DE1296655B

DE1296655B - In-axis rotary piston machine

Info

Publication number: DE1296655B
Application number: DEB65746A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich; Linck
Original assignee: Wankel GmbH; Borsig GmbH
Current assignee: Wankel GmbH; Borsig GmbH
Priority date: 1962-01-31
Filing date: 1962-01-31
Publication date: 1969-06-04
Also published as: CH404066A; GB1010696A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine innenachsige Drehkolberunaschine mit Kämmeingriff mit auf einer feststehenden Achse gelagertem Mantel (Leistungsteil) und Kolben, wobei die Achse einen Zuführungskanal aufweist.The invention relates to an internal-axis rotary piston machine with meshing engagement with jacket mounted on a fixed axis (power unit) and piston, the axis having a feed channel.

Solche Maschinen sind bekannt, z. B. in der Form, daß das Arbeitsmittel auf der einen offenen Stirnseite in die Arbeitskammern hineingesaugt und auf derselben Stirnseite auch wieder hinausbefördert wird. Zur Steuerung dieses Vorganges befindet sich auf der gleichen Stirnseite eine feststehende oder auch verdrehbare Scheibe oder Gehäusewand, die die notwendigen Ein- und Auslaßöffnungen mit den entsprechenden Steuerkanten aufweist. Der Mantel und der Kolben werden von einem Gehäuse umfaßt, in welchem dieselben meist fliegend, d. h. jeweils nur auf einer der beiden Seiten des Arbeitsraumes ge- lagert sind. Solche Maschinen bieten in mancherlei Hinsicht Vorteile, sie sind aber auch mit Nachteilen verknüpft. So erleidet die Strömung innerhalb des Arbeitsraumes in Axialrichtung eine Umkehrung; ferner sind der Mantel und der Kolben von einem verhältnismäßig großen und schweren Gehäuse umschlossen. Auch die Unterbringung der nebeneinanderliegendenEin-undAuslaßstutzenmachtSchwierigkeiten, zumal wenn es sich um sehr schnell drehende, große Mengen durchsetzende Maschinen handelt.Such machines are known, e.g. B. in the form that the working fluid is sucked into the working chambers on one open end and is also conveyed out again on the same end. To control this process, there is a fixed or also rotatable disk or housing wall on the same face, which has the necessary inlet and outlet openings with the corresponding control edges. The jacket and the piston are encompassed by a housing, in which the same mostly cantilevered, i. H. each of the working space are superimposed overall on only one of the two sides. Such machines offer advantages in a number of ways, but they are also associated with disadvantages. Thus, the flow within the working space suffers a reversal in the axial direction; furthermore, the jacket and the piston are enclosed in a relatively large and heavy housing. The accommodation of the adjoining inlet and outlet nozzles is also difficult, especially when it comes to very fast rotating machines that penetrate large quantities.

Bekannt ist eine Rotationskolben-Verbrennungsmaschine, bei der der Mantel und der Kolben auf einer gemeinsamen Achse gelagert sind, bei der jedoch die Seitenteile mit dem äußeren Mantel umlaufen. Diese Ausführung hat als Nachteil, daß der Einlaß einmal von der öffnung in der feststehenden Achse und obendrein von dem inneren Kolben gesteuert werden muß.A rotary piston internal combustion engine is known in which the Jacket and the piston are mounted on a common axis, but in which surround the side parts with the outer jacket. This version has the disadvantage that the inlet once from the opening in the fixed axis and on top of that from the inner piston must be controlled.

Bekannt sind weiter Kreiskolbenexplosionsmaschinen mit rotierenden Steuerscheiben, die man als Drehkolbenmaschinen möglicherweise betreiben kann, jedoch mit einer anderen Steuereinrichtung. Von Nachteil bei dieser bekannten Maschinenart ist, daß nur etwa ein Drittel der Gehäuseverzahnung als Arbeitsvolumen jeweils genutzt wird, weil die Steuerscheibe nur etwa ein Drittel der Gehäuseverzahnunüberdeckt.Also known are rotary piston explosion machines with rotating Control disks that can possibly be operated as rotary piston machines, however with another control device. A disadvantage with this known type of machine is that only about a third of the housing teeth are used as working volume is because the control disk only about a third of the housing teeth is not covered.

Beim Erfindungsgegenstand werden die genannten Nachteile dadurch vermieden, daß die Seitenteile, welche das Arbeitsmittel zu- und abführen, mit der feststehenden im Mantel (Leistungsteil) gelagerten Achse starr verbunden sind und in den Seitenräumen Ringräume vorgesehen sind, die drallerzeugende Leitvorrichtungen aufweisen.In the subject matter of the invention, the disadvantages mentioned are avoided by that the side parts, which supply and remove the work equipment, with the fixed in the jacket (power unit) mounted axis are rigidly connected and in the side spaces Annular spaces are provided which have swirl-generating guide devices.

Die gleiche Gesamtaufgabe wird erfindungsgemäß gefördert, indem die Seitenteile mit der Achse starr verbunden und in den Seitenteilen Ringräume vorgesehen sind, wobei das auf der Einlaßseite liegende Seitenteil drallerzeugende Leitvorrichtungen aufweist und auslaßseitig im Zwischenstück drallerzeugende Leitvorrichtungen vorgesehen sind.The same overall task is promoted according to the invention by the Side parts rigidly connected to the axle and annular spaces provided in the side parts are, wherein the side part lying on the inlet side swirl-generating guide devices and provided on the outlet side in the intermediate piece swirl-generating guide devices are.

Ferner wird eine günstige Schmierung dadurch erreicht, daß die auf der Druckseite angeordneten Lager des Mantels mittels ölhalitigem Leckgas geschmiert werden.Furthermore, a favorable lubrication is achieved in that the on The shell bearing arranged on the pressure side is lubricated by means of oil-containing leakage gas will.

Ausführungsbeispiele der Erfindungsgedanken sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen 6/5 verzahnten Verdichter entsprechend der Linie I-1 in F i g. 3, F i g. 2 einen Querschnitt durch den Verdichter entsprechend der Linie II-II in F i g. 1, F i g. 3 einen Querschnitt durch den Verdichter entsprechend der Linie III-III in F i g. 1, F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine Expansionsmaschine, F i g. 5 einen Schnitt durch einen Teil des Laufschaufelkranzes entsprechend der Linie V-V in F ig. 4.Embodiments of the inventive concept are shown in the drawings. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through a 6/5 toothed compressor according to line I-1 in FIG. 3, fig. 2 shows a cross section through the compressor according to the line II-II in FIG. 1, Fig. 3 shows a cross section through the compressor according to the line III-III in FIG. 1, Fig. 4 shows a longitudinal section through an expansion machine, FIG. 5 shows a section through part of the rotor blade ring according to the line VV in FIG. 4th

Der Verdichter besteht laut F i g. 1 bis 3 aus dem aus den beiden Teilen la und 1 b zusammengesetzten Zwischenstück 1, welches einen aus sechs eingesetzten Zähnen bestehenden Mantel 2 enthält und mittels der Lager 3 und 4 auf der stillstehenden einen Zuführungskanal aufweisenden Achse 5 bzw. dem daran befestigten Seitenteil 6 gelagert ist. Das Seitenteil 6 hat den Tragring 6 a, die drallerzeugenden Leitschaufeln 6 b und die Steuerscheibe 6 c angegliedert, welche die öffnungen 6 d enthält. Die Achse 5 besitzt gleichfalls einen drallerzeugenden Leitschaufelkranz 5a und trägt das aufgesetzte Seitenteil 7 mit den Steueröffnungen 7a und der schneckenförmig verlaufenden, drallerzeugenden Leitwand 7 b. According to FIG. 1 to 3 from the intermediate piece 1 composed of the two parts la and 1b , which contains a jacket 2 consisting of six inserted teeth and is mounted by means of the bearings 3 and 4 on the stationary axis 5 having a feed channel or the side part 6 attached to it is. The side part 6 has the support ring 6 a, the swirl-generating stator blades 6 b and the control disc 6 attached c containing the openings 6 d. The axis 5 also has a swirl-generating guide vane ring 5a and carries the attached side part 7 with the control openings 7a and the helical, swirl-generating guide wall 7b.

Am einlaßseitigen Ende des Zwischenstückes sind Keilriemen 1 d vorgesehen, welche in die Keilriementräger 1 c eingreifen.At the inlet end of the intermediate piece, V-belts 1 d are provided which engage in the V-belt carrier 1 c.

Der fünf Zähne aufweisende Kolben 8 ist gleichfalls auf der Achse 5 gelagert, z. B. mittels der Nadellager 5c. Zwischen seiner und der Verzahnung 2 des Zwischenstückes 1 befinden sich fünf Arbeitskammern 9, welche sich bei Rechtsdrehung je nach der Stellung vergrößern oder verkleinern. Mit dem Kolben 8 laufen axial gefederte Gleitringe 10 und 11 um, welche sich auf den Teilen 5 bzw. 6 c der Achse abstützen. The piston 8, which has five teeth, is also mounted on the axis 5 , e.g. B. by means of the needle bearing 5c. Between it and the toothing 2 of the intermediate piece 1 there are five working chambers 9 which, when turned to the right , increase or decrease depending on the position. With the piston 8 run axially sprung sliding rings 10 and 11 , which are supported on the parts 5 and 6 c of the axis.

Einlaßseitig ist an dem Seitenteil 6 das Einlaufstück 12 angeordnet, welches eine Anzahl öffnungen 13 enthält. Die Maschine ist schließlich von einem Schutzmantel 14 umgeben, welcher außer zur Leckgas- und Leckölabfuhr auch zur Luftkühlung mitverwendet werden kann.On the inlet side, the inlet piece 12, which contains a number of openings 13 , is arranged on the side part 6 . The machine is finally surrounded by a protective jacket 14 which, in addition to discharging leakage gas and oil, can also be used for air cooling.

Die Arbeitsweise ist folgende: Das mittels Keilriemen 1 d im Uhrzeigersinn angetriebene Zwischenstück 1 nimmt über seinen Mantel 2 den Kolben 8 mit, saugt dabei in seinen Kammern 9 das Gas über die öffnung 6 d an, verdichtet es und schiebt es über die öffnung 7a wieder aus. Nach dem Eintritt in das Einlaufstück 12 strömt die Hauptmenge des Arbeitsmittels zwischen den am Seitenteil 6 angebrachten Leitschaufeln 6 b unter Beschleunigung, Ablenkung und Drallerzeugung in Drehrichtung hindurch, um ,gemeinsam mit der durch das Wälzlager 4 hindurch-D C ,gesaugten ölhaltigen Restmenge in die Arbeitskam-M mern 9 einzutreten. Die Strömung ist durch Pfeile in F i g. 1 und 3 in ihrem ungefähren Verlauf gekennzeichnet. Der Austritt aus der Maschine nach dem Verlassen der öffnung7a erfolgt wieder über einen drallerzeugenden Leitschaufelkranz 5a zum offenen Ende 5 b der Achse hin, wobei die anfangs ziemlich tangential gerichtete Strömung in eine nahezu zentrische und schließlich annähernd gerade Bewegung umgewandelt wird (siehe Pfeile in F i g. 1 und 2). Die schneckenförmige, drallerzeugende Leitwand 7 b vermindert die dabei infolge Wirbelbildung auftretenden Verluste.The method of operation is as follows: The intermediate piece 1 , driven clockwise by means of a V-belt 1 d , takes the piston 8 with it via its jacket 2, sucks in the gas in its chambers 9 through the opening 6 d , compresses it and pushes it back through the opening 7 a the end. After entering the inlet piece 12, the main amount of the working medium flows between the guide vanes 6 b attached to the side part 6 with acceleration, deflection and swirl generation in the direction of rotation, around, together with the residual oil-containing amount sucked through the roller bearing 4 -D C, into the Labor Committee 9 to enter. The flow is indicated by arrows in FIG. 1 and 3 in their approximate course. The exit from the machine after leaving the opening 7a takes place again via a swirl-generating guide vane ring 5a towards the open end 5b of the axis, whereby the initially rather tangential flow is converted into an almost centric and finally almost straight movement (see arrows in F i g. 1 and 2). The helical, swirl-generating baffle 7 b reduces the losses that occur as a result of vortex formation.

Mit dem dem in die Maschine eintretenden Gas beigemischten Öl werden die Zahnspitzen und sämtliche Lagerstellen geschmiert, wobei das Lager 4 besonders durch die öffnungen 13, das Lager 3 durch die stark ölhaltigen Leckgase, welche durch den Spalt 15 abblasen, und das Lager des Kolbens 8 durch die gleichfalls ölhaltigen Leckgase, welche an den Gleitringen 10 und 11 hindurchtreten, versorgt werden. With the oil mixed with the gas entering the machine, the tooth tips and all bearing points are lubricated, with the bearing 4 especially through the openings 13, the bearing 3 through the highly oily leakage gases that blow off through the gap 15 , and the bearing of the piston 8 by the likewise oil-containing leakage gases, which pass through the sliding rings 10 and 11 , are supplied.

In F i g. 4 ist eine Expansionsmaschine dargestellt, welche im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Verdichter hat. Die Expansionsmaschine besteht wieder aus einem zweiteiligen Zwischenstück 31 und den aus eingesetzten Zähnen bestehenden Mantel 32, wobei die Abstützung mittels der Lager 33 und 34 auf der Achse 35 bzw. dem daran befestigten Seitenteil 36 erfolgt. An dem Seitenteil 36 ist der Tragring 36 a und die Steuerscheibe 36 c angegliedert, welche den Auslaßschlitz 36d enthält; es besitzt beispielsweise jedoch keine Leitschaufeln und somit auch keine in Achsmitte liegende Auslaßöffnung. Statt dessen weist das Zwischenstück 31 einen drallerzeugenden Laufschaufelkranz 31a auf, durch den der Auslaß vor sich geht. Außerdem sind noch eine Anzahl am Umfang verteilte Bohrungen 31 b vorhanden. Die Achse 35 verfügt dagegen über einen drallerzeugenden Leitschaufelkranz 35a und trägt wieder das aufgesetzte als Steuerscheibe ausgebildete Seitenteil 37 mit der Einlaßöffnung 37 a. In Fig. 4 shows an expansion machine which has essentially the same structure as the compressor. The expansion machine again consists of a two-part intermediate piece 31 and the jacket 32 consisting of inserted teeth, the support being provided by means of the bearings 33 and 34 on the axis 35 or the side part 36 attached to it. On the side part 36 of the supporting ring 36 a and affiliated the control disc 36 c, which contains the outlet slot 36d; however, it has no guide vanes, for example, and thus no outlet opening located in the center of the axis. Instead, the intermediate piece 31 has a swirl-generating rotor blade ring 31a through which the outlet passes. In addition, there are a number of bores 31 b distributed around the circumference. In contrast, the axis 35 has a swirl-producing guide vane 35a and retransmits the patch as a control disc formed side part 37 with the inlet opening 37 a.

Der Kolben 38 bildet mit dem äußeren Zwischenstück eine Anzahl Arbeitskammern 39, z. B. 5 Kammern, wie in F i g. 2 dargestellt ist. Die axiale Führung des Kolbens übernehmen die axial gefederten Gleitringe 40 und 41.The piston 38 forms with the outer intermediate piece a number of working chambers 39, for. B. 5 chambers, as in F i g. 2 is shown. The axially sprung sliding rings 40 and 41 take over the axial guidance of the piston.

Schließlich ist die Maschine mit einem Schutzblech 42 umgeben.Finally, the machine is surrounded by a protective plate 42.

Die Arbeitsweise verläuft in umgekehrter Richtung wie die eines Kompressors. Das durch die Achse 35 und Steuerschlitze 37 a in die Arbeitskammern 39 eintretende, unter Druck stehende Gas übt auf den Mantel 32 und dem Zwischenstück 31 ein Drehmoment aus, welches die beiden miteinander gekuppelten Mantel und Kolben in Drehung versetzt. Der zugleich einsetzende Arbeitsablauf sei an F i g. 2 erläutert, wobei angenommen sei, daß die dort dargestellte öffnung 7 a die Einlaßöffnung 37 a ist. Der Mantel und der Kolben müssen dann eine Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn vollführen. Sobald sich dabei jeweils eine Arbeitskammer an der Einlaßöffnung vorbeibewegt hat, findet in dieser Kammer Expansion statt, um schließlich bei Erreichen der Auslaßöffnung 36 d (in F i g. 3 vergleichsweise öffnung 6 d) auszupuffen und letztlich das nahezu entspannte Gas auszuschieben. Das Gas tritt dabei zunächst in den Ringraum 43 ein, um von dort hauptsächlich zwischen den drallerzeugenden Schaufeln 31a hindurch unter möglichster Ausnutzung vorhandener Strömungs- und Druckenergie die Maschine zu verlassen. über eine Kupplung 44 beliebiger Art kann das Drehmoment des Mantels und des Zwischenstücks an eine Arbeitsmaschine weitergeleitet werden. Die Schrnierung der Zahnspitzen und der Lagerung erfolgt ebenfalls in der Weise, daß dem eintretenden Gas Schmieröl unterinischt und den Schmierstellen direkt oder mittels der Leckgase zugeführt wird. Ein besonderes Hilfsmittel sind dabei die Bohrungen 31 b, mit deren Hilfe ein Teil des abfließenden Gases über das Lager 34 geleitet wird.The way it works is the opposite of that of a compressor. The pressurized gas entering the working chambers 39 through the axis 35 and control slots 37 a exerts a torque on the jacket 32 and the intermediate piece 31 , which sets the two coupled jackets and pistons in rotation. The workflow that begins at the same time is shown in FIG. 2, it being assumed that the opening 7 a shown there is the inlet opening 37 a. The jacket and the piston then have to move in an anti-clockwise direction. Once in each case a working chamber has moved past the inlet port, expansion takes place in this chamber, and finally when reaching the discharge port 36 d (in F i g. 3 comparatively opening 6 d) auszupuffen and ultimately push out the almost expanded gas. The gas first enters the annular space 43 in order to leave the machine from there mainly between the swirl-generating blades 31a, utilizing the existing flow and pressure energy as much as possible. The torque of the jacket and the intermediate piece can be passed on to a working machine via a coupling 44 of any type. The tooth tips and the bearing are also cut in such a way that lubricating oil is mixed in with the gas entering and fed to the lubrication points either directly or by means of the leakage gases. A special aid are the bores 31 b, with the aid of which part of the outflowing gas is passed over the bearing 34.

F i g. 5 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt des Laufschaufelkranzes 31 a vor der Auslaßöffnung 36 d der Stimscheibe liegend.F i g. 5 shows an enlarged illustration of a section of the rotor blade ring 31 a lying in front of the outlet opening 36 d of the face plate.

Die Erfindung kann mit gleichem Vorteil auch bei Drehkolbenmaschinen Verwendung finden, deren Kolben und Mantel an Stelle der in den Abbildungen gezeigten geraden Zähne über schrägverlaufende Zähne verfügen.The invention can also be used with rotary piston machines with the same advantage Use the piston and jacket instead of those shown in the figures straight teeth have oblique teeth.

Claims

1. A internal-axis rotary piston engine with meshing engagement with stored on a stationary shaft casing (power unit) and the piston, wherein the spindle has a supply passage, supply the working fluid on the side parts and is discharged and power is transferred via an intermediate piece, d a d u rch g e k enn that the side parts (5 a, 6, 6 c, 7) are rigidly connected to the axis (5) and annular spaces are provided in the side parts, the swirl-generating guide devices (5 a, 6 b, 7 b ) ( Figs. 1, 2 and 3). 2. Inner-axis rotary piston machine with meshing engagement with the jacket (power part) and piston mounted on a fixed axis, the axis having a feed channel, the working medium is supplied and discharged via side parts and the power is transmitted via an intermediate piece, characterized in that the side parts (35 a, 36 c, 37) are rigidly connected to the axis (35) and annular spaces are provided in the side parts, the side part (37) on the inlet side having swirl-generating guide devices (35 a) and on the outlet side in the intermediate piece (31) Swirl-generating guide devices (31 a) are provided ( FIGS. 4 and 5). 3. Inner-axis rotary piston machine according to one of the preceding claims with working medium provided with lubricant before entering the machine, characterized in that the bearing (3, 33) of the jacket (2, 32) arranged on the pressure side is lubricated by means of oil-containing leakage gas (F i g. 1 and 4).