DE1156315B - Rotary piston machine - Google Patents

Description

Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine, die als Verdichter, Pumpe oder Motor verwendbar ist, mit einer in einem Gehäuse rotierenden zylindrischen Kapsel, einem koaxialen Hohlraum mit langlochförmigem Querschnitt und einer exzentrisch gelagerten Walze als Drehkolben im Innern der Kapsel, wobei die Exzentrizitäten der Walzendrehachse zur Walzenachse und zur Kapselachse gleich groß sind, so daß sich die Walze mit gleichem Drehsinn und doppelt so schnell wie die Kapsel dreht, und dabei der Hohlraum in zwei veränderliche Hubräume aufgeteilt ist.Rotary piston machine The invention relates to a rotary piston machine, which can be used as a compressor, pump or motor, with one in a housing rotating cylindrical capsule, a coaxial cavity with an elongated hole Cross-section and an eccentrically mounted roller as a rotary piston inside the Capsule, the eccentricities of the roller axis of rotation to the roller axis and to the capsule axis are of the same size, so that the roller rotates in the same direction and is twice as fast as the capsule rotates, dividing the cavity into two variable displacements is.

Bei Drehkolbenmaschinen wäre anzustreben, das Verdrängungsvolumen im Verhältnis zur Summe der Spaltlängen zwischen den bei der Bewegung gegeneinander gleitenden Teilen möglichst groß zu machen, um die prozentualen Verluste niedrig zu halten.In the case of rotary piston machines, the aim would be to reduce the displacement in relation to the sum of the gap lengths between the two when moving against each other Make sliding parts as large as possible in order to keep the percentage losses low to keep.

Bei einer bekannten Umlauf-Hub-Kolbenmaschine ist das Verdrängungsvolumen proportional der vierfachen Exzentrizität, was einen sehr günstigen Wert darstellt. Eine Maschine der eingangs erwähnten Art ist besonders günstig, da bei ihr das Verdrängungsvolumen pro Umdrehung etwa proportional der achtfachen Exzentrizität ist. Dabei können die Spalte bzw. Berührungslinien fast das theoretische Minimum erreichen, da der wirksame Verdrängungsraum etwa die Gestalt eines Würfels haben kann. Diese Art von Drehkolbenmaschinen kann grundsätzlich als Pumpe, Verdichter oder Motor und für gasförmige oder flüssige Mittel angewandt werden und besteht unabhängig vom Verwendungszweck aus einem Gehäuse mit Öffnungen für Ein- und Auslaß, einer in dem Gehäuse rotierenden, zylindrischen Kapsel, einem koaxial liegenden Hohlraum mit langlochförmigem Querschnitt und einer zur eigenen und zurKapselachse exzentrisch gelagerten Walze als Drehkolben im Innern der Kapsel, der den Hohlraum in zwei Hubräume aufteilt. Die Walze dreht sich im gleichen Drehsinn und doppelt so schnell wie die Kapsel, wobei sie, relativ zur Kapsel gesehen, außer einer drehenden eine hin- und hergehende Bewegung ausführt und dabei die Größe der Hubräume verändert. Die Kapselachse, die Walzenachse und die Achse, um die sich die Walze dreht, »Walzendrehachse« genannt, sind untereinander parallel, wobei die Achsabstände, »Exzentrizitäten« genannt, der Walzendrehachse zur Walzenachse und der Walzendrehachse zur Kapselachse gleich groß sind. Da der engste Spalt zwischen der Walze und dem Hohlraum mit dem langlochförmigen Querschnitt nur längs zweier Linien verläuft, ist die Abdichtung einer solchen Walze besonders schwierig oder unvollkommen, daher ist die Walze auch schon mit einem gleitsteinähnlichen Kolbenkörper umgeben worden, so daß auch an den achsparallelen Spalten statt Dichtungslinien Dichtungsflächen gegeben sind. Derartige Kolbenkörper haben aber auch Nachteile: Sind nämlich die Längen der planparallelen Dichtflächen kurz gehalten, neigen die Kolbenkörper zum Verkanten mit der Folge großer Linienpressungen an den Kanten der Dichtflächen; sind hingegen diese Längen größer, dann bekommen die Kolbenkörper im Verhältnis zur Exzentrizität große Abmessungen, und damit entstehen verhältnismäßig große stirnseitigeDichtflächen und somit entsprechend große Lässigkeitsverluste.In a known rotary reciprocating piston machine, the displacement is proportional to four times the eccentricity, which is a very favorable value. A machine of the type mentioned at the beginning is particularly favorable because it has the displacement volume per revolution is roughly proportional to eight times the eccentricity. The Gaps or lines of contact almost reach the theoretical minimum, since the effective Displacement space can have the shape of a cube. This type of rotary piston engine Can basically be used as a pump, compressor or motor and for gaseous or liquid Means are applied and consists of a housing regardless of the purpose with openings for inlet and outlet, a cylindrical rotating in the housing Capsule, a coaxially lying cavity with an elongated cross-section and a to its own and to the capsule axis eccentrically mounted roller as a rotary piston inside the capsule, which divides the cavity into two displacements. The roller turns in same sense of rotation and twice as fast as the capsule, being relative to the Capsule seen, except for a rotating one that performs a reciprocating motion and changed the size of the displacements. The capsule axis, the roller axis and the axis around which the roller rotates, called the "roller axis of rotation", are one below the other parallel, with the center distances, called "eccentricities", of the roller axis of rotation to the roller axis and the roller rotation axis to the capsule axis are the same size. Since the narrowest gap between the roller and the cavity with the elongated cross-section runs only along two lines, the sealing of such a roller is special difficult or imperfect, so the roller is already with a sliding stone-like Piston body has been surrounded, so that also at the axially parallel columns instead of sealing lines Sealing surfaces are given. However, such piston bodies also have disadvantages: If the lengths of the plane-parallel sealing surfaces are kept short, they tend to Piston body to tilt with the consequence of large line pressures on the edges of the Sealing surfaces; on the other hand, if these lengths are greater, then the piston bodies get large dimensions in relation to the eccentricity, and thus arise proportionally large frontal sealing surfaces and thus correspondingly large leakage losses.

Um bei dieser Art von Drehkolbenmaschinen die vorstehend bemängelten Lässigkeitsverluste in den Spalten einerseits, zu hohe Flächen- und Linienpressungen der bewegten Teile gegeneinander mit der Gefahr der Riefenbildung andererseits zu beseitigen, sind erfindungsgemäß zwischen der Walze und den beiden parallelen Wänden des Hohlraumes zwei Gleitschuhe angeordnet, in denen die Walze drehbar ist und die an der hin- und hergehenden Bewegung der Walze teilnehmen.To with this type of rotary piston machine the above criticized On the one hand, leakage losses in the gaps, too high surface and line pressures the moving parts against each other with the risk of scoring on the other hand eliminate, are according to the invention between the roller and the two parallel walls of the cavity arranged two sliding shoes, in which the roller is rotatable and the participate in the reciprocating movement of the roller.

Als für die Erfindung charakteristische Verbesserung wird mit dieser Anordnung erreicht, daß sich während des Laufes die herstellungs- und auch abnutzungsmäßig bedingten Spalten, in denen Lässigkeitsverluste entstehen, selbsttätig aufheben, weil die Senkrechten auf die einander zugeordneten Resultierenden der wirksamen Normalkräfte auf die Gleitflächen zwischen Walze und Gleitschuhen einerseits und Gleitschuhen und Hohlraumwänden andererseits einen spitzen Winkel bilden. Durch die dadurch hervorgerufene Keilwirkung läuft selbst bei großen Herstellungsspielen und Abnutzungswerten an den Kolbenteilen und den Hohlraumwänden der Kolben spalt-und somit spaltverlustfrei im Hohlraum. Die Verbindungen der Hubräume mit dem Einlaß- bzw. Auslaßraum im Gehäuse sind meistens durch Bohrungen, Schlitze od. dgl. in der Kapselwand hergestellt, die während des Hubwechsels von den Eimaß- und Auslaßraum trennenden Gehäuseteilen abgedeckt sind. Dabei können je nach den Erfordernissen des Verwendungszweckes und der Betriebsbedingungen als Abdichtung zwischen dem Einlaß-und dem Auslaßraum in dem Gehäuse und zwischen der Kapsel und damit gleichzeitig als Abdeckung der Verbindungen zu den Hubräumen zweckmäßig ein einfacher oder ein Labyrinthspalt oder andere an sich bekannte Bauteile mit knien-, lippen- oder flächenförmiger Berührung angeordnet sein kann. Erforderlichenfalls kann ein zur Abdeckung der die Verbindungen der Hubräume mit der Ein- bzw. Auslaßseite im Gehäuse herstellenden Schlitze der Kapsel bei Zwischenstellungen der Kapsel dienender Gehäusewandbereich über dem Punkt des Hubwechsels hinaus derart weit verlängert sein, daß während der Drehung eine in sich abgeschlossene Entspannung oder Verdichtung im Hubraum durchführbar ist.As an improvement characteristic of the invention, this Arrangement achieved that the manufacturing and also wear and tear during the run automatically remove conditional gaps in which leakage losses occur, because the perpendicular to the resultant associated with one another is the effective Normal forces on the sliding surfaces between the roller and sliding shoes on the one hand and On the other hand, sliding shoes and cavity walls form an acute angle. By the resulting wedge effect works even with large manufacturing games and wear values on the piston parts and the cavity walls of the pistons thus without any gap loss in the cavity. The connections of the cubic capacities with the inlet and outlet space in the housing are mostly through holes, slots or the like. Manufactured in the capsule wall, which during the stroke change of the Eimaß- and housing parts separating the outlet space are covered. Depending on the Requirements of the intended use and the operating conditions as a seal between the inlet and outlet spaces in the housing and between the capsule and thus at the same time useful as a cover for the connections to the cubic capacities simple or a labyrinth gap or other known components with knee, lip-shaped or surface-shaped contact can be arranged. If necessary can be one to cover the connections of the displacements with the inlet or outlet side in the housing producing slots of the capsule serving in intermediate positions of the capsule Housing wall area extended so far beyond the point of stroke change be that during the rotation a self-contained relaxation or compression is feasible in cubic capacity.

Um den Totraum bzw. bei als Verdichter arbeitender Drehkolbenmaschine den schädlichen Raum auf ein Mindestmaß herabzusetzen, können an gleitstein-oder gleitschuhförmigen Bauteilen Zapfen, Warzen od. dgl. angeordnet sein, die in den Hubendlagen in die Bohrungen, Schlitze od. dgl. in der Kapselwand, die die Verbindung der Hubräume mit dem Einlaß-bzw. Auslaßraum herstellen, eingreifen.Around the dead space or when the rotary piston machine is working as a compressor To reduce the harmful space to a minimum, you can use sliding blocks or Sliding shoe-shaped components pegs, warts or the like. Be arranged in the Stroke end positions in the bores, slots or the like in the capsule wall that make the connection the cubic capacity with the inlet or. Establish outlet space, intervene.

Bei einstöckiger Ausführung der Kapsel ist es vorteilhaft, zwischen den Wänden des Hohlraumes und der zylindrischen Außenumfangswand Kammern vorzusehen, die zur Kühlung des Rotors dienen. Die Kapsel selbst kann mehrteilig ausgebildet sein, wobei in einem rohrförmigen Mantel zwei Segmentstücke als Wände des Hohlraumes eingesetzt sind.In the case of a one-piece design of the capsule, it is advantageous between to provide chambers in the walls of the cavity and the cylindrical outer peripheral wall, which serve to cool the rotor. The capsule itself can be constructed in several parts be, with two segment pieces as walls of the cavity in a tubular jacket are used.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele einer Drehkolbenmaschine gemäß der Erfindung im Querschnitt dargestellt.1 and 2 are two exemplary embodiments of a rotary piston machine shown according to the invention in cross section.

In Fig. 1 ist eine als Verdichter arbeitende Drehkolbenmaschine gezeigt. In einem Gehäuse 1 ist eine zylindrische Kapsel 2 drehbar um die Achse 3 gelagert. Im Innern der Kapsel 2 befindet sich ein koaxialer Hohlraum 21 mit langlochförmigem Querschnitt. In dem Hohlraum 21 ist ein Drehkolben, der aus einer Walze 18 und zwei Gleitschuhen 19 und 20 zusammengesetzt ist, untergebracht. Die Walzendrehachse 7 ist einerseits zur Walzenachse 6, andererseits zur Kapselachse 3 exzentrisch angeordnet, wobei die beiden Exzentrizitäten gleich groß sind. Im Gehäuse 1 befinden sich ein Einlaß- und ein Auslaßraum 8 und 9, die durch die dazwischenliegenden Gehäusewandteile 10 und 11 und die Kapsel 2 voneinander getrennt sind. In der Kapselwand befinden sich Bohrungen oder Schlitze 12 und 13 als Ein- bzw. Auslässe des Fördermittels in den Hohlraum 21. Die Ein- und Auslässe werden in sinnvoller Weise von den zwischen 10 und 10a und 11 und 11a liegenden Gehäusewandbereichen abgedeckt. Die Wandbereiche 10 bis 10a und 11 bis 11a sind grundsätzlich etwa in Verlängerung einer gedachten Verbindung der Kapselachse 3 und der Walzendrehachse 7 angeordnet, wobei bei dem Ausführungsbeispiel eine von der Stelle 11a bis zur Kante 14 verlängerte Abdeckung dargestellt ist.In Fig. 1, a rotary piston machine operating as a compressor is shown. A cylindrical capsule 2 is rotatably mounted about the axis 3 in a housing 1. In the interior of the capsule 2 there is a coaxial cavity 21 with an elongated cross-section. A rotary piston, which is composed of a roller 18 and two sliding blocks 19 and 20, is accommodated in the cavity 21. The roller axis of rotation 7 is arranged eccentrically to the roller axis 6 on the one hand and to the capsule axis 3 on the other hand, the two eccentricities being equal. In the housing 1 there is an inlet and an outlet space 8 and 9, which are separated from one another by the housing wall parts 10 and 11 and the capsule 2 lying in between. In the capsule wall there are bores or slots 12 and 13 as inlets and outlets of the conveying means in the cavity 21. The inlets and outlets are expediently covered by the housing wall areas between 10 and 10a and 11 and 11a. The wall areas 10 to 10 a and 11 to 11 a are basically arranged approximately as an extension of an imaginary connection of the capsule axis 3 and the roller axis of rotation 7, wherein in the embodiment a cover extended from the point 11a to the edge 14 is shown.

Die Wirkungsweise ist, ausgehend von der dargestellten Lage von Kapsel 2 und Walze 18, folgende: Die Kapsel 2 dreht sich in Richtung des Pfeiles 15 um die Achse 3; gleichzeitig dreht sich die Walze 18 um die Walzendrehachse 7 in Richtung des Pfeiles 16 mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit wie die Kapsel 2. Dabei bewegt sich die Walze 18 mit den Gleitschuhen 19 und 20 durch den Hohlraum 21, der in zwei bei der Drehung sich verändernde Hubräume aufgeteilt wird. Aus dem Einlaßraum 8 strömt dabei das zu verdichtende Medium durch den Schlitz 12 in den sich vergrößernden Hubraum 17, der in der Lage, in der der Schlitz 12 bei 11 abgedeckt wird, sein größtes Volumen erreicht. Bei der Weiterdrehung verkleinert der aus Walze 18 und Gleitschuhen 19, 20 bestehende Drehkolben den Hubraum und verdichtet das eingeschlossene Medium, bis bei 14 die Abdekkung des Schlitzes 12 beendet ist und der den Hubraum fortgesetzt verkleinernde Drehkolben das Medium durch den Schlitz 12 in den Anlaßraum ausschiebt, bis der Schlitz 12 bei 10 abgedeckt wird und nach dem neuerlichen Öffnen des Schlitzes 12 das Arbeitsspiel sich wiederholt. Im zweiten Hubraum findet das gleiche um 180° verschobene Arbeitsspiel statt.The mode of action is based on the position of the capsule shown 2 and roller 18, the following: The capsule 2 rotates in the direction of arrow 15 the axis 3; at the same time, the roller 18 rotates about the roller axis of rotation 7 in the direction of the arrow 16 at twice the angular velocity as the capsule 2. It moves the roller 18 with the sliding shoes 19 and 20 through the cavity 21, which is in two when rotating, changing cubic capacity is divided. From the inlet space 8 the medium to be compressed flows through the slot 12 into the expanding Displacement 17, which is in the position in which the slot 12 is covered at 11, its largest Volume reached. As the rotation continues, the roller 18 and sliding blocks are reduced in size 19, 20 existing rotary pistons increase the displacement and compress the enclosed medium, until the cover of the slot 12 is ended at 14 and the displacement continues reducing rotary piston pushes the medium through the slot 12 into the starting chamber, until the slot 12 is covered at 10 and after the slot has been reopened 12 the work cycle repeats itself. In the second displacement the same takes place at 180 ° shifted work cycle instead.

In der Fig. 2 ist der Drehkolben aus einer Walze 22 und einem Gleitkörper 23 zusammengesetzt. Auf dem Gleitkörper 23 sind Zapfen 24 angeordnet, die in den Hubendlagen in die Bohrungen 12a bzw. 13a eingreifen, wodurch der schädliche Raum auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.In FIG. 2, the rotary piston is made up of a roller 22 and a sliding body 23 composed. On the sliding body 23 pins 24 are arranged in the Stroke end positions engage in the bores 12a or 13a, whereby the harmful space is reduced to a minimum.

Die Kapsel ist mehrteilig ausgebildet, wobei in einen rohrförmigen Mantel 2 c zwei Segmentstücke 2 d als Wände des Hohlraumes 21 a eingesetzt sind.The capsule is designed in several parts, with a tubular Shell 2 c two segment pieces 2 d are used as walls of the cavity 21 a.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Drehkolbenmaschine als Pumpe, Verdichter oder Motor mit einer in einem Gehäuse rotierenden zylindrischen Kapsel, einem koaxialen Hohlraum mit langlochförmigem Querschnitt und einer exzentrisch gelagerten Walze als Drehkolben im Innern der Kapsel, wobei die Exzentrizitäten der Walzendrehachse zur Walzenachse und zur Kapselachse gleich groß sind, so daß sich die Walze mit gleichem Drehsinn und doppelt so schnell wie die Kapsel dreht, und dabei der Hohlraum in zwei veränderliche Hubräume aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Walze (18) und den beiden parallelen Wänden des Hohlraumes (21) zwei Gleitschuhe (19, 20) angeordnet sind, in denen die Walze drehbar ist und die an der hin- und hergehenden Bewegung der Walze teilnehmen. PATENT CLAIMS: 1. Rotary piston machine as a pump, compressor or Motor with a cylindrical capsule rotating in a housing, a coaxial one Cavity with an elongated cross-section and an eccentrically mounted roller as a rotary piston inside the capsule, the eccentricities of the roller axis of rotation to the roller axis and to the capsule axis are the same size, so that the roller with same sense of rotation and twice as fast as the capsule rotates, and thereby the cavity is divided into two variable displacements, characterized in that between the roller (18) and the two parallel walls of the cavity (21) have two sliding shoes (19, 20) are arranged in which the roller is rotatable and the back and forth take part in the forward movement of the roller. 2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Abdeckung der die Verbindungen der Hubräume (17, 18) mit der Ein- bzw. Auslaßseite (8, 9) im Gehäuse herstellenden Schlitze (12, 13) der Kapsel (2) bei Zwischenstellungen der Kapsel dienender Gehäusewandbereich (11 bis 11a) über den Punkt des Hubwechsels (11a) hinaus derart weit verlängert ist (bis 14), daß während der Drehung eine in sich abgeschlossene Entspannung oder Verdichtung im Hubraum durchführbar ist. 2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that one for covering the connections of the displacements (17, 18) with the inlet or outlet side (8, 9) in the housing producing slots (12, 13) of the capsule (2) in intermediate positions of the capsule serving housing wall area (11 to 11a) extended so far beyond the point of stroke change (11a) is (to 14) that a self-contained relaxation or during the rotation Compression is feasible in cubic capacity. 3. Drehkolbemnaschine nach Anspruch 1 und 2, bei der die beiden Gleitschuhe zu einem die Walze auf ihrem ganzen Umfang umgebenden Gleitkörper ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitkörper (23) mit in seiner Bewegungsrichtung abstehenden Zapfen (24) versehen ist, die bei den Hubendlagen in Bohrungen (12a, 13a) der Kapselwand, die die Verbindung der Hubräume mit dem Einlaß- bzw. Auslaßraum herstellen, eingreifen, wodurch der Totraum auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist (Fig. 2). 3. rotary piston machine according to claim 1 and 2, in which the two sliding blocks become one surrounding the roller over its entire circumference Sliding bodies are formed, characterized in that the sliding body (23) with provided in its direction of movement protruding pin (24) is, those at the stroke end positions in bores (12a, 13a) in the capsule wall that make the connection produce the cubic capacity with the inlet or outlet space, intervene, whereby the Dead space is reduced to a minimum (Fig. 2). 4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einstückiger Ausführung der Kapsel (2) zwischen den Wänden des Hohlraumes (21) und der zylindrischen Außenumfangswand (2a) Kammern (2b) vorgesehen sind, die zur Kühlung des Rotors dienen (Fig. 1). 4. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that in the one-piece design of the capsule (2) between the walls of the cavity (21) and the cylindrical outer peripheral wall (2a) chambers (2b) are provided which are used to cool the rotor (Fig. 1). 5. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel mehrteilig ausgebildet ist, wobei in einem rohrförmigen Mantel (2 c) zwei Segmentstücke (2 d) als Wände des Hohlraumes (21a) eingesetzt sind (Fig. 2). In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 67 475, 188 952; französische Zusatzpatentschrift Nr. 40 241 (Zusatz zur Patentschrift Nr. 699 821); USA.-Patentschriften Nr. 1887 884, 1910 876. In. Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1000 029.5. Rotary lobe pump according to claim 3, characterized in that the capsule Is formed in several parts, with two segment pieces in a tubular jacket (2 c) (2 d) are used as walls of the cavity (21a) (Fig. 2). Considered Publications: Swiss Patents Nos. 67 475, 188 952; french Supplementary Patent Specification No. 40 241 (addition to Patent Specification No. 699 821); U.S. Patents No. 1887 884, 1910 876. In. Older patents considered: German patent no. 1000 029.