DE2324815A1

DE2324815A1 - HIGHLY COMPRESSIVE LUBRICATION PISTON MACHINE

Info

Publication number: DE2324815A1
Application number: DE19732324815
Authority: DE
Inventors: Prodromos Dr Ing Bekiaroglou
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-16
Filing date: 1973-05-16
Publication date: 1974-12-05

Description

Hochkomprimierende Hubrotationskolbenmaschine In einer ersten Anmeldung P 2218453.8 wurden die Eigenschaften und Vorzüge einer Hubrotationskolbenmaschine dargelegt. Grund-Idee der Erfindung war, den zylindrischen Kolben der Maschine zusätzlich zu seiner Eub- noch eine Rotationsbewegung durchführen zu lassen. Eine oder mehrere Verbindungsbohrunoen an Körper des Kolbens angebracht, erlauben die Steuerung der Beladung der Kasehine, indem sie den Arbeitsraum in periodischen Kontakt mit an der Innenwand des Zylinders stehenden Ein- bzw. Auslaßöffnungen bringen.Highly compressing reciprocating rotary piston machine In a first application P 2218453.8 were the properties and advantages of a reciprocating rotary piston machine set out. The basic idea of the invention was to add the cylindrical piston to the machine to make a rotation movement for his Eub-. One or more Connection holes attached to the body of the piston allow the control of the Loading the casehine by keeping the work area in periodic contact with it Bring inlet and outlet openings standing on the inner wall of the cylinder.

Die figur 1 (der ersten Anmeldung entnoasen) veranschaulicht das Prinzip der Funktion einer Hubrotationskolbenmaschine. An den Kolben 1 ist die Bohrung 5 angebracht, die den Arbeitsraum 2 mit der Innenfläche des Zylinders 5 verbindet. Die Zeichnungen a bis i irn oberen Teil der Figur 1 zeigen den Kolben in verschiedenen während seiner Hubrotationsbewegung erreichten Stellungen. In unteren Teil ist die Innenfläche 5 des Zylinders ausgerollt gezeichnet und man kann die Spur 6 erkennen, die die Mündung 4 der Bohrung 3 auf dieser Fläche beschreibt. Auf dieser Spur sind entsprechende Öffnungen (7, 8) vorgesehen, die zu Ein- bzw. Auslaß des Arbeitsmediums dienen, sodaß die Maschine allein durch die Bewegung ihres Kolbens ihre Belandung selbst steuert Das Entfallen des komplizierten und aufwendigen Steuermechanismus hat eine wesentliche Verminderung der Herstellungs- und Reparaturkosten zur Folge.Figure 1 (Entnoasen the first registration) illustrates the principle the function of a reciprocating rotary piston machine. The bore 5 is on the piston 1 attached, which connects the working space 2 with the inner surface of the cylinder 5. The drawings a to i in the upper part of FIG. 1 show the piston in different ways positions reached during its stroke rotation movement. In the lower part is the Inner surface 5 of the cylinder drawn rolled out and you can see track 6, which describes the mouth 4 of the bore 3 on this surface. Are on this trail corresponding openings (7, 8) are provided which lead to the inlet and outlet of the working medium serve so that the machine can only be loaded by the movement of its piston self controls The elimination of the complicated and expensive control mechanism results in a significant reduction in manufacturing and repair costs.

Der Gesamtbauraum der Maschine wird kleiner gehalten, und die Betriebsgeräusche auf ein Mininum beschränkt. Hinzu kommt die Tatsache, daß während der ganzen Phase des Ein- bzw. Ausströmens des Arbeitsmediums der volle Querschnitt der Verbindungsbohrung zur Ärerfügung steht, was für schneliaufende Maschinen vom besonderen Vorteil ist. Weitere Vorteile, die mit der jeweiligen Anwendung der Maschine und der Art des angewandten Getriebe zusammenhängen, sind in der ersten Anmeldung ins Detail besprochen Inlialt dar Zusatzanmeldung ist eine Erfindung7 die die Minimalisierung des toten Raumes einer Hubrotationskolbenmaschine bezweckt, wie es zweckmäßig ist, für Maschinen, die mit einem komprimierbaren Medium arbeiten. Minimalisierung des toten Raumes bedeutet für eine Hubrotationskolbenmaschine Minimalisierung des Innenvolumes der Verbindungsbohrung. Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindungsbohrung so ausgelegt wird, daß während der Hubbewegung der gegenüber dem Kolben liegende Teil der Maschine (Dach des Arbeitsraums) in die Verbindungsbohrung hineinragt, sodaß ein minimaler toter Raum übrig bleibt.The overall installation space of the machine is kept smaller, and the operating noise limited to a minimum. Added to this is the fact that throughout the phase the inflow and outflow of the working medium, the full cross-section of the connecting bore is available, which is a particular advantage for fast-running machines. Further advantages that vary with the application of the machine and the type of applied gear are discussed in detail in the first application Inlialt of the additional application is an invention7 which minimizes the dead The purpose of the space of a reciprocating rotary piston machine is, as is appropriate, for machines that work with a compressible medium. Minimization of the dead space for a reciprocating rotary piston machine means minimizing the internal volume of the Connecting hole. The task was solved according to the invention by that the connecting hole is designed so that during the lifting movement of the opposite the part of the machine lying next to the piston (roof of the working area) into the connecting bore protrudes so that a minimal dead space remains.

wie man in Fig. 1. sieht, besteht die Verbindungsbohrung 3 aus zwei Teilen: Den radialen-und den axialen Teil. Denkt man an der Decke des Arbeitsraums einen Stempel angejbracht der in die Verbindungsbohrung hineinpaßt, so ist verständlich, daß in der höchsten Position des Kolbens das Volumen des axialen Teils der Verbindungsbohrung eliminiert werden kann. Somit hängt der tote Raum der Maschine nur vom Durchmesser und der Länge des radialen Teilsder Verbindungsbohrung ab.Der Durchmesser der Bohrung wird aus strömungsmechanischen tiberiegungen möglichst groß gewünscht, es bleibt also nur ihre Länge klein zu halten und dies kann man erreichen, inden man den axialen Teil der Bohrung entweder unsymetrisch zu der Achse möglichst nahe an Rand bringt oder homozentrisch'zu der Achse so groß gestaltet, daß aus dem Kolbenkörper nur ein Mantel übrig bleibt und der ganze Arbeitsraum innerhalb des Kolbens versetzt wird.As can be seen in Fig. 1, the connecting hole 3 consists of two Divide: The radial and the axial part. If you think about the ceiling of the work room a stamp is attached that fits into the connecting hole, so it is understandable that in the highest position of the piston the volume of the axial part of the connecting bore can be eliminated. Thus the dead space of the machine depends only on the diameter and the length of the radial part of the connecting bore. The diameter of the bore If you want as large as possible due to fluid mechanics overbending, it stays that way so only to keep their length small and this can be achieved by indening the axial Brings part of the hole either asymmetrically to the axis as close as possible to the edge or made homocentric to the axis so large that from the piston body only a jacket remains and the entire working space is displaced within the piston will.

Der in die Verbindungsbohrung ragende Teil der Maschine kann gegenüber dem Kolben entweder abgedichtet (der Kolben hat nun eher die Funktion eines bewegten Zylinders übernommen, und seine Abdichtung gegenüber dem Maschinenkörper entfällt) oder unabgedichtet sein; kann unbewegt sein oder an einer Rotations- und oder Hubbewegung teilnemhen. Dadurch entsteht eine Vlelfalt von Kombinationsmöglichkeiten, einige von denen hier anhand folOender Ausführungsbeispiele- diskutiert werden.The part of the machine protruding into the connecting hole can be opposite the piston either sealed (the piston now has more of the function of a moving Cylinder and its seal against the machine body is omitted) or unsealed; can be motionless or in a rotating and / or lifting movement participate. This creates a multitude of possible combinations, some of which are discussed here on the basis of the following exemplary embodiments.

Figur 2 zeigt eine Ausführung, bei der der axiale Teil der Verbindungsbohrung so groß gehalten ist, daß der Arbeitsraum sich in dem Kolben befindet. Der Name "Kolben" wird nur dadurch gerechtfertigt, daß dieser Teil eine Hubbewegung ausführt und zur Übertragung der Bewegung auf die Achse verwendet wird. Der Kolben 1 befindet sich in seiner höchsten Position. Der Stempel 9 ist in Berührung mit dem Kolben im Boden des Arbeitsraum gekommen. Der Arbeitsraum hat sich auf das Innenvolumen des radialen Teils der Verbindungsbohrung beschränkt. Gleichzeitig ist der Kolben so ausgelegt, daß in ihm ein zweiter Arbeitsraum entstanden ist, der vom Stempel 10 beschränkt wird. In dieser Position des Kolbens ist die ganze Länge des axialen Teils der Verbindungsbohrung. frei. Dieser Arbeitsraum hat das Maximum seines Volumens erreicht.Figure 2 shows an embodiment in which the axial part of the connecting bore is kept so large that the working space is in the piston. The name "Piston" is only justified by the fact that this part performs a stroke movement and is used to transfer the movement to the axis. The piston 1 is located himself in his highest position. The punch 9 is in contact with the piston come in the floor of the work room. The work space has to be based on the interior volume of the radial part of the connecting hole limited. At the same time is the piston designed in such a way that a second work space has been created in it, that of the stamp 10 is restricted. In this position the piston is the whole Length of the axial part of the connecting hole. free. This workspace has that Maximum of its volume reached.

Die Stempel 9 und 10 sind abgedichtet gegenüber dem Kolben und führen eine gleichzeitige Drehbewegung mit ihm. Die Abdichtung des Kolbens gegenüber dem unbewegten Teil der Maschine entfällt bis auf der Abdichtung der die Beladung der Arbeitsräume steuernden Mündungen der Mffnungen 11 und 12. Die Tatsache, daß die Stempel 9 und 10 und der Kolben 1 eine relativ zueinander nur geradlinige Bewegung ausführen und zwar ohne seitliche Belastung, erlaubt eine besonders wirksame und verschleißarme Abdichtung.The punches 9 and 10 are sealed against the piston and lead a simultaneous twisting motion with him. The sealing of the piston against the The unmoved part of the machine is omitted except for the sealing of the loading of the Work spaces controlling the mouths of openings 11 and 12. The fact that the The punch 9 and 10 and the piston 1 move only in a straight line relative to one another perform and without side loading, allows a particularly effective and low-wear seal.

Die Kurvenführungen 15 und 14 und die Gerade führungen 15 und 16 übernennen die- Bewegungsumsetzung. Die Lager 21 und 23 übernehmen die auf die Stempel wirkende Axialkräfte.. Rollager über die Stifte 19 und 20 erniedrigen die Reibung auf die Kurvenführungen 13 und 14 und die Geradeführungen 15 und 16. Die -Funktion der beiden Arbeitsräume ist um 90° verschoben und so sind durch die Öffnungen 7 und 8 um 900 versetzt, damit die Beladung der Maschine mittels der gleichen seitlichen Öffnungen 23 erfolgen kann In dieser Ausführung ein einziger translatorisch bewegter Teil (der Kolben 1) vollzicht die Gesamtfunktionen einer Zweizylindermaschine.The curve guides 15 and 14 and the straight guides 15 and 16 take over the- motion implementation. The bearings 21 and 23 take over the acting on the punch Axial forces .. Rolling bearings on the pins 19 and 20 lower the friction on the Curve guides 13 and 14 and the straight guides 15 and 16. The function of the two Working space is shifted by 90 ° and so are through the openings 7 and 8 by 900 offset so that the machine can be loaded through the same side openings 23 can take place In this embodiment, a single translationally moving part (the piston 1) fully performs the functions of a two-cylinder engine.

Stellt laan sich zwei solche Einheiten hintereinander so geschaltet, daß in der gleichen Hauptbohrung des Maschinenkörpers zwei Kolben eine gegenlaufige Bewegung ausführen, so hat man eine "Vierzylinder"- Efaschine vor sich, die das Optimum an Gesamtbauraumersparnis, Einfachheit der Konstruktion und Kompensation der bewegten Nassen darstellt.If two such units are placed one behind the other in such a way that that in the same main bore of the machine body two pistons one counter-rotating Moving out, you have a "four-cylinder" efaschine in front of you that does that Optimum overall space savings, simplicity of construction and compensation the moving wet represents.

Die Ausführung nach Figur 5 ist im Prinzip die gleiche wie die der Figur 2.The embodiment according to Figure 5 is in principle the same as that of Figure 2.

Der über die Kurvenführungen 25 und 26 und die Stifte 26 und 27 geführte Kolben 1 steuert die Beladung; der Arbeitsräume 28 und 29 und überträgt die Bewegung an die Achsen 30 und 31. Das Besondere dieser Ausführung ist, daß obwohl die Hub länge der Arbeitsräume die gleiche geblieben ist wie in der Ausführung der Figur 2 (der Arbeitsraum 28 hat das Maximum, der 29 das Minimum seines Voluriens), der Kolben 1 nur die Hälfte der geradlinigen Bewegung auszuführen braucht. Die andere Hälfte entsteht durch entgegenLesetYte Bewegung der Stempel. Die Achsen 30 und 31 sind nicht mehr so gelagert, daß eine geradlinige Bewegung verhindert wird, sondern im Gegenteil von den Stiften 32 und 33 geführt, vollziehen auch eine Hubrotationsbewegung. Diese Bewegung ist die gleiche wie die des Kolbens 1, da sie von der gleichen Kurvenführungen auferlegt wird allerdings mit einem Phasenunterschied von 900. Dadurch entsteht als Summe der Bewegung eine doppelt so lange relative Bewegung des Kolbens gegenüber den Stempeln. Die Bewegung der Achsen 30 und 31 wird entweder über Geradeführungen zu reiner Drehbewegung umgewandelt oder direkt zur Antrieb anderer auf das Hubrotationsprinzip funktionierenden Maschinen verwendet.The guided over the cam guides 25 and 26 and the pins 26 and 27 Piston 1 controls the loading; of the work spaces 28 and 29 and transmits the movement on the axes 30 and 31. The special feature of this design is that although the hub length of the working rooms has remained the same as in the execution of the figure 2 (the working space 28 has the maximum, the 29 the minimum of its volume), the Piston 1 only needs to perform half of the straight-line movement. The other Half is created by the counter-reading movement of the stamp. Axes 30 and 31 are no longer stored in such a way that a straight movement is prevented, but on the contrary, guided by pins 32 and 33, also execute one Hub rotation movement. This movement is the same as that of piston 1 since it imposed by the same curves, however, with a phase difference of 900. As a result, the sum of the movement results in a relative that is twice as long Movement of the piston in relation to the punches. The movement of axes 30 and 31 is either converted to a pure rotary movement via straight guides or directly to the Used to drive other machines that operate on the stroke rotation principle.

Die Ausführung nach Fig. 3 ist besonders für schnellaufende Maschine gedacht.The embodiment according to FIG. 3 is particularly suitable for high-speed machines thought.

Schnellaufende Maschinen werden bekanntlich mit Mat erialfes tigiceitsproblemen konfrontiert, die aus der alternierenden Beschleunigung translatorisch bewegter Massen herrühren. In der Ausführung nach Fig. 3, bei der Dach und Boden des Arbeitsraums bewegt werden, sind diese Massenkräfte halb so groß wie in einer Maschine, bei der für die gleiche Hublänge nur ein Teil bewegt wird. Wenn die Masse der beiden Stempel (Stifte und Achsenteile mitberechnet) gleich der Masse des Kolbens ist, so hat rnan eine ab solute Kompensation der bewegten Massen, und somit stellt die Ausführung nach Fig. 3 eine von diesem Gesichtpunkt ideale Lösung dar.It is well known that high-speed machines have material stability problems faced, the translationally moving from the alternating acceleration Masses stem from. In the embodiment according to FIG. 3, in the roof and floor of the work area are moved, these inertial forces are half as great as in a machine where only one part is moved for the same stroke length. When the mass of the two stamps (Including pins and axle parts) is equal to the mass of the piston, then rnan an absolute compensation of the moving masses, and thus represents the execution 3 represents an ideal solution from this point of view.

Der Kolben 1 und die Stempel 35 der Ausführung nach Fig. 4 bewegen sie sich auch in entgegengesetzter Richtung. Dadurch kommt (genau wie in der Ausführung nach Fig. 5) eine doppelt so lange Hublänge zustande als die translatorische Bewegung jeden Teils. Das Besondere an der Ausführung nach Fig. 4 liegt an die Art des zur Übertragung der Bewegung verwendeten Getriebes. Es besteht jeweils aus zwei Kardangelenke (35, 36, 37, 38) und eine Kurbel (39, 40). Wie nan sich leicht davon überzeugen kann, führt eine reine Drehbewegung der Achsen 41 und 42 zu der Hubrotationsbewegung des Kolbens und des Stempels. Die Hubbewegung kommt dadurch zustande, weil die Achsen 41 und 42 nicht mit der geometrischen Achse des Zylinders der Maschine zusan-menfallen; wäre nämlich dies der Fall, so würden Kolben und Stempel keine Hubbewegung mehr ausführen sondern sich berührend in der Mitte des Zylinders nur rotieren.The piston 1 and the punch 35 of the embodiment according to FIG. 4 move they also move in the opposite direction. This comes about (just like in the execution according to Fig. 5) a stroke length twice as long as the translational movement each part. The special feature of the embodiment according to FIG. 4 is the type of to Transmission of the movement used gear. It consists of two universal joints (35, 36, 37, 38) and a crank (39, 40). How easy it is to convince yourself can, a pure rotational movement of the axes 41 and 42 leads to the reciprocating rotational movement of the piston and the punch. The lifting movement comes about because the axes 41 and 42 do not coincide with the geometric axis of the cylinder of the machine; if this were the case, the piston and plunger would no longer stroke but only rotate in contact in the middle of the cylinder.

Wenn die Achsen 41 und 42 o gelagert sind, daß sie parallel versetzt werden können, (dabei kann die Ebene dieser Versetzung eine zylindrische Flache sein, 1 sodaß die Bewegungsübertragung mittels Stirnr-der erfolgen kann) so entsteht ein kleiner oder größerer Hub für jeden der hubrotierenden Teilen je nachdem, ob die entsprechende Achse näher oder entfernter zu der geometrischen Achse der Maschine liegt. Dies hat eine variable Leistung der maschine zur Folge, ja sogar (wenn die Achsen über die Ruhestellung verschoben werden) eine Umkehrung ihrer Arbeitsrichtung (bei Motoren Umkehrung der Drehrichtung bei Kompressoren USçehrung der Flußrichtung des Arbeitsmediums). Die Tatsache daß diese Veränderung auch wahrend des Betriebs erfolgen kann stellt einen besonderen Vorteil solcher Maschinen dar.If the axes 41 and 42 o are mounted that they are offset in parallel can be, (the plane of this dislocation can be a cylindrical surface 1 so that the movement can be transmitted by means of spur gears) a smaller or larger stroke for each of the hub rotating parts depending on whether the corresponding axis closer or further away from the geometrical axis of the machine lies. This results in a variable performance of the machine, yes even (if the Axes beyond the rest position be moved) a reversal of their Direction of work (for motors, reversal of the direction of rotation, for compressors Urevolution the direction of flow of the working medium). The fact that this change is also during operation is a particular advantage of such machines.

Sieht man vom Vorteil der gleichzeitigen Hubbewegung von Kolben und Stempel ab, so kann man durch eine unterschiedliche Kinematik dieser Teile ein wesentlich komnlizierteres Zeitgesetz für die Abläufe im Arbeitsraum erreichen. So kann man z.B. trotz des grundlegenden Zweitakt-Rythmus des Kolbens (für jede Umdrehung eine Hubbewegung) eine Viertakt-Funktion der Maschine dadurch erreichen, daß der Sterapel mit der doppelten Frequenz als der Kolben bewegt wird.If one sees the advantage of the simultaneous stroke movement of pistons and Stamp off, so you can by a different kinematics of these parts a significantly Achieve a more complicated time law for the processes in the work area. So you can e.g. despite the basic two-stroke rhythm of the piston (one for each revolution Lifting movement) achieve a four-stroke function of the machine in that the Sterapel at twice the frequency than the piston is moved.

Mehrzylindermaschinen werden aus mehreren Einheiten nach den beschriebenen Ausführungsbeispielen zusammengesetzt Entweder werden auf die gleiche Hauptbohrung des Maschinenkörpers mehrere Kolben hintereinander gestellt oder mehrere Bohrungen werden um eine gemeinsame Welle angelegt auf die alle Kolben wirken.Multi-cylinder machines are made up of several units according to the described Embodiments put together Either are on the same main bore the machine body placed several pistons one behind the other or several bores are applied around a common shaft on which all pistons act.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Machine with changeable interior workspace especially for Use as a prime mover and / or as a transport machine for gases and liquids and / or as a compression machine for gases, characterized in that its working space the result is that in a cylindrical bore of the machine body a cylindrical Piston performs a reciprocating rotation around its own axis at the same time.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the bore or -Bores that are made on the body of the piston and in communication with stand in contact with the working space during the stroke rotation movement of the piston with corresponding openings on the inside of the cylinder and thereby control the inflow and outflow of the working medium.

3. Machine according to claim 1 and 2, characterized in that the the part of the machine opposite the piston to one or more punches is formed which protrude into the connecting bore or bores and the reduce dead space.

4. Machine according to claim 1 to 3, characterized in that the Stamp is sealed against the inner wall of the Bohrurg, so the seal of the piston to the cylinder of the machine except for the sealing of the mouth of the Connecting hole is not required.

5. Iiaschine according to claim 1 to 4, characterized in that the The punch executes a rotational or circular and / or stroke movement that together or is incoherent to the movement of the pistons.

6. Machine according to claim 1 to 5, characterized in that the Stamp from the end of the axis of the machine which rotates together with the piston aus-ebi: det is.

7. Machine according to claim 1 to 6, characterized in that the Movement is transmitted by means of cornering.

8. Machine according to claim 1 to 7, characterized in that in pistons two or more Arbeitsräurae are formed, their function staggered in time is.

9. Machine according to claim 1 to 8, characterized in that the The punch or the punch perform a stroke movement that is opposite to the movement of the piston.

10. Machine according to claim 1 to 5, characterized in that the Moving the piston is achieved by means of a transmission that consists of two joints and a crank.

11. Machine according to claims 1 to 5 and 10, characterized in that that the movement of the stamp is achieved by means of a gear consisting of two Cardan joints and a crank.

12. Combined machine characterized in that several units according to claims 1 to 11 in a common bore of the machine body and / or several bores are made around a common shaft.