DE1263973B - Inner rotary piston of a rotary piston machine with rotary pistons arranged eccentrically inside one another - Google Patents
Inner rotary piston of a rotary piston machine with rotary pistons arranged eccentrically inside one anotherInfo
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Description
Innerer Drehkolben einer Drehkolbenmaschine mit exzentrisch ineinander angeordneten Drehkolben Die Erfindung betrifft den inneren Drehkolben einer Drehkolbenmaschine, insbesondere eines Verdichters, mit exzentrisch ineinander angeordneten zahnradartigen Drehkolben, von denen der äußere den inneren unmittelbar, d. h. ohne besondere Getriebezahnräder bzw. -verzahnung in der Drehbewegung mitnimmt,. wobei die Verzahnung dieses inneren Drehkolbens aus kreisbogenförmigen Zahnköpfen und diese verbindenden, flachen Bögen ähnelnden, konkaven Zahnlückenkurven besteht und jeder dieser Zahnköpfe ständig die Innenverzahnung des äußeren Drehkolbens berührt bzw. fast berührt und wobei ferner das gasförmige Förder- bzw. Arbeitsmedium den zwischen dem inneren und dem äußeren Drehkolben gebildeten Verdrängerzellen durch Gehäuseöffnungen an einer Stirnseite der Drehkolben axial zu- und abgeleitet wird.Inner rotary piston of a rotary piston machine with one inside the other eccentrically arranged rotary piston The invention relates to the inner rotary piston of a rotary piston machine, in particular a compressor, with eccentrically nested gear-like Rotary lobes, of which the outer immediately, d. H. without special gear wheels or toothing takes along in the rotary movement. being the interlocking of this inner Rotary lobes made of circular arc-shaped tooth tips and flat arches connecting them resembling, concave tooth space curves and each of these tooth tips constantly the internal toothing of the outer rotary piston touches or almost touches and wherein also the gaseous conveying or working medium between the inner and the outer rotary piston formed displacement cells through housing openings on one end face the rotary piston is supplied and discharged axially.
Bei solchen Drehkolbenmaschinen wird vielfach eine Verzahnung für die beiden Drehkolben gewählt, bei welcher, im Querschnitt gesehen, von einer theoretischen Grundform mit Spitzen als Zahnköpfen und meist Hypozykloiden als Verbindungskurven ausgegangen wird, wobei dann die Spitzen durch Kreisbögen ersetzt werden und die zykloidischen Verbindungskurven gleichsam nach außen verschoben werden, so daß sie an die Kreisbögen der Zahnköpfe tangierend anschließen. Dabei ist der Krümmungsradius der Zahnkopfkreisbögen so groß (etwa 5 bis 7 und mehr Prozent des größten Durchmessers des inneren Drehkolbens) gewählt, daß die Zahnköpfe im Querschnitt nicht mehr als spitz, sondern als gut abgerundet erscheinen, da man offenbar der Ansicht war, daß sich spitze Zahnköpfe bei Förderzahnrädern bzw. Drehkolben, die sich gegenseitig unmittelbar antreiben, schneller abnutzen würden. Da bei der theoretischen Ausgangsform der innere Drehkolben mit den Zahnspitzen, im Querschnitt also punktförmig mit der jeweils radial äußersten Stelle jedes Zahnes, die Innenverzahnung des äußeren Drehkolbens berührt, besteht in jeder Verdrängerzelle ein Ausgleich der in Umfangsrichtung durch den Druck des Förder-oder Arbeitsmediums auf die beiden zu dieser Verdrängerzelle gehörigen Zahnflanken des inneren Drehkolbens ausgeübten Kräfte und Momente. Diese Druckkräfte können z. B. als Tangentialprojektionen auf die Radialebene durch jeden Zahn dargestellt werden, welche dann bezüglich beider Zahnflanken gleich groß sind. Der in einer Verdrängerzelle herrschende Kompressions- oder Arbeitsdruck kann hier also keine Momente auf den inneren Drehkolben ausüben, so daß der innere Drehkolben gleichsam leer mitläuft, wenn er vom äußeren angetrieben wird. Wenn aber an Stelle der spitzen abgerundete Zahnköpfe vorhanden sind, dann berühren die Zahnköpfe des inneren die Innenverzahnung des äußeren Drehkolbens nicht immer mit ihren Scheitellinien, viehmehr wandert die Berührungsstelle an jedem Zahnkopf des inneren Drehkolbens hin und her, und es ändern sich dabei ständig die Abstände der zu einer Verdrängerzelle gehörigen Berührungsstellen zwischen den Verzahnungen von der Drehachse des inneren Drehkolbens, so daß die tangentialen Projektionsflächen, also die Druckkräfte und damit die auf den inneren Drehkolben ausgeübten Momente, in den einzelnen Verdrängerzellen nicht mehr im Gleichgewicht sind. Ferner entstehen bei gasförmigen Arbeitsmedien infolge Rückexpansion und Rückkompression noch weitere Drehmomente am inneren Drehkolben, so daß der innere Drehkolben infolge des Drehmomentwechsels flattert und eine dauernde Schlagarbeit auf den äußeren Drehkolben ausübt, was Geräuschentwicklung und Abnutzung der Zahnköpfe zur Folge hat.In such rotary piston machines there is often a toothing for the two rotary lobes chosen, in which, seen in cross section, from a theoretical one Basic shape with tips as tooth tips and mostly hypocycloids as connecting curves is assumed, in which case the tips are replaced by arcs and the cycloidal connecting curves are shifted outwards, so to speak, so that they connect tangentially to the circular arcs of the tooth tips. Where is the radius of curvature the tooth tip circular arcs so large (about 5 to 7 and more percent of the largest diameter of the inner rotary piston) chosen that the tooth tips in cross section no more than pointed, rather than well rounded, since it was evidently believed that pointed tooth tips in conveyor gears or rotary pistons, which are mutually exclusive drive immediately, would wear out faster. As with the theoretical starting form the inner rotary piston with the tooth tips, i.e. point-like in cross-section with the radially outermost point of each tooth, the internal toothing of the outer rotary piston touches, there is a compensation in the circumferential direction in each displacement cell the pressure of the delivery or working medium on the two to this displacement cell corresponding tooth flanks of the inner rotary piston exerted forces and moments. These Pressure forces can e.g. B. as tangential projections on the radial plane through each Tooth are shown, which are then the same size with respect to both tooth flanks. The compression or working pressure prevailing in a displacement cell can be used here so do not exert any moments on the inner rotary piston, so that the inner rotary piston runs along empty-handed, as it were, when it is driven by the outside. But if in place of the pointed rounded tooth tips are present, then touch the tooth tips of the inner the internal teeth of the outer rotary piston not always with their apex lines, The point of contact moves much more at each tooth tip of the inner rotary piston back and forth, and the distances between the and a displacer cell are constantly changing appropriate points of contact between the teeth of the axis of rotation of the inner Rotary piston, so that the tangential projection surfaces, so the pressure forces and thus the moments exerted on the inner rotary piston in the individual displacement cells are no longer in balance. Furthermore, gaseous working media arise further torques on the inner rotary piston due to back expansion and recompression, so that the inner rotary piston flutters as a result of the torque change and a permanent one Impact work exerts on the outer rotary piston, causing noise and wear which results in the tips of the teeth.
Es ist auch eine als Verdichter oder Expansionsmaschine gedachte Drehkolbenmaschine mit zwei im Inneneingriff kämmenden zahnradartigen Drehkolben bekannt, bei der der äußere Drehkolben mit der Antriebswelle verbunden ist und der innere Drehkolben im Querschnitt verhältnismäßig spitze Zahnköpfe aufweist. Dieser wird aber vom äußeren Drehkolben über Getriebezahnräder in der Drehbewegung mitgenommen. Dafür dürfen die Zahnköpfe des inneren die Zahnflanken des äußeren Drehkolbens nicht direkt berühren, sonst wäre die Konstruktion überbestimmt. Um dennoch eine gute Dichtung zwischen den Verzahnungen zu erreichen, sieht der Erfinder dieser bekannten Maschine radial bewegliche Zahnköpfe in Form von plattenförmigen Trennschiebern, deren Außenkanten mit Abrundungen verhältnismäßig kleiner Krümmungsradien versehen sind, im inneren Drehkolben vor. Angaben über die Größe dieser Krümmungsradien fehlen aber in der betreffenden Vorveröffentlichung.It is also a rotary piston machine designed as a compressor or expansion machine known with two internally meshing gear-like rotary pistons in which the outer rotary piston is connected to the drive shaft and the inner rotary piston has relatively pointed tooth tips in cross section. But this is from the outside Rotary piston entrained in the rotary movement via gear wheels. For this are allowed the tooth tips of the inner do not touch the tooth flanks of the outer rotary lobe directly, otherwise the construction would be overdetermined. To still have a good seal between To achieve the gears, the inventor of this known machine sees radially movable tooth heads in Form of plate-shaped slide gate valves, the outer edges of which are rounded off with relatively small radii of curvature are in front of the inner rotary lobe. There is no information about the size of these radii of curvature but in the relevant prior publication.
Lediglich in Form einer Querschnittsdarstellung sind noch zwei im Inneneingriff kämmende Zahnräder bekannt, bei denen das innere Rad aus einem kreiszylindrischen Kern besteht, von dem drei Zähne abstehen, deren Flanken durch steil stehende Kurven-bzw. Bogenstücke gebildet werden, die sich außen in einer Spitze treffen. Das Außenzahnrad weist vier Hohlzähne auf, in die die Zähne des Innenrades eingreifen können. Zwischen diesen Hohlzähnen erstrekken sich verhältnismäßig große Wandbereiche einer zentrischen kreiszylindrischen Bohrung des Außenrades.There are only two in the form of a cross-sectional representation Internal meshing gears known in which the inner wheel consists of a circular cylindrical Core consists, from which three teeth protrude, the flanks of which by steeply standing curves or. Elbow pieces are formed that meet outside in a point. The external gear has four hollow teeth into which the teeth of the internal gear can mesh. Between these hollow teeth extend relatively large wall areas of a centric circular cylindrical bore of the outer wheel.
Bei einer bekannten Zahnradpumpe mit zwei Zahnrädern im Inneneingriff, bei welcher das vom äußeren angetriebene innere Zahnrad viel weniger Zähne als das äußere aufweist und mit verhältnismäßig dicken Zahnköpfen versehen ist und ferner zwischen den beiden Zahnrädern noch ein sichelförmiges Füllstück sich befindet, sind die Ein- und Auslaßöffnungen zu den Zahnrädern in einer Gehäusestirnwand innerhalb des äußeren Zahnrades angeordnet und bis weit innerhalb des Zahnfußkreises des inneren Zahnrades ausgedehnt. Die Zahnlücken zwischen den Zähnen des inneren Zahnrades sind zur Ein- und Auslaßseite hin so ausgekehlt, daß das Fördermedium hauptsächlich über diese Auskehlungen in Verdrängerzellen zwischen den Zahnrädern ein- und abgeleitet wird. Es ist weiterhin eine Zahnradpumpe mit zwei Zahnrädern im Außeneingriff bekannt, bei welcher das Fördermedium an beiden Stirnseiten über Gehäusetaschen den Zahnlücken zu-- und abgeleitet wird, wobei die Zahnlücken, im Längsschnitt gesehen, nach beiden Stirnseiten hin abgeschrägt sind.In a known gear pump with two internal gears, in which the inner gear driven by the outer has far fewer teeth than that has outer and is provided with relatively thick tooth tips and further there is still a sickle-shaped filler piece between the two gears, are the inlet and outlet openings to the gears in a housing end wall inside of the outer gear and well within the tooth root circle of the inner Gear extended. The tooth gaps between the teeth of the inner gear are grooved towards the inlet and outlet side in such a way that the pumped medium mainly flows over these grooves in displacement cells between the gears and discharged will. It is also known a gear pump with two gears in external engagement, in which the conveying medium closes the tooth gaps on both front sides via housing pockets is added and derived, with the tooth gaps, seen in a longitudinal section, after both Front sides are beveled.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Drehkolbenmaschine der -eingangs erwähnten Art das Flattern des inneren Drehkolbens und die daraus sich ergebende Geräuschbildung und Abnutzung der Drehkolben zu vermeiden und ferner auch Maßnahmen zu treffen, um die Ein- und Ausströmgeschwindigkeiten des Förder-. oder Arbeitsmediums zu den Verdrängerzellen zu verringern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahnköpfe des inneren Drehkolbens, im Querschnitt gesehen, mit einem engen Abrundungsradius von etwa 1 bis 3 % des größten Durchmessers des inneren Drehkolbens abgerundet sind, so daß sie als relativ spitz erscheinen, und daß die zwischen den Zahnköpfen befindlichen Zahnlücken, im Längsschnitt gesehen, an der den stirnseitig angeordneten Ein- und Auslaßöffnungen zunächst liegenden Seiten abgeschrägt sind.The invention is based on the object in a rotary piston machine of the type mentioned at the beginning, the fluttering of the inner rotary piston and the resulting to avoid resulting noise and wear of the rotary lobes and further also take measures to reduce the inflow and outflow speeds of the conveyor. or to reduce the working medium to the displacement cells. This object is achieved according to the invention solved in that the tooth tips of the inner rotary piston, seen in cross section, with a narrow radius of curvature of about 1 to 3% of the largest diameter of the inner rotary lobes are rounded so that they appear as relatively pointed, and that the tooth gaps between the tooth tips, seen in longitudinal section, at the inlet and outlet openings arranged at the front Sides are beveled.
Um die Geräuschbildung und die Abnutzung des inneren Drehkolbens weiter zu mindern, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung seine Zahnköpfe an ihren mit der Innenverzahnung des äußeren Drehkolbens in Berührung kommenden Stellen mit auswechselbaren Einsatzstücken aus einem Werk-Stoff mit besonders guten Gleiteigenschaften oder aus einem elastischen Werkstoff versehen.Noise and wear and tear on the inner rotary lobe to reduce, according to a further embodiment of the invention, its tooth tips are on their points coming into contact with the internal teeth of the outer rotary piston with interchangeable inserts made of a material with particularly good sliding properties or made of an elastic material.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 den Querschnitt durch zwei Drehkolben ohne Gehäuse, F i g. 2 den Längsschnitt durch einen Drehkolbenkompressor mit angetriebenem äußeren und mitgenommenem inneren Drehkolben nach der Linie II-I1 in F i g. 1 und F i g. 3 einen Teilquerschnitt der beiden Drehkolben in vergrößerter Darstellung mit einer weiteren Einzelheit.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows F i g. 1 the cross section through two rotary lobes without housing, FIG. 2 shows the longitudinal section through a rotary piston compressor with driven outer and driven inner rotary piston along line II-I1 in Fig. 1 and F i g. 3 shows a partial cross-section of the two rotary pistons in an enlarged view Representation with one more detail.
In den F i g. 1 und 2 bewegt sich der angetriebene äußere Drehkolben 1 im Drehsinn des Uhrzeigers um seine Achse 2 und nimmt dabei den um seine Achse 4 drehenden inneren Drehkolben 3 mit. Der äußere Drehkolben 1 ist dabei mittels Gleit- oder Wälzlagern einseitig (fliegend) in einem Gehäuse 5, der innere Drehkolben gleichfalls einseitig in einem Gehäusedeckel 6 gelagert. In diesem Deckel ist ein Drehschieber 7 eingebaut, welcher die Einlaßöffnung 8 und die Auslaßöffnung 9 enthält. Der innere Drehkolben 3 ist auf der dem Drehschieber 7 zugekehrten Seite mit Abschrägungen 10 versehen. Zwischen dem äußeren und dem inneren Drehkolben werden die Verdränger= zellen 11,12,13,14 und 15 gebildet. Bei Drehung der Drehkolben vergrößern sich die Verdrängerzellen 11 und 12 und saugen durch die Einlaßöffnung 8 Gas an. Die Verdrängerzelle 13 verkleinert sich, ohne dabei mit der Einlaßöffnung 8 oder der Auslaßöffnung 9 in Verbindung zu stehen, so daß eine Kompression vor sich gehen kann. Die Verdrängerzelleri 14 und 15 verkleinern sich gleichfalls und schieben das verdichtete Gas durch die Auslaßöffnung 9 in eine Druckleitung aus. Wie F i g. 1 deutlich erkennen läßt, wandert infolge der spitzen Form der Zahnköpfe die Berührungslinie zwischen innerem und äußerem Drehkolben an einem Zahnkopf des inneren Kolbens im Laufe einer Umdrehung in radialer Richtung nur so wenig hin und her, daß praktisch keine unausgeglichenen Drehmomente am inneren Drehkolben 3 auftreten, da die Vektorsumme der tangentialen Gaskräfte auf die Zahnköpfe des inneren Drehkolbens 3 in jeder Verdrängerzelle 11 bis 15 bei allen Drehkolbenstellungen fast Null ist. An der Verdrängerzelle 15 ist besonders deutlich zu erkennen, in welch starkem Maße die Abschrägung 10 des inneren Drehkolbens 3 die seitliche freie Auslaßöffnung zwischen den Läufern vergrößert.In the F i g. 1 and 2 the driven outer rotary piston moves 1 clockwise around its axis 2, taking the one around its axis 4 rotating inner rotary piston 3 with. The outer rotary piston 1 is by means of Plain or roller bearings on one side (overhung) in a housing 5, the inner rotary piston likewise mounted on one side in a housing cover 6. In this lid is a Rotary valve 7 installed, which contains the inlet opening 8 and the outlet opening 9. The inner rotary piston 3 is on the side facing the rotary valve 7 with bevels 10 provided. The displacers = between the outer and inner rotary lobes cells 11, 12, 13, 14 and 15 are formed. When the rotary lobes turn, the increase Displacement cells 11 and 12 and suck in 8 gas through the inlet opening. The displacement cell 13 is reduced in size without affecting the inlet opening 8 or the outlet opening 9 to be connected so that compression can take place. The Verdrängerzelleri 14 and 15 also shrink and push the compressed gas through Outlet opening 9 into a pressure line. Like F i g. 1 clearly shows, wanders due to the pointed shape of the tooth tips, the line of contact between the inner and outer rotary piston on a tooth tip of the inner piston in the course of one revolution in the radial direction only so little back and forth that practically no unbalanced Torques on the inner rotary piston 3 occur because the vector sum of the tangential Gas forces on the tooth tips of the inner rotary piston 3 in each displacement cell 11 until 15 is almost zero at all rotary piston positions. Is on the displacement cell 15 can be seen particularly clearly to what extent the bevel 10 of the inner Rotary piston 3 increases the lateral free outlet opening between the rotors.
In F i g. 3 sind ein Teil des äußeren und ein Teil des inneren Drehkolbens in vergrößertem Maßstab dargestellt. Der Zahnkopf 16 des inneren Drehkolbens 3 berührt dabei gerade die Innenverzahnung 18 des äußeren Drehkolbens 1 und wird von diesem mitgenommen, während sich der Zahnkopf 17 im gleichen Zeitpunkt von der Innenverzahnung fast getrennt hat.In Fig. 3 are part of the outer and part of the inner rotary piston shown on an enlarged scale. The tooth head 16 of the inner rotary piston 3 is in contact while the internal toothing 18 of the outer rotary piston 1 and is of this taken while the tooth tip 17 at the same time of the internal teeth has almost separated.
Alle anderen nicht gezeichneten Zahnköpfe sind vom äußeren Läufer ebenfalls durch einen sehr geringen Spalt getrennt. Rein theoretisch ist jede Verdrängerzelle von der benachbarten durch eine Berührungsstelle eines Zahnkopfes des inneren Drehkolbens mit der Innenverzahnung des äußeren Drehkolbens getrennt, aber herstellungstechnisch läßt sich diese mehrfache Berührung zwischen den Verzahnungen nicht verwirklichen, so daß die erwähnten, natürlich sehr geringen Spalte an einigen der Zahnköpfe des inneren Drehkolbens entstehen. Aus F i g. 3 ist also zu erkennen, daß ein und derselbe Zahnkopf nur während verhältnismäßig kleiner Winkeldrehungen der Drehkolben und nur an seinem äußersten Ende bei geringen Gleitgeschwindigkeiten belastet wird.All other tooth tips not shown are from the outer rotor also separated by a very small gap. Every displacement cell is purely theoretical from the adjacent through a point of contact of a tooth tip of the inner rotary piston separated with the internal teeth of the outer rotary piston, but technically speaking this multiple contact between the teeth cannot be realized, so that the mentioned, of course, very small gaps at some of the tooth tips of the inner rotary piston arise. From Fig. 3 it can thus be seen that one and the same Tooth tip only during relatively small angular rotations of the rotary piston and only at its extreme End at low sliding speeds is charged.
Durch Aufbringen der Einsatzstücke 19 läßt sich erreichen, daß die Führungsecken entweder aus Werkstoffen mit besonders guten Gleiteigenschaften, wie beispielsweise Sintermetallen, Hartpreßstoffen oder Kohle, oder aus elastischen Werkstoffen, wie Buna oder sonstigen Kunststoffen, bestehen können.By applying the insert pieces 19 can be achieved that the Guide corners either made of materials with particularly good sliding properties, such as for example sintered metals, hard pressed materials or carbon, or made of elastic Materials such as Buna or other plastics can exist.
Ferner ist ein leichtes Auswechseln der aufgeklebten, aufvulkanisierten oder allenfalls aufgelöteten Einsatzstücke 19 möglich und damit eine lange Lebensdauer des eigentlichen Läufers erzielbar.Furthermore, the glued, vulcanized ones can be easily exchanged or possibly soldered inserts 19 possible and thus a long service life of the actual runner achievable.
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