Innenachsige Rotationskolbenmaschine

Abstract

 Die Rotationskolbenmaschine hat zwei auf einer gemeinsamen Welle (12) befestigte Innenläufer (2,3) und zwei über eine Läuferscheibe (9) starr miteinander verbundene Aussenläufer (4,5). Die Arbeitsräume (16) zwischen den Eingriffsteilen beider Aussenläufer (4,5) erstrecken sich bis zu einer ma­ximalen Ausdehnung (19) radial nach innen über die innere Begrenzung der Läuferscheibe (9). Für die axiale Abdichtung der Arbeitsräume (16) auch im Bereich dieser Ausdehnung (19) umschliesst die kreisringförmige Läuferscheibe (9) einen Trennwandkörper (15), der die Welle (12) der Innenläufer (2,3) über eine Lagerung (43) umschliesst. Eine weitere Lagerung (13) ist zwischen der Läuferscheibe (9) und dem Trennwandkörper (15) vorgesehen. Der Trennwandkörper (15) ist am Mitdrehen mit einem der beiden an ihn angrenzenden, sich drehenden Maschinenteile (9,12) durch die radiale Ver­setzung der in ihn eingreifenden Welle (12) relativ zur Drehachse der Läuferscheibe (9) gehindert. Der Trennwand körper (15) ermöglichst die axiale Unterteilung der Maschine in einen Niederdruckteil (22) und einen Hochdruckteil (23), verbunden mit einer Versteifung der Eingriffsteile der Aussenläufer (4,5) durch ihre starre Verbindung mit der Läuferscheibe (9).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine innenachsige Drehkolbenmaschine mit mindestens zwei auf einer gemeinsamen Welle befestigten Innenläufern und einer entsprechenden Anzahl von Aussenläu­fern, die von einem gemeinsamen Gehäuse umschlossen und axial nebeneinander angeordnet sind, wobei die Eingriffs­teile der Aussenläufer in Umfangsrichtung miteinander und in axialer Richtung mit denjenigen des benachbarten Aussen­läufers durch eine kreisringförmige, axial innere Läufer­scheibe starr verbunden sind, so dass diese die Welle der Innenläufer umschliesst und die Arbeitsräume der Maschine axial unterteilt.

[0002] Maschinen dieser Art sind beispielsweise durch die Fig.22 und 27 der US-PS 3,954,355 bekannt. Diese Maschinen sind so ausgeführt, dass ihre Innenläufer stets den von der axial inneren Läuferscheibe umschlossenen Raum seitlich über­decken, so dass die axial benachbarten Arbeitsräume gegen einander abgedichtet sind. Gemäss Fig. 27 dieser US-PS 3,954,355 ist in diesem von der Läuferscheibe umschlossenen Raum die Zahnrad-Antriebsverbindung zwischen einem Innen­läuferpaar und einem Aussenläuferpaar angeordnet. Dort je­doch, wo zwischen zwei axial benachbarten Aussenläufern eine radiale Abstützung erfolgen soll, ist eine starr mit dem Maschinengehäuse verbundene,axial innere Trennwand vor­handen, in der die Welle der Innenläufer gelagert ist und die über einen an ihr angeformten zylindrischen Innenkör­per zwei kreisringförmige, axial innere Aussenläuferscheiben radial lagert. Eine solche Trennwand verhindert jedoch die direkte axiale Verbindung zwischen zwei Aussenläufern über eine kreisringförmige Läuferscheibe und führt zu einer auf­wendigeren Gehäusekonstruktion.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Art zu finden, die bei einfacher Gehäuse­gestaltung die versteifende Verbindung zwischen mehreren Aussenläufern,bzw. die axiale Unterteilung eines Aussen­läufers,auch für Maschinen ermöglicht, deren Arbeitsräume sich radial nach innen über die mögliche radial innere Be­grenzung einer Aussenläuferscheibe erstrecken, so dass die Maschine ein vergrössertes Durchsatzvolumen hat. Die ge­nannte radial innere Begrenzung einer Aussenläuferscheibe ist durch die notwendige radial versetzte Anordnung der Welle der Innenläufer relativ zur Drehachse der Aussenläufer konstruktiv bedingt.

[0004] Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass der von der axial inneren Läuferscheibe um­schlossene Raum durch einen Trennwandkörper ausgefüllt ist, wobei zwischen der Läuferscheibe und dem Trennwandkörper sowie zwischen diesem und der Welle jeweils eine Lagerung vorgesehen ist und Arbeitsräume der Maschine bis an den Trennwandkörper heranreichen.

[0005] Aufgrund der genannten Definition der Erfindung ergibt sich, dass der Trennwandkörper mit keinem stillstehenden Teil ver­bunden ist, und obwohl er nur an sich drehende Teile, d.h. in radialer Richtung einerseits an die ihn umschliessende Läuferscheibe und andererseits an die von ihm umschlossene Welle, angrenzt, steht er selbst still. Dies ergibt sich durch die radiale Versetzung der Achsen der beiden genannten Lagerungen.

[0006] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die folgende Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh­rungsbeispieles hingewiesen. Es zeigt:

Fig.1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemässe innenachsige Drehkolbenmaschine,

Fig.2 einen Radialschnitt durch die Drehkolbenmaschine nach Fig.1, entlang der Linie II-II und

Fig.3 eine Aufsicht auf eine zweistufig arbeitende erfindungsgemässe Rotationskolbenmaschine.

[0007] Gemäss dem Prinzip von Drehkolbenmaschinen drehen sich die Innenläufer 2,3 und die Aussenläufer 4,5 der dargestellten Rotationskolbenmaschine um relativ zum gemeinsamen Maschi­nengehäuse 6 feststehend angeordnete Achsen 7,8, so dass sehr hohe Drehgeschwindigkeiten möglich sind. Die drei Ein­griffsteile 4a,4b,4c des Aussenläufers 4 liessen sich auf­grund ihres in Axialrichtung konstanten Querschnittes aus Stangmaterial leicht mit verhältnismässig grosser axialer Länge herstellen. Aufgrund von Biegebelastungen durch Zentri­fugalkräfte ist die freie axiale Länge der Eingriffsteile 4a,4b,4c durch eine axial innere Läuferscheibe 9 begrenzt, die diese Eingriffsteile 4a,4b,4c in Umfangsrichtung starr miteinander verbindet. Die starre Verbindung ist beispiels­weise durch eine einstückige Herstellung der Eingriffsteile 4a,4b,4c mit der Läuferscheibe 9 gegeben.

[0008] Die sich in axialer Richtung jenseits der Läuferscheibe 9 an die Eingriffsteile 4a,4b,4c des einen Aussenläufers 4 anschliessenden Eingriffsteile 5a,5b,5c eines somit vorhan­denen zweiten Aussenläufers 5, von denen in den Zeichnungen Fig.1) nur einer sichtbar ist, können sich gleichachsig an diese anschliessen, so dass die Läuferscheibe 9 lediglich eine Unterbrechung des Axialverlaufs der Eingriffsteile dar­stellt. Für eine gleichmässigere Arbeitsweise der Maschine und damit eine geringere Belastung der Antriebsverbindung zwischen Aussen- und Innenläufern, d.h. der Zahnräder 10,11, sind jedoch die axial aneinandergrenzenden Aussen- und Innenläufer 2 bis 5 vorzugsweise in Umfangsrichtung um 180° versetzt zueinander angeordnet. Die sich durch die Kompres­sion in der Maschine ergebenden Belastungsspitzen treten folglich an beiden axial aneinandergrenzenden Läufern 2,3 und 4,5 nicht gleichzeitig auf.

[0009] Die Grösse des inneren Durchmessers der axial inneren Läu­ferscheibe 9 ist durch die am besten in Fig.2 sichtbare Exzentrizität der Wellenachse 7 der Innenläufer 2,3 relativ zur Drehachse 8 der Aussenläufer 4,5 sowie den Aussendurch­messer Welle 12 der Innenläufer 2,3 im Bereich der Läufer­scheibe 9 bestimmt, wobei ausserdem die erforderliche An­ordnung einer Lagerung 13 am Innendurchmesser 14 zu berück­sichtigen ist, die den Reibungswiderstand zwischen einem von der Läuferscheibe 9 umschlossenen, relativ zum Maschi­nengehäuse 6 stillstehenden Trennwandkörper 15 gering hält. Diese Lagerung 13 ist deshalb vorzugsweise als Wälzlager ausgeführt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Lagerung 13 in Umfangsnuten der Läuferscheibe 9 und des Trennwandkörpers 15 eingeschlossen, so dass sie gegen die Arbeitsräume 16 der Maschine abgedichtet ist. Es ver­steht sich, dass die Lagerung 13,bzw. das Wälzlager,auch in nur einer Umfangsnut der Läuferscheibe 9 oder des Trenn­wandkörpers 15 vorgesehen sein kann. Die axiale Abdichtung des Ringspaltes zwischen der Läuferscheibe 9 und dem Trenn­wandkörper kann durch dessen enge Bemessung oder durch in eine Nut eingreifende Dichtringe 17,18 erfolgen.

[0010] Wie in Fig.1 durch den Bereich 19 angedeutet ist und sich auch durch die Darstellung der Fig.2 zeigt, erstrecken sich die Arbeitsräume 16 einer erfindungsgemässen Rotationkol­benmaschine radial nach innen wesentlich über den inneren Durchmesser 14 der axial inneren Läuferscheibe 9 hinaus und werden in diesem Erstreckungsbereich 19 in axialer Richtung durch den Trennwandkörper 15 begrenzt, der sich in gleicher Ebene wie die Läuferscheibe 9 erstreckt und somit die ra­dial innere Fortsetzung von deren die Arbeitsräume 16 be­grenzenden Seitenflächen 9a,9b bildet. Durch die Kombination der axial inneren Läuferscheibe 9 mit dem somit ebenfalls axial inneren Trennwandkörper 15 ergibt sich eine axiale Unterteilung der Arbeitsräume 16 der Maschine, so dass ein somit axial abgetrennter Bereich der Maschine arbeitsmässig als Hochdruckstufe hinter einer ersten Niederdruckstufe angeordnet sein kann. Die Darstellung in Fig.3 zeigt die Strömungskanäle 20,21 zwischen einem Niederdruckteil 22 und einem Hochdruckteil 23 einer erfindungsgemässen Rota­tionskolbenmaschine, die über einen Zwischenkühler 24 ge­führt sind, um das durch die Kompression in dem Niederdruck­teil 22 erwärmte Gas vor seiner weiteren Kompression in dem Hochdruckteil 23 abzukühlen. Das Kühlmittel zirkuliert über die Rohrleitungen 25,26.

[0011] Die grundsätzliche Wirkungsweise des dargestellten Ausfüh­rungsbeipieles, insbesondere die Form der sich dynamisch durch die Relativbewegung zwischen Aussen- und Innenläufern verändernden Arbeitsräume 16 zwischen den Eingriffsteilen 4a,4b,4c ist in der DE-PS 34 32 915 näher beschrieben und dargestellt.

[0012] An ihren beiden äusseren Enden trägt die aus den beiden Aussenläufern 4,5 gebildete Aussenläufereinheit ringförmige Endkörper 30,31, die an die Eingriffsteile 4a,4b,4c; 5a,5b, 5c angeschraubt sind, wie durch die Linien 32,33 angedeutet ist. Ueber diese Endkörper 32,33 erfolgt die Lagerung der Aussenläufereinheit 4,5 mittels Wälzlagern 34,35, die sich auf mit Gehäuseseitenplatten 36,37 fest verbundenen Aus­füllkörpern 38,39 abstützen. Die Zahnrad-Getriebeverbindung 10,11 zwischen der Aussen- und Innenläufereinheit 4,5;2,3 im Drehzahlverhältnis von 2:3 ist zwischen einem äusseren und inneren Ausfüllkörper 38,40 angeordnet, die fest mit­einander verschraubt sind. Die Welle 12 der Innenläuferein­heit 2,3 ist in Wälzlagern 41,42 gelagert, die in den Aus­füllkörpern 38,39 gehalten sind.

[0013] Die Lagerung 43 zwischen dem axial inneren Trennwandkörper 15 und der Welle 12 ist geringer beansprucht, da die dort auftretenden Lagerkräfte lediglich das Mitdrehen des Trenn­ wandkörpers 15 mit der axial inneren Läuferscheibe 9 zu ver­hindern haben. Entsprechend kann diese Lagerung durch eine dünne Lagerschale 43 gebildet sein.

[0014] Die Ein- und Auslassstutzen 44,45 der Maschine befinden sich am Umfang des Gehäuses 6.

Ansprüche

1. Innenachsige Rotationskolbenmaschine mit mindestens zwei auf einer gemeinsamen Welle (12) befestigten Innen­läufern (2,3) und einer entsprechenden Anzahl von Aussen­läufern (4,5) , die von einem gemeinsamen Gehäuse (6) um­schlossen und axial nebeneinander angeordnet sind, wobei die Eingriffsteile (4a,4b,4c) der Aussenläufer (4,5)in Umfangs­richtung miteinander und in axialer Richtung mit denjenigen des benachbarten Aussenläufers (4,5) durch eine kreisring­förmige, axial innere Läuferscheibe (9) starr verbunden sind, so dass diese die Welle (12) der Innenläufer (2,3) um­schliesst und die Arbeitsräume der Maschine axial unterteilt, dadurch gekennzeichnet, dass der von der axial inneren Läu­ferscheibe (9) umschlossene Raum durch einen Trennwandkörper (15) ausgefüllt ist, wobei zwischen der Läuferscheibe(9) und dem Trennwandkörper (15) sowie zwischen diesem und der Welle 12) jeweils eine Lagerung (13,43) vorgesehen ist und Ar­beitsräume (16) der Maschine bis an den Trennwandkörper (15) heranreichen.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, dass die axial innere Läuferscheibe (9) mit dem Trennwandkörper (15) die Maschine in einen axial länge­ren Niederdruckteil (22) und einen axial kürzeren Hochdruck­teil (23) unterteilt, die über einen ausserhalb des Umfangs­gehäuses (6) verlaufenden Strömungskanal (21) miteinander verbunden sind.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, dass zwischen der Läuferscheibe (9) und dem Trennwandkörper (15) ein Wälzlager (13) und zwischen der Welle (12) und dem Trennwandkörper (15) ein Gleitlager (43) vorgesehen ist.

4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, dass die axial einander benachbarten Aussen­bzw.Innenläufer (4,5;2,3) in Umfangsrichtung zueinander versetzt miteinander befestigt sind.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Versetzung 180° beträgt.

Zeichnung