EP0085889B1 - Rotary piston machine having two or more stages - Google Patents
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- EP0085889B1 EP0085889B1 EP83100640A EP83100640A EP0085889B1 EP 0085889 B1 EP0085889 B1 EP 0085889B1 EP 83100640 A EP83100640 A EP 83100640A EP 83100640 A EP83100640 A EP 83100640A EP 0085889 B1 EP0085889 B1 EP 0085889B1
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- stage
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
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- Y10T74/19023—Plural power paths to and/or from gearing
- Y10T74/19074—Single drive plural driven
- Y10T74/19079—Parallel
- Y10T74/19084—Spur
Definitions
- the present invention relates to a two-stage or multi-stage rotary piston machine, with at least one rotary piston and a transmission driving this per stage, the drive shaft of the respective transmission being coupled to a drive motor.
- a machine can be designed and manufactured for each specific application, which, with optimum efficiency, precisely adheres to certain predetermined values in relation to each of the parameters specified above.
- such machines must be specially designed and manufactured for each application as special machines and are therefore very expensive in terms of planning and manufacture.
- the object of the present invention is to provide a completely new type of two-stage or multi-stage rotary lobe machine which, for any application, permits optimal adaptation to the efficiency, the parameters mentioned above and in particular the intake volume flow as in the case of special machines, but in relation to the Construction and manufacturing costs and in terms of disposability can be produced more economically than special machines and comparable previously known series machines.
- each stage has an axially parallel to the respective rotary piston axis and connected to the drive shaft axially connected auxiliary shaft, which is formed at its free end opposite the drive shaft for tapping torques and that the drive shaft of the transmission of the respective downstream stage the free end of the auxiliary shaft of the upstream stage is coupled.
- a two-stage or multi-stage rotary piston machine is created for the first time, in which a countershaft is provided for each stage, via which a torque can be tapped at the speed of the drive shaft without thereby loading the transmission gear for the rotary piston or pistons .
- This configuration makes it possible to couple two or more rotary piston machines to one another via the respective auxiliary shaft to form two or more stages.
- the steps can be of any size, ie a step of the same, larger or smaller size can be coupled to the auxiliary shaft of the first or the preceding step. Due to their own transmission gear, all stages can be adapted to the optimal intake volume flows and intermediate pressures required, so that all stages can be operated with respect to the parameters mentioned in terms of efficiency in the optimum range of use.
- Another advantage of the concept according to the invention is that the use of additional and specially adapted gears, as are required for tandem arrangements and parallel arrangements, is not necessary.
- steps of any size can be coupled together. It is also possible to couple two machines of the same size together and to operate the first in the upper peripheral speed range and the second in the lower peripheral speed range.
- each machine in the case of coupling several machines of the type according to the invention, each machine ultimately works as a single stage, which can be adapted to the respective requirements of its task in the overall system by a corresponding choice of the gear ratio of its transmission.
- the machine design according to the invention can be used both in rotary piston machines with one and in those with two or more rotary pistons. However, it is particularly advantageous for rotary lobe machines with two rotary lobes per stage.
- auxiliary shaft In principle, it is possible to assemble the auxiliary shaft from several parts. However, a construction is advantageous in which the auxiliary shaft is connected in one piece to the drive shaft.
- the gear wheel is mounted on both sides of the drive shaft.
- dimensioning of the auxiliary shaft on bending can be dispensed with, so that only the transmission of the respectively required torque is included in the calculation of the shaft dimension.
- such shafts which are only subjected to torsion can be dimensioned smaller than those which are also subjected to bending.
- the auxiliary shaft can have any length. However, it is expedient if the length of the auxiliary shaft is equal to or greater than the length of the rotary piston or pistons. As a result, the free end of the auxiliary shaft designed for tapping torques lies on the side of the rotary piston machine opposite the drive shaft, which simplifies the coupling of further rotary piston machines, since these can be arranged in series one behind the other. This also simplifies the formation of the common foundations.
- the housing in the area below the auxiliary shaft can be designed as a connecting channel for the oil lubrication of the machine and can therefore be used in a special way.
- the auxiliary shaft according to the invention is not only suitable for coupling rotary piston machines to form two or more stages, but also for coupling additional units.
- a fan wheel of a cooling arrangement for the machine can be coupled to the auxiliary shaft.
- an oil pump can also be coupled to the auxiliary shaft.
- this oil pump can be used for gear and bearing lubrication and, on the other hand, when the machine is operating wet, it can be used to convey the lubricant for the rotary lobes.
- the oil pump can be pushed onto the auxiliary shaft. This makes it possible to arrange the oil pump not only in the area of the ends of the auxiliary shafts, but also, if necessary, at any point between the ends.
- the transmission gear used in the respective size for the single-stage design could not be used for the two-stage design in a tandem arrangement (see, for example, Fig. 5), since in the tandem arrangement the whole for the torque required to drive the second stage runs via the transmission gear of the first stage.
- the intermediate pressure could not be adapted to the ideal values because of the fixed speed and transmission ratios.
- rotary lobe machines of the type according to the invention have an auxiliary shaft 4 which runs parallel to the rotary piston axis and is connected to the respective drive shaft 1 for the transmission 2, 3 with the same axis and which is designed at its free end 5 opposite the drive shaft 1 for tapping torques, the drive shaft 1 of the transmission 2, 3 of the downstream stage is coupled to the free end 5 of the auxiliary shaft 4 of the upstream stage.
- Such rotary piston machines of the type according to the invention equipped with a countershaft 4 can be economically produced, including the housing, in series production in various sizes. According to the invention, these rotary piston machines are connected in series to form two-stage or multi-stage machines (cf. FIGS. 11 to 13). 4 additional units, such as an oil pump or a fan wheel, can also be coupled to the free end of the auxiliary shaft. Since the machine design has two or more stages, the auxiliary shafts 4 serve to transmit the torque to the subsequent stage. Due to the use of a countershaft according to the invention, torque can be transmitted from one stage to the other at the speed of the drive shaft without the transmission gear for the respective stage being loaded thereby. In addition, since the gear ratio of the respective stage has no influence on the speed of the subsequent stage, the gear 2, 3 of each stage can be individually adapted to the respective requirements of the respective stage in order to achieve optimum efficiency.
- FIGS. 12 and 13 not only rotary piston machines of different sizes (FIG. 12), but also of the same size (FIG. 13) can be combined with one another to form a two-stage rotary lobe machine of the type according to the invention, and thus one for the respective purpose exactly adapted machine can be created without the effort of a special machine.
- the sectional view according to FIG. 14 shows schematically the coupling of additional units to the auxiliary shaft.
- a fan wheel 7 is arranged on the auxiliary shaft 4 of the first stage, which sucks or presses cooling air through a cooler 8 attached to the housing of the first stage.
- the countershaft 4 also drives an oil pump 6, which is pushed onto the auxiliary shaft and arranged in a recess arranged inside the housing.
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zwei-oder mehrstufige Drehkolbenmaschine, mit mindestens einem Drehkolben sowie einem diesen antreibenden Getriebe pro Stufe, wobei die Antriebswelle des jeweiligen Getriebes mit einem Antriebsmotor gekuppelt ist.The present invention relates to a two-stage or multi-stage rotary piston machine, with at least one rotary piston and a transmission driving this per stage, the drive shaft of the respective transmission being coupled to a drive motor.
Für die Auslegung von zwei- oder mehrstufigen Drehkolbenmaschinen mit einem, zwei oder mehr Drehkolben pro Stufe sind folgende Parameter maßgeblich :
- 1. Ansaugvolumenstrom
- 2. Ansaugdruck
- 3. Enddruck
- 4. Ansaugtemperatur
- 5. Fördermedium
- 1. Intake volume flow
- 2. Intake pressure
- 3. Final pressure
- 4. Intake temperature
- 5. Fluid handled
Aus diesen Parametern ergibt sich für den Fachmann, ob für den konkreten Anwendungsfall der Einsatz einer zweistufigen oder mehrstufigen Maschine zweckmäßig ist.For those skilled in the art, these parameters determine whether the use of a two-stage or multi-stage machine is appropriate for the specific application.
Grundsätzlich läßt sich für jeden konkreten Anwendungsfall eine Maschine konstruieren und herstellen, die bei optimalem Wirkungsgrad bestimmte vorgegebene Werte in bezug auf jeden der oben angegebenen Parameter genau einhält. Derartige Maschinen müssen jedoch speziell für jeden Anwendungsfall als Sondermaschinen konzipiert und hergestellt werden und sind deshalb hinsichtlich der Planung und Herstellung sehr teuer.In principle, a machine can be designed and manufactured for each specific application, which, with optimum efficiency, precisely adheres to certain predetermined values in relation to each of the parameters specified above. However, such machines must be specially designed and manufactured for each application as special machines and are therefore very expensive in terms of planning and manufacture.
Die Hersteller von Drehkolbenmaschinen haben deshalb seit langem zur Reduzierung des Planungs- und Herstellungsaufwandes Serienmaschinen in unterschiedlichen Baugrößen mit verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten untereinander zur Verfügung gestellt. Derartige Serienmaschinen lassen sich aufgrund größerer Stückzahlen erheblich wirtschaftlicher herstellen als Sondermaschinen und sind deshalb billiger.For a long time, the manufacturers of rotary lobe machines have made series machines available in different sizes with different combination options to reduce the planning and manufacturing effort. Series machines of this type can be produced considerably more economically than special machines because of the larger numbers and are therefore cheaper.
Neben der einfachen einstufigen Bauweise sind derzeit als Serienmaschinen auch sogenannte Parallelanordnungen oder Tandemanordnungen im Einsatz.In addition to the simple, single-stage construction, so-called parallel arrangements or tandem arrangements are also currently used as series machines.
Der Vorteil derartiger Serienmaschinen hinsichtlich des Planungs- und Herstellungsaufwandes muß jedoch im Vergleich zu Sondermaschinen mit einer Reihe von Nachteilen erkauft werden.The advantage of such series machines in terms of planning and manufacturing costs must be bought compared to special machines with a number of disadvantages.
Sowohl bei der Tandemanordnung als auch bei der Parallelanordnung von Serienmaschinen sind konstruktionsbedingt bestimmte Drehzahlverhältnisse und Drehkolbenlängen für die zweite Stufe vorgegeben, wodurch bei einer Abweichung von Auslegungspunkt, und somit in der überwiegenden Anzahl der Einsatzfälle, schlechtere Wirkungsgrade in Kauf genommen werden müssen. Dies führt im Vergleich zu reinen Sondermaschinen zu einer höheren Leistungsaufnahme und damit zu erhöhten Energiekosten im Betrieb.For both the tandem arrangement and the parallel arrangement of series machines, certain speed ratios and piston lengths are specified for the second stage due to the design, which means that in the event of a deviation from the design point, and thus in the majority of applications, poorer efficiencies have to be accepted. Compared to pure special machines, this leads to higher power consumption and thus to increased energy costs in operation.
Bei der Parallelanordnung ergeben sich darüber hinaus weitere Nachteile in bezug auf die Anpassung des Ansaugvolumenstromes. Da aufgrund des bei derartigen Doppel-Parallelanordnungen notwendigen Turbogetriebes die Achsabstände zwischen der Hauptantriebswelle und den Antriebswellen der beiden Stufen einer Baureihe stets konstant sind, muß in bezug auf das Übersetzungsverhältnis für den angestrebeten Ansaugvolumenstrom der ersten Stufe mit dem notwendigen Übersetzungsverhältnis für den idealen Zwischendruck in der zweiten Stufe für die überwiegende Anzahl der Anwendungsfälle stets ein Kompromiß eingegangen werden. Derartige Kompromisse führen jedoch ebenfalls zu schlechteren Wirkungsgraden und damit zu einem erhöhten Energieaufwand im Betrieb.With the parallel arrangement there are further disadvantages with regard to the adaptation of the intake volume flow. Since the center distance between the main drive shaft and the drive shafts of the two stages of a series is always constant due to the turbo gearbox required in such double parallel arrangements, the gear ratio for the aspired intake volume flow of the first stage with the necessary gear ratio for the ideal intermediate pressure must be in relation to the gear ratio second stage, a compromise must always be made for the vast majority of use cases. However, such compromises also lead to poorer efficiencies and thus to increased energy consumption during operation.
Gegenüber der einstufigen Bauweise müssen sowohl im Falle der Tandemanordnung als auch im Falle der Parallelanordnung jeweils spezielle Getriebe und Gehäuse vorgesehen werden, da bei der Tandem-Anordnung die Leistung für die zweite Stufe zusätzlich über das Getriebe für die erste Stufe übertragen werden muß und bei der Parallelanordnung ein spezielles Turbogetriebe für den zweistufigen Betrieb erforderlich ist.Compared to the single-stage design, both in the case of the tandem arrangement and in the case of the parallel arrangement, special gears and housings must be provided, since in the tandem arrangement the power for the second stage must also be transmitted via the transmission for the first stage and at Parallel arrangement a special turbo gearbox is required for two-stage operation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vollkommen neuartige, zwei- oder mehrstufige Drehkolbenmaschine zu schaffen, die für jeden Anwendungsfall hinsichtlich des Wirkungsgrades, der eingangs genannten Parameter und insbesondere hinsichtlich des Ansaugvolumenstromes eine optimale Anpassung wie bei Sondermaschinen zuläßt, dabei jedoch in bezug auf den Bau- bzw. Fertigungsaufwand und hinsichtlich der Disponierbarkeit wirtschaftlicher herstellbar ist als Sondermaschinen und vergleichbare bisher bekannte Serienmaschinen.The object of the present invention is to provide a completely new type of two-stage or multi-stage rotary lobe machine which, for any application, permits optimal adaptation to the efficiency, the parameters mentioned above and in particular the intake volume flow as in the case of special machines, but in relation to the Construction and manufacturing costs and in terms of disposability can be produced more economically than special machines and comparable previously known series machines.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Stufe eine achsparallel zur jeweiligen Drehkolbenachse verlaufende und mit der Antriebswelle achsgleich verbundene Nebenwelle aufweist, die an ihrem der Antriebswelle entgegengesetzten freien Ende zum Abgriff von Drehmomenten ausgebildet ist und daß die Antriebswelle des Getriebes der jeweils nachgeschalteten Stufe mit dem freien Ende der Nebenwelle der jeweils vorgeschalteten Stufe gekuppelt ist.This object is achieved in that each stage has an axially parallel to the respective rotary piston axis and connected to the drive shaft axially connected auxiliary shaft, which is formed at its free end opposite the drive shaft for tapping torques and that the drive shaft of the transmission of the respective downstream stage the free end of the auxiliary shaft of the upstream stage is coupled.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist erstmalig eine zwei- oder mehrstufige Drehkolbenmaschine geschaffen, bei der für jede Stufe eine Nebenwelle vorgesehen ist, über die ein Drehmoment mit der Drehzahl der Antriebswelle abgegriffen werden kann, ohne daß dadurch das Übersetzungsgetriebe für den bzw. die Drehkolben belastet wird. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, über die jeweilige Nebenwelle zwei oder mehrere Drehkolbenmaschinen zur Bildung von zwei oder mehreren Stufen aneinander zu kuppeln. Die Stufen können dabei eine beliebige Baugröße aufweisen, d. h. an die Nebenwelle der ersten bzw. der jeweils davor liegenden Stufe kann eine Stufe gleicher, größerer oder kleinerer Baugröße angekuppelt werden. Aufgrund des jeweils eigenen Übersetzungsgetriebes können dabei alle Stufen an die jeweils erforderlichen optimalen Ansaugvolumenströme und Zwischendrücke angepaßt werden, wodurch alle Stufen in bezug auf die eingangs genannten Parameter hinsichtlich des Wirkungsgrades im optimalen Einsatzbereich betrieben werden können.Due to the features of the invention, a two-stage or multi-stage rotary piston machine is created for the first time, in which a countershaft is provided for each stage, via which a torque can be tapped at the speed of the drive shaft without thereby loading the transmission gear for the rotary piston or pistons . This configuration makes it possible to couple two or more rotary piston machines to one another via the respective auxiliary shaft to form two or more stages. The steps can be of any size, ie a step of the same, larger or smaller size can be coupled to the auxiliary shaft of the first or the preceding step. Due to their own transmission gear, all stages can be adapted to the optimal intake volume flows and intermediate pressures required, so that all stages can be operated with respect to the parameters mentioned in terms of efficiency in the optimum range of use.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergeben sich diese Möglichkeiten mit Serienmaschinen. So können derartige Maschinen ohne jeglich Änderung sowohl als Einzelstufe, als auch als erste, zweite oder n-te-Stufe eingesetzt werden. Infolge dieser vielfältigen Einsatzmöglichkeiten werden höhere Stückzahlen als bei bisher im Einsatz befindlichen Serienmaschinen benötigt, wodurch eine wirtschaftlichere Herstellung als bisher möglich ist. Zusätzlich ergibt sich eine schnellere Lieferbereitschaft.Because of the configuration according to the invention, these possibilities arise with series machines. Such machines can be used without any changes, both as a single stage and as a first, second or nth stage. As a result of these diverse possible uses, larger quantities are required than with series machines that have been in use to date, which means that production is more economical than before. In addition, there is a faster readiness to deliver.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konzeption ist, daß der Einsatz von zusätzlichen und speziell angepaßten Getrieben, wie sie für Tandemanordnungen und Parallelanordnungen erforderlich sind, nicht notwendig ist.Another advantage of the concept according to the invention is that the use of additional and specially adapted gears, as are required for tandem arrangements and parallel arrangements, is not necessary.
Wie bereits erwähnt, können Stufen beliebiger Baugröße zusammengekuppelt werden. Dabei ist es auch möglich, zwei Maschinen gleicher Baugröße zusammenzukuppeln und die erste im oberen Umfangsgeschwindigkeitsbereich und die zweite im unteren Umfangsgeschwindigkeitsbereich zu betreiben.As already mentioned, steps of any size can be coupled together. It is also possible to couple two machines of the same size together and to operate the first in the upper peripheral speed range and the second in the lower peripheral speed range.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Konzeption arbeitet im Falle der Aneinanderkopplung mehrerer Maschinen der erfindungsgemäßen Art jede Maschine letztendlich als Einzelstufe, die durch eine entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses ihres Getriebes den jeweiligen Erfordernissen ihrer Aufgabe in der Gesamtanlage entsprechend angepaßt werden kann.Because of the design according to the invention, in the case of coupling several machines of the type according to the invention, each machine ultimately works as a single stage, which can be adapted to the respective requirements of its task in the overall system by a corresponding choice of the gear ratio of its transmission.
Die erfindungsgemäße Maschinenkonzeption kann sowohl bei Drehkolbenmaschinen mit einem, als auch bei solchen mit zwei oder mehreren Drehkolben eingesetzt werden. Sie eignet sich jedoch besonders vorteilhaft für Drehkolbenmaschinen mit zwei Drehkolben pro Stufe.The machine design according to the invention can be used both in rotary piston machines with one and in those with two or more rotary pistons. However, it is particularly advantageous for rotary lobe machines with two rotary lobes per stage.
Zwar ist aus der US-A-34 07 996 bereits eine zweistufige Drehkolbenmaschine in Parallelanordnung bekannt, bei der die Antriebswelle für die gemeinsame Getriebeanordnung zum Antrieb der Drehkolben beider Stufen verlängert ist. Das freie Ende dieser verlängerten Welle dient jedoch lediglich zum Abgreifen eines Drehmoments für den Antrieb eines gemeinsamen Lüfters und einer gemeinsamen Ölpumpe der beiden Stufen.A two-stage rotary piston machine in a parallel arrangement is already known from US-A-34 07 996, in which the drive shaft for the common gear arrangement for driving the rotary pistons of both stages is extended. The free end of this extended shaft, however, only serves to tap a torque for driving a common fan and a common oil pump of the two stages.
Grundsätzlich ist es möglich, die Nebenwelle aus mehreren Teilen zusammenzusetzen. Vorteilhaft ist jedoch eine Konstruktion, bei der die Nebenwelle mit der Antriebswelle einstückig verbunden ist.In principle, it is possible to assemble the auxiliary shaft from several parts. However, a construction is advantageous in which the auxiliary shaft is connected in one piece to the drive shaft.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Drehkolbenmaschine dieser Art ist das Getrieberad auf der Antriebswelle beidseitig gelagert. Dadurch kann eine Dimensionierung der Nebenwelle auf Biegung entfallen, so daß nur die Übertragung des jeweils erforderlichen Drehmomentes in die Berechnung der Wellendimension eingeht. Derartige nur auf Torsion beanspruchte Wellen können bekanntlich kleiner dimensioniert werden, als solche, die auch auf Biegung beansprucht sind.In a preferred embodiment of a rotary piston machine of this type, the gear wheel is mounted on both sides of the drive shaft. As a result, dimensioning of the auxiliary shaft on bending can be dispensed with, so that only the transmission of the respectively required torque is included in the calculation of the shaft dimension. As is known, such shafts which are only subjected to torsion can be dimensioned smaller than those which are also subjected to bending.
Grundsätzlich kann die Nebenwelle jede beliebige Länge aufweisen. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Länge der Nebenwelle gleich oder größer der Länge des oder der Drehkolben ist. Dadurch liegt das zum Abgriff von Drehmomenten ausgebildete freie Ende der Nebenwelle auf der der Antriebswelle entgegengesetzten Seite der Drehkolbenmaschine, wodurch die Ankopplung weiterer Drehkolbenmaschinen vereinfacht wird, da diese in Reihe hintereinander angeordnet werden können. Dies vereinfacht auch die Ausbildung der gemeinsamen Fundamente.In principle, the auxiliary shaft can have any length. However, it is expedient if the length of the auxiliary shaft is equal to or greater than the length of the rotary piston or pistons. As a result, the free end of the auxiliary shaft designed for tapping torques lies on the side of the rotary piston machine opposite the drive shaft, which simplifies the coupling of further rotary piston machines, since these can be arranged in series one behind the other. This also simplifies the formation of the common foundations.
Bei Drehkolbenmaschinen, bei denen die Länge der Nebenwelle gleich oder größer der Länge des oder der Drehkolben ist, kann das Gehäuse im Bereich unterhalb der Nebenwelle als Verbindungskanal für die Ölschmierung der Maschine ausgestaltet und damit in besonderer Weise zusätzlich genutzt werden.In rotary piston machines in which the length of the auxiliary shaft is equal to or greater than the length of the rotary piston or pistons, the housing in the area below the auxiliary shaft can be designed as a connecting channel for the oil lubrication of the machine and can therefore be used in a special way.
Die erfindungsgemäße Nebenwelle eignet sich nicht nur zum Ankuppeln von Drehkolbenmaschinen zur Ausbildung von zwei oder mehreren Stufen, sondern darüber hinaus auch zur Ankoppelung von Zusatzaggregaten. So kann an die Nebenwelle beispielsweise ein Ventilatorrad einer Kühlanordnung für die Maschine angekoppelt sein. Es ist jedoch auch möglich, das Ventilatorrad direkt auf die Nebenwelle aufzuschieben, wodurch dieses nicht nur am Ende, sondern auch an einer anderen Stelle angeordnet werden kann.The auxiliary shaft according to the invention is not only suitable for coupling rotary piston machines to form two or more stages, but also for coupling additional units. For example, a fan wheel of a cooling arrangement for the machine can be coupled to the auxiliary shaft. However, it is also possible to slide the fan wheel directly onto the auxiliary shaft, which means that it can be arranged not only at the end but also at another location.
An die Nebenwelle kann bei Drehkolbenmaschinen der erfindungsgemäßen Art auch eine Ölpumpe angekoppelt werden. Diese Ölpumpe kann zum einen der Getriebe- und Lagerschmierung dienen und zum anderen - bei nasser Betriebsweise der Maschine-zur Förderung des Schmiermittels für die Drehkolben eingesetzt werden.In rotary piston machines of the type according to the invention, an oil pump can also be coupled to the auxiliary shaft. On the one hand, this oil pump can be used for gear and bearing lubrication and, on the other hand, when the machine is operating wet, it can be used to convey the lubricant for the rotary lobes.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Ölpumpe auf die Nebenwelle aufgeschoben werden. Dadurch ist es möglich, die Ölpumpe nicht nur im Bereich der Enden der Nebenwellen anzuordnen, sondern gegebenenfalls auch an irgendeiner Stelle zwischen den Enden.In a preferred embodiment, the oil pump can be pushed onto the auxiliary shaft. This makes it possible to arrange the oil pump not only in the area of the ends of the auxiliary shafts, but also, if necessary, at any point between the ends.
Bei einer Drehkolbenmaschine mit Dieselmotorantrieb ist es zweckmäßig, daß die Drehrichtung der Nebenwelle der Drehrichtung des Dieselmotors entspricht. Dadurch können aufwendige Umkehrgetriebe vermieden werden.In a rotary piston machine with a diesel engine drive, it is expedient that the direction of rotation of the auxiliary shaft corresponds to the direction of rotation of the diesel engine. As a result, complex reversing gears can be avoided.
Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung Drehkolbenmaschinen sowohl der bekannten als auch der erfindungsgemäßen Art in verschiedenen Ausführungen und Kombinationen dargestellt.
Figuren Figuren Figuren 8, 9 und 10 zeigen schematisch ebenfalls in drei verschiedenen Baugrößen Drehkolbenmaschinen der bekannten Art in zweistufiger Bauweise (Parallelanordnung),- Figur 11 zeigt schematisch eine zwei- bzw. vierstufige Drehkolbenmaschine der erfindungsgemäßen Art,
- Figur 12 zeigt schematisch eine zweistufige Drehkolbenmaschine der erfindungsgemäßen Art, die aus zwei verschieden großen Einzelstufen zusammengesetzt ist, und
- Figur 13 zeigt schematisch eine Drehkolbenmaschine der erfindungsgemäßen Art, die aus zwei gleich großen Einzelstufen zusammengesetzt ist.
- Figur 14 zeigt schematisch in einem Schnitt eine etwa der Anordnung gemäß Fig. 12 entsprechende zweistufige Drehkolbenmaschine der erfindungsgemäßen Art, wobei die zweite Stufe abgebrochen dargestellt ist.
- Figures 1, 2, 3 and 4 show schematically in four different sizes rotary piston machines of the known type in a single-stage construction,
- Figures 5, 6 and 7 show schematically in three various sizes of rotary lobe machines of the known type in a two-stage construction (tandem arrangement),
- Figures 8, 9 and 10 show schematically also in three different sizes rotary piston machines of the known type in a two-stage construction (parallel arrangement),
- FIG. 11 schematically shows a two- or four-stage rotary piston machine of the type according to the invention,
- FIG. 12 schematically shows a two-stage rotary piston machine of the type according to the invention, which is composed of two individual stages of different sizes, and
- FIG. 13 schematically shows a rotary piston machine of the type according to the invention, which is composed of two individual stages of the same size.
- FIG. 14 schematically shows a section of a two-stage rotary piston machine of the type according to the invention, corresponding approximately to the arrangement according to FIG. 12, the second stage being shown broken off.
Bisher wurden einstufige, mit zwei Drehkolben ausgestattete Drehkolbenmaschinen mit einem Übersetzungsgetriebe - und falls notwendig - mit Synchronisationszahnrädern ausgestattet. Zur Reduzierung der Planungs- und Herstellungskosten wurden von den Herstellern von Drehkolbenmaschinen dabei Serienmaschinen in vier unterschiedlichen Baugrößen zur Verfügung gestellt, wie dies in den Figuren 1, 2, 3 und 4 schematisch dargestellt ist.So far, single-stage rotary lobe machines equipped with two rotary pistons have been equipped with a transmission gear - and if necessary - with synchronization gears. To reduce the planning and manufacturing costs, manufacturers of rotary lobe machines provided series machines in four different sizes, as is shown schematically in FIGS. 1, 2, 3 and 4.
War eine zweistufige Ausführung notwendig, wurden bisher entweder zwei einstufige Drehkolbenmaschinen mit zwei Motoren eingesetzt, oder eine Tandemanordnung mit Nebenläuferantrieb der zweiten Stufe (vgl. Fig. 5 bis 7) bzw. eine Parallelanordnung (vgl. Fig.8 bis 10) gewählt.If a two-stage design was necessary, previously either two single-stage rotary lobe machines with two motors were used, or a tandem arrangement with secondary-stage drive of the second stage (see FIGS. 5 to 7) or a parallel arrangement (see FIGS. 8 to 10) was selected.
Für diese bekannten zweistufigen Maschinen war es allerdings notwendig, jeweils spezielle Gehäuse und Getriebe zur Verfügung zu stellen. So konnte beispielsweise das in der jeweiligen Größe für die einstufige Bauweise verwendete Übersetzungsgetriebe (vgl. beispielsweise Baugröße der Fig.1) nicht für die zweistufige Bauweise in Tandemanordnung (vgl. beispielsweise Fig. 5) eingesetzt werden, da bei der Tandemanordnung das gesamte, für den Antrieb der zweiten Stufe benötigte Drehmoment über das Übersetzungsgetriebe der ersten Stufe läuft. Auch konnte bei einer derartigen Tandemanordnung im Falle einer Verwendung der Drehkolben einer Baugröße aus der einstufigen Bauweise in der zweiten Stufe der Zwischendruck wegen der festliegenden Drehzahl und Übersetzungsverhältnisse nicht den Idealwerten angepaßt werden.For these known two-stage machines, however, it was necessary to provide special housings and gears. For example, the transmission gear used in the respective size for the single-stage design (see, for example, size of Fig. 1) could not be used for the two-stage design in a tandem arrangement (see, for example, Fig. 5), since in the tandem arrangement the whole for the torque required to drive the second stage runs via the transmission gear of the first stage. Also, with such a tandem arrangement, if the rotary lobes of one size from the one-stage construction were used in the second stage, the intermediate pressure could not be adapted to the ideal values because of the fixed speed and transmission ratios.
Bei der bekannten zweistufigen Bauweise in Parallelanordnung (vgl. Fig. bis 10) wiederum waren ebenfalls nur Kompromisse in bezug auf die Anpassung des Ansaugvolumenstromes und des Zwischendruckes möglich, da das bei derartigen Doppel-Turboanordnungen notwendige Turbogetriebe einer Baureihe stets einen konstanten Achsabstand zwischen der Hauptantriebswelle und den Antriebswellen der beiden Stufen aufweist und sich diese vorgegebenen Achsabstände nicht mit den für eine optimale Betriebsweise notwendigen Stufendrehzahlen abstimmen lassen.In the known two-stage design in parallel arrangement (cf.Fig. To 10), in turn, only compromises were possible with regard to the adaptation of the intake volume flow and the intermediate pressure, since the turbo gearboxes of a series which are required in such double-turbo arrangements always have a constant center distance between the main drive shaft and the drive shafts of the two stages and these predetermined center distances cannot be coordinated with the stage speeds necessary for optimal operation.
Diese Abstimmungs- und Anpassungsprobleme werden durch die erfindungsgemäße Konzeption vollkommen vermieden. So besitzen Drehkolbenmaschinen der erfindungsgemäßen Art pro Stufe eine achsparallel zur Drehkolbenachse verlaufende und mit der jeweiligen Antriebswelle 1 für das Getriebe 2, 3 achsgleich verbundene Nebenwelle 4, die an ihrem der Antriebswelle 1 entgegengesetzten freien Ende 5 zum Abgriff von Drehmomenten ausgebildet ist, wobei die Antriebswelle 1 des Getriebes 2, 3 der jeweils nachgeschalteten Stufe mit dem freien Ende 5 der Nebenwelle 4 der jeweils vorgeschalteten Stufe gekuppelt ist.These coordination and adaptation problems are completely avoided by the concept according to the invention. For example, rotary lobe machines of the type according to the invention have an auxiliary shaft 4 which runs parallel to the rotary piston axis and is connected to the
Derartige mit einer Nebenwelle 4 ausgestattelte Drehkolbenmaschinen der erfindungsgemäßen Art können wirtschaftlich einschließlich des Gehäuses in Serienfertigung in verschiedenen Baugrößen hergestellt werden. Diese Drehkolbenmaschinen werden erfindungsgemäß zu zwei- oder mehrstufigen Maschinen (vgl. Fig. 11 bis 13) hintereinander geschaltet. Auch können jeweils an das freie Ende der Nebenwelle 4 Zusatzaggregate, wie beispielsweise eine Ölpumpe oder ein Ventilatorrad angekoppelt werden. Da zwei- oder mehrstufiger Maschinenkonzeption dienen die Nebenwellen 4 zur Übertragung des Drehmomentes auf die jeweils anschließende Stufe. Aufgrund des erfindungsgemäßen Einsatzes einer Nebenwelle kann von der einen auf die andere Stufe jeweils ein Drehmoment mit der Drehzahl der Antriebswelle übertragen werden, ohne daß dadurch das Übersetzungsgetriebe für die jeweilige Stufe belastet wird. Da außerdem das Übersetzungsverhältnis der jeweiligen Stufe auf die Drehzahl der nachfolgenden Stufe keinerlei Einfluß hat, kann das Getriebe 2, 3 jeder Stufe den jeweiligen Erfordernissen der jeweiligen Stufe zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades individuell angepaßt werden.Such rotary piston machines of the type according to the invention equipped with a countershaft 4 can be economically produced, including the housing, in series production in various sizes. According to the invention, these rotary piston machines are connected in series to form two-stage or multi-stage machines (cf. FIGS. 11 to 13). 4 additional units, such as an oil pump or a fan wheel, can also be coupled to the free end of the auxiliary shaft. Since the machine design has two or more stages, the auxiliary shafts 4 serve to transmit the torque to the subsequent stage. Due to the use of a countershaft according to the invention, torque can be transmitted from one stage to the other at the speed of the drive shaft without the transmission gear for the respective stage being loaded thereby. In addition, since the gear ratio of the respective stage has no influence on the speed of the subsequent stage, the
Wie in den Fig. 12 und 13 schematisch dargestellt, können zur Bildung einer zweistufigen Drehkolbenmaschine der erfindungsgemäßen Art nicht nur Drehkolbenmaschinen unterschiedlicher Baugröße (Fig. 12), sondern auch gleicher Baugröße (Fig. 13) miteinander kombiniert werden, und somit eine dem jeweiligen Verwendungszweck genau angepaßte Maschine erstellt werden, ohne daß es dabei des Aufwandes einer Sondermaschine bedarf.As shown schematically in FIGS. 12 and 13, not only rotary piston machines of different sizes (FIG. 12), but also of the same size (FIG. 13) can be combined with one another to form a two-stage rotary lobe machine of the type according to the invention, and thus one for the respective purpose exactly adapted machine can be created without the effort of a special machine.
Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 14 zeigt schematisch die Ankopplung von Zusatzaggregaten an die Nebenwelle. So ist dicht neben der beiden Stufen miteinander verbindenden Kupplung 9 auf der Nebenwelle 4 der ersten Stufe ein Ventilatorrad 7 angeordnet, das Kühlluft durch einen an das Gehäuse der ersten Stufe angebauten Kühler 8 saugt oder drückt. In diesem Ausführungsbeispiel treibt die Nebenwelle 4 auch eine Ölpumpe 6 an, die auf die Nebenwelle aufgeschoben und in einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Ausnehmung angeordnet ist.The sectional view according to FIG. 14 shows schematically the coupling of additional units to the auxiliary shaft. Thus, close to the coupling 9 connecting the two stages to one another, a fan wheel 7 is arranged on the auxiliary shaft 4 of the first stage, which sucks or presses cooling air through a
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