Drehkolbenmaschine mit zwei Rotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben maschine mit zwei Rotoren, die in sich überschnei denden Zylinderbohrungen mit gleicher Winkelge schwindigkeit gegensinnig umlaufen, sich in an der Zylinderwand anlaufenden sowie von ,der Rotorachse weniger weit entfernten Umfangsflächenabschnitten in allen Drehstellungen mindestens annähernd berüh ren und mit der Zylinderwand im Bereich der zwi schen den beiden Rotorachsen einander gegenüber liegenden Ein- und Auslassöffnungen zu- und abneh mende Arbeitsräume .bilden.
Derartige Drehkolbenmaschinen können als Flüssigkeitspumpen oder Gasverdichter sowie mit flüssigen oder gasförmigen Medien als Motoren be trieben werden. Bei bekannten Drehkolbenmaschinen dieser Art haben die Rotoren verwickelte, schwierig zu bearbeitende Umfangsflächen, die nach den Ver zahnungsgesetzen gestaltet .sind.
Demgegenüber besteht gemäss ,der Erfindung die Umfangsfläche der beiden Rotoren aus zwei zur Rotorachse konzentrischen, sich je annähernd über den halben Umfang erstreckenden Kreiszylinderflä- chen verschieden grossen Halbmessers, von denen die mit dem grösseren Halbmesser der Zylinderwand angepasst ist, wobei die zwischen den beiden Zylin- derflächen befindlichen, in Umfangsrichtung zeigen den Übergangsflächen,
.mit denen die beiden Rotoren beim Durchgang durch die gemeinsame Rotorachs- ebene zusammenkommen, als auf dem ganzen Ein griffsweg einen etwa gleichbleibenden Spalt haltende Zahnflanken ausgebildet sind. Hierdurch wird gegen über bekannten Ausführungen ein beachtlicher Fort schritt erzielt. Die Umfangsflächen der Rotoren las sen sich in einfacher Weise mit grosser Präzision be arbeiten. Volumetrische Verluste treten nur in Form von Spaltverlusten auf.
Da die Rotoren auf ihrem halben Umfang eine der Zylinderwand angepasste Zylinderfläche haben, bestehen gegenüber der Zylin derwand ständig grosse Dichtflächen. Es ist daher auch bei nicht unmittelbarer Berührung zwischen Rotor und Zylinderwand, also ohne zu Verschleiss- und Reibungsverlusten führende Dichtungsmassnah- men mit kleinen Spaltverlusten zu rechnen. Ferner erfolgt die Vergrösserung und Verkleinerung der Arbeitsräume nach linearen Gesetzen.
Daher werden veränderliche Druckimpulse, die zu das Getriebe un günstig beanspruchenden Drehmomentschwankungen und starken Laufgeräuschen führen, vermieden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. 1 bis 3 Schnitte quer zu den Rotorachsen für verschiedene Betriebsstellungen, Fig. 4 eine Ansicht im rechten Winkel zu der die beiden Rotorachsen enthaltenden Ebene.
Das Maschinengehäuse besteht aus einem die Zylinderhohlräume aufweisenden Mittelteil 1 und zwei dieses stirnseitig abschliessenden Deckeln 2 und. 3, in denen die Rotorwellen gelagert ,sind. Das Mit telteil 1 hat zwei parallelachsige Zylinderbohrungen 4 und 5 gleichen Durchmessers, deren Achsabstand kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser, die sich also überschneiden.
An den einander gegenüberliegenden Durchdringungsstellen der beiden Zylinderbohrungen münden die Ein- und Auslassöffnungen 6 und 7. Die beiden Zylinderbohrungen 4 und 5 nehmen stirnseitig an den Deckeln 2 und 3 anlaufende Rotoren 8 und 9 auf, die mit beiderseitigen Wellenazpfen 10 und 11 bzw. 12 und 13 in den beiden Gehäusedeckeln 2 und 3 drehbar gelagert sind.
Auf einer Stirnseite sind die aus den Gehäusedeckeln herausgeführten Wellenzap fen 10 und 12 durch ,ein Paar Zahnräder 14 und 15 gleichen Durchmessers getrieblich miteinander ver- bunden. Die beiden Rotoren 8 und 9 laufen daher mit gleicher Winkelgeschwindigkeit gegensinnig um.
Die Umfangsfläche der .beiden Rotoren ist durch zwei sich .etwa über den halben Umfang .erstreckende, zur Rotorachse konzentrische Zylinderflächen 16, 17 bzw. 18, 19 verschieden grossen Halbmessers und zwei sich dadurch ergebende, in Umfangsrichtung zeigende Übergangsflächen 20, 21 bzw. 22, 23 gebil det.
Die eine Zylinderfläche 16 bzw. 18 der Rotoren ist der Zylinderfläche der Wand der zugehörigen Zylinderbohrung 4 bzw. 5 des Gehäusemittelteils 1 so angepasst, dass sie diese gerade noch nicht unmittel bar berührt, also !der kleinstmögliche Spalt entsteht. Der Halbmesser der anderen Zylinderfläche 17 bzw. 19 ist um das Mass der Überschneidung der beiden Zylinderbohrungen 4 und 5 kleiner.
Die bei ,den Rotoren sind um 1.80 ;gegeneinander verdreht angeordnet, so dass ständig die den grösseren Halb- messer aufweisende Zylinderfläche des einen Rotors und die den kleiner .Durchmesser aufweisende Zylin derfläche ,des anderen Rotors einander berühren: bzw.
zwischen ihnen der kleinstmögliche Spalt verbleibt (Fig.2). Die in Umfangsrichtung zeigenden über- gangsflächen 20, 21 bzw. 22, 23 kommen beim Durchgang durch die gemeinsame Ebene der beiden Rotorachsen paarweise zusammen; :(Fig. 1 und 3). Auch hierbei ist eine unmittelbare Berührung der beiden Rotoren vermieden.
Die übergangäflächen sind nach Art von Zahnflanken so ausgebildet, dass sie auf dem ganzen Eingriffsweg einen etwa gleich bleibenden Spalt halten, der etwa dem zwischen den Umfangsflächen der beiden Rotoren gewählten Spalt entspricht.
Hiernach ergibt sich beim Betrieb der beschriebe nen Drehkolbenmaschine als Motor folgende Wir kungsweise: Geht man von dem in Fig. 1 dargestellten Be- triebszustand aus, beidem sich .die Übergangsflächen 21 und 22 in der Rotorachsebene .einander gegen überstehen, und strömt das flüssige oder gasförmige Treibmittel ,durch die Gehäuseöffnung 6 ein,
so be steht auf der rechten Seite zwischen dem den kleine ren Halbmesser aufiweisenden zylindrischen Flächen teil 19 ides Rotors. 9 und der Zylinderwand ein ring sektorförmiger Arbeitsraum, der einerseits von dem den grösseren Durchmesser aufweisenden zylindri schen Flächenteil 16 des Rotors 8 und anderseits von der üb.ergangsfläche 23 des Rotors 9 begrenzt ist. Das hat zur Folge,
dass der Rotor 9 unter Vergrösse rung seines Arbeitsraumes in Richtung 24 und der Rotor 8 in der entgegengesetzten Richtung 25 dreht. Sobald die Übergangsflächen 21 und 22 über die Einlassöffnung 6 hinweggegangen sind (Fig. 2), wird auf der linken Seite ein sich ständig vergrössernder ringsektorförmiger Arbeitsraum gebildet,
der einer seits von der den grösseren Halbmesser aufweisenden Zylinderfläche 18 des Rotors 9 und andererseits von der Übergangsfläche 21 des Rotors 8 begrenzt ist. Es dreht also der Rotor 8 in Pfeilrichtung 25 weiter, nur mit dem Unterschied, dass er jetzt treibend wirkt. Fig. 3 zeigt den Zustand nach Vollendung einer hal ben Umdrehung,
wenn die Übergangsflächen 20 und 23 der beiden Rotoren in der Rotorachsebene zu sammengekommen sind. Auf der gegenüberliegenden Seite entstehen zur Auslassöffnung hin gleiche ring sektorförmige Arbeitsräume, die hier Ausschubräume sind.
Da der nicht treibende Rotor mit seiner den grös- seren Halbmesser aufweisenden Zylinderfläche den jeweiligen Arbeitsraum mit einer im Raum festen Fläche begrenzt, so dass die Volumzunahme des Arbeitsraumes nur in der Drehrichtung des treiben den Rotors erfolgt, sind volumetrische Verluste aus- ser den Spaltverlusten vermieden.
Günstig ist hierbei, dass der Druck im jeweiligen Arbeitsraum über die Zylinderfläche des nicht treibenden Rotors radial auf die Drehachse wirkt, so dass an: diesem kein Dreh moment entsteht.
Da ferner die jeweiligen Arbeitsräume in ihrem ganzen Entstehungsbereich die durch den Halbmes- serunterschied der beiden Rotorflächenabschnitte gegebene ringsektorförmige Gestalt beibehalten, ist die Volumzu- und Abnahme der Arbeitsräume linear. Die Summe der Dichtflächen zwischen den Rotoren und der Zylinderwand ist stets erheblich grösser als die Fläche einer der beiden Zylinderwände.
Daher ergibt sich im Ganzen für das in Umfangsrichtung von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite durch den Spalt zwischen Rotor und Zylinderwand als Ver lust abströmende Druckmittel ein grosser Weg und damit ein erheblicher Strömungswiderstand. Auf der Niederdruckseite wird zwischen den aufeinander zu laufenden Umfangsflächen der Rotoren .ein Druckkeil gebildet, der ebenfalls an dieser Stelle das Abströmen durch den Spalt erschwert.
Bei Verwendung als Pumpe oder Verdichter kann mit der gleichen Durchflussrichbung gearbeitet wer den, wobei lediglich die auf der Einströmseite befind lichen Arbeitsräume zu Saugräumen werden.
Rotary piston machine with two rotors The invention relates to a rotary piston machine with two rotors, which rotate in opposite directions in overlapping cylinder bores at the same Winkelge speed, at least approximately in contact in all rotational positions in circumferential surface sections approaching the cylinder wall and less distant from the rotor axis and with the cylinder wall in the area of the inlet and outlet openings opposite one another between the two rotor axes, increasing and decreasing working spaces.
Rotary piston machines of this type can be operated as liquid pumps or gas compressors and with liquid or gaseous media as motors. In known rotary piston machines of this type, the rotors have intricate circumferential surfaces that are difficult to machine and which are designed according to the toothing laws.
In contrast, according to the invention, the circumferential surface of the two rotors consists of two circular cylindrical surfaces of different sizes, concentric to the rotor axis, each extending approximately over half the circumference, of which the one with the larger radius is adapted to the cylinder wall, the one between the two cylinders - the surfaces located in the circumferential direction show the transition surfaces,
.with which the two rotors come together when passing through the common rotor axis plane, as tooth flanks holding an approximately constant gap are formed over the entire access path. As a result, a considerable progress is achieved against known designs. The circumferential surfaces of the rotors can be worked in a simple manner with great precision. Volumetric losses only occur in the form of gap losses.
Since the rotors have a cylinder surface adapted to the cylinder wall on half their circumference, there are constantly large sealing surfaces compared to the cylinder wall. Small gap losses must therefore be expected even if there is no direct contact between the rotor and the cylinder wall, that is to say without sealing measures leading to wear and friction losses. Furthermore, the enlargement and reduction of the work spaces is carried out according to linear laws.
Therefore, variable pressure pulses, which lead to torque fluctuations and heavy running noises, which stress the transmission un favorably, are avoided.
The invention is explained below with reference to the drawing. 1 to 3 show sections transversely to the rotor axes for different operating positions, FIG. 4 shows a view at right angles to the plane containing the two rotor axes.
The machine housing consists of a middle part 1, which has the cylinder cavities, and two covers 2 and 2 closing this end face. 3, in which the rotor shafts are stored. With the central part 1 has two parallel-axis cylinder bores 4 and 5 of the same diameter, the center distance of which is smaller than the bore diameter, which therefore overlap.
The inlet and outlet openings 6 and 7 open out at the opposite penetration points of the two cylinder bores. The two cylinder bores 4 and 5 receive rotors 8 and 9 running on the end faces of the covers 2 and 3, which have shaft pins 10 and 11 or 12 and 13 are rotatably mounted in the two housing covers 2 and 3.
On one end face, the shaft journals 10 and 12 led out of the housing covers are connected to one another in a geared manner through a pair of gears 14 and 15 of the same diameter. The two rotors 8 and 9 therefore rotate in opposite directions at the same angular speed.
The circumferential surface of the two rotors is formed by two cylindrical surfaces 16, 17 or 18, 19 of different sizes, which extend approximately over half the circumference and are concentric to the rotor axis, and two resulting transition surfaces 20, 21 and 22, respectively, pointing in the circumferential direction , 23 educated.
One cylinder surface 16 or 18 of the rotors is adapted to the cylinder surface of the wall of the associated cylinder bore 4 or 5 of the middle housing part 1 in such a way that it just does not touch it directly, i.e. the smallest possible gap is created. The radius of the other cylinder surface 17 or 19 is smaller by the amount of the intersection of the two cylinder bores 4 and 5.
The rotors in the two rotors are rotated by 1.80; so that the cylinder surface with the larger radius of one rotor and the cylinder surface with the smaller diameter of the other rotor constantly touch each other: or
the smallest possible gap remains between them (Fig. 2). The transition surfaces 20, 21 and 22, 23 pointing in the circumferential direction come together in pairs when passing through the common plane of the two rotor axes; : (Figs. 1 and 3). Here too, direct contact between the two rotors is avoided.
The transition surfaces are designed in the manner of tooth flanks in such a way that they hold an approximately constant gap over the entire engagement path, which approximately corresponds to the gap selected between the circumferential surfaces of the two rotors.
According to this, the operation of the rotary piston machine described as a motor results in the following mode of action: If the operating state shown in FIG. 1 is assumed, the transition surfaces 21 and 22 in the rotor axis plane face one another and the liquid or gaseous propellants, through the housing opening 6,
so be is on the right side between the cylindrical surface part 19 having the smaller radius of the rotor. 9 and the cylinder wall an annular sector-shaped working space which is delimited on the one hand by the cylindrical surface part 16 of the rotor 8 with the larger diameter and on the other hand by the transition surface 23 of the rotor 9. This has the consequence
that the rotor 9 rotates with enlargement of its working space in the direction 24 and the rotor 8 in the opposite direction 25. As soon as the transition surfaces 21 and 22 have passed over the inlet opening 6 (Fig. 2), a constantly increasing ring sector-shaped working space is formed on the left side,
which is limited on the one hand by the cylinder surface 18 of the rotor 9, which has the larger radius, and on the other hand by the transition surface 21 of the rotor 8. The rotor 8 continues to rotate in the direction of arrow 25, the only difference being that it now acts as a driving force. Fig. 3 shows the state after completion of half a revolution,
when the transition surfaces 20 and 23 of the two rotors have come together in the rotor axis plane. On the opposite side towards the outlet opening, the same ring sector-shaped working spaces are created, which here are push-out spaces.
Since the non-driving rotor with its larger radius cylinder surface delimits the respective working space with a fixed area, so that the increase in volume of the working space only occurs in the direction of rotation of the driving rotor, volumetric losses apart from the gap losses are avoided .
It is advantageous here that the pressure in the respective working space acts radially on the axis of rotation via the cylinder surface of the non-driving rotor, so that no torque arises on it.
Furthermore, since the respective working spaces retain the ring-sector-shaped shape given by the half-diameter difference between the two rotor surface sections in their entire area of origin, the increase and decrease in volume of the working spaces is linear. The sum of the sealing areas between the rotors and the cylinder wall is always considerably larger than the area of one of the two cylinder walls.
Therefore, on the whole, there is a long path for the pressure medium flowing off in the circumferential direction from the high pressure side to the low pressure side through the gap between the rotor and the cylinder wall as a loss and thus a considerable flow resistance. On the low-pressure side, a pressure wedge is formed between the circumferential surfaces of the rotors running towards one another, which also makes it more difficult at this point to flow through the gap.
When used as a pump or compressor, the same flow direction can be used, with only the working spaces on the inflow side becoming suction spaces.