DE1086244B

DE1086244B - Rotary piston machine with eccentrically arranged and interlocked rotary pistons

Info

Publication number: DE1086244B
Application number: DEB51973A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Lueck
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Borsig GmbH
Priority date: 1959-02-04
Filing date: 1959-02-04
Publication date: 1960-08-04
Also published as: FR1244824A; BE586317A; CH380160A

Description

Drehkolbenmaschine mit exzentrisch ineinander angeordneten und miteinander verzahnten Drehkolben Die Erfindung betrifft eine spezielle Ausführungsform von Drehkolbenmaschinen, welche exzentrisch ineinander angeordnete und miteinander verzahnte Drehkolben aufweisen, deren äußerer Drehkolben einseitig gelagert ist und bei der das Arbeitsmittel in axialer Richtung durch den Gehäusedeckel zu- und abgeführt wird und der innere Drehkolben ein mit dem Gehäusedeckel fest verbundenes, der Lagerung des inneren Drehkolbens dienendes Einsatzstück aufweist, dessen Mantelfläche und vordere Stirnfläche für die Öffnungen der Arbeitsmittelzu- und -abführungskanäle zur Verfügung steht: Bei Drehkolbenmaschinen mit exzentrisch ineinander angeordneten und miteinander verzahnten Drehkolben werden zwei Arten unterschieden, und zwar solche mit geschlossenem und solche mit offenem Außendrehkolben. Bei der geschlossenen Bauart umfaßt der Außendrehkolben den Innendrehkolben vollständig und ist auf beiden Seiten des Zylinderraums gelagert. Hingegen umfaßt bei der offenen Bauart der äußere Drehkolben den inneren nicht vollständig, d. h. er ist einseitig, also fliegend gelagert. Häufig ist auch die eine Stirnwand weggelassen. Bei den Maschinen der offenen Bauart ohne Stirnwand strömt das Arbeitsmittel durch die stirnseitige Öffnung zwischen den Kolben -und durch den stirnseitigen Gehäusedeckel, der den Zylinderraum abschließt, ein und aus. Die Ein- und Auslaßkanäle im Gehäusedeckel können hier sehr groß gestaltet werden.Rotary piston machine with eccentrically arranged one inside the other and with one another toothed rotary piston The invention relates to a specific embodiment of Rotary piston machines, which are eccentrically arranged and interlocked with one another Have rotary pistons, the outer rotary piston is mounted on one side and in the the working fluid is supplied and discharged in the axial direction through the housing cover and the inner rotary piston is firmly connected to the housing cover, the bearing of the inner rotary piston serving insert piece, the lateral surface and front face for the openings of the working fluid supply and discharge channels is available: For rotary piston machines with eccentrically arranged one inside the other and interlocking rotary lobes, two types are distinguished, namely those with a closed and those with an open outer rotary piston. When the closed In design, the outer rotary piston completely encompasses the inner rotary piston and is on both Sides of the cylinder space stored. On the other hand, in the case of the open type, the outer Rotary piston does not completely remove the inner one, d. H. it is one-sided, so it is flying stored. Often one of the front walls is also left out. With the machines of the In the open design without a front wall, the working fluid flows through the opening on the front between the pistons and through the end-face housing cover that forms the cylinder space completes, on and off. The inlet and outlet channels in the housing cover can be found here can be made very large.

Der für den Ein- und Auslaß zur Verfügung stehende Querschnitt an der Stirnseite der Kolben ist rbenfalls groß, aber begrenzt, so daß mit zunehmender axialer Länge der Kolben und zunehmendem Inhalt der Arbeitsräume die Strömungsgeschwindigkeiten unzulässig groß werden können.The cross-section available for the inlet and outlet the face of the piston is also large, but limited, so that with increasing axial length of the pistons and the increasing volume of the working spaces, the flow velocities can become inadmissibly large.

Ferner hat diese Bauart den Nachteil, daß sie wegen. der sehr hohen Gleitgeschwindigkeiten bei schnelllaufenden Maschinen durch gleitende Dichtelemente nicht abgedichtet werden- kann. Für hohe Druckverhältnisse ist aber mit Rücksicht auf einen guten Wirkungsgrad eine Abdichtung durch Berührungsdichtungen erforderlich. Bei den Maschinen mit geschlossenem Außenläufer bereitet die Anwendung derartiger Dichtungen wenig Schwierigkeiten. Diese Bauformen haben aber den Nachteil, daß sie kompliziert und schwer zu montieren bzw. zu demontieren sind.Furthermore, this type of construction has the disadvantage that it is because of. the very high Sliding speeds in high-speed machines due to sliding sealing elements cannot be sealed. However, care should be taken for high pressure conditions In order to achieve good efficiency, sealing by contact seals is necessary. In the case of machines with a closed external rotor, the application prepares such Seals little trouble. However, these designs have the disadvantage that they are complicated and difficult to assemble or disassemble.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine mit ineinander angeordneten Drehkolben zu schaffen; die über große Ein- und Auslaßöffnungen verfügt, dabei einfach im Aufbau ist und leicht- abgedichtet werden kann. Wegen der zur Verfügung stehenden großen Ein- und Auslaßquerschnitte empfiehlt sich die Verwendung der Bauart mit offenem und eineitig gelagertem Außendrehkolben, wobei dessen offene Seite durch eine Deckscheibe abgeschlossen ist.The invention is based on the object of a rotary piston machine to create with nested rotary lobes; the large inlet and outlet openings has a simple structure and can be easily sealed. Because the available large inlet and outlet cross-sections is recommended Use of the design with an open and single-bearing outer rotary piston, whereby whose open side is closed by a cover plate.

Derartige Maschinen sind an sich bekannt. So ist es z. B. bereits bekanntgeworden, bei einer Drehkolbenexpansionsmaschine der offenen Bauart den Innenrotor mit einer- Welle im Gehäusedeckel oder auf einem im Gehäusedeckel befestigten Zapfen zu lagern. Diese Lagerung nimmt jedoch .einen verhältnismäßig großen Teil der Deckelfläche ein. Da der Ein- und Auslaß an der offenen Stirnseite der Rotoren erfolgt, sind auch hier der axialen Baulänge der Rotoren durch die in den Ein- und Auslaßquerschnitten sich ergebenden Strömungsgeschwindigkeiten Grenzen gezogen. Auch macht die Ablichtung Schwierigkeiten. Nach einem anderen Vorschlag ist bei einem Drehkolbenverdichter der offenen Bauart der Innenrotor gleichfalls auf einem mit dem Gehäusedeckel verbundenen Zapfen gelagert. Die Zuführung und Abführung des Arbeitsmittels erfolgt durch Kanäle im hohlen Lagerzapfen, die mit radialen, in axialer Richtung zueinander versetzten Saug- und Druckkanälen im Innenrotor in Verbindung treten. Infolge der scharfen Umlenkungen und langen, durch Saug-- und Druckventile noch weiterhin verengten Kanäle geringen Querschnitts ist die Leistungsfähigkeit der Maschine äußerst beschränkt. Bei einer anderen bekanntgewordenen Maschine der Zellenverdichterbauart ist der Innenrotor gleichfalls auf einem mit Zuführungs- und Abführungskanälen für das Arbeitsmittel versehenen Zapfen gelagert. Scharfe Umlenkungen sind hier zwar vermieden, doch sind die Kanäle im Innenrotor sehr schmal. Da die Lagerbohrung des Innenrotors wegen der für die Aufnahme der Trennschieber erforderlichen radialen Dicke ein bestimmtes Maß nicht überschreiten darf und der Lagerzapfen außer den Gaskanälen noch die Welle des Außenrotors aufnehmen muß, so ist der im Lagerzapfen für die Kanäle zur Verfügung stehende Querschnitt beschränkt. Für hohe Drehzahlen, wie sie- für neuzeitliche Hochleistungsverdichter erforderlich sind, ist diese Maschine wegen der auftretenden Fliehkräfte nicht geeignet. Ein weiterer, allen drei erwähnten Bauarten gemeinsamer Nachteil ist, daß bei ihnen das Arbeitsmittel nicht ölfrei gehalten werden kann, da bei der erstgenannten Maschine ein t%ertreten des Schmieröls in die Arbeitskammern nicht verhindert werden kann und bei den beiden anderen die Wirkung des Öls als Flüssigkeitsdichtung vorausgesetzt wird.Such machines are known per se. So it is z. B. already became known, the inner rotor in a rotary piston expansion machine of the open design with a shaft in the housing cover or on a pin fastened in the housing cover to store. However, this storage takes up a relatively large part of the cover surface a. Since the inlet and outlet are on the open face of the rotors here, too, the overall axial length of the rotors through the in the inlet and outlet cross-sections resulting flow velocities limits are drawn. Also makes the illumination Trouble. Another suggestion is for a rotary piston compressor the open design of the inner rotor also on one connected to the housing cover Journals stored. The working medium is supplied and discharged through channels in the hollow bearing journal, which are offset from one another with radial and axial directions Connect the suction and pressure channels in the inner rotor. As a result of the sharp Deflections and long channels that are still narrowed by suction and pressure valves With a small cross-section, the performance of the machine is extremely limited. In another known machine of the cell compressor type is the Inner rotor also on one with supply and discharge channels for the working medium provided pin stored. Sharp diversions are avoided here, but they are the channels in the inner rotor are very narrow. Because the bearing bore of the inner rotor is due to the radial thickness required to accommodate the slide gate valve certain Dimension must not exceed and the bearing journal apart from the gas ducts also the shaft of the outer rotor has to take up, then the one in the bearing journal for the channels is available standing cross-section limited. For high speeds like them - for modern ones High performance compressors are required, this machine is because of the occurring Centrifugal forces not suitable. Another common to all three types mentioned The disadvantage is that the working fluid cannot be kept oil-free with them, because in the case of the first machine, a t% of the lubricating oil enters the working chambers cannot be prevented and in the case of the other two the effect of the oil as Liquid seal is assumed.

Erfindungsgemäß wird daher zur Vermeidung der erwähnten Nachteile das der Lagerung des inneren Drehkolbens dienende Einsatzstück derart bemessen, daß es den gesamten Innenraum des inneren Drehkolbens bis auf die zur Wahrung seiner Festigkeit erforderliche Wandstärke einnimmt. Die Kanäle im Einsatzstück für die Zuführung und Abführung des Arbeitsmittels, welche die Arbeitskammern mit dem Gehäusedeckel verbinden, verlaufen in sanfter Krümmung. Der innere Drehkolben ist auf der vom Gehäusedeckel abgewendeten Seite in dem von den Kanälen frei gelassenen konischen Teil des Einsatzstücks mit einem Zapfen gelagert.According to the invention is therefore to avoid the disadvantages mentioned the insert serving to support the inner rotary piston is dimensioned in such a way that that it takes up the entire interior of the inner rotary piston except for the maintenance of its Strength assumes the required wall thickness. The channels in the insert for the Supply and discharge of the working medium, which the working chambers with the housing cover connect, run in a gentle curve. The inner rotary piston is on the dated Housing cover facing away from the conical side left free by the channels Part of the insert mounted with a pin.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist der nicht von dem Lager für den Zapfen und von den Kanälen ausgefüllte Teil des Einsatzstücks als Hohlraum ausgebildet und von einem Kühlmittel durchströmt.In a further development of the inventive concept, the is not of that Bearing for the pin and filled in by the channels part of the insert as Formed cavity and flowed through by a coolant.

Des weiteren können in dem Einsatzstück ohne Beschränkung der Kanalabmessungen gleitende Dichtelemente bekannter Art untergebracht werden, welche, da sie sich im Innern des Drehkolbens befinden, nur mäßigen Gleitgeschwindigkeiten unterliegen.Furthermore, in the insert piece without restriction of the channel dimensions sliding sealing elements of known type are accommodated, which as they are are located inside the rotary piston, are subject to only moderate sliding speeds.

Da die Ein- und Auslaßkanäle und auch die Lagerung des inneren Drehkolbens in .ein und demselben Werkstück untergebracht sind, empfiehlt es sich, besonders, wenn diese Einrichtungen nicht durch den Wärmefluß unterbrechende Hohlräume voneinander getrennt werden sollen oder können, die Kanalwandungen mit einem den Wärmefluß dämmenden Isolierlack zu bestreichen.As the inlet and outlet channels and also the bearing of the inner rotary piston are housed in one and the same workpiece, it is particularly advisable to if these devices do not have cavities from each other which interrupt the flow of heat should or can be separated, the duct walls with a heat flow insulating To apply insulating varnish.

Drehkolbenmaschinen, bei denen das Aus- und Einströmen des Arbeitsmittels durch den inneren Drehkolben hindurch von bzw. nach innen erfolgt, können unter Ausnutzung der Schleuderwirkung des äußeren Drehkolbens in einfacher Weise gekühlt werden. Zu diesem Zweck wird ein gasförmiges Belüftungsmittel durch eine oder mehrere Öffnungen im Gehäusedeckel hindurch auf die Stirnwand des äußeren Drehkolbens gelenkt und von dieser nach außen geschleudert. Das Belüftungsmittel umspült und kühlt den äußeren Drehkolben und verläßt die Maschine durch eine Öffnung im Gehäusemantel. Zur Verbesserung der Schleuderwirkung und zur Verstärkung der Belüftung kann die Stirnwand des äußeren Drehkolbens mit Schaufeln versehen werden.Rotary piston machines in which the outflow and inflow of the working medium takes place through the inner rotary piston from or to the inside, can under Use of the centrifugal effect of the outer rotary piston cooled in a simple manner will. For this purpose, a gaseous venting means is through one or more Openings in the housing cover are directed through to the end wall of the outer rotary piston and thrown outwards by this. The ventilation medium washes around and cools the outer rotary piston and leaves the machine through an opening in the housing jacket. To improve the centrifugal effect and to increase ventilation, the The end wall of the outer rotary piston can be provided with blades.

Die Maschine kann mit einem bekannten zylindermantelförmigen Regelorgan ausgerüstet werden, welches zwischen dem inneren Drehkolben und dem Einsatzstück anzuordnen wäre. Ferner kann die Maschine sowohl als Kraftmaschine als auch als Arbeitsmaschine betrieben werden.The machine can be equipped with a known cylinder jacket-shaped regulating element be equipped, which between the inner rotary piston and the insert would be to be arranged. Furthermore, the machine can be used both as a prime mover and as Work machine are operated.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ist für schnelllaufende Hochleistungsmaschinen besonders gut geeignet, da die großen Ein- und Auslaßquerschnitte für das Arbeitsmittel und die kurzen strömungstechnisch günstig gestalteten Zu- und Abführungskanäle im Einsatzstück im Verein mit der geringen Wandstärke des inneren Drehkolbens einen sehr niedrigen Strömungswiderstand ergeben. Die Verwendung gleitender Dichtelemente an Stelle von ölgeschmierten Dichtungsflächen erlaubt ebenfalls die Anwendung hoher Drehzahlen und die Erzeugung ölfreier Druckluft.The construction according to the invention is for high-speed, high-performance machines particularly suitable because of the large inlet and outlet cross-sections for the working medium and the short supply and discharge channels in the Insert piece in combination with the small wall thickness of the inner rotary piston result in very low flow resistance. The use of sliding sealing elements Instead of oil-lubricated sealing surfaces, it is also possible to use higher Speeds and the generation of oil-free compressed air.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Einsatzstück ausgerüsteten Drehkolbenverdichters dargestellt: Fig. 11 zeigt die Maschine im Längsschnitt nach der Linie I-1 der Fig. 2; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.In the drawing is an embodiment of one with the invention Insert equipped rotary piston compressor: Fig. 11 shows the Machine in longitudinal section along the line I-1 of Fig. 2; Fig. 2 shows a cross section according to the line II-II of FIG. 1.

Der in dem gewählten Beispiel zweizahnig ausgeführte äußere Drehkolben 1 ist im Gehäuse 3 einseitig gelagert und auf seiner offenen Stirnseite durch eine Deckscheibe 2 abgedeckt. Er umfaßt den dreizahnigen, exzentrisch angeordneten inneren Drehkolben 4, welcher vom äußeren Drehkolben 1 über ein Zahnradpaar 5 im gleichen Drehsinn mitgenommen wird. Im Mantel des Innendrehkolbens 4 sind die Ausschnitte 6 vorgesehen, durch welche das Arbeitsmittel in die bzw. aus den Arbeitskammern 7, 8, 9 ein-und ausströmt. In der gezeichneten Stellung steht die sich vergrößernde Arbeitskammer 7 mit der Saugleitung 12 in Verbindung; in der sich verkleinernden Arbeitskammer 8 findet Kompression statt, und die Arbeitskammer 9 hat gerade ihr kleinstes Volumen erreicht und ist im Begriff, sich von dem Druckkanal 13 zu trennen.The outer rotary piston, which is designed with two teeth in the example chosen 1 is mounted on one side in the housing 3 and on its open face by a Cover disk 2 covered. It includes the three-toothed, eccentrically arranged inner one Rotary piston 4, which from the outer rotary piston 1 via a gear pair 5 in the same Direction of rotation is taken. The cutouts are in the jacket of the inner rotary piston 4 6 provided, through which the working medium in or out of the working chambers 7, 8, 9 flows in and out. In the position shown is the enlarging one Working chamber 7 with the suction line 12 in connection; in the shrinking Working chamber 8 takes place compression, and the working chamber 9 has just you reaches the smallest volume and is about to separate from the pressure channel 13.

Innerhalb des inneren -Drehkolbens 4 ist das Einsatzstück 10 angeordnet, das mit dem Gehäusedeckel 11 fest verbunden ist. Durch die gekrümmten weiten Kanäle 12 und 13 des Einsatzstücks wird das Arbeitsmittel zu-und abgeführt. Der innere Drehkolben 4 ist mittels des Zapfens 14 zentrisch im Einsatzstück 10 gelagert. Die Kanäle 12 und 13 sowie die Lagerung des Innendrehkolbens 4 sind durch einen Hohlraum 15, der von einem Kühlmittel durchflossen sein kann, voneinander getrennt. Außerdem können die Wandungen 12a und 13a des Ein- und Ausströmkanals mit einem wärmedämmenden Schutzlack bestrichen sein.The insert 10, which is firmly connected to the housing cover 11, is arranged inside the inner rotary piston 4. The working medium is supplied and discharged through the curved, wide channels 12 and 13 of the insert. The inner rotary piston 4 is mounted centrally in the insert 10 by means of the pin 14. The channels 12 and 13 and the bearing of the inner rotary piston 4 are separated from one another by a cavity 15 through which a coolant can flow. In addition, the walls 12 a and 13 a of the inflow and outflow channels can be coated with a heat-insulating protective varnish.

In der Mantelfläche des Einsatzstücks 10 sind die streifenförmigen Dichtelemente 16, 17, 18, 19, 20, 21 eingebaut. Von diesen verhindern die parallel zu den Stirnkanten des Einsatzstücks verlaufenden Dichtelemente 16 das Abströmen von Leckgasen aus dem Druckkanal 13 in die benachbarten Arbeitskammern und die Elemente 20 und 21 das Abströmen aus den Arbeitskammern 8 und 9 in den Saugkanal 12. Da der von den Dichtelementen 18 und 20 begrenzte Mantelabschnitt des Einsatzstücks 10 länger ist als der zwischen zwei Ausschnitten 6 liegende Wandungsteil des Innendrehkolbens 4, so ist noch ein Dichtelement 19 vorgesehen, welches ein Überströmen des Arbeitsmittels von einer Arbeitskammer in die Nachbarkammer oder in den Saugkanal 12 verhütet. Die Elemente 18 und 19 werden erst dann wirksam, wenn die Drehkolben gegenüber der gezeichneten Stellung im Uhrzeigersinn weitergewandert sind.The strip-shaped sealing elements 16, 17, 18, 19, 20, 21 are built into the outer surface of the insert 10. Of these, the sealing elements 16, which run parallel to the front edges of the insert piece, prevent leakage gases from flowing out of the pressure channel 13 into the adjacent working chambers and the elements 20 and 21 prevent the flowing out of the working chambers 8 and 9 into the suction channel 12 and 20 delimited jacket section of the insert 10 is longer than the wall part of the inner rotary piston 4 lying between two cutouts 6, a sealing element 19 is also provided, which prevents the working medium from flowing over from one working chamber into the adjacent chamber or into the suction channel 12. The elements 18 and 19 only become effective when the rotary pistons have moved clockwise from the position shown.

Des weiteren sind an den Stirnseiten des inneren Drehkolbens 4 die Dichtelemente 22 und in den Zahn-#,pitzen die Dichtelemente 23 angeordnet. Die Elemente 22 verhindern das Entweichen von Leckgasen aus den Arbeitskammern in die Atmosphäre, die Elemente 23 das Überströmen von Leckgasen aus einer Arbeitskammer in die andere. Schließlich sind im Gehäuse 3 und im Deckel 11 Öffnungen 24 und 25 für die Zu- und Abführung eines Kühlmittels vorgesehen. Das Kühlmittel tritt durch die Öffnung 24 in das Gehäuse 3 ein, wird vom Dekkel 2 des äußeren Drehkolbens 1 erfaßt und nach außen geschleudert, umspült den äußeren Drehkolben und verläßt den Gehäuseraum durch die Öffnung 25.Furthermore, on the end faces of the inner rotary piston 4 are the Sealing elements 22 and in the tooth - #, the sealing elements 23 are arranged pointed. The Elements 22 prevent leakage gases from the working chambers into the atmosphere, the elements 23 prevent leakage gases from flowing from one working chamber into the other. In the end are in the housing 3 and in the cover 11 openings 24 and 25 for the supply and discharge a coolant is provided. The coolant enters the housing through opening 24 3 a, is detected by the cover 2 of the outer rotary piston 1 and thrown outwards, washes around the outer rotary piston and leaves the housing space through the opening 25.

Claims

PATENT ANS PHVCHE: 1. Rotary piston machine with eccentrically arranged and interlocked rotary lobes, the outer rotary lobe is mounted on one side and in which the working medium is fed and discharged in the axial direction through the housing cover and the inner rotary piston is firmly connected to the housing cover, the Has bearing of the inner rotary piston serving insert, the outer surface and front face of which is available for the openings of the working medium supply and discharge channels, characterized in that the insert (10) covers the entire interior of the inner rotary piston (4) except for the maintenance of the Strength assumes the required wall thickness, in the insert (10) the working chambers (7, 8, 9) with the housing cover (11) connecting, gently curved supply and discharge channels (12, 13) are provided for the working medium and the inner rotary piston the side of the insert (10) facing away from the housing cover (11) is mounted with a pin (14) in the conical part of the insert piece (10) left free by the channels (12, 13).

2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the not of the bearing for the pin (14) and of the channels (12, 13) filled part of the insert (10) as a cavity (15) is formed and is flowed through by a coolant.

3. Rotary piston machine according to claim 2, characterized in that the wall surfaces (12a, 13a) of the channels are coated with a heat-insulating insulating varnish.

4. Rotary piston machine according to Claim 1, characterized by the arrangement of known sealing elements in the Jacket of the insert (10) parallel to the end faces (elements 16) in an axially parallel manner Direction on both sides of the channel openings (elements 17, 18 and 20, 21) and between Suction and pressure channel opening (element 19).

5. Rotary piston machine according to claim 1 or 4, characterized by the arrangement of known sealing elements in the Front surfaces of the inner rotary piston (4) parallel to the front edges (elements 22) and in the tooth tips of the inner rotary piston (elements 23) or of the outer rotary piston.

6. Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the outer rotary piston (1) can be cooled by a ventilation means which is directed through one or more openings (24) in the housing cover (il) onto the end wall (2) of the outer rotary piston and is thrown outwards by this. Documents considered: German Patent No. 551360; Austrian Patent No. 134056; Swiss patent specification No. 106 607.