Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine zur Verwendung als Kraft- bzw. Arbeitsmaschine, bestehend aus einem Statorgehäuse und aus einem davon umschlossenen, darin drehbar gelagerten Rotor, wobei zwischen Statorgehäuse und Rotor ein verschlusskörperbestückter, strömungsmittelführender Ringraum mit in Umfangsrichtung verteilten Zonen unterschiedlichen Druckes vorgesehen ist.
insbesondere bezieht sich die Erfindung auf derartige Maschinen, wobei der Rotor mit dem bzw. jedem Verschlusskörper über ein Getriebe zur gegenseitigen Umlaufsynchronisation verbunden ist und/oder am Rotor mindestens ein radialer, sich quer durch den Ringraum erstreckender Vorsprung vorgesehen ist und der bzw. jeder Verschlusskörper eine Längsausnehmung zur Aufnahme des bzw. der radialen Vorsprünge beim Hindurchlaufen unter dem Verschlusskörper während des gemeinsamen, synchronen Umlaufs von Rotor und Verschlusskörper aufweist.
Der strömungsmittelführende Ringraum ist insbesondere von einer äusseren Umfangsnut im Rotor gebildet, welcher eine zylindrische Innenfläche des Statorgehäuses gegenüberliegt, wobei der bzw. jeder Verschlusskörper in die Umfangsnut ragt und geringfügig kürzer ist, als die Umfangsnut breit ist. Der bzw. jeder radiale Rotorvorsprung durchsetzt die Umfangsnut quer und ist höchstens so hoch, wie die Umfangsnut tief ist.
Bei derartigen Drehkolbenmaschinen ist der strömungsmittelführende Ringraum bzw. die diesen bildende Umfangsnut im Rotor in mehrere Zonen unterteilt. Im Betrieb, d.h.
bei Umlauf des Rotors und des bzw. der Verschlusskörper imStatorgehäuse, ändert sich das Volumen mindestens eines Teils dieser Zonen, so dass die Drehkolbenmaschinen als Motor bzw. als Pumpe verwendbar sind, beispielsweise als Gas-, Dampf- oder Brennkraftmaschine ausgebildet sein können, oder aber als Kompressor, Druck- oder Vakuumpumpe, und zwar in Verbindung mit gasförmigen, flüssigen oder halbflüssigen Strömungsmitteln.
Der Rotor kann teilweise von einem endlosen Band gehäuseartig umschlossen sein, welches mit dem Rotor umläuft.
Solche bekannten Anordnungen (Britische Patentschrift Nr.
779 339) können als Lüfter insbesondere in Ventilations- oder Entstaubungsanlagen oder in pneumatischen Förderanlagen für pulverförmiges oder körniges Gut dienen.
Es ist bereits eine Drehkolbenmaschine zur Verwendung als Kraft- bzw. Arbeitsmaschine bekannt, welche aus einem Statorgehäuse, aus einem davon umschlossenen, darin drehbar gelagerten zylindrischen Rotor mit einer äusseren Umfangsnut und mehreren in Umfangsrichtung gleichmässig verteilten, radialen, quer durch die Umfangsnut verlaufenden Vorsprüngen und aus mehreren in Umfangsrichtung gleichmässig verteilten, im Statorgehäuse jeweils um eine zur Rotordrehachse parallele Achse drehbar gelagerten, in die Umfangsnut eingreifenden zylindrischen Umfangsnut-Verschlusskörpern mit einer Längsausnehmung zur Aufnahme der radialen Vorsprünge beim Hindurchlaufen unter dem jeweiligen Verschlusskörper besteht,
wobei der Rotor und die Verschlusskörper durch ein Getriebe zur gegenseitigen Umlaufsynchronisation miteinander verbunden sind und beiderseits jedes Verschlusskörpers unmittelbar daneben jeweils eine Strömungsmittelzufuhr- bzw. -abfuhröffnung im Statorgehäuse vorgesehen ist (deutsche Patentschrift Nr. 1 014 122).
Aufgabe der Erfindung ist es, die Dichtungsverhältnisse bei Drehkolbenmaschinen der eingangs angegebenen Art, insbesondere der vorstehend geschilderten Ausgestaltung, zu verbessern.
Dies ist erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zur beiderseitigen Abdichtung des Ringraumes nach aussen zwei Dichtungen vorgesehen sind, und zur gegenseitigen Abdichtung zweier benachbarter Zonen unterschiedlichen Druckes im Ringraum mindestens ein um eine zur Rotordrehachse parallele Achse im Statorgehäuse drehbar gelagerter Verschlusskörper angeordnet ist, und zur seitlichen Abdichtung des bzw. jedes Verschlusskörpers zwei jeweils zwischen einer Stirnseite und dem Statorgehäuse angeordnete Dichtungen vorgesehen sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den beigefügten Unteransprüchen zu entnehmen.
Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 die Ansicht eines Querschnitts durch eine erfindungsgemässe Drehkolbenmaschine;
Fig. 2 die Ansicht des Längsschnitts durch eine besondere Verschlusskörper-Ausführungsform, und zwar entlang der die Verschlusskörperdrehachse und die Rotordrehachse enthaltenden Ebene;
Fig. 3 bis 6jeweils die Ansicht desjenigen Teils des Querschnitts durch eine erfindungsgemässe Drehkolbenmaschine, in welchem ein Verschlusskörper liegt, wobei jeweils eine andere Ausführungsform gegeben ist;
;
Fig. 7 bis 9jeweils die Ansicht eines radialen Längsschnitts bzw. eines Querschnitts durch eine erfindungsgemässe Drehkolbenmaschine bzw. die Draufsicht auf den Umfang des Rotors dieser Drehkolbenmaschine im Bereich eines radialen Vorsprunges, wobei eine besondere Ausgestaltung der Dichtungen seitlich des Ringraumes und des radialen Rotorvorsprungs gegeben ist und jeweils lediglich der entsprechende Teil des besagten Schnittes bzw. der Draufsicht gezeigt ist;
Fig. 10 eine der Fig. 7 entsprechende Schnittansicht durch eine erfindungsgemässe Drehkolbenmaschine mit anderer Ausgestaltung der seitlichen Dichtungen beiderseits des Ringraumes;
Fig.
II die Ansicht eines Längsschnitts durch einen Verschlusskörper einer erfindungsgemässen Drehkolbenmaschine und durch den umgebenden Teil des Statorgehäuses, wobei der Schnitt senkrecht zu der die Verschlusskörperdrehachse und die Rotordrehachse enthaltenden Ebene gelegt ist;
Fig. 12a und 12b jeweils eine der Fig. 7 und 10 entsprechende Schnittansicht bzw. die Ansicht des Schnittes X-X' in Fig. 1 2a einer erfindungsgemässen Drehkolbenmaschine mit einer anderen Ausgestaltung der beiden seitlichen Dichtungen beiderseits des Ringraumes;
Fig. 13 eine den Fig. 3 bis 6 entsprechende Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Drehkolbenmaschine.
Gemäss Fig. 1 bis 13 weist die erfindungsgemässe Drehkolbenmaschine ein vorzugsweise strömungsmitteldichtes Statorgehäuse 1 und einen darin drehbar gelagerten zylindrischen Rotor 2 mit einer Umfangsnut G auf. Mindestens ein radialer Vorsprung 3 erstreckt sich quer durch die Umfangsnut G von einer Seitenwandung derselben zur anderen. Der Vorsprung 3 ist vorzugsweise ebenso hoch wie die Umfangsnut G tief ist.
In die Umfangsnut G mit rechteckigem Querschnitt ragt mindestens ein genau passender zylindrischer Verschlusskörper 4 mit vorzugsweise kleinerem Durchmesser als der Rotor 2, dessen Drehachse parallel zur Drehachse des Rotors 2 verläuft. Dieser Verschlusskörper 4 ist vorzugsweise geringfügig kürzer als die Umfangsnut G breit ist und weist wenigstens eine Längsausnehmung 5 auf, welche bei umlaufendem Rotor 2 und rotierendem Verschlusskörper 4 den bzw. jeden radialen Vorsprung 3 in der Umfangsnut G unter diesem Verschlusskörper 4 hindurchlaufen lässt. Die Mantelfläche des Verschlusskörpers 4 kann entweder in einem geringen Abstand vom Boden der Umfangsnut G umlaufen oder auf diesem Boden ohne zu gleiten abrollen.
Zur gegenseitigen Abdichtung zweier benachbarter Zonen der Umfangsnut G ist normalerweise ein einziger zylindrischer Verschlusskörper 4 vorgesehen. Die gegenseitige Abdichtung wird verbessert, wenn die Anzahl der Verschlusskörper 4 vergrössert wird. Gemäss Fig. 1 sind zwei zylindrische Verschlusskörper 4 und 4' vorgesehen, so dass bei in Richtung der in Fig.
1 eingezeichneten Pfeile umlaufendem Rotor 2 und rotierenden Verschlusskörpern 4 sowie 4' der die Längsausnehmung 5 des Verschlusskörpers 4 verlassende radiale Vorsprung 3 in die Längsausnehmung 5' des zweiten, unmittelbar folgenden Verschlusskörpers 4' eingreift. Es können auch noch mehr Verschlusskörper hintereinander geschaltet sein, um die gegenseitige Abdichtung zwischen den beiden benachbarten, beiderseits der Verschlusskörper liegenden Nutenzonen unterschiedlichen Druckes zu verbessern. Zu diesem Zweck kann auch der bzw. können auch die Verschlusskörper 4 anders als dargestellt gestaltet sein.
Zur Verbesserung der besagten Abdichtung ist gemäss Fig. 2 der bzw. jeder zylindrische Verschlusskörper 4 an den beiden Stirnseiten jeweils mit einem Ringwulst versehen, welcher eine von der jeweiligen Stimseite zur Verschlusskörpermitte hin sich konisch verjüngende Oberfläche aufweist. Dadurch wird erreicht, dass an den Seitenwandungen der Umfangsnut G entlanglaufendes Strömungsmittel in Wirbel gerät, und zwar aufgrund der Ringwulste mit konischer Oberfläche.
Diese erzeugen Wirbel, wenn das Strömungsmittel zwischen den Stirnflächen des jeweiligen Verschlusskörpers und den Seitenwandungen der Umfangsnut G hindurchzutreten bestrebt ist. Weist der Verschlusskörper 4 oder weisen die Verschlusskörper 4 die beschriebenen Ringwulste mit konischer
Oberfläche auf, dann ist die Umfangsnut G am Boden mit entsprechenden Ringschlitzen versehen, in welchen die Wulste mit geringstmöglichem Spiel laufen. Desgleichen sind entsprechende Bodenschlitze in demjenigen Teil des Statorgehäuses 1 vorgesehen, welcher den jeweiligen Verschlusskörper bedeckt.
Ist damit zu rechnen, dass während des Umlaufs vom Rotor 2 das in der Umfangsnut G befindliche Strömungsmittel, beispielsweise Gas bei der Verwendung der Drehkolbenmaschine als Kompressor, zwischen der der Umfangsnut G gegenüberliegenden zylindrischen Innenfläche vom Statorgehäuse 1 und dem radial äusseren Teil eines Vorsprungs 3 durchtritt, dann werden zweckmässigerweise zwei oder mehr radiale Vorsprünge unmittelbar nebeneinander vorgesehen.
Gemäss Fig. 3 sind zwei radiale Vorsprünge 3 und 3' unmittelbar nebeneinander angeordnet. In diesem Fall müssten in dem bzw. jedem Verschlusskörper 4 entsprechend viele komplementär gestaltete Längsausnehmungen 5 vorgesehen sein. Bei der Ausführungsform gemäss 3 sind demgemäss zwei Längs ausnehmungen 5 und 5' in dem Verschlusskörper 4 ausgespart, so dass die beiden nebeneinander liegenden radialen Vor sprünge 3 und 3', welche zwei benachbarte Nutenzonen unter schiedlichen Druckes voneinander trennen, bei umlaufendem
Rotor 2 und rotierendem Verschlusskörper 4 unter diesem hin durchlaufen können.
Die Gestalt des bzw. der radialen Vorsprünge 3 ist entspre chend der Verwendung der Drehkolbenmaschine und des zum
Einsatz kommenden Strömungsmittels (Gas, Flüssigkeit oder halbflüssiges Strömungsmittel) auszuwählen.
Bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 1, 3 und 4 weist der bzw. jeder radiale Vorsprung 3 bzw. 3' einen halbkreis förmigen Querschnitt auf. Bei der Ausführungsform gemäss
Fig. 5 ist der bzw. jeder radiale Vorsprung 3 als einfacher, üblicher Zahnradzahn ausgebildet. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 weist der bzw. jeder radiale Vorsprung 3 eine radial äussere, d.h. der zylindrischen Innenfläche vom Stator gehäuse 1 dicht gegenüberliegende Mantelfläche auf, welche zylindrisch gekrümmt ist, wobei der imaginäre Krümmungs- zylinder koaxial zum Rotor 2 liegt.
Der mit dem bzw. jedem radialen Vorsprung 3 bzw. 3' zu sammenwirkende Teil des bzw. jedes Verschlusskörpers 4 bzw.
4', d.h. der Boden der bzw. jeder Längsausnehmung 5 bzw. 5' ist so gestaltet, dass der radial äussere Teil des bzw. jedes radialen Vorsprung 3 bzw. 3' daran vorbeilaufen kann, ohne zu reiben oder zu rollen, d.h. mit geringstmöglichem Spiel, welches für eine zufriedenstellende Wirkungsweise der Drehkolbenmaschine zulässig ist.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 ist dies durch die in Fig. 6 wiedergegebene Ausbildung des radialen Vorsprungs 3 und der entsprechenden Längsausnehmung 5 erreicht. Die bezüglich der Umfangsnut G quer liegenden Seitenflächen des radialen Vorsprungs 3 sind jeweils so gekrümmt, dass die Aussenkanten b und c des Vorsprungs 3 während des Betriebes der Drehkolbenmaschine beim Hindurchlaufen des Vorsprungs 3 unter dem Verschlusskörper 4 sehr dicht an den gekrümmten Längsseitenflächen a', b' und c', d' der Längsausnehmung 5 vom Verschlusskörper 4 liegen. Auch die Aussenkanten a' und d' der Längsausnehmung 5 im Verschlusskörper 4 können sehr dicht an den Seitenflächen a, b und c, d des radialen Vorsprungs 3 beim Passieren des Verschlusskörpers 4 liegen, und zwar je nach dem, ob der radiale Vorsprung 3 in die Längsausnehmung 5 hinein- oder aus ihr herausläuft.
Die verschiedenen vor- und nachlaufenden gekrümmten Flächen des radialen Vorsprungs 3 bzw. der radialen Vorsprünge 3 und der bzw. jeder Längsausnehmung 5 bzw. der Längsausnehmungen 5 sowie die verhältnismässig hohe Drehzahl der umlaufenden Bauteile unterstützen die Abdichtung zwischen den einzelnen Zonen der Umfangsnut G.
Wesentlich bei dem bzw. jedem radialen Vorsprung 3 bzw.
3' ist, dass er den Strömungsmitteldurchtritt zwischen den beiden angrenzenden Zonen unterschiedlichen Druckes der Umfangsnut G verhindert, insbesondere während des Vorbeilaufens an der der Umfangsnut G gegenüberliegenden zylindrischen Innenfläche des Statorgehäuses 1.
Befindet sich in der Umfangsnut G ein gasförmiges Strömungsmittel und wird ohne Schmierung gearbeitet, dann muss der bzw. jeder radiale Vorsprung 3 eine bestimmte Gestalt erhalten, um die fehlende Schmierung zu kompensieren, die die Abdichtung sehr verbessern würde. In diesem Fall weist die Spitze des bzw. jedes radialen Vorsprungs 3 bzw. 3' vorteilhafterweise parallel zur Rotordrehachse verlaufende Längsnuten r auf (Fig. 4 und 6).
Befindet sich in der Umfangsnut G eine Flüssigkeit oder ein Gas, wobei mit Schmierung gearbeitet wird, dann sind die Längsnuten r vorzugsweise ausgeprägter ausgebildet und jeweils mit einer Lamelle 1 ( Fig. 4) versehen, welche in der zugehörigen Längsnut r radial beweglich ist. Beim Betrieb der Drehkolbenmaschine wird die Lamelle 1 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gegen die zylindrische Innenfläche des Statorgehäuses 1 gedrückt. Erforderlichenfalls kann die bzw.
jede Lamelle 1 radial nach aussen federbelastet sein, so dass sie auch bei stehendem Rotor 2 gegen die zylindrische Innenfläche vom Statorgehäuse 1 gedrückt wird. In diesem Fall kann diese zylindrische Innenfläche vom Statorgehäuse 1 vorteilhafterweise aus verschleissfestem Material bestehen, welches auf das Statorgehäuse 1 aufgebracht ist.
Die bzw. jede bezüglich der Umfangsnut G quer verlaufende Lamelle 1 wirkt wie ein Kolben- oder Abstreifring, wie er üblicherweise in Kolben/Zylinder-Einheiten verwendet wird. Um jede Gefahr zu vermeiden, dass die Lamelle 1 aus der zugehörigen Längsnut r während des Betriebes der Drehkolbenmaschine herausläuft, und zwar wenn der zugehörige radiale Vorsprung 3 in eine Längsausnehmung 5 bzw. 5' ein tritt oder sie verlässt, kann die Lamelle 1 länger als dieser ra diale Vorsprung 3, d.h. als die Umfangsnut G breit ist, ausge bildet sein und sich über die beiden ringförmigen Seitenwan dungen der Umfangsnut G am Rotor 2 hinweg erstrecken, so dass die Lamelle 1 stets an der zylindrischen Innenfläche des
Statorgehäuses 1 anliegt.
Die beiden Stimflächen des bzw. jedes Verschlusskörpers 4 bzw. 4 sind in der Regel glatt und sehr dicht an den Seitenwandungen der Umfangsnut G liegend angeordnet, so dass nur ein sehr geringes Spiel dazwischen vorhanden ist und der Spalt sehr klein ist, durch welchen Strömungsmittel von der einen zur anderen der beiden benachbarten, beiderseits eines Verschlusskörpers 4 bzw. eines Satzes von Verschlusskörpern 4 und 4' liegenden Zonen unterschiedlichen Druckes der Umfangsnut G hindurchtreten könnte. Wird mit Gas und Schmierung oder mit einer Flüssigkeit gearbeitet, dann kann die gegenseitige Abdichtung von benachbarten Nutenzonen unterschiedlichen Druckes weiterhin dadurch verbessert werden, dass der bzw. jeder Verschlusskörper 4 bzw. 4' nach dem Einsetzen genau eingestellt wird.
Gemäss Fig. 11 kann jeder Teil vom Statorgehäuse 1, welcher einen Verschlusskörper 4 bzw. 4' umschliesst, in den beiden Seitenwandungen, welche den beiden Stirnflächen des jeweiligen zylindrischen Verschlusskörpers 4 bzw. 4' gegen über liegen, Nuten m aufweisen, welche zueinander und zu der Verbindungslinie der Rotordrehachse und der Drehachse des betreffenden Verschlusskörpers 4 bzw. 4' parallel liegen.
Wird ohne Schmierung gearbeitet, dann bildet jede Gruppe zusammengehönger Nuten m eine Labyrinthdichtung. Solche Labyrinthdichtungen können auch beim Arbeiten mit Schmierung vorgesehen sein. Damit ist eine Strömungsmitteldurchtritt zwischen zwei benachbarten Zonen der Umfangsnut G unterschiedlichen Druckes beiderseits eines Verschlusskörpers 4 bzw. eines Satzes von Verschlusskörpern 4 und 4' weiterhin erschwert.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, können in dem bzw. jedem einen Verschlusskörper 4 bzw. 4' umschliessenden Teil des Statorgehäuses 1 auch Längsnuten n vorgesehen sein, welche mit der zylindrischen Mantelfläche des jeweiligen Verschlusskörpers 4 bzw. 4' zusammenwirken.
Die vorstehend geschilderten Massnahmen beziehen sich im wesentlichen auf die Abdichtung in Umfangsrichtung, insbesondere auf die Abdichtung zwischen benachbarten Zonen unterschiedlichen Druckes der Umfangsnut G. Es ist jedoch auch erforderlich, ein Lecken in anderen Richtungen zu vermeiden.
Weist der Rotor 2 beiderseits der Umfangsnut G ringförmige Seitenwandungen auf, welche sich radial bis zum gröss ten Rotordurchmesser erstrecken, und ist ferner das Statorgehäuse 1 mit einer zum zylindrischen Rotor 2 konzentrischen inneren Mantelfläche von etwa derselben Breite versehen, wie sie der Rotor 2 aufweist, dann kann ein Lecken aus der Um fangsnut G durch den Ringspalt zwischen der Innenfläche vom Statorgehäuse 1 und der zylindrischen Rotorfüllfläche zu beiden der Drehkolbenmaschine nach aussen hin erfolgen.
Mit diesem Lecken ist insbesondere dann zu rechnen, wenn das Statorgehäuse 1 an beiden Stirnseiten nicht strömungsmitteldicht verschlossen ist, beispielsweise durch Stirnflansche mit jeweils einer Stopfbuchse oder einer anderen
Dichtung zur Aufnahme und Abdichtung der umlaufenden
Rotorwelle.
Um dieses seitliche Lecken zu verhindern, ist gemäss Fig. 7 bis 9 jede der beiden die Umfangsnut G einschliessenden, radial vorstehenden, ringförmigen Seitenwandungen am Ro tor 2 mit Ringnuten g versehen, die jeweils weniger tief und enger als die Umfangsnut G sind und dazu parallel um den gesamten Umfang vom Rotor 2 herum verlaufen. In jede
Ringnut g ist ein Ring c eingesetzt, welcher hinsichtlich seiner
Gestalt im wesentlichen den Kolben- oder Abstreiferringen entspricht, die üblicherweise in Kolben/Zylinder-Einheiten verwendet werden. Vorteilhafterweise besteht jeder Ring c aus mehreren Segmenten, welche sich an den Enden gegenseitig überlappen und nacheinander in der zugehörigen Ringnut g zusammengesetzt werden, und zwar in einer Weise, dass sie leicht einzusetzen sind.
Die Ringsegmente weisen solche Abmessungen auf, dass sie in der zugehörigen Ringnut g radial beweglich sind und bei Umlauf des Rotors 2 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gegen die zylindrische Innenfläche vom Statorgehäuse 1 gedrückt werden. Jedes Ringsegment kann auf einer oder beiden Seiten mit mindestens einem seitlichen Vorsprung e versehen sein, der in eine entsprechende Aussparung der zugehörigen Ringnut g eingreift. Dadurch ist verhindert, dass die Ring segmente sich in der zugehörigen Ringnut g in Umfangsrichtung verschieben. Dies könnte ein Verkeilen des jeweiligen Ringes c in der zugehörigen Ringnut g zur Folge haben, so dass die radiale Auswärtsbewegung unter der Wirkung der Zentrifugalkraft verhindert und eine Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist. Die erwähnten Aussparungen zur Aufnahme der seitlichen Vorsprünge e sind im Rotor 2 radial angeordnet.
Die Ringe c können radial nach aussen federnd vorbelastet sein, beispielsweise durch gewellte Blattfedern s, welche jeweils zwischen dem Boden einer Ringnut g und dem darin befindlichen Ring c angeordnet sind, wie aus Fig. 8 ersichtlich.
Dadurch ist erreicht, dass jeder Ring c stets an der gegenüberliegenden zylindrischen Innenfläche vom Statorgehäuse 1 anliegt, d.h. auch bei stillstehendem Rotor 2.
Bei dieser Anordnung kann dafür Sorge getragen sein, dass Verschleiss aufgrund von Reibung der Ringe c an der gegen überliegenden zylindrischen Innenfläche vom Statorgehäuse 1 gleichmässig über die gesamte Innenfläche verteilt ist. Dies kann durch Kombination der Reibwirkung der Ringe c und der erwähnten Lamelle I (Fig. 4) erreicht werden, wenn letztere sich über die gesamte Rotorbreite erstrecken, also auch über die beiden die Umfangsnut G seitlich begrenzenden Seitenwandungen. Die Lamellen I und die Ringe c spreizen sich dann gegenseitig.
Dazu und zur Gewährleistung dessen, dass die Ringe c und die Lamellen 1 unabhängig voneinander an der Innenfläche vom Statorgehäuse 1 anliegen können, können die Ringe c und die Lamellen Jeweils mit gegenüberliegenden Aussparungen versehen sein, welche derart angeordnet sind, dass sie unter der Wirkung der Zentrifugalkraft an der zylindrischen Innenfläche vom Statorgehäuse 1 anliegen, gegebenenfalls auch unter der Wirkung der Federn s unterhalb der Ringe c und/oder der Lamellen 1. Durch die so gebildete schachbrettartige Anordnung, wie sie aus Fig. 8 und 9 ersichtlich ist, ergeben sich äusserst strömungsmitteldichte Bereiche zu beiden
Seiten der Umfangsnut G.
Gemäss Fig. 10 kann die geschilderte Anordnung auch umgekehrt getroffen sein. Es sind dabei Ringnuten h im Statorgehäuse 1 vorgesehen, welche den beiden die Umfangsnut
G seitlich begrenzenden Seitenwandungen vom Rotor 2 gegenüber liegen. Beispielsweise können die Ringnuten h von sich radial erstreckenden Ringen t gebildet sein, welche durch
Hülsen u gegenseitig im Abstand gehalten sind. Die Ringe t und die Hülsen u sind in seitliche, ringförmige Aussparungen des Statorgehäuses 1 eingesetzt, welche sich jeweils axial bis kurz vor die Umfangsnut G im Rotor 2 erstrecken, wie aus
Fig. 10 ersichtlich.
Der Aussendurchmesserjedes Ringes t entspricht im we sentlichen dem Innendurchmesser der ringförmigen seitlichen Aussparungen im Statorgehäuse 1. Dasselbe ist der Fall bezüg lich der Hülsen u. Der Innendurchmesserjedes Ringes t ist geringfügig grösser als der Aussendurchmesser vom Rotor 2, d.h. als der Aussendurchmesser der beiden die Umfangsnut G vom Rotor 2 seitlich begrenzenden Seitenwandungen.
Diese Seitenwandungen am Rotor 2 sind mit verhältnismässig dünnen, vorzugsweise flexiblen Ringscheiben j versehen, wie aus Fig. 10 ersichtlich. Die Ringscheiben j sind je weils konzentrisch zur Rotordrehachse angeordnet und verlau fen in zueinander parallelen, zur Rotordrehachse senkrechten Ebenen. Jede Ringscheibe j ist am Rotor 2 befestigt, und ragt in eine der Ringnuten h im Statorgehäuse 1. Beim Betrieb der Drehkolbenmaschine, d.h. bei umlaufendem Rotor 2, wird jede Ringscheibe j unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in eine zur Drehachse senkrechte Ebene belastet.
Der in der Umfangsnut G vorherrschende Über- oder Unterdruck wirkt auf die flexiblen Ringscheiben j ein, so dass diese sich jeweils an die entsprechende Seitenfläche der zugehörigen Ringnut h anlegen. Eine geeignete Schmierung zur Erleichterung des Gleitens der Ringscheiben j an den Seitenflächen der Ringnuten h trägt zur Abdichtung zwischen Rotor 2 und Statorgehäuse 1 bei. Da jede Ringnut h von einer flexiblen Ringscheibe j geschlossen ist, kann kein Lecken erfolgen.
Die Wirkung kann erhöht werden, wenn jede Ringscheibe j an der Aussenkante auf der einen und/oder auf der anderen Seite abgeschrägt wird, wodurch die Reibfläche zwischen der Ringscheibe j und der Seitenfläche der zugehörigen Ringnut h, gegen welche sie gedrückt wird, sich vergrössert. Die Spitze der Abschrägung und die Verlängerung des Leckweges verbessern die seitliche Abdichtung beträchtlich.
Zu demselben Zweck können statt ebener Ringscheiben j auch gekröpfte Ringscheiben k vorgesehen sein, wie in der rechten Hälfte von Fig. 10 dargestellt. Die Ringscheiben k weisen im Querschnitt eine mehr oder wenig starke konische Gestalt auf und sind also gegenüber derjenigen Ebene mehr oder weniger stark geneigt, in welcher, die jeweilige Ringscheibe k im Rotor 2 befestigt ist. Die Aussenkante jeder Ringscheibe k kann dann abgeschrägt und mit der Abschrägung an eine Seitenfläche der zugehörigen Ringnut h gedrückt sein.
Stattdessen kann jede Ringscheibe k auch in der Nähe dieser Seitenfläche gerade verlaufen, d.h. in einer zur Rotordrehachse senkrechten Ebene. Dieser ebene Bereich wird von dem Druck des aus der oder in die Umfangsnut G dringenden Strömungsmittels an eine Seitenfläche der zugehörigen Ringnut h gedrückt und verschliesst dieselbe.
Der konische Abschnitt jeder Ringscheibe k ist vorzugsweise in Richtung fallenden Druckes geneigt. Üblicherweise ist jede Zone bzw. jedes Abteil der Umfangsnut G negativen und positiven Druckänderungen während einer Umdrehung des Rotors 2 unterworfen. Zweckmässigerweise sind daher aufeinanderfolgende Ringscheiben k axial in unterschiedlicher Richtung konisch geneigt. Gegebenenfalls können auch zwei oder mehr entgegengesetzt geneigte Ringscheiben k Rücken an Rücken in jeder Ringnut h vorgesehen sein. Mit den geschilderten Vorkehrungen ist es in manchen Fällen möglich, die strömungsmitteldichten Stirnflansche in Wegfall kommen zu lassen, welche in bekannten, Strömungsmittel unter Druck führenden Kraft- oder Arbeitsmaschinen im allgemeinen erforderlich sind. Sind jedoch diese Stirnflansche aus irgendwelchen Gründen nötig, dann brauchen sie nicht so stark abgedichtet zu werden.
Im letzteren Fall können die beiden seitlich äusseren Ringnuten h auf der jeweils äusseren Seite von einem der beiden Stirnflansche unmittelbar begrenzt sein.
Im Gegensatz zu den meisten bekannten einschlägigen Maschinen, bei denen der umlaufende Rotor in den meisten Fällen beträchtlich stark an einer grossen Berührungsfläche der beiden Stirnflansche reibt, ist erfindungsgemäss die Reibung auf eine geringe Anzahl schmaler Flächenbänder beschränkt, welche im übrigen am Umfang des Rotors in einem Bereich liegen, in welchem die Zentrifugalkraft die Schmierung besonders stark und wirksam macht.
Arbeitet die erfindungsgemässe Maschine, abgesehen von den angetriebenen Wellen, ohne Schmierung der umlaufenden Bauteile, beispielsweise unter Verwendung von Gas, dann ist insbesondere die Ausführungsform gemäss Fig. 12a und b geeignet. Dabei sind im Statorgehäuse 1 Ringnuten h' vorgesehen, welche den geschilderten Ringnuten h ähnlich sind.
Das Statorgehäuse 1 ragt zwischen den einzelnen Ringnuten h' radial bis dicht zur zylindrischen Mantelfläche der beiden die Umfangsnut G seitlich begrenzenden Seitenwandungen am Rotor 2. Die Innenkante jedes dieser radial nach innen vorstehenden Abschnitte p ist vorteilhafterweise auf einer oder beiden Seiten abgeschrägt, so dass sich beiderseits von der Umfangsnut G im Rotor 2jeweils eine Labyrinthdichtung ergibt. Die beiden erwähnten Seitenwandungen, welche die Umfangsnut G im Rotor 2 seitlich begrenzen, weisen keinerlei Ringscheibe auf und sind so glatt wie möglich.
Querlamellen q (Fig. 12b) sind vorgesehen, welche radial zur Rotordrehachse angeordnet sind und sich quer durch sämtliche Ringnuten h' einer auf einer Seite der Umfangsnut G liegenden Gruppe erstrecken, Die Lamellen q weisen jeweils eine Höhe auf, welche der Tiefe der Ringnuten h' entspricht oder geringer ist. Sie unterteilen jede Ringnut h' in eine Vielzahl von Abteilen. Durch diese wabenförmige Ausgestaltung ist verhindert, dass Strömungsmittel in den Ringnuten h' um den Rotor 2 herum mitgenommen wird. Eine Verbindung zwischen zwei Zonen der Umfangsnut G mit unterschiedlichem Druck ist insoweit ausgeschlossen.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, strömungsmitteldichte Stirnflansche des Statorgehäuses 1 durch durchbrochene Stirnflansche zu ersetzen. Sind die Seitenwandungen beiderseits der Umfangsnut G am Rotor 2 breit genug und bedecken die Labyrinthdichtungen am Statorgehäuse 1 beiderseits der Umfangsnut G die gesamte Breite jeder der besagten Seitenwandungen, dann ist die Abdichtung der Umfangsnut G nach aussen in den meisten Fällen ebenso wirksam wie die mit Hilfe von strömungsmitteldichten Stirnflanschen erzielte. Selbst bei hohen Drücken sind die erfindungsgemässen Abdichtungen mindestens ebenso wirksam wie übliche Labyrinthdichtungen in üblicher Anwendung.
Durch die Anordnung offener oder durchbrochener Stirnflansche ähnlich derjenigen üblicher Elektromotoren am Statorgehäuse 1 statt strömungsmitteldichter Stirnflansche ist es ermöglicht, den Rotor 2 mit Umgebungsluft zu kühlen. Ist der Rotor innen hohl ausgebildet und mit der zugehörigen Welle durch Arme in Form von Propellerschaufeln verbunden, dann wird beim Umlauf des Rotors 2 ein zur erwähnten Welle paralleler Luftstrom hervorgerufen, welcher den Rotor 2 selbst und die übrigen Bauteile der Maschine kühlt.
Zur Kühlung des Statorgehäuses 1 kann auch eine Wasserkühlung vorgesehen sein. Dies ist auch bezüglich des Rotors 2 möglich, wobei das Kühlwasser durch die hohle Rotorwelle zu- und abgeführt wird.
Der bzw. jeder Verschlusskörper 4 bzw. 4' wird mittels Zahnkränzen angetrieben, welche auf dem Boden der Umfangsnut G bzw. am Verschlusskörper 4 bzw. 4' koaxial dazu vorgesehen sind, gegebenenfalls die gesamte zylindrische Mantelfläche des jeweiligen Verschlusskörpers 4 bzw. 4' bedeckend. Die Rotation des Rotors 2 ist somit mit der Rotation des jeweiligen Verschlusskörpers 4 bzw. 4' synchronisiert. Zusätzlich wirkt die Oberflächenverzahnung des bzw. jedes Verschlusskörpers 4 bzw. 4' abdichtend zwischen den Zonen der Umfangsnut G beiderseits des Verschlusskörpers 4 bzw. 4'.
Diese Synchronisation mittels innerer Zahnkränze macht die erfindungsgemässe Drehkolbenmaschine bei der Verwendung in Verbindung mit Flüssigkeiten oder bei einer Schmierung Zahnradpumpen vergleichbar, wobei ein Bauteil, nämlich der Rotor 2, wenigstens einen radialen Vorsprung 3 aufweist, dessen Modul grösser ist als derjenige des Zahnkranzes auf dem Boden der Umfangsnut G, wobei lediglich die Querflächen zwischen dem Boden der Umfangsnut G und der zylindrischen Innenfläche vom Statorgehäuse 1 wirksam werden.
Der oder jeder Verschlusskörper 4 bzw. 4' weist erwähntermassen zusätzlich zu dem auf seinem Umfang vorgesehenen Zahnkranz wenigstens eine Längsausnehmung 5 bzw. 5' auf, die komplementär zu dem bzw. jedem radialen Vorsprung 3 des Rotors 2 ausgebildet ist.
Die zur Synchronisation von Rotor 2 und Verschlusskörper 4 vorgesehenen Zahnkränze sind aus Fig. 13 ersichtlich. Bei der darin dargestellten Ausführungsform ist ausserdem der bzw.jeder Verschlusskörper 4 von einem Deckel umschlossen, der am Statorgehäuse 1 lösbar befestigt ist. Dies ermöglicht eine leichte Zugänglichkeit des jeweiligen Verschlusskörpers 4 bzw. 4' sowie nach dessen Entfernung auch des Rotors 2. Letzterer ist leicht aus dem Statorgehäuse 1 herauszunehmen, wenn einer der gegebenenfalls vorhandenen beiden Stirnflansche zuvor entfernt worden ist.
The invention relates to a rotary piston machine for use as a prime mover or working machine, consisting of a stator housing and a rotor enclosed by it, rotatably mounted therein, with a closure body-equipped, fluid-carrying annular space with circumferentially distributed zones of different pressure being provided between the stator housing and rotor.
In particular, the invention relates to such machines, the rotor being connected to the or each closure body via a gear for mutual rotation synchronization and / or at least one radial projection extending transversely through the annular space and the or each closure body being provided on the rotor has a longitudinal recess for receiving the radial projection (s) when passing under the closure body during the common, synchronous rotation of the rotor and closure body.
The fluid-carrying annular space is formed in particular by an outer circumferential groove in the rotor which is opposite a cylindrical inner surface of the stator housing, the or each closure body protruding into the circumferential groove and being slightly shorter than the circumferential groove is wide. The or each radial rotor projection penetrates the circumferential groove transversely and is at most as high as the circumferential groove is deep.
In rotary piston machines of this type, the fluid-carrying annular space or the circumferential groove in the rotor that forms it is divided into several zones. In operation, i.e.
When the rotor and the closure body (s) rotate in the stator housing, the volume of at least part of these zones changes, so that the rotary piston machines can be used as a motor or pump, for example as a gas, steam or internal combustion engine, or else as a compressor, pressure or vacuum pump, in conjunction with gaseous, liquid or semi-liquid fluids.
The rotor can be partially enclosed in the manner of a housing by an endless belt which rotates with the rotor.
Such known arrangements (British Patent No.
779 339) can be used as fans, particularly in ventilation or dust extraction systems or in pneumatic conveying systems for powdery or granular material.
A rotary piston machine for use as a prime mover or working machine is already known, which consists of a stator housing, a cylindrical rotor enclosed therein and rotatably mounted therein with an outer circumferential groove and several radial projections extending transversely through the circumferential groove and evenly distributed in the circumferential direction consists of several evenly distributed in the circumferential direction, each rotatably mounted in the stator housing about an axis parallel to the rotor axis of rotation, engaging in the circumferential groove, cylindrical circumferential groove closure bodies with a longitudinal recess for receiving the radial projections when passing under the respective closure body,
The rotor and the closure body are connected to each other by a gear for mutual rotation synchronization and on both sides of each closure body a fluid supply or discharge opening is provided in the stator housing immediately next to it (German Patent No. 1 014 122).
The object of the invention is to improve the sealing conditions in rotary piston machines of the type specified at the beginning, in particular of the embodiment described above.
This is achieved according to the invention in that two seals are provided for the mutual sealing of the annular space to the outside, and for the mutual sealing of two adjacent zones of different pressure in the annular space, at least one closure body rotatably mounted about an axis parallel to the rotor axis of rotation is arranged in the stator housing, and for lateral sealing of the or each closure body, two seals each arranged between an end face and the stator housing are provided.
Further advantageous refinements of the invention can be found in the attached subclaims.
Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings, for example. Show in it:
1 shows a view of a cross section through a rotary piston machine according to the invention;
2 shows the view of the longitudinal section through a special embodiment of the closure body, specifically along the plane containing the axis of rotation of the closure body and the axis of rotation of the rotor;
3 to 6 each show the view of that part of the cross section through a rotary piston machine according to the invention in which a closure body is located, a different embodiment being given in each case;
;
7 to 9 each show the view of a radial longitudinal section or a cross section through a rotary piston machine according to the invention or the top view of the circumference of the rotor of this rotary piston machine in the area of a radial projection, with a special design of the seals on the side of the annular space and the radial rotor projection and only the corresponding part of said section or plan view is shown in each case;
10 shows a sectional view corresponding to FIG. 7 through a rotary piston machine according to the invention with a different configuration of the lateral seals on both sides of the annular space;
Fig.
II the view of a longitudinal section through a closure body of a rotary piston machine according to the invention and through the surrounding part of the stator housing, the section being perpendicular to the plane containing the closure body axis of rotation and the rotor axis of rotation;
12a and 12b each show a sectional view corresponding to FIGS. 7 and 10 and the view of section X-X 'in FIG. 1 2a of a rotary piston machine according to the invention with a different configuration of the two lateral seals on both sides of the annular space;
13 shows a sectional view corresponding to FIGS. 3 to 6 of a further embodiment of the rotary piston machine according to the invention.
According to FIGS. 1 to 13, the rotary piston machine according to the invention has a preferably fluid-tight stator housing 1 and a cylindrical rotor 2 with a circumferential groove G rotatably mounted therein. At least one radial projection 3 extends transversely through the circumferential groove G from one side wall of the same to the other. The projection 3 is preferably as high as the circumferential groove G is deep.
At least one precisely fitting cylindrical closure body 4 with a preferably smaller diameter than the rotor 2, the axis of rotation of which runs parallel to the axis of rotation of the rotor 2, protrudes into the circumferential groove G with a rectangular cross section. This closure body 4 is preferably slightly shorter than the circumferential groove G is wide and has at least one longitudinal recess 5 which allows the or each radial projection 3 to pass in the circumferential groove G under this closure body 4 when the rotor 2 is rotating and the closure body 4 is rotating. The outer surface of the closure body 4 can either run around a small distance from the bottom of the circumferential groove G or roll on this bottom without sliding.
A single cylindrical closure body 4 is normally provided for the mutual sealing of two adjacent zones of the circumferential groove G. The mutual sealing is improved when the number of closure bodies 4 is increased. According to FIG. 1, two cylindrical closure bodies 4 and 4 'are provided so that when in the direction of the in FIG.
1 drawn arrows revolving rotor 2 and rotating closure bodies 4 and 4 ', the radial projection 3 leaving the longitudinal recess 5 of the closure body 4 engages in the longitudinal recess 5' of the second, immediately following closure body 4 '. It is also possible for even more closure bodies to be connected one behind the other in order to improve the mutual sealing between the two adjacent groove zones of different pressure lying on both sides of the closure body. For this purpose, the closure body or bodies 4 can also be designed differently than shown.
To improve said sealing, according to FIG. 2, the or each cylindrical closure body 4 is provided with an annular bead on each of the two end faces, which has a surface that tapers conically from the respective end face towards the center of the closure body. It is thereby achieved that fluid running along the side walls of the circumferential groove G gets into a vortex due to the annular beads with a conical surface.
These generate eddies when the fluid strives to pass between the end faces of the respective closure body and the side walls of the circumferential groove G. Does the closure body 4 or the closure bodies 4 have the described annular beads with a conical shape
Surface, then the circumferential groove G is provided on the bottom with corresponding annular slots in which the beads run with the least possible play. Corresponding bottom slots are likewise provided in that part of the stator housing 1 which covers the respective closure body.
It is to be expected that during the rotation of the rotor 2 the fluid in the circumferential groove G, for example gas when using the rotary piston machine as a compressor, will pass between the cylindrical inner surface of the stator housing 1 opposite the circumferential groove G and the radially outer part of a projection 3 , then two or more radial projections are expediently provided directly next to one another.
According to FIG. 3, two radial projections 3 and 3 'are arranged directly next to one another. In this case, a corresponding number of complementarily designed longitudinal recesses 5 would have to be provided in the or each closure body 4. In the embodiment according to FIG. 3, two longitudinal recesses 5 and 5 'are accordingly cut out in the closure body 4, so that the two adjacent radial projections 3 and 3', which separate two adjacent groove zones from one another under different pressure, are circumferentially
Rotor 2 and rotating closure body 4 can pass under this.
The shape of the or the radial projections 3 is accordingly the use of the rotary piston machine and the for
To be used for the coming fluid (gas, liquid or semi-fluid).
In the embodiments according to FIGS. 1, 3 and 4, the or each radial projection 3 or 3 'has a semicircular cross section. In the embodiment according to
5 the or each radial projection 3 is designed as a simple, conventional gear tooth. In the embodiment according to Fig. 6, the or each radial projection 3 has a radially outer, i.e. the cylindrical inner surface of the stator housing 1 is tightly opposite lateral surface, which is cylindrically curved, the imaginary cylinder of curvature lying coaxially to the rotor 2.
The part of the or each closure body 4 or 4 which interacts with the or each radial projection 3 or 3 '.
4 ', i.e. the bottom of the or each longitudinal recess 5 or 5 'is designed so that the radially outer part of the or each radial projection 3 or 3' can pass it without rubbing or rolling, i.e. with the least possible play, which is permissible for the rotary piston machine to function satisfactorily.
In the embodiment according to FIG. 6, this is achieved by the formation of the radial projection 3 and the corresponding longitudinal recess 5 shown in FIG. The side surfaces of the radial projection 3 that are transverse with respect to the circumferential groove G are each curved in such a way that the outer edges b and c of the projection 3 during operation of the rotary piston machine when passing through the projection 3 under the closure body 4 are very close to the curved longitudinal side surfaces a ', b 'and c', d 'of the longitudinal recess 5 of the closure body 4 lie. The outer edges a 'and d' of the longitudinal recess 5 in the closure body 4 can also lie very close to the side surfaces a, b and c, d of the radial projection 3 when passing the closure body 4, depending on whether the radial projection 3 in the longitudinal recess 5 runs in or out of it.
The various leading and trailing curved surfaces of the radial projection 3 or the radial projections 3 and the or each longitudinal recess 5 or the longitudinal recesses 5 as well as the relatively high speed of the rotating components support the seal between the individual zones of the circumferential groove G.
In the case of the or each radial projection 3 or
3 ′ is that it prevents the passage of fluid between the two adjoining zones of different pressure of the circumferential groove G, in particular while it is passing the cylindrical inner surface of the stator housing 1 opposite the circumferential groove G.
If there is a gaseous fluid in the circumferential groove G and operation is carried out without lubrication, the or each radial projection 3 must be given a specific shape in order to compensate for the lack of lubrication, which would greatly improve the seal. In this case, the tip of the or each radial projection 3 or 3 'advantageously has longitudinal grooves r running parallel to the rotor axis of rotation (FIGS. 4 and 6).
If there is a liquid or a gas in the circumferential groove G, with lubrication being used, the longitudinal grooves r are preferably more pronounced and each provided with a lamella 1 (FIG. 4) which is radially movable in the associated longitudinal groove r. When the rotary piston machine is in operation, the lamella 1 is pressed against the cylindrical inner surface of the stator housing 1 under the effect of centrifugal force. If necessary, the
each lamella 1 can be spring-loaded radially outwards so that it is pressed against the cylindrical inner surface of the stator housing 1 even when the rotor 2 is stationary. In this case, this cylindrical inner surface of the stator housing 1 can advantageously consist of wear-resistant material which is applied to the stator housing 1.
The or each lamella 1 running transversely with respect to the circumferential groove G acts like a piston or scraper ring, as is commonly used in piston / cylinder units. In order to avoid any risk of the lamella 1 running out of the associated longitudinal groove r during operation of the rotary piston machine, namely when the associated radial projection 3 enters or leaves a longitudinal recess 5 or 5 ', the lamella 1 can be longer than this ra Diene projection 3, ie than the circumferential groove G is wide, be out forms and extend over the two annular Seitenwan applications of the circumferential groove G on the rotor 2 so that the lamella 1 is always on the cylindrical inner surface of the
Stator housing 1 rests.
The two end faces of the or each closure body 4 or 4 are usually smooth and very close to the side walls of the circumferential groove G so that there is only a very small amount of play between them and the gap through which fluid flows from is very small the one to the other of the two adjacent zones of different pressure of the circumferential groove G lying on either side of a closure body 4 or a set of closure bodies 4 and 4 'could pass. If gas and lubrication or a liquid are used, the mutual sealing of adjacent groove zones of different pressure can be further improved by precisely adjusting the or each closure body 4 or 4 'after insertion.
According to FIG. 11, each part of the stator housing 1, which encloses a closure body 4 or 4 ', can have grooves m in the two side walls which are opposite the two end faces of the respective cylindrical closure body 4 and 4', which are mutually and to the connecting line of the rotor axis of rotation and the axis of rotation of the relevant closure body 4 or 4 'are parallel.
If work is carried out without lubrication, each group of associated grooves forms a labyrinth seal. Such labyrinth seals can also be provided when working with lubrication. This further impedes the passage of fluid between two adjacent zones of the circumferential groove G of different pressure on both sides of a closure body 4 or a set of closure bodies 4 and 4 '.
As can be seen from FIG. 6, longitudinal grooves n can also be provided in the or each part of the stator housing 1 which surrounds a closure body 4 or 4 ', which cooperate with the cylindrical outer surface of the respective closure body 4 or 4'.
The measures described above essentially relate to the sealing in the circumferential direction, in particular to the sealing between adjacent zones of different pressure of the circumferential groove G. However, it is also necessary to avoid leakage in other directions.
If the rotor 2 has annular side walls on both sides of the circumferential groove G, which extend radially up to the largest rotor diameter, and the stator housing 1 is furthermore provided with an inner circumferential surface concentric to the cylindrical rotor 2 of approximately the same width as the rotor 2, then leakage from the circumferential groove G to the outside through the annular gap between the inner surface of the stator housing 1 and the cylindrical rotor filling surface can take place on both of the rotary piston engine.
This leakage is to be expected in particular if the stator housing 1 is not closed in a fluid-tight manner on both end faces, for example by end flanges with one stuffing box or another
Seal for receiving and sealing the circumferential
Rotor shaft.
To prevent this lateral leakage, each of the two circumferential groove G enclosing, radially protruding, annular side walls on the Ro gate 2 is provided with annular grooves g, which are each less deep and narrower than the circumferential groove G and parallel to it run around the entire circumference of the rotor 2. In each
Ring groove g is a ring c used, which in terms of his
Shape substantially corresponds to the piston or wiper rings that are commonly used in piston / cylinder units. Advantageously, each ring c consists of a plurality of segments which mutually overlap at the ends and are assembled one after the other in the associated annular groove g in such a way that they are easy to insert.
The ring segments have such dimensions that they are radially movable in the associated ring groove g and are pressed against the cylindrical inner surface of the stator housing 1 under the effect of centrifugal force when the rotor 2 rotates. Each ring segment can be provided on one or both sides with at least one lateral projection e, which engages in a corresponding recess in the associated ring groove g. This prevents the ring segments from shifting in the circumferential direction in the associated annular groove g. This could result in the respective ring c wedging in the associated annular groove g, so that the radial outward movement is prevented under the effect of the centrifugal force and a seal is no longer guaranteed. The mentioned recesses for receiving the lateral projections e are arranged radially in the rotor 2.
The rings c can be resiliently preloaded radially outwards, for example by corrugated leaf springs s, which are each arranged between the bottom of an annular groove g and the ring c located therein, as can be seen from FIG.
It is thereby achieved that each ring c always rests on the opposite cylindrical inner surface of the stator housing 1, i.e. even when the rotor is stationary 2.
With this arrangement, care can be taken that wear due to the friction of the rings c on the opposite cylindrical inner surface of the stator housing 1 is evenly distributed over the entire inner surface. This can be achieved by combining the frictional effect of the rings c and the aforementioned lamella I (FIG. 4) when the latter extend over the entire width of the rotor, i.e. also over the two side walls laterally delimiting the circumferential groove G. The lamellae I and the rings c then spread one another.
For this purpose and to ensure that the rings c and the lamellae 1 can rest independently of one another on the inner surface of the stator housing 1, the rings c and the lamellae can each be provided with opposing recesses, which are arranged in such a way that they are under the action of Centrifugal force rest on the cylindrical inner surface of the stator housing 1, possibly also under the action of the springs s below the rings c and / or the lamellae 1. The checkerboard-like arrangement formed in this way, as can be seen from FIGS. 8 and 9, results in extremely fluid tight areas to both
Sides of the circumferential groove G.
According to FIG. 10, the described arrangement can also be made the other way round. There are annular grooves h provided in the stator housing 1, which the two the circumferential groove
G laterally limiting side walls of the rotor 2 are opposite. For example, the annular grooves h can be formed by radially extending rings t, which through
Sleeves u are mutually spaced. The rings t and the sleeves u are inserted into lateral, annular recesses in the stator housing 1, each of which extends axially to just before the circumferential groove G in the rotor 2, as shown in FIG
10 can be seen.
The outer diameter of each ring t essentially corresponds to the inner diameter of the annular lateral recesses in the stator housing 1. The same is the case with regard to the sleeves and the like. The inside diameter of each ring t is slightly larger than the outside diameter of the rotor 2, i.e. than the outer diameter of the two side walls laterally delimiting the circumferential groove G of the rotor 2.
These side walls on the rotor 2 are provided with relatively thin, preferably flexible, annular disks j, as can be seen from FIG. The ring disks j are each arranged concentrically to the rotor axis of rotation and run in mutually parallel planes perpendicular to the rotor axis of rotation. Each ring disk j is attached to the rotor 2 and protrudes into one of the ring grooves h in the stator housing 1. During operation of the rotary piston machine, i. With the rotor 2 rotating, each ring disk j is loaded under the effect of centrifugal force in a plane perpendicular to the axis of rotation.
The overpressure or underpressure prevailing in the circumferential groove G acts on the flexible annular disks j, so that they each come into contact with the corresponding side surface of the associated annular groove h. Suitable lubrication to facilitate the sliding of the annular disks j on the side surfaces of the annular grooves h contributes to the sealing between the rotor 2 and the stator housing 1. Since each annular groove h is closed by a flexible washer j, no leakage can occur.
The effect can be increased if each ring disk j is beveled at the outer edge on one side and / or on the other side, whereby the friction surface between the ring disk j and the side surface of the associated ring groove h, against which it is pressed, increases. The tip of the bevel and the lengthening of the leakage path improve the side seal considerably.
For the same purpose, instead of flat ring disks j, cranked ring disks k can also be provided, as shown in the right half of FIG. The annular disks k have a more or less strong conical shape in cross section and are therefore more or less inclined with respect to the plane in which the respective annular disk k is fastened in the rotor 2. The outer edge of each annular disk k can then be beveled and pressed with the bevel against a side surface of the associated annular groove h.
Instead, each ring disk k can also run straight in the vicinity of this side surface, i.e. in a plane perpendicular to the rotor axis of rotation. This flat area is pressed against a side surface of the associated annular groove h by the pressure of the fluid flowing out of or into the circumferential groove G and closes the same.
The conical section of each ring disk k is preferably inclined in the direction of falling pressure. Usually, each zone or each compartment of the circumferential groove G is subjected to negative and positive pressure changes during one revolution of the rotor 2. Therefore, successive ring disks k are expediently axially inclined conically in different directions. If necessary, two or more oppositely inclined annular disks k can be provided back to back in each annular groove h. With the precautions outlined, it is possible in some cases to dispense with the fluid-tight end flanges, which are generally required in known prime movers or working machines that carry fluid under pressure. However, if these end flanges are necessary for any reason, then they do not need to be sealed so tightly.
In the latter case, the two laterally outer annular grooves h can be delimited directly on the respective outer side by one of the two end flanges.
In contrast to most known relevant machines, in which the rotating rotor in most cases rubs considerably hard on a large contact surface of the two end flanges, the friction is according to the invention limited to a small number of narrow surface bands, which are otherwise on the circumference of the rotor in one The area in which the centrifugal force makes the lubrication particularly strong and effective.
If the machine according to the invention works, apart from the driven shafts, without lubrication of the rotating components, for example using gas, then the embodiment according to FIGS. 12a and b is particularly suitable. Annular grooves h 'are provided in the stator housing 1, which are similar to the described annular grooves h.
The stator housing 1 protrudes between the individual annular grooves h 'radially up to the cylindrical outer surface of the two side walls on the rotor 2 that laterally delimit the circumferential groove G. The inner edge of each of these radially inwardly protruding sections p is advantageously beveled on one or both sides so that A labyrinth seal is produced on both sides of the circumferential groove G in the rotor 2. The two mentioned side walls, which laterally delimit the circumferential groove G in the rotor 2, do not have any annular disk and are as smooth as possible.
Transverse lamellae q (Fig. 12b) are provided, which are arranged radially to the rotor axis of rotation and extend transversely through all the annular grooves h 'of a group lying on one side of the circumferential groove G. The lamellae q each have a height which corresponds to the depth of the annular grooves h 'equals or is less. They subdivide each ring groove h 'into a plurality of compartments. This honeycomb configuration prevents fluid from being entrained in the annular grooves h ′ around the rotor 2. A connection between two zones of the circumferential groove G with different pressures is thus excluded.
In this embodiment it is possible to replace the fluid-tight end flanges of the stator housing 1 with perforated end flanges. If the side walls on both sides of the circumferential groove G on the rotor 2 are wide enough and the labyrinth seals on the stator housing 1 on both sides of the circumferential groove G cover the entire width of each of the said side walls, then the sealing of the circumferential groove G to the outside in most cases is just as effective as that with help achieved by fluid-tight end flanges. Even at high pressures, the seals according to the invention are at least as effective as customary labyrinth seals in customary use.
The arrangement of open or perforated end flanges similar to those of conventional electric motors on the stator housing 1 instead of fluid-tight end flanges makes it possible to cool the rotor 2 with ambient air. If the rotor is hollow on the inside and is connected to the associated shaft by arms in the form of propeller blades, an air flow parallel to the shaft mentioned is generated as the rotor 2 rotates, which cools the rotor 2 itself and the other components of the machine.
Water cooling can also be provided for cooling the stator housing 1. This is also possible with respect to the rotor 2, the cooling water being supplied and discharged through the hollow rotor shaft.
The or each closure body 4 or 4 'is driven by means of toothed rings which are provided on the bottom of the circumferential groove G or on the closure body 4 or 4' coaxially to this, possibly covering the entire cylindrical surface of the respective closure body 4 or 4 ' . The rotation of the rotor 2 is thus synchronized with the rotation of the respective closure body 4 or 4 '. In addition, the surface toothing of the or each closure body 4 or 4 'has a sealing effect between the zones of the circumferential groove G on both sides of the closure body 4 or 4'.
This synchronization by means of internal gear rims makes the rotary piston machine according to the invention when used in connection with liquids or with lubrication comparable to gear pumps, with one component, namely the rotor 2, having at least one radial projection 3, the module of which is greater than that of the gear rim on the floor the circumferential groove G, with only the transverse surfaces between the bottom of the circumferential groove G and the cylindrical inner surface of the stator housing 1 being effective.
As mentioned, the or each closure body 4 or 4 ′ has at least one longitudinal recess 5 or 5 ′ in addition to the toothed ring provided on its circumference, which is designed to be complementary to the or each radial projection 3 of the rotor 2.
The ring gears provided for synchronizing rotor 2 and closure body 4 can be seen from FIG. 13. In the embodiment shown therein, the or each closure body 4 is also enclosed by a cover which is detachably attached to the stator housing 1. This enables easy accessibility of the respective closure body 4 or 4 'and, after its removal, also of the rotor 2. The latter can easily be removed from the stator housing 1 if one of the two end flanges that may be present has been removed beforehand.