DE2457092A1

DE2457092A1 - Rotary machine with radial vane in rotor - has single vane sealed to rotor on one side only

Info

Publication number: DE2457092A1
Application number: DE19742457092
Authority: DE
Inventors: Friedrich Munzinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-03
Filing date: 1974-12-03
Publication date: 1976-06-10
Also published as: DE2457092C2

Abstract

The machine has a cylindrical casing and a shaft (1) carrying an eccentric rotor (11) which touches the cylinder at one point dividing it into two varying volume spaces (13, 14). The shaft also carries a radial vane (16) separating the working spaces with a seal to the cylinder. There is a gap (17) at the back of the vane through which one of the spaces (14) is permanently in communication with the hollow interior (18) of the rotor. At the front the vane is sealed to the rotor by a strip mounted on a shaft (20) parallel to the main shaft. The strip fits tightly into a concave recess (22) on the rotor and has a cylindrical projection at its other end fitting into a recess in the face of the vane.

Description

"Kreiskolbenmaschine." Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenmaschine, bei der ein mit der Maschinenwelle starr verbundener Blügelkolben einen exzentrisch angeordneten kreisringförmigen Läufer antreibt, der mit der umgebenden Wand des Maschinengehäuses Arbeitsräume veränderlichen Volumens bildet und der an diesem Flügelkolben eine diese Arbeitsräume gegen seinen inneren Hohlraum abdichtende Gleitführung aufweist. "Rotary piston machine." The invention relates to a rotary piston machine, in which a wing piston rigidly connected to the machine shaft has an eccentric one arranged circular rotor drives which with the surrounding wall of the Machine housing forms working spaces of variable volume and on this Vane piston a sliding guide sealing these working spaces against its inner cavity having.

Bei einer aus der DT-OS 1 909 510 bekannten Kreiskolbenmaschine der vorgenannten Art sind außer dem mit der Maschinenwelle starr verbundenen Flügelkolben drei weitere Flügelkolben vorhanden, die eine mit der Maschinenwelle zusnmmenfallende Drehachse haben und von dem Läufer zwangsläufig mitgenommen werden, wenn dieser von diesem einen Flügelkolben angetrieben wird. Alle vier Flügelkolben haben gleich ausgebildete Gleitführungen am Läufer, und zwar bestehen diese Gleitführungen jeweils aus zwei zu beiden Seiten des jeweiligen Kolbens angeordneten Gleitstücken, welche schalenförmig ausgebildet sind und mit einer ebenen Fläche an der jeweils zugeordneten Kolbenseite abdichtend anliegen. Die gewölbte Rückseite dieser Gleitstücke ist in einer komplementär ausgebildeten Vertiefung eines Jeweils zugeordneten Fuhrungslagers gelagert, das unter der Vorspannung einer sich am Läufer abstützenden Druckfeder steht und sowohl in der Drehrichtung des Läufers als auch entgegengesetzt dazu frei verschieblich ist, so daß bei der Drehung des Läufers auf die einzelnen Gleitstücke unter Vermittlung des jeweiligen Führungslagers ein weitgehend gleichbleibender Anpreßdruck durch die jeweils zugeordnete Druckfeder ausgeübt wird, welcher den für die Abdichtungswirkung zwischen den Arbeitsräumen und dem Inneren Hohlraum des Läufers wirksamen Gleitbahndruck des jeweiligen Gleitstückes darstellt.In a rotary piston machine known from DT-OS 1 909 510 The aforementioned type are except for the vane piston rigidly connected to the machine shaft there are three more vane pistons, one of which coincides with the machine shaft Have axis of rotation and are inevitably taken along by the runner when this is driven by this one wing piston. All four wing pistons have the same trained sliding guides on the runner, namely these sliding guides exist in each case of two sliding pieces arranged on both sides of the respective piston, which Are shell-shaped and with a flat surface on the respectively associated Make sealing contact on the piston side. The curved back of these sliders is in a complementary recess of a respective associated guide bearing stored under the bias of a compression spring supported on the runner and is free both in the direction of rotation of the rotor and in the opposite direction is displaceable, so that when the rotor rotates on the individual sliders with the mediation of the respective lead camp a largely constant one Contact pressure is exerted by the respective associated compression spring, which the for the sealing effect between the working spaces and the interior cavity of the Representing the runner's effective sliding path pressure of the respective slider.

Sofern mit den Kreiskolbenmaschinen dieser Ausbildung höhere Arbeitsdrücke beherrscht werden sollen, bedeutet dies, daß alle Druckfedern der einzelnen elastischen Abdichtungen genügend stark sein müssen, um das jeweilige Gleitstück mit einer so ausreichenden Druckkraft gegen den jeweiligen Kolben vorzuspannen, daß die notwendige Abdichtung zwischen den Arbeitsräumen und dem Inneren Hohlraum des Läufers während dessen Umdrehung aufrechterhalten bleibt. abgesehen davon, daß die vier Kolben bei der bekannten Maschine die maximal erreichbaren Arbeitsdrücke auf einen mittleren Wert begrenzen, bedeutet dies für solche maximalen Drücke, daß dann der Läufer durch die an ihm abgestützten Druckfedern unter einer ziemlich hohen Spannung steht, die durch das umgebende Maschinengehäuse aufzufangen ist, so daß dasselbe wie auch der Läufer entsprechend robust gebaut werden muß. Außerdem ergeben sich dann ziemlich hohe Gleitbahndrücke, was die Laufeigenschaften der Kolben stark beeinträchtigt.Unless with the rotary piston machines of this training higher Working pressures To be mastered, this means that all compression springs of the individual elastic Seals must be strong enough to provide the respective sliding piece with a so sufficient compressive force to bias against the respective piston that the necessary Sealing between the working spaces and the interior cavity of the rotor during whose rotation is maintained. apart from the fact that the four pistons are at the known machine the maximum achievable working pressures to a medium one Limit value, this means for such maximum pressures that the runner through the compression springs supported on it is under a fairly high tension, the is to be caught by the surrounding machine housing, so that the same as the Runner must be built robustly accordingly. Also then pretty much arise high sliding track pressures, which severely impair the running properties of the pistons.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Ereiskolbenmaschine so weiterzubilden, daß mit ihr ohne grössere Svhwierigkeiten höhere Arbeitsdrücke erreicht werden können, wobei besonders auch eine Kleinhaltung der Gleitbahndrücke beachtet werden soll, um befriedigende Laufeigenschaften zu erhalten. Hinsichtlich der interessierenden ssenordnung zu beherrschender Arbeitsdrücke soll dabei gelten, daß bei einer Ausbildung der Maschine entweder als Wärmekraftmaschine, beispielsweise als Heißgasmaschine, oder als Kompressor in dem unter Druck gesetzten Arbeitsraum ein Druck bis zu etwa 100 ata auftritt. Dieser Druckwert liegt erkennbar wesentlich höher als die. ArbeltsirUcke, die mit den bekannten Kreiskolbenmaschinen der vorgenannten Ausfuhrungsform erreichbar sind.The invention is based on the object of the known rotary piston machine to continue training so that with it higher working pressures without major difficulties can be achieved, especially keeping the slide path pressures small should be observed in order to obtain satisfactory running properties. Regarding the relevant order of the working pressures to be controlled should apply, that when the machine is designed either as a heat engine, for example as a hot gas machine, or as a compressor in the put under pressure Working space a pressure of up to about 100 ata occurs. This pressure value is recognizable much higher than that. Working with the well-known rotary piston machines the aforementioned embodiment can be achieved.

Diese Aufgabe wird bei einer Kreiskolbenmaschine der eingangsgenannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nur auf der Seite des unter Druck gesetzten Arbeitsraumes ein an dem einzigen Flügelkolben abdichtend anliegendes Gleitstück vorgesehen ist, das an dem Läufer eine achsparallele Drehachse aufweist und bezüglich des Flügelkolbens im wesentlichen radial geführt ist.In the case of a rotary piston machine, this task becomes the one mentioned at the beginning Art according to the invention solved in that only on the side of the pressurized Working space a sliding piece sealingly resting against the single wing piston is provided that has an axially parallel axis of rotation on the rotor and with respect to of the vane piston is guided essentially radially.

Erfindungsgemäß wird damit eine Maschine bereitgestellt, bei welcher zunächst nur zwei Arbeitsräume veränderlichen Volumens vorhanden sind, von welchen der eine Arbeitsraum durch das Arbeitsmedium unter Druck gesetzt wird, während der andere Arbeitsräum, welcher den inneren Hohlraum des Läufers einbezieht, drucklos bleibt. Die beiden Arbeitsräume sind dabei durch den einzigen Flügelkolben gegeneinander abgetrennt und ergeben für die vorliegend besonders interessierende Ausbildung der Maschine als Kompressor eine Grösse des Druckraumes, die ohne besondere Schwierigkeiten die vorerwähnte Druckhöhe erreichen läßt. Weil erfindungsgemäß die bekannte elastische Abdichtung durch eine unelastische Abdichtung ersetzt ist und der Kolben eine weitgehend formschlüssige Verbindung mit dem Läufer hat, kann dadurch auch der für die Abdichtung kritische Gleitbahnaruck relativ niedrig gehalten werden, wodurch die Schmierung der Gleitstückführung, die bei den bekannten Maschinen ziemlich aufwendig ist, wenig problematisch ist und sogar durch eine bloße Materialauswahl beherrscht werden kann. Die erfindungsgemäße Kreiskolbenmaschine ist schließlich auch noch darin besonders vorteilhaft, und zwar besonders in der Ausbildung gemäß Patentanspruch 2, daß sie praktisch keine Toträume hat, so daß das volle Volumen des unter Druck gesetzten Arbeitsraumes für den Druckaufbau ausgenutzt werden kann.According to the invention, a machine is thus provided in which initially only two working spaces of variable volume are available, of which the one working space is pressurized by the working medium, during the other working space, which includes the inner cavity of the rotor, depressurized remain. The two working spaces are opposed to one another by the single wing piston separated and result for the present particularly interesting training of Machine as a compressor a size of the pressure chamber, which without any particular difficulties can reach the aforementioned pressure level. Because according to the invention the known elastic seal is replaced by an inelastic seal and the piston a largely form-fitting Has a connection with the runner, it can also be critical for the seal Slideway jerks are kept relatively low, which reduces the lubrication of the slider guide, which is quite complex in the known machines, is not very problematic and can even be mastered by a mere selection of materials. The inventive Finally, a rotary piston machine is also particularly advantageous in this respect, namely especially in the training according to claim 2 that there are practically no dead spaces has, so that the full volume of the pressurized working space for pressure build-up can be exploited.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Ansprüchen erfaßt.Further advantageous and expedient developments of the invention are covered in the related claims.

Ein augenblicklich bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ert findung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend naher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt, in sehr vereinfachter Darstellung, durch eine Kreiskolbenmaschine gemäß Erfindung, Fig. 2 eine Einzelheit dieser Maschine im Schnitt nach der Linie II-II in Fig.1 und Fig.3 einen Längsschnitt durch die Maschine nach der Linie 111-111 in Fig.1.A currently preferred embodiment of the invention is shown schematically in the drawing and is described in more detail below. It shows Fig. 1 a cross section, in a very simplified representation, through a Rotary piston machine according to the invention, FIG. 2 shows a detail of this machine in section according to the line II-II in Fig.1 and Fig.3 a longitudinal section through the machine the line 111-111 in Figure 1.

Die als Kompressor ausgebildete Kreiskolbenmaschine hat ein von einer Antriebswelle 1 durchsetztes Maschinengehäuse, das aus zwei Stirndeckeln 2, 3 und einem dazwischen angeordneten Ringkörper 4 besteht, die untereinander verschraubt sind. An den beiden Stirndeckeln 2, 3 ist ein jeweiliger Lagerdeckel 5 bzw. 6 befestigt. Diese Lagerdeckel haltern in einer mittigen Öffnung ein jeweiliges Wellenlager 7 bzw. 8 zur Lagerung der Antriebswelle 1 und in einer dazu exzentrischen Anordnung einen jeweiligen Lagerring 9 bzw. 10, die mit dem kreisringförmigen Läufer 11 fest verbunden sind.The rotary piston machine designed as a compressor has one of one Drive shaft 1 interspersed machine housing, which consists of two end covers 2, 3 and an annular body 4 arranged therebetween, which is screwed together are. A respective bearing cover 5 or 6 is attached to the two end covers 2, 3. These bearing caps hold a respective shaft bearing 7 in a central opening or 8 for mounting the drive shaft 1 and in an arrangement eccentric thereto a respective bearing ring 9 or 10, which is fixed to the circular rotor 11 are connected.

Der exzentrisch angeordnete kreisringförmige Läufer 11 schafft in Verbindung mit der umgebenden Wand des Maschinengehäuses zwei Arbeitsräume 13 und 14 veränderlichen Volumens, die durch einen mit der Antriebswelle 1 über einen Mitnehmerkeil 15 starr verbundenen Flügelkolben 16 voneinander abgetrennt sind.The eccentrically arranged circular rotor 11 creates in Connection with the surrounding wall of the machine housing two work spaces 13 and 14 variable volume, which by a with the drive shaft 1 via a driver key 15 rigidly connected wing pistons 16 are separated from one another.

Der Flügelkolben 16 durchdringt den Läufer 11 in einem so groß bemessenen Spalt, daß auf der Seite des einen ßrbeitsraumes 14 zwischen dem Kolben 16 und dem Läufer 11 ein grösserer Freiraum 17 geschaffen ist, über welchen dieser Arbeitsraum 14 ständig mit dem inneren Hohlraum 18 des Läufers in Verbindung steht.The vane piston 16 penetrates the rotor 11 in such a large manner Gap that on the side of a ßrbeitsraumes 14 between the piston 16 and the Runner 11 a larger free space 17 is created over which this work space 14 is constantly in communication with the inner cavity 18 of the rotor.

Der Kolben 16 hat an seinem freien Ende beispielsweise eine nicht naher gezeigte Labyrinthdichtung, um bezüglich der umgebenden Gehäusewand fu'r eine ausreichende Abdichtung des Arbeitsraumes 13 gegen den Arbeitsraum 14 zu sorgen. Zur Abdichtung bezüglich des Läufers 11 ist ein Gleitstück 19 vorgesehen, dæ an dem Läufer 11 drehbar. angeordnet ist, wobei die Drehachse durch einen achsparallelen Drehzapfen 20 gebildet wird, der an einem Vorsprung 21 des Läufers 11 befestigt ist. Das Gleitstück 19 hat eine mit dem Läufer 11 übereinstimmende Länge und ist mit einer angepaßten Oberfläche in einer konkaven Vertiefung 22 desselben aufgenommen, so daß bei seiner Drehung um den Drehzapfen 20 keine Verkantungen mit dem Läufer 11 entstehen. Das Gleitstück 19 faßt außerdem mit einem im wesentlichen zylindrischen Vorsprung 23 in eine im Kolben 16 ausgebildete Rundführung 24 ein, deren Achse im wesentlichen radial ausgerichtet ist und vorzugsweise in einer Ebene liegt, die praktisch parallel zu der radialen Ebene der Antriebswelle 1 verläuft, in welcher die bezüglich des Läufers 11 wirksame, der Drehachse des Gleitstückes 19 nahe Schub-bzw. Druckfläche 25 des Kolbens 16 liegt. An dieser Fläche 25 liegt das Gleitstück 19 abdichtend an, wobei diese Abdichtungswirkung außerdem ergänzt wird durch die Berührung des Vorsprunges 23 mit der umgebenden Gleitstücksführung 24, was insgesamt bezüglich des Kolbens 16 eine äußerst wirksame unelastische Abdichtung zwischen den beiden Arbeitsräumen 13 und 14 ergibt.The piston 16 does not have one at its free end, for example Labyrinth seal shown in more detail in order to be able to withstand the surrounding housing wall for a adequate sealing of the Work space 13 against the work space 14 to worry. A slider 19 is provided for sealing with respect to the rotor 11, dæ rotatable on the rotor 11. is arranged, wherein the axis of rotation by an axially parallel Trunnion 20 is formed which is fastened to a projection 21 of the rotor 11 is. The slider 19 has a length that corresponds to the runner 11 and is received with an adapted surface in a concave recess 22 of the same, so that when it is rotated about the pivot pin 20 no canting with the rotor 11 arise. The slider 19 also summarizes with a substantially cylindrical Projection 23 in a formed in the piston 16 round guide 24, the axis of which in is oriented substantially radially and preferably lies in a plane which runs practically parallel to the radial plane of the drive shaft 1 in which which is effective with respect to the rotor 11, the axis of rotation of the slider 19 close to the thrust or. Pressure surface 25 of the piston 16 is located. The slider 19 rests on this surface 25 sealing, this sealing effect is also supplemented by the contact of the projection 23 with the surrounding slider guide 24, what as a whole with respect to of the piston 16 provides an extremely effective inelastic seal between the two Working rooms 13 and 14 result.

Sofern die vorbeschriebene Maschine als Kompressor ausgebildet ist, wird das Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, über einen Ansaugkanal 26 angesaugt, um dann in dem Arbeitsraum 13 progressiv verdichtet zu werden und zwar in dm Ausmal3,, wie dieser Arbeitsraum sein Volumen ändert. Für diese Verdichtung wird die Antriebswelle r und mit ihr der Flügelkolben 16 im Uhrzeigersinn gedreht,' wodurch auch der Läufer 11 in dieser Richtung m?itgenommen wird, wobei sich dann eben die Volumensänderung der beiden Arbeitsräume 13 und 14 ergibt Sobald im Arbeitsraum 13 der Enddruck erreicht ist, wird ein in einem Ausschubkanal 27 angeordnetes Auslaßventil 28 geöffnet, so daß dann das Arbeitsmedium ausgeschoben werden kann. Sofern die Maschine als Wärmekraftmaschine, beispielsweise als Heißgasmaschine, ausgebildet ist, wäre die Welle 1 eine angetriebene Welle, da dann über den Kanal 27 nach Öffnung des Ventils 28 das Arbeitsmedium unter einem hohen Druck eingeströmt werden würde, um den Kolben 16 und mit ihm die Welle 1 und auch den Läufer 11 dann im Uhrzeigergegensinn zu bewegen.If the machine described above is designed as a compressor, is the working medium, for example air, via a Intake duct 26 sucked in to then be progressively compressed in the working space 13 and although in dm Ausmal3, how this work space changes its volume. For this compression the drive shaft r and with it the vane piston 16 is rotated clockwise, ' as a result of which the rotor 11 is also taken along in this direction, in which case just the change in volume of the two work spaces 13 and 14 results once in the work space 13 the final pressure is reached, an outlet valve arranged in a discharge channel 27 is opened 28 opened so that the working medium can then be pushed out. Unless the Machine designed as a heat engine, for example as a hot gas machine is, the shaft 1 would be a driven shaft, since then via the channel 27 after opening of the valve 28 the working medium would flow in under high pressure, around the piston 16 and with it the shaft 1 and also the rotor 11 then counterclockwise to move.

In beiden Fällen erfährt das Gleitstück 19 eine Drehung um seine Achse 20 und gleichzeitig eine Verschiebung in der Führung 24, wodurch die dichte Anlage des Gleitstückes an dem Kolben 16 auch dann aufrechterhalten wird, wenn in dem Arbeitsraum 13 hohe Arbeitsdrücke auftreten.In both cases, the slide 19 experiences a rotation about its axis 20 and at the same time a shift in the guide 24, whereby the tight system of the slider on the piston 16 is maintained even when in the working space 13 high working pressures occur.

Claims

Expectations:

1q rotary piston machine in which a Vane piston drives an eccentrically arranged circular rotor that working spaces of variable volume with the surrounding wall of the machine housing forms and the one on this wing piston one of these working spaces against its inner one Has cavity-sealing sliding guide, thus not shown, that only on the side of the pressurized working space (13) one at the only one Vane piston (16) sealingly abutting sliding piece (19) is provided, which on the rotor (11) has an axially parallel axis of rotation (20) and with respect to the vane piston (16) is guided essentially radially.

2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that g e k e n nz e i c h n e t that the axis of rotation (20) of the slider (19) close to the thrust or pressure surface (25) of the wing piston (16), on which the slider rests in a sealing manner, in a radial plane of the machine shaft (1) is arranged and that the axis of the piston-side Slider guide (23, 24) lies in a plane parallel thereto.

3. Rotary piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that on the side of the pressureless working space (14) between the Vane piston (16) and the runner (11) a larger free space (17) is created, over which this working space constantly with the interior cavity (18) of the rotor communicates.

4. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that g It is not noted that the slider (19) has a round or dovetail guide on the wing piston (16).