DE2411004A1 - Mit heissen, ablagerungen bildenden gasen oder daempfen arbeitende rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

2ΑΊΊ00Α

25. Februar 197 4

Beschreibung der Erfindung

Mit heißen, Ablagerungen bildenden Gasen oder Dämpfen arbeitende Rotationskolbenmaschine

Dr. Felix Wankel / Ernst Hutzenlaub 899 Lindau (B)
Fraunhoferstraße 10

Die Erfindung betrifft eine innen- oder außenachsige Rotationskolbenmaschine, insbesondere eine Rotationskolbenexpansionsmaschine für Arbeits- oder Fördermittel, die heiße Ablagerungen bildende Gase oder Dämpfe sind.

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Derartige Maschinen können kraftabgebend von derartigen heißen Gasen oder Dämpfen angetrieben oder, z.B. in chemischen Prozessen, solche Medien fördernde oder verdichtende Maschinen sein.

Bekannt sind Rotationskolbenexpansionsmaschinen als Antrieb für Lader von Brennkraftmaschinen, die in deren heißem Abgasstrom laufen. Beschrieben wurde eine im Übersetzungsverhältnis 2:3 arbeitende innenachsige Kreiskolbenmaschine der Trochoidenbauweise, deren eine kraftaufnehmende Seite als Lader einer Brennkraftmaschine arbeitet und dessen kraftabgebende andere Seite als Expansionsmaschine von den heißen Abgasen der gleichen Brennkraftmaschine angetrieben wird (BRP. 1 008 754 = DAS

1 301 611). Die sich bei derartigen Maschinen wegen der Wärmedehnung und der Anlagerung von Verbrennungsrückständen der Brennkraftmaschine ergebenden Schwierigkeiten werden bei diesem Vorschlag durch ein Dichtsystem mit beweglichen Dichtteilen umgangen, das jedoch sehr aufwendig ist. Auch erfordert es eine Schmierung, so daß unerwünschterweise teilverbrannte Rückstände der Schmiermittel an die Atmosphäre abgegeben werden.Demgegenüber wurde ein, aus zwei außenachsigen auf den selben Wellen angeordneten Rotationskolbenmas chinan bestehender Abgaslader vorgeschlagen (OS

2 232 592). Die kraftabgebende Rotationskolbenmaschine wird von den heißen ,Abgasen der aufgeladenen Brennkraftmaschine angetrieben und weist keine beweglichen Dichtteile auf, sondern bildet möglichst enge Spalten, um ins Gewicht fallende Leckverluste zu vermeiden. Der Läufer der im Betrieb

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befindlichen Maschine kann mit seinen Dichtkanten die Ablagerungen bis auf schmälste Spalte freiräumen, wobei gerade ein gutes Abdichten der Maschine gewährleistende einigermaßen feste Ablagerungen des Arbeitsmittels erwünscht sind. Jedoch besteht die Gefahr, daß bei geringeren Drehzahlen und Lastzuständen und insbesondere nach dem Stillgesetz twerden infolge des Zurückgehens der Wärmedehnung ihres Gehäuses die Maschine fest geht oder nach Stillstand und neuem Anfahren durch angelagerte feste Kohleschichten oder verklebende Polymerisate der Treib- und Schinierstoffe und Ruß blockiert ist. Ein Vergrößern der Spalte ist nicht geeignet', diese Nachteile zu vermeiden, weil sich auch weitere Spalte mit der Zeit wieder zusetzen. Zudem würde sich der Wirkungsgrad der Maschine infolge der Erweiterung der Spalte ganz wesentlich verringern. Aus diesen Gründen bestand ein so weitgehendes Vorurteil, daß derartige Maschinen mit Ausnahme der hier erwähnten weder beschrieben noch gebaut wurden.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Festgehen bei erkalteten oder unter geringeren Lastzuständen arbeitenden derartigen nur spaltgedichteten Maschinen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Läufeirund Gehäuse einen durch das Material, die Kühlung, oder durch beides bedingten unterschiedlichen Wärmedehnungsbeiwert .aufweisen, der so gewählt ist, daß bei geringer werdenden Lastzuständen oder nach dem Stillgesetztwerden der Maschine eine Spaltvergrößerung zwischen Läufer und Gehäuse eintritt.

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Ferner wird erfindungsgemäß der Läufer in seinem Axialspiel so begrenzt, daß er mittig im Gehäuse läuft und seine Wärmedehnung durch die Axialspielbegrenzung nicht beeinträchtigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung Fig. 1 und 2 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Die in der Zeichnung in Längsschnitten dargestellte Rotationskolbenmaschine weist einen Gehäusemantel 1 und zwei Seitenscheiben 2 und 3 auf. Auf der Welle 4 sitzt ein Läufer 5. Bei dem Einlaßstutzen 6 tritt das in Brennkammer oder Brennkraftmaschine erhitzte Gas ein, treibt den Läufer 5 und tritt bei dem Auslaßstutzen 7 wieder aus. Zwischen den Innenwänden des Gehäusemantels 1 und dem Läufer 5 ist der Spalt 8, und zwischen den Innenwänden der Seitenscheiben 2 und 3 und dem Läufer 5 sind die Spalte 9 und 10. An den Innenwänden des Gehäusemantels 1 und am Außenumfang des Läufers 5, sowie an den Innenwänden der Seitenscheiben 2 und 3 und an den Außenwänden des Läufers 5 bilden sich Ablagerungen aus den Verbrennungsgasen, die aus Ölkohle, Polymerisaten der unvollständig verbrannten Schmier- und Treibstoffe des Heißgaserzeugers, Ruß und ähnlichem bestehen.

Die axiale Spielbegrenzung geschieht durch ein zweiseitig wirkendes Längslager 11, das durch einen Invarstab mit dem Läufer verbunden ist, oder durch zwei einseitig wirkende Längslager 13 und 14 mit den Axialspielen 15 und 16, die unmittelbar auf den Läufer 5 einwirken.

Die Läufer können zunächst mit verhältnismäßig reichlichem Spiel im Gehäuse eingebaut sein, da die Spalte sich durch

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Ablagerungen während des Betriebes verkleinern. Im Betrieb werden die Ablagerungen, an den Stellen wo sie der Drehbewegung im Wege sind, selbsttätig abgeschliffen, so daß die Maschine mit dem kleinstmöglichen Spaltabstand in radialer Beziehung läuft.

In axialer Beziehung ist der kleinstmögliche Spaltabstand durch die Anordnung der Axialspielbegrenzung bedingt. Versuche haben ergeben, daß es nicht zulässig ist, nur auf einer Lagerseite eine Axialbegrenzung für beide Richtungen vorzusehen, weil dann der Läufer 'sich nur in der Richtung des Loslagers ausdehnt. Infolgedessen wird auf der Seite des Loslagers die dort sich aufbauende stirnseitige Ablagerungs- , schicht verhältnismäßig dünn bleiben, und bei Lastverringerung oder Stillsetzen der Maschine wird der sich abkühlende Läufer sich vorTdieser Stirnseite verhältnismäßig weit entfernen.

Umgekehrt verhält es sich an der Läufer- und Gehäusestirnseite beim Festlager. Von der dort aufgetragenen Ablagerungsschicht wird sich die Läuferstirnseite beim Erkalten praktisch nicht entfernen, und das kurze Wellenstück zwischen Läuferstirnseite und der Festlagerstelle wird sich beim Abkühlen etwas zusammenziehen, so daß die Läuferstirnseite auf der Ablagerungsschicht festgeht.

Um dies zu verhindern ist es bei einer einseitig angeordneten aber in zwei Richtungen wirkenden Axialspielbegrenzung notwendig, eine Anordnung nach Fig. 1 zu nehrren. Hierbei wird der Läufer 5 durch einen sehr wenig sich ausdehnenden Stab 12, z.B. aus Invarmaterial, mit der axialspielbegrenzenden Lager-

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stelle 11 verbunden. Das eine Ende des Invarstabes 12 ist in der axialen Mitte des Läufers 5 befestigt, während das andere Ende mit dem axialspielbegrenzenden Lager 11 verbunden ist. Infolgedessen kann der Läufer 5 sich gleichmäßig an beiden Seiten ausdehnen oder zusammenziehen.

Eine andere, dem Erfindungsgedanken entsprechende Axialspielbegrenzung nach Fig. 2 besitzt in den beiderseits des Läufers 5 angeordneten Axiallagerstellen 13 und 14 cer Läuferwelle eine jeweils nur in einer Richtung wirksame Axialspielbegrenzung. Die Spiele 15 und 16 der beiden Axiallagerstellen müssen so eingestellt werden, daß der Läufer sich bei Erhitzung axial ausdehnen kann und erst damit das geringste Axialspiel erreicht wird.

Bei beiden Längslager-Anordnungen ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, ein kleines Axialspiel zu ermöglichen, um ein geringes Abschleifen der Ablagerungsschichten im Betriebe zuzulassen.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. 24110OA

   Patentansprüche:

   Rotationskolbenmaschine, insbesondere Rotationskolbenexpansionsmaschine für Arbeits- oder Fördermittel, die heiße, Ablagerungen bildende Gase oder
   Dämpfe sind,

   ddgek., daß der Innenläufer (5) einen größeren
   Wärmedehnungsbeiwert aufweist und/oder daß er weniger stark gekühlt ist, als das Maschinengehäuse (1) (2) (3) und daß bei Stillstand bzw. Abkühlung der Maschine der Spaltabstand zwischen Läufer und Gehäuse größer wird.

   Nach Anspruch 1 ddgek.,daß die axiale Mittellage des
   Läufers 5 im Gehäuse 1 durch ein zweiseitig wirkendes Längslager 11, das mittels eines Stabes 12 geringster Wärmedehnung mit der axialen Läufermitte verbunden ist.

   Nach Anspruch 1 ddgek., daß zwei an beiden Seiten des Läufers 5 angeordnete Längslager 13 und 14 das Axialspiel des heißen Läufers begrenzen.

   Nach Anspruch 1 ddgek., daß die Längslager 11, 13, 14 der Läufer ein Axialspiel aufweisen, das geringer ist als die kleinste zulässige Spaltbreite zwischen Läufer und Gehäuse 2 und 3.

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