EP0289561A1 - Rotary piston unit - Google Patents

Rotary piston unit

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Publication number
EP0289561A1
EP0289561A1 EP19870907403 EP87907403A EP0289561A1 EP 0289561 A1 EP0289561 A1 EP 0289561A1 EP 19870907403 EP19870907403 EP 19870907403 EP 87907403 A EP87907403 A EP 87907403A EP 0289561 A1 EP0289561 A1 EP 0289561A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
piston
curve
quadrant
point
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19870907403
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hubert Petutschnig
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0289561A1 publication Critical patent/EP0289561A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/40—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member
    • F01C1/44—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member with vanes hinged to the inner member
    • 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
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
    • F01C21/104—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber
    • F01C21/106—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber with a radial surface, e.g. cam rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/30—Geometry of the stator
    • F04C2250/301—Geometry of the stator compression chamber profile defined by a mathematical expression or by parameters

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston assembly for a motor, a pump, a compressor or the like.
  • at least two pistons are pivotally mounted on arms in the longitudinal center in a housing, the arms being rotatably connected to an input or output shaft, the The center of the housing is the center point and the origin of the coordinates, the piston ends sealingly abutting the inner wall of the housing, the inner wall or contour of the housing being divided into four quadrants, of which opposite quadrants have mirror-image inner contours, the inner contour of the housing being symmetrical in each quadrant With respect to the respective coordinate axis running through the quadrant, and the end points being the
  • the aim of the invention is to achieve the most uniform possible running of the pistons and to make the efficiency of the engine, the pump or the compressor as large as possible. Furthermore, the lowest possible friction and a good seal should be achieved between the piston and the inner wall of the housing.
  • FIG. 1 shows a section through a rotary piston arrangement
  • FIGS. 2-6 different possibilities for the inner contour of the housing
  • FIG. 7 a rotary piston
  • FIG. 8 a sealing strip for a rotary piston
  • FIG. 9 an inner contour of the housing for a rotary piston with rounded sealing strips.
  • Fig. 1 shows schematically a section through the piston arrangement of an engine or a pump or a compressor.
  • the housing 1 has an inner contour 2, against which at least two rotary pistons 3 rest, each of which is pivotally mounted with its pivot point S on a boom 4 which is connected in a rotationally fixed manner to an input or output shaft 5 which is about its center, which is also the center of the housing , rotates. With 3 'is the other, opposite the piston 3. Piston shown on the boom 4 '.
  • the center of the housing 0 is also the center of a coordinate system with x and y axis.
  • the coordinate axes also represent axes of symmetry for four quadrants I, II, III, IV, into which the inner contour 2 of the housing 1 is divided to facilitate its construction, and which are essentially determined by the piston length 1.
  • the pivot point S of the piston 3 lies in the longitudinal center of the piston 3 between its two end points 6 and 7, with which the piston 3 bears against the inner contour 2 of the housing 1.
  • the inner contour 2 of the housing 1 is designed in a certain manner for a given length 1 of the piston 3.
  • the points P and Q lie in the coordinate system with the x and y axes
  • Coordinates origin and have the coordinates £ y i Furthermore, the positive y-axis forms an axis of symmetry for the curve section between the points P and Q, which limit the quadrant I.
  • the subsequent quadrant II of the housing 1 is delimited by the points Q and R, the point R being the coordinates £) and the positive x-axis is the axis of symmetry for this curve section in Quadrant II.
  • the following Quadrant III is from the points R and T limited and has the negative y-axis as an axis of symmetry.
  • Quadrant IV is delimited by points T and P.
  • the distance d between the pivot point S and the point Po is selected. Furthermore, a signed segment m with a positive or negative sign is selected, which is to be plotted on the y-axis from origin 0. If the sign is positive, the distance m is plotted in the direction of the negative y-axis; if the sign of the distance m is negative, it is plotted in the direction of the positive y-axis.
  • the distance + d + m corresponds to the generalized radius r of the curve between the points P and Q.
  • the parameter n is decisive for the curvature of the curve section between the points P and Q, in particular also for the entry of the curve section into the points P and Q and thus for the tangential angle ⁇ , which is measured between the tangent at points P and Q and the connecting line between the piston turning points 6.
  • the curve between the points Q and R in quadrant II is obtained by moving the piston 3 around the origin 0 rotated, its trailing end point 6 sliding along the selected curve KI and the leading piston end point 7 starting from
  • Point Q describes the subsequent curve KII. This mapping continues until the piston end point 6 comes to rest in point Q and piston end point 7 is located in point R. This defines the inner contour of the housing 1, since opposing quadrants I or III and II or IV are mirror images of one another.
  • the shape of the inner contour 2 influences the specific conditions of the rotary piston for the pump, the motor or the compressor, in particular with regard to the compression volume, sliding properties, etc.
  • the curve parameter n and the tangential angle are related to some extent and it is expedient, if preferred, and where ⁇ is the desired tangential angle of the curve at its end points P, Q RT and ⁇ ⁇ 15 °, preferably 20-40 °.
  • ⁇ is the desired tangential angle of the curve at its end points P, Q RT and ⁇ ⁇ 15 °, preferably 20-40 °.
  • the curves are curved more strongly in the region of the end points P, Q, but are flattened considerably in the central region. However, they show a not so favorable relationship between the volumes delimited by the piston 3 and the inner wall of the housing.
  • the sizes d and m as well as n determine the curve shape, which in turn is determined on the basis of the lowest possible friction or in view of a favorable ratio of the volumes in the individual quadrants.
  • n ⁇ 2 m between to preferably approximately for n ⁇ 3 m between to preferably approximately at g_, for n ⁇ 4 m between to preferably approximately for n ⁇ 5 m between to preferably approximately for for n ⁇ 6 m between to preferably about for for n ⁇ 7 m between to preferably about for and for n ⁇ 3 m between to preferably about lies, or d ate.
  • the curve curve to be calculated between P and Po is determined and this curve is mirrored with respect to the positive y-axis.
  • the curve between the curves P and Q can be mapped onto the second quadrant II either by point-by-point mapping or by calculation with corresponding mapping equations.
  • the selected curve in quadrant I and the subsequent curve in quadrant II have the same tangential angle at point Q, which ensures a continuous or jerk-free merging of the curves.
  • the determination of the curve can begin in any quadrant, since the quadrant mirrors are symmetrical or the curve in the following quadrants is obtained by imaging.
  • the selected curve can be displayed on any side.
  • the curves given according to the invention give good conditions with regard to the tangential angle, the sliding of the piston 3 on the envelope curve or inner contour, and to achieve good relationships between the. volumes 8, 9 delimited by the piston 3 in the individual quadrants.
  • curve K in FIG. 5 it should be noted that an illustration of the selected curve K in quadrant II results in a curve which, in practice, cannot be used well due to the curl present in the curve and the piston swings that occur. With increasing values of n, it is therefore expedient to make the values d smaller, which is also shown by the curve K "in FIG.
  • Fig. 7 shows a pivot piston 3 which is mounted on a pivot pin 10 with the pivot point S.
  • the end points of the sealing strips 11, 12, which are carried by the piston ends, are designated by 6 and 7 and lie in quadrant I on the housing inner wall 2, which is formed by the selected curve.
  • the surface 13 of the piston 3 facing the wall of the housing 1 has almost the same curvature as the selected curve in quadrant I or III.
  • the sealing strips 11, 12 can be resiliently mounted in their bearing recesses 14 with indicated springs 14 'and can be pressed with these springs 14 against the inner wall 2 of the housing 1.
  • Sealing strip 11 is rounded on the surface 15 facing the housing.
  • Fig. 9 shows schematically a piston 3 with such sealing strips 11, 12 arranged in a housing 1.
  • Quadrant I shows the selected curve from point Po to point Q.
  • the sealing strip 12 lies with its lateral area 17 facing the pivot point S of the piston 3 on the inner wall of the housing, or the curvature of the surface area 17 is adapted to the curvature of the inner contour 2 of the housing 1 in this area.
  • Mirror-image conditions apply to the indicated sealing strip 11.
  • the tip 6 of the sealing strip 12, indicated by dashed lines in FIG. 8, would come to rest at point Q; however, since the surface 15 of the sealing strip 12 is rounded, the curved surface 15 ends at a short distance from the point Q.
  • the curve in quadrant II of the housing 1 is now e.g. determined by mapping how the curves 41 in quadrant II of FIGS. 1-6, but it should be noted that the curve 40 obtained is shifted somewhat in the direction of the coordinate origin 0, since the point 16 generating the curve does not remain fixed in position, but instead the curve is determined from the outermost point of the curved surface 15 of the sealing strip 11. It can be seen from the areas 15 'drawn in that the area 15 of the sealing strip 11 leads over the developed curve or that another point of the area always touches the illustrated curve until it comes to a point in the middle of it at point Qo . When the sealing strip 12 moves further, it slides
  • the distance a between the center of the curved surface 15 of the sealing strips 11, 12 and the points P, Q selected on the curve is approximately 1/50 to 1/400 of the piston length. (Fig.8).
  • the rotary pistons are driven by the shaft 5.
  • Suction and outlet openings are provided in the housing, preferably on the circumferential line of the housing shell, the outlet openings in the region 27 (FIG. 1a) and 24 being in the upper piston position depending on the clearance space and the inlet openings 22 and 26 depending on the outlet openings are in area 28.
  • the deviation or the range 27 is selected so that the piston 3 with its trailing end only crosses (releases) the rear edge 29 of the outlet slot 20 when the compressed gas located in the harmful space 8 has expanded to ambient pressure (1 bar).
  • (Damaged space volume between the piston curvature and the housing at top dead center, or in addition the space 30 between the compression space and check valve in space 20).
  • the rotary compressor works as a typical 2-cycle machine, namely suction and compression, with each cycle extending over 90 °, so that each of the two pistons produces 2 work cycles per shaft revolution.
  • a 2-piston compressor therefore produces a total of 4 work cycles per shaft revolution.
  • the volume space 9 is filled through the opening 22.
  • the compression stroke begins when the trailing piston end on the sealing element exceeds the edge 31.
  • a pressure which is greater than the counterpressure which acts on the valve at 24 on the opposite side, the compressed gas leaves the chamber through the opening in area 24.
  • the residual gas remaining in the contaminated space expands to ambient pressure when the piston continues to rotate, with work being carried out; through inlet 26, the next cycle begins with a new intake stroke.
  • the required inlet and outlet cross-section is achieved by the required area in the form of an elongated hole (slot) is stretched as far as possible transversely to the direction of rotation, so that the distance between the front and rear edges of this slot in the direction of rotation becomes as small as possible.
  • slot elongated hole
  • a fluid pump conveys (preferably) liquid media.
  • the entire interior 31, which is only limited by the two (schematically indicated) piston undersides 32/32 'and the housing inner wall 2, and is therefore subject to a change in volume of approximately twice the volume 9 per revolution by 90 ° (1/4 revolution), is used as 3rd work space. Due to the incompressibility of the liquid media, the "stroke volume" of the machine per shaft revolution is approximately doubled.
  • the drive shaft 5 is turned clockwise, the two chambers 9/33 are filled through the openings 22 and 26 and the full interior 31 is emptied through the openings 30 and 24. If the two pistons simultaneously exceed the 90 ° and 270 ° position, the two chambers 9 and 33 are filled to the maximum or the interior 31 is emptied to the maximum. Upon further rotation to 180 ° or 360 °, the chambers 9 and 33 are emptied and the interior 31 is filled to the maximum. A displacement of the openings 20, 22, 24, 26 by the amount 27 or 28 as in the compressor is not necessary.
  • the embodiment for internal combustion engines sees in the range 0 ° or. 360 ° at least one spark plug in front, in the range of approx. 125 ° - 165 ° an exhaust opening and an intake opening in the range of approx. 200 ° - 240 ° when turning to the right

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Abstract

Dispositif à pistons rotatifs prévu pour un moteur, une pompe, un compresseur etc., dans lequel au moins deux pistons, situés dans un boîtier, sont maintenus de manière à pivoter, par le centre de leur axe longitudinal, sur des consoles. Les consoles sont reliées, de manière à résister à la rotation, avec un arbre d'entraînement ou un arbre entraîné, dont le point milieu constitue le point central du boîtier et l'origine des coordonnées, les extrémités des pistons étant appliquées de manière étanche contre la paroi intérieure du boîtier. La paroi intérieure, ou le contour du boîter, est divisée en quatre quadrants, dont les quadrants opposés présentent un contour intérieur inversé. Ledit contour intérieur du boîtier est symétrique dans chaque quadrant par rapport à l'axe de coordonnée correspondant qui traverse le quadrant. Les points extrêmes du contour intérieur dans chaque quadrant sont déterminés par les points (P, Q, R, T) qui, par rapport au point milieu du boîtier, présentent, comme origine de coordonnée, les coordonnées x, y x = U l/2 et y = U l/2, où l représente la longueur du piston. Selon l'invention, le point de pivotement (S) du piston (3) situé sur la console (4) à la hauteur de la ligne de liaison se trouve entre les extrémités d'attaque (7) et de fuite (6) du piston (3). Le contour intérieur de l'un des quadrants (I, II, III, IV) est formé par une ligne courbe qui satisfait à l'équation xn + (y+M)n = rn entre les points extrêmes (P, Q) du quadrant (I).Rotary piston device intended for a motor, a pump, a compressor etc., in which at least two pistons, located in a housing, are held so as to pivot, by the center of their longitudinal axis, on brackets. The brackets are connected, so as to resist rotation, with a drive shaft or a driven shaft, the midpoint of which constitutes the central point of the housing and the origin of the coordinates, the ends of the pistons being applied in leaktight manner against the inner wall of the housing. The interior wall, or the outline of the housing, is divided into four quadrants, the opposite quadrants of which have an inverted interior outline. Said interior contour of the housing is symmetrical in each quadrant with respect to the corresponding coordinate axis which crosses the quadrant. The extreme points of the interior contour in each quadrant are determined by the points (P, Q, R, T) which, relative to the midpoint of the housing, have, as coordinate origin, the coordinates x, yx = U l / 2 and y = U l / 2, where l represents the length of the piston. According to the invention, the pivot point (S) of the piston (3) located on the console (4) at the height of the connecting line is located between the leading (7) and trailing (6) ends of the piston (3). The interior contour of one of the quadrants (I, II, III, IV) is formed by a curved line which satisfies the equation xn + (y + M) n = rn between the extreme points (P, Q) of the quadrant (I).

Description

Rotationskolbeneinheit Rotary piston unit
Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenanordnung für einen Motor, eine Pumpe, einen Kompressor od.dgl., bei der in einem Gehäuse zumindest zwei Kolben in ihrer Längsmitte auf Auslegern schwenkbar gelagert sind, wobei die Ausleger drehfest mit einer An- oder Abtriebswelle verbunden sind, deren Mittelpunkt Gehäusemittelpunkt und Koordinatenursprung ist, wobei die Kolbenenden dichtend an der Innenwand des Gehäuses anliegen, wobei die Innenwand bzw. -kontur des Gehäuses in vier Quadranten geteilt ist, von denen gegenüberliegende Quadranten spiegelbildliche Innenkonturen besitzen, wobei die Innenkontur des Gehäuses in jedem Quadranten symmetrisch in Bezug auf die jeweilige durch den Quadranten verlaufende Koordinatenachse ist,undwobei die Endpunkte derThe invention relates to a rotary piston assembly for a motor, a pump, a compressor or the like. In which at least two pistons are pivotally mounted on arms in the longitudinal center in a housing, the arms being rotatably connected to an input or output shaft, the The center of the housing is the center point and the origin of the coordinates, the piston ends sealingly abutting the inner wall of the housing, the inner wall or contour of the housing being divided into four quadrants, of which opposite quadrants have mirror-image inner contours, the inner contour of the housing being symmetrical in each quadrant With respect to the respective coordinate axis running through the quadrant, and the end points being the
Innenkontur in jedem Quadranten von Punkten bestimmt sind, die bezüglich des Gehäusemittelpunktes als Koordinatenursprung die x, y-Inner contour in each quadrant are determined by points which, with respect to the center of the housing, are the coordinates of the x, y
Koordinaten x= ± und y= ± aufweisen, wobei 1 die Kolbenlänge ist. Have coordinates x = ± and y = ±, where 1 is the piston length.
Ziel der Erfindung ist es, einen möglichst gleichmäßigen Lauf der Kolben zu erzielen und den Wirkungsgrad des Motors, der Pumpe bzw. des Kompressors möglichst groß zu gestalten. Ferner soll zwischen den Kolben und der Gehäuseinnenwand möglichst geringe Reibung und eine gute Dichtung erzielt werden.The aim of the invention is to achieve the most uniform possible running of the pistons and to make the efficiency of the engine, the pump or the compressor as large as possible. Furthermore, the lowest possible friction and a good seal should be achieved between the piston and the inner wall of the housing.
Diese Ziele werden bei einer Rotationskolbenanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Schwenkpunkt des Kolbens auf dem Ausleger auf der Höhe der Verbindungslinie zwischen dem voreilenden und nacheilenden Ende des Kolbens gelegen ist, daß die Innenkontur eines der Quadranten von einer gekrümmten Kurve gebildet ist, die zwischen den Endpunkten dieses Quadranten der Gleichung xn+(y+m)n=rn genügt, wobei n≥2 ist, m eine vorzeichenbehaftete wählbare Strecke auf der die Kurve jeweils halbierenden Koordinatenachse ist, die einer Strecke zwischen dem Gehäuse(koordinaten)mittelpunkt 0 und einem auf dieser Koordinatenachse gelegenen verallgemeinerten Kurvenmittel punkt entspricht und r der verallgemeinerte Kurvenradius ist, der durch die Summe r = ½ + m + d gegeben ist, wobei d der wählbare Abstand zwischen dem auf der Koordinatenachse befindlichen Kolbenschwenkpunkt und dem Kurvenschnittpunkt mit der Koordinatenachse ist, und daß die Innenkontur in dem an diesen anschließenden Quadranten durch Abbildung dieses gewählten Kurven abschnittes gebildet ist, bei welcher Abbildung der Kolben um den Gehäusemittelpunkt verdreht wird, das in Drehrichtung nacheilende Kolbenende längs des durch die gewählten Parameter n, m, d bestimmten Kurvenabschnittes bewegt wird und das voreilende Kolbenende den Kurvenabschnitt im anschließenden Quadranten bestimmt.These objectives are achieved according to the invention in a rotary piston arrangement of the type mentioned at the outset in that the pivot point of the piston on the boom is located at the level of the connecting line between the leading and trailing ends of the piston, in that the inner contour of one of the quadrants is formed by a curved curve , which satisfies the equation x n + (y + m) n = r n between the end points of this quadrant, where n≥2, m is a signed, selectable distance on the coordinate axis bisecting the curve in each case, which is a distance between the housing ( coordinates) center point 0 and a generalized curve center point on this coordinate axis and r is the generalized curve radius given by the sum r = ½ + m + d, where d is the selectable distance between the piston pivot point on the coordinate axis and the curve intersection with the coordinate axis, and that the inner c contour in the adjacent quadrant by mapping this selected curve section is formed, in which image the piston is rotated around the center of the housing, the piston end lagging in the direction of rotation is moved along the curve section determined by the selected parameters n, m, d and the leading piston end determines the curve section in the subsequent quadrant.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Unteransprüchen sowie den Zeichnungen.Further advantageous embodiments of the invention result from the following description, the subclaims and the drawings.
Im folgenden wird die Erfindung anhand yon Ausführungsbeispielen in Fig. schematisch die Innenkontur eines Gehäuses der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig. 1, einen Schnitt durch eine Rotationskolbenanordnung, Fig. 2 - 6 verschiedene Möglichkeiten für die Innenkontur des Gehäuses, Fig. 7 einen Rotationskolben, Fig. 8 eine Dichtleiste für einen Rotationskolben und Fig. 9 eine Innenkontur des Gehäuses für einen Rotationskolben mit abgerundeten Dichtleisten.In the following, the invention is schematically explained, for example, with reference to exemplary embodiments in Fig., The inner contour of a housing of the drawing. 1 shows a section through a rotary piston arrangement, FIGS. 2-6 different possibilities for the inner contour of the housing, FIG. 7 a rotary piston, FIG. 8 a sealing strip for a rotary piston and FIG. 9 an inner contour of the housing for a rotary piston with rounded sealing strips.
Fig. 1 zeigt Schematisch einen Schnitt durch die Kolbenanordnung eines Motors bzw. einer Pumpe bzw. eines Kompressors. Das Gehätise 1 weist eine Innenkontur 2 auf, an der zumindest zwei Rotationskolben 3 anliegen von denenjedermit seinem Schwenkpunkt S auf einem Ausleger 4 schwenkbar gelagert ist, der drehfest mit einer An- oder Abtriebswelle 5 verbunden ist, welche um ihren Mittelpunkt, der auch Gehäusemittelpunkt ist,rotiert. Mit 3' ist der weitere , dem Kolben 3 gegenüberliegende. Kolben auf dem Ausleger 4' dargestellt. Der Gehäusemittelpunkt 0 ist ebenfalls Mittelpunkt eines Koordinatensystems mit x und y Achse. Die Koordinatenachsen stellen ferner Symmetrieachsen für vier Quadranten I,II,III,IV dar, in die die Innenkontur 2 des Gehäuses 1 zur Erleichterung ihrer Konstruktion geteilt sind, und die im wesentlichen durch die Kolbenlänge 1 bestimmt sind. Der Schwenkpunkt S des Kolbens 3 liegt in der Längsmitte des Kolbens 3 zwischen seinen beiden Endpunkten 6 und 7, mit denen der Kolben 3 an der Innenkontur 2 des Gehäuses 1 anliegt. Um ein günstiges Verdichtungsverhältnis zwischen den vom Kolben 3 und der Innenkontur 2 des Gehäuses 1 begrenzten Volumina 8 und 9 zu erhalten, wird die Innenkontur 2 des Gehäuses 1 bei gegebener Länge 1 des Kolbens 3 in bestimmter Weise ausgeführt. Erfindungsgemäß wird die Innenkontur 2 im Quadranten I zwischen den Punkten P und Q von einer Kurve gebildet, welcher der Gleichung xn+(y+m)n=rn genügt. Dabei liegen die Punkte P und Q in dem Koordinatensystem mit der x- und y-Achse, dieFig. 1 shows schematically a section through the piston arrangement of an engine or a pump or a compressor. The housing 1 has an inner contour 2, against which at least two rotary pistons 3 rest, each of which is pivotally mounted with its pivot point S on a boom 4 which is connected in a rotationally fixed manner to an input or output shaft 5 which is about its center, which is also the center of the housing , rotates. With 3 'is the other, opposite the piston 3. Piston shown on the boom 4 '. The center of the housing 0 is also the center of a coordinate system with x and y axis. The coordinate axes also represent axes of symmetry for four quadrants I, II, III, IV, into which the inner contour 2 of the housing 1 is divided to facilitate its construction, and which are essentially determined by the piston length 1. The pivot point S of the piston 3 lies in the longitudinal center of the piston 3 between its two end points 6 and 7, with which the piston 3 bears against the inner contour 2 of the housing 1. In order to obtain a favorable compression ratio between the volumes 8 and 9 delimited by the piston 3 and the inner contour 2 of the housing 1, the inner contour 2 of the housing 1 is designed in a certain manner for a given length 1 of the piston 3. According to the invention, the inner contour 2 in quadrant I between points P and Q is one Curve formed, which satisfies the equation x n + (y + m) n = r n . The points P and Q lie in the coordinate system with the x and y axes
Mittel- bzw. durch den Drehpunkt 0 der An- oder Abtriebswelle 5 verlaufen, welche denCenter or through the pivot point 0 of the input or output shaft 5, which the
Koordinatenursprung darstellt, und haben die Koordinaten £ y i Ferner bildet die positive y-Achse eine Symmetrieachse für den Kurvenabschnitt zwischen den Punkten P und Q, welche den Quadranten I begrenzen. Der anschließende Quadrant II des Gehäuses 1 wird von den Punkten Q und R begrenzt, wobei der Punkt R die Koordinaten £ ) besitzt und die positive x-Achse Symmetrieachse für diesen Kurvenabschnitt in Quadrant II ist. Der folgende Quadrant III wird von den Punkten R und T begrenzt und besitzt die negative y-Achse als Symmetrieachse. Der Quadrant IV wird von den Punkten T und P begrenzt. Die Punkte Po, Qo, Ro und To stellen die Schnittpunkte der jeweiligen Kurve mit den Koordinatenachsen x,y dar.Coordinates origin, and have the coordinates £ y i Furthermore, the positive y-axis forms an axis of symmetry for the curve section between the points P and Q, which limit the quadrant I. The subsequent quadrant II of the housing 1 is delimited by the points Q and R, the point R being the coordinates £) and the positive x-axis is the axis of symmetry for this curve section in Quadrant II. The following Quadrant III is from the points R and T limited and has the negative y-axis as an axis of symmetry. Quadrant IV is delimited by points T and P. The points Po, Qo, Ro and To represent the intersection of the respective curve with the coordinate axes x, y.
Zur Bestimmung der Kurvenform wird der Abstand d zwischen dem Schwenkpunkt S und dem Punkt Po gewählt. Ferner wird eine vorzeichenbehaftete Strecke m mit positivem oder negativem Vorzeichen gewählt, die vom Ursprung 0 aus auf der y-Achse aufzutragen ist. Bei positiven Vorzeichen wird die Strecke m in Richtung der negativen y-Achse abgetragen, bei negativen Vorzeichen der Strecke m wird diese in Richtung der positive y-Achse aufgetragen. Die Strecke + d + m entspricht dem verallgemeinerte Radius r der Kurve zwischen den Punkten P und Q. Der Parameter n ist für die Krümmung des Kurvenabschnittes zwischen den Punkten P und Q maßgeblich, insbesondere auch für das Einlaufen des Kurvenabschnittes in die Punkte P und Q und somit für den Tangentialwinkelα ,der zwischen der Tangente in den Punkten P und Q und der Verbindungslinie zwischen den Kolbenwendpunkten 6, gemessen wird.To determine the curve shape, the distance d between the pivot point S and the point Po is selected. Furthermore, a signed segment m with a positive or negative sign is selected, which is to be plotted on the y-axis from origin 0. If the sign is positive, the distance m is plotted in the direction of the negative y-axis; if the sign of the distance m is negative, it is plotted in the direction of the positive y-axis. The distance + d + m corresponds to the generalized radius r of the curve between the points P and Q. The parameter n is decisive for the curvature of the curve section between the points P and Q, in particular also for the entry of the curve section into the points P and Q and thus for the tangential angle α, which is measured between the tangent at points P and Q and the connecting line between the piston turning points 6.
Wenn man durch entsprechende Wahl der Größen m, d und n (α ) die Kurve zwischen den Punkten P und Q bestimmt hat, so erhält man die Kurve zwischen den Punkten Q und R in dem Quadranten II, indem man den Kolben 3 um den Ursprung 0 verdreht, wobei sein nacheilender Endpunkt 6 längs der gewählten KurveKIgleitet und der voreilende Kolbenendpunkt 7 ausgehend vonIf one has determined the curve between the points P and Q by appropriate choice of the quantities m, d and n (α), the curve between the points Q and R in quadrant II is obtained by moving the piston 3 around the origin 0 rotated, its trailing end point 6 sliding along the selected curve KI and the leading piston end point 7 starting from
Punkt Q die anschließende KurveKII beschreibt. Diese Abbildung wird so lange fortgesetzt bis der Kolbenendpunkt 6 im Punkt Q zu liegen kommt und Kolben endpunkt 7 in Punkt R gelegen ist. Damit ist die Innenkontur des Gehäuses 1 festgelegt, da gegenüberliegende Quadranten I bzw. III und II bzw. IV einander spiegelbildlich sind.Point Q describes the subsequent curve KII. This mapping continues until the piston end point 6 comes to rest in point Q and piston end point 7 is located in point R. This defines the inner contour of the housing 1, since opposing quadrants I or III and II or IV are mirror images of one another.
Die Innenkontur 2 beeinflußt durch ihre Form die spezifischen Verhältnisse des Rotationskolbens für die Pumpe, den Motor bzw. den Kompressor insbesondere bezüglich Kompressionsvolumen, Gleiteigenschaften usw.The shape of the inner contour 2 influences the specific conditions of the rotary piston for the pump, the motor or the compressor, in particular with regard to the compression volume, sliding properties, etc.
Der Kurvenparameter n und der Tangentialwinkele hängen in gewisser Weise zusammen und es ist zweckmäßig, wenn vorzugsweise ist, und wobeiα der gewünschte Tangentialwinkel der Kurve in ihren Endpunkten P,Q RT ist undα ≥ 15°, vorzugsweise 20 - 40°, beträgt. Bei größerem Tangentialwinkel, z.B. größer als 40° werden die Kurven im Bereich der Endpunkte P, Q stärker gekrümmt, jedoch im Mittelbereich stark abgeflacht. Sie zeigen jedoch ein nicht so günstiges Verhältnis zwischen den vom Kolben 3und der Innenwand des Gehäuses begrenzten Volumina.The curve parameter n and the tangential angle are related to some extent and it is expedient, if preferred, and where α is the desired tangential angle of the curve at its end points P, Q RT and α ≥ 15 °, preferably 20-40 °. With a larger tangential angle, for example greater than 40 °, the curves are curved more strongly in the region of the end points P, Q, but are flattened considerably in the central region. However, they show a not so favorable relationship between the volumes delimited by the piston 3 and the inner wall of the housing.
Votteilhaft ist es, wenn 0,003≤d<0,3, vorzugsweise 0,06≤d≤0,2 ist bzw. wenn vorzugsweise ≥ ist. Die Größen d und m sowie n bestimmen die Kurvenform, die wiederum unter Voraussetzung einer möglichst geringen Reibung bzw. in Hinblick auf ein günstiges Verhältnis der Volumina in den einzelnen Quadranten bestimmt wird.It is advantageous if 0.003≤d <0.3, preferably 0.06≤d≤0.2 or if it is preferably ≥. The sizes d and m as well as n determine the curve shape, which in turn is determined on the basis of the lowest possible friction or in view of a favorable ratio of the volumes in the individual quadrants.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn für n~2 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~3 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei g_, für n~4 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~5 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~6 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~7 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei und für n~3 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei liegt, bzw. d aß. für n=213 m= ,für n=2,4 m= für n=2,5 m= und für n=2,7 m= ist. It has proven to be particularly advantageous if for n ~ 2 m between to preferably approximately for n ~ 3 m between to preferably approximately at g_, for n ~ 4 m between to preferably approximately for n ~ 5 m between to preferably approximately for for n ~ 6 m between to preferably about for for n ~ 7 m between to preferably about for and for n ~ 3 m between to preferably about lies, or d ate. for n = 213 m =, for n = 2.4 m = for n = 2.5 m = and for n = 2.7 m =.
Bei der Ermittlung der Kurve zwischen der Punkten P und Q könnte man derart vorgehen, daß anstelle die Kurve zwischen den Punkten P undWhen determining the curve between points P and Q one could proceed in such a way that instead of the curve between points P and
Q zu errechnender Kurvenverlauf zwischen P und Po ermittelt wird und dieser Verlauf bezüglich der positiven y-Achse gespiegelt wird. Die Abbildung der Kurve zwischen den Kurven P und Q auf den zweiten Quadranten IIkann entweder durch punktweises Abbilden oder durch Berechnung mit entsprechenden Abbildungsgleichungen erfolgen. Die gewählte Kurve im Quadranten I und die anschließende Kurve im Quadranten II besitzen den gleichen Tangentialwinkelct in dem Punkt Q, womit ein stetiges bzw. ruckfreies Ineinandergehen der Kurven gewährleistet ist. Mit der Bestimmung der Kurve kann man in einem beliebigen Quadranten beginnen, da die Quadranten Spiegel symmetrisch sind bzw. die Kurve in folgenden Quadranten durch Abbildung erhalten wird. Die Abbildung der jeweils gewählten Kurve kann nach einer beliebigen Seite erfolgen.Q curve curve to be calculated between P and Po is determined and this curve is mirrored with respect to the positive y-axis. The curve between the curves P and Q can be mapped onto the second quadrant II either by point-by-point mapping or by calculation with corresponding mapping equations. The selected curve in quadrant I and the subsequent curve in quadrant II have the same tangential angle at point Q, which ensures a continuous or jerk-free merging of the curves. The determination of the curve can begin in any quadrant, since the quadrant mirrors are symmetrical or the curve in the following quadrants is obtained by imaging. The selected curve can be displayed on any side.
Die erfindungsgemäß angeführten Kurven geben gute Bedingungen bezüglich des Tangentialwinkels, des Gleitens des Kolbens 3 an der Hüll kurve bzw. Innenkontur sowie zur Erzielung guter Verhältnisse zwischen den. vom Kolben 3 in den einzelnen Quadranten begrenzten Volumina 8, 9.The curves given according to the invention give good conditions with regard to the tangential angle, the sliding of the piston 3 on the envelope curve or inner contour, and to achieve good relationships between the. volumes 8, 9 delimited by the piston 3 in the individual quadrants.
Fig. 2 zeigt eine Schar von gewählten Kurven K.K'.K''K'", die bei n=2 verschiedenen m-Werten bzw. verschiedenen d-Werten entsprechen und somit verschieden gelegene Punkte Po besitzen. Schematisch ist dargestellt, wie die äußerste Kurve K bzw. die innerste Kurve K'" bei Verdrehen des Kolbens 3 um den Koordinatenursprung 0 auf die Kurven K bzw. K"' im Quadranten II abgebildet werden, während sich der Schwenkpunkt S um den Koordinatenursprung 0 auf einer Kreisbahn mit dem Radius bewegt. Man erkennt ferner, daß mit kleiner werdendem d die Kurven flacher werden und sich in ihrem Mittelbereich einer Geraden annähern. Gleiches gilt für die in den Fig. 3 - 6 dargestellten Kurven, bei denen der Parameter n entsprechend die Werte 3, 4, 5 und 6 annimmt. Bei gleichem m werden die Kurven mit zunehmendem n flacher. Zur Kurve K in Fig.5 ist zu bemerken, daß eine Abbildung der gewählten Kurve K in den Quadranten II eine Kurve ergibt, die in der Praxis aufgrund der vorhandenen Wellung im Kurvenverlauf und der auftretenden Kolbenschwenkungen nicht gut verwendbar ist. Bei zunehmenden Werten von n ist es somit zweckmäßig, die Werte d kleiner zu wählen, was auch die Kurve K" der Fig.5 zeigt.2 shows a family of selected curves K.K'.K''K '", which correspond to different m values or different d values at n = 2 and thus have different points Po. The diagram shows how the outermost curve K or the innermost curve K '"when the piston 3 is rotated by the coordinate origin 0 are depicted on the curves K or K"' in the quadrant II, while the pivot point S around the coordinate origin 0 on a circular path with the Radius moves also recognizes that as d decreases, the curves become flatter and approach a straight line in their central region. The same applies to the curves shown in FIGS. 3-6, in which the parameter n assumes the values 3, 4, 5 and 6 accordingly. At the same m, the curves become flatter with increasing n. Regarding curve K in FIG. 5, it should be noted that an illustration of the selected curve K in quadrant II results in a curve which, in practice, cannot be used well due to the curl present in the curve and the piston swings that occur. With increasing values of n, it is therefore expedient to make the values d smaller, which is also shown by the curve K "in FIG.
In Fig.6 ist nur mehr eine der Kurve K' entsprechende Kurve K' im Quadranten II eingezeichnet, die einem d-Wert entspricht, der relativ klein ist, da größere d-Werte zu Kurven führen, die aufgrund ihrer Wenigkeit keinen praktischen Wert besitzen. Man erkennt ferner, daß aufgrund des großen Wertes von n und des kleinen Wertes von d die Kurven im Quadranten I über einen sehr großen Teil ihrer Länge an eine Gerade angenähert sind.In FIG. 6, only one curve K 'corresponding to curve K' is drawn in quadrant II, which corresponds to a d value, which is relative is small, since larger d-values lead to curves that have no practical value due to their small size. It can also be seen that due to the large value of n and the small value of d, the curves in quadrant I are approximated to a straight line over a very large part of their length.
Fig. 7 zeigt einen Schwenkkolben 3, der auf einem Schwenkbolzen 10 mit dem Schwenkpunkt S gelagert ist. Die Endpunkte der Dichtleisten 11,12, die von den Kolbenenden getragen sind, sind mit 6 und 7 bezeichnet und liegen im Quadranten I an der Gehäuseinnenwand 2, die von der gewählten Kurve gebildet ist, an. Zu bemerken ist ferner, daß die der Wand des Gehäuse 1 zugekehrte Fläche 13 des Kolbens 3 nahezu dieselbe Krümmung aufweist wie die gewählte Kurve im Quadranten I bzw. III. Bei Wahl einer derartigen Fläche 13 des Kolbens 3 wird es möglich, z.B. in dem Quadranten I eine nahezu vollständige Verdrängung des in dem Verdrängungsraum enthaltenen Fluides zu erhalten, womit ein optimaler Wirkungsgrad des Motors der Pumpe bzw. des Kompressors erreicht wird.Fig. 7 shows a pivot piston 3 which is mounted on a pivot pin 10 with the pivot point S. The end points of the sealing strips 11, 12, which are carried by the piston ends, are designated by 6 and 7 and lie in quadrant I on the housing inner wall 2, which is formed by the selected curve. It should also be noted that the surface 13 of the piston 3 facing the wall of the housing 1 has almost the same curvature as the selected curve in quadrant I or III. By choosing such a surface 13 of the piston 3 it becomes possible, e.g. to obtain an almost complete displacement of the fluid contained in the displacement space in the quadrant I, with which an optimal efficiency of the motor of the pump or of the compressor is achieved.
Die Dichtleisten 11, 12 können in ihren Lagerausnehmungen 14 mit angedeuteten Federn 14' federnd gelagert sein und mit diesen Federn 14 gegen die Innenwand 2 des Gehäuses 1 gedrückt werden.The sealing strips 11, 12 can be resiliently mounted in their bearing recesses 14 with indicated springs 14 'and can be pressed with these springs 14 against the inner wall 2 of the housing 1.
Fig. 8 zeigt eine Dichtleiste 11,12die nicht exakt in einem Punkt 6 mit der Gehäuseinnenwand 2 in Berührung gebracht werden kann, sondern die8 shows a sealing strip 11, 12 which cannot be brought into exact contact with the housing inner wall 2 at a point 6, but rather the
Dichtleiste 11 ist an der dem Gehäuse zugewandten Fläche 15 abgerundet.Sealing strip 11 is rounded on the surface 15 facing the housing.
Fig. 9 zeigt schematisch einen Kolben 3 mit derartigen Dichtleisten 11, 12 in einem Gehäuse 1 angeordnet. Im Quadranten I ist die gewählte Kurve von Punkt Po bis zum Punkt Q dargestellt. Die Dichtleiste 12 liegt hiebei mit ihrem seitlichen, dem Schwenkpunkt S des Kolbens 3 zugekehrten Bereich 17 an der Innenwand des Gehäuses an bzw. die Krümmung des Flächenbereiches 17 ist an die Krümmung der Innenkontur 2 des Gehäuses 1 in diese Bereich angepaßt. Für die angedeutete Dichtleiste 11 gelten Spiegelbildliche Bedingungen. Die in Fig. 8 strichliert angedeutete Spitze 6 der Dichtleiste 12würde im Punkt Q zu liegen kommen; da die Fläche 15 der Dichtleiste 12 jedoch gerundet ist, endet die gekrümmte Fläche 15 in einem geringen Abstand vom Punkt Q. In einer Stellung in der der Schwenkpunkt des Kolbens 3 auf der x-Achse liegt, ist eine Linie 16 auf der Fläche 15 vorhanden, an der die gekrümmte Fläche 15 der Dichtleiste 12 sich von ihrer Anlage an der Innenwand des Gehäuses abhebt. Der Abstand/zwischen den Linien 16 auf dem Dichtleisten 11 und 12 (Fig.7) kann hiebei um etwa 1/20 bis 1/8 kleiner sein als der Abstand zwischen den Punkten P und Q bzw. als die wirksame Kolbenlänge 1.Fig. 9 shows schematically a piston 3 with such sealing strips 11, 12 arranged in a housing 1. Quadrant I shows the selected curve from point Po to point Q. The sealing strip 12 lies with its lateral area 17 facing the pivot point S of the piston 3 on the inner wall of the housing, or the curvature of the surface area 17 is adapted to the curvature of the inner contour 2 of the housing 1 in this area. Mirror-image conditions apply to the indicated sealing strip 11. The tip 6 of the sealing strip 12, indicated by dashed lines in FIG. 8, would come to rest at point Q; however, since the surface 15 of the sealing strip 12 is rounded, the curved surface 15 ends at a short distance from the point Q. In a position in which the Pivot point of the piston 3 on the x-axis, there is a line 16 on the surface 15, on which the curved surface 15 of the sealing strip 12 stands out from its contact with the inner wall of the housing. The distance / between the lines 16 on the sealing strips 11 and 12 (FIG. 7) can be about 1/20 to 1/8 smaller than the distance between the points P and Q or as the effective piston length 1.
Die Kurve im Quadranten II des Gehäuses 1 wird nun auf gleiche Weise z.B. durch Abbildung ermittelt wie die Kurven 41im Quadranten II der Fig. 1 - 6, jedoch ist dabei zu beachten, daß die erhaltene Kurve 40 etwas in Richtung auf den Koordinatenursprung 0 verschoben ist, da ja der die Kurve erzeugende Punkt 16 nicht lagefest verbleibt, sondern die Kurve von dem jeweils äußersten Punkt der gekrümmten Fläche 15 der Dichtleiste 11 bestimmt wird. Man erkennt anhand der eingezeichneten Flächen 15', daß die Fläche 15 der Dichtleiste 11 über die entwickelte Kurve abg leitet bzw. immer ein anderer Punkt der Fläche die abgebildete Kurve berührt, bis sie mit einem in ihrer Mitte liegenden Punkt im Punkt Qo zu liegen kommt. Bei Weiterbewegung der Dichtleiste 12 gleitet dieThe curve in quadrant II of the housing 1 is now e.g. determined by mapping how the curves 41 in quadrant II of FIGS. 1-6, but it should be noted that the curve 40 obtained is shifted somewhat in the direction of the coordinate origin 0, since the point 16 generating the curve does not remain fixed in position, but instead the curve is determined from the outermost point of the curved surface 15 of the sealing strip 11. It can be seen from the areas 15 'drawn in that the area 15 of the sealing strip 11 leads over the developed curve or that another point of the area always touches the illustrated curve until it comes to a point in the middle of it at point Qo . When the sealing strip 12 moves further, it slides
Fläche 15 weiter relativ zur aufgespannten Kurve 40und erreicht schließlich in bezug auf die Innenkontur 2 im Quadranten II eine zur Lage im Quadranten I Spiegelbildliche Lage/ im Punkt R. In dieser Lage würde die Dichtleiste 11 die im Punkt Q dargestellte Lage der Dichtleiste 12 einnehmen . .Surface 15 continues relative to the spanned curve 40 and finally reaches with respect to the inner contour 2 in quadrant II a position mirrored to the position in quadrant I / in point R. In this position, sealing strip 11 would assume the position of sealing strip 12 shown in point Q. .
Vorteil hafterweise beträgt der Abstand a zwischen der Mitte der gekrümmten Fläche 15 der Dichtleisten 11, 12 und den auf der Kurve gewählten Punkten P, Q etwa 1/50 bis 1/400 der Kolbenlänge. (Fig.8).Advantageously, the distance a between the center of the curved surface 15 of the sealing strips 11, 12 and the points P, Q selected on the curve is approximately 1/50 to 1/400 of the piston length. (Fig.8).
Es ist möglich, die Innenkontur an die durch die gewählten Parameter bestimmte Kurve auch nur anzunähern und z.B. durch die Federung der Dichtleisten Ungenauigkeiten bzw. Spiele auszugleichen. Die angegebenen Bereiche bzw.Wertefür die Parameter d und m beziehen sich jeweils auf Einheitender Kolbenlänge 1, die durchwegs mit 1 angesetzt wurde und somit als Faktor bei den Werten für n und d nicht aufscheinen. Wenn z.B. die Kolbenlänge 80 mm beträgt und für die Kurve ein Wert von d= 0,07 bzw. einWert von m= gewählt wurde bedeutet dies, daß die Strecke d in natura 7,2 mm und die Strecke m in natura 70 mm betragen.It is possible to even approximate the inner contour to the curve determined by the selected parameters and to compensate for inaccuracies or play, for example, by the suspension of the sealing strips. The ranges or values given for the parameters d and m each relate to units of piston length 1, which were consistently set to 1 and thus do not appear as a factor in the values for n and d. If, for example, the piston length is 80 mm and a value of d = 0.07 or a value of m = was selected for the curve, this means that the distance d in nature is 7.2 mm and the distance m in natura is 70 mm.
Im folgenden wird die Funktion der Rotationskolbenanordnung im Betrieb als Kompressor, Pumpe bzw. Motor anhand der Fig. 1a beschrieben.The function of the rotary piston arrangement in operation as a compressor, pump or motor is described below with reference to FIG. 1a.
Kompressor:Compressor:
Die Rotationskolben werden von der Welle 5 angetrieben. Im Gehäuse sind Ansaug- und Auslassöffnungen, vorzugsweise an der Umfangslinie des Gehäusemantels, vorgesehen, wobei die Austrittsöffnungen im Bereich 27 (Fig.1a) und 24 in Abhänigigkeit von Schadraum in der oberen Kolbenstellung liegen und die Einlaßöffnungen 22 und 26 in Abhängigkeit von den Austrittsöffnungen in Bereich 28 liegen. Die Abweichung bzw. der Bereich 27 wird so gewählt, daß der Kolben 3 mit seinem nacheilenden Ende die Hinterkante 29 des Auslaßschlitzes 20 erst überschreitet (freigibt), wenn das im Schadraum 8 befindliche, verdichtete Gas auf Umgebungsdruck (1Bar) expandiert ist. (Schadraum= Volumen zwischen der Kolbenkrümmung und dem Gehäuse im oberen Totpunkt, bzw. zusätzlich der Raum 30 zwischen Verdichtungsraum und Rückschlagventil im Rau 20).The rotary pistons are driven by the shaft 5. Suction and outlet openings are provided in the housing, preferably on the circumferential line of the housing shell, the outlet openings in the region 27 (FIG. 1a) and 24 being in the upper piston position depending on the clearance space and the inlet openings 22 and 26 depending on the outlet openings are in area 28. The deviation or the range 27 is selected so that the piston 3 with its trailing end only crosses (releases) the rear edge 29 of the outlet slot 20 when the compressed gas located in the harmful space 8 has expanded to ambient pressure (1 bar). (Damaged space = volume between the piston curvature and the housing at top dead center, or in addition the space 30 between the compression space and check valve in space 20).
Der Rotationskompressor arbeitet als typische 2 Taktmaschine, und zwar Ansaugen und Verdichten, wobei sich jeder Takt über 90° erstreckt, so daß jeder der beiden Kolben pro Wellenumdrehung 2 Arbeitstakte erbringt. Ein 2-Kolbenkompressor erbringt somit insgesamt 4 Arbeitstakte pro Wellenumdrehung.The rotary compressor works as a typical 2-cycle machine, namely suction and compression, with each cycle extending over 90 °, so that each of the two pistons produces 2 work cycles per shaft revolution. A 2-piston compressor therefore produces a total of 4 work cycles per shaft revolution.
Durch Verdrehung des Kolbens 3 (Fig.1a) aus der dargestellten Position wird der Volumsraum 9 durch die öffnung 22 gefüllt. Der Verdichtungstakt beginnt, wenn das nacheilende Kolbenende diuf Dichtelement die Kante 31 überschreitet. Bei Erreichen eines Druckes der größer ist als der Gegendruck, der das Ventil bei 24 auf der Gegenseite beaufschlagt, verläßt das verdichte Gas die Kammer durch die Öffnung im Bereich 24. Das im Schadraum verbliebene Restgas expandiert bei Weiterdrehung des Kolbens unter Arbeitsabgabe auf Umgebungsdruck; durch Einlaß 26 beginnt der nächste Zyklus mit einem neuerlich Ansaugtakt.By rotating the piston 3 (FIG. 1a) from the position shown, the volume space 9 is filled through the opening 22. The compression stroke begins when the trailing piston end on the sealing element exceeds the edge 31. When a pressure is reached which is greater than the counterpressure which acts on the valve at 24 on the opposite side, the compressed gas leaves the chamber through the opening in area 24. The residual gas remaining in the contaminated space expands to ambient pressure when the piston continues to rotate, with work being carried out; through inlet 26, the next cycle begins with a new intake stroke.
Der erforderliche Einlaß- und Auslaßquerschnitt wird Erreicht, indem die erforderliche Fläche in Form eines Langloches (Schlitzes) quer zur Rotationsrichtung weitestmöglich gestreckt wird, so daß in der Folge der Abstand zwischen Vorder- und Hinterkante dieses Schlitzes in Rotationsrichtung gesehen möglichst klein wird.The required inlet and outlet cross-section is achieved by the required area in the form of an elongated hole (slot) is stretched as far as possible transversely to the direction of rotation, so that the distance between the front and rear edges of this slot in the direction of rotation becomes as small as possible.
Fluidpumpe:Fluid pump:
Eine Fluidpumpe fördert (vorzugsweise) flüssige Medien. Der gesamte Innenraum 31, der nur durch die beiden (schematisch angegebenen) Kolbenunterseiten 32/32' und die Gehäuseinnenwand 2, begrenzt ist, und somit einer Volumsänderung von zirka dem doppelten Volumen 9 pro Umdrehung um 90° (1/4 Umdrehung) unterliegt, wird als 3. Arbeitsraum verwendet. Durch die Inkompressibilität der flüssigen Medien wird somit das "Hubvolumen" der Maschine pro Wellenumdrehung etwa verdoppelt. Bei Rechtsdrehung der Antriebswelle 5 werden die beiden Kammern 9/33 durch die Öffnungen 22 und 26 gefüllt und der volle Innenraum 31 durch die Öffnungen 30 und 24 entleert. Bei gleichzeitiger Überschreitung der Position 90° und 270° durch beide Kolben sind die beiden Kammern 9 und 33 maximal gefüllt bzw. der Innenraum 31 maximal entleert. Bei weiterer Rotation auf 180° bzw. 360° werden die Kammern 9 und 33 entleert und der Innenraum 31 maximal gefüllt. Eine Verschiebung der Öffnungen 20, 22, 24, 26 um den Betrag 27 oder 28 wie beim Kompressor ist nicht erforderlich.A fluid pump conveys (preferably) liquid media. The entire interior 31, which is only limited by the two (schematically indicated) piston undersides 32/32 'and the housing inner wall 2, and is therefore subject to a change in volume of approximately twice the volume 9 per revolution by 90 ° (1/4 revolution), is used as 3rd work space. Due to the incompressibility of the liquid media, the "stroke volume" of the machine per shaft revolution is approximately doubled. When the drive shaft 5 is turned clockwise, the two chambers 9/33 are filled through the openings 22 and 26 and the full interior 31 is emptied through the openings 30 and 24. If the two pistons simultaneously exceed the 90 ° and 270 ° position, the two chambers 9 and 33 are filled to the maximum or the interior 31 is emptied to the maximum. Upon further rotation to 180 ° or 360 °, the chambers 9 and 33 are emptied and the interior 31 is filled to the maximum. A displacement of the openings 20, 22, 24, 26 by the amount 27 or 28 as in the compressor is not necessary.
Motor:Engine:
Die Ausführungsform füR Verbrennungsmotoren sieht im Bereich 0°bzw. 360° zumindest eine Zündkerze vor, im Bereich von ca. 125° - 165° eine Auspufföffnung und eine Ansaugöffnung im Bereich von ca. 200° - 240° bei RechtsdrehungThe embodiment for internal combustion engines sees in the range 0 ° or. 360 ° at least one spark plug in front, in the range of approx. 125 ° - 165 ° an exhaust opening and an intake opening in the range of approx. 200 ° - 240 ° when turning to the right
Aus der Position 180° des Kolbens 3' bewirkt eine Verdrehung des Kolbens 3' die Kammerfüllung in 33 durch die Öffnung 25. Die maximale Kammerfüllung wird in Stellung 270° erreicht. Die Überschreitung dieser Stellung bewirkt die Kompression des brennbaren Gemisches. In der Stellung 360° erfolgt bei maximaler Kompression die Zündung, der der Arbeitstakt bis in die Position 90° folgt, wobei der Auslaßschlitz 23 die Auslaßphase einleitet bzw. bis in die Position 180° durch die Öffnung 23 die Abgase ausgeschoben werden. Mit einer Phasenverschiebung von 180° durchläuft der gegenüberliegende Kolben den gleichen Prozeßablauf.From the 180 ° position of the piston 3 ', a rotation of the piston 3' causes the chamber filling in 33 through the opening 25. The maximum chamber filling is reached in the 270 ° position. Exceeding this position causes the combustible mixture to compress. In the 360 ° position, the ignition takes place at maximum compression, which is followed by the work cycle to the 90 ° position, the outlet slot 23 initiating the exhaust phase or the exhaust gases being pushed out through the opening 23 to the 180 ° position. With a phase shift of 180 °, the opposite piston goes through the same process.
9 Fig.9 Fig.
10 Patentansprüche 10 claims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Rotationskolbenanordnung für einen Motor, eine Pumpe, einen1. Rotary piston assembly for an engine, a pump, a
Kompressor od.dgl., bei der in einem Gehäuse zumindest zwei Kolben in ihrer Längsmitte auf Auslegern schwenkbar gelagert sind, wobei die Ausleger drehfest mit einer An- oder Abtriebswelle verbunden sind, derenCompressor or the like, in which at least two pistons are pivotally mounted on arms in the longitudinal center of a housing in a housing, the arms being rotatably connected to an input or output shaft, the
Mittelpunkt Gehäusemittelpunkt und Koordin tenursprung ist, wobei dieCenter point of housing center and coordinate is origin, the
Kobenenden dichtend an der Innenwand des Gehäuses anliegen, wobei dieButt ends abut sealingly on the inner wall of the housing, the
Innenwand bzw. -kontur des Gehäuses in vier Quadranten geteilt ist, von denen gegenüberliegende Quadranten spiegelbildliche Innenkontur besitzen, wobei die Innenkontur des Gehäuses in jedem Quadranten symmetrisch inInner wall or contour of the housing is divided into four quadrants, of which opposite quadrants have a mirror-image inner contour, the inner contour of the housing being symmetrical in each quadrant
Bezug auf die jeweilige durch den Quadranten verlaufende Koordinatenachse ist, und wobei die Endpunkte der Innenkontur in jedem. Quadranten von PunktWith respect to the respective coordinate axis running through the quadrant, and with the end points of the inner contour in each. Quadrants from point
(P,Q,R,T) bestimmt sind, die bezüglich des Gehäusemittelpunktes als(P, Q, R, T) are determined, which refer to the center of the housing as
Koordinatenursprung die x, y-Koordinaten x= + und y= + 1 aufweisen, wobei 1 die Kolbenlänge ist, dadurch gekennzeichnet, daß der SchwenkpunktCoordinate origin that have x, y coordinates x = + and y = + 1, where 1 is the piston length, characterized in that the pivot point
(5) des Kolbens (3) auf dem Ausleger (4) auf der Höhe der Verbindungslinie zwischen dem voreilenden (7) und nacheilenden (6) Ende des Kolbens (3) gelegen ist, daß die Innenkontur eines der Quadranten (I,II,III,IV) von einer gekrümmten Kurve gebildet ist, die zwischen den Endpunkten (P,Q) dieses Quadranten (I) der Gleichung xn + (y+m)n = rn genügt, wobei n≥2 ist, m eine vorzeichenbehaftete wählbare Strecke auf der die Kurve jeweils halbierenden Koordinatenachse (x,y) ist, die einer Strecke zwischen dem Gehäuse(koordinaten)mittel punkt 0 und einem auf dieser Koordinatenachse gelegenen verallgemeinerten Kurvenmittel punkt (R) entspricht, und r der verallgemeinerte Kurvenradius ist, der durch die Summe r = ' j + m + d ge geben ist, wobei d der wählbare Abstand zwischen, dem auf der Koordinatenachse befindlichen Kolbenschwenkpunkt (S) und dem Kurvenschnittpunkt (Po) mit der Koordinatenachse ist, und daß die Innenkontur in dem an diesenanschließenden Quadranten (II) durch Abbildung dieses gewählten Kurvenabschnittes gebildet ist, bei welcher Abbildung der Kolben (3) um den Gehäusemittelpunkt (0) verdreht wird, das in Drehrichtung nacheilende Kolbenende(5) of the piston (3) on the arm (4) at the level of the connecting line between the leading (7) and trailing (6) end of the piston (3) that the inner contour of one of the quadrants (I, II, III, IV) is formed by a curved curve which, between the end points (P, Q) of this quadrant (I), satisfies the equation x n + (y + m) n = r n , where n≥2, m is a signed one selectable distance on the coordinate axis (x, y) bisecting the curve, which corresponds to a distance between the housing (coordinate) center point 0 and a generalized curve center point (R) located on this coordinate axis, and r is the generalized curve radius that by the sum r = ' j + m + d ge where d is the selectable distance between the piston pivot point (S) on the coordinate axis and the curve intersection point (Po) with the coordinate axis, and that the inner contour is formed in the quadrant (II) adjoining these by mapping this selected curve section, in which illustration the piston (3) is turned around the center of the housing (0), the piston end lagging in the direction of rotation
(6) längs des durch die gewählten Parameter n, m, d bestimmten Kurvenabschnittes bewegt wird und das voreilende Kolbenende (7) den Kurvenabschnitt im anschließenden Quadranten (II) bestimmt. (6) is moved along the curve section determined by the selected parameters n, m, d and the leading piston end (7) determines the curve section in the subsequent quadrant (II).
2. Rotationskolbenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n gerade und ungradzahlige Werte besitzt.2. Rotary piston arrangement according to claim 1, characterized in that n has even and odd values.
3. Rotationskolbenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise n ist, und wobeiαder gewünschte Tangentialwinkel der Kurve in ihren Endpunkten (P,Q) ist, und α≥15°, vorzugsweise 20 - 40°, beträgt.3. Rotary piston assembly according to claim 1 or 2, characterized in that is preferably n, and wherein α the desired Tangential angle of the curve in its end points (P, Q), and α≥15 °, preferably 20 - 40 °.
4. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch insbesondere 0,07 - 0,1, gekennzeichnet, daß 0,003≤ d≤0,3, vorzugsweise 0,06≤d ≤0,2./ist.4. Rotary piston arrangement according to one of claims 1-3, characterized in particular 0.07-0.1, characterized in that 0.003≤ d≤0.3, preferably 0.06≤d ≤0.2. /.
5. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß 1 vorzugsweise insbesondere ist. 5. Rotary piston arrangement according to one of claims 1-4, characterized in that 1 is preferably in particular.
6. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß für n~2 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~3 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei , für n~4 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~5 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~6 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~7 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei und für n~8 m zwischen - bis vorzugsweise etwa bei liegt, bzw.d μ ß für n=2,3 m= für n=2,4 m=3 für n=2,5 m=26 und für n=2,7 m= ist. 6. Rotary piston arrangement according to one of claims 1-5, characterized in that for n ~ 2 m between to preferably approximately for n ~ 3 m between to preferably approximately for, for n ~ 4 m between to preferably approximately for n ~ 5 m between to preferably approximately for n ~ 6 m between to preferably approximately for n ~ 7 m between to preferably approximately for and for n ~ 8 m between - to preferably about or d μ ß for n = 2.3 m = for n = 2.4 m = 3 for n = 2.5 m = 26 and for n = 2.7 m =.
7. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Innenfläche (2) des Gehäuses (1) anliegenden Kolbenenden (6,7) von vorzugsweise federnd gelagerten Dicht!eisten/mit gerundeter Anlagefläche (15) gebildet sind.7. Rotary piston arrangement according to one of claims 1-6, characterized in that the piston ends (6, 7) resting against the inner surface (2) of the housing (1) are formed by preferably spring-mounted sealing strips / with a rounded contact surface (15) .
8. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den dem Schwenkpunktzugewandten Anlagepunkten (16) der im voreilenden (7) und der im nacheilenden (6) Kolbenende angeordneten Dichtleisten (11, 12) an der Innenfläche (2) des Gehäuses (1) etwas kleiner ist, vorzugsweise etwa um 1/20 bis 1/8 kleiner als die der gewählten Kurve zugrundegelegte Kolbenlänge (1). 8. Rotary piston arrangement according to one of claims 1-7, characterized in that the distance between the bearing points facing the pivot point (16) in the leading (7) and in the trailing (6) piston end arranged sealing strips (11, 12) on the inner surface ( 2) of the housing (1) is somewhat smaller, preferably approximately 1/20 to 1/8 smaller than the piston length (1) on which the selected curve is based.
9. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (15) der Dichtleiste(11,12) in ihren seitlichen, dem Schwenkpunkt (S) des Kolbens (3) zugewandten Bereich eine der Krümmung der Innenkontur (2) des Gehäuses (1) im Bereich des jeweilige Kurvenendpunktes (P,Q) entsprechende Rundung aufweist.9. Rotary piston arrangement according to one of claims 1-8, characterized in that the contact surface (15) of the sealing strip (11, 12) in its lateral, the pivot point (S) of the piston (3) facing one of the curvature of the inner contour (2nd ) of the housing (1) in the area of the respective curve end point (P, Q) has corresponding curvature.
10. Rotationskalbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die der Innenwand (2) des Gehäuses (1) zugewandte Kolbenfläche (13) an die durch die gewählte Kurve gegebene Innenkontur des Gehäuses angepaßt ist bzw. mit dieser im wesentlichen übereinstimmt. 10. Rotary calf arrangement according to one of claims 1-9, characterized in that the inner wall (2) of the housing (1) facing the piston surface (13) is adapted to the inner contour of the housing given by the selected curve or essentially corresponds to this .
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