Verfahren zur Herstellung einer innenachsigen Drehkolbenmaschine

Abstract

 Die Eingriffsteile (2a',2b',2c') des Aussenläufers einer innenachsigen Drehkolbenmaschine, mit Abdichtung zwischen ihren Läufern und gegenüber dem Maschinengehäuse durch Dichtspalte, werden als Einzelteile hergestellt und nach ge­genseitiger Ausrichtung an ihren beiden Enden mit je einem kreisringförmigen Seitenteil (17) fest verbunden. Die Aus­richtung erfolgt durch Anlage der im Querschnitt kreisbogen­förmigen Aussenflächen (7) der Eingriffsteile (2a',2b',2c') an Kreisbogenstücken (38-40) eines Montagekäfigs (52) und durch zwischen die Eingriffsteile eingreifende massgenaue Montagekörper (35-37). Durch das Verfahren können engere Dichtspalte der Maschine und somit eine verbesserter Wir­kungsgrad erzielt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer innenachsigen Drehkolbenmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine nach dem erfindungsgemässen Ver­fahren hergestellte Drehkolbenmaschine.

[0002] Innenachsige Drehkolbenmaschinen, bei denen die Abdichtung nicht durch Dichtleisten erfolgt, haben den Vorteil kleiner Reibungsverluste an den Dichtstellen, da die Abdichtung be­rührungslos durch dichtspaltbildende Annäherung der sich an­einander bewegenden Teile erfolgt. Folglich sind solche Drehkolbenmaschinen an sich für hohe Drehgeschwindigkeiten geeignet, um sie bei kompakter Bauweise z.B. als Lader einer Verbrennungskraftmaschine einzusetzen. Die Fertigungsgenau­igkeit bekannter Herstellungsverfahren ist jedoch nicht aus­reichend um eine gute Abdichtung durch enge Dichtspalte zu erhalten. Abweichungen von der kinematisch idealen Form er­geben sich bei der Herstellung der Krümmung der Eingriffs­flächen beider Läufer und bei der gegenseitigen Zuordnung der Eingriffsteile des Aussenläufers in tangentialer und ra­dialer Richtung sowie bei der Montage der Läufer relativ zu­einander und relativ zum umschliessenden Gehäuse. Da sich die verschiedenen Abweichungen an bestimmten Dichtbereichen addieren können, müssen weite Dichtspalte vorgesehen werden, die die addierten maximalen Fertigungs- und Montagetoleran­zen berücksichtigen, um einen Kontakt an den Dichtstellen zu verhindern. Die folglich weiten Dichtspalte von Drehkol­benmaschinen, die auf übliche Weise hergestellt worden sind, bewirken durch Dichtverluste einen schlechten Wirkungsgrad der Maschine. Die durch die Fachliteratur bekanntgewordenen Drehkolbenmaschinen sind aufgrund der aufwendigen und unge­nauen Herstellungsverfahren nicht in die Serienfertigung ge­ langt oder sie wurden nur für den Durchsatz von flüssigen Medien vorgesehen und bei hierfür geeigneten verhältnismä­ssig niedrigen Drehgeschwindigkeiten betrieben. Die US-PS 1 753 476 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bekannten Drehkolbenmaschine, bei der zur Vereinfachung der Herstel­lung geometrisch einfache, jedoch kinematisch ungenaue Ein­griffsflächen mit folglich weiten Dichtspalten in Kauf ge­nommen worden sind, so dass sie nur für die Förderung von verhältnismässig viskosen Medien geeignet ist. Ihr Aussen­läufer ist in einem Stück gefertigt, wobei seine Eingriffs­teile nur einseitig an einem Läuferseitenteil gehalten sind und folglich nur durch geringe Zentrifugalkräfte belastbar sind, bzw. nur eine kurze axiale Ausdehnung aufweisen können.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, durch das eine Drehkolbenmaschine der im Oberbegriff genannten Art genauer, d.h. mit enger dimensionierten Dicht­spalten, herstellbar ist und somit bei gutem Wirkungsgrad mit hohen Drehgeschwindigkeiten für die Gasförderung geeig­net ist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt aufgrund der Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsfor­men des Verfahrens sowie eine nach dem Verfahren hergestell­te Drehkolbenmaschine sind Gegenstand der abhängigen Patent­ansprüche.

[0004] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen nä­her erläutert. Es zeigen:

Fig.1 und 2 einen Axial- und Radialschnitt durch eine Aus­führungsform einer Drehkolbenmaschine,

Fig.3 und 4 einen Axial- und Radialschnitt durch einen durch Montageteile gehaltenen Aussenläufer,

Fig.5 eine durch Montageteile gehaltene Anordnung eines Aussenläufers mit eingeschlossenem Innen­läufer,

Fig.6 eine Montageanordnung für eine weitere Ausfüh­rungsform einer Drehkolbenmaschine,

Fig.7 einen Axialschnitt durch eine andere Ausfüh­rungsform eines Aussenläufers und

Fig.8 eine Ansicht eines Tragringes des Aussenläufers nach Fig.7.

[0005] In Fig.1 und 2 ist ein Typ einer innenachsigen Drehkolben­maschine dargestellt, der in der nicht vorveröffentlichten DE-A- 3 432 915 des gleichen Anmelders näher beschrieben ist. Andere Ausführungsformen sind in der Literatur viel­fach beschrieben. Der prinzipielle Aufbau und andere Aus­führungsformen lassen sich beispielsweise dem Buch "Eintei­lung der Rotationskolbenmaschinen" (1963, Deutsche Verlags-­Anstalt GmbH Stuttgart) bzw. "Rotary Piston Machines" (Lon­don, Iliffe, 1965) entnehmen.

[0006] Die dargestellte Maschine hat ein Drehzahlverhältnis zwi­schen dem Aussenläufer 2 und dem Innenläufer 3 von 2:3, so dass am Aussenläufer drei Eingriffsteile 2a,2b,2c und am Innenläufer 3 zwei Eingriffsteile 3a,3b vorgesehen sind. Das Maschinengehäuse 1 hat an seinem Umfang einen Einlasskanal 4 und einen Auslasskanal 5, die durch den dichtspaltnahen Vorbeilauf der äusseren Umfangsfläche 7 der Eingriffsteile 2a,2b,2c entlang der Gehäuseinnenfläche 8 gegeneinander ab­gedichtet sind.

[0007] Die Lagerung der Läufer 2,3 erfolgt durch Wälzlager 10,11, die sich an Seitenplatten 12,13 des Gehäuses 1 abstützen. Aufgrund des Abstandes a zwischen den geometrischen Achsen 14,15 hat das innere Wälzlager 11 des Innenläufers 3 eine radial versetzte Position innerhalb des umschliessenden äu­sseren Wälzlagers 10 des Aussenläufers 2. Für die Lagerung des Aussenläufers 2 sind an dessen Seitenteilen 17,18 Naben 19,20 angeformt, die die Wälzlager 10 einschliessen. Ausser­dem bildet ein Teil einer dieser Naben 20 ein Hohlzahnrad 21, mit dem ein Stirnzahnrad 22 kämmt, das auf die Welle 23 des Innenläufers 3 aufgesetzt ist.

[0008] Die Seitenteile 17,18 des Aussenläufers 2 verbinden dessen drei Eingriffsteile 2a,2b,2c miteinander und dichten dabei zusammen mit je einem mit den Gehäuseseitenplatten 12, 13 fest verbundenen Dichtkörper 25,26 die Arbeitsräume 9 der Maschine in axialer Richtung ab. Entsprechend haben diese Seitenteile 17,18 des Aussenläufers 2 die Form von Kreis­ringen, die radial aussen und radial innen je eine Radial­dichtung 27,28 aufweisen. Da diese Seitenteile 17,18 als Tragring die Eingriffsteile 2a,2b,2c des Aussenläufers 2 tragen, ist die Genauigkeit der Position der Eingriffsteile 2a,2b,2c relativ zu den Seitenteilen 17,18 auch ausschlag­gebend für die Weite der Dichtspalte zwischen den äusseren Umfangsflächen 7 der Eingriffsteile 2a,2b,2c und der Gehäu­seinnenfläche 8.

[0009] Für die Weite der Dichtspalte zwischen den Innenflächen 30, 31 des Aussenläufers 2 und den Umfangsflächen 32,33 des In­nenläufers 3 ist neben der Genauigkeit der Abmessungen der Eingriffsteile 2a,2b,2c und derjenigen des Innenläufers 3 auch die Genauigkeit der Position der Eingriffsteile 2a,2b, 2c relativ zu den Seitenteilen 17,18 in tangentialer bzw. in Umfangsrichtung massgebend.

[0010] Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ein Weg gezeigt, wie eine hinsichtlich minimaler Dichtspaltweiten genaue Po­sitionierung der Eingreifsteile 2a,2b,2c des Aussenläufers 2 relativ zu den Seitenteilen 17,18 des Aussenläufers 2 mög­lich ist, die über ihre Lagerung die Position relativ zum Maschinengehäuse 1 bestimmen. Durch die Verbindung der Ein­griffsteile 2a,2b,2c nach ihrer einzelnen Herstellung mit den Seitenteilen 17,18 des Aussenläufers wirken sich geringe Massabweichungen der Eingriffsteile nicht oder nur im ge­ ringen Masse auf die Weite der Dichtspalte aus, da Massab­weichungen durch eine genaue Positionierung der Eingriffs­teile kompensiert werden.

[0011] Wie den Darstellungen der Fig.3 bis 6 zu entnehmen ist, er­folgt die Positionierung der Eingriffsteile 2a,2b,2c bzw. 2a',2b',2c' relativ zu den Seitenteilen 17,18 des Aussen­läufers durch zwischen die Eingriffsteile eingreifende Mon­tagekörper 35-37 und die Anlage ihrer äusseren Umfangsflä­chen 7 an äusseren Kreisbogenstücken 38-40. Durch die Aus­führung dieser Montagekörper 35-37 und der Montagekreisbo­genstücke 38-40 als Präzisionsteile ergibt sich eine sehr genaue Positionierung, ohne wesentliche Massabweichungen zwischen einer grossen Anzahl von in Serienfertigung herge­stellten Aussenläufern. Gemäss dem Ausführungsbeispiel der Fig.6 ist einer der Montagekörper 36" mittels eines einge­fügten Schiebekeils 42 in seiner Breite einstellbar, so dass er nach Einschieben zwischen die Eingriffsteile 2a" und 2c" deren Eckbereiche mit seitlichen Fortsätzen 43,44 hinterfassen kann. In Abweichung von der zeichnerischen Darstellung können auch alle Montagekörper 35"-37" breiten­veränderlich ausgeführt sein. Vorzugsweise sind die sichel­förmigen oder kreisabschnittförmigen Eingriffsteile 2a",2b", 2c" an ihren Eckbereichen mit parallel zu den Seitenflächen der Montagekörper 35"-37" verlaufenden Abflachungen 45,46 versehen, durch die sich die Genauigkeit der Positionierung mittels der Montagekörper 35"-37" erhöht.

[0012] Die Montagekörper 35'-37' des Ausführungsbeispieles der Fig.5 sind an ihrer Stirnseite mit Aussparungen 48 versehen, so dass seitliche Fortsätze 49,50 vorhanden sind, die trotz bereits eingesetztem Innenläufer 3 den Montagekontakt an ei­nem wesentlichen Bereich der Innenflächen 30,31 der Ein­griffsteile 2a',2b',2c' ermöglichen, indem die Eingriffs­teile 3a,3b des Innenläufers 3 zwischen sie eingreifen. Durch die Montage der Eingriffsteile 2a',2b',2c' an den Sei­ tenteilen 17,18 bei bereits eingesetztem Innenläufer 3, der durch die Dichtkörper 25,26 in seiner Lage relativ zu den Seitenteilen 17,18 des Aussenläufers 2 (Fig.1) fixiert ist, können die Eingriffsteile 2a',2b',2c' auch relativ zum In­nenläufer 3 genau montiert werden. Dabei ist es auch möglich die Montage oder Ausrichtung der Eingriffsteile bei bereits montierten Wälzlagern 10,11 und angesetzten Gehäuseseiten­platten 12,13 durchzuführen, wobei die Befestigung der Ein­griffsteile 2a',2b',2c' beispielsweise durch Schweissnähte erfolgt, die am Aussenumfang des Aussenläufers 2 vorgesehen werden.

[0013] Auf die Zentrierung der Eingriffsteile 2a,2b,2c mittels Kreisbogenstücken 38-40 eines Montagekäfigs 52, die während der Montage aussen an ihnen anliegen, kann verzichtet wer­den, falls gemäss der in Fig.7 und 8 dargestellten Ausfüh­rungsform eines Aussenläufers am Aussenrand der Seitenteile 17',18' Kreisbogenstücke 53,54,55 angeformt sind, die in ei­ner äusseren Randnut 56,57 der Eingriffsteile (2b'") zur An­lage gelangen. Diese Kreisbogenstücke 53-55 lassen sich mit den kreisringförmigen Seitenteilen 17',18' als Drehteile mit hoher Präzision bei verhältnismässig geringem Aufwand herstellen.

[0014] Die feste Verbindung zwischen den Eingriffsteilen 2a,2b,2c und den Seitenteilen 17,18 bzw. 17',18' kann durch übliche Verbindungsmittel erfolgen, wie Klebemittel, Schweissnähte, Schrauben 58,59; 60,61, 62 u.dgl.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer innenachsigen Drehkol­benmaschine, deren Aussenläufer (2) mindestens drei achspa­rallel verlaufende, einstückige Eingriffsteile (2a,2b,2c) aufweist, die durch endseitige Seitenteile (17,18) mitein­ander verbunden sind, wobei die Aussen- und Innenläufer (2, 3) gegeneinander und gegenüber einem Gehäuse (1) durch dichtspaltbildende Annäherung abgedichtet sind, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Eingriffsteile (2a,2b,2c) des Aussen­läufers (2) als Einzelteile hergestellt und nach gegenseiti­ger Ausrichtung an ihren beiden Enden mit je einem kreis­ringförmigen Seitenteil (17,18) fest verbunden werden, wobei die Ausrichtung der Eingriffsteile (2a,2b,2c) durch Anlage ihrer im Querschnitt kreisbogenförmigen Aussenfläche (7) an einem Montagering (52,38-40) oder Kreisbogenstücken (53-55) der Seitenteile (17,18) und zwischen sie eingreifende Monta­gekörper (35-37) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsteile (2a,2b,2c) des Aussenläufers (2) den Innenläufer (3) zwischen sich einschliessen, während sie relativ zu den Seitenteilen (17,18) des Aussenläufers (2) ausgerichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Eingriffsteile (2a,2b,2c) nach dem Einsetzen von Dichtkörpern (25,26) in die Seitenteile (17,18) des Aussenläufers (2) erfolgt, durch die hindurch sich die Welle (23) des Innenläufers (3) erstreckt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Eingriffsteile (2a,2b,2c) nach der Montage der den Innenläufer (3) und die Seitenteile (17,18) des Aussenläufers (2) lagernden Wälzlager an Sei­tenplatten (12,13) des Gehäuses (1) der Maschine erfolgt.

5. Innenachsige Drehkolbenmaschine hergestellt gemäss dem Verfahren des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsteile (2a,2b,2c) des Aussenläufers (2) mit zwei an seinen axialen Enden vorgesehenen Seitenteilen (17,18) durch Befestigungsmittel (58-62) verbunden sind.

6. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn­zeichnet, dass am Aussenrand der Seitenteile (17',18') des Aussenläufers (2) Kreisbogenstücke (53-55) angeformt sind, die in jeweils eine äussere Randnut (56,57) der Eingriffs­teile (2b"') eingreifen.

7. Montagekörper zur Durchführung des Verfahrens nach An­spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Ein­griffsteilen (2a',2b',2c') eingreifenden Montagekörper (35' bis 37') an ihrer Stirnseite Fortsätze (49,50) für die An­lage an den Innenflächen (30,31) des Aussenläufers (2) auf­weisen.

8. Montagekörper zur Durchführung des Verfahrens nach An­spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagekörper (36") in ihrer Breite verstellbar sind.

9. Montagekörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagekörper (36") an ihrer Stirnseite seitlich abstehende Fortsätze (43,44) zum Hinterfassen von Eckberei­chen der Eingriffsteile (2a",2b",2c") des Aussenläufers (2) aufweisen.

Zeichnung