Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehschiebermaschine mit einem durch parallele Stirnwände begrenzten Arbeitsraum, in dem ein kreiszylindrischer Rotor mit in Schlitzen verschiebbaren, an der radialen Begrenzungswand des Arbeitsraumes dichtend anliegenden Flügeln drehbar angeordnet ist.
Bei einer bekannten Bauart einer solchen Maschine liegen die Flügel in radial gerichteten Schlitzen des Rotors und werden durch Federwirkung an die Begrenzungswand des Arbeitsraumes gepresst. Bei einer bekannten Bauart eines Kompressors werden die Flügel von in den Stirnwänden angebrachten Nuten zwangsgesteuert.
In der schweizerischen Patentschrift Nr. 431 283 ist eine Drehschiebermaschine beschrieben, bei der die Flügel von der radialen Begrenzungswand zwangsgesteuert werden. Diese Maschine hat einen exzentrisch im Arbeitsraum angeordneten Rotor, der mit einem zwei Flügel bildenden, geraden, diametral durchsetzenden Schieber ausgerüstet ist. Die radiale Begrenzungswand des Arbeitsraumes hat die Form einer Pascal'schen Kurve.
Zweifellos hat eine erzwungene Steuerung der Flügel Vorteile gegenüber einer Steuerung durch Federn. Die bekannte Zwangssteuerung durch Nuten in den Stirnwänden ist konstruktiv aufwendig und schafft zusätzliche Dichtungsprobleme.
Die zuletzt genannte Maschine mit einer erzwungenen Steuerung der beiden diametral angeordneten Flügel durch die radiale Begrenzungswand hat den Nachteil einer unsymmetrischen Belastung des Rotors.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehschiebermaschine zu schaffen, bei der der Rotor im Betrieb symmetrisch belastet wird, während die Flügel zwangsgesteuert sind.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch eine Drehschiebermaschine, die sich auszeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
1. Der Rotor ist in der Symmetrieachse des Arbeitsraumes angeordnet;
2. die radiale Begrenzungswand des Arbeitsraumes weist
Ausbuchtungen auf, zwischen denen der Rotor dichtend an der Begrenzungswand anschliesst;
3. die Flügel sind gleichmässig am Umfang des Rotors ver teilt angeordnet;
4. die Flügel stehen paarweise miteinander in Wirkverbin dung, und die radiale Begrenzungswand ist so geformt, dass sie die Verschiebungsbewegung der Flügel zwangs weise steuert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
Fig. las zeigt eine geöffnete Drehschiebermaschine, deren Rotor in drei verschiedenen Stellungen dargestellt ist;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Rotors;
Fig. 3 zwei Flügel dieses Rotors und
Fig. 4 eine Drehschiebermaschine im geöffneten Zustand, deren Rotor sechs Flügel aufweist.
Aus den Fig. 1 und 4 ist ersichtlich, dass der Rotor in der Symmetrieachse des Arbeitsraumes angeordnet ist. Der Arbeitsraum weist Ausbuchtungen auf, zwischen denen der Rotor dichtend an der Begrenzungswand anliegt. Ferner ist ersichtlich, dass die Flügel gleichmässig am Umfang des Rotors verteilt angeordnet sind, miteinander in Wirkverbindung stehen und kreisbogenförmig gekrümmt sind. Die Form der Ausbuchtungen ist so gewählt, dass deren radiale Begrenzungswand die Flügel zwangsweise steuert oder mit anderen Worten, dass die Flügel während der Drehung des Rotors immer dichtend an der Begrenzungswand anliegen.
Bei der in der Einleitung genannten Drehschiebermaschine, bei der der Rotor exzentrisch im Arbeitsraum angeordnet ist und die Flügel den Rotor diametral durchsetzen, ergibt sich für die Kontur des Arbeitsraumes eine Pascal'sche Kurve. Zur Erfüllung der Forderung einer erzwungenen Steuerung muss die Kontur des Arbeitsraumes einer gewissen Gesetzmässigkeit entsprechen. Für die erfindungsgemässen Ausführungsbeispiele gelten die Formeln: x = Rcosc: + rsin [a + (p (psin(na - 45o)] y = Rsina + rcos [a + tp < psin(na - 45o)j
Die Kontur des Arbeitsraumes entspricht einem Kreis, dem eine sinusförmige Schwingung überlagert ist. Die Schwingung entspricht der Hin- und Herbewegung der Flügel im Rotor während einer Umdrehung desselben.
Unter der Voraussetzung, dass die Flügel kreisbogenförmig gebogen sind, gilt für die oben genannte Formel:
R = Radius eines Kreises auf dem sich der Schwingungs mittelpunkt der Flügel bewegt bei einer Drehung des
Rotors um seine eigene Achse; r = Krümmungsradius der Flügel; a = Winkel zwischen der Ordinatenachse und der Verbin dungslinie des Rotormittelpunktes mit dem Schwin gungsmittelpunkt der Flügel; (p = Pendelwinkel eines Flügels; n = Anzahl Schwingungen eines Flügels pro Rotorumdre hung.
Die Maschine nach Fig. 1 hat ein rechteckiges Gehäuse, in dem sich ein durch parallele Stirnwände begrenzter Arbeitsraum befindet, dessen radiale Begrenzungswand zwei Ausbuchtungen 1', 1" aufweist. Der Rotor 2 liegt an den Stirnwänden und an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen 10 der Begrenzungswand dichtend an. In der Praxis ist dieses dichtende Anliegen so zu verstehen, dass hier nur ein geringes Spiel von ein bis zwei hundertstel Millimeter vorhanden ist.
Der Rotor hat die Form einer mit einer Achse 20 fest verbundenen kreiszylindrischen Scheibe 2, die von zwei kreisbogenförmigen Führungskanälen 21 durchsetzt ist. Diese Kanäle 21 münden beidseitig in Schlitze 22. Die bogenförmigen Flügel 3 sind an ihren nicht aneinanderstossenden Enden gleich breit wie die Rotorscheibe dick ist und passen formschlüssig in die Aussparungen des Rotors. Da jedoch die Bogenlänge 1 des Flügelpaares grösser ist als die Länge eines Führungskanals, kann zur gleichen Zeit jeweils nur ein Flügel mit dem Rotorumfang bündig sein.
Fig. 3 zeigt ein Flügelpaar, das miteinander in Wirkverbindung steht, indem ihre schmäleren, inneren Enden aneinanderstossen, wenn die äusseren Enden an der radialen Begrenzungswand des Arbeitsraumes dichtend anliegen (auch hier ist ein geringes Spiel von ein bis zwei hundertstel Millimeter vorzusehen). Um eine möglichst geringe Schabwirkung der Flügel an der radialen Begrenzungswand zu erreichen, sollten die Flügelenden annähernd rechtwinklig zur Begrenzungswand stehen.
In Fig. la sind in unterbrochenen Linien Zu- und Abfuhrkanäle für ein Triebmedium, beispielsweise Hydrauliköl, angedeutet. Beim Betrieb als Hydraulikmotor dienen die Kanäle 11 der Zufuhr, die Kanäle 12 der Wegleitung des Öls. Die Kanäle haben eine erweiterte Mündungsöffnung, die bewirkt, dass während der Drehung des Rotors weiter Öl zufliessen kann, bis die zwischen zwei benachbarten Flügeln gespeicherte Ölmenge am grössten ist. Diese Stellung ist dann erreicht, wenn sich die beiden Flügel genau mitten zwischen einer Zufuhr- und einer Auslassöffnung befinden. Bei weiterer Drehung des Rotors wird dann die Verbindung zur Auslassöff nung hergestellt.
In der Lage nach den Fig. 1b und 1c ist ersichtlich, dass auch die radiale Aussenwand des Rotors eine Dichtungsfunktion übernehmen muss, damit Ein- und Auslass öffnungen nicht direkt miteinander in Verbindung kommen.
Bei Motoren oder Pumpen, die mit hohen Tourenzahlen laufen, sollten die Zu- und Abfuhrkanäle annähernd tangential zum Rotor ein- bzw. austreten, und zwar so, dass die kinetische Energie des einfliessenden Mediums dadurch ein zusätzliches positives Drehmoment liefert.
Das unter Druck stehende Öl ist in der Zeichnung durch punktierte Flächen angedeutet. Man sieht sofort, dass die infolge des Öldrucks auf den Rotor ausgeübten Kräfte immer symmetrisch auf denselben einwirken. Die Pfeile bei den Kanälen 11 und 12 zeigen die Strömungsrichtung des Öls, der zentrisch zur Achse 20 eingezeichnete Pfeil die Drehrichtung des Rotors. Die Fig. 1b und 1c zeigen die Druckverhältnisse jeweils in einer gegenüber der vorhergehenden Figur um 30O weiter gedrehten Lage des Rotors.
Die in Fig. 4 dargestellte Drehschiebermaschine entspricht in ihrem generellen Aufbau der Maschine nach Fig. 1 bis 3, hat aber statt vier sechs Flügel und einen Arbeitsraum mit drei Ausbuchtungen. Das Gehäuse ist hier rund und weist drei Zufuhr- und drei Auslassöffnungen auf. Die sechs Flügel sind gleichmässig am Umfang des Rotors verteilt.
Statt sechs Flügel kann man natürlich Maschinen mit einer beliebig grossen geraden Anzahl von Flügeln und einen Arbeitsraum mit der halben Anzahl von Ausbuchtungen herstellen. Es ergeben sich dann Maschinen mit grossem Durchmesser, deren Rotor man mit einer durchgehenden innen verzahnten Bohrung versehen kann. Eine solche Maschine kann dann auf eine zu treibende Welle aufgesetzt werden.
The invention relates to a rotary valve machine with a working space delimited by parallel end walls, in which a circular cylindrical rotor is rotatably arranged with vanes displaceable in slots and sealingly abutting the radial delimitation wall of the working space.
In a known type of machine of this type, the blades lie in radially directed slots of the rotor and are pressed against the boundary wall of the working space by spring action. In a known type of compressor, the blades are positively controlled by grooves made in the end walls.
In the Swiss patent specification No. 431 283 a rotary valve machine is described in which the blades are positively controlled by the radial boundary wall. This machine has an eccentrically arranged rotor in the working area, which is equipped with a straight, diametrically penetrating slide forming two blades. The radial boundary wall of the working space has the shape of a Pascal curve.
Forced control of the wings undoubtedly has advantages over control by springs. The known positive control through grooves in the end walls is structurally complex and creates additional sealing problems.
The last-mentioned machine with a forced control of the two diametrically arranged blades by the radial boundary wall has the disadvantage of an asymmetrical load on the rotor.
The object of the invention is to create a rotary valve machine in which the rotor is loaded symmetrically during operation, while the blades are positively controlled.
According to the invention, this object is achieved by a rotary valve machine which is characterized by the combination of the following features:
1. The rotor is arranged in the axis of symmetry of the working space;
2. the radial boundary wall of the working space has
Bulges, between which the rotor sealingly connects to the boundary wall;
3. the blades are evenly distributed around the circumference of the rotor;
4. the wings are in active connection with one another in pairs, and the radial boundary wall is shaped in such a way that it forcibly controls the displacement movement of the wings.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in simplified form.
FIG. 1 shows an open rotary valve machine, the rotor of which is shown in three different positions;
2 shows a perspective illustration of the rotor;
Fig. 3 and two wings of this rotor
4 shows a rotary valve machine in the open state, the rotor of which has six blades.
It can be seen from FIGS. 1 and 4 that the rotor is arranged in the axis of symmetry of the working space. The working space has bulges between which the rotor rests against the boundary wall in a sealing manner. It can also be seen that the blades are evenly distributed around the circumference of the rotor, are in operative connection with one another and are curved in the shape of a circular arc. The shape of the bulges is chosen so that their radial boundary wall forcibly controls the blades or, in other words, that the blades always lie against the boundary wall in a sealing manner during the rotation of the rotor.
In the case of the rotary valve machine mentioned in the introduction, in which the rotor is arranged eccentrically in the working space and the blades pass through the rotor diametrically, a Pascal curve results for the contour of the working space. In order to meet the requirement of forced control, the contour of the work area must conform to a certain regularity. The formulas apply to the exemplary embodiments according to the invention: x = Rcosc: + rsin [a + (p (psin (na-45o)] y = Rsina + rcos [a + tp <psin (na-45o) j
The contour of the working area corresponds to a circle on which a sinusoidal oscillation is superimposed. The oscillation corresponds to the back and forth movement of the blades in the rotor during one revolution of the same.
Assuming that the wings are curved in a circular arc, the above formula applies:
R = radius of a circle on which the center of vibration of the wing moves when the
Rotor around its own axis; r = radius of curvature of the blades; a = angle between the ordinate axis and the connec tion line of the rotor center point with the center of vibration of the wing; (p = pendulum angle of a wing; n = number of oscillations of a wing per rotor revolution.
The machine according to FIG. 1 has a rectangular housing in which there is a working space delimited by parallel end walls, the radial delimiting wall of which has two bulges 1 ', 1 ". The rotor 2 rests on the end walls and at two diametrically opposite points 10 of the In practice, this sealing concern is to be understood as meaning that there is only a slight play of one to two hundredths of a millimeter.
The rotor has the shape of a circular cylindrical disk 2 which is firmly connected to an axis 20 and through which two circular arc-shaped guide channels 21 pass. These channels 21 open into slots 22 on both sides. The curved blades 3 are at their non-abutting ends of the same width as the rotor disk is thick and fit positively into the recesses of the rotor. However, since the arc length 1 of the pair of blades is greater than the length of a guide channel, only one blade can be flush with the rotor circumference at a time.
Fig. 3 shows a pair of wings that are in operative connection with each other in that their narrower, inner ends abut each other when the outer ends are in sealing contact with the radial boundary wall of the working space (here too, a slight clearance of one to two hundredths of a millimeter is to be provided). In order to achieve the lowest possible scraping effect of the blades on the radial boundary wall, the blade ends should be approximately at right angles to the boundary wall.
In Fig. La supply and discharge channels for a drive medium, such as hydraulic oil, are indicated in broken lines. When operated as a hydraulic motor, the channels 11 are used for the supply, the channels 12 for the removal of oil. The channels have a widened mouth opening, which means that oil can continue to flow in during the rotation of the rotor until the amount of oil stored between two adjacent blades is greatest. This position is reached when the two wings are exactly in the middle between a supply and an outlet opening. When the rotor continues to rotate, the connection to the outlet opening is established.
In the position according to FIGS. 1b and 1c it can be seen that the radial outer wall of the rotor must also take on a sealing function so that inlet and outlet openings do not come into direct contact with one another.
In the case of motors or pumps that run at high speeds, the inlet and outlet channels should enter and exit approximately tangentially to the rotor, in such a way that the kinetic energy of the flowing medium provides an additional positive torque.
The pressurized oil is indicated in the drawing by dotted areas. You can see immediately that the forces exerted on the rotor as a result of the oil pressure always act symmetrically on it. The arrows in the channels 11 and 12 show the direction of flow of the oil, the arrow drawn centrally to the axis 20 the direction of rotation of the rotor. FIGS. 1b and 1c each show the pressure conditions in a position of the rotor rotated further by 30O compared to the previous figure.
The rotary valve machine shown in FIG. 4 corresponds in its general structure to the machine according to FIGS. 1 to 3, but instead of four it has six blades and a working space with three bulges. The housing is round here and has three inlet and three outlet openings. The six blades are evenly distributed around the circumference of the rotor.
Instead of six wings, you can of course manufacture machines with an even number of wings of any size and a work area with half the number of bulges. This results in machines with a large diameter, the rotor of which can be provided with a continuous, internally toothed bore. Such a machine can then be placed on a shaft to be driven.