DE2457092C2 - Rotary piston machine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolbenmaschine, bei der ein mit der Maschinenwelle starr verbundener Flügelkolben einen exzentrisch angeordneten kreisringförmigen Läufer antreibt, der mit der umgebenden Wand des Maschinengehäuses zwei Arbeitsräume veränderlichen Volumens bildet und der an diesem Flügelkolben einen diese Arbeitsräume gegeneinander abdichtende Gleitführung aufweist, die ein an der einen Seite des Flügelkolbens abdichtend anliegendes Gleitstück umfaßt.The invention relates to a rotary piston machine in which a rigid with the machine shaft connected vane piston drives an eccentrically arranged circular rotor, which with the surrounding wall of the machine housing forms two working spaces of variable volume and the on this vane piston has a sliding guide which seals these working spaces against one another, which comprises a sliding piece sealingly abutting on one side of the vane piston.

Bei einer aus der US-PS 15 35 275 bekannten Kreiskolbenmaschine der vorgenannten Art ist das Gleitstück in einen Führungsschlitz des Läufers eingepaßt und an einem über diesen Führungsschlitz nach außen vorstehenden verbreiterten Kopfteil durch eine Druckfeder in eine abdichtende Linienberührung mit der einen Seite des Flügelkolbens vorgespannt, an dessen anderer Seite eine Dichtleiste abdichtend anliegt. Dadurch wird der an einen Ansaugkanal angeschlossene innere Hohlraum des Läufers als integrierter druckloser Arbeitsraum gegen den unter Druck gesetzten Arbeitsraum abgedichtet, der den Läufer umgibt und an einen Ausschubkanal angeschlossen ist. Damit für höhere Arbeitsdrücke die beiden Arbeitsräume gegeneinander genügend dicht abgedichtet sind, muß die zur Vorspannung des Gleitstückes gegen die eine Seite des Flügelkolbens vorgesehene Druckfeder entsprechend stark ausgebildet werden, so daß das Gleitstück ständig unter einem entsprechend hohen Anpreßdruck an dem Flügelkolben anliegt und umgekehrt der Läufer ständig einem entsprechend hohen Gegendruck ausgesetzt ist, der auch an die Dichtleiste weitergeleitet wird. Dadurch ergibt sich ein entsprechend hoher Gleitbahndruck für den Flügelkolben, was dessen Laufeigenschaft beeinträchtigen kann, wobei die Höhe dieses Gleitbahndrukkes noch überlagert wird von den aus der ungleichförmigen Winkelgeschwindigkeit des Läufers resultierenden unterschiedlichen Beschleunigungs- und Verzögerungskräften. Bei der bekannten Kreiskolbenmaschine müssen daher für solche höheren Arbeitsdrücke sowohl der Läufer als auch das umgebende Maschinengehäuse, das die in dem Läufer auftretenden Spannungen aufzufangen hat, entsprechend robust gebaut werden.In a rotary piston machine of the aforementioned type known from US Pat Slider fitted into a guide slot of the runner and at one over this guide slot outwardly protruding widened head part by a compression spring in a sealing line contact biased with one side of the wing piston, on the other side of which a sealing strip rests in a sealing manner. As a result, the inner cavity of the rotor, which is connected to an intake duct, is depressurized as an integrated one Working space sealed against the pressurized working space that surrounds the runner and to a Extension channel is connected. This means that the two working spaces face each other for higher working pressures are sufficiently tightly sealed, must be used to bias the slider against one side of the Vane piston provided compression spring are made correspondingly strong, so that the slider constantly under a correspondingly high contact pressure on the vane piston and vice versa the rotor is constantly is exposed to a correspondingly high counterpressure, which is also passed on to the sealing strip. Through this this results in a correspondingly high sliding path pressure for the vane piston, which affects its running properties can, whereby the height of this Gleitbahndrukkes is still superimposed by the from the non-uniform Angular velocity of the rotor resulting different acceleration and deceleration forces. In the known rotary piston machine Therefore, for such higher working pressures, both the rotor and the surrounding machine housing must that has to absorb the tensions occurring in the rotor, be built accordingly robust.

Aus der DE-OS 19 09 510 ist eine Kreiskolbenmaschine bekannt, bei der neben einem mit der Maschinenwelle starr verbundenen Flügelkolben drei weitere Flügelkolben vorgesehen sind, die eine mit der Maschinenwelle zusammenfallende Drehachse aufweisen und von dem exzentrisch angeordneten kreisringförmigen Läufer zwangsläufig mitgenommen werden, wenn der Läufer von dem mit der Maschinenwelle starr verbundenen einen Flügelkolben angetrieben wird. AlleFrom DE-OS 19 09 510 a rotary piston machine is known in which in addition to one with the machine shaft rigidly connected vane piston three more vane pistons are provided, one with the Machine shaft have coincident axis of rotation and from the eccentrically arranged circular ring-shaped Runner inevitably be taken along if the runner is rigid from the one with the machine shaft connected a vane piston is driven. All

vier Flögelkolben sind mit gleich ausgebildeten Gfeitführungen am Läufer versehen, die jeweils aus zwei zu beiden Seiten jedes Flügelkolbens angeordneten halbschalenförmigen Gleitstücken bestehen. Die gewölbte Rückseite dieser Gleitstücke ist in einer komplementärfour flögel pistons are provided with identically designed sliding guides on the runner, each of which consists of two half-shell-shaped arranged on both sides of each wing piston Sliders exist. The curved back of these sliders is complementary

ausgebildeten Vertiefung eines jeweils zugeordneten achsparallelen Führungslagers gelagert, das unter der Vorspannung einer sich an dem Läufer abstützenden Druckfeder steht und sowohl in der Drehrichtung des Läufers als auch entgegengesetzt dazu frei verschieblich ist, so daß bei der Drehung des Läufers auf die einzelnen Gleitstücke, die mit ihrer ebenen Fläche an der jeweils zugeordneten Kolbenseite abdichtend anliegen, ein weitgehend gleichbleibender Anpreßdruck ausgeübt wird. Die Höhe dieses den Gleitbahndruck der Flügelkolben bestimmenden Anpreßdruckes ist daher auch bei dieser Kreiskolbenmaschine von der Stärke der Druckfedern abhängig, so daß zur Erreichbarkeit einer genügenden Abdichtung zwischen den einzelnen Arbeitsräumen und dem inneren Hohlraum des Läufers an allen Gleitführungen Druckfedern vorgesehen werden müssen, die entsprechend der Höhe der in den Arbeitsräümen auftretenden Arbeitsdrücke kalibriert sind. Jede stärkere Kalibrierung der Druckfedern macht aber eine entsprechend robustere Bauweise des Läufers und des umgebenden Maschinengehäuses erforderlich und beeinträchtigt außerdem die Laufeigenschaften der einzelnen Flügelkolben. Durch die vier Flügelkolben werden bei dieser bekannten Kreiskolbenmaschine außerdem die maximal erreichbaren Arbeitsdrücke auf einen mittleren Wert begrenzt.formed recess of a respectively assigned axially parallel guide bearing stored under the Bias of a compression spring supported on the runner is and both in the direction of rotation of the Runner as well as opposite to it is freely displaceable, so that when the runner rotates on the individual Sliders which, with their flat surface, are in sealing contact with the respectively assigned piston side largely constant contact pressure is exerted. The amount of this the slide pressure of the The contact pressure that determines the vane piston is therefore also of the strength of the rotary piston machine in this rotary piston machine Dependent on compression springs, so that a sufficient seal between the individual work spaces can be reached and compression springs are provided on all sliding guides in the inner cavity of the rotor must be calibrated according to the level of the working pressures occurring in the work rooms are. However, every stronger calibration of the compression springs makes the rotor more robust and the surrounding machine housing required and also affects the running properties of the single wing piston. The four vane pistons in this known rotary piston machine in addition, the maximum achievable working pressures are limited to an average value.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiskolbenmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei Arbeitsdrücken bis etwa 100 bar mit einem verhältnismäßig niedrigen GleitbahndruckThe invention is based on the object of providing a rotary piston machine of the type mentioned at the outset to develop that at working pressures up to about 100 bar with a relatively low slide pressure

eine genügende Abdichtung zwischen den Arbeitsräumen erzielbar ist.a sufficient seal between the work spaces can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gleitstück auf der Seite des unter Druck gesetzten Arbeitsraumes vorgesehen ist, mit demThis object is achieved in that the slider on the side of the under pressure set working space is provided with the

Läufer durch eine achsparallele Drehachse und mit dem Flügelkolben formschlüssig und radial geführt verbunden ist, wobei die der Drehachse des Gleitstückes nahe Schub- bzw. Druckfläche des Flügelkolbens, an welcher das Gleitstück abdichtend anliegt, in einer radialenRotor through an axially parallel axis of rotation and connected to the vane piston in a form-fitting and radially guided manner is, wherein the axis of rotation of the slider is close to the thrust or pressure surface of the vane piston, on which the slider rests in a sealing manner, in a radial direction

Ebene der Maschinenwelle angeordnet ist und die Achse der kolbenseitigen Führung in einer dazu parallelen Ebene liegt, und daß auf der Seite des drucklosen Arbeitsraumes zwischen dem FlügelkolbenThe plane of the machine shaft is arranged and the axis of the piston-side guide in a to it parallel plane, and that on the side of the unpressurized working space between the vane piston

und dem Läufer ein Freiraum vorhanden istand the runner has a free space

Erfindungsgemäß wird damit eine Kreiskolbenmaschine bereitgestellt, bei welcher durch den einzigen Flügelkolben zwei den Läufer umgebende Arbeitsräume gegeneinander abgetrennt werden, wobei für den einen Arbeitsraum ein insbesondere für eine Ausbildung der Kreiskolbenmaschine als Kompressor interessierender Arbeitsdruck bis etwa 100 bar ohne größere Schwierigkeiten erreichbar ist Dabei ergibt die für den Flügelkolben bereitgestellte unelastische Abdichtung und die formschlüssige Verbindung mit dem Läufer einen verhältnismäßig niedrigen Gleitbahndruck an dem Gleitstück, so daß dessen kolbenseitige Führung, die entweder als eine Rund- oder Schwalbenschwanzführung ausgebildet sein kann, eine weniger problematisehe und ggf. durch eine bloße Materialauswahl beherrschbare Schmierung erfahren kann. Durch den aui der Seite des drucklosen Arbeitsraumes vorhandenen Freiraum wird schließlich außer einer vereinfachten Bauweise ein verbesserter Druckausgleich im Übergang der beiden Arbeitsräume an der Stelle zwischen dem Ansaugkanal und dem Ausschubkanal erhalten, wobei mit der Größe dieses Freiraumes auch die an dem Ausschubkanal vorherrschenden Ausströmverhältnisse günstiger beeinflußt werden können.According to the invention, a rotary piston machine is thus provided in which the only one Vane piston two working spaces surrounding the runner are separated from each other, whereby for the a working space which is particularly interesting for a design of the rotary piston machine as a compressor Working pressure up to about 100 bar can be achieved without major difficulties Vane piston provided inelastic seal and the form-fitting connection with the runner a relatively low slide pressure on the slide, so that its piston-side guide, which can be designed either as a round or dovetail guide, a less problematic one and, if necessary, can experience controllable lubrication through a mere selection of materials. Through the The free space available on the side of the pressureless work space is finally simplified except for one Design an improved pressure equalization in the transition between the two work spaces at the point between the Intake channel and the discharge channel received, with the size of this free space also on the Exhaust duct prevailing outflow conditions can be influenced more favorably.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown schematically in the drawing and is described below described in more detail. It shows

F i g. 1 einen Querschnitt der Kreiskolbenmaschine,F i g. 1 shows a cross section of the rotary piston machine,

Fig.2 eine Schnittansicht nach der Linie H-II in F i g. 1 und2 shows a sectional view along the line H-II in FIG. 1 and

Fig.3 einen Längsschnitt der Kreiskolbenmaschine nach der Linie III-III in Fig. 1.3 shows a longitudinal section of the rotary piston machine according to the line III-III in FIG. 1.

Die als Kompressor ausgebildete Kreiskolbenmaschine weist ein von einer Antriebswelle 1 axial durchsetztes Maschinengehäuse auf, das aus zwei Stirndeckeln 2 und 3 und einem dazwischen angeordneten Ringkörper 4 besteht, die untereinander verschraubt sind. An den beiden Stirndeckeln 2 und 3 ist je ein Lagerdeckel 5 bzw. 6 befestigt. Die Lagerdeckel haltern in einer mittigen Öffnung ein Wellenlager 7 bzw. 8 zur Lagerung der Antriebswelle 1 und in einer dazu exzentrischen Anordnung einen Lagerring 9 bzw. 10, die beide mit einem kreisringförmigen Läufer 11 fest verbunden sind.The rotary piston machine designed as a compressor has an axially penetrated by a drive shaft 1 Machine housing, which consists of two end covers 2 and 3 and an annular body 4 arranged between them that are screwed together. A bearing cover 5 or 2 is attached to each end cover 2 and 3. 6 attached. The bearing caps hold a shaft bearing 7 or 8 in a central opening for mounting the Drive shaft 1 and in an arrangement eccentric to it, a bearing ring 9 and 10, both with a circular rotor 11 are firmly connected.

Der kreisringförmige Läufer 11 bildet mit der umgebenden Wand des Maschinengehäuses zwei Arbeitsräume 13 und 14 veränderlichen Vo'umens, die durch einen mit der Antriebswelle 1 über einen Mitnehmerkeil 15 starr verbundenen Flügelkolben 16 gegeneinander abgetrennt sind. Der Flügelkolben 16 durchdringt den Läufer 11 in einem so groß bemessenen Spalt, daß auf der Seite des einen Arbeitsraumes 14 zwischen dem Flügelkolben 16 und dem Läu^cer 11 ein größerer Freiraum 17 geschaffen ist, über welchen dieser Arbeitsraum 14 ständig mit dem inneren Hohlraum 18 des Läufers 11 in Verbindung steht.The circular rotor 11, with the surrounding wall of the machine housing, forms two working spaces 13 and 14 of variable volume, which are separated from one another by a vane piston 16 rigidly connected to the drive shaft 1 via a driver wedge 15. The vane piston 16 penetrates the rotor 11 in such a large gap that on the side of the one working space 14 between the vane piston 16 and the Läu ^c he 11 a larger free space 17 is created, through which this working space 14 is constantly with the inner cavity 18 of the rotor 11 is in communication.

Der Flügelkolben 16 weist an seinem freien Ende eine nicht näher gezeigte Labyrinthdichtung auf, um die beiden Arbeitsräume 13 und 14 bezüglich der umgebenden Wand des Maschinengehäuses gegeneinander abzudichten. Zur Abdichtung bezüglich des Läufers 11 ist ein Gleitstück 19 auf der Seite des unter Druck gesetzten einen Arbeitsraumes 13 vorgesehen, das an dem Läufer 11 eine achsparallele Drehachse 20 aufweist, die durch einen an einem Vorsprung 21 des Läufers 11 befestigten Drehzapfen gebildet ist Das Gleitstück 19 hat eine mit dem Läufer 11 übereinstimmende Länge und ist mit einer angepaßten Oberfläche in einer konkaven Vertiefung 22 des Läufers aufgenommen, so daß bei seiner Drehung um die Drehachse 20 keine Verkantungen mit dem Läufer 11 entstehen. Das Gleitstück 19 faßt außerdem mit einem im wesentlichen zylindrischen Vorsprung 23 in eine Rundführung 24 des Flügelkolbens 16 ein, deren Achse im wesentlichen radial ausgerichtet ist und in einer zu der Schub- bzw. Druckfläche 25 des Flügelkolbens 16 parallelen Ebene liegt, an welcher das Gleitstück 19 abdichtend anliegt. Die an dieser Schub- bzw. Druckfläche 25 des Flügelkolbens 16 vorliegende Abdichtung wird durch die Berührung des Vorsprunges 23 mit der umgebenden Rundführung 24 ergänzt, so daß an dieser Stelle eine äußerst wirksame unelastische Abdichtung zwischen den beiden Arbeitsräumen 13 und 14 erhalten wird.The wing piston 16 has at its free end a labyrinth seal, not shown in detail, in order to seal the two working spaces 13 and 14 from one another with respect to the surrounding wall of the machine housing. For sealing with respect to the rotor 11, a slider 19 is provided on the side of the pressurized working space 13, which has an axially parallel axis of rotation 20 on the rotor 11, which is formed by a pivot pin fastened to a projection 21 of the rotor 11 has a length corresponding to the rotor 11 and is received with an adapted surface in a concave recess 22 of the rotor, so that when it is rotated about the axis of rotation 20 no canting with the rotor 11 occurs. The slider 19 also engages with a substantially cylindrical projection 23 in a round guide 24 of the vane piston 16, the axis of which is substantially radially aligned and lies in a plane parallel to the thrust or pressure surface 25 of the vane piston 16 on which the slider 19 rests in a sealing manner. The seal present on this thrust or pressure surface 25 of the vane piston 16 is supplemented by the contact of the projection 23 with the surrounding circular guide 24, so that an extremely effective inelastic seal between the two working spaces 13 and 14 is obtained at this point.

In der Ausbildung als Kompressor wird das Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, über einen Ansaugkanal 26 des Maschinengehäuses angesaugt, um dann in dem Arbeitsraum 13 in dem Ausmaß progressiv verdichtet zu werden, in welchem dieser Arbeitsraum sein Volumen ändert. Für diese Verdichtung wird die Antriebswelle 1 und der mit ihr starr verbundene Flügelkolben 16 im Uhrzeigersinn gedreht, wodurch auch der Läufer 11 in diese Richtung mitgenommen wird und somit eine Volumenänderung der beiden Arbeitsräume 13 und 14 auftritt. Sobald in dem Arbeitsraum 13 der Enddruck erreicht ist, wird ein in einem Ausschubkanal 27 des Maschinengehäuses angeordnetes Auslaßventil 28 geöffnet, so daß das Arbeitsmedium ausgeschoben werden kann. Wenn die Kreiskolbenmaschine als Wärmekraftmaschine, beispielsweise als Heißgasmaschine, ausgebildet ist, dann wird über den Kanal 27 nach Öffnung des Ventils 28 das Arbeitsmedium unter einem hohen Druck zugeleitet, womit der Flügelkolben 16 und mit ihm die Welle 1 und auch der Läufer 11 im Uhrzeigergegensinn bewegt werden. In beiden Fällen erfährt das Gleitstück 19 eine Drehung um seine Achse 20 und gleichzeitig eine Verschiebung in der Führung 24, wodurch die dichte Anlage des Gleitstückes 19 an der Schub- bzw. Druckfläche 25 des Flügelkolbens 16 auch dann aufrecht erhalten wird, wenn in dem Arbeitsraum 13 hohe Arbeitsdrücke auftreten.In the training as a compressor, the working medium, for example air, is supplied via an intake duct 26 of the machine housing sucked to then in the work space 13 to the extent progressive to be compressed, in which this working space changes its volume. For this compression, the Drive shaft 1 and the vane piston 16 rigidly connected to it rotated clockwise, whereby the runner 11 is also carried along in this direction and thus a change in volume of the two Working rooms 13 and 14 occurs. As soon as the final pressure is reached in the working space 13, an in an exhaust duct 27 of the machine housing arranged exhaust valve 28 opened so that the Working medium can be pushed out. If the rotary piston machine is used as a heat engine, for example is designed as a hot gas machine, then via the channel 27 after opening the valve 28 the Working medium fed under a high pressure, with which the vane piston 16 and with it the shaft 1 and the rotor 11 can also be moved counterclockwise. In both cases, the slider 19 experiences a Rotation about its axis 20 and at the same time a displacement in the guide 24, whereby the density System of the slider 19 on the thrust or pressure surface 25 of the vane piston 16 also then upright is obtained when high working pressures occur in the working space 13.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 Patentansprüche:1 claims: 1. Kreiskolbenmaschine, bei der ein mit der Maschinenwelle starr verbundener Flügelkolben einen exzentrisch angeordneten kreisringförmigen Läufer antreibt, der mit der umgebenden Wand des Maschinengehäuses zwei Arbeitsräume veränderlichen Volumens bildet und der an diesem Flügelkolben eine diese Arbeitsräume gegeneinander abdichtende Gleitführung aufweist, die ein an der einen Seite des Flügelkolbens abdichtend anliegendes Gleitstück umfaßt, dadurch gekennzeichne t, daß das Gleitstück (19) auf der Seite des unter Druck gesetzten Arbeitsraumes (13) vorgesehen ist, mit dem Läufer (11) durch eine achsparallele Drehachse (20) und mit dem Flügelkolben (16) formschlüssig und im wesentlichen radial geführt verbunden ist, wobei die der Drehachse (20) des Gleitstückes (19) nahe Schub- bzw. Druckfläche (25) des Flügelkolbens (16), an welcher das Gleitstück (19) abdichtend anliegt, in einer radialen Ebene der Maschinenwelle (1) angeordnet ist und die Achse der kolbenseitigen Führung (23, 24) in einer dazu parallelen Ebene liegt, und daß auf der Seite des drucklosen Arbeitsraumes (14) zwischen dem Flügelkolben (16) und dem Läufer (11) ein Freiraum (17) vorhanden ist.1. Rotary piston machine, in which a vane piston that is rigidly connected to the machine shaft drives an eccentrically arranged circular rotor which, with the surrounding wall of the machine housing, forms two working spaces of variable volume and which has a sliding guide on this vane piston that seals these working spaces against one another, one on the one Side of the vane piston comprises a sealingly adjacent sliding piece, characterized in that the sliding piece (19) is provided on the side of the pressurized working space (13), with the rotor (11) through an axially parallel axis of rotation (20) and with the vane piston ( 16) is connected positively and essentially radially guided, the thrust or pressure surface (25) of the vane piston (16) close to the axis of rotation (20) of the slider (19), on which the slider (19) rests in a sealing manner, in a radial plane of the machine shaft (1) is arranged and the axis of the piston-side guide (23, 24) in e in a plane parallel to it, and that on the side of the unpressurized working space (14) between the vane piston (16) and the rotor (11) there is a free space (17). 2. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenseitige Führung (23, 24) des Gleitstückes (19) als eine Rund- oder Schwalbenschwanzführung ausgebildet ist.2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the piston-side guide (23, 24) of the slider (19) is designed as a round or dovetail guide.