DE650691C - Pump or compressor with double-wing pistons rotating at a non-uniform angular velocity - Google Patents

Description

Pumpe oder Verdichter mit unter ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Doppelflügelkolben Die Erfindung bezieht sich auf Flügel; pumpen oder Verdichter mit umlaufenden Doppelflügelkolben, die mit ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit angetrieben werden. Diese ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit der Flügelkolben dient zur Erzeugung der notwendigen Raumveränderungen zwischen den Kolben, welche die Leistung bestimmen; sie muß dabei so wirksam sein, daß die Dauer der einzelnen Saug- und Druckperioden möglichst gleichmäßig ist, weil bei einer verschieden langen Dauer dieser Perioden innerhalb einer Umdrehung die Strömungsgeschwindigkeit des geförderten Gutes entsprechend unregelmäßig beeinflußt wird, woraus sich Stöße erbeben, die die Maschinenteile verschieden stark beanspruchen, also auch verschieden stark ermüden.Pump or compressor with a non-uniform angular velocity orbiting double vane piston The invention relates to vanes; pump or Compressors with rotating double vane pistons, which have a non-uniform angular velocity are driven. This irregular angular velocity of the vane pistons serves to generate the necessary changes in space between the pistons, which determine the performance; it must be so effective that the duration of the individual Suction and pressure periods is as even as possible, because they are of different length Duration of these periods within one revolution the flow rate of the the conveyed goods are influenced irregularly, from which shocks arise, which stress the machine parts to different degrees, i.e. also to different degrees fatigue.

Da bei hohen Leistungen eine größtmögliche Betriebssicherheit erzielt werden muß, kommt der Ausführung desAntriebs hinsichtlich einer stufenlosen Arbeitsweise eine große Bedeutung zu.Because the greatest possible operational safety is achieved with high performance must be, comes the execution of the drive with regard to a stepless mode of operation great importance to it.

Bei einer bekannten Flügelkolbenbauart wird der Antrieb mittels elliptischer Zahnrädergetriebe bewirkt, die sich bei ihren Umdrehungen einander nähern und wieder entfernen, wodurch abwechselnd eine Raumverminderung oder Raumvergrößerung herbeigeführt wird. Eine andere Bauart erreicht die Raumveränderungen durch Anwendung einer Exzenterkurvenscheibe. Diese Antriebe erzeugen wohl eine energische Geschwindigkeitsänderung, können aber keinen stufenlosen Gang gewährleisten, da pro Umdrehung nur ein Saug- und Druckimpuls erfolgt.In a known vane piston design, the drive is elliptical Cogwheel mechanism causes them to approach each other and again as they revolve remove, which alternately leads to a reduction in space or an increase in space will. Another design achieves the changes in space by using an eccentric cam. These drives produce an energetic change in speed, but they can do not guarantee a stepless gear, as only one suction and pressure impulse per revolution he follows.

Eine Vermehrung der Fördermenge wird bei einer weiteren bekannten Verdichterbauart dadurch erreicht, daß gegen- und voneinander schwingende Kolbenflügel mittels Kurbeln angetrieben werden, wobei, um ein Absinken des volumetrischen Wirkungsgrades der Maschine bei niedrigen Enddrücken zu vermeiden, eine gleichmäßige Förderung durch voneinander verschiedene Schwinggeschwindigkeiten der Kolbenflügel erzeugt wird. Die größtmögliche Fördermenge beträgt hierbei bei einem Hin- und Hergange der Kolbenflügel oder bei einer Umdrehung der antreibenden Kurbeln viermal das von den Kolbenflügeln eingeschlossene Volumen.An increase in the delivery rate is known in another Compressor design achieved in that piston blades swinging against and from one another driven by cranks, with a decrease in volumetric efficiency the machine at low final pressures to avoid an even delivery generated by mutually different oscillation speeds of the piston vanes will. The largest possible delivery rate is here with a back and forth the piston wing or four times that of the driving cranks with one revolution volume enclosed by the piston wings.

Dasselbe Ergebnis wird durch eine andere Verdichterbauart erzielt, bei welcher eine zwangsläufige Bewegung der Kolbenflügel durch Doppelkurbeln und Treibstangen herbeigeführt wird, welch letztere um einen außermittig im Verdichtergehäuse gelagerten Bolzen kreisen, wobei zur Kraftübertragung eine auf den Kolbenflügelwellen drehbar beweglicheScheibe angeordnet ist, die wiederum durch Kurbeln und Gestänge mit den Flügeln in Verbindung steht. Dieser Antrieb hat zwar bei der Vielfältigkeit seiner Übertragungsglieder den Vorteil, daß die Periodendauer annähernd gleichmäßig wird, indem die Kolbenflügelwellen außer den um den außermittigen Bolzen kreisenden Doppelkurbeln am anderen Ende je eine weitere Kurbel erhalten, deren Zapfenmitten auf den Mittellinien der Doppelkurbeln liegen und die mittels Gestänges und Lagerzapfen mit der losen Riemenscheibe verbunden sind. Jedoch ist hierbei eine Ungenauigkeit in der Bewegung durch den Bogen, welchen der Lagerzapfen beschreiben muß, unvermeidlich, so daß auch durch diese Ausführung eine vollkommene Gleichmäßigkeit in den Bewegungen nicht erzielbar ist.The same result is achieved by using a different type of compressor, in which an inevitable movement of the piston vanes by double cranks and drive rods are brought about, the latter around an off-center in the compressor housing mounted bolts revolve, with one on the piston vane shafts for power transmission rotatably movable disc is arranged, which in turn by cranks and rods communicates with the wings. This drive has to do with diversity its transfer elements have the advantage that the period is approximately uniform by the piston vane shafts except for those revolving around the eccentric pin Double cranks at the other end each receive a further crank, the pin centers of which lie on the center lines of the double cranks and which by means of rods and bearing journals connected to the loose pulley. However, there is an inaccuracy here inevitable in the movement through the arc, which the bearing journal must describe, so that through this execution, too, a perfect uniformity in the movements is not achievable.

Gegenüber den bekannten Ausführungen ist dievorliegendeErfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 9o° versetzte, von einer schräg stehenden Antriebswelle in Umlauf gesetzte Kreuzgelenkkupplungen die auf mittigen Wellen angeordneten Doppelflügelkolben antreiben, so daß die Kolbenflügel während einer Umdrehung zwei Impulse mit gleichmäßigem Kurvenverlauf erhalten. Die Förderung beträgt bei einer Umdrehung achtmal das Volumen, welches von zwei aufeinanderfolgenden Kolbenflügeln bei ihrer größten Ausladung begrenzt wird.The present invention is thereby over the prior art characterized in that two offset by 90 °, by an inclined drive shaft Universal joint couplings set in circulation and double-wing pistons arranged on central shafts drive so that the piston vanes two impulses with even during one revolution Preserve curve shape. The delivery amounts to eight times the volume with one revolution, which of two consecutive piston wings at their greatest extension is limited.

Die Kreuzgelenkkupplungen weisen in ihrem gekrümmten Verlaufe eine vollkommen gleichmäßige Geschwindigkeitskurve auf, wodurch eine vollkommen ausgeglichene Verteilung der einzelnen Räume erfolgen kann, die wiederum einen gleichmäßigen Gangverlauf zur Folge hat, so daß eine weitgehende Sicherheit gegen Störungen infolge Materialermüdung gewährleistet ist.The universal joint couplings have a curved shape perfectly uniform speed curve, creating a perfectly balanced Distribution of the individual rooms can take place, which in turn has an even course has the consequence, so that an extensive security against disturbances due to material fatigue is guaranteed.

Auf der Zeichnung sind verschiedene beispielsweiseAusführungsformen derErfindung veranschaulicht.Various exemplary embodiments are shown in the drawing of the invention.

Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch den Zylinder X-Y' der Abb. 3.Fig. I shows a longitudinal section through the cylinder X-Y 'of Fig. 3.

Abb. :2 ist ein Querschnitt durch die Kreuz-@elenkkupplung, wobei sämtliche Wellen auf eine gemeinsame Achse gerückt sind, welche senkrecht auf der Zeichnungsebene steht und durch Punkt o ersichtlich ist.Fig.: 2 is a cross section through the universal joint coupling, where all waves are moved on a common axis, which is perpendicular to the Drawing plane is and can be seen through point o.

Abb. 3 ist ein Querschnitt durch Y-Y der Abb. t.Fig. 3 is a cross-section through Y-Y of Fig. T.

Abb. 4 ist eine Schrägansicht eines Schautelliaares in kleinen, Maßstab.Fig. 4 is a perspective view of a small scale Schautelliaares.

_11>h.3 und 6 -zeigen in Seitenansicht und Ouerschnitt eine andere beispielsweise Ausführungsform eines Schaufelpaares (Schnitt durch Z-Z), (mit solchen hohlen Schaufeln können die Toträume beseitigt werden)._11> h.3 and 6 -show a different side view and cross-section For example, embodiment of a pair of blades (section through Z-Z), (with such hollow blades, the dead spaces can be eliminated).

Abb. 7 und 8 zeigen die Ein- und Auslaßkanäle für eine als Flüssigkeitspumpe arbeitende Maschine: Abb.9 ist ein GeschW*indigkeitsveränderungsdiagramm der doppelten Kreuzge]enkkupplung.Fig. 7 and 8 show the inlet and outlet channels for a liquid pump working machine: Fig.9 is a speed change diagram of the double Cross] coupling.

Das Diagramm gemäß Abb. 9 bezieht sich auf eine Kreuzgelenkkupplung mit schräg stehenden Wellen. Wenn die schräg gestellte Antriebs-,velle mit gleichbleibender Geschwindigkeit läuft, Linie I, schwankt die Geschwindigkeit der angetriebenen Arbeitswelle gemäß der Kurve II, welche bei jeder Umdrehung zweimal dieselben Werte, also periodisch, annimmt.The diagram in Fig. 9 relates to a universal joint coupling with sloping waves. If the inclined drive shaft, the shaft remains constant Speed is running, line I, the speed of the driven working shaft fluctuates according to curve II, which has the same values twice for each revolution, i.e. periodically, accepts.

Wenn gleichzeitig eine zweite Arbeitswelle durch eine um 9o° zur ersten Kupplung versetzten Kreuzgelenkkupplung angetrieben wird, so erhält man die Kurve II'. Wenn also auf, jede getriebene Welle c und d (vgl. Abb. i und 3) ein Paar Schaufelna-a' und b-b' gekeilt sind, die in einem geschlossenen Zylinder k, der von den beiden Stirnwänden h., i geschlossen ist, laufen, und wenn die Wellen durch eine schräg stehende Antriebswelle e unter Vermittlung der zwei konzentrischen Kreuzgelenkkupplungen angetrieben werden, so drehen sich die Schaufeln a-a' mit großer Geschwindigkeit, dagegen die Schaufeln b-b' mit kleinerer Geschwindigkeit.If at the same time a second working shaft is driven by a universal joint coupling offset from the first coupling by 90 °, then curve II 'is obtained. So if on each driven shaft c and d (see Fig. I and 3) a pair of blades a-a 'and bb' are keyed, which are in a closed cylinder k, which is closed by the two end walls h., I , run, and when the shafts are driven by an inclined drive shaft e through the intermediary of the two concentric universal joint couplings, the blades aa 'rotate at high speed, while the blades bb' rotate at lower speed.

ach einer halben Umdrehung, d. h. wenn die Stellungen von a-a' und b-b' gewechselt sind, wechseln auch die Geschwindigkeiten. In der Stellung nach Abb. 3 laufen die Schaufeln c-d rascher als die Schaufeln b-b', so- daß die ersteren sich den letzten nähern.after half a turn, d. H. if the positions of a-a 'and b-b 'have changed, the speeds also change. In the position after Fig. 3 the blades c-d run faster than the blades b-b ', so that the former approach the last.

Es folgt daraus, daß die Räume zwischen a. und b' sowie a' und b vermindert werden. Ein flüssiges oder gasförmiges Arbeitsmittel. welches sich in diesen Räumen befindet, wird also durch die Öffnungen R und R' auslaufen.It follows that the spaces between a. and b ' as well as a' and b are decreased. A liquid or gaseous working medium. which is located in these spaces will therefore leak through the openings R and R '.

Im Gegenteil hierzu werden gleichzeitig die Räume zwischen a-b und b'-a' erweitert, so daß ein Ansaugen von Arbeitsmittel durch die Öffnungen A-A' stattfinden kann. Im Falle eines Luftverdichters öffnen sich A und A' in der freien Luft.On the contrary, the spaces between ab and b'-a 'are expanded at the same time, so that working fluid can be sucked in through the openings AA'. In the case of an air compressor, A and A ' open in the open air.

Die Kreuzkupplung zwischen den Wellen e und c mit dem Schaufelpaar b-b' besteht aus dem Kreuz f, welches auf die Welle c aufgekeilt ist. Zwei Zapfen des Kreuzes f dringen in die Gabel c' ein und zwei andere Zapfen des Kreuzes f in die Gabel et der schrägen Antriebswelle e. Die zweite Kreuzkupplung besteht aus dem Ring g, welcher mit vier Zapfen versehen ist. Zwei von diesen Zapfen dringen in die Gabel d1 der Welle d ein und die zwei anderen in die Gabel e. der schrägen Antriebswelle e.The cross coupling between shafts e and c with the pair of blades b-b 'consists of the cross f, which is keyed onto the shaft c. Two cones of the cross f penetrate into the fork c 'one and two other tenons of the cross f in the fork et the inclined drive shaft e. The second cross coupling consists of the ring g, which is provided with four pegs. Two of these cones penetrate into the fork d1 of the shaft d and the other two in the fork e. the inclined drive shaft e.

Bei den Abbildungen sind Nadellager vorhanden; selbstverständlich können beliebige Zapfenvorrichtungen Anwendung finden, so z. B. zylindrische Zapfen, Zapfen mit Kugellagern o. dgl. Der Grundgedanke der Erfindung ist die Anwendung der relativ zueinander periodisch veränderten Winkelgeschwindigkeiten der Wellen c und d zweier Kreuzgelenkkupplungen. Die Größe der Winkelgeschwindigkeiten ist jeweils von der Größe des Winkels a abhängig, das ist der Winkel der Schrägstellung der Antriebswelle e hegen die Achse der Kolbenwellen c und d in der Kreuzgelenkkupplung.Needle bearings are present in the pictures; Of course any pin devices can be used, such. B. cylindrical pins, Pin with ball bearings or the like. The basic idea of the invention is the application the angular velocities of the waves that are periodically changed relative to one another c and d of two universal joint couplings. The magnitude of the angular velocities is depending on the size of the angle a, that is the angle of the inclination of the drive shaft e, the axis of the piston shafts c and d lie in the universal joint coupling.

Vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Winkelstellung beschränkt; vielmehr kann der Antrieb auch mit einer anderen Winkelstellung als dex in Abb. i dargestellten ausgeführt werden.The present invention is not directed to any particular angular position limited; rather, the drive can also have a different angular position than dex shown in Fig. i.

Die Welle e dreht sich auf einem Nadelzapfen, welcher in der Kreuzgelenkkupplungsdose jeingebaut ist.The shaft e rotates on a needle pin, which is in the universal joint coupling socket is ever built in.

Die Schaufelpaare sind hinsichtlich der Trägheit und Beschleunigung vorteilhaft so leicht wie möglich auszuführen, da die Geschwindigkeit sich periodisch ändert. Diese Schaufeln können aus Guß, besonders Metallmischungen von geringem spezifischen Gewicht, angefertigt werden. Die Naben und die zylindrischen Teile werden auf der Drehbank, ciie anderen Teile auf Fräsmaschinen mit größter Sorgfalt auf Erhaltung besten Sitzes und geringsten Spieles in den Dichtungen bearbeitet. Die Schaufeloberkanten können mit Dichtungen versehen werden.The pairs of blades are in terms of inertia and acceleration advantageous to carry out as easily as possible, since the speed changes periodically changes. These blades can be made of cast iron, especially mixtures of small metals specific weight. The hubs and the cylindrical parts are on the lathe, the other parts on milling machines with the utmost care Edited to maintain the best fit and the least amount of play in the seals. The top edges of the blades can be provided with seals.

Die Schaufeln können auch spiralförmig hergestellt werden.The blades can also be made in a spiral shape.

Eine vorteilhafte Einrichtung ist, daß jede Schaufelnabe mit einer Endscheibe versehen wird, wobei die Schaufeln sowohl in der Nabe als auch in der Scheibe eingekeilt sind. Die Schaufeln a-a' können mit einer Scheibe neben dem Zylinderdeckel, die Schaufeln b-b' mit einer Scheibe neben dem Zylinderboden verbunden sein. Abb. 5 und 6 zeigen eine Keilverbindung der Schaufeln a-a' mit ihrer Nabe, bei welcher die Nabe auf der Drehbank bearbeitet sein kann. In diesem letzten Beispiel sind die Schaufeln hohl und vergrößern sich vom Fuße nach der Oberkante. Mit einem solchen O_uerschnitt kommen die Schaufeln periodisch* fast zur Berührung, so daß Toträume fast gänzlich beseitigt werden. Dasselbe gilt auch für die spiralförmigen Schaufeln gemäß Abb. B.An advantageous device is that each blade hub with a End plate is provided, with the blades in both the hub and in the Disc are wedged. The blades a-a 'can be fitted with a washer next to the cylinder cover, the blades b-b 'are connected to a disk next to the cylinder base. Fig. 5 and 6 show a spline connection of the blades a-a 'with their hub, in which the hub can be machined on the lathe. In this last example are the blades are hollow and enlarge from the foot to the top. With such a O_cross section, the blades come periodically * almost into contact, so that dead spaces almost entirely eliminated. The same also applies to the spiral blades according to fig. B.

Es ist selbstverständlich, daß die Saug-und Auslaßöffnungen durch ihre Stellungen und ihre Weite die gewünschte Steuerung verwirklichen können. Ein Rückschlagventil kann ferner in dem Auslaufkanal vorgesehen sein.It goes without saying that the suction and discharge openings through their positions and their width can achieve the desired control. A Check valve can also be provided in the outlet channel.

Für Flüssigkeiten empfehlen sich besonders zentral liegende Saugöffnungen (vgl. A-A' in Abb. 7) und an den Umfang gelegte Austrittsöffnungen (R-R' in Abb. 8), so daß die Schleuderwirkung der Kolben und die Raumveränderungen den Durchtritt der Flüssigkeit durch die Pumpe begünstigen. Für beste Leistungen können jeweils Form und Lage der Öffnungen, der Kanäle sowie der Schaufeln in bezug auf die Schleuderwirkung und Raumv eränderungsarbeit ermittelt werden. Die Saugöffnung kann sowohl am Zylinderdeckel als auch am Zylinderboden angeordnet werden.Centrally located suction openings (see AA ' in Fig. 7) and circumferential outlet openings (RR' in Fig. 8) are particularly recommended for liquids, so that the centrifugal effect of the pistons and the changes in space facilitate the passage of the liquid through the pump . For best performance, the shape and position of the openings, the channels and the blades can be determined in relation to the centrifugal effect and the work of changing space. The suction opening can be arranged on the cylinder cover as well as on the cylinder base.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: i. Pumpe oder Verdichter mit unter ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Doppelflügelkolben, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 9o° versetzte, von einer schräg stehenden Antriebswelle in Umlauf gesetzte Kreuzgelenkkupplungen die auf mittigen Wellen angeordneten Doppelflügelkolben antreiben, so daß die Kolbenflügel während einer Umdrehung zwei Impulse mit gleichmäßigem Kurvenverlauf erhalten. PATENT CLAIMS: i. Pump or compressor with under non-uniform Angular velocity rotating double vane piston, characterized in that two offset by 90 °, set in circulation by an inclined drive shaft Universal joint couplings drive the double-wing pistons arranged on central shafts, so that the piston vanes two pulses with an even curve during one revolution obtain. 2. Pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Förderung von Flüssigkeiten die Saugöffnungen in der Nähe der Drehachse und die Austrittsöffnungen am Umfang des Arbeitsraumes angeordnet sind, so daß die Schleuderwirkung der Kolben und die Raumveränderungen den Durchtritt der Flüssigkei t durch die Pumpe begünstigen.2. Pump according to claim i, characterized in that when promoting Liquids the suction openings near the axis of rotation and the outlet openings are arranged on the circumference of the working space, so that the centrifugal effect of the piston and the changes in space favor the passage of the liquid through the pump.