DE2351016A1 - ROTARY PISTON MACHINE - Google Patents
ROTARY PISTON MACHINEInfo
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Description
R. LF 1
7-8.1973 Kü/SzR. LF 1
7-8.1973 Kü / Sz
Anlage einerPlant a
Fat ent- undFat ent and
Gebrauchsmusterhilfs-Anme!dungUtility model auxiliary application
LEROY und Jr-M-* FLAMMELEROY and Jr-M- * FLAMME
Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine, insbesondere eine Flügelzellenmaschine, mit einem zylindrischen Kolben und einem den Kolben umgebenden Gehäuse mit einer zylindrischen Innenfläche sowie mit einem Abdichtsystem zwischen dem Kolben und dem Gehäuse zur Abtrennung mehrerer Arbeitskammern.The invention relates to a rotary piston machine, in particular a vane machine, with a cylindrical piston and a housing surrounding the piston with a cylindrical Inner surface as well as with a sealing system between the piston and the housing to separate several working chambers.
Aus der britischen Patentschrift 937 389 ist bereits eine Flügelzellenmaschine bekannt, bei der das Abdichtsystem mehrere Flügel enthält, die verschiedene Arbeitskammern abtrennen. Die Leitlinie der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses ist bei der bekannten Maschine in Form einer Sinusquadratkurve ausgebildet. Eine solche Leitlinie bzw. Hubkurve kann im allgemeinen ausreichend einfach und genau hergestellt werden, doch ist sie von einer nur gerin-A vane machine is already from British patent specification 937 389 known in which the sealing system contains several wings that separate different working chambers. The guideline the cylindrical inner surface of the housing is designed in the known machine in the form of a sine-square curve. Such The guideline or stroke curve can generally be produced simply and precisely enough, but it is only of a slight
- 2 A09818/0320 - 2 A09818 / 0320
gen Anzahl von Parametern abhängig, so daß nicht alle die Arbeitsweise der Maschinen bestimmenden Konstruktionsmerkmale und Größen optimal aufeinander abgestimmt werden. Insbesondere das Volumen der Arbeitskammern, das volumetrische Verhältnis, die Fläche der Schlitze, in denen die Flügel geführt sind, die Form der Arbeitskammern, die Winke lande rung zwischen den Flügeln und der Hubkurvennormale, die änderung der Gleitgeschwindigkeit der Flügel an der Gehäuseoberfläche, die auf die Flügel einwirkenden Massenkräfte und die Riehtraigsänderung dieser Massenkräfte müssen bei einer solchen Maschine optimal aufeinander abgestimmt werden. Wesentlich ist vor allem, daß die durch den Flügel und die Hubkurvennormale gebildete Winkeländerung möglichst klein gehalten und die auf die Flügel einwirkenden Massenkräfte minimalisiert werden.gen number of parameters dependent, so not all of the way of working the design features and sizes that determine the machines are optimally matched to one another. In particular that Volume of the working chambers, the volumetric ratio, the area of the slots in which the blades are guided, the shape of the working chambers, the angle between the wings and the normal lift curve, the change in the sliding speed of the Wings on the housing surface, the inertia forces acting on the wings and the change in the direction of these inertia forces can be optimally matched to one another in such a machine. Above all, it is essential that the through the wing and the angle change formed by the normal to the lift curve is kept as small as possible and the inertia forces acting on the wing are minimized will.
Bei der bekannten Hubkurve in Form einer Sinusquadratlinie können aber nur drei Parameter berücksichtigt werden. Es ist also nicht möglich, alle diese genannten Größen zu optimalisieren.With the known lift curve in the form of a sine square line, however, only three parameters can be taken into account. So it is not possible to optimize all of these mentioned sizes.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationskolbenmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der eine Vielzahl von Größen, die die Arbeitsweise der Maschine bestimmen, optimal aufeinander abgestimmt werden können.The object of the invention is to create a rotary piston machine of the type mentioned at the outset, in which a plurality of Sizes that determine how the machine works can be optimally coordinated with one another.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitlinie der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses eine Hypertrochoide oder eine von dieser gleichmäßig entfernte Kurve ist, wobei die Hypertrochoide durch die ParamtergleichungThis object is achieved according to the invention in that the guideline the cylindrical inner surface of the housing is a hypertrochoid or a curve evenly spaced therefrom, where the hypertrochoid is given by the parameter equation
= R1 exp j = R 1 exp j
±1± 1
K (km+1) K (k m +1)
„£am "£ a m
definiert ist, wobei η * 2 und für η = 2 R1 φ D^ ist.is defined, where η * 2 and for η = 2 R 1 φ D ^.
4098 18/03204098 18/0320
Die Erfindung vjird nächstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:The invention is shown below with reference to that shown in the drawing Embodiment explained. Show it:
Fig· 1 einen Schnitt durch eine Rotationskolbenmaschine und1 shows a section through a rotary piston machine and FIG
Fig. 2 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Er-Ms 5 zeugungsmechanismus einer Hypertrochoide der Ordnung η s= J5·2 shows schematic representations to explain the Er-Ms 5 generation mechanism of a hypertrochoid of the order η s = J5
In Fig. 1 ist mit 1 der zylindrische Kolben der Maschine bezeichnet, in den Schlitze 2 eingearbeitet sind, in denen die Dichtflügel 5 geführt sind. Der zylindrische Kolben ist drehbar innerhalb eines Gehäuses h geführt, dessen zylindrische Innenfläche 5 im Querschnitt in Form einer Hypertrochoide ausgebildet ist. Mit 6 und 7 sind die Ein- und Austrittsschlitze der Maschine bezeichnet.In Fig. 1, 1 denotes the cylindrical piston of the machine, in which slots 2 are incorporated, in which the sealing wings 5 are guided. The cylindrical piston is rotatably guided within a housing h , the cylindrical inner surface 5 of which is designed in cross section in the form of a hypertrochoid. With 6 and 7, the inlet and outlet slots of the machine are designated.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht in der Mahl der Hypertrochoide als Leitlinie der zylindrischen Innenflächen des Gehäuses 5· Zur Erläuterung der geometrischen Konstruktion einer solchen Hypertrochoide wird auf die Fig. 2 bis 5 verwiesen.The essential feature of the invention consists in the meal Hypertrochoid as a guideline for the cylindrical inner surfaces of the housing 5 · To explain the geometric construction of a reference is made to FIGS. 2 to 5 of such hypertrochoid.
Um die Hypertrochoide zu: besehreiben, kann ein "Erzeugungsmechanismus", der in dem reihenweisen Zusammenschluß von η Gruppen (n > 1) von zwei Kreislinien besteht, benutzt werden. Man nennt die eine der Kreislinien jeder Gruppe Gründkreislinie der Gruppe, die andere Rollkreislinie der Gruppe, weil sie ohne zu schleifen auf der. Grundkreislinie rollt. Mit Oy. * und R, .wird jeweils der Mittelpunkt und der Radius der Grundkreisünie der Gruppe i, mit 0„ . und R . der Mittelpunkt und der Radius der Rollkreislinie der gleichen Gruppe bezeichnet.In order to describe the hypertrochoid, a "generating mechanism" can be used, which consists in the series-wise merging of η groups (n> 1) of two circular lines. One of the circle lines of each group is called the base circle line of the group, the other rolling circle line of the group because it does not drag on the. Base circle line rolls. With Oy. * and R,. becomes the center point and the radius of the base circle of group i, with 0 “. and R. denotes the center point and the radius of the rolling circle line of the same group.
Weiterhin sollen für den Erzeugungsmechanismus folgende Bedingungen gelten:Furthermore, the following conditions should apply to the generation mechanism are valid:
1) die Grundkreislinie der ersten Gruppe ist absolut fest?1) the base circle of the first group is absolutely fixed?
409818/0320409818/0320
- 4 - R. LF 1 Λ Λ - 4 - R. LF 1 Λ Λ
2) die Mittelpunkte der Grundkreislinie jeder anderen als der ersten Gruppe sind an den Rollkreislinien der unmittelbar vorliegenden Gruppe festgebunden und diese Grundkreislinien weisen keine absolute Rotationsbewegung um ihren Mittelpunkt auf;2) the centers of the base circle line of every group other than the first group are on the rolling circle lines of the immediate This group is tied and these base circle lines do not show any absolute rotational movement around their center on;
3) die Mittelpunkte der Rollkreislinien jeder anderen als der ersten Gruppe sind an den Rollkreislinien der unmittelbar vorliegenden Gruppe festgebunden. Jede Rollkreislinie beschreibt folglich eine Rotationsbewegung, die bestimmt ist durch ihre Verbindung mit der Grundkreislinie ihrer Gruppe (Übersetzungsverhältnis) und durch ihre Verbindung mit der Rollkreislinie der unmittelbar vorliegenden Gruppe.3) the centers of the rolling circle lines of any other than that first group are tied to the rolling circle lines of the immediately present group. Describes each rolling circle line consequently a rotational movement which is determined by its connection with the base circle of its group (Transmission ratio) and through its connection with the rolling circle line of the immediately present group.
In dem so beschriebenen Erzeugungsmechanismus beschreibt ein beliebiger, an der Rollkreislinie der η-ten Gruppe festgebundener Punkt W eine Hypertrochoide der Ordnung n. Wenn der Abstand D+^ zwischen diesem Punkt und dem Mittelpunkt der Rollkreislinie der η-ten Gruppe 0 gleich dem Radius R dieser Kreislinie ist, wird die Hypertrochoide eine gemeine Hypertrochoide genannt.In the generation mechanism described in this way, any point W tied to the rolling circle of the η-th group describes a hypertrochoid of order n. If the distance D + ^ between this point and the center of the rolling circle of the η-th group 0 is equal to the radius R. is this circular line, the hypertrochoid is called a common hypertrochoid.
In Abbildung 2 ist der Erzeugungsmeehanismus einer Hypertrochoide der Ordnung 3 schematisch dargestellt.In Figure 2 is the generating mechanism of a hypertrochoid of order 3 shown schematically.
Um die Hypertrochoide zu definieren, nrerden 5n geometrische Daten gebraucht, von denen eine Gruppe von ^n Parametern von einem Aehsensystem unabhängig sind. Diese ^n Parameter sind die folgenden:To define the hypertrochoid, 5n are geometrical Data needed, of which a group of ^ n parameters of are independent of an axis system. These ^ n parameters are the following:
a) η-algebraische Vierte der Abstände zwischen dem Mittelpunkt °b i der Grundkreisliniei1 Uttd den Mittelpunkten 0 . der Rollkreislinien in der gleichen Gruppe i. In der Zeichnung sind diese Werte mit R., R2 und R-, bezeichnet. Sie werden durch die Gleichunga) η-algebraic fourth of the distances between the center point ° bi of the base circle line i1 Uttd the center points 0. of the rolling circle lines in the same group i. In the drawing, these values are denoted by R., R 2 and R-. You will be through the equation
- 5 -409818/0320- 5 -409818/0320
ausgedrückt, in welcher R, . den Radius der Grundkreislinie der Gruppe i und *R . das algebraische Maß des Radius derexpressed in which R,. the radius of the base circle of group i and * R. the algebraic measure of the radius of the
ι* J- _ι * J- _
Rollkreislinie dieser Gruppe bezeichnet. R . ist positiv, wenn die Grundkreislinie außerhalb der Rollkreislinie liegt, und negativ, wenn eine der Kreislinien die andere umfaßt;The rolling circle line of this group is designated. R. is positive if the base circle is outside the rolling circle, and negative if one of the circles includes the other;
b) (n - 1) Abstände D. zwischen den Mittelpunkten (X j der Grundkreislinie jeder anderen Gruppe als der ersten und den Mittelpunkten 0„ . -, der Rollkreislinien der vorigen Gruppe. Diese Abstände sind in den Abbildungen mit Dp und D-, bezeichnet; b) (n - 1) Distances D. between the centers (X j the Base circle line of every group other than the first and the center points 0 ″. -, the rolling circle lines of the previous group. These distances are indicated in the figures with Dp and D-;
c) der Abstand Dr- zwischen dem Punkt W, welcher die Hypertrochoide beschreibt, und dem Mittelounkt der'Röllkreislinie der Gruppe n· .Dieser Abstand ist in/Abbildungen mit Du bezeichnet; c) the distance Dr- between the point W, which describes the hypertrochoid, and the central point of the circle of circle of group n ·. This distance is indicated in / figures with Du;
R ,R,
d) η Verhältnisse k. =? · , wobei R . den Radius der Rollkreis -d) η ratios k. =? · , Where R. the radius of the rolling circle -
J- "-U ■; *■ i J-J- "-U ■; * ■ i J-
J- "U ■; *■ i J-J- "U ■; * ■ i J-
linie der Gruppe i uncr R- . -den Radius der Grundkreislinie der gleichen Gruppe bezeichnet. Diese Verhältnisse k. stellen praktisch die Übersetzungsverhältnisse zwischen den Rollkreisen und den Grundkreisen dar.line of group i uncr R-. -the radius of the base circle line of the same group. These ratios k. practically represent the transmission ratios between the rolling circles and the base circles.
In bezug auf ein absolut festes Achsensystem werden weitere 2n Parameter gebraucht.With regard to an absolutely fixed axis system, further 2n parameters are required.
Man wählt zu diesem Zweck ein rechtsorientiertes Achsensystem Oy. ,xy, dessen Zentrum mit dem Mittelpunkt Oy1 , der Grundkreislinie der ersten Gruppe zusammenfällt (Fig. J>). In einer besonderen, willkürlich als Ausgangsposition gewählten Position 0V, τ °*r» τ °*H ο ··· °*-n r, ^ des Mechanismus definiert man die V/inkelposition der verschiedenen Bestandteile des Mechanismus durch folgende 2n Parameter:A right-oriented axis system Oy is selected for this purpose. , xy, the center of which coincides with the center Oy 1 , the base circle of the first group (Fig. J>). In a special position 0 V, τ ° * r »τ ° * H ο ··· ° * -n r, ^ of the mechanism, arbitrarily chosen as the starting position, the angular position of the various components of the mechanism is defined by the following 2n parameters:
a) die η Winkel §*., die von den gerichteten Segmenten 0 ^ . 0 und der Abszissenachse gebildet werden. Diese Winkel sind in Abbildung 3 (Erzeugungsmechanismus einer Hypertrochoide der Ordnung 5 in Ausgangsposition) mit S\* %. und ^3 ^βΖΘ10ηηβ^ίa) the η angles § *., which are caused by the directed segments 0 ^. 0 and the abscissa axis. These angles are shown in Figure 3 (generation mechanism of a hypertrochoid of order 5 in the starting position) with S \ *%. and ^ 3 ^ βΖΘ10ηηβ ^ ί
- 6 -409818/0320- 6 -409818/0320
b) die η Winkel ά., die von den gerichteten Segmenten O - ■> 0, und der Abszissenachse gebildet werden. Diese Winkel sind in Abb. J5 mit <£,, (T^ und L· bezeichnet.b) the η angles ά. , which are formed by the directed segments O - ■> 0, and the axis of abscissas. These angles are denoted by <£ ,, (T ^ and L · in Fig. J5.
In Ängleichung an die Geometrie bei Trochoiden bezeichnet man mit k,& den Winkel zwischen einer beliebigen augenblicklichen Position des gerichteten Segments O1n- O1 und seiner Ausgangsposition (X1 0* , (Abb. 4). Ausgehend von dieser Definition und nachdem die Winkelposition aller Bestandteile des Erzeugungsmechanismus nach und nach berechnet sind, kann mit Hilfe der kornplexen Variablen t= x + 37 (j = -1) die Gleichung der erzeugten Hypertrochoide folgendermaßen geschrieben werden:In an equation to the geometry of trochoid, k, & denotes the angle between any instantaneous position of the directed segment O 1n - O 1 and its starting position (X 1 0 *, (Fig. 4). Based on this definition and after the Angular position of all components of the generating mechanism are gradually calculated, the equation of the generated hypertrochoid can be written as follows with the help of the complex variable t = x + 37 (j = -1):
S= R, exp (j£) exp (jk,}0S = R, exp (j £) exp (jk,} 0
1 3^1 i-1 1 3 ^ 1 i-1
exp djexp dj
+ Σ1 [D1 exp (JcT1) + R1 exp (j£.)J+ Σ1 [D 1 exp (JcT 1 ) + R 1 exp (j £.) J
Σ1Σ1
wobei Rn+1 =0where R n + 1 = 0
Unter dieser Form enthält die Gleichung der Hypertrochoide Parameter, die jedoch nicht unabhängig sind, da man setzen kann (Fig. 5)Under this form, the equation of the hypertrochoid contains parameters which, however, are not independent since one can set (Fig. 5)
1 exp (jJL) = D1 expÜc/^) + R1 exp 1 exp (jJL) = D 1 expÜc / ^) + R 1 exp
Die allgemeine Gleichung schreibt sich dann: R1 expThe general equation is then written: R 1 exp
Γ //J + T L. exp J]1 + 5g yj (4) Γ // J + T L. exp J] 1 + 5g yj (4)
409818/0320409818/0320
R.R.
und es stellt sich heraus, daß die Kurve durch die Wahl von unabhängigen Parametern ganz bestimmt ist, nämlich durchand it turns out that the curve by choosing independent parameters is quite determined, namely by
A1 (i = 2, 3, ..., n)A 1 (i = 2, 3, ..., n)
Die Kurve ist geschlossen, wenn alle Verhältnisse L- in reduzierte rationale Brüche übergehen. The curve is closed when all ratios L- change into reduced rational fractions.
Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß die dieser allgemeinen Gleichung entsprechende Hypertroehoide folgende Eigenschaften besitzt:From this equation it can be seen that these are general Equation corresponding hypertrophic has the following properties:
1) sie ist von einer beliebig hohen Zahl (j5n) von Parametern abhängig,1) it has an arbitrarily high number (j5n) of parameters addicted,
2) sie ist im Prinzip mechanisch einfach erzeugbar, da ihr Erzeugungsmechanismus nur Stangen enthält, deren relative Bewegungen proportionale Rotationen sind.2) it can in principle be easily generated mechanically, since its generating mechanism only contains rods, their relative Movements are proportional rotations.
- 8 -409818/0320- 8 -409818/0320
Da bei einer Hubkurve in Form der erfindungsgemäßen Hypertroshoiden sehr viele eharakterxstische Größen der Maschine optimal den Erfordernissen angepaßt werden kennen, können sowohl !compressible als auch inkompressible Fluids verwendet werden, Dabei ist es weiterhin möglich., entweder den Kolben drehbar innerhalb des feststehenden Gehäuses oder aber das Gehäuse um einen feststehenden Kolben drehbar su lagern. Die Schlitze können im Kolben oder im Gehäuse angeordnet sein. Es können auch mehrere Kolben und Gehäuse in Reihe und/oder parallel geschaltet werden., wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn dabei das eine oder andere Element bei allen Maschinen gemeinsam ist und somit eine Vielfachfunktion erfüllt.Since with a lifting curve in the form of the hypertroshoids according to the invention very many echaracteristic sizes of the machine optimal can be adapted to the requirements, both! compressible as well as incompressible fluids are used, it is still possible to either rotate the piston within the fixed housing or the housing around a fixed one Mount the piston so that it can be rotated. The slots can be in the piston or be arranged in the housing. Several pistons and housings can also be connected in series and / or in parallel, with it It is particularly advantageous if one or the other element is common to all machines and thus has a multiple function Fulfills.
Bei einer solchen Reihen- und/oder Parallelschaltung können einige der Maschinen auch in Form einer Verdrängermaschine, beispielsweise einer Strömungsmaschine, ausgebildet sein. Außerdem ist es möglich, die Lage der Kolbenachse bezüglich des Gehäuses mit Hilfe einer Steuerung zu ändern. Die Maschine kann dann sowohl als Pumpe sowie als Motor dienen. Bei einem Motor mit Innenverbrennung wird die. Verbrennung vorzugsweise durch eine im Gehäuse befestigte Zündvorrichtung gesteuert. Die Zündung kann von einer ZünülievzB oder aber automatisch durch die in der Kammer am Ende der Verdichtung erreichte Druckhöhe ausgelöst werden,With such a series and / or parallel connection, some of the machines can also be designed in the form of a positive displacement machine, for example a fluid flow machine. It is also possible to change the position of the piston axis with respect to the housing with the aid of a control. The machine can then serve both as a pump and as a motor. In an engine with internal combustion, the. Combustion is preferably controlled by an ignition device mounted in the housing. The ignition can be triggered by a ZünülievzB or automatically by the pressure level reached in the chamber at the end of the compression,
Bei dem in der Pig. I dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sieh um eine Maschine der Symmetrie Ordnung s = 3. Die Symmetrie· Ordnung s der Hypertrochoideinnenflache des Gehäuses legt für die Flügelzellenmaschine ein Funktionieren in 2s-Takten fest, wobei jecfer Takt durch eine Volumenänderung zwischen zwei entgegengesetzten Extremwerten charakterisiert wird. Die Zahl der Eintrittsund Austrittsschlitze der Flügelzellenmaschine gibt die Zahl der sie aufbauenden ,Elementarmaschinen an» Jede Elementarmaschine arbeitet nach einem Zyklus mit rn-Takten, wenn es m - 2 Zwischenvomgea zwischen den Volumenänderungen gibt, bei denenThe one in the Pig. I illustrated embodiment is we are looking at a machine of symmetry order s = 3. The symmetry · Order s of the hypertrochoid inner surface of the housing lays for the Vane machine works in 2s cycles, whereby each cycle is caused by a change in volume between two opposite ones Extreme values is characterized. The number of entry and exit slots in the vane machine gives the number of building them up, elementary machines on »Every elementary machine works after a cycle with rn clocks when there is m - 2 intermediate vomgea between the volume changes there where
olgend, ein Austritt laid ein Eintritts des Fluids erfolgt« following, an outlet laid an entry of the fluid takes place «
409818/0320409818/0320
Claims (11)
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BE790122 | 1972-10-13 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |