<Desc/Clms Page number 1>
Drehkolben für Rotationskolbenmaschinen
Gegenstand der Erfindung ist ein Drehkolben für Rotationskolbenmaschinen, u. zw. insbesondere für solche, bei denen der Drehkolben in einem umschliessenden, feststehenden oder rotierenden Gehäuse eine kreisende oder drehende Bewegung ausführt, wobei Arbeitskammern wechselnden Volumens gebildet wer- den. DerartigeRotationskolbenmaschinen sind insbesondere als Kompressoren und Brennkraftmaschinen geeignet.
Durch die Erfindung solt ein Weg aufgezeigt werden, um derartige Drehkolben, die aus Gründen der Kühlung und des Gewichtes hohl ausgeführt werden müssen, insbesondere auch in Stahlbauart rationell herstellen zu können. Zu diesem Zweck ist der Drehkolben erfindungsgemäss aus zwei Teilen zusammengesetzt, deren Teilungsebene quer zur Rotationsachse des Drehkolbens, vorzugsweise in seiner Mittelebene, liegt und die am Umfang miteinander verbunden werden, u. zw. vorzugsweise durch Schweissen oder durch Schutzgas-Hartlötung. Durch diese Ausbildung ergibt sich die Möglichkeit, den Drehkolben durch Gesenkschmieden herzustellen. Bei Leichtmetallbauart vereinfacht sich die Gussform beträchtlich.
Zur weiteren Vereinfachung sind die beiden Kolbenteile nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung gleich ausgebildet und ist die Laufnabe als gesonderter Teil durch Schweissung, Einpressen od. dgl. mit den Teilen des Drehkolbens verbunden. Dadurch lassen sich die beiden Kolbenteile mit ein und derselben Gesenk- bzw. Gussform herstellen.
Bei Rotationskolbenmaschinen der genannten Bauart ist es zur Erzielung einer bestimmtenRelativbe- wegung zwischen Kolben und Gehäuse erforderlich, ein Getriebe voxzusehen, das aus einem am Drehkol- ben befestigten innenverzahnten Rad und einem am Gehäuse befestigten aussenverzahnten Rad besteht. Erfindungsgemäss wird die Innenverzahnung von der Nabe des Drehkolbens getragen, sodass sich zusätzliche Bauteile erübrigen.
Bei Verwendung der Rotationskolbenmaschine als. Verbrennungsmotor treten erhebliche Gasdrücke in den Kammern auf, die sich auf die Schweissnaht auswirken und diese auf Biegung beanspruchen. Um diese Beanspruchung möglichst klein zu halten bzw. vollständig zu vermeiden, wird erfindungsgemäss lnder Teilungsebene des Kolbens ein sich auf der Kolbennabe abstützendes Zwischenblech eingesetzt. Dieses Zwischenblech wird durch die Umfangsschweissung mit den Kolbenteile verbunden und kann, falls erfor- derlich, zusätzlich an der Nabe angeschweisst werden.
In den meisten Fällen ist es erforderlich, den Drehkolben mit Dichtelementen auszustatten, welche den Kolben sowohl in axialer als auch in radialer Richtung gegenüber dem umschliessenden Gehäuse abdichten. Dabei sind in achsparallelen Scheitelkanten des Kolbens Nuten zurAufnahme von meist leisten- förmigen Dichtelementen vorgesehen. Diese Nuten durchdringen also die Teilungsebene des Kolbens. Um eine zuverlässige Abdichtung des Nutgrundes ih der Teilungsebene zu erzielen, ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die radiale Dicke der Schweissnaht im Bereich derScheitelkante des Kolbens grö- sser als die Tiefe dieser Nuten für die Dichtelemente. Dadurch verläuft die Nut im Bereich der Teilungebene vollständig in der Schweissnaht.
In bestimmten Fällen kann es sich als erforderlich oder zweckmässig erweisen, dass die Nut für die achsparallelen Dichtelemente nicht durch die Schweissnaht verläuft. Hiezu wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, an den Scheitelkanten in derteilungsebene deskolbens zur Überbrttckung der Schweissnaht Ein-
<Desc/Clms Page number 2>
satzstücke einzufügen, die von den Nuten für die Dichtelemente durchdrungen werden. Diese Einsatzstücke sind vorzugsweise durch Schutzgas-Hartlötung mit dem umgebenden Material verbunden. In diesem Fall werden also die Wände der Nut nur durch das Material der Kolbenteile und des Einsatzstückes gebildet.
Die Einsatzstück haben aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise zylindrische Gestalt und sind in entsprechende radiale Bohrungen in der Teilungsebene des Kolbens. eng eingepresst. Als Material wird zweckmässig Stahl verwendet.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im. Prinzip dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht eines Drehkolbens, Fig. 2-7 verschiedene Ausführungsformen im Querschnitt gemäss Linie A-A in Fig. 1 und Fig. 8 einen Drehkolben in Ansicht, teilweise geschnitten, wobei die Kolbenecken jeweils eine andereAusführung entsprechend den vorhergehenden Beispielen im Querschnitt zeigen.
EMI2.1
der die Innenkontur des umschliessenden Gehäuses die Form einer zweibogigen Epitrochoide aufweist. Die Aussenkontur des Drehkolbens hat etwa die Form eines Bogendreiecks und ist an die innere Hüllkurve der Epitrochoide angenähert. Zur Aufnahme von Dichtelementen ist der Drehltolbsn an seinen drei achsparallelen Scheitelkanten 1 mit Nuten 2 versehen, in welche Dichtleisten eingesetzt werden.
An den Stirnseiten Ist der Kolben mit Seitendichtungen, beispielsweise sogenannten Dichtrsndplatten versehen, die mit dem Kolben über dünne Metallbänder axialbeweglich verbunden sind. Zur Mitnahme der Dichtrandplatten dienen Ansätze 3 an den Stirnseiten des Kolbens, während für die Aufnahme der Metallbänder dünne Nuten 4 vorgesehen sind. Die fugengeschlossene Verbindung der axialbeweglichen mit den radialbeweglichen Dichtelementen wird durch bolzenförmige Koppelglieder erzielt, die in entsprechenden Aussparungen 5 im Kolben eingesetzt sind. Ein mit dem Kolben verbundenes innenverzahntes Rad 6, das mit einem am Gehäuse befestigten aussenverzahnten Rad in Eingriff steht, sorgt für eine bestimmte Relativbewegung des Drehkolbens gegenüber dem Gehäuse.
Der Drehkolben ist erfindungsgemäss aus zwei Teilen zusammengesetzt, deren Teilungsebene quer zur Rotationsachse des Drehkolbens liegt und die in den Ausführungsbeispielen durch eine Schweissung am Umfang miteinander verbunden sind. Nach dem Schweissen ist natürlich eine Nachbearbeitung erforderlich. Fig. 2-7 zeigen verschiedene Möglichkeiten für eine derartige Ausbildung des Drehkolbens.
In Fig. 2 besteht der Drehkolben aus den beiden Teilen 7 und 8, die durch eine Umfangsschweissung 9 und gegebenenfalls durch eine seitliche Schweissnaht miteinander verbunden sind. Der Teil 7 ist mit der Laufnabe 10 des Kolbens einstückig. Die Nabe 10 trägt gleichzeitig die Innenverzahnung 6. Es ist in dieser Figur die Nut 2 zur Aufnahme von achsparallelen Dichtelementen zu erkennen. Wie ersichtlich, ist die Schweissnaht im Bereich dieser Nut 2 so tief, dass die Nut 2 auch in der Teilungsebene an ihrem Grund zuverlässig abgedichtet ist. Mit 3 sind wiederum die Mitnehmer für die Seitendichtungen, mit 4 die Nuten für die Metallbänder zum Anschluss der Seitendichtungen und mit 5 die Aussparungen für die Koppelglieder bezeichnet.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung, die derjenigen gemäss Fig. 2 weitgehend entspricht, mit dem einzigen Unterschied, dass die Kolbenteile 7'und 8'in diesem Fall gleich ausgeführt sind und eine eigene Laufnabe 11 eingesetzt, beispielsweise eingepresst ist, die wiederum die Innenverzahnung 6 trägt.
Die Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 4 und 5 entsprechen denjenigen gemäss Fig. 2 bzw. 3, wobei lediglich in der Teilungsebene des Kolbens ein sich auf die Kolbsnnabe 19 bzw. 11 abstützendes
EMI2.2
benteilen 7,8 bzw. 7', 8'verbunden ist, dient dazu, die auf die Schweissnaht 9 wirkende Biegebeanspruchung durch Gasdrücke, wie sie insbesondere bei Verwendung der Maschine als Verbrennungsmotor auftreten, aufzunehmen. Das Zwischenblech 12 kann, wie Fig. 4 zeigt, mit der laufnabe 10 zusätzlich bei 13 verschweisst werden. In dem Zwischenblech 12 können Öffnungen 14 vorgesehen werden, um das Überströmen von Kühlflüssigkeit von einer Kammer des Kolbens in die andere zu ermöglichen.
Während in den Beispielen 2-5 die Schweissnaht 9 von der Nut 2 für die aclhsparallelen Dichtelemen- te durchdrungen wird, zeigen Fig. 6 und 7 Ausführungen, bei welchen dieser Umstand vermieden wird.
Dazu sind in der Teilungsebene des Kolbens an den Scheitelkanten Eimatzstüclzp-15 vorgesehen, welche von den Nuten2 für die Dichtelemente durchdrungen werden. Diese Einsatzstücke haben vorzugsweise zylindrische Form und sind in entsprechenden radial verlaufenden Bohrungen in der Teilungsebene des Kolbens eng eingepasst und durch Schutzgas-Hartlötung mit dem umgebenden Material gasdicht verbunden.
Sie bestehen vornehmlich aus Stahl. Im übrigen entspricht die Ausführung gemäss Fig. 6 weitgehend derjenigen gemäss Fig. 4 und diejenige gemäss Fig. 7 derjenigen gemäss Fig. 3. In Fig. 8 sind die verschie- denen Ausbildungen imQuerschnitt dargestellt, u. zw. seigtdieEcIteBeinen Querschnitt gemäss Linie B-B in Fig. 3, die Ecke C einen Schnitt gemäss Linie C -C in Fig. 4 und die Ecke D einen Schnitt gemäss Li-
<Desc/Clms Page number 3>
nie D-D in Fig. 6.
Wenn auch in den Ausführungsbeispielen stets von einer Verbindung der Kolbenteile durch Schwei- ssung die Rede ist, so liegt es natürlich im Rahmen der Erfindung, andere gleichwertige Verfahren anzuwenden, u. zw. insbesondersSchutzgas'-Hartlötung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Insbesondere gekühlter Drehkolben für Rotationskolbenmaschinenbei denen das umschliessende Gehäuse eine mehrbogige Innenkontur, vorzugsweise in Form einer Epitrochoide aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben aus zwei Teilen (7, 8 bzw. 7', 8') zusammengesetzt ist, deren Teilungebene quer zur Rotationsachse de : Drehkolbens, vorzugswelse in seiner Mittelebene, liegt und die am Umfang miteinander verbunden sind.
<Desc / Clms Page number 1>
Rotary lobes for rotary piston machines
The invention relates to a rotary piston for rotary piston machines, u. in particular for those in which the rotary piston executes a circular or rotating movement in an enclosing, stationary or rotating housing, with working chambers of changing volumes being formed. Such rotary piston machines are particularly suitable as compressors and internal combustion engines.
The invention is intended to show a way of being able to efficiently manufacture rotary pistons of this type, which have to be made hollow for reasons of cooling and weight, in particular also in steel construction. For this purpose, the rotary piston according to the invention is composed of two parts, the division plane of which is transverse to the axis of rotation of the rotary piston, preferably in its central plane, and which are connected to one another on the circumference, u. between preferably by welding or by inert gas brazing. This design makes it possible to manufacture the rotary piston by drop forging. With light metal construction, the mold is considerably simplified.
For further simplification, according to a further proposal of the invention, the two piston parts are designed identically and the running hub is connected to the parts of the rotary piston as a separate part by welding, pressing or the like. As a result, the two piston parts can be produced with one and the same die or casting mold.
In rotary piston machines of the type mentioned, it is necessary to achieve a certain relative movement between the piston and the housing to provide a transmission which consists of an internally toothed wheel attached to the rotary piston and an externally toothed wheel attached to the housing. According to the invention, the internal toothing is carried by the hub of the rotary piston, so that additional components are unnecessary.
When using the rotary piston machine as. Combustion engine, considerable gas pressures occur in the chambers, which affect the weld seam and stress it in bending. In order to keep this stress as small as possible or to avoid it completely, an intermediate plate supported on the piston hub is used according to the invention in the plane of division of the piston. This intermediate sheet is connected to the piston parts by the circumferential weld and, if necessary, can also be welded to the hub.
In most cases it is necessary to equip the rotary piston with sealing elements which seal the piston both in the axial and in the radial direction from the surrounding housing. Grooves for receiving mostly strip-shaped sealing elements are provided in axially parallel apex edges of the piston. These grooves penetrate the parting plane of the piston. In order to achieve reliable sealing of the groove base in the parting plane, according to a further proposal of the invention, the radial thickness of the weld seam in the region of the apex edge of the piston is greater than the depth of these grooves for the sealing elements. As a result, the groove runs completely in the weld seam in the area of the division plane.
In certain cases it may prove necessary or expedient that the groove for the axially parallel sealing elements does not run through the weld seam. To this end, it is proposed according to the invention to insert the piston on the apex edges in the dividing plane to cover the weld seam.
<Desc / Clms Page number 2>
insert blocks that are penetrated by the grooves for the sealing elements. These inserts are preferably connected to the surrounding material by inert gas brazing. In this case, the walls of the groove are only formed by the material of the piston parts and the insert.
For manufacturing reasons, the inserts are preferably cylindrical in shape and are in corresponding radial bores in the plane of division of the piston. tightly pressed. Steel is expediently used as the material.
In the drawing, some embodiments of the invention are in. Principle shown. 1 shows a top view of a rotary piston, FIGS. 2-7 show different embodiments in cross section according to line AA in FIG. 1 and FIG. 8 shows a rotary piston in view, partially in section, the piston corners each having a different embodiment according to the previous examples in cross section demonstrate.
EMI2.1
which has the inner contour of the enclosing housing in the form of a two-arched epitrochoid. The outer contour of the rotary piston is roughly in the form of a triangle and approximates the inner envelope curve of the epitrochoid. To accommodate sealing elements, the rotary barrel is provided with grooves 2 on its three axially parallel apex edges 1, into which sealing strips are inserted.
On the front sides of the piston is provided with side seals, for example so-called sealing end plates, which are connected to the piston in an axially movable manner via thin metal strips. Approaches 3 on the end faces of the piston serve to take along the sealing edge plates, while thin grooves 4 are provided for receiving the metal strips. The joint-closed connection of the axially movable with the radially movable sealing elements is achieved by bolt-shaped coupling elements which are inserted into corresponding recesses 5 in the piston. An internally toothed wheel 6 connected to the piston, which meshes with an externally toothed wheel fastened to the housing, ensures a certain relative movement of the rotary piston with respect to the housing.
According to the invention, the rotary piston is composed of two parts, the parting plane of which lies transversely to the axis of rotation of the rotary piston and which in the exemplary embodiments are connected to one another by a weld on the circumference. After welding, of course, post-processing is necessary. 2-7 show various possibilities for such a design of the rotary piston.
In FIG. 2, the rotary piston consists of the two parts 7 and 8, which are connected to one another by a circumferential weld 9 and, if necessary, by a lateral weld seam. The part 7 is integral with the running hub 10 of the piston. The hub 10 at the same time carries the internal toothing 6. In this figure, the groove 2 for receiving axially parallel sealing elements can be seen. As can be seen, the weld seam in the area of this groove 2 is so deep that the groove 2 is reliably sealed at its base in the parting plane. With 3 in turn the drivers for the side seals, with 4 the grooves for the metal strips for connecting the side seals and with 5 the recesses for the coupling links.
FIG. 3 shows an embodiment which largely corresponds to that according to FIG. 2, with the only difference that the piston parts 7 ′ and 8 ′ are made the same in this case and a separate running hub 11 is inserted, for example pressed in, which in turn has the internal toothing 6 carries.
The exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5 correspond to those according to FIGS. 2 and 3, with only one in the plane of division of the piston which is supported on the piston hub 19 or 11
EMI2.2
bent parts 7, 8 or 7 ', 8' is used to absorb the bending stress acting on the weld seam 9 due to gas pressures, such as occur in particular when the machine is used as an internal combustion engine. As FIG. 4 shows, the intermediate plate 12 can also be welded to the running hub 10 at 13. Openings 14 can be provided in the intermediate plate 12 in order to enable cooling liquid to flow over from one chamber of the piston into the other.
While in Examples 2-5 the weld seam 9 is penetrated by the groove 2 for the axially parallel sealing elements, FIGS. 6 and 7 show embodiments in which this circumstance is avoided.
For this purpose, Eimatzstüclzp-15 are provided in the parting plane of the piston at the apex edges, which are penetrated by the grooves2 for the sealing elements. These inserts are preferably cylindrical in shape and are fitted tightly in corresponding radially extending bores in the plane of division of the piston and are connected to the surrounding material in a gastight manner by inert gas brazing.
They are mainly made of steel. Otherwise, the embodiment according to FIG. 6 largely corresponds to that according to FIG. 4 and that according to FIG. 7 to that according to FIG. 3. In FIG. 8, the various designs are shown in cross-section, and between the corners of the corner according to line B-B in Fig. 3, corner C a section according to line C -C in Fig. 4 and corner D a section according to Li
<Desc / Clms Page number 3>
never D-D in Fig. 6.
Even if a connection of the piston parts by welding is always mentioned in the exemplary embodiments, it is of course within the scope of the invention to use other equivalent methods, and the like. between especially shielding gas' brazing.
PATENT CLAIMS:
1. In particular, cooled rotary piston for rotary piston machines in which the enclosing housing has a multi-arched inner contour, preferably in the form of an epitrochoid, characterized in that the rotary piston is composed of two parts (7, 8 or 7 ', 8') whose division plane is transverse to Rotation axis de: rotary piston, vorzugswelse in its central plane, and which are connected to one another on the circumference.