DE2402770C3

DE2402770C3 - Rotary piston machine

Info

Publication number: DE2402770C3
Application number: DE19742402770
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1977-02-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit einem innerhalb eines beidseitig von Seitenwänden begrenzten Gehäusemantels drehfest mit einer exzentrisch zur Gehäuseachse angeordneten Welle umlaufenden Rotor, der einen zur Wellenachse schrägen Führungsspalt aufweist, in dem ein zylindrisches Leistungsteil mit seiner gesamten Umfangsfläche infolge Drehung des Rotors in dichtender Anlage längs der Innenwandung des Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisenden Gehäusemantels geführt ist.The invention relates to a rotary piston machine with side walls within one on both sides limited housing jacket rotatably with a rotating shaft arranged eccentrically to the housing axis Rotor, which has a guide gap inclined to the shaft axis, in which a cylindrical power part with its entire circumferential surface as a result of the rotation of the rotor in sealing contact along the inner wall of the housing jacket having inlet and outlet openings.

Es ist bereits eine Rotationskolbenmaschine bekannt (österreichische Patentschrift 1 26 458), die eine exzentrisch in einem zylindrischen Gehäuse angeordnete Welle aufweist. Auf diese Welle ist ein Rotor fest aufgesetzt. Er hat einen ringförmigen, zur Wellenachse geneigten Spalt, in dem eine Kolbenscheibe verschiebbar geführt ist, deren zylindrische Mantelfläche mit einer im zylindrischen Gehäuse gleitend angeordneten Büchse verbunden ist. In der Büchse sind Ausschnitte vorge sehen, welche bei Drehung der Welle, des Rotors, de Kolbenscheibe und der Büchse Ein- und Auslaßöffnun gen steuern.A rotary piston machine is already known (Austrian patent specification 1 26 458) which has an eccentric having arranged in a cylindrical housing shaft. A rotor is firmly attached to this shaft. It has an annular gap, inclined to the shaft axis, in which a piston disk can be moved is guided, the cylindrical surface area with a sleeve slidingly arranged in the cylindrical housing connected is. In the sleeve, cutouts are easily seen, which when the shaft, the rotor, de Control piston disc and liner inlet and outlet openings.

Bei dieser bekannten Maschine sind bei Drehung de Welle nur geringe Verlagerungen der Kolbenmaschin und damit ebenfalls nur geringe Volumenänderungei der Arbeitsräume möglich, so daß das jeweilige An saugvolumen nur geringfügig größer als das Kompres ίο sionsvolumcn sein kann. Der Volumenunterschied ent spricht dabei nur der axialen Verlagerung der Kolben scheibe.In this known machine there are only slight displacements of the piston machine when the shaft rotates and thus also only a slight change in volume in the working spaces is possible, so that the respective An suction volume can only be slightly larger than the compression volume. The volume difference ent speaks only of the axial displacement of the piston disc.

Das Volumen der beiden Arbeitsräume beiderseit der Kolbenscheibe kann bei dieser Maschine niemal: zu Null werden.The volume of the two working spaces on either side of the piston disk can never be: become zero.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nurl darin, bei einer Maschine der eingangs erwähnten Ar| wesentlich größere Volumenänderungen der Arbeits räume zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ro tationskolbenmaschine gelöst, welche folgende Merk male aufweist:
a) Das Leistungsteil ist eine um seine Achse drehbare| Kolbenscheibe;
b) der Rotor liegt längs einer Gehäusemantellinie| dichtend an der Innenwandung des Gehäuseman tels an;The object of the present invention is only to provide a machine of the type mentioned at the beginning to enable significantly larger changes in the volume of the workspaces.
According to the invention, this object is achieved by a rotary piston machine which has the following features:
a) The power unit is a | rotatable around its axis Piston disc;
b) the rotor lies along a casing envelope line | sealing on the inner wall of the housing element;

c) die Innenwandungen der Seitenwände sind kegelsiumpfförmig ausgebildet, derart, daß ihre Mittellinien zueinander und zur Wellenachse koaxial ver laufen und daß der halbe Kegelwinkel dem NeigungswirM der Kolbenmaschine entspricht. Bei einer so ausgebildeten Maschine wird das Volumen jedes Arbeitsraumes bei jeder Umdrehung einma zu Null, so daß ein vollständiges Ausstoßen der jeweiligen Füllung möglich ist. Die Maschine kann ohne weiteres als Kraft- oder als Arbeitsmaschine ausgebilde werden. Benu'zt man sie als Pumpe, so können mit ihr alle denkbaren Fluide gefördert werden. Bei der Maschine treten im Betrieb keine Massenkräfle in Umfangsi ichtung auf, und die in axialer Richtung wirkenden Mi. ,senkräfte sind auf Grund der kurzen, von dem Schwerpunkt der Kolbenscheibe zurückgelegten Wegstrecken nur gering. Sie können im übrigen durch die Auslegung der Kolbenscheibe beeinflußt werden.c) the inner walls of the side walls are cone-shaped designed such that their center lines to each other and to the shaft axis coaxially ver run and that half the cone angle corresponds to the inclination curve of the piston machine. With a machine designed in this way, the volume of each working space becomes one size with each revolution to zero, so that a complete ejection of the respective filling is possible. The machine can easily be designed as a power machine or as a work machine. If you use it as a pump, you can do it with it all conceivable fluids are promoted. When the machine is in operation, there are no major mass forces direction, and the axial forces acting in the axial direction are due to the short of the Center of gravity of the distance covered by the piston disc only slight. You can also go through the Design of the piston disc can be influenced.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Seitenwände mit dem Rotor fest verbunden sind. Dadurch wird erreicht, daß die Berührung zwischen der Kolbenscheibe und den kegelstumpfförmigen Innenwandungen der Seitenwände stets an der gleichen Stelle dieser Innenwandungen erfolgt, die daher an dieser Stelle mit einem geeigneten Material versehen sein können.The invention also provides that the side walls are firmly connected to the rotor. This achieves that the contact between the piston disc and the frustoconical inner walls of the Side walls always takes place at the same point of these inner walls, which is therefore at this point with a suitable material can be provided.

Die Erfindung schlägt weiter noch vor, daß zur Bildung einer Vier-Takt-Kraftmaschine auf der einen Seite der Kolbenscheibe eine Ansaugleitung sowie das eine Ende einer Überströmleitung mündet, wobei diese beiden Leitungen auf verschiedenen Seiten der mit dem Rotor dichtenden Gehäusemantellinie angeordnet sind und daß auf der anderen Seite der Kolbenscheibe das andere Ende der Überströmleitung sowie eine Abströmleitung münden, wobei auch diese Leitungen auf verschiedenen Seiten der dichtenden Gehäusemantellinie liegen.The invention also suggests that for education a four-stroke engine on one side of the piston disk an intake line and that one end of an overflow line opens, these two lines on different sides of the with the Rotor sealing housing jacket line are arranged and that on the other side of the piston disk that the other end of the overflow line and an outflow line open, these lines also opening lie on different sides of the sealing casing envelope line.

Eine so ausgebildete Kraftmaschine ist mit verhältnismäßig einfachen Mitteln steuerbar. Die Verbrennung kann dabei vorteilhafterweise außerhalb der Getriebevorrichtung in der Überströmleitung stattfinden, die gut thermisch isoliert werden kann und keiner me-A power machine designed in this way can be controlled with relatively simple means. The burn can advantageously take place outside the transmission device in the overflow line, which can be well thermally insulated and no

chanischen Belastung ausgesetzt ist.is exposed to mechanical stress.

Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß zwei Maschinen parallel geschaltet sind, wovon eine als Verdichter und die andere als Expansionsmaschine ausgebildet istFinally, the invention also provides that two machines are connected in parallel, one of which is a compressor and the other is designed as an expansion machine

Im folgenden Teil der Beschreibung werden einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Maschine an Hand von Zeichnungen erläutert Dabei zeigtThe following part of the description describes some embodiments of the machine according to the invention Explained on the basis of drawings It shows

F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine, bei der Seiten- wände mit kegelstumpfförmigen Innenwandungen fest mit dem Gehäusemantel verbunden sind,F i g. 1 shows an axial section through an embodiment of the machine according to the invention, in the side walls with frustoconical inner walls are firmly connected to the housing shell,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Maschine, bei der umlaufende Seitenwände fest mit dem Rotor verbunden sind, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in F i g. 2,F i g. 2 shows an axial section through a further embodiment of the machine, in which circumferential side walls are firmly connected to the rotor, F i g. 3 shows a section along line 3-3 in FIG. 2,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in F i g. 2, mit in einem Ausbruch eingezeichneten mit umlaufenden, in den kegelstumpfförmigen Innenwandungen eingesetzten Dichtleisten,F i g. 4 shows a section along line 4-4 in FIG. 2, with drawn in an outbreak with circumferential, sealing strips inserted in the frustoconical inner walls,

F i g. 5 einen Axialschnitt durch eine als Vier-Takt-Kraftmaschine ausgebildete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine,F i g. 5 shows an axial section through a four-stroke engine trained embodiment of the machine according to the invention,

F i g. 6 einen Axialschnitt durch zwei parallel angeordnete Maschinen, die eine doppeltwirkende Vier-Takt-Kraftmaschine bilden sowie eine die Funktionsweise dieser Maschine erläuternde Skizze.F i g. 6 shows an axial section through two machines arranged in parallel, which form a double-acting four-stroke engine as well as a sketch explaining how this machine works.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, weist die Maschine einen Gehäusemantel 1 auf, welcher eine zylindrische Innenwandung 2 hat, gegen die eine axial verschiebbar und drehbar angeordnete Kolbenscheibe 3 an ihrer gesamten Umfangsfläche 4 dichtend anliegt.As shown in FIG. 1 shows the machine a housing jacket 1, which has a cylindrical inner wall 2, against which one can be axially displaced and rotatably arranged piston disk 3 rests sealingly on its entire circumferential surface 4.

Die das Leistungsteil der Maschine bildende Kolbenscheibe 3 hat bezüglich der Achse des Gehäusemantels 1 schräggestellte parallele Stirnflächen 3a, und ihre Umfangsfläche 4 ist zylindrisch ausgebildet. Die Kolbenscheibe 3 liegt mit jeder Stirnfläche 3a an einer kegelstumpfförmigen Innenwandung einer Seitenwand 5 an. Der Gehäusemantel 1 und die Seitenwände 5 begrenzen einen Gehäuseinnenraum. Die Spitzen der kegelstumpfförmigen Innenwandungen der Seitenwände 5 sind aufeinander zu gerichtet, und ihr halber Kegelwinkel entspricht dem Neigungswinkel der Kolbenscheibe 3.The piston disk 3, which forms the power part of the machine, has with respect to the axis of the housing jacket 1 inclined parallel end faces 3a, and its peripheral surface 4 is cylindrical. The piston disc 3 lies with each end face 3a on a frustoconical inner wall of a side wall 5 on. The housing jacket 1 and the side walls 5 delimit a housing interior. The tips of the frustoconical Inner walls of the side walls 5 are directed towards one another, and half their cone angle corresponds to the angle of inclination of the piston disk 3.

In dem von Gehäusemantel 1 und den Seitenwänden 5 gebildeten Innenraum ist ein aus zwei Teilen bestehender Rotor 6 vorgesehen. Beide Teile des Rotors 6 sind koaxial angeordnet und bilden zwischen sich einen Führungsspalt 7, welcher die Kolbenscheibe 3 aufnimmt und sie in Drehung und Anstellwinkel führt. Beide Teile des Rotors 6 sind fest mit einer Welle 8 verbunden, deren Achse mit derjenigen der kegelstumpfförmigen Innenwandungen der Seitenwände 5 zusammenfällt, während sie in bezug auf die Achse der Innenwandung 2 des Gehäusemantels 1 derart parallel versetzt angeordnet ist, daß die Teile des Rotors 6 längs einer Gehäusemantellinie 9 an der Innenwandung 2 des Gehäusemantels 1 dichtend anliegen.In the interior formed by the housing shell 1 and the side walls 5 is a two-part interior Rotor 6 is provided. Both parts of the rotor 6 are arranged coaxially and form one between them Guide gap 7, which receives the piston disk 3 and guides it in rotation and angle of attack. Both Parts of the rotor 6 are fixedly connected to a shaft 8, the axis of which with that of the frustoconical Inner walls of the side walls 5 coincides while they are with respect to the axis of the inner wall 2 of the housing shell 1 is arranged offset parallel in such a way that the parts of the rotor 6 longitudinally a housing jacket line 9 abut the inner wall 2 of the housing jacket 1 in a sealing manner.

Bei der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Teile des Rotors 6 fest mit fio Seitenwänden 10 verbunden, welche kegelstumpfförmige Innenwandungen haben und sich gemeinsam mit der Welle 8 drehen. Dabei liegt die Kolbenscheibe 3 während ihrer Drehung auf jeder ihrer beiden Seiten immer an der gleichen Mantellinie der kegelstumpfförmigen Innenwandungen der Seitenwände 10 an, während bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 die Kolbenscheibe 3 auf ihren beiden Seiten stets mit einer anderen Mantellinie der kegeistumpfförmigen Innenwan düngen der Seitenwände 5 zusammenarbeitetIn the case of the FIGS. 2 and 3, the two parts of the rotor 6 are fixed with fio Side walls 10 connected, which have frustoconical inner walls and together with the Turn shaft 8. The piston disk 3 is always on each of its two sides during its rotation on the same surface line of the frustoconical inner walls of the side walls 10, while in the embodiment according to FIG. 1 the piston disk 3 always with a different one on both sides Generating line of the frustoconical inner wall fertilize the side walls 5 cooperates

F i g. 4 zeigt die Maschine gemäß den F i g. 2 und 3 wobei im Bereich der ständig mit der Kolbenscheibe i zusammenarbeitenden Mantellinie in den kegelstumpf förmigen Innenwandungen der Seitenwände 10 Dichtleisten 11 fest angeordnet sind. Diese Dichtleisten 11 sind aus einem geeigneten verschleißfesten Material hergestelltF i g. 4 shows the machine according to FIGS. 2 and 3 where in the area of the surface line constantly cooperating with the piston disk i into the truncated cone shaped inner walls of the side walls 10 sealing strips 11 are fixedly arranged. These sealing strips 11 are made of a suitable wear-resistant material

F i g. 5 zeigt die Anwendung der Maschine als Vier-Takt-Kraftmaschine. In diesem Ausführungsbeispiel is! eine Ansaugleitung 25 vorgesehen, welche in den Gehäuseinnenraum mündet. Ferner weist die Maschine eine Überströmleitung 26 sowie eine Abströmleitung 27 auf. In die Überströmleitung 26 sind ein in F i g. 5 schematisch angedeutetes Ventil 28 sowie eine in Strömungsrichtung dahinterliegende, lediglich durch einer Pfeil angedeutete Zündkerze 29 eingesetzt Die Ansaugleitung 25 tritt nahe der Gehäusemantellinie 9 zwischen der Innenwandung 2 des Gehäusemantels 1 und dem Rotor 6 durch den Gehäusemantel ί in der Nähe einer der beiden Seitenwände 5 hindurch. Der Mündungsstelle der Ansaugleitung 25 auf der anderen Seite der dichtenden ManteHinie 9 gegenüberliegend beginnt die Überströmleitung 26, welche in dem Gehäusemantel 1 diagonal unter der dichtenden Gehäusemantellinie 9 verläuft und somit auf der gleichen Seite wie die Ansaugleitung 25 nahe der anderen Seitenwand 10 in den Gehäuseinnenraum mündet. Der Mündungsstelle der Überströmleitung 26 liegt nun auf der anderen Seit.-· der Gehäusemantellinie 9 das innere Ende der Abströmleitung 27 gegenüber.F i g. 5 shows the application of the machine as a four-stroke engine. In this exemplary embodiment is! a suction line 25 is provided, which into the housing interior flows out. The machine also has an overflow line 26 and an outflow line 27 on. In the overflow line 26 are shown in FIG. 5 schematically indicated valve 28 and one in the direction of flow behind it, only indicated by an arrow, the spark plug 29 inserted The intake line 25 occurs near the housing jacket line 9 between the inner wall 2 of the housing jacket 1 and the rotor 6 through the housing shell ί in the vicinity of one of the two side walls 5. The muzzle the suction line 25 on the other side of the sealing ManteLinie 9 begins opposite the overflow line 26, which in the housing jacket 1 diagonally below the sealing housing jacket line 9 runs and thus on the same side as the suction line 25 near the other side wall 10 in the Housing interior opens. The opening point of the overflow line 26 is now on the other side. the housing jacket line 9, the inner end of the discharge line 27 opposite.

Durch die Ansaugleitung 25 wird Arbeitsgas angesaugt, welches bei Drehung der Welle 8 auf der in F i g. 5 rechts liegenden Seite der Kolbenscheibe 3 komprimiert wird und schließlich in die Überströmleitung 26 gelangt. Das komprimierte Gas wird in der Überströmleitung 26 gezündet, wobei das nahe an dem Anfang der Überströmleitung 26 liegende Ventil 28 ein Zurückschlagen des heißen teilexpandierten Gases in das Frischgas verhindert.Working gas is sucked in through the suction line 25, which when the shaft 8 rotates on the in F i g. 5 on the right-hand side of the piston disk 3 is compressed and finally into the overflow line 26 arrives. The compressed gas is ignited in the overflow line 26, which is close to the At the beginning of the overflow line 26 lying valve 28 a kickback of the hot partially expanded gas in the fresh gas prevents.

Bei dieser Ausbildung der Maschine werden bei einer Umdrehung der Welle 8 sowie der daran befestigten Teile alle vier Takte eines übliches Verbrennungsmotors vollzogen, wobei zur Steuerung nur das Ventil 28 benötigt wird.In this design of the machine, the shaft 8 and the attached to it with one revolution Parts completed every four strokes of a conventional internal combustion engine, with only valve 28 is needed.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Überströmleitung 26 als Wärmetauscher ausgebildet sein, der von einem Heißgas mit niedrigem Gesamtdruck von außen beaufschlagt wird, so daß niedrige Konzentrationen an Giftstoffen im Abgas erreicht werden.In an embodiment not shown, the overflow line 26 can be designed as a heat exchanger be, which is acted upon by a hot gas with a low total pressure from the outside, so that low Concentrations of toxins in the exhaust gas can be achieved.

F i g. 6 zeigt eine Parallelschaltung von zwei Maschinen in der Ausbildung als Vier-Takt-Kraftmaschine. Dabei liegen die Gehäusemantellinien 9 der beiden Maschinen einander so eng wie möglich benachbart. Beide Maschinen arbeiten synchron, aber im Drehwinkel phasenverschoben. Die einzelnen Vorrichtungen können unters :hiedlicb groß ausgeführt sein, um dabei die beim üblichen Verbrennungsmotor auftretenden Verluste durch unvollkommene Dehnung nutzbar zu machen Darüber hinaus werden nur kurze Überströmleitungen 35 benötigt, welche die Strömungsverluste gering halten. Bei dieser Parallelschaltung von zwei Maschinen wirkt die in F i g. 6 oben dargestellte Maschine als Verdichter oder Kompressor und versorgt die als Expansionsmaschine arbeitende in F i g. 6 unien dargestellte Vorrichtung mit komprimiertem Gas. Im Betrieb dieserF i g. 6 shows a parallel connection of two machines designed as a four-stroke engine. The casing shell lines 9 of the two machines are as closely adjacent to one another as possible. Both Machines work synchronously, but with a phase shift in the angle of rotation. The individual devices can differently: be made differently large in order to avoid the losses that occur in conventional internal combustion engines Can be made usable by imperfect expansion In addition, only short overflow lines are required 35 required, which keep the flow losses low. With this parallel connection of two machines acts in FIG. 6 machine shown above as a compressor and supplies it as an expansion machine workers in F i g. 6 device shown unien with compressed gas. I'm running this

Vorrichtung laufen also zwei Vier-Takt-Verfahren parallel zueinander ab, wobei sich das eine Verfahren in Fig.6 auf den rechten Seiten der Kolbenscheiben 3 abwickelt, während das andere Verfahren auf den anderen Kolbenseiten abläuft.Device thus run two four-stroke processes in parallel from one another, the one method in FIG unwinds, while the other process takes place on the other sides of the piston.

In den Überströmleitungen 35 sind selbsttätige Ventile 36 vorgesehen. Diese Ventile können aber auch durch gesteuerte Ventile ersetzt werden.In the overflow lines 35 there are automatic valves 36 provided. However, these valves can also be replaced by controlled valves.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Rotary piston machine with a housing jacket delimited on both sides by side walls non-rotatably with a rotating rotor eccentrically to the housing axis, which has a guide gap inclined to the shaft axis, in which a cylindrical power part with its entire circumferential surface as a result of the rotation of the rotor in sealing contact along the inner wall of the housing jacket having inlet and outlet openings, characterized by the following features:

a) the power unit is a piston disk (3) rotatable about its axis;

b) the rotor (6) lies along a casing envelope line (9) sealingly on the Ir.nenwandung (2) of the Housing jacket on;

c) the inner walls of the side walls (5; 10) are frustoconical, such that their center lines are coaxial with one another and with the shaft axis and that half the cone angle corresponds to the angle of inclination of the piston disk (3).

2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the side walls (10) with the rotor (6) are firmly connected.

3. Rotary piston machine as a four-stroke engine according to claim 1 or 2, characterized in that on one side of the piston disk (3) a suction line (25) and one end of an overflow line (26) opens, which both lines on different sides of the casing jacket line (9) sealing with the rotor (6) are arranged and that on the other side of the piston disk (3) the other end of the overflow line (26) and a discharge line (27) open, these lines also on different sides the sealing casing shell line (9) lie.

4. Rotary piston machine as a four-stroke engine according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that two Machines are connected in parallel, one as a compressor and the other as an expansion machine is trained.