DE3541822A1 - Positive-displacement machine having revolving vanes - Google Patents

Abstract

Positive-displacement machine having revolving vanes, in which the vanes consist of rollers and revolve, freely mobile with relatively large play in recesses of the rotor, owing to centrifugal force and the pressure difference of the conveyed medium, in a precisely defined manner on a running face, curved in a circular or elliptical manner, of the stator casing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der altbekannten Verdrängermaschine mit umlaufenden Schiebern. Dabei sollen die mechanischen Verluste, die durch Reibung entstehen, vermindert, die Abdichtung der einzelnen, durch die umlaufen­ den Schieber getrennten Kammern verbessert und die Abführung der beim Arbeitsprozess entstehenden Wärme erleichtert werden.The invention relates to an improvement on the well-known Displacement machine with rotating slides. In doing so the mechanical losses caused by friction, diminishes the sealing of the individual through which circulate the slide separate chambers improved and the drainage the heat generated during the work process can be relieved.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß die Schieber aus frei beweglichen Rollen bestehen, die sich einerseits unter dem Einfluss der Fliehkraft auf der ge­ krümmten Innenfläche des Stators abwälzen, andererseits durch das zwischen den Rollen und Führungsflächen der Aussparungen im Rotor vorgesehene Spiel, durch den auf die Rollen wirkenden Differenzdruck des geförderten Mediums auf der einen oder der anderen Führungsfläche der Aus­ sparungen im Rotor abdichtend gleiten.This is achieved according to the invention in that the Sliders are made up of freely movable rollers on the one hand under the influence of centrifugal force on the ge Roll the curved inner surface of the stator, on the other hand by the between the roles and guide surfaces of the Cutouts provided in the rotor, through which on the Differential pressure of the pumped medium acting on rollers on one or the other guide surface of the Aus seal savings in the rotor.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine wird anhand der Abbildungen näher erläutert. The structure and operation of the invention Displacement machine is closer with the help of the pictures explained.  

Fig. 1 zeigt einen Schnitt nach der Linie 1-1 in Fig. 2. Fig. 1 shows a section along the line 1-1 in Fig. 2nd

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, für eine Verdrängermaschine, die bei Drehung des Rotors 3 im Uhrzeigersinn als Verdichter - im Gegenuhrzeigersinn als Entspannungsmaschine wirkt. Fig. 2 shows a section along the line 2-2 in Fig. 1, for a positive displacement machine, which acts when rotating the rotor 3 clockwise as a compressor - counterclockwise as a relaxation machine.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Rotor 3 in dem Statorgehäuse 4 mit seitlich ebenen Wänden exzentrisch ge­ lagert. Die Aussparungen 14 mit den Führungsflächen 13 nehmen in sich die frei beweglichen Rollen 5 auf, die durch das vorgesehene Spiel 12, während ihres Umlaufes mit dem Rotor 3 in ihrer jeweiligen Lage durch die auf sie wirkenden Kräfte, also durch Fliehkraft und durch Differenzdruck des geförderten Mediums eindeutig bestimmt sind.As can be seen from the drawing, the rotor 3 is eccentrically supported in the stator housing 4 with laterally flat walls. The recesses 14 with the guide surfaces 13 accommodate the freely movable rollers 5 , which are provided by the play 12 provided , during their rotation with the rotor 3 in their respective position by the forces acting on them, that is to say by centrifugal force and by the differential pressure of the conveyed Medium are clearly determined.

Die in Fig. 1 dargestellten Ein- und Auslassöffnungen 21 und 22 können ähnlich wie die in Fig. 3 durch gestrichelte Linienzüge dargestellten Öffnungen 23 und 24 in den Seiten­ wänden des Statorgehäuses 4 mit kleinem Abstand von der Lauffläche der Rollen angeordnet werden, so daß sich hier ein beständiger, in sich geschlossener Ölfilm ausbilden kann.The inlet and outlet openings 21 and 22 shown in Fig. 1 can be similar to the openings shown in Fig. 3 by dashed lines 23 and 24 in the side walls of the stator housing 4 with a small distance from the tread of the rollers, so that can form a stable, self-contained oil film here.

In Fig. 3 ist in etwas schematisierter Darstellung der Querschnitt einer Verdrängermaschine mit 8 Rollen 6, die in einem elliptischen Statorgehäuse 11 mit den seitlichen Aus- und Einlassöffnungen 23 und 24 gezeigt. In Fig. 3 in a somewhat schematic representation of the cross section is a positive displacement machine with 8 rollers 6 shown in an elliptical stator housing 11 with the lateral outlet and inlet openings 23 and 24.

Aus der Zeichnung ist weiterhin die Lage einer Zünd­ kerze und/oder Einspritzdüse 25 sowie die zur seit­ lichen Abdichtung im Rotor eingearbeiteten schmalen Ver­ tiefungen 20, die zur Aufnahme von geraden und gekrümmten Dichtleisten bestimmt sind. Die letzteren können sowohl durch in der Zeichnung nicht dargestellte Federn, wie auch durch magnetische Wirkung gegen die ebenen Seitenflächen des Statorgehäuses angepresst werden.From the drawing is also the position of a spark plug and / or injector 25 and the narrow recesses 20 incorporated into the rotor since union sealing, which are intended for receiving straight and curved sealing strips. The latter can be pressed against the flat side surfaces of the stator housing both by springs (not shown in the drawing) and by magnetic action.

Bei dem Betrieb der Verdrängermaschine nach Fig. 3 als Verbrennungskaftmaschine dreht sich der Rotor mit seinen 8 Rollen entgegen dem Uhrzeigersinn in dem elliptischen Statorgehäuse 11. Dann wird die Luft- oder das Luft- Brennstoff-Gemisch über die Öffnungen 24 in den ebenen Seitenwänden des Statorgehäuses angesaugt und verdichtet.When the displacement machine according to FIG. 3 is operated as an internal combustion engine, the rotor with its 8 rollers rotates counterclockwise in the elliptical stator housing 11 . The air or air / fuel mixture is then sucked in and compressed via the openings 24 in the flat side walls of the stator housing.

Erreicht das zwischen den Rollen, den Aussparungen in dem Rotor und der elliptischen Innenfläche des Stators verdichtete Gemisch den Ort 25 der Zünd- oder auch Glüh­ kerze, beginnt der Verbrennungsprozess. Die Brenngase entspannen sich arbeitleistend zwischen den Rollen, bis sie anschliessend über die Öffnungen 23 austreten.If the mixture compressed between the rollers, the recesses in the rotor and the elliptical inner surface of the stator reaches the location 25 of the spark or glow plug, the combustion process begins. The fuel gases relax in a work-performing manner between the rollers until they then exit through the openings 23 .

Da aus baulichen Gründen kein höheres Verdichtungsver­ hältnis als 1 : 9 erreicht werden kann, läßt sich der Selbstzünderprozess nach Rudolf Diesel nur erreichen, wenn die durch die Öffnungen 24 eintretende Luft auf wenigstens 2 Bar verdichtet ist. Since for structural reasons no higher compression ratio than 1: 9 can be achieved, the auto-ignition process according to Rudolf Diesel can only be achieved if the air entering through openings 24 is compressed to at least 2 bar.

Dies kann durch eine auf der gleichen Welle sitzende Verdrängermaschine nach Fig. 1 und 2 erfolgen. Zur Erhöhung des thermodynamischen Wirkungsgrades ist es möglich, die in diesem Fall noch unter höherem Druck stehenden, aus den Öffnungen 23 austretenden Gase in einer weiteren, nachgeschalteten Verdrängermaschine nach Fig. 1 und 2 weiter auf etwa Atmosphärendruck zu ent­ spannen.This can be done by a displacement machine on the same shaft according to FIGS. 1 and 2. To increase the thermodynamic efficiency, it is possible, in this case still under higher pressure, emerging from the openings 23 gases in a further, downstream displacement machine according to FIGS. 1 and 2 further to ent to atmospheric pressure.

Nach Fig. 4 sind die Rollen 5 und 6 in den Darstellungen nach Fig. 1, 2 und 3 in mehrere auf einer gemeinsamen Achse 15 unabhängig voneinander drehbare Rollen 7, 8, 9 und 10 unterteilt. Dabei besitzen die Rollen 7 und 10 einen geringfügig grösseren Durchmesser als die Rollen 8 und 9. Auf den ebenen Führungsflächen 13 in Rotor 3 (siehe Fig. 1), liegen deshalb nur die Stützrollen 7 und 10 auf, während die Laufrollen 8 und 9 berührungslos an den Führungsflächen 13, allerdings in ausserordentlich kleinem Abstand vorbei­ laufen.According to FIG. 4, the rollers 5 and 6 in the construction according to Fig are. 1, 2 and 3 in a plurality on a common axis 15 are independently rotatable rollers 7, 8, 9 and 10 subdivided. The rollers 7 and 10 have a slightly larger diameter than the rollers 8 and 9 . Therefore, only the support rollers 7 and 10 rest on the flat guide surfaces 13 in the rotor 3 (see FIG. 1), while the rollers 8 and 9 run past the guide surfaces 13 without contact, but at an extremely small distance.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt des Statorgehäuses nebst den auf der gekrümmten Fläche laufenden Rollen dargestellt. Die Laufbahn 16 besitzt rechts und links zwei Abtreppungen 17 und 18, die so tief sind, daß nur die Laufrollen 8 und 9 unter dem Einfluss der Fliehkraft und dem herrschenden Druck des geförderten Mediums fest aufliegen und abrollen. In FIG. 5, a section of the stator is shown, together with the running rollers on the curved surface. The track 16 has two steps 17 and 18 on the right and left, which are so deep that only the rollers 8 and 9 lie firmly and roll under the influence of centrifugal force and the prevailing pressure of the pumped medium.

Die Stützrollen 7 und 10 hingegen, laufen trotz ihrer gegenüber den Laufrollen 8 und 9 grösseren Durchmesser an den Abtreppungen 17 und 18 der gekrümmten Lauffläche 16 berührungslos in so geringem Abstand vorbei, daß dies zeichnerisch nicht mehr dargestellt werden kann.The support rollers 7 and 10 on the other hand, despite their larger diameter than the rollers 8 and 9 , run past the steps 17 and 18 of the curved tread 16 in such a short distance that this can no longer be shown in the drawing.

Zur besseren seitlichen Abdichtung und zur Wärmeab­ leitung an das gekühlte Statorgehäuse werden, wie aus Fig. 4 ersichtlich, die auf der Welle 15 rotierenden Rollen 7, 8, 9 und 10 durch eine Feder 19 so auseinander­ gedrückt, daß die Stirnflächen der Rollen 7 und 10 mit geringem Anpressdruck auf den ebenen Seitenflächen des Statorgehäuses gleiten.For better lateral sealing and for heat conduction to the cooled stator housing, as can be seen from FIG. 4, the rollers 7 , 8 , 9 and 10 rotating on the shaft 15 are pressed apart by a spring 19 so that the end faces of the rollers 7 and 10 slide on the flat side surfaces of the stator housing with a slight contact pressure.

An Stelle der in Fig. 4 dargestellten Gleitlagerung der Rollen 7, 8, 9 und 10 auf der Welle 15 kann natürlich auch eine Lagerung mit Wälzlagern vorgenommen werden.Instead of the plain bearing of the rollers 7 , 8 , 9 and 10 on the shaft 15 shown in FIG. 4, it is of course also possible to use bearings with roller bearings.

Claims (8)

1. Verdrängermaschine mit umlaufenden Schiebern, bei welcher in einem zylindrischen Rotor geführte Schieber exzentrisch in einem zylindrischen oder zentrisch in einem elliptischen Statorgehäuse rotieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber aus frei beweglichen, zylindrischen Rollen 5, 6, 7, 8, 9, 10 bestehen, die sich einerseits auf der gekrümmten Innenfläche des Stators 4, 11 abwälzen, andererseits durch das vorgesehene Spiel 12 zwischen den Rollen 5, 6, 7, 8, 9, 10 und den Führungsflächen 13 der Aussparungen 14 im Rotor 3, je nach dem herrschenden, auf die Rollen wirkenden Differenz­ druck des geförderten Mediums auf der einen oder anderen Führungsfläche 13 der Aussparungen 14 abdichtend gleiten.1. Displacement machine with rotating slides, in which slides guided in a cylindrical rotor rotate eccentrically in a cylindrical or centric in an elliptical stator housing, characterized in that the slides consist of freely movable cylindrical rollers 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 exist, which roll on the one hand on the curved inner surface of the stator 4 , 11 , on the other hand through the play 12 provided between the rollers 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 and the guide surfaces 13 of the recesses 14 in the rotor 3 , depending on the prevailing, acting on the rollers pressure differential pressure of the medium conveyed on one or the other guide surface 13 of the recesses 14 sealing. 2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen 5 in mehrere auf einer gemeinsamen Achse 15 unabhängig voneinander drehbare Rollen 7, 8, 9, 10 unterteilt sind und durch Abstufung der Rollendurchmesser sowie durch Abtreppung der Wälzbahnen ein Teil dieser Rollen, die sogenannten "Laufrollen" 8, 9, sich auf der gekrümmten Innenwandfläche des Stators 16, die übrigen Rollen 7, 10, die sogenannten "Stützrollen" sich nur auf den Führungs­ flächen 13 der Aussparungen 14 im Rotor 5 abwälzen und die Laufrollen 8, 9 in sehr kleinem Abstand an den Führungsflächen 13 der Aussparungen 14 im Rotor 3, die Stützrollen 7, 10 in ebenfalls sehr kleinem Abstand an den gekrümmten Innenwandflächen 17, 18 des Stators be­ rührungslos vorbeilaufen.2. Displacement machine according to claim 1, characterized in that the rollers 5 are divided into a plurality of rollers 7 , 8 , 9 , 10 which can be rotated independently of one another on a common axis 15 and by grading the roller diameter and stepping the roller tracks, a part of these rollers which So-called "rollers" 8 , 9 , on the curved inner wall surface of the stator 16 , the other rollers 7 , 10 , the so-called "support rollers" roll only on the guide surfaces 13 of the recesses 14 in the rotor 5 and the rollers 8 , 9 in very small distance on the guide surfaces 13 of the recesses 14 in the rotor 3 , the support rollers 7 , 10 also at a very short distance on the curved inner wall surfaces 17 , 18 of the stator be passed without contact. 3. Verdrängermaschine nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kraftschlüssige Abwälzen der Lauf- und Stützrollen auf ihren verschiedenen Wälz­ bahnen durch verschiedene Rollendurchmesser und/oder durch verschiedene Profilierung (Abtreppung) der Wälz­ bahnen erfolgt.3. Displacement machine according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the frictional rolling of the Rollers and support rollers on their various rollers run through different roll diameters and / or through different profiling (stepping) of the rolling tracks. 4. Verdrängermaschine nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus zwei oder mehreren Teil­ stücken bestehenden Rollen durch Federn 19 in axialer Richtung gegen die beiden, das Statorgehäuse seitlich abschliessenden ebenen Flächen angepresst sind und mit ihren kreisförmigen, ebenen Stirnflächen auf den ebenen Seitenflächen des Statorgehäuses abdichtend gleiten. 4. displacement machine according to claims 1 to 3, characterized in that the pieces consisting of two or more parts are pressed by springs 19 in the axial direction against the two, the stator housing laterally closing flat surfaces and with their circular, flat end faces on the planes Slide the side surfaces of the stator housing in a sealing manner. 5. Verdrängermaschine nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eingearbeitete schmale Vertiefungen besitzt, in denen schmale Leisten 20 beweglich angeordnet sind, die mit geringem Anpress­ druck abdichtend auf den ebenen Seitenflächen des Statorgehäuses gleiten.5. Displacement machine according to claims 1 to 4, characterized in that the rotor has incorporated narrow recesses, in which narrow strips 20 are movably arranged, which slide sealingly with little contact pressure on the flat side surfaces of the stator housing. 6. Verdrängermaschine nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geringe Anpressdruck der Dicht­ leisten 20, außer durch Federn auch durch Permanent­ magnetisierung der aufeinander gleitenden Teile erfolgt.6. Displacement machine according to claims 1 to 5, characterized in that the low contact pressure of the sealing strips 20 , apart from by springs, is also carried out by permanent magnetization of the parts sliding on one another. 7. Verdrängermaschine nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anwendung als Verbrennungs­ kraftmaschine die Zündung und/oder die Brennstoffein­ spritzung 25, von einer oder von beiden ebenen Seiten­ flächen des Statorgehäuses aus erfolgt.7. displacement machine according to claims 1 to 6, characterized in that when used as an internal combustion engine, the ignition and / or the fuel injection 25 , from one or both planar surfaces of the stator housing. 8. Verdrängermaschine nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- und Einlassöffnungen 23 und 24 in einer oder beiden der ebenen Seitenwand­ flächen des Statorgehäuses in einem kleinen Abstand von der gekrümmten Innenfläche des Statorgehäuses an­ geordnet sind und dadurch dessen Lauffläche für die Rollen ständig mit einem Schmierölfilm bedeckt bleibt.8. displacement machine according to claims 1 to 7, characterized in that the outlet and inlet openings 23 and 24 in one or both of the flat side wall surfaces of the stator housing are arranged at a small distance from the curved inner surface of the stator housing and thereby its tread for Rolls is constantly covered with a film of lubricating oil.