Drehkolben-Kraft- oder -Arbeitsmaschine Die Erfindung betrifft eine Drehkolben-Kraft- oder -Arbeitsmaschine mit mindestens einem in einem Ringraum befindlichen, sich um seine Achse dre henden Kolben.
Sowohl die Kraftmaschinen als auch die Arbeits maschinen können grundsätzlich in rotierende Ma schinen und Maschinen mit hin und her gehenden Teilen, also Kolbenmaschinen, unterteilt werden. In den Bereichen von kleineren Leistungen, geringeren Fördermengen und höheren Drücken sind die rotie renden Maschinen den Kolbenmaschinen dem Wir kungsgrad nach unterlegen. Anderseits sind in diesen Bereichen die rotierenden Maschinen erheblich billiger herzustellen, auch betriebssicherer, ferner kleiner so wie leichter; weiterhin arbeiten sie erschütterungs freier als Kolbenmaschinen; endlich bleibt bei den rotierenden Maschinen das Arbeitsmedium, z. B. der Dampf, schmierölfrei und kann infolgedessen nach der Arbeitsleistung noch verwertet werden (z. B. zur Heizung).
Aufgabe der Erfindung ist es, eine in der Her stellung verhältnismässig einfache Maschine zu schaf fen, welcher die Vorteile der Kolbenmaschinen mit denen von rotierenden Maschinen vereint.
Gemäss der Erfindung soll diese Aufgabe in der Weise gelöst werden, dass die parallel zu der Achse des Drehkolbens liegenden Seitenwände des Ring raumes als stetig gekrümmt verlaufende Hüllflächen ausgebildet sind, die durch die Kolbenoberfläche im Verlaufe der kombinierten Bewegung, herrührend von der Eigendrehung des Drehkolbens um seine Achse und der Relativkreisung zwischen Drehkolben und Ringraum erzeugt werden, wobei die gegenüber liegenden Seitenwände mindestens eine engste Stelle bilden, deren Querschnitt dem Querschnitt einer massiven Dichtflosse genau angepasst ist, wobei Ring raum und Dichtflosse ebenfalls eine kreisende Relativ- Bewegung ausführen,
während der Drehkolben ausser dem mit Hilfe eines Abwälzantriebes in eine gleich mässige Rotation um seine Achse versetzt ist.
Auf diese Weise wird im Ringraum stets ein allseitig abgedichteter Expansions- bzw. Kompres sionsraum geschaffen, ohne dass hierzu eine oszillie rende Bewegung notwendig wäre, vielmehr erfolgen alle notwendigen Bewegungen völlig gleichförmig, also ohne Beschleunigungen oder Verzögerungen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 ein erstes Beispiel der Maschine mit still stehendem Ringraum schematisch in Seitenansicht, wobei die Seitenwand weggebrochen ist, Fig.2 ein weiteres Beispiel der Maschine mit umlaufendem Ringraum, ebenfalls in Seitenansicht schematisch, Fig. 3 die Maschine nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, wobei der Deutlichkeit halber eine Be grenzungswand aufgebrochen ist, Fig. 4 eine Abwicklung des sich verengenden Ringraumes mit dem Drehkolben in den einzelnen Betriebsstellungen,
Fig. 5 einen Axialschnitt durch die Maschine nach einem dritten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Achsen der Drehkolben mit der Hauptwelle parallel verlaufen und der Ringraum um die Hauptwelle umläuft, Fig. 6 einen Axialschnitt durch die Maschine nach einem weiteren Beispiel, bei welchem die Achse des Drehkolbens senkrecht zur Hauptwelle angeordnet ist und der Ringraum umläuft und Fig.7 in grösserem Massstab eine Ansicht der Engstelle in Richtung längs der Achse des Dreh kolbens.
Die Maschine weist eine Hauptwelle 1 und einen koaxial zu dieser Welle angeordneten, geschlossenen Ringraum 2 auf, der sich im Querschnitt stetig ändert, indem er durch Seitenwände 3 begrenzt ist (siehe beispielsweise Fig. 3 und 4), welche als durch die Drehkolbenoberfläche im Verlaufe der kombi nierten Bewegung, die sich aus Eigendrehung des Drehkolbens um seine Achse und der kreisenden Relativbewegung zwischen Ringraum und Drehkolben zusammensetzt, erzeugte Hüllflächen ausgebildet sind. Die Seitenwände 3 nähern sich also und bilden auf diese Weise eine oder mehrere engste Stellen 4. Je nach Ausbildung der Maschine können diese Seiten wände 3 in radialer Richtung eben verlaufen oder gewölbt sein.
Im Ringraum 2 ist eine als Ringsektor ausgebil dete, je nach der Zahl der engsten Stellen 4 kürzer oder länger gehaltene Dichtflosse 5 angeordnet, deren Querschnitt dem engsten Querschnitt des Raumes 2 angepasst ist (siehe beispielsweise Fig. 3 und 7). Die Dichtflosse 5 kann entweder die Seitenwände 3 in der engsten Stelle 4 berühren oder durch sehr feine Spalte von innen getrennt sein.
Ferner befindet sich im Raum 2 ein um seine Achse 6 rotierender Drehkolben 7, der die beiden Seitenwände 3 in jeder Arbeitsstellung berührt oder davon höchstens durch einen sehr engen, einstellbaren Spalt getrennt ist. Wie aus den Fig. 1 und 2 sche matisch hervorgeht, erfährt der Drehkolben 7 seine Rotation durch Zahnräder 8 bzw. 9 von der Haupt welle 1 aus dergestalt, dass der Drehkolben eine völlig gleichmässige Bewegung um seine Achse ausführt und den veränderlichen Ringraum in jeder Stellung auf seinem ganzen Umfang abschliesst bzw. abdichtet, jedoch auch leicht durch die engste Stelle 4 hindurch geht.
Die Dichtflosse 5 und der Drehkolben 7 bewegen sich also gemeinsam relativ zum Ringraum 2 und bilden zusammen im Laufe der Drehung der Maschine immer wieder einen abgeschlossenen Arbeitsraum, der einerseits durch die Seitenwände 3, anderseits durch die Dichtflosse 5 in der engsten Stelle 4, weiter hin durch die äussere Begrenzungsfläche 10 und die innere Begrenzungsfläche 11 des Raumes 2 und endlich durch den mit seinen Flächen an den seit lichen und äusseren und inneren Begrenzungsflächen des Ringraumes 2 abdichtenden Drehkolben 7 be grenzt ist.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer sol chen Maschine, bei welcher der Ringraum 2 fest stehend ausgebildet ist, während die Dichtflosse 5 und der Drehkolben 7 mit der Hauptwelle 1 umlaufen und die Rotationsachse 6 des Drehkolbens 7 ein sich auf dem feststehenden Zahnrad 8 abwälzendes Gegenzahnrad 12 trägt. Die innere Begrenzungsfläche 11 bildet den Boden des Raumes 2 und ist mit der Hauptwelle 1 fest zusammengebaut und trägt ausser dem die Lagerung 13 für den Drehkolben 7 und die Dichtflosse 5.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführung der Maschine dargestellt, die sich von der ersten insofern unter scheidet, als dort der Ringraum 2 mit der Hauptwelle 1 umläuft, während die Dichtflosse 5 sowie der um seine Achse 6 rotierende Drehkolben 7 stillstehen. Im Beispiel nach Fig. 1 sowie Fig. 3 mit feststehen dem Ringraum 2 ist zwischen den feststehenden Wän den des Raumes 2 und dem umlaufenden Boden 11 eine Dichtung angeordnet. Im Beispiel nach Fig. 2 dagegen findet sich eine solche Dichtung zwischen der äusseren feststehenden Begrenzungsfläche 10 und den beiden mit der Hauptwelle rotierenden Seiten wänden 3.
Die Dichtflosse 5 ist dabei mit der äusseren Begrenzungsfläche 10 fest verbunden, ebenso trägt auch diese Begrenzungsfläche 10 die Lagerung 13 des Drehkolbens 1, dessen Antrieb in Fig. 2 wiederum schematisch angedeutet ist.
Die zweite Ausführung nach Fig. 2 hat insofern einen Vorteil, als dort der Drehkolben 7 und seine Lagerung keinen zusätzlichen Kreiselkräften unter worfen sind. Ausserdem überträgt dort jede geformte Seitenwand 3 des Ringraumes 2 Kraft, während nach dem ersten Beispiel der Drehkolben 7 als Kraftübertragungsglied an die Hauptwelle 1 dient.
In der Nähe der engsten Stelle 4 befindet sich je nach der Art der Maschine (Kraft oder Arbeit) in Drehrichtung gesehen vor oder hinter derselben in geeigneten Abständen das Einlass- bzw. Auslassorgan 14 (Fig. 7) bzw. mehrere solche Organe, welche das die Leistung liefernde oder aufnehmende gasförmige oder flüssige Medium einschleusen, je nachdem, ob es sich um eine Kraft- oder Arbeitsmaschine handelt. Die Auslass- bzw. Einlassorgane sind je nach dem gewünschten Grad der Expansion oder Kompression mehr oder weniger weit von der engsten Stelle 4 aus in oder gegen die Drehrichtung gesehen ange bracht.
Die Ein- und Auslassorgane lassen sich ver schiebbar bzw. in ihrer Grösse änderbar anbringen, wobei auch während des Betriebes das Expansions- und!oder das Kompressionsverhältnis geändert bzw. abgestimmt werden kann.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist die Drehrichtung des Kolbens 7 bei der Verwendung als Kraftmaschine in Richtung des Pfeiles K, bei der Verwendung als Arbeitsmaschine in Richtung des Pfeiles A.
Wenn die Maschine als Kraftmaschine arbeitet, wird die engste Stelle 4 stets zuerst von den Dreh kolben 7 passiert und dann von Dichtflossen 2 ver schlossen. Soll jedoch die Maschine zur Abgabe von Arbeit dienen, so läuft stets die Dichtflosse 5 voraus und dann erst folgt der Drehkolben 7 beim Passieren jeder engsten Stelle 4.
In den gezeichneten Beispielen ist der Einfachheit halber nur eine engste Stelle dargestellt. Es ist je doch möglich, dass der Ringraum 2 auch mehrere engste Stellen 4 sowie mehrere Drehkolben 7 und eine entsprechende Anzahl Dichtflossen 5 haben kann. Auch ist es in manchen Fällen günstig, mehrere Ringräume koaxial, gerade undjoder schräg seitlich übereinander oder nebeneinander anzuordnen, wobei alle auf dieselbe oder mehrere getrennte achsfluch tende Wellen arbeiten. Dabei können die Ringräume zur Expansion oder zur Kompression verwendet wer den. Die zuletzt genannte Möglichkeit kommt z. B.
bei der Verwendung der Maschine als Brennkraft- maschine in Frage, wo neben-, über- oder hinter einander gelegene Ringkanäle abwechselnd oder in Gruppen als Kraft- oder Arbeitsmaschine (Verdichter) arbeiten.
In den Fig. 5 und 6 sind besonders vorteilhafte Beispiele der Maschine dargestellt.
Das Besondere an dem Beispiel nach Fig. 5 be steht darin, dass die Achse 6 des Drehkolbens 7 parallel zur Hauptwelle 1 angeordnet ist, wodurch sich nicht nur ein besonders einfacher Antrieb der Achse 6 des Drehkolbens 7 ergibt, sondern auch eine sehr einfache Ausbildung der Seitenwände 15 des Ringraumes 2. Diese Seitenwände 15 können näm lich bei diesem Beispiel völlig eben gestaltet sein, während die äussere Wand 16 und die innere Wand 17 des Ringraumes 2 als Hüllflächen mit regelmässiger Krümmung ausgebildet sind.
Im Beispiel nach Fig. 5 bilden die gekrümmten Flächen 16 und 17 und die ebene Seitenwand 15 ein Ganzes, welches mit Hilfe der Nabe 18 auf der Hauptwelle 1 aufgekeilt ist und umläuft. Die zweite Seitenwand 15, welche die La gerung 13 für die Drehkolbenachse 6 trägt, ist fest stehend ausgebildet, ebenso die Wand 19, die als Lagerung für die Hauptwelle 1 dient. Die Wand 19 und die feststehende Seitenwand 15 können zu einer ortsfesten Konsole geführt sein. Die Dichtflosse wird dabei durch einen Abschnitt einer Zylinderwand ge bildet.
Im Beispiel nach Fig. 5 genügt zur Drehung der Drehkolbenachse 6 ein auf dieser Achse aufgekeiltes Zahnrad 20, welches mit einem auf der Hauptwelle 1 befestigten Zahnrad 21 kämmt.
Das Beispiel nach Fig. 5 kann auch in der Weise abgewandelt werden, dass nicht nur eine Seitenwand 15, sondern die beiden Seitenwände 15 stillstehen, während die gekrümmten Wände 16 und 17 um laufen.
Ausserdem ist es ohne weiteres möglich, die das Lager 13 tragende Seitenwand 15 mit der Haupt welle 1 umlaufen zu lassen und den durch die Wände 16, 17 und 15 gebildeten Ringraum 2 feststehend auszubilden. In diesem Falle würde das Zahnrad 21 nicht mit der Hauptwelle 1 verbunden sein, sondern feststehend angebracht sein, so dass sich das Zahn rad 20 bei seiner kreisenden Bewegung auf dem feststehenden Zahnrad 21 abwälzt und dabei den Drehkolben 7 in eine gleichmässige rotierende Bewe gung versetzt.
Das Beispiel nach Fig. 6 zeichnet sich dadurch aus, dass die Achse 6 des Drehkolbens 7 senkrecht zur Hauptwelle 1 angeordnet ist, wobei jedoch der Ringraum 2 umläuft, der durch die Seitenwände 23 und durch die innere Wand 24 gebildet ist, die als sphärisch gekrümmte Ringfläche ausgebildet ist, so dass sich der Drehkolben 7 mit seiner korrespondie renden Dichtfläche während des Rotierens um seine Achse 6 an keiner Stelle von der Fläche 24 abheben kann. Die Fläche 24 geht über in eine Nabe 25, die wiederum auf der Hauptwelle 1 aufgekeilt ist.
Der Ringraum 2 wird abgeschlossen durch die äussere Wand 26, welche feststehend ausgebildet ist und mit Hilfe von Schrauben 27 mit der Konsole 28 verbunden ist. Diese äussere Wand 26 weist ebenfalls innen eine Dichtfläche auf, die in Form einer Kugel- kalotte gehalten ist. Zwischen der äusseren Wand 26 und den umlaufenden Seitenwänden 23, die ge krümmt, ähnlich einer Zykloide, gestaltet sind, sind wiederum Dichtungen 22 angeordnet. Der umlaufende Ringraum 2 ist vollständig eingeschlossen durch fest stehende Scheiben 28 und 29, die gleichzeitig als Lagerung der Hauptwelle 1 dienen. Dabei ist die Scheibe 29 mit Hilfe von Schrauben 30 mit der äusseren Wand 26 starr verbunden.
Ferner ist an der äusseren Wand 26 das Lager 13 für die Drehkolben achse 6 angeschraubt. Der Antrieb des Drehkolbens 7 erfolgt in diesem Beispiel über einen von der Haupt welle 1 angetriebenen Winkeltrieb 31, über eine Welle 32 und Zahnräder 33, 34 und 35, wobei das Zahnrad 35 mit der Drehkolbenachse 6 fest ver bunden ist. Die in diesem Fall vertikal angeordnete Hauptwelle 1 ist in der Konsole 28 mit Hilfe eines Axiallagers 36 abgestützt.
Es ist jedoch auch möglich, das Beispiel nach Fig. 6 in der Weise abzuwandeln, dass die Haupt welle 1 horizontal verläuft und die feststehenden Seitenwände 29 und 28 eine als Konsole ausgebildete Fortsetzung aufweisen.
Im Beispiel nach Fig. 7 ist gezeigt, auf welche Weise eine besonders hohe Ausnützung der Maschine, also ein sehr guter Wirkungsgrad erzielt werden kann. In diesem Falle ist die Dichtflosse 5 nur auf der Länge des Drehkolbens 7 unterbrochen. Die Enden 37 und 38 der Dichtflosse 5 sind als mit den Enden 39 und 40 des Drehkolbens 7 zusammenwirkende Dichtflächen ausgebildet. Die Dichtflosse 5 weist einen solchen Querschnitt auf, dass sie die engste Stelle 4 voll ausfüllt. In der gezeichneten Stellung dichtet nun der Drehkolben 7 mit seinem Ende 40 an der gekrümmten Seitenwand 3 und mit seinem Ende 39 an der Dichtfläche 37 der Dichtflosse 5 ab, so dass auf diese Art und Weise ein sehr kleiner, vollständig abgedichteter Arbeitsraum 41 entsteht.
Es sei angenommen, dass die Maschine als Kompres sor (Arbeitsmaschine) dienen soll. Dann befindet sich in diesem Arbeitsraum 41 in einer der senkrecht zur Drehachse 6 des Kolbens 7 verlaufenden Wänden ein Auslassventil 14 in Drehrichtung gesehen unmittel bar vor der engsten Stelle 4. Dieses Ventil 14 kann beispielsweise durch ein aus dem Kraftftahrzeugmotor bekanntes pilzartig geformtes, über Nocken gesteuer tes Ventil ausgebildet sein. Durch die Anordnung dieses Ventils 14 seitlich von der radialen Symme trieebene der Maschine wird erreicht, dass im Ar beitsraum nur noch ein geringer Totraum vorhanden ist, so dass eine sehr hohe Kompression erzielt werden kann.
Zu beachten ist in diesem Zusammenhang auch, dass dabei der Drehkolben 7 eine kleinere Dicke aufweist als die Dichtflosse 5.
Ferner findet sich im Beispiel nach Fig. 7 eine strichpunktiert eingezeichnete Stellung des Dreh kolbens 7, die für den Fall gilt, dass die Maschine als Kraftmaschine, z. B. Dampfmaschine, arbeiten soll. Für diesen Fall findet sich in Drehrichtung ge sehen unmittelbar hinter der engsten Stelle 4 ein Einlassventil 42, das beispielsweise genau so aus gebildet und gesteuert sein kann wie das erwähnte Auslassventil 14.
Falls die Maschine als Arbeitsmaschine, z. B. als Kompressor ausgebildet ist, ist in einer der Wände des Ringraumes 2 in der Nähe der engsten Stelle 4 gegenüber dem Auslassventil 14 ein Einlassschlitz an geordnet, der unverschlossen sein kann.
Falls die Maschine jedoch z. B. als Dampfkraft maschine ausgebildet ist, befindet sich neben der engsten Stelle 4 gegenüber dem Einlassventil 42 ein Auslassschlitz, der ebenfalls ungesteuert sein kann.
Es wurden Untersuchungen angestellt, in welchen Bereichen die Maschine besonders wirtschaftlich ar beitet. Dabei hat sich ergeben, dass bei einem Ver hältnis der Geschwindigkeit der kreisenden Bewe gung des Drehkolbens zur Rotationsgeschwindigkeit des Drehkolbens gleich oder grösser acht unabhängig von der Drehzahl hervorragende wirtschaftliche Kon struktionen möglich sind.
Gleichgültig, ob die Maschine als Kraft- oder als Arbeitsmaschine dient, ist es zur Erzielung einer wirt schaftlich günstigen Lösung vorteilhaft, einen Ring raum mit mehreren engsten Stellen und einem oder mehreren Drehkolben und einer oder mehreren Dicht flossen anzuordnen oder noch besser die Neben einanderaufstellung von Ringräumen, ebenfalls je mit einer oder mehreren engsten Stellen und einem oder mehreren Drehkolben und einer oder mehreren Dicht flossen.
Man kann ferner bei den verschiedenen Konstruk tionsmöglichkeiten ohne Schwierigkeit einstufig oder mehrstufig arbeitsleistend expandieren oder leistungs verbrauchend komprimieren. So kann z. B. eine in der neuen Art ausgebildete dampfangetriebene Maschine auf mehrere Gegendrücke mit oder ohne Kondensa tion arbeiten, wobei die einzelnen Expansionsverhält nisse, wie schon beschrieben, veränderlich gemacht werden können. Ähnliches gilt sinngemäss auch für die Verwendung der Maschine als Arbeitsmaschine.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die gekrümmt verlaufenden, zusammen mindestens eine engste Stelle bildenden Wände des Ringkanals je nach der Aus bildung der Enden der Drehkolben in Form von Zykloiden oder in einer ähnlichen Form gestaltet sind.
Rotary piston engine or machine The invention relates to a rotary piston engine or machine with at least one piston located in an annular space and rotating about its axis.
Both the power machines and the work machines can basically be divided into rotating machines and machines with reciprocating parts, i.e. piston machines. In the areas of lower power, lower flow rates and higher pressures, the rotating machines are inferior to the piston machines in terms of efficiency. On the other hand, the rotating machines are considerably cheaper to manufacture in these areas, they are also more reliable, and also smaller and lighter; they still work more vibration-free than piston engines; Finally, the working medium remains in the rotating machines, e.g. B. the steam, lube-free and can therefore still be used after work (e.g. for heating).
The object of the invention is to create a relatively simple machine in its manufacture, which combines the advantages of piston machines with those of rotating machines.
According to the invention, this object is to be achieved in such a way that the side walls of the annular space lying parallel to the axis of the rotary piston are designed as continuously curved enveloping surfaces that pass through the piston surface in the course of the combined movement, resulting from the rotation of the rotary piston its axis and the relative circling between the rotary piston and the annular space are generated, the opposite side walls forming at least one narrowest point, the cross-section of which is precisely matched to the cross-section of a solid sealing fin, the annular space and sealing fin also executing a circular relative movement,
while the rotary piston is set in a uniform rotation around its axis with the help of a rolling drive.
In this way, an expansion or compression space sealed on all sides is always created in the annulus without the need for an oscillating movement, rather all necessary movements take place completely uniformly, i.e. without accelerations or delays.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. 1 shows a first example of the machine with a stationary annular space in a schematic side view, with the side wall broken away, FIG. 2 a further example of the machine with a circumferential annular space, also in a schematic side view, FIG. 3 the machine according to FIG. 1 in a perspective view, for the sake of clarity, a Be limiting wall is broken, Fig. 4 a development of the narrowing annular space with the rotary piston in the individual operating positions,
5 shows an axial section through the machine according to a third exemplary embodiment, in which the axes of the rotary pistons run parallel to the main shaft and the annular space rotates around the main shaft, FIG. 6 shows an axial section through the machine according to a further example in which the axis of the Rotary piston is arranged perpendicular to the main shaft and the annular space rotates and Fig.7 on a larger scale a view of the constriction in the direction along the axis of the rotary piston.
The machine has a main shaft 1 and a closed annular space 2, which is arranged coaxially to this shaft and which changes continuously in cross-section by being delimited by side walls 3 (see, for example, FIGS. 3 and 4), which run as a course through the rotary piston surface the combined movement, which is composed of the rotation of the rotary piston about its axis and the circling relative movement between the annular space and the rotary piston, generated envelope surfaces are formed. The side walls 3 thus approach and in this way form one or more narrowest points 4. Depending on the design of the machine, these side walls 3 can be flat or curved in the radial direction.
In the annular space 2 is a trained as a ring sector, depending on the number of narrowest points 4 shorter or longer held sealing fin 5 is arranged, the cross section of which is adapted to the narrowest cross section of the space 2 (see, for example, Fig. 3 and 7). The sealing fin 5 can either touch the side walls 3 in the narrowest point 4 or be separated from the inside by very fine gaps.
Furthermore, in space 2 there is a rotary piston 7 rotating about its axis 6, which contacts the two side walls 3 in every working position or is at most separated from them by a very narrow, adjustable gap. As shown in FIGS. 1 and 2, the rotary piston 7 experiences its rotation through gears 8 and 9 from the main shaft 1 in such a way that the rotary piston executes a completely uniform movement around its axis and the variable annular space in every position closes or seals on its entire circumference, but also easily passes through the narrowest point 4.
The sealing fin 5 and the rotary piston 7 move together relative to the annular space 2 and together form a closed working space again and again as the machine rotates, which continues through the side walls 3 on the one hand and the sealing fin 5 in the narrowest point 4 on the other through the outer boundary surface 10 and the inner boundary surface 11 of the space 2 and finally by the rotary piston 7 which seals with its surfaces on the since union and outer and inner boundary surfaces of the annular space 2 be.
Fig. 1 shows a first embodiment of a sol chen machine in which the annular space 2 is fixed, while the sealing fin 5 and the rotary piston 7 rotate with the main shaft 1 and the axis of rotation 6 of the rotary piston 7 is rolling on the stationary gear 8 Counter gear 12 carries. The inner boundary surface 11 forms the floor of the space 2 and is firmly assembled with the main shaft 1 and also carries the bearing 13 for the rotary piston 7 and the sealing fin 5.
In Fig. 2 a second embodiment of the machine is shown, which differs from the first insofar as the annular space 2 rotates there with the main shaft 1, while the sealing fin 5 and the rotary piston 7 rotating about its axis 6 are stationary. In the example of Fig. 1 and Fig. 3 with fixed the annular space 2 is arranged between the fixed walls of the space 2 and the surrounding floor 11, a seal. In the example according to FIG. 2, however, there is such a seal between the outer fixed boundary surface 10 and the two side walls 3 rotating with the main shaft.
The sealing fin 5 is firmly connected to the outer boundary surface 10, and this boundary surface 10 also carries the bearing 13 of the rotary piston 1, the drive of which is again indicated schematically in FIG.
The second embodiment according to FIG. 2 has an advantage in that there the rotary piston 7 and its storage are not subject to any additional centrifugal forces. In addition, each shaped side wall 3 of the annular space 2 transmits power there, while according to the first example the rotary piston 7 serves as a power transmission element to the main shaft 1.
In the vicinity of the narrowest point 4, depending on the type of machine (force or work) seen in the direction of rotation, in front of or behind the same, at suitable intervals, the inlet or outlet element 14 (FIG. 7) or several such organs, which the smuggle in the gaseous or liquid medium supplying or receiving the power, depending on whether it is a prime mover or a work machine. The outlet or inlet organs, depending on the desired degree of expansion or compression, are more or less far from the narrowest point 4, seen in or against the direction of rotation.
The inlet and outlet organs can be attached so that they can be displaced or their size can be changed, and the expansion and / or compression ratio can also be changed or adjusted during operation.
As can be seen from Fig. 7, the direction of rotation of the piston 7 when used as a prime mover in the direction of arrow K, when used as a machine in the direction of arrow A.
When the machine works as a prime mover, the narrowest point 4 is always first passed by the rotary piston 7 and then closed by sealing fins 2 ver. However, if the machine is to be used for the delivery of work, the sealing fin 5 always runs ahead and only then does the rotary piston 7 follow when it passes through every narrowest point 4.
For the sake of simplicity, only a narrow point is shown in the examples. It is, however, possible that the annular space 2 can also have several narrowest points 4 and several rotary pistons 7 and a corresponding number of sealing fins 5. In some cases, it is also advantageous to arrange several annular spaces coaxially, straight and sometimes at an angle, one above the other or next to one another, all working on the same or several separate axially aligned shafts. The annular spaces can be used for expansion or compression who the. The last-mentioned possibility comes e.g. B.
When using the machine as an internal combustion engine, it is a question of where ring channels located next to, one above the other or one behind the other work alternately or in groups as a power or working machine (compressor).
In Figs. 5 and 6 particularly advantageous examples of the machine are shown.
The special thing about the example according to FIG. 5 is that the axis 6 of the rotary piston 7 is arranged parallel to the main shaft 1, which not only results in a particularly simple drive of the axis 6 of the rotary piston 7, but also a very simple design of the Side walls 15 of the annular space 2. These side walls 15 can be made completely flat in this example, while the outer wall 16 and the inner wall 17 of the annular space 2 are designed as enveloping surfaces with a regular curvature.
In the example according to FIG. 5, the curved surfaces 16 and 17 and the flat side wall 15 form a whole, which with the help of the hub 18 is keyed onto the main shaft 1 and rotates. The second side wall 15, which carries the storage 13 for the rotary piston axis 6, is designed to be stationary, as is the wall 19, which serves as a bearing for the main shaft 1. The wall 19 and the stationary side wall 15 can be led to a stationary console. The sealing fin is thereby formed by a section of a cylinder wall.
In the example according to FIG. 5, a toothed wheel 20 wedged on this axis, which meshes with a toothed wheel 21 fastened on the main shaft 1, is sufficient for rotating the rotary piston axis 6.
The example according to FIG. 5 can also be modified in such a way that not only one side wall 15, but the two side walls 15 stand still while the curved walls 16 and 17 run around.
In addition, it is easily possible to rotate the side wall 15 carrying the bearing 13 with the main shaft 1 and to make the annular space 2 formed by the walls 16, 17 and 15 stationary. In this case, the gear 21 would not be connected to the main shaft 1, but would be fixed, so that the gear 20 rolls on its circular motion on the fixed gear 21 and thereby sets the rotary piston 7 in a uniform rotating movement.
The example according to FIG. 6 is characterized in that the axis 6 of the rotary piston 7 is arranged perpendicular to the main shaft 1, but the annular space 2, which is formed by the side walls 23 and the inner wall 24, which is spherically curved, runs around Annular surface is formed so that the rotary piston 7 with its corresponding sealing surface cannot lift off the surface 24 at any point during rotation about its axis 6. The surface 24 merges into a hub 25, which in turn is keyed onto the main shaft 1.
The annular space 2 is closed off by the outer wall 26, which is designed to be stationary and is connected to the bracket 28 with the aid of screws 27. This outer wall 26 also has a sealing surface on the inside, which is held in the form of a spherical cap. Seals 22 are in turn arranged between the outer wall 26 and the circumferential side walls 23, which are curved ge, similar to a cycloid, are designed. The circumferential annular space 2 is completely enclosed by fixed disks 28 and 29, which also serve as bearings for the main shaft 1. The disk 29 is rigidly connected to the outer wall 26 with the aid of screws 30.
Furthermore, the bearing 13 for the rotary piston axis 6 is screwed to the outer wall 26. The rotary piston 7 is driven in this example via an angular drive 31 driven by the main shaft 1, via a shaft 32 and gears 33, 34 and 35, the gear 35 being firmly connected to the rotary piston axis 6. The main shaft 1, which is arranged vertically in this case, is supported in the bracket 28 with the aid of an axial bearing 36.
However, it is also possible to modify the example according to FIG. 6 in such a way that the main shaft 1 runs horizontally and the stationary side walls 29 and 28 have a continuation designed as a console.
The example according to FIG. 7 shows the way in which a particularly high utilization of the machine, that is to say a very good degree of efficiency, can be achieved. In this case, the sealing fin 5 is only interrupted along the length of the rotary piston 7. The ends 37 and 38 of the sealing fin 5 are designed as sealing surfaces cooperating with the ends 39 and 40 of the rotary piston 7. The sealing fin 5 has such a cross section that it completely fills the narrowest point 4. In the position shown, the rotary piston 7 seals with its end 40 on the curved side wall 3 and with its end 39 on the sealing surface 37 of the sealing fin 5, so that in this way a very small, completely sealed working space 41 is created.
It is assumed that the machine is to serve as a compressor (work machine). An outlet valve 14 is then located in this working space 41 in one of the walls running perpendicular to the axis of rotation 6 of the piston 7, viewed in the direction of rotation, immediately in front of the narrowest point 4. This valve 14 can, for example, be controlled via cams by a mushroom-like shape known from the motor vehicle engine tes valve be formed. By arranging this valve 14 to the side of the radial plane of symmetry of the machine, it is achieved that there is only a small dead space in the working space, so that a very high compression can be achieved.
It should also be noted in this context that the rotary piston 7 has a smaller thickness than the sealing fin 5.
Furthermore, in the example of FIG. 7 there is a dot-dashed position of the rotary piston 7, which applies to the case that the machine is used as a prime mover, for. B. steam engine should work. For this case, there is an inlet valve 42, which can be formed and controlled in exactly the same way as the aforementioned outlet valve 14, immediately behind the narrowest point 4, as seen in the direction of rotation.
If the machine is used as a working machine, e.g. B. is designed as a compressor, an inlet slot is arranged in one of the walls of the annular space 2 near the narrowest point 4 opposite the outlet valve 14, which can be unlocked.
However, if the machine z. B. is designed as a steam engine, there is next to the narrowest point 4 opposite the inlet valve 42, an outlet slot, which can also be uncontrolled.
Investigations were made to determine the areas in which the machine is particularly economical. It has been found that with a ratio of the speed of the circular movement of the rotary piston to the rotational speed of the rotary piston equal to or greater than eight, regardless of the speed, excellent economic constructions are possible.
Regardless of whether the machine is used as a prime mover or as a work machine, it is advantageous to achieve an economically favorable solution to arrange an annular space with several narrowest points and one or more rotary pistons and one or more sealing fins or, even better, to arrange them side by side Annular spaces, also each with one or more narrowest points and one or more rotary lobes and one or more tightly flowed.
You can also expand with the various construction options without difficulty in one or more stages to perform work or compress power consuming. So z. B. a steam-powered machine trained in the new type to work on several back pressures with or without condensation, with the individual expansion ratios, as already described, can be made variable. The same applies mutatis mutandis to the use of the machine as a work machine.
It should also be noted that the curved walls of the annular channel, which together form at least one narrowest point, are designed in the form of cycloids or a similar shape, depending on the formation of the ends of the rotary pistons.