte Drehkolben ist für eine innenachsige Rotationskolbenmaschine
bestimmt, bei der die Innenkontur des umschließenden Gehäuses die Form einer zweibogigen
Epitrochoide aufweist. Die Außenkontur des Drehkolbens hat etwa die Form eines Bogen-Dreiecks
und ist an die innere Hüllkurve der Epitrochoide angenähert. Zur Aufnahme von Dichtelementen
ist der Drehkolben an seinen drei achsparallelen Scheitelkanten 1 mit Nuten 2 versehen,
in ,,velche Dichtleisten eingesetzt werden. An den Stirnseiten ist der Kolben mit
Seitendichtungen, beispielsweise sog. Diohtrandplatten 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 radialbewegliehen 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 im Eingriff steht, sorgt für eine bestimmte Relativbewegung
des Drehkolbens gegenüber dem Gehäuse.
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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 Nacharbeitung erforderlich. Fig. 2 biss 7
zeigen verschiedene Möglichkeiten für eine derartige Ausbildung des Drehkolbens.
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In Fig. 2 besteht der Drehkolben aus dem beiden Teilen 7 und 8, die
durch eine Umfangsschweißung 9 miteinander verbunden sind. Der Teil 7 ist mit der
Laufnabe 10 des Kolbens ei.nstückig. 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.
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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 Kolbennabe 10 bzw. 11 abstützendes Zwischenblech 12 vorgesehen ist. Dieses Zwischenblech,
das durch die Umfangsschweißung 9 mit den Kolbenteilen 7, 8 bzw. T, 8' verbunden
ist, dient dazu, auf die 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.
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Während in den Beispielen gemäß Fig. 2 bis 5 die Schweißnaht 9 von
der Nut 2 für die achsparallelen Dichtelemente durchdrungen wird, zeigen Fig. 6
und 7 Ausführungen, bei welchen dieser Umstand vermieden wird. Dazu sind in der
Teilungsebene des Kolbens an den Scheitelkanten Einsatzstücke 15 vorgesehen, welche
von den Nuten 2 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 derj enigen gemäß Fig.
4 und diejenige gemäß Fig. 7 derjenigen gemäß Fig. 3. In Fig. 8 sind die verschiedenen
Ausbildungen im Querschnitt dargestellt, und zwar zeigt die Ecke B einen Querschnitt
gemäß Linie B-B in Fig. 3, die Ecke C einen Schnitt gemäß Linie C-C in Fiig. 4 und
die Ecke D einen Schnitt gemäß Linie D-D in Fig. 6.
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Wenn auch in den Ausführungsbeispielen stets von einer Verbindung
der Kolbenteile durch Schweißung die Rede ist, so liegt es natürlich irr Rahmen
der Erfindung, andere gleichwertige Verfahren anzuwenden, beispielsweise Schutzgas-Hartlötung.