DE102008025185A1

DE102008025185A1 - Dynamic balancer for rotating piston machine, comprises drive shaft with eccentric unit and rotary piston supported at circular shaped eccentric unit

Info

Publication number: DE102008025185A1
Application number: DE200810025185
Authority: DE
Inventors: Manfred Max Rapp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2009-11-26

Abstract

The dynamic balancer comprises a drive shaft (3) with an eccentric unit (7) and a rotary piston (9) supported at the circular shaped eccentric unit. The rotary piston has a pair of convex and concave piston areas (13) formed at the periphery of the rotary piston. The dynamic balancer hollow chambers (15 to 17) are formed for obtaining a negative dynamic balancing in the drive shaft or the eccentric unit in the area lying between the central axis (18) of the drive shaft and the distal edge of the eccentric unit.

Description

Die Erfindung betrifft den Massenausgleich für eine Drehkolbenmaschine, die eine in einem Gehäuse gelagerte Antriebswelle mit einem an dieser angebrachten Exzenter und einen an dem kreisförmigen Exzenter gelagerten Drehkolben umfasst, wobei der Drehkolben mindestens ein Paar an seinem Umfang ausgebildeter konvexer und konkaver Kolbenflächen aufweist, die während der exzentrischen Kolbenbewegung mit mindestens einem an der Innenwand des Gehäuses ausgebildeten zugehörigen Paar konvexer und konkaver Zylinderflächen mindestens eine Zylinderkammer mit sich änderndem Volumen bilden.The Invention relates to mass balance for a rotary engine, the one mounted in a housing drive shaft with a on this attached eccentric and one on the circular Eccentric bearing mounted rotary piston, wherein the rotary piston at least a pair of convex and concave piston surfaces formed on its periphery that is during the eccentric piston movement with at least one formed on the inner wall of the housing associated pair of convex and concave cylindrical surfaces at least one cylinder chamber with a changing volume form.

Drehkolbenmaschinen der eingangs erwähnten Art zum Fördern und Verdichten eines Fluids, die auch als Vakuumpumpen oder Motor eingesetzt werden können, sind beispielsweise aus der EP 0644981 B1 oder der DE 20 2004 008 106 U1 oder der US 2004213691A bekannt. Bei der kreisförmigen Drehbewegung des Drehkolbens mittels des an der Antriebswelle ausgebildeten Exzenters gleitet die Kolbenfläche abdichtend entlang der gekrümmtem Gehäuse- bzw. Zylinderfläche. Die zuvor mit einem von außen zugeführten Fluid gefüllte Verdichterkammer wird während der Kolbenbewegung immer kleiner und verdichtet das Fluid, und zwar bis der geforderte Verdichtungsgrad erreicht ist und sich ein in dem verengten Kammerbereich befindliches Ventil öffnet, so dass das Fluid zu einem Verbraucher gelangen kann. Die Drehkolbenmaschine kann eine oder auch mehrere am Innenumfang des Gehäuses zwischen aufeinander folgenden Zylinderflächen und Kolbenflächen gebildete Verdichterkammern umfassen. Aufgrund der Ausbildung der Antriebswelle mit einem Exzenter und der exzentrischen Massenverteilung ist ein aufwändiger Massenausgleich an der Antriebswelle bzw. Exzenterwelle erforderlich, um eine ruhige und gleichmäßige Rotation der Exzenterwelle und des Drehkolbens und eine störungsfreie Funktion der Drehkolbenmaschine zu gewährleisten. Der erforderliche Massenausgleich wird mit an der Antriebswelle angebrachten Gewichtsausgleichscheiben erzielt, die insofern nachteilig sind, als dadurch die Baugröße und das Gewicht der Drehkolbenmaschine sowie der Kostenaufwand für das eingesetzte Material, kräftigere Lager, stärkere Antriebe sowie die Fertigungskosten steigen.Rotary piston machines of the type mentioned for conveying and compressing a fluid, which can also be used as a vacuum pump or motor are, for example, from EP 0644981 B1 or the DE 20 2004 008 106 U1 or the US 2004213691A known. In the case of the circular rotary movement of the rotary piston by means of the eccentric formed on the drive shaft, the piston surface slides in a sealing manner along the curved housing or cylindrical surface. The previously filled with an externally supplied fluid compression chamber is getting smaller during the piston movement and compresses the fluid, until the required degree of compression is achieved and a valve located in the narrowed chamber area opens, so that the fluid can reach a consumer. The rotary engine may include one or more compressor chambers formed on the inner periphery of the housing between successive cylindrical surfaces and piston surfaces. Due to the design of the drive shaft with an eccentric and the eccentric mass distribution a complex mass balance on the drive shaft or eccentric shaft is required to ensure a smooth and uniform rotation of the eccentric shaft and the rotary piston and a trouble-free function of the rotary piston machine. The required mass balance is achieved with mounted on the drive shaft counterbalancing wheels, which are disadvantageous in that it increases the size and weight of the rotary engine and the cost of the material used, stronger bearings, stronger drives and manufacturing costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine mit geringer Baugröße und niedrigem Gewicht anzugeben, die zudem mit vermindertem Kostenaufwand hergestellt werden kann.Of the Invention is based on the object, a rotary piston machine with specify small size and low weight, which can also be produced at a reduced cost.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Drehkolbenmaschine gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention the task with a according to the characteristics of Patent claim 1 trained rotary engine solved. Advantageous and advantageous embodiments of Invention will become apparent from the dependent claims.

Kern der Erfindung ist ein negativer Massenausgleich an den Antriebsübertragungselementen für den Drehkolben, derart, dass mindestens in der Antriebswelle oder dem mit dieser verbundenen Exzenter, und zwar in dem zwischen der Mittelachse und dem distalen – am weitesten entfernten – Rand des Exzenters mindestens ein Massenausgleichshohlräume ausgebildet ist. Durch diesen negativen Massenausgleich ist die Drehkolbenmaschine bei verminderten Material- und Herstellungskosten gewichts- und platzsparend ausgebildet.core The invention is a negative mass balance on the drive transmission elements for the rotary piston, such that at least in the drive shaft or the associated with this eccentric, in between the central axis and the distal - farthest - edge of the eccentric at least one mass balancing cavities is trained. This negative mass balance is the Rotary piston machine with reduced material and manufacturing costs designed to save weight and space.

Die Hohlräume können geschlossen sein oder offen in Form von Durchgangsbohrungen, Sacklochbohrungen, Ausnehmungen oder Öffnungen ausgeführt sein. Die Querschnittsfläche der Massenausgleichshohlräume ist im Wesentlichen symmetrisch zu einer zwischen der Mittelachse und dem distalen Rand des Exzenters verlaufenden gedachten Linie.The Cavities may be closed or open in Form of through holes, blind holes, recesses or openings performed be. The cross-sectional area of the mass balancing cavities is substantially symmetrical to one between the central axis and the distal edge of the eccentric extending imaginary line.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine mit der Antriebswelle verbundene runde Lagerscheibe so ausgebildet, das in dieser ein Massenausgleichshohlraum untergebracht werden kann.In Another embodiment of the invention is one with the drive shaft connected round bearing disc designed so that in this one Mass compensation cavity can be accommodated.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in derOne Embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in the

1 eine Drehkolbenmaschine in einer stark vereinfachten Schnittdarstellung; und 1 a rotary piston machine in a greatly simplified sectional view; and

2 eine Schnittansicht längs der Linie AA in 1
zeigt, näher erläutert. 2 a sectional view taken along the line AA in 1
shows, explained in more detail.

Die Drehkolbenmaschine umfasst ein Gehäuse 1 mit einer von dessen einer Stirnseite ausgehenden ersten Ausnehmung 2 zur Aufnahme einer mit einer Antriebswelle 3 der Drehkolbenmaschine verbundenen Lagerscheibe 4 sowie eines ersten Antriebswellenlagers 5 sowie mit einer von der gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses 1 ausgehenden, eine Zylinderkammer 6 bildenden zweiten Ausnehmung, in der ein an der Antriebswelle 3 vorgesehener Exzenter 7 mit kreisförmigem Umfang und ein an dessen Außenumfang an einem Drehkolbenlager 8 gelagerter Drehkolben 9 angeordnet sind. Auf der Gehäuseseite mit der ersten Ausnehmung 2 ist das Gehäuse 1 mit einer Bodenplatte 10 abgedeckt. An der gegenüberliegenden Stirnseite ist eine Abdeckplatte 11 angebracht, in der ein zweites Antriebswellenlager 12 zur Lagerung der Antriebswelle 3 angeordnet ist und die gleichzeitig die Zylinderkammer 6 nach außen verschließt. Die vom Gehäuse 1 und dem Drehkolben 9 einge schlossene Zylinderkammer 6 wird infolge der exzentrischen Drehbewegung des am Exzenter 7 gelagerten Drehkolbens 9 abwechselnd vergrößert und verkleinert, so dass ein über einen Einlasskanal (nicht dargestellt) in die Zylinderkammer 6 gelangendes Fluid verdichtet bzw. gefördert wird und über einen mittels Ventil verschlossenen Auslasskanal (nicht dargestellt) weitergefördert wird. Die radial gegenüberliegenden Kolben- und Zylinderkammerflächen 13, 14 können so geformt sein, dass mehrere aufeinander folgende Zylinderkammern mit entsprechenden Ein- und Auslasskanälen (jeweils nicht dargestellt) gebildet werden.The rotary engine comprises a housing 1 with one of its one end face outgoing first recess 2 for receiving one with a drive shaft 3 the rotary piston machine connected bearing disc 4 and a first drive shaft bearing 5 and one from the opposite end of the housing 1 outgoing, a cylinder chamber 6 forming the second recess, in which one on the drive shaft 3 provided eccentric 7 with a circular circumference and at its outer periphery to a rotary piston bearing 8th mounted rotary piston 9 are arranged. On the housing side with the first recess 2 is the case 1 with a bottom plate 10 covered. At the opposite end is a cover plate 11 mounted in the a second drive shaft bearing 12 for mounting the drive shaft 3 is arranged and at the same time the cylinder chamber 6 closes to the outside. The from the housing 1 and the rotary piston 9 enclosed cylinder chamber 6 is due to the eccentric rotation of the at the eccentric 7 mounted rotary piston 9 alternately enlarged and reduced so that one via an inlet channel (not shown) in the cylinder chamber 6 resulting fluid is compressed or conveyed and is conveyed on via a valve closed outlet channel (not shown) on. The radially opposed piston and cylinder chamber surfaces 13 . 14 can be shaped so that a plurality of successive cylinder chambers with corresponding inlet and outlet channels (not shown) are formed.

Die ungleichmäßige Massenverteilung an der Antriebswelle 3 aufgrund des an dieser angebrachten Exzenters 7 und des mit hoher Drehzahl exzentrisch angetriebenen Drehkolbens 8 macht einen sehr genauen Massenausgleich erforderlich, um eine gleichmäßige – ausgewuchtete – Rotation des Drehkolbens 9 in der Zylinderkammer 6, das heißt ein präzises abdichtendes Gleiten der Drehkolbenfläche 13 an der Zylinderkammerfläche 14 und damit die exakte Funktion der Drehkolbenmaschine zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind in der Antriebswelle 3 ein erster Massenausgleichshohlraum 15 in Form einer durchgehenden Bohrung, in der Lagerscheibe 4 ein zweiter Massenausgleichshohlraum 16 in Form einer Ausnehmung und in dem kreisförmigen Exzenter 7 ein dritter Massenausgleichshohlraum 17 ausgebildet. Die drei Massenausgleichshohlräume 15 bis 17 befinden sich oberhalb der Mittelachse 18 der Antriebswelle 6 in Richtung des von dieser am weitesten entfernten – distalen – Randes 19 des Exzenters 7. Mit dem zuvor beschriebenen negativen Massenausgleich können sowohl die Baugröße als auch das Gewicht der Drehkolbenmaschine gering gehalten und der Kosten- und der Materialaufwand gesenkt werden. Die Form und Größe der Massenausgleichshohlräume 15 bis 17 kann so ausgeführt und aufeinander abgestimmt werden, dass eine völlig gleichmäßige Rotation des Drehkolbens und somit die sichere Funktion der Drehkolbenmaschine und deren lange Lebensdauer gewährleistet ist. Um die Massenausgleichshohlräume optimal gestalten und aufeinander abstimmen zu können, ist es auch denkbar, die rotierenden Antriebselemente (3, 4, 7) entsprechend größer zu dimensionieren. Um die Montage des Exzenters 7 zu ermöglichen, ist im Gehäuse 1 eine Montagebohrung 20 ausgebildet.The uneven mass distribution on the drive shaft 3 due to the attached to this eccentric 7 and the high speed eccentrically driven rotary piston 8th makes a very accurate mass balance required to a uniform - balanced - rotation of the rotary piston 9 in the cylinder chamber 6 that is a precise sealing sliding of the rotary piston surface 13 on the cylinder chamber surface 14 and thus to ensure the exact function of the rotary piston engine. For this purpose are in the drive shaft 3 a first mass balance cavity 15 in the form of a through hole, in the bearing disc 4 a second mass balance cavity 16 in the form of a recess and in the circular eccentric 7 a third mass balance cavity 17 educated. The three mass compensation cavities 15 to 17 are located above the central axis 18 the drive shaft 6 towards the furthest distal edge 19 of the eccentric 7 , With the negative mass balance described above, both the size and the weight of the rotary piston machine can be kept low and the cost and the cost of materials can be reduced. The shape and size of the mass compensation cavities 15 to 17 can be executed and coordinated so that a completely uniform rotation of the rotary piston and thus the safe operation of the rotary piston engine and its long life is guaranteed. In order to optimally design and balance the mass balancing cavities, it is also conceivable to use the rotating drive elements ( 3 . 4 . 7 ) to be dimensioned correspondingly larger. To the mounting of the eccentric 7 to allow is in the housing 1 a mounting hole 20 educated.

11: Gehäusecasing
22: erste Ausnehmung v. 1 first recess v. 1
33: Antriebswelledrive shaft
44: Lagerscheibebearing disk
55: erstes Antriebswellenlagerfirst Drive shaft bearings
66: Zylinderkammercylinder chamber
77: Exzentereccentric
88th: DrehkolbenlagerRotary bearings
99: Drehkolbenrotary pistons
1010: Bodenplattebaseplate
1111: Abdeckplattecover
1212: zweites Antriebswellenlagersecond Drive shaft bearings
1313: DrehkolbenflächeRotary piston area
1414: ZylinderkammerflächeCylinder chamber surface
1515: erster Massenausgleichshohlraum infirst Mass compensation cavity in
1616: zweiter Massenausgleichshohlraum in 4 second mass balance cavity in 4
1717: dritter Massenausgleichshohlraum in 7 third mass balance cavity in 7
1818: Mittelachse v. 3 Central axis v. 3
1919: distaler (am weitesten von 3 entfernter) Rand v. 7 distal (furthest from 3 distant) edge v. 7
2020: Montagebohrungmounting hole

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0644981 B1 [0002]
- DE 202004008106 U1 [0002]
- US 2004213691 A [0002]

Claims

Mass balance for a rotary piston engine, the one in a housing ( 1 ) mounted drive shaft ( 3 ) with an attached to this eccentric ( 7 ) and one on the circular eccentric ( 7 ) mounted rotary pistons ( 9 ), wherein the rotary piston ( 9 ) at least one pair of convex and concave piston surfaces formed on its circumference ( 13 ), which during the eccentric piston movement with at least one on the inner wall of the housing ( 1 ) formed pair of convex and concave cylindrical surfaces ( 14 ) at least one cylinder chamber ( 6 ) with changing volume, characterized in that in the drive shaft ( 3 ) and / or the eccentric ( 7 ) in which between the central axis ( 18 ) of the drive shaft ( 3 ) and the distal edge of the eccentric ( 7 ) area mass balance cavities ( 15 to 17 ) are designed to achieve a negative mass balance.

Mass balance for a rotary engine according to claim 1, characterized in that the mass balancing cavities ( 15 to 17 ) are closed or open.

Mass balance for a rotary piston engine according to claim 1 or 2, characterized in that a first mass balancing cavity ( 15 ) in the drive shaft ( 3 ) comprises at least one through hole or blind hole.

Mass balance for a rotary piston engine according to claim 1 or 2, characterized in that a second mass balancing cavity ( 16 ) at least one in one on the drive shaft ( 3 ) provided bearing disc ( 4 ) formed recess or opening.

Mass balance for a rotary piston engine according to claim 1 or 2, characterized in that a third mass balancing cavity ( 17 ) at least one in the eccentric ( 7 ) formed recess or opening.

Mass balance for a rotary engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mass balancing cavities ( 15 to 17 ) one to an imaginary line between the central axis ( 18 ) and the distal edge ( 19 ) have symmetrical cross-sectional area.

Mass balance for a rotary piston machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the drive shaft ( 3 ), the eccentric ( 7 ) and the bearing disc ( 4 ) are dimensioned so that sufficient space for the formation of the mass balance cavities ( 15 to 17 ) is available.