EP0544025A1 - Rotary piston engine for compressible and non-compressible medium - Google Patents
Rotary piston engine for compressible and non-compressible medium Download PDFInfo
- Publication number
- EP0544025A1 EP0544025A1 EP91120058A EP91120058A EP0544025A1 EP 0544025 A1 EP0544025 A1 EP 0544025A1 EP 91120058 A EP91120058 A EP 91120058A EP 91120058 A EP91120058 A EP 91120058A EP 0544025 A1 EP0544025 A1 EP 0544025A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- degrees
- rotary piston
- inlet
- piston machine
- outlet
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
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
- F01C1/22—Rotary-piston machines or engines of internal-axis type with equidirectional movement of co-operating members at the points of engagement, or with one of the co-operating members being stationary, the inner member having more teeth or tooth- equivalents than the outer member
Definitions
- Rotary piston machines can be operated with the present inventions, depending on the technical design, with compressible and non-compressible media. Depending on the direction of energy, they work as an engine (steam engines, turbines, etc.) or as a working machine (pumps). Depending on the technical version, regulated or unregulated operation is also possible in both directions of rotation. If the corresponding new developments are used, constant funding can be achieved without free mass forces.
- speed control and also a hydraulic clutch can be implemented by regulating the medium flow with a flow control valve between the engine and the work machine.
- the epitrochoid form has long been known from mathematics. For the first time, this design principle gained importance in the Wankel engine named after its inventor.
- the two-arch design is common.
- the internal rotary piston has three corner points and three sides in a double-arch housing. This creates three work rooms.
- compressible media e.g. air
- incompressible media e.g. hydraulic oil
- Piston machines are mainly used to generate higher pressures.
- the basis of the piston machine is a periodically changing work area. The work area is filled with the compressible or non-compressible medium to be transported. Its pressure rises with compression and falls with expansion in an alternating sequence.
- inventions are piston compressors in versions with several pistons (compressors), vane compressors, screw compressors and the Roots blower.
- the piston machines work according to the displacement principle by enlarging and reducing the working space.
- the second group of machines for the transport and compression of media are the flow machines.
- turbomachines work is carried out on a continuously flowing medium via a rotor or rotor equipped with blades, and energy is thereby supplied to it, or energy is extracted from the flowing medium and converted into mechanical work.
- the direction of flow can be axial, radial or diagonal.
- turbomachines It is characteristic of turbomachines that the medium is accelerated by the blades and the flow energy is returned to pressure energy when it emerges.
- Technical embodiments are centrifugal pumps, axial compressors, radial compressors etc.
- the "Föttinger clutch” is particularly well known on hydraulic couplings.
- the previous technical solutions are not very advantageous for a number of applications.
- the piston machines have the disadvantage that the medium is not transported continuously. Furthermore, the amount of the transported medium depends on the speed. The compression only depends on the compression ratio. In addition, free mass forces occur with the piston machines. Working as an engine is difficult with the piston machines.
- the main disadvantage of turbomachines is that the medium must first be accelerated before it can be returned to pressure energy. On the other hand, it is advantageous over the piston machines that the medium is transported continuously and that there are no free mass forces.
- Rotary piston machines for use as pumps are proposed in the inventions [DE 2 021 513, DE 2 242 247, DE A1 2 402 084 and 0 094 379 A1]. However, the disadvantages inherent in the piston machines could not be eliminated.
- the rotary piston machine belongs to the group of piston machines.
- the energy conversion takes place exclusively by enlarging and reducing the work space.
- the flow rate of the medium should therefore be kept rather low.
- the rotating rotary piston is used according to the invention for switching over the three working spaces between the suction line and the extension line.
- the medium enters the work area from the suction line via the inlet channel in the inlet and outlet flange and through the flow piston (one for each work area). Via the same passage through the rotary piston, the medium, after further rotation during the push-out phase, reaches the pressure line via the outlet channel in the inlet and outlet flange.
- the inlet channels and outlet channels are arranged so that the rotary piston bushing is connected to the suction line during the suction phase and to the pressure line during the pressure or extension phase.
- the piston feed-through begins at the front of the piston, makes a right-angled arc in the piston, continues radially outwards and ends in the working area.
- the medium is controlled via the slot control. (In contrast to the control with piston machines with pressure-dependent or controlled intake and exhaust valves per cylinder).
- the two inlet channels in the inlet-outlet flange range approximately from 100 to 170 degrees and from 280 to 350 degrees.
- the two outlet channels range from 10 to 80 and from 190 to 260 degrees.
- This division applies provided that the feed-through channel runs through the rotary piston in the middle between two corner points of the rotary piston (see FIG. 10).
- This separating web has at least the same width as the feed-through channel through the rotary piston in order to avoid short-circuits between the inlet and outlet channels. For the location of the switchover point, it would be obvious to position it at 0, 90, 180, and 270 degrees as described above. However, this is not always advantageous.
- the rotary piston is not rotationally symmetrical and does not rotate on a circular path. Therefore, the feedthrough channels through the rotary piston do not rotate in a rotationally symmetrical manner. As a result, the area is quickly passed at 90 degrees and 270 degrees, while the area is slowly passed at 0 degrees and 180 degrees. However, it is necessary that all four switchover areas are overridden as quickly as possible. Therefore, the channels through the rotary piston and the inlet channels and outlet channels are arranged so that the changeover is always as quick as possible. This is the case if the switching points are arranged at approximately 60, 120, 240 and 300 degrees. The optimal switching point at z. B.
- Rotationally symmetrical running means that continuous delivery at constant pressure causes constant rotation on the drive shaft. This is not the case with the piston machine with pistons going up and down. This is also not yet the case with the rotary piston machine, as was technically shown above. Hydraulically it behaves like a piston machine with three cylinders, but without free mass forces.
- the following options are proposed in order to achieve rotational symmetry: From the geometry it follows that the inflow and outflow on the pressure and suction side rise and fall with the same amplitude according to a sine function.
- the driving force acting in the tangential direction on the eccentricity circle also changes along a sine function during suction and compression.
- it must therefore be achieved with a suitable measure that the rotary piston leads ahead in relation to the drive shaft when there is excess power (of the rotary piston) and lags behind when there is insufficient power.
- the rotary piston is therefore not coupled directly to the drive shaft, but rather via a gear that technically manages the leading and lagging of the rotary piston.
- connection between the rotary piston and the drive shaft is established with three lever arms.
- the control lever arm is controlled in a guideway so that the advance and retardation of the rotary piston is realized by the lever movement.
- the medium is z. B. from 90 to 180 degrees not transported through the outlet channel, but pushed back into the inlet channel. This is made technically possible so that the separator between the inlet and outlet at 0 and 180 degrees can be moved counterclockwise up to 90 and 270 degrees.
- the inlet channels are extended in the circumferential direction in accordance with the setting of the separating webs and the outlet channels are shortened.
- the medium is thus pushed back into the inlet channels after passing over the bottom dead center.
- the flow rate can thus be controlled from 0 to 100%.
- the direction of rotation can be reversed by reversing the direction of flow of the medium through the rotary piston machine.
- a smooth transition between engine operation and turbine operation is only possible by reversing the direction of energy.
- Starting in uncontrolled turbine operation is also possible with non-compressible media, since at least one working area is always acted on by the pressure line.
- the rotary piston machine described can also be used for compressible media for non-compressible media with continuous inlet and outlet slots.
- this embodiment is only advantageous if only transport of the medium and no major increase in pressure (compression) is required.
- the compressible medium e.g. air
- another design for the rotary piston machine is appropriate. Regulation of the medium flow from 0 to maximum is possible. Constant delivery without changing the speed is only possible with uncontrolled rotary piston machines for compressible media. Rotationally symmetrical running is also possible for a given medium.
- the rotary piston machine in the version under consideration is driven counterclockwise by a motor (e.g. electric motor).
- the medium to be compressed is sucked in from 90 to 180 degrees (270 to 360 degrees) via the inlet duct.
- the medium in the work area is compressed from 180 to 270 degrees (0 to 90 degrees) and only pushed out at 270 degrees (90 degrees) when it has already been compressed. If only delivery and no major pressure increase is required, the compressed medium (e.g. air) can be pushed out earlier (e.g. at 260 degrees and 80 degrees). This applies to the application z. B. as a fan.
- the compressed medium (compressed air) is introduced at the point with the smallest working space volume V min. This is the case at 90 and 270 degrees at top dead center.
- the inlet opening In order to obtain a defined direction of rotation in this case counterclockwise, the inlet opening must be approximately 100 or 280 degrees, so that the rotary piston does not turn back over top dead center when starting.
- the medium relaxes up to 180 or 0 degrees and does the mechanical work by relaxing the medium.
- the relaxed medium is pushed out via the outlet channel.
- a continuous outlet channel must therefore be created from 180 to 270 and from 0 to 90 degrees.
- the difference to the machines for incompressible medium is that from 90 to 180 (270 to 360 degrees) no medium is added.
- the drive work is done by relaxing the compressed air.
- a peculiarity when used as an engine is that in the worst case, when there is no passage through the rotary piston above an inlet channel, the rotary piston cannot rotate. This problem is countered by installing small inlet ducts or individual openings from 100 to 160 degrees (280 to 340 degrees). Compressed air can be applied to these channels during the start-up phase. When a passage through the rotary piston is above these separate inlet channels, the compressed air flows into the corresponding work area. If there is an increased power requirement, these approach openings can also be supplied with compressed air during operation. In addition to the partially relaxed compressed air, there is new compressed compressed air and thus increased torque.
- the following description of the mathematical relationships is always based on a double-armed rotary piston machine.
- the direction of rotation is counterclockwise and starts at 0 degrees.
- the state of the rotation is given in degrees (0 to 360).
- the three work rooms are designated I, II and III.
- the corners of the rotary piston opposite the working spaces are designated 1, 2 and 3.
- the first step is to investigate the mathematical relationship according to which the volume of the work space can be calculated.
- the increase in the workspace volume dV from OT to UT and the decrease in the workspace volume dV from UT to OT as a function of the angular velocity occurs according to a sine function.
- the sine function is given in the rotary piston machine because no connecting rod is required for the transmission of the piston stroke to the crankshaft, as in the reciprocating piston machine, but rather the piston acts directly on the shaft, so to speak.
- the volume flow increases according to the sine function until it reaches a maximum at 45, 135, 225, and 315 degrees and then decreases again and goes towards 0.
- V max and V min depend in particular on the design of the pistons.
- the smallest possible V min should be aimed for, since a larger V min means loss of efficiency (harmful space), especially with compressible media.
- the V min also includes the passage through the rotary piston into the work area.
- the power transmission between the medium and the machine takes place on the piston surfaces.
- the pressure of the medium can be thought of as a surface force. It acts perpendicular to the piston surface and its imaginary line of action goes through the center of the rotary piston.
- the surface force can be broken down into a radial and tangential part using the angular relationships at the center of the rotary piston. Only the tangential part contributes to the rotation.
- radial and tangential forces increase and decrease along a sine function. If the piston surface is at 0, 90, 180 or 270 degrees, the tangential force is 0 and the radial force has a maximum. At 45, 135, 225 and 315 degrees, the tangential force Ft reaches the maximum and the radial force Fr approaches 0.
- the rotary piston always hurries before or after the shaft.
- the lead and lag for the angular resolution in question can be calculated as follows: In the range from 0 to 30 degrees, the delivery curves of workspaces I and III are first added. In the range of 0 to 15 degrees, the area under the added curve is calculated starting from the intersection of curve III with the y-axis. The average area is calculated for the selected angular section (e.g. 1 degree). It is around 6.5 degrees. The average area is then divided by the areas under the angular sections 1, 2, 3 to 15 degrees. The corrected angular sections are thus obtained. In the range 0 to 6.5 degrees, they are less than 1 degree. From 6.5 to 15 degrees they are larger than 1.
- the corrected angular sections are added to the previously calculated angular sections.
- the total of these corrected angular sections must again be 15 degrees.
- the corrected angular sections are mirrored at 15 degrees.
- the leading and lagging are repeated analogously over the remaining rotation angle range.
- the values in the 2 degree interval starting from 0 to 15 degrees are shown below as an illustration.
- the maximum deviation at 6.5 degrees is 0.27 degrees. 0 2nd 4th 6 7 8th 10th 12th 14 15 0 1.85 3.76 5.73 6.73 7.74 9.79 11.87 13.96 15
- the rotary piston machine has the advantage that the free mass forces can be completely balanced. However, if constant conveyance has to be achieved by moving the rotary piston ahead and behind, free rotating inertial forces arise due to the advance and lag (acceleration and deceleration) of the rotary piston. These free mass forces of both the piston and the eccentric have to be compensated for by counter-rotating masses. To balance the mass forces, all free masses must be calculated and then counter-rotating masses must be created.
- FIG. 1 shows in sectional drawing AA how the implementation by the rotary piston is carried out according to the invention.
- This version is primarily suitable for non-compressible media.
- the cutting edge A-A is shown in Figure 6.
- the arrows on the cutting line represent the view from the left.
- Eccentric shaft angle and rotary piston angle are in the starting position at 0 degrees in Figure 1.
- the medium to be pumped enters through connections (not shown) at the inlet-outlet flange (11).
- the inlet channels (14) range from about 60 to 120 degrees and from 240 to 300 degrees.
- the bushings through the rotary piston (3) are in the 0 degree position at approximately 30 degrees, 120 degrees and 270 degrees.
- Working space II is connected to the inlet channel (14) in this rotary piston position.
- Working space I is at bottom dead center at 180 degrees and is switched counterclockwise from the inlet channel (14) to the outlet channel (15) in the direction of rotation under consideration.
- the current flow and torque ratios at 0 degrees are shown in FIG. 40.
- FIG. 1.1 summarizes the drawing in FIG. 1 and FIG. 6.
- Figure 1.1 is suggested for the summary.
- FIGURE 2 the piston was rotated 30 degrees counterclockwise.
- the passage through the rotary piston (3) to work area I is above the outlet channel (15), since the work area volume decreases.
- the passage through the rotary piston (3) to work area II is above the inlet duct (14), since the work area volume increases.
- Working space III has reached the top dead center OT and is switched from the outlet channel (15) to the inlet channel (14).
- the passage through the rotary piston (3) is above the separating web (27).
- the center of the rotary piston MK has moved up to 90 degrees, while the rotary piston (2) has rotated 30 degrees around its own axis.
- the center point MK of the rotary piston is at 180 degrees.
- medium is pushed out via the outlet channel (15).
- Workroom II has reached bottom dead center at 0 degrees and is switched from the inlet duct (14) to the outlet duct (15).
- workroom III the workspace volume increases.
- the passage through the rotary piston (3) is above the inlet channel (14).
- FIGURE 4 the center of the rotary piston MK is at 270 degrees. Workroom I has now reached top dead center at 270 degrees. In workroom II the volume decreases again. The passage through the rotary piston (3) is above the outlet channel (15). The volume continues to increase in workroom III. The passage through the rotary piston (3) is above the inlet channel (14).
- FIGURE 5 the center of the rotary piston MK has again reached the starting position at 0 degrees.
- Working space I is connected to the inlet duct (14).
- Workroom II with the outlet duct (15).
- Working space III is switched from the inlet duct (14) to the outlet duct (15).
- Working area I has undergone a complete outlet cycle from FIG. 1 to FIG. 4.
- Working area III has gone through a complete inlet cycle from FIG. 2 to FIG. 5.
- the course of the respective work space volume and torque can be followed with FIG. 40.
- FIG. 6 shows the rotary piston machine from FIG. 1 in section BB.
- the inlet-outlet flange (11) is shown with the inlet channels (14) visible in this sectional view.
- the rotary piston (2) is mounted on the shaft (4) and the eccentric (6) with the eccentric bearings (7).
- the two bushings (3) lead from the inlet duct (14) through the rotary piston (2) into the respective work area.
- the shaft (4) with the eccentric (6) is mounted in the inlet / outlet flange (11) and in the drive flange (10) with the shaft bearings (5).
- FIG. 6 also shows the section line AA for FIGS.
- inlet and outlet ducts with the associated passage through the rotary piston (3) could also be installed on the drive flange (10).
- the ring gear (8) and pinion (9) are then moved further inwards.
- several rotary piston machines can also be connected in series (in series).
- the inlet-outlet flange (11) z. B. the inlet channel (14) and in the drive flange (10), which is also an inlet flange for the next stage, the outlet channel (15) for this stage and the inlet channel (14) for the next stage can be accommodated.
- Another way to make more space for the inlet-outlet channels is to choose a smaller eccentricity.
- the embodiment for the rotary piston machine shown in FIG. 1 to FIG. 6 can be used for many applications.
- a hydraulic pump or hydraulic turbine As a hydraulic pump or hydraulic turbine.
- the advantage over conventional technical solutions is higher efficiency, smoother running due to the lack of free inertia forces and a more compact design.
- the rotary piston can be supported with shaft bearings and eccentric bearings in such a way that no more bearings are required at the inlet / outlet flange.
- FIGS. 7 to 16 show further possibilities for the design of the inlet and outlet unit.
- the inlet-outlet unit must be designed according to the requirements.
- FIG. 7 shows an embodiment predominantly for conveying non-compressible medium. It is suitable for regulating the flow of the medium to be pumped independently of the speed.
- This is carried out according to the invention in such a way that the separating web (23) between the inlet and outlet is designed to be displaceable in the circumferential direction at 120 degrees and counterclockwise at 300 degrees.
- the separator (27) at 60 degrees and 240 degrees is fixed.
- the separating web (23), which is rotatable in the circumferential direction, is additionally arranged in a guide (22) with a lever arm (25) so that it can rotate about its own axis.
- the lever arm (25) is aligned with the control pin (26), which runs in the guideway for the control pin (24) after being carried out by the rotary piston (3).
- the rotatable separating web (23) is displaced in the circumferential direction with the aid of the displacement unit (21).
- the rotatable arrangement is necessary because the passage through the rotary piston (3) is not radially aligned during the rotation due to the eccentricity.
- the separating web (23) which can be pushed in the circumferential direction must therefore be aligned in the radial direction after being carried out by the rotary piston (3).
- FIG. 8 and FIG. 9 show the sections DD and EE through the separating web (23).
- the inlet channels (14) range from 90 to 180 and from 270 to 360 degrees.
- the outlet channels (15) range from 0 to 90 and from 180 to 270 degrees.
- the passage through the rotary piston (3) is located in the middle between two corner points of the rotary piston (2). This version has the advantage that the area at bottom dead center at 0 and 180 degrees is passed over more slowly by the passage through the rotary piston (3). For applications, the slow crossing of the separator at 0 and 180 degrees can be used. In particular, there is more time to push out pressureless medium.
- FIGURE 11 only a single opening is provided for the inlet channel (14) as an inlet channel (14) at approximately 100 degrees and 280 degrees.
- This version is primarily intended for compressible media in the operating mode as a compressor or compressor.
- the passage through the rotary piston (3) is located in the middle between two corner points of the rotary piston (2). It can be made smaller here because the inlet channels (14) and outlet channels (15) have been arranged so that they can always be followed by the rotary piston (3). This has the advantage that the implementation by the rotary piston and thus V min can be kept very small.
- FIGURE 12 shows an embodiment for predominantly compressible medium in the operating mode of the controllable engine (turbine) with reversal of the direction of rotation.
- the direction of rotation is counterclockwise in the version shown.
- the medium e.g. compressed air
- the inlet opening (28) is located at 100 and 280 degrees in order to obtain the defined direction of rotation counterclockwise. Should not be carried out when starting the turbine If the rotary piston (3) is above the inlet opening (28), the rotary piston could not turn.
- Starting aids (32) are therefore created. These are openings through which compressed air is introduced when starting off. These starting aids (32) have no function in normal operation.
- the compressed medium compressed air
- the rotary piston (2) rotates from 90 degrees to 180 degrees and does mechanical work.
- the extension phase ranges from 180 to 270 degrees or 0 to 90 degrees.
- the relaxed medium is pushed out through the outlet opening (29).
- the sectional view FF of the inlet-outlet flange (11) shows how flow control and reversal of the direction of rotation can be carried out.
- the entire inlet-outlet unit (13) (hatched with lines 45 degrees) is rotated by 90 degrees in the circumferential direction. This enables the direction of rotation to be reversed with the control cylinder reversing the direction of rotation (19), the control ring reversing the direction of rotation (17) and the control channel reversing the direction of rotation (30).
- the inlet channels (14) are positioned at 90 and 270 degrees.
- the outlet channels (15) at about 20, 160, 200 and 340 degrees.
- the medium is thus introduced into the working space (20) via the inlet channels (14) and the inlet openings (28) and through the rotary piston (3).
- the relaxed medium is pushed out via the outlet openings (29) and the outlet channels (15).
- the control ring flow control (16) (lines hatched vertically) with the control cylinder flow control (18), and the control channel flow control (31). The maximum flow is set in the position shown.
- FIGURE 14 shows the direction of rotation in the clockwise direction.
- the inlet-outlet unit (13) was rotated by 90 degrees.
- the outlet openings (29) now range from 100 to 170 degrees and from 280 to 350 degrees.
- the inlet openings (28) are at about 80 and 260 degrees.
- the flow control control ring (16) has been moved to the central position. This means that only the first four outlet openings (29) are pushed out. The remaining four outlet openings (29) are compressed again. In the next inlet phase, as much compressed medium can no longer flow in, since there is already partially compressed medium in the work space (20). This is how flow and power control comes about.
- FIGURE 15 (section GG) shows a section at approximately 170 degrees.
- the side outlet channel (15) and the control channel for the direction of rotation (30) can be seen here. If this control channel is pressurized, the inlet-outlet unit (13) rotates counterclockwise. This means that the rotary piston (2) also runs counterclockwise.
- FIGURE 16 (section HH) shows the section at approximately 260 degrees.
- the inlet channel (14) is shown coming from the right from the inlet / outlet flange (11). It should also be noted that this inlet duct (14) has been drawn in the drawings 13 and 14 for the sake of clarity, although it is not visible in this illustration.
- a turbine can be operated in a flow-controlled manner in both directions of rotation with compressible medium.
- the direction of rotation can be reversed either by turning the control ring by hand or by applying pressure from the pressure medium.
- the flow control could be load dependent or be operated manually.
- Possible applications would be e.g. B. tools operated by compressed air (pneumatic screwdrivers, pneumatic drills etc.).
- compressible medium in particular can be transported.
- Applications would be e.g. B. fans in various technical designs but also compressors for air, coolants and gas turbines and steam turbines.
- FIGURES 20 to 27 show possibilities of how constant flow can be achieved without free mass forces. Constant flow can be achieved if the rotary piston leads or lags the shaft in a 15 degree interval by a maximum of 0.27 degrees with respect to the rotary piston.
- the solution according to the invention is that the lead and lag are carried out either by suitable non-circular gears or with a lever system.
- FIGURES 20 to 22 a lever system is proposed according to the invention which works as follows: On the eccentric auxiliary shaft (35), which is driven by the rotary piston (2), two joints of the eccentric auxiliary shaft (43) are attached to the eccentric auxiliary shaft (35).
- the drive joint lever (38) with the joint drive shaft (41) is attached to the shaft (3).
- the control articulated lever (39) is rotatably connected to the articulated drive shaft (41).
- the intermediate joint (42) is firmly connected to the control joint lever (39).
- the connection between the joint drive shaft (41) and the joint eccentric auxiliary shaft (43) is made with the intermediate joint lever (40).
- a triangle is thus formed with the joints intermediate joint (42), joint eccentric auxiliary shaft (43) and joint drive shaft (41).
- control joint lever (39) If the control joint lever (39) is deflected outwards, the angle between the drive joint lever (38) and joint eccentric auxiliary shaft (43) is reduced.
- the shaft (4) leads in relation to the rotary piston (2). If the control joint lever (39) is deflected inwards, the angle between the drive joint lever (38) and the joint eccentric auxiliary shaft (43) increases.
- the shaft (4) lags behind the rotary piston (2) or the eccentric auxiliary shaft (35).
- the radial rotation of the control joint lever (39) is carried out via the guide roller inner track (36) and the guide roller outer track (37) which run in the guide track milled in the drive flange (10) for leading and trailing (34).
- FIG. 21 shows the guideway for advance and retardation (34) with the guide rollers again separately.
- the deflection of the control joint lever (39) is determined using the values from the required advance and retardation (see FIG. 41) and the angular relationships on the control joint lever (39).
- the control link lever (39) is extended in the circumferential direction beyond the guide rollers (36, 37) up to about 170 degrees in order to create a mass balance for the reciprocating movements with the flywheel control link lever (44). For reasons of strength and symmetry, the entire lever system is also installed displaced by 180 degrees in the circumferential direction.
- FIGURE 22 section MM shows a section through the articulated lever. Since free rotational masses on the rotary pistons (2) and the eccentric auxiliary shaft (35) result from the leading and lagging, it is necessary to create a mass balance. Therefore, the system with the lever arms is also used for the opposite drive of the flywheel (45).
- the drive joint lever (38) with the joint flywheel (47) is attached to the auxiliary shaft flywheel (46).
- the control lever (39) is with the Articulated flywheel (47) rotatably connected.
- the intermediate joint (42) is firmly connected to the control joint lever (39).
- the connection between the flywheel joint (47) and the eccentric auxiliary shaft joint (43) is established with the intermediate joint lever (40).
- a triangle is thus formed with the joints intermediate joint (42), joint eccentric auxiliary shaft (43) and joint flywheel mass (47). If the control joint lever (39) is deflected outwards, the angle between the drive joint lever (38) and joint eccentric auxiliary shaft (43) is reduced.
- the auxiliary shaft flywheel (46) leads in relation to the rotary piston (2). If the control joint lever (39) is deflected inwards, the angle between the drive joint lever (38) and the joint eccentric auxiliary shaft (43) increases. The auxiliary shaft flywheel (47) lags behind the rotary piston (2) or the eccentric auxiliary shaft (35).
- the radial rotation of the control joint lever (39) is carried out via the guide roller inner track (36) and the guide roller outer track (37) which run in the guide track milled in the inlet / outlet flange (11) for leading and trailing (34).
- To design the flywheel mass all free rotary mass forces must be calculated. The required guideway for leading and trailing the flywheel can then be determined using the angular relationships.
- the entire lever system can of course also be accommodated in a separate housing. This solution for obtaining constant funding without free mass forces has the main advantage that there is practically no loss of efficiency due to the lever system.
- FIG. 23 section RR and the section illustration FIGURE 24 show a solution with a planetary gear.
- the external gear drive gear (51) is located on the inside of the eccentric auxiliary shaft (35).
- the planetary gear drive gears (50) with the auxiliary shaft planet gear drive gears (57) are mounted on the drive flange (10).
- the internal gear drive gear (52) is attached to the shaft (4).
- the planetary gear is designed as a non-circular gear with teeth offset in the circumferential direction or radial direction, so that the required advance and lag can be realized according to FIG. 41.
- FIG. 24 shows a section through the planet gears with the section SS.
- the planetary gear was also used to drive the flywheel.
- the external gear flywheel (54) is driven with the eccentric auxiliary shaft (35).
- the internal gear flywheel (55) is driven via the planetary gear flywheel mass (53) on the auxiliary shaft planetary gear flywheel mass (56).
- the flywheel internal gear (55) forms a unit with the flywheel auxiliary shaft (46) and the flywheel mass (45).
- the planetary gear flywheel and in particular the external gear flywheel (54) is designed as a non-circular gear and designed so that the free rotary masses are balanced. Speed translation between the eccentric auxiliary shaft (35) and shaft (4) can also be carried out with the planetary gear.
- the transmission for the drive and flywheel is not arranged below the rotary piston but outside in a separate housing (60).
- the drive wheel (62) is driven by the output shaft (61), which is coupled to the shaft (3) of the rotary piston machine.
- the auxiliary wheel (63) is driven by an internal gear.
- the drive pinion (65) with the drive shaft (69) is driven by the auxiliary wheel (63) with the internal gear drive (64).
- the pinion flywheel (67) with the shaft flywheel (68) and the flywheel mass (45) is driven with the auxiliary wheel (63) and the internal gearwheel flywheel (66).
- the internal gears drive (64) with the drive pinion (65) are designed as non-round gears to realize the pre-lag.
- FIGURE 26 with the section TT shows a section through the drive wheels.
- FIGURE 27 with the section UU shows a section through the gear pair for mass balancing.
- FIGURE 28 shows the technical design of a rotary piston machine, where the drive unit with the necessary bearings shaft bearing (5), eccentric bearing (7), auxiliary bearing rotary piston (48), ring gear (8), pinion (9) and the shaft (4) with eccentric ( 6) is housed in its own housing.
- the rotary piston (2) runs in the epitrochoid (1), which is sealed off from the drive unit with a stuffing box (49) or other suitable seals. This version is particularly necessary and appropriate for contaminated and non-lubricating media.
- FIG. 30 shows an application for stepless control of a hydraulic flow , as would be suitable, for example, for driving in a motor vehicle.
- a drive machine (80) (electric motor, gasoline engine, diesel engine, gas turbine, etc.) drives the external gear of a planetary gear (81).
- the main rotary piston machine (82) is driven by the planet gears.
- the compressed medium flow coming from the main rotary piston machine (82) is conducted via the flow control valves (86) to the four drive rotary piston machines (84).
- the drive rotary piston machines (84) drive the drive wheels (85). If the drive rotary piston machines (84) and drive wheels (85) are to rotate more slowly, the medium flow is throttled with the flow control valves (86).
- the pressurized medium flow then passes through the flow control valve control turbine (87) to the control rotary piston machine (83), which drives the external gear of the planetary gear (81).
- the control rotary piston machine (83) is driven so that it supports the drive machine (80) in the direction of force.
- the speed of the main rotary piston machine (82) decreases due to the differential effect of the planetary gear (81) to the extent that the speed of the control rotary piston machine (83) increases.
- the drive machine (80) is thus also relieved and the power supply and speed can be reduced.
- the control rotary piston machine (83) is expediently designed to be smaller than the main rotary piston machine (82).
- the arrows indicate the direction of force (mechanical or hydraulic).
- the speed of the drive machine (80) can be controlled for a given power requirement so that it achieves optimum efficiency.
- the power of the drive machine (80) can therefore be adapted exactly to the need.
- the differential effect between the four drive wheels results automatically.
- an ASR anti-slip control
- the regulation of the entire system is expediently carried out using a microcomputer.
- the power of the drive machine (80) is then specified by the microcomputer.
- the driver uses the accelerator pedal to set the driving speed instead of the engine speed. With this drive system, significant energy savings can be made through optimal, economical operation of the drive machine.
- FIGURE 40 shows the curves V HI V HII and V HIII . These curves represent the course of the absolute working space volume depending on the angle. The curves follow a sin2 function.
- the curves dV I dV II and dV III represent the increase and decrease of the medium flow in the respective work rooms.
- the curves Md I Md II and Md III represent the torque curve of the individual work rooms. These curves follow a simple sine function. It can also be seen from FIG. 40 how the absolute work space volume oscillates between the maximum value Vmax (bottom dead center) and the minimum value Vmin (top dead center).
- the sinusoidal curves dV as well as the sinusoidal curves, which represent the torque curve, assume positive and negative values.
- FIGURE 41 shows the effects of the lead and lag of the rotary piston. Where two work spaces (pressure or suction side) contribute to the funding, the two curves are added. The graduation of the input or output shaft / 3 is shown on the X axis below. The leading and lagging of the rotary piston is shown on the top. Section A shows the advance and retardation of the rotary piston (top) with respect to the drive shaft (bottom) in an enlarged view. Furthermore, the lines for the constant medium flow and the constant torque dV medium and Md medium are entered, which result from the leading and lagging of the rotary piston. For reasons of clarity, the degrees of rotary pistons and degrees of shaft (eccentric auxiliary shaft) are identical here.
- Patent specifications [DE 2 021 513, DE 2 242 247, DE A1 2 402 084 and 0 094 379 A1] DUBBEL paperback for mechanical engineering edition 16 OIL HYDRAULICS G.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydraulic Motors (AREA)
Abstract
Description
Die gegenständliche Erfindung bezieht sich auf Rotationskolbenmaschinen.
Rotationskolbenmaschinen können mit den gegenständlichen Erfindungen je nach technischer Ausführung mit kompressiblen sowie nichtkompressiblen Medien betrieben werden. Abhängig von der Energierichtung arbeiten sie als Kraftmaschine (Dampfmaschinen Turbinen etc.) oder Arbeitsmaschine (Pumpen). Weiters ist je nach technischer Ausführung geregelter oder ungeregelter Betrieb in beiden Drehrichtungen möglich. Bei Anwendung der entsprechenden Neuentwicklungen kann konstante Förderung ohne freie Massenkräfte erreicht werden. Zusätzlich kann mit zwei Rotationskolbenmaschinen in einer Einheit als Kraftmaschine und Arbeitsmaschine durch Regelung des Mediumsstromes mit einem Durchflußregelventil zwischen Kraftmaschine und Arbeitsmaschine Drehzahlübersetzung und auch eine Hydraulikkupplung verwirklicht werden.The present invention relates to rotary piston machines.
Rotary piston machines can be operated with the present inventions, depending on the technical design, with compressible and non-compressible media. Depending on the direction of energy, they work as an engine (steam engines, turbines, etc.) or as a working machine (pumps). Depending on the technical version, regulated or unregulated operation is also possible in both directions of rotation. If the corresponding new developments are used, constant funding can be achieved without free mass forces. In addition, with two rotary piston machines in one unit as the engine and the work machine, speed control and also a hydraulic clutch can be implemented by regulating the medium flow with a flow control valve between the engine and the work machine.
Die Epitrochoidenform ist aus der Mathematik schon seit langem bekannt. Erstmalig erlangte dieses Konstruktionsprinzip Bedeutung beim nach seinem Erfinder benannten Wankelmotor. Üblich ist die zweibogige Ausführung. Der innenliegende Rotationskolben hat bei zweibogigem Gehäuse drei Eckpunkte und drei Seiten. Damit ergeben sich drei Arbeitsräume. Für den Transport und die Verdichtung von kompressiblen Medien (z. B. Luft) oder inkompressiblen Medien (z. B. Hydrauliköl) gibt es derzeit je nach technischem Erfordernis eine ganze Reihe von Maschinen. Im wesentlichen kann man jedoch zwischen Kolbenmaschinen und Strömungsmaschinen unterscheiden. Zur Erzeugung höherer Drücke werden vorwiegend Kolbenmaschinen verwendet. Grundlage der Kolbenmaschine bildet ein sich periodisch verändernder Arbeitsraum. Der Arbeitsraum wird mit dem zu transportierenden kompressiblen oder nichtkompressiblen Medium gefüllt. Sein Druck steigt bei der Kompression und fällt bei der Expansion in abwechselnder Folge. Dazwischen respektive bei nichtkompressiblen Medien gleichzeitig findet der Ladungswechsel mit Ansaugen und Ausschieben statt. Technische Ausführungsformen sind hier Kolbenverdichter auch in Ausführungen mit mehreren Kolben (Kompressoren), Flügelzellenverdichter, Schraubenkompressoren sowie das Roots-Gebläse.
Die Kolbenmaschinen arbeiten nach dem Verdrängungsprinzip durch Vergrößern und Verkleinern des Arbeitsraumes.
Die zweite Gruppe der Maschinen für Transport und Verdichtung von Medien sind die Strömungsmaschinen. In Strömungsmaschinen wird über einen mit Schaufeln bestückten Läufer oder Rotor an einem kontinuierlich stömenden Medium entweder Arbeit geleistet und ihm dadurch Energie zugeführt oder es wird dem strömenden Medium Energie entzogen und in mechanische Arbeit umgewandelt. Die Durchströmrichtung kann axial, radial oder diagonal sein. Kennzeichnend für Strömungsmaschinen ist, daß das Medium durch die Schaufeln beschleunigt wird und die Strömungsenergie beim Austritt wieder in Druckenergie rückgeführt wird. Technische Ausführungsformen sind Kreiselpumpen, Axialverdichter, Radialverdichter etc.
An hydraulischen Kupplungen ist vor allem die "Föttinger Kupplung" bekannt.The epitrochoid form has long been known from mathematics. For the first time, this design principle gained importance in the Wankel engine named after its inventor. The two-arch design is common. The internal rotary piston has three corner points and three sides in a double-arch housing. This creates three work rooms. There are currently a whole range of machines for the transport and compression of compressible media (e.g. air) or incompressible media (e.g. hydraulic oil) depending on the technical requirements. Basically one can distinguish between piston machines and turbo machines. Piston machines are mainly used to generate higher pressures. The basis of the piston machine is a periodically changing work area. The work area is filled with the compressible or non-compressible medium to be transported. Its pressure rises with compression and falls with expansion in an alternating sequence. In between, or in the case of non-compressible media at the same time, the charge change takes place with suction and ejection. Technical embodiments are piston compressors in versions with several pistons (compressors), vane compressors, screw compressors and the Roots blower.
The piston machines work according to the displacement principle by enlarging and reducing the working space.
The second group of machines for the transport and compression of media are the flow machines. In turbomachines, work is carried out on a continuously flowing medium via a rotor or rotor equipped with blades, and energy is thereby supplied to it, or energy is extracted from the flowing medium and converted into mechanical work. The direction of flow can be axial, radial or diagonal. It is characteristic of turbomachines that the medium is accelerated by the blades and the flow energy is returned to pressure energy when it emerges. Technical embodiments are centrifugal pumps, axial compressors, radial compressors etc.
The "Föttinger clutch" is particularly well known on hydraulic couplings.
Die bisherigen technischen Lösungen sind für eine Reihe von Anwendungen nicht sehr vorteilhaft. So haben die Kolbenmaschinen den Nachteil, daß das Medium nicht kontinuierlich transportiert wird. Weiters hängt die Menge des transportierten Mediums von der Drehzahl ab. Die Verdichtung hängt nur vom Verdichtungsverhältnis ab. Außerdem treten bei den Kolbenmaschinen freie Massenkräfte auf. Die Arbeitsweise als Kraftmaschine ist bei den Kolbenmaschinen schwer möglich.
Bei den Strömungsmaschinen besteht vor allem der Nachteil, daß das Medium erst beschleunigt werden muß, um dann in Druckenergie rückgeführt werden zu können. Vorteilhaft gegenüber den Kolbenmaschinen ist hingegen, daß das Medium kontinuierlich transportiert wird und keine freien Massenkräfte vorhanden sind.
Rotationskolbenmaschinen zur Verwendung als Pumpen sind in den Erfindungen [DE 2 021 513, DE 2 242 247, DE A1 2 402 084 und 0 094 379 A1] vorgeschlagen. Jedoch konnten die den Kolbenmaschinen anhaftenden Nachteile nicht ausgeräumt werden.The previous technical solutions are not very advantageous for a number of applications. The piston machines have the disadvantage that the medium is not transported continuously. Furthermore, the amount of the transported medium depends on the speed. The compression only depends on the compression ratio. In addition, free mass forces occur with the piston machines. Working as an engine is difficult with the piston machines.
The main disadvantage of turbomachines is that the medium must first be accelerated before it can be returned to pressure energy. On the other hand, it is advantageous over the piston machines that the medium is transported continuously and that there are no free mass forces.
Rotary piston machines for use as pumps are proposed in the inventions [
Diese verschiedenen Nachteile sollen nun mit den gegenständlichen Erfindungen aufgehoben werden.These various disadvantages are now to be overcome with the present inventions.
Zunächst wird zwischen kompressiblem und nicht kompressiblem Medium unterschieden.
Muß der Druck eines kompressiblen Mediums (z. B. Luft) erhöht werden, erfährt dieses ja auch eine Volumenreduktion. Bei einem nicht kompressiblen Medium (z. B. Hydrauliköl) findet hingegen keine nennenswerte Volumenreduktion statt. Es sind daher für die Rotationskolbenmaschine je nach transportiertem Medium auch verschiedene Bauformen zweckmäßig. Die Kraftübertragung vom Rotationskolben auf die Welle erfolgt mit einem Exzenter. Der Mittelpunkt des Rotationskolbens hat einen konstanten Abstand (nämlich die Exzentrizität) zum Mittelpunkt der Welle und damit auch des Gesamtsystems.First, a distinction is made between compressible and non-compressible medium.
If the pressure of a compressible medium (e.g. air) has to be increased, this will also experience a volume reduction. In the case of a non-compressible medium (e.g. hydraulic oil), however, there is no significant volume reduction. Depending on the medium being transported, different designs are therefore expedient for the rotary piston machine. The power transmission from the rotary piston to the shaft takes place with an eccentric. The center of the rotary piston has a constant distance (namely the eccentricity) from the center of the shaft and thus also of the overall system.
Bei den nachfolgenden Beschreibungen wird stets von einer zweibogigen Rotationskolbenmaschine ausgegangen. Die Drehrichtung ist wenn nicht anders angegeben gegen den Uhrzeigersinn. Der Stand der Umdrehung wird in Grad angegeben.
Zunächst wird eine allgemeine Darstellung der Erfindungen gegeben. Die spezifische Beschreibung anhand der Zeichnungen erfolgt im nächsten Kapitel.The following descriptions always assume a double-armed rotary piston machine. Unless otherwise specified, the direction of rotation is counterclockwise. The state of the revolution is given in degrees.
First, a general description of the inventions is given. The specific description based on the drawings is given in the next chapter.
Die Rotationskolbenmaschine gehört zur Gruppe der Kolbenmaschinen. Die Energieumsetzung findet ausschließlich durch Vergrößern und Verkleinern des Arbeitsraumes statt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums soll also eher niedrig gehalten werden.The rotary piston machine belongs to the group of piston machines. The energy conversion takes place exclusively by enlarging and reducing the work space. The flow rate of the medium should therefore be kept rather low.
Das zentrale Problem ist vorerst die Situierung der Einlaßkanäle und Auslaßkanäle, um den Ladungswechsel in den Arbeitsräumen zu ermöglichen. Folgende Forderungen müssen erfüllt werden:
- 1.) Es muß bei inkompressiblen Medien gewährleistet sein, daß während der gesamten Umdrehung des Rotationskolbens jeder Arbeitsraum entweder zur Druck- oder zur Saugleitung hin offen ist.
- 2.) Die Umschaltphasen müssen so beschaffen sein, daß der Umschaltbereich rasch überfahren wird und kein Kurzschluß zwischen Druck- und Saugleitung eintreten kann.
- 3.) Es muß im Umschaltbereich der Mediumsfluß gegen 0 gehen. 4.) Es muß stets ausreichender Durchflußquerschnitt gegeben sein.
- 1.) In the case of incompressible media, it must be ensured that each working area is open to either the pressure or suction line during the entire rotation of the rotary piston.
- 2.) The changeover phases must be such that the changeover range is quickly covered and no short circuit between the pressure and suction lines can occur.
- 3.) The medium flow must go to 0 in the switchover range. 4.) There must always be sufficient flow cross-section.
Um diese Forderungen verwirklichen zu können wird erfindungsgemäß der sich drehende Rotationskolben für die Umschaltung der drei Arbeitsräume zwischen Ansaugleitung und Ausschiebeleitung zu Hilfe genommen.In order to be able to meet these requirements, the rotating rotary piston is used according to the invention for switching over the three working spaces between the suction line and the extension line.
Das Medium gelangt während der Ansaugphase ausgehend von der Ansaugleitung über den Einlaßkanal im Ein- und Auslaßflansch und die Durchführung durch den Roationskolben (je Arbeitsraum eine) in den Arbeitsraum. Über die selbe Durchführung durch den Rotationskolben gelangt das Medium nach dem Weiterdrehen während der Ausschiebephase über den Auslaßkanal im Ein- und Auslaßflansch weiter in die Druckleitung. Die Einlaßkanäle und Auslaßkanäle werden so angeordnet, daß die Rotationskolbendurchführung während der Ansaugphase mit der Ansaugleitung in Verbindung steht und während der Druck- bzw. Ausschiebephase mit der Druckleitung.
Die Kolbendurchführung beginnt an der Stirnseite des Kolbens, macht im Kolben einen rechtwinkligen Bogen, verläuft radial nach außen weiter und endet im Arbeitsraum.
Die Mediumssteuerung erfolgt also über die Schlitzsteuerung. (Im Gegensatz zur bei Kolbenmaschinen üblichen Steuerung mit druckabhängig oder gesteuert arbeitenden Ein- und Auslaßventilen je Zylinder).During the suction phase, the medium enters the work area from the suction line via the inlet channel in the inlet and outlet flange and through the flow piston (one for each work area). Via the same passage through the rotary piston, the medium, after further rotation during the push-out phase, reaches the pressure line via the outlet channel in the inlet and outlet flange. The inlet channels and outlet channels are arranged so that the rotary piston bushing is connected to the suction line during the suction phase and to the pressure line during the pressure or extension phase.
The piston feed-through begins at the front of the piston, makes a right-angled arc in the piston, continues radially outwards and ends in the working area.
The medium is controlled via the slot control. (In contrast to the control with piston machines with pressure-dependent or controlled intake and exhaust valves per cylinder).
Die zwei Einlaßkanäle im Ein- Auslaßflansch reichen etwa von 100 bis 170 Grad und von 280 bis 350 Grad. Die zwei Auslasskanäle reichen von 10 bis 80 und von 190 bis 260 Grad. Diese Einteilung gilt unter der Voraussetzung, daß der Durchführungskanal durch den Rotationskolben in der Mitte zwischen zwei Eckpunkten des Rotationskolbens verläuft (siehe Figur 10). Zwischen den Ein- und Auslaßkanälen steht ein Trennsteg. Dieser Trennsteg hat mindestens die selbe Breite wie der Durchführungskanal durch den Rotationskolben um Kurzschluss zwischen Einlaß- und Auslaßkanal zu vermeiden.
Für die Situierung des Umschaltpunktes wäre es naheliegend, diesen wie vorstehend geschildert bei 0, 90, 180, und 270 Grad zu situieren. Dies ist allerdings nicht immer vorteilhaft. Zu bedenken ist hierbei, daß der Rotationskolben infolge der Epitrochoidenform nicht rotationssymmetrisch und auch nicht auf einer Kreisbahn umläuft. Daher laufen auch die Durchführungskanäle durch den Rotationskolben nicht rotationssymmetrisch um. Dies führt dazu, daß der Bereich bei 90 Grad und 270 Grad rasch überfahren wird, während der Bereich um 0 Grad und 180 Grad langsam überfahren wird. Erforderlich ist jedoch, daß alle vier Umschaltbereiche möglichst rasch überfahren werden. Daher werden die Kanäle durch den Rotationskolben und die Einlaßkanäle und Auslaßkanäle so angeordnet, daß die Umschaltung stets möglichst rasch vor sich geht. Dies ist dann der Fall, wenn die Umschaltpunkte bei etwa 60, 120, 240 und 300 Grad angeordnet sind. Der optimale Umschaltpunkt bei z. B. etwa 120 Grad wird erhalten, wenn von den Schnittpunkten des Exzentrizitätskreises mit dem Koordinatenkreuz von 0 Grad durch 90 Grad eine Schnittlinie gelegt wird.
Die genaue Situierung hängt von der konstruktiven Auslegung ab.
Die Umschaltpunkte sind den oberen und unteren Totpunkten bei der Kolbenmaschine vergleichbar. Die Förderung nimmt entlang einer Sinuskurve zu, erreicht ein Maximum und nimmt dann wieder ab. Die zweibogige Rotationskolbenmaschine verhält sich also hinsichtlich der Förderung etwa wie eine Hubkolbenmaschine mit drei Zylindern. Freie Massenkräfte treten keine auf.The two inlet channels in the inlet-outlet flange range approximately from 100 to 170 degrees and from 280 to 350 degrees. The two outlet channels range from 10 to 80 and from 190 to 260 degrees. This division applies provided that the feed-through channel runs through the rotary piston in the middle between two corner points of the rotary piston (see FIG. 10). There is a separator between the inlet and outlet channels. This separating web has at least the same width as the feed-through channel through the rotary piston in order to avoid short-circuits between the inlet and outlet channels.
For the location of the switchover point, it would be obvious to position it at 0, 90, 180, and 270 degrees as described above. However, this is not always advantageous. It should be borne in mind here that, due to the shape of the epitrochoid, the rotary piston is not rotationally symmetrical and does not rotate on a circular path. Therefore, the feedthrough channels through the rotary piston do not rotate in a rotationally symmetrical manner. As a result, the area is quickly passed at 90 degrees and 270 degrees, while the area is slowly passed at 0 degrees and 180 degrees. However, it is necessary that all four switchover areas are overridden as quickly as possible. Therefore, the channels through the rotary piston and the inlet channels and outlet channels are arranged so that the changeover is always as quick as possible. This is the case if the switching points are arranged at approximately 60, 120, 240 and 300 degrees. The optimal switching point at z. B. about 120 degrees is obtained when a line of intersection is made from the intersection of the eccentricity circle with the coordinate cross of 0 degrees through 90 degrees.
The exact location depends on the design.
The switchover points are comparable to the top and bottom dead centers in the piston engine. The funding increases along a sinus curve, reaches a maximum and then decreases again. In terms of delivery, the double-armed rotary piston machine behaves approximately like a reciprocating piston machine with three cylinders. There are no free mass forces.
Rotationssymmetrischer Lauf bedeutet, daß kontinuierliche Förderung bei konstantem Druck konstante Rotation an der Antriebswelle hervorruft.
Bei der Kolbenmaschine mit auf und nieder gehenden Kolben ist dies ja nicht der Fall.
Bei der Rotationskolbenmaschine, wie sie oben technisch dargestellt wurde ist dies ebenfalls noch nicht der Fall. Sie verhält sich hydraulisch etwa wie eine Kolbenmaschine mit drei Zylindern, allerdings ohne freie Massenkräfte.Rotationally symmetrical running means that continuous delivery at constant pressure causes constant rotation on the drive shaft.
This is not the case with the piston machine with pistons going up and down.
This is also not yet the case with the rotary piston machine, as was technically shown above. Hydraulically it behaves like a piston machine with three cylinders, but without free mass forces.
Erfindungsgemäß werden folgende Möglichkeiten vorgeschlagen um Rotationssymmetrie zu erreichen:
Aus der Geometrie ergibt sich, daß Zu- und Abfluß auf der Druck- und Saugseite mit gleicher Amplitude nach einer Sinusfunktion steigen und fallen. Die in tangentialer Richtung am Exzentrizitätskreis wirksame Antriebskraft ändert sich ebenfalls entlang einer Sinusfunktion beim Ansaugen und Verdichten. Es muß daher zur Erreichung von Rotationssymmetrie mit einer geeigneten Maßnahme erreicht werden, daß der Rotationskolben in Relation zur Antriebswelle bei Leistungsüberschuß (des Rotationskolbens) vorauseilt und bei Leistungsmangel nacheilt. Es wird also der Rotationskolben nicht direkt mit der Antriebswelle gekuppelt sondern über ein Getriebe, das die Vor- und Nacheilung des Rotationskolbens technisch bewerkstelligt.According to the invention, the following options are proposed in order to achieve rotational symmetry:
From the geometry it follows that the inflow and outflow on the pressure and suction side rise and fall with the same amplitude according to a sine function. The driving force acting in the tangential direction on the eccentricity circle also changes along a sine function during suction and compression. To achieve rotational symmetry, it must therefore be achieved with a suitable measure that the rotary piston leads ahead in relation to the drive shaft when there is excess power (of the rotary piston) and lags behind when there is insufficient power. The rotary piston is therefore not coupled directly to the drive shaft, but rather via a gear that technically manages the leading and lagging of the rotary piston.
Technische Ausführungsformen zur Erreichung der Vor- und Nacheilung sind z. B. Zahnräder mit engerem und weiterem Zahnabstand, Zahnräder mit größerem und kleinerem Radius (unrunde Zahnräder) ein Planetengetriebe oder auch ein Zykloidgetriebe etc. Diese Zahnräder und Getriebe sind Stand der Technik.Technical embodiments for achieving the pre- and post-exposure are e.g. B. gears with a narrower and wider tooth spacing, gears with a larger and smaller radius (non-circular gears) a planetary gear or a cycloid gear etc. These gears and gears are state of the art.
Erfindungsgemäß wird noch eine Lösung vorgeschlagen, die ohne Zahnräder auskommt. Dazu wird die Verbindung zwischen Rotationskolben und Antriebswelle mit drei Hebelarmen hergestellt. Der Steuerhebelarm wird in einer Führungsbahn so gesteuert, daß die Vor- und Nacheilung des Rotationskolbens durch die Hebelbewegung verwirklicht wird.According to the invention, a solution is proposed that does not require gears. For this purpose, the connection between the rotary piston and the drive shaft is established with three lever arms. The control lever arm is controlled in a guideway so that the advance and retardation of the rotary piston is realized by the lever movement.
Die Vor- und Nacheilung des Rotationskolbens ruft nun allerdings freie rotatorische Massenkräfte hervor. Diese Massenkräfte müssen durch eine gegenläufig zum Rotationskolben vor- und nacheilende Schwungscheibe ausgeglichen werden. Die gegenläufige Vor- und Nacheilung der Schwungscheibe wird ebenfalls mit unrunden Zahnrädern oder mit dem geschilderten Hebelsystem realisiert.However, the leading and lagging of the rotary piston now causes free rotational mass forces. These inertia forces have to be balanced by a flywheel that moves in the opposite direction to the rotary piston. The opposite leading and lagging of the flywheel is also realized with non-circular gears or with the lever system described.
Wie bereits dargestellt wurde, hängt bei Kolbenmaschinen die Fördermenge von der Drehzahl ab. Für verschiedene Anwendungsfälle wäre es allerdings vorteilhaft, wenn dieser Zusammenhang nicht gegeben wäre. Dies ist bei der Rotationskolbenmaschine mit gegenständlicher erfindungsgemäßer Entwicklung möglich.As has already been shown, the delivery rate for piston machines depends on the speed. For different applications, however, it would be advantageous if this connection did not exist. This is possible with the rotary piston machine with a development according to the invention.
Das Medium wird nach dem Ansaugen z. B. von 90 bis 180 Grad nicht über den Auslaßkanal weitertransportiert, sondern wieder in den Einlaßkanal zurückgeschoben. Dies wird technisch so ermöglicht, daß der Trennsteg zwischen Einlaß und Auslaß bei 0 und 180 Grad gegen den Uhrzeigersinn verschiebbar bis 90 bzw. 270 Grad angeordnet wird.The medium is z. B. from 90 to 180 degrees not transported through the outlet channel, but pushed back into the inlet channel. This is made technically possible so that the separator between the inlet and outlet at 0 and 180 degrees can be moved counterclockwise up to 90 and 270 degrees.
Damit werden die Einlaßkanäle entsprechend der Einstellung der Trennstege in Umfangsrichtung verlängert und die Auslaßkanäle verkürzt. Das Medium wird so nach Überfahren des unteren Totpunktes wieder in die Einlaßkanäle zurückgeschoben.
Die Durchflussmenge kann damit von 0- 100 % geregelt werden. Im Betrieb als Kraftmaschine ist damit Anfahren nur bedingt möglich. Die Rotationskolbenmaschine dreht sich nur, wenn zumindest eine Durchführung durch den Rotationskolben über einem Einlaßkanal steht.
Eine Möglichkeit, um im durchflußgeregelten Betrieb immer anfahren zu können ist, einzelne Einlaßkanäle, die von der Durchführung durch den Rotationskolben überfahren werden zu schaffen, und diese Einlaßkanäle während der Startphase mit verdichtetem oder mit Druck beaufschlagtem Medium zu speisen.
Bei Regelung der Durchflußmenge müssen infolge pulsierendem Durchfluß ausreichend Druckspeicher (Windkessel) vorgesehen werden.In this way, the inlet channels are extended in the circumferential direction in accordance with the setting of the separating webs and the outlet channels are shortened. The medium is thus pushed back into the inlet channels after passing over the bottom dead center.
The flow rate can thus be controlled from 0 to 100%. When operating as an engine, starting is only possible to a limited extent. The rotary piston machine only rotates if at least one bushing through the rotary piston is above an inlet channel.
One way to always be able to start up in flow-controlled operation is to create individual inlet channels that are run over by the passage through the rotary piston, and to feed these inlet channels with compressed or pressurized medium during the starting phase.
When regulating the flow rate, sufficient pressure accumulators (wind boilers) must be provided due to the pulsating flow.
Entsprechend der erfindungsgemäßen Konstruktion ist Drehrichtungsumkehr möglich, indem die Flussrichtung des Mediums durch die Rotationskolbenmaschine umgekehrt wird. Ebenso ist fließender Übergang zwischen Motorbetrieb und Turbinenbetrieb lediglich durch Umkehrung der Energierichtung möglich. Anfahren im ungeregelten Turbinenbetrieb ist bei nicht kompressiblen Medien ebenfalls problemlos möglich, da stets mindestens ein Arbeitsraum von der Druckleitung beaufschlagt ist.According to the construction according to the invention, the direction of rotation can be reversed by reversing the direction of flow of the medium through the rotary piston machine. Likewise, a smooth transition between engine operation and turbine operation is only possible by reversing the direction of energy. Starting in uncontrolled turbine operation is also possible with non-compressible media, since at least one working area is always acted on by the pressure line.
Prinzipiell kann die Rotationskolbenmaschine in der geschilderten Ausführung für nicht kompressible Medien mit durchgehenden Einlaß- und Auslaßschlitzen auch für kompressible Medien verwendet werden. Vorteilhaft ist diese Ausführungsform allerdings nur, wenn lediglich Transport des Mediums und keine größere Druckerhöhung (Verdichtung) gefordert ist. Zur Verdichtung des kompressiblen Mediums (z. B. Luft) ist eine andere Bauform für die Rotationskolbenmaschine zweckmäßig. Regelung des Mediumsstromes von 0 bis Maximum ist möglich. Konstante Förderung ohne Änderung der Drehzahl ist nur bei ungeregelten Rotationskolbenmaschinen für kompressible Medien möglich. Rotationssymmetrischer Lauf ist für ein gegebenes Medium ebenfalls möglich.In principle, the rotary piston machine described can also be used for compressible media for non-compressible media with continuous inlet and outlet slots. However, this embodiment is only advantageous if only transport of the medium and no major increase in pressure (compression) is required. For the compression of the compressible medium (e.g. air), another design for the rotary piston machine is appropriate. Regulation of the medium flow from 0 to maximum is possible. Constant delivery without changing the speed is only possible with uncontrolled rotary piston machines for compressible media. Rotationally symmetrical running is also possible for a given medium.
Die Rotationskolbenmaschine in der betrachteten Ausführung wird von einem Motor (z. B. Elektromotor) gegen den Uhrzeigersinn angetrieben.
Das zu verdichtende Medium wird von 90 bis 180 Grad (270 bis 360 Grad) über den Einlaßkanal angesaugt. Von 180 bis 270 Grad (0 bis 90 Grad) wird das Medium im Arbeitsraum verdichtet und erst bei 270 Grad (90 Grad), wenn es bereits verdichtet wurde ausgeschoben. Ist nur Förderung und keine größere Druckerhöhung gefordert, kann auch bereits früher (z. B. bei 260 Grad und 80 Grad) mit dem Ausschieben des komprimierten Mediums (z. B. Luft) begonnen werden. Dies gilt für die Anwendung z. B. als Lüfter.The rotary piston machine in the version under consideration is driven counterclockwise by a motor (e.g. electric motor).
The medium to be compressed is sucked in from 90 to 180 degrees (270 to 360 degrees) via the inlet duct. The medium in the work area is compressed from 180 to 270 degrees (0 to 90 degrees) and only pushed out at 270 degrees (90 degrees) when it has already been compressed. If only delivery and no major pressure increase is required, the compressed medium (e.g. air) can be pushed out earlier (e.g. at 260 degrees and 80 degrees). This applies to the application z. B. as a fan.
Im Betrieb als Kraftmaschine (z. B. für druckluftbetriebene Werkzeugmaschinen) ist folgende Lösung erforderlich:
Das verdichtete Medium (Druckluft) wird an der Stelle mit des kleinsten Arbeitsraumvolumen V min eingebracht. Dies ist bei 90 und 270 Grad am oberen Totpunkt der Fall. Um eine definierte Drehrichtung in diesem Fall gegen den Uhrzeigersinn zu erhalten, muß die Einlaßöffnung etwa bei 100 bzw. 280 Grad liegen, damit der Rotationskolben beim Anfahren nicht wieder über den oberen Totpunkt zurückdreht. Bei der Arbeitsweise als Kraftmaschine entspannt sich das Medium bis 180 bzw. 0 Grad und verrichtet dabei die mechanische Arbeit durch Entspannen des Mediums. Während der Rotation von 180 bis 270 bzw. 0 bis 90 Grad wird das entspannte Medium über den Auslaßkanal ausgeschoben. Es muß also von 180 bis 270 und von 0 bis 90 Grad ein durchgehender Auslaßkanal geschaffen werden.
Der Unterschied zu den Maschinen für nicht kompressibles Medium ist, daß von 90 bis 180 (270 bis 360 Grad) kein Medium nachgeschoben wird. Die Antriebsarbeit wird ja durch Entspannung der komprimierten Luft verrichtet. Eine Besonderheit bei der Verwendung als Kraftmaschine ist, daß im ungünstigen Fall, wenn keine Durchführung durch den Rotationskolben über einem Einlaßkanal steht, sich der Rotationskolben nicht drehen kann. Diesem Problem wird damit begegnet, daß von 100 bis 160 Grad (280 bis 340 Grad) kleine Einlaßkanäle oder einzelne öffnungen installiert werden. Während der Startphase kann Druckluft an diese Kanäle angelegt werden. Wenn eine Durchführung durch den Rotationskolben über diesen gesonderten Einlaßkanälen steht, strömt die Druckluft in den entsprechenden Arbeitsraum. Diese Anfahröffnungen können bei erhöhtem Leistungsbedarf auch betriebsmäßig mit Druckluft gespeist werden. Zur teilweise entspannten Druckluft kommt neue verdichtete Druckluft und damit ein erhöhtes Drehmoment.The following solution is required when operating as a power machine (e.g. for machine tools operated by compressed air):
The compressed medium (compressed air) is introduced at the point with the smallest working space volume V min. This is the case at 90 and 270 degrees at top dead center. In order to obtain a defined direction of rotation in this case counterclockwise, the inlet opening must be approximately 100 or 280 degrees, so that the rotary piston does not turn back over top dead center when starting. When working as a power machine, the medium relaxes up to 180 or 0 degrees and does the mechanical work by relaxing the medium. During the rotation of 180 to 270 or 0 to 90 degrees, the relaxed medium is pushed out via the outlet channel. A continuous outlet channel must therefore be created from 180 to 270 and from 0 to 90 degrees.
The difference to the machines for incompressible medium is that from 90 to 180 (270 to 360 degrees) no medium is added. The drive work is done by relaxing the compressed air. A peculiarity when used as an engine is that in the worst case, when there is no passage through the rotary piston above an inlet channel, the rotary piston cannot rotate. This problem is countered by installing small inlet ducts or individual openings from 100 to 160 degrees (280 to 340 degrees). Compressed air can be applied to these channels during the start-up phase. When a passage through the rotary piston is above these separate inlet channels, the compressed air flows into the corresponding work area. If there is an increased power requirement, these approach openings can also be supplied with compressed air during operation. In addition to the partially relaxed compressed air, there is new compressed compressed air and thus increased torque.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der mathematischen Zusammenhänge wird stets von einer zweibogigen Rotationskolbenmaschine ausgegangen. Die Drehrichtung ist gegen den Uhrzeigersinn und beginnt bei 0 Grad. Der Stand der Umdrehung wird in Grad (0 bis 360) angegeben. Die drei Arbeitsräume werden mit I, II und III bezeichnet. Die den Arbeitsräumen gegenüberliegenden Ecken des Rotationskolbens werden mit 1, 2 und 3 bezeichnet.The following description of the mathematical relationships is always based on a double-armed rotary piston machine. The direction of rotation is counterclockwise and starts at 0 degrees. The state of the rotation is given in degrees (0 to 360). The three work rooms are designated I, II and III. The corners of the rotary piston opposite the working spaces are designated 1, 2 and 3.
Für die erfindungsgemäße Darstellung wurden folgende Hauptmaße gewählt:
- Exzentrizität e :
- 12
- Abstand R :
- 108
Statt der Winkelbezeichnung phi wird hier G verwendet.
Das Verhältnis Abstand R zu Exzentrizität e wurde mit dem Verhältnis 9 : 1 festgelegt. Bei diesem Verhältnis enthält die umhüllende Epitrochoide keine Wendepunkte.The following main dimensions were chosen for the representation according to the invention:
- Eccentricity e:
- 12th
- Distance R:
- 108
G is used here instead of the angle designation phi.
The ratio of distance R to eccentricity e was determined with the ratio 9: 1. At this ratio, the enveloping epitrochoid contains no turning points.
Die einzelnen Punkte Xn und Yn der Epitrochoide errechnen sich mit:
Zunächst wird untersucht, nach welcher mathematischen Beziehung sich das Volumen der Arbeitsräume berechnen lässt.The first step is to investigate the mathematical relationship according to which the volume of the work space can be calculated.
Dazu ist erkennbar, daß im Bereich OT bei 90 und 270 Grad das Arbeitsraumvolumen VH ein Minimum hat und im Bereich UT bei 0 und 180 Grad das Maximum erreicht. Die Zunahme und Abnahme des absoluten Arbeitsraumvolumens erfolgt zwischen Vmin und Vmax nach der Funktion sin².In addition, it can be seen that in the OT area at 90 and 270 degrees the working space volume V H has a minimum and in the UT area at 0 and 180 degrees the maximum. The increase and decrease in the absolute work space volume occurs between V min and V max according to the sin² function.
Die Zunahme des Arbeitsraumvolumens dV von OT nach UT sowie die Abnahme des Arbeitsraumvolumens dV von UT nach OT in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit erfolgt nach einer Sinusfunktion. (siehe Figur 40)
Die Sinusfunktion ist bei der Rotationskolbenmaschine deshalb gegeben, weil keine Pleuelstange so wie bei der Hubkolbenmaschine für die übertragung des Kolbenhubes auf die Kurbelwelle erforderlich ist, sondern sozusagen der Kolben direkt auf die Welle wirkt.The increase in the workspace volume dV from OT to UT and the decrease in the workspace volume dV from UT to OT as a function of the angular velocity occurs according to a sine function. (see Figure 40)
The sine function is given in the rotary piston machine because no connecting rod is required for the transmission of the piston stroke to the crankshaft, as in the reciprocating piston machine, but rather the piston acts directly on the shaft, so to speak.
Bei den Totpunkten 0, 90, 180 und 270 Grad wo auch die Umschaltung zwischen Einlaß und Auslaß stattfindet, erreicht die Zu- und Abnahme des Volumenstromes ein Minimum und geht auf 0. Dies ist sehr vorteilhaft, da so zum Umschaltzeitpunkt zwischen Einlaß und Auslaß der Mediumsstrom 0 ist. Dazwischen steigt der Volumenstrom nach der Sinusfunktion an bis er bei 45, 135, 225, und 315 Grad ein Maximum erreicht um dann wieder abzunehmen und gegen 0 zu gehen.At the
Es ergeben sich sohin folgende mathematische Beziehungen:
Es sind jeweils zwei Arbeitsräume mit dem Einlaßkanal und ein Arbeitsraum mit dem Auslaßkanal, bzw. ein Arbeitsraum mit dem Einlaßkanal und zwei Arbeitsräume mit dem Auslaßkanal verbunden.There are two working rooms connected to the inlet channel and one working room to the outlet channel, or one working room to the inlet channel and two working rooms to the outlet channel.
Wo jeweils zwei Arbeitsräume mit dem Einlaßkanal oder zwei Arbeitsräume mit dem Auslaßkanal verbunden sind, können der Mediumsstrom und die Tangentialkraft dieser beiden Arbeitsräume addiert werden.Where two work rooms are connected to the inlet channel or two work rooms to the outlet channel, the medium flow and the tangential force of these two work rooms can be added.
Vmax und Vmin hängen ausser von den Hauptabmessungen insbesondere von der Gestaltung der Kolben ab. Es ist ein möglichst kleines Vmin anzustreben, da größeres Vmin Wirkungsgradverlust (Schadraum) insbesondere bei kompressiblen Medien bedeutet. Zum Vmin gehört auch die Durchführung durch den Rotationskolben in den Arbeitsraum.In addition to the main dimensions, V max and V min depend in particular on the design of the pistons. The smallest possible V min should be aimed for, since a larger V min means loss of efficiency (harmful space), especially with compressible media. The V min also includes the passage through the rotary piston into the work area.
Die Kraftübertragung zwischen Medium und Maschine findet auf den Kolbenflächen statt. Der Druck des Mediums kann als Flächenkraft gedacht werden. Sie wirkt lotrecht auf die Kolbenfläche und deren gedachte Wirkungslinie geht durch den Mittelpunkt des Rotationskolbens. Die Flächenkraft kann mit Hilfe der Winkelbeziehungen im Mittelpunkt des Rotationskolbens in einen radialen und tangentialen Anteil zerlegt werden. Zur Rotation trägt lediglich der tangentiale Anteil bei.The power transmission between the medium and the machine takes place on the piston surfaces. The pressure of the medium can be thought of as a surface force. It acts perpendicular to the piston surface and its imaginary line of action goes through the center of the rotary piston. The surface force can be broken down into a radial and tangential part using the angular relationships at the center of the rotary piston. Only the tangential part contributes to the rotation.
Wie die Auswertung ergibt, nehmen Radial- und Tangentialkraft entlang einer Sinusfunktion zu bzw. ab. Steht die Kolbenfläche bei 0, 90, 180 oder 270 Grad, ist die Tangentialkraft 0 und die Radialkraft hat ein Maximum. Bei 45, 135, 225 und 315 Grad erreicht die Tangentialkraft Ft das Maximum und die Radialkraft Fr geht gegen 0.As the evaluation shows, radial and tangential forces increase and decrease along a sine function. If the piston surface is at 0, 90, 180 or 270 degrees, the tangential force is 0 and the radial force has a maximum. At 45, 135, 225 and 315 degrees, the tangential force Ft reaches the maximum and the radial force Fr approaches 0.
Es gilt daher:
Das gesamte auf die Exzenterwelle ausgeübte Drehmoment ergibt sich sohin mit
Die Tangentialkräfte der drei Arbeitsräume müssen vorzeichenrichtig addiert werden.The following therefore applies:
The total torque exerted on the eccentric shaft also results with
The tangential forces of the three work spaces must be added with the correct sign.
Für die nachfolgenden Erklärungen wird auf Figur 41 verwiesen:
Wird konstante Förderung gefordert, ist folgende Maßnahme erforderlich: Im Bereich von etwa 6,5 Grad bis 15 Grad (Rotationskolben) und Vielfachen davon eilt die Welle gegenüber dem Rotationskolben vor. Im Bereich 0 bis 6,5 Grad und Vielfachen, wo die Förderung kleiner ist, wird die Welle gegenüber dem Rotationskolben verzögert.
Aus übersichtsgründen sind Grad Rotationskolben und Grad Welle (Exzenterhilfswelle) hier identisch. Natürlich laufen Exzenterhilfswelle und Welle mit dreifacher Winkelgeschwindigkeit des Rotationskolbens. Dies bedeutet, daß sich ein kompletter Zyklus Vor- und Nacheilung nicht über 30 Grad wie in Figur 41 dargestellt erstreckt sondern über 90 Grad.
Die Welle rotiert also mit konstanter Winkelgeschwindigkeit. Der Rotationskolben eilt der Welle stets vor oder nach.
Vor- und Nacheilung für die betreffende Winkelauflösung (z. B. 1 Grad) kann folgendermaßen berechnet werden:
Im Bereich von 0 bis 30 Grad werden zunächst die Förderkurven der Arbeitsräume I und III addiert.
Im Bereich von 0 bis 15 Grad wird ausgehend vom Schnittpunkt der Kurve III mit der y-Achse die Fläche unter der addierten Kurve berechnet. Für den gewählten Winkelabschnitt (z. B. 1 Grad) wird die mittlere Fläche berechnet. Sie liegt etwa bei 6,5 Grad. Die mittlere Fläche wird dann durch die Flächen unter den Winkelabschnitten 1, 2, 3, bis 15 Grad dividiert. Man erhält so die korrigierten Winkelabschnitte. Im Bereich 0 bis 6,5 Grad sind sie kleiner als 1 Grad. Von 6,5 bis 15 Grad sind sie größer als 1. Die korrigierten Winkelabschnitte werden jeweils zu den vorher berechneten Winkelabschnitten addiert. Die Gesamtsumme dieser korrigierten Winkelabschnitte muß wieder 15 Grad sein.
Im Bereich von 15 bis 30 Grad sind die korrigierten Winkelabschnitte zu 15 Grad gespiegelt. Dann wiederholt sich die Vor- und Nacheilung über den restlichen Rotationswinkelbereich sinngemäß.
Nachstehend werden zur Illustration die Werte im 2 Grad Intervall ausgehend von 0 bis 15 Grad dargestellt. Die maximale Abweichung bei 6,5 Grad beträgt 0,27 Grad.
If constant conveyance is required, the following measure is necessary: In the range of approximately 6.5 degrees to 15 degrees (rotary piston) and multiples thereof, the shaft leads the rotary piston. In the
For reasons of clarity, degrees of the rotary piston and degrees of shaft (eccentric auxiliary shaft) are identical here. Of course, the eccentric auxiliary shaft and shaft run at three times the angular speed of the rotary piston. This means that a complete cycle of lead and lag does not extend over 30 degrees as shown in Figure 41 but over 90 degrees.
The shaft rotates at a constant angular velocity. The rotary piston always hurries before or after the shaft.
The lead and lag for the angular resolution in question (e.g. 1 degree) can be calculated as follows:
In the range from 0 to 30 degrees, the delivery curves of workspaces I and III are first added.
In the range of 0 to 15 degrees, the area under the added curve is calculated starting from the intersection of curve III with the y-axis. The average area is calculated for the selected angular section (e.g. 1 degree). It is around 6.5 degrees. The average area is then divided by the areas under the
In the range from 15 to 30 degrees, the corrected angular sections are mirrored at 15 degrees. Then the leading and lagging are repeated analogously over the remaining rotation angle range.
The values in the 2 degree interval starting from 0 to 15 degrees are shown below as an illustration. The maximum deviation at 6.5 degrees is 0.27 degrees.
Die Rotationskolbenmaschine hat den Vorteil, daß sich die freien Massenkräfte vollständig ausgleichen lassen.
Muß allerdings durch Vor- und Nacheilung des Rotationskolbens konstante Förderung erzielt werden, entstehen durch die Vor- und Nacheilung (Beschleunigung und Verzögerung) des Rotationskolbens freie rotierende Massenkräfte. Diese freien Massenkräfte sowohl des Kolbens als auch des Exzenters müssen durch gegensinnig wirkende Schwungmassen ausgeglichen werden.
Zum Ausgleich der Massenkräfte müssen alle freien Massen berechnet werden und dann gegeninnig wirkende Schwungmassen geschaffen werden.The rotary piston machine has the advantage that the free mass forces can be completely balanced.
However, if constant conveyance has to be achieved by moving the rotary piston ahead and behind, free rotating inertial forces arise due to the advance and lag (acceleration and deceleration) of the rotary piston. These free mass forces of both the piston and the eccentric have to be compensated for by counter-rotating masses.
To balance the mass forces, all free masses must be calculated and then counter-rotating masses must be created.
Eingangs wird festgehalten, daß bei den Zeichnungen primäres Augenmerk darauf gelegt wurde, die Aussage der jeweiligen Zeichnungen herauszuarbeiten. Die Zeichnungen erheben also keinen Anspruch auf formale Richtigkeit. Insbesondere wurde darauf verzichtet, unsichtbare Linien und Kanten ggf. strichliert darzustellen. Die einzelnen Maschinenteile sind fortlaufend numeriert und im Legendeblatt beschriftet. Einlaßkanäle sind punktiert schraffiert. Auslaßkanäle sind gekreuzt schraffiert. Die Schraffur ist als kommender und gehender Pfeil zu verstehen.At the outset it is stated that the primary focus of the drawings was to work out the meaning of the respective drawings. The drawings therefore do not claim to be formally correct. In particular, no invisible lines and edges have been shown with dashed lines. The individual machine parts are numbered consecutively and labeled in the legend sheet. Inlet channels are hatched with dots. Outlet ducts are cross-hatched. The hatching is to be understood as a coming and going arrow.
In FIGUR 1 wird in der Schnittzeichnung A-A dargestellt, wie die Durchführung durch den Rotationskolben erfindungsgemäß ausgeführt wird. FIG. 1 shows in sectional drawing AA how the implementation by the rotary piston is carried out according to the invention.
Diese Ausführung ist vorwiegend für nicht kompressible Medien geeignet. Die Schnittkante A-A wird in Figur 6 dargestellt. Die Pfeile auf der Schnittlinie stellen die Sichtweise von links dar.This version is primarily suitable for non-compressible media. The cutting edge A-A is shown in Figure 6. The arrows on the cutting line represent the view from the left.
Exzenterwellenwinkel und Rotationskolbenwinkel sind in Figur 1 in der Ausgangsposition bei 0 Grad.Eccentric shaft angle and rotary piston angle are in the starting position at 0 degrees in Figure 1.
Das zu fördernde Medium tritt über Anschlüsse (nicht dargestellt) am Ein-Auslaßflansch (11) ein. Es befinden sich jeweils zwei Einlaßkanäle (14) und zwei Auslaßkanäle (15) im Ein- Auslaßflansch (11). Die Einlaßkanäle (14) reichen am Umfang von ca. 60 bis 120 Grad und von 240 bis 300 Grad. Zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen befindet sich ein feststehender Trennsteg (27). Die Durchführungen durch den Rotationskolben (3) befinden sich in der Stellung 0 Grad bei etwa 30 Grad, 120 Grad und 270 Grad. Arbeitsraum II ist in dieser Rotationskolbenstellung mit dem Einlaßkanal (14) verbunden. Arbeitsraum III mit dem Auslaßkanal (15). Arbeitsraum I befindet sich am unteren Totpunkt bei 180 Grad und wird bei der betrachteten Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn vom Einlaßkanal (14) auf den Auslaßkanal (15) umgeschaltet. Die bei 0 Grad aktuellen Durchfluß- und Drehmomentverhältnisse werden in Figur 40 gezeigt.The medium to be pumped enters through connections (not shown) at the inlet-outlet flange (11). There are two inlet channels (14) and two outlet channels (15) in the inlet-outlet flange (11). The inlet channels (14) range from about 60 to 120 degrees and from 240 to 300 degrees. There is a fixed separator (27) between the inlet and outlet channels. The bushings through the rotary piston (3) are in the 0 degree position at approximately 30 degrees, 120 degrees and 270 degrees. Working space II is connected to the inlet channel (14) in this rotary piston position. Working room III with the outlet duct (15). Working space I is at bottom dead center at 180 degrees and is switched counterclockwise from the inlet channel (14) to the outlet channel (15) in the direction of rotation under consideration. The current flow and torque ratios at 0 degrees are shown in FIG. 40.
In FIGUR 1.1 ist die Zeichnung Figur 1 und Figur 6 zusammengefasst. Figur 1.1 wird für die Zusammenfassung vorgeschlagen. FIG. 1.1 summarizes the drawing in FIG. 1 and FIG. 6. Figure 1.1 is suggested for the summary.
In FIGUR 2 wurde der Kolben um 30 Grad gegen den Uhrzeigersinn weitergedreht. Die Durchführung durch den Rotationskolben (3) zu Arbeitsraum I steht über dem Auslaßkanal (15), da das Arbeitsraumvolumen abnimmt. Die Durchführung durch den Rotationskolben (3) zu Arbeitsraum II steht über dem Einlaßkanal (14), da das Arbeitsraumvolumen zunimmt. Arbeitsraum III hat den oberen Totpunkt OT erreicht und wird vom Auslaßkanal (15) auf den Einlaßkanal (14) umgeschaltet. Die Durchführung durch den Rotationskolben (3) steht über dem Trennsteg (27). Der Mittelpunkt des Rotationskolbens MK ist bis 90 Grad weitergewandert, während der Rotationskolben (2) sich um 30 Grad um die eigene Achse gedreht hat.In FIGURE 2 , the piston was rotated 30 degrees counterclockwise. The passage through the rotary piston (3) to work area I is above the outlet channel (15), since the work area volume decreases. The passage through the rotary piston (3) to work area II is above the inlet duct (14), since the work area volume increases. Working space III has reached the top dead center OT and is switched from the outlet channel (15) to the inlet channel (14). The passage through the rotary piston (3) is above the separating web (27). The center of the rotary piston MK has moved up to 90 degrees, while the rotary piston (2) has rotated 30 degrees around its own axis.
In FIGUR 3 ist der Mittelpunkt MK des Rotationskolbens bei 180 Grad. In Arbeitsraum I wird weiter Medium über den Auslaßkanal (15) ausgeschoben. Arbeitsraum II hat den unteren Totpunkt bei 0 Grad erreicht und wird vom Einlaßkanal (14) auf den Auslaßkanal (15) umgeschaltet. In Arbeitsraum III nimmt das Arbeitsraumvolumen zu. Die Durchführung durch den Rotationskolben (3) steht über dem Einlaßkanal (14).In FIGURE 3 , the center point MK of the rotary piston is at 180 degrees. In work space I, medium is pushed out via the outlet channel (15). Workroom II has reached bottom dead center at 0 degrees and is switched from the inlet duct (14) to the outlet duct (15). In workroom III, the workspace volume increases. The passage through the rotary piston (3) is above the inlet channel (14).
In FIGUR 4 ist der Mittelpunkt des Rotationskolbens MK bei 270 Grad. Arbeitsraum I hat nun den oberen Totpunkt bei 270 Grad erreicht. In Arbeitsraum II nimmt das Volumen wieder ab. Die Durchführung durch den Rotationskolben (3) steht über dem Auslaßkanal (15). In Arbeitsraum III nimmt das Volumen weiter zu. Die Durchführung durch den Rotationskolben (3) steht über dem Einlaßkanal (14).In FIGURE 4 , the center of the rotary piston MK is at 270 degrees. Workroom I has now reached top dead center at 270 degrees. In workroom II the volume decreases again. The passage through the rotary piston (3) is above the outlet channel (15). The volume continues to increase in workroom III. The passage through the rotary piston (3) is above the inlet channel (14).
In FIGUR 5 hat der Mittelpunkt des Rotationskolbens MK wieder die Ausgangsposition bei 0 Grad erreicht. Arbeitsraum I steht mit dem Einlaßkanal (14) in Verbindung. Arbeitsraum II mit dem Auslaßkanal (15). Arbeitsraum III wird vom Einlaßkanal (14) auf den Auslaßkanal (15) umgeschaltet. Arbeitsraum I hat von Figur 1 bis Figur 4 einen kompletten Auslaßzyklus durchlaufen. Arbeitsraum III hat von Figur 2 bis Figur 5 einen kompletten Einlaßzyklus durchlaufen.
Verlauf des jeweiligen Arbeitsraumvolumens und Drehmomentes können mit Figur 40 verfolgt werden.In FIGURE 5 , the center of the rotary piston MK has again reached the starting position at 0 degrees. Working space I is connected to the inlet duct (14). Workroom II with the outlet duct (15). Working space III is switched from the inlet duct (14) to the outlet duct (15). Working area I has undergone a complete outlet cycle from FIG. 1 to FIG. 4. Working area III has gone through a complete inlet cycle from FIG. 2 to FIG. 5.
The course of the respective work space volume and torque can be followed with FIG. 40.
In FIGUR 6 ist die Rotationskolbenmaschine aus Figur 1 im Schnitt B-B dargestellt. Auf der rechten Seite ist der Ein- Auslaßflansch (11) mit den in dieser Schnittdarstellung sichtbaren Einlaßkanälen (14) dargestellt. Der Rotationskolben (2) ist auf der Welle (4) und dem Exzenter (6) mit den Exzenterlagern (7) gelagert. Durch den Rotationskolben (2) führen die beiden Durchführungen (3) vom Einlaßkanal (14) in den jeweiligen Arbeitsraum. Am Antriebsflansch (10) befindet sich das Ritzel (9) in dem der auf dem Rotationskolben (2) befindliche Zahnkranz (8) kämmt. Die Welle (4) mit dem Exzenter (6) ist im Ein- Auslaßflansch (11) und im Antriebsflansch (10) mit den Wellenlagern (5) gelagert.
In Figur 6 ist noch die Schnittlinie A-A für die Figuren 1-5 dargestellt. Für die Breite der Einlaßkanäle (14) und Auslaßkanäle (15) steht ein konstruktiv vorgegebenes Maß zur Verfügung. Sollte damit nicht das Auslangen gefunden werden bzw. die Strömungsverluste zu hoch werden, könnten am Antriebsflansch (10) ebenfalls Einlaß- und Auslaßkanäle mit der zugehörigen Durchführung durch den Rotationskolben (3) installiert werden. Zahnkranz (8) und Ritzel (9) werden dann weiter nach innen verschoben. Es können für größere Druckerhöhungen (Verdichtungen) auch mehrere Rotationskolbenmaschinen hintereinander (in Reihe) geschaltet werden. Im Ein- Auslaßflansch (11) kann dann z. B. der Einlaßkanal (14) und im Antriebsflansch (10), der zugleich Ein- Auslaßflansch für die nächste Stufe ist kann der Auslaßkanal (15) für diese Stufe und der Einlaßkanal (14) für die nächste Stufe untergebracht werden. Eine weitere Möglichkeit, um für die Einlaß- Auslaßkanäle mehr Raum zu schaffen, ist die Wahl einer kleineren Exzentrizität. FIG. 6 shows the rotary piston machine from FIG. 1 in section BB. On the right side, the inlet-outlet flange (11) is shown with the inlet channels (14) visible in this sectional view. The rotary piston (2) is mounted on the shaft (4) and the eccentric (6) with the eccentric bearings (7). The two bushings (3) lead from the inlet duct (14) through the rotary piston (2) into the respective work area. On the drive flange (10) there is the pinion (9) in which the ring gear (8) located on the rotary piston (2) meshes. The shaft (4) with the eccentric (6) is mounted in the inlet / outlet flange (11) and in the drive flange (10) with the shaft bearings (5).
FIG. 6 also shows the section line AA for FIGS. 1-5. For the width of the inlet channels (14) and outlet channels (15) there is a dimension that is predetermined in terms of construction. If this is not sufficient or the flow losses are too high, inlet and outlet ducts with the associated passage through the rotary piston (3) could also be installed on the drive flange (10). The ring gear (8) and pinion (9) are then moved further inwards. For larger pressure increases (compression), several rotary piston machines can also be connected in series (in series). In the inlet-outlet flange (11) z. B. the inlet channel (14) and in the drive flange (10), which is also an inlet flange for the next stage, the outlet channel (15) for this stage and the inlet channel (14) for the next stage can be accommodated. Another way to make more space for the inlet-outlet channels is to choose a smaller eccentricity.
Die in FIGUR 1 bis FIGUR 6 dargestellte Ausführung für die Rotationskolbenmaschine kann für viele Anwendungsfälle verwendet werden. So zum Beispiel als Hydraulikpumpe oder Hydraulikturbine. Der Vorteil gegenüber den herkömmlichen technischen Lösungen ist höherer Wirkungsgrad, mehr Laufruhe durch fehlende freie Massenkräfte und kompaktere Bauweise. Bei der Anwendung als Wasserpumpe ist es zweckmäßig, Zahnkranz und Ritzel außerhalb des Gehäuses unterzubringen und die Durchführung vom Antriebsflansch zum Rotationskolben mit einer Dichtung (Stopfbuchse) abzudichten. Der Rotationskolben kann mit Wellenlager und Exzenterlager so gelagert werden, daß am Einlaß- Auslaßflansch kein Lager mehr erforderlich ist.The embodiment for the rotary piston machine shown in FIG. 1 to FIG. 6 can be used for many applications. For example, as a hydraulic pump or hydraulic turbine. The advantage over conventional technical solutions is higher efficiency, smoother running due to the lack of free inertia forces and a more compact design. When used as a water pump, it is advisable to accommodate the ring gear and pinion outside the housing and to seal the bushing from the drive flange to the rotary piston with a seal (stuffing box). The rotary piston can be supported with shaft bearings and eccentric bearings in such a way that no more bearings are required at the inlet / outlet flange.
In den FIGUREN 7 bis 16 sind weitere Möglichkeiten für die Gestaltung der Ein- und Auslaßeinheit dargestellt. Je nach kompressiblem oder nicht kompressiblem Medium, oder ob Durchfluß unabhängig von der Drehzahl geregelt werden soll, muß die Einlaß- Auslaßeinheit entsprechend den Erfordernissen ausgeführt werden. FIGS. 7 to 16 show further possibilities for the design of the inlet and outlet unit. Depending on the compressible or non-compressible medium, or whether the flow should be regulated independently of the speed, the inlet-outlet unit must be designed according to the requirements.
In FIGUR 7 wird eine Ausführung vorwiegend für Förderung von nicht kompressiblem Medium dargestellt. Sie ist geeignet, den Durchfluß des zu fördernden Mediums unabhängig von der Drehzahl zu regeln. Dies wird erfindungsgemäß so durchgeführt, daß der Trennsteg (23) zwischen Einlaß und Auslaß bei 120 Grad und bei 300 Grad gegen den Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung verschiebbar ausgeführt wird. Der Trennsteg (27) bei 60 Grad und 240 Grad ist feststehend.
Der in Umfangsrichtung drehbare Trennsteg (23) wird in einer Führung (22) mit einem Hebelarm (25) zusätzlich um seine eigene Achse drehbar angeordnet. Der Hebelarm (25) wird mit dem Steuerzapfen (26), der in der Führungsbahn für den Steuerzapfen (24) läuft nach der Durchführung durch den Rotationskolben (3) ausgerichtet. Der drehbare Trennsteg (23) wird mit Hilfe der Verschiebeeinheit (21) in Umfangsrichtung verschoben.
Die drehbare Anordnung ist erforderlich, da die Durchführung durch den Rotationskolben (3) während der Rotation infolge der Exzentrizität nicht radial ausgerichtet ist. Der in Umfangsrichtung werschiebbare Trennsteg (23) muß daher nach der Durchführung durch den Rotationskolben (3) in radialer Richtung ausgerichtet werden.
In FIGUR 8 und FIGUR 9 sind die Schnitte D-D und E-E durch den Trennsteg (23) dargestellt.
Mit dieser technischen Ausführung lt. FIGUR 7 kann eine regelbare Hydraulikpumpe oder Hydraulikturbine gebaut werden. Da diese Maschine insbesondere bei kleinem Mediumsstrom stoßweise fördert, sind ausreichend Druckspeicher vorzusehen. Diese Ausführung ist dann zweckmäßig, wenn Drehzahl- oder Leistungsregelung der Antriebsmaschine bzw. angetriebenen Maschine oder sonstige Regelung des Mediumsstromes nicht möglich ist. FIG. 7 shows an embodiment predominantly for conveying non-compressible medium. It is suitable for regulating the flow of the medium to be pumped independently of the speed. This is carried out according to the invention in such a way that the separating web (23) between the inlet and outlet is designed to be displaceable in the circumferential direction at 120 degrees and counterclockwise at 300 degrees. The separator (27) at 60 degrees and 240 degrees is fixed.
The separating web (23), which is rotatable in the circumferential direction, is additionally arranged in a guide (22) with a lever arm (25) so that it can rotate about its own axis. The lever arm (25) is aligned with the control pin (26), which runs in the guideway for the control pin (24) after being carried out by the rotary piston (3). The rotatable separating web (23) is displaced in the circumferential direction with the aid of the displacement unit (21).
The rotatable arrangement is necessary because the passage through the rotary piston (3) is not radially aligned during the rotation due to the eccentricity. The separating web (23) which can be pushed in the circumferential direction must therefore be aligned in the radial direction after being carried out by the rotary piston (3).
FIG. 8 and FIG. 9 show the sections DD and EE through the separating web (23).
With this technical design according to FIG . 7 , an adjustable hydraulic pump or hydraulic turbine can be built. Since this machine delivers intermittently, especially with a small medium flow, sufficient pressure accumulators must be provided. This version is useful when speed or power control of the prime mover or driven machine or other control of the medium flow is not possible.
In FIGUR 10 reichen die Einlaßkanäle (14) von 90 bis 180 und von 270 bis 360 Grad. Die Auslaßkanäle (15) reichen von 0 bis 90 und von 180 bis 270 Grad. Die Durchführung durch den Rotationskolben (3) befindet sich in der Mitte zwischen zwei Eckpunkten des Rotationskolbens (2).
Diese Ausführung hat den Vorteil, daß der Bereich am unteren Totpunkt bei 0 und 180 Grad von der Durchführung durch den Rotationskolben (3) langsamer überfahren wird.
Für Anwendungen kann das langsame überfahren des Trennsteges bei 0 und 180 Grad ausgenützt werden. Insbesondere bleibt mehr Zeit, druckloses Medium auszuschieben.In FIGURE 10 , the inlet channels (14) range from 90 to 180 and from 270 to 360 degrees. The outlet channels (15) range from 0 to 90 and from 180 to 270 degrees. The passage through the rotary piston (3) is located in the middle between two corner points of the rotary piston (2).
This version has the advantage that the area at bottom dead center at 0 and 180 degrees is passed over more slowly by the passage through the rotary piston (3).
For applications, the slow crossing of the separator at 0 and 180 degrees can be used. In particular, there is more time to push out pressureless medium.
In FIGUR 11 ist für den Einlaßkanal (14) nur eine einzelne öffnung als Einlaßkanal (14) bei etwa 100 Grad und 280 Grad vorgesehen. Diese Ausführung ist vorwiegend für kompressible Medien in der Betriebsart als Kompressor oder Verdichter vorgesehen. Die Durchführung durch den Rotationskolben (3) befindet sich in der Mitte zwischen zwei Eckpunkten des Rotationskolbens (2). Sie kann hier kleiner ausgeführt werden, da die Einlaßkanäle (14) und Auslaßkanäle (15) so angeordnet wurden, daß ihnen die Durchführung durch den Rotationskolben (3) stets folgen kann. Dies hat den Vorteil, daß die Durchführung durch den Rotationskolben und damit auch Vmin sehr klein gehalten werden kann.In FIGURE 11 , only a single opening is provided for the inlet channel (14) as an inlet channel (14) at approximately 100 degrees and 280 degrees. This version is primarily intended for compressible media in the operating mode as a compressor or compressor. The passage through the rotary piston (3) is located in the middle between two corner points of the rotary piston (2). It can be made smaller here because the inlet channels (14) and outlet channels (15) have been arranged so that they can always be followed by the rotary piston (3). This has the advantage that the implementation by the rotary piston and thus V min can be kept very small.
In FIGUR 12 ist eine Ausführung für vorwiegend kompressibles Medium in der Betriebsart regelbare Kraftmaschine (Turbine) mit Drehrichtungsumkehr dargestellt. Die Drehrichtung ist in der gezeichneten Ausführung gegen den Uhrzeigersinn.
Das Medium (z. B. Druckluft) wird über die beiden Einlaßöffnungen (28) bei 100 und 280 Grad eingebracht. Die Einlaßöffnung (28) wird bei 100 und 280 Grad situiert, um die definierte Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn zu erhalten. Sollte beim Anfahren der Turbine gerade keine Durchführung durch den Rotationskolben (3) über der Einlaßöffnung (28) stehen, könnte sich der Rotationskolben nicht drehen. Es werden daher Anfahrhilfen (32) geschaffen. Es sind dies Öffnungen, durch die Druckluft beim Anfahren eingebracht wird. Im Normalbetrieb haben diese Anfahrhilfen (32) keine Funktion.
Nachdem das verdichtete Medium (Druckluft) durch die Einlaßöffnung (28) bei 100 bzw. 280 Grad eingebracht wurde, leistet es durch Expansion Arbeit. Der Rotationskolben (2) rotiert von 90 Grad bis 180 Grad und verrichtet dabei mechanische Arbeit. Die Ausschiebephase reicht von 180 bis 270 Grad bzw. 0 bis 90 Grad. Dabei wird das entspannte Medium über die Auslaßöffnung (29) ausgeschoben. FIGURE 12 shows an embodiment for predominantly compressible medium in the operating mode of the controllable engine (turbine) with reversal of the direction of rotation. The direction of rotation is counterclockwise in the version shown.
The medium (e.g. compressed air) is introduced via the two inlet openings (28) at 100 and 280 degrees. The inlet opening (28) is located at 100 and 280 degrees in order to obtain the defined direction of rotation counterclockwise. Should not be carried out when starting the turbine If the rotary piston (3) is above the inlet opening (28), the rotary piston could not turn. Starting aids (32) are therefore created. These are openings through which compressed air is introduced when starting off. These starting aids (32) have no function in normal operation.
After the compressed medium (compressed air) has been introduced through the inlet opening (28) at 100 or 280 degrees, it does work by expansion. The rotary piston (2) rotates from 90 degrees to 180 degrees and does mechanical work. The extension phase ranges from 180 to 270 degrees or 0 to 90 degrees. The relaxed medium is pushed out through the outlet opening (29).
In FIGUR 13 ist in der Schnittdarstellung F-F des Einlaß- Auslaßflansches (11) dargestellt, wie Durchflußregelung und Drehrichtungsumkehr durchgeführt werden können.
Dazu wird die gesamte Einlaß- Auslaßeinheit (13) (mit Linien 45 Grad schraffiert) um 90 Grad in Umfangsrichtung drehbar aufgebaut. Damit wird die Umkehr der Drehrichtung mit dem Steuerzylinder Drehrichtungsumkehr (19), dem Steuerring Drehrichtungsumkehr (17) und dem Ansteuerkanal Drehrichtungsumkehr (30) ermöglicht.
Die Einlaßkanäle (14) werden bei 90 und 270 Grad positioniert. Die Auslaß-kanäle (15) bei etwa 20, 160, 200 und 340 Grad. Das Medium wird also über die Einlaßkanäle (14) und die Einlaßöffnungen (28) sowie die Durchführung durch den Rotationskolben (3) in den Arbeitsraum (20) eingebracht. über die Auslaßöffnungen (29) und die Auslaßkanäle (15) wird das entspannte Medium ausgeschoben. In der Einlaß- Auslaßeinheit drehbar (13) befindet sich der Steuerring Durchflußregelung (16) (Linien senkrecht schraffiert) mit dem Steuerzylinder Durchflußregelung (18), und der Ansteuerkanal Durchflußregelung (31). In der gezeichneten Stellung ist der maximale Durchfluß eingestellt.In FIGURE 13 , the sectional view FF of the inlet-outlet flange (11) shows how flow control and reversal of the direction of rotation can be carried out.
For this purpose, the entire inlet-outlet unit (13) (hatched with
The inlet channels (14) are positioned at 90 and 270 degrees. The outlet channels (15) at about 20, 160, 200 and 340 degrees. The medium is thus introduced into the working space (20) via the inlet channels (14) and the inlet openings (28) and through the rotary piston (3). The relaxed medium is pushed out via the outlet openings (29) and the outlet channels (15). In the inlet-outlet unit rotatable (13) there is the control ring flow control (16) (lines hatched vertically) with the control cylinder flow control (18), and the control channel flow control (31). The maximum flow is set in the position shown.
In FIGUR 14 ist die Drehrichtung im Uhrzeigersinn dargestellt. Dazu wurde die Einlaß- Auslaßeinheit (13) um 90 Grad gedreht. Die Auslaßöffnungen (29) reichen jetzt von 100 bis 170 Grad und von 280 bis 350 Grad. Die Einlaßöffnungen (28) befinden sich bei etwa 80 und 260 Grad. Der Steuerring Durchflußregelung (16) wurde in die Mittelstellung verschoben. Dies bedeutet, daß nur bei den ersten vier Auslaßöffnungen (29) ausgeschoben wird. Bei den restlichen vier Auslaßöffnungen (29) wird wieder rückverdichtet. In der nächsten Einlaßphase kann nicht mehr so viel verdichtetes Medium einströmen, da sich bereits zum Teil verdichtetes Medium im Arbeitsraum (20) befindet. Auf diese Art kommt Durchfluß- und Leistungsregelung zustande. FIGURE 14 shows the direction of rotation in the clockwise direction. For this purpose, the inlet-outlet unit (13) was rotated by 90 degrees. The outlet openings (29) now range from 100 to 170 degrees and from 280 to 350 degrees. The inlet openings (28) are at about 80 and 260 degrees. The flow control control ring (16) has been moved to the central position. This means that only the first four outlet openings (29) are pushed out. The remaining four outlet openings (29) are compressed again. In the next inlet phase, as much compressed medium can no longer flow in, since there is already partially compressed medium in the work space (20). This is how flow and power control comes about.
In FIGUR 15 (Schnitt G-G) ist ein Schnitt bei etwa 170 Grad dargestellt. Hier ist der seitliche Auslaßkanal (15) sowie der Ansteuerkanal für die Drehrichtung (30) zu erkennen. Wird dieser Ansteuerkanal mit Druck beaufschlagt, dreht die Einlaß- Auslaßeinheit (13) gegen den Uhrzeigersinn. Damit läuft auch Rotationskolben (2) gegen den Uhrzeigersinn. FIGURE 15 (section GG) shows a section at approximately 170 degrees. The side outlet channel (15) and the control channel for the direction of rotation (30) can be seen here. If this control channel is pressurized, the inlet-outlet unit (13) rotates counterclockwise. This means that the rotary piston (2) also runs counterclockwise.
In FIGUR 16 (Schnitt H-H) ist der Schnitt bei etwa 260 Grad dargestellt. In dieser Zeichnung ist von rechts aus dem Einlaß- Auslaßflansch (11) kommend der Einlaßkanal (14) dargestellt. Es wird noch darauf hingewiesen, daß dieser Einlaßkanal (14) in den Zeichnungen 13 und 14 der Übersicht halber gezeichnet wurde obwohl er in dieser Darstellung nicht sichtbar ist. FIGURE 16 (section HH) shows the section at approximately 260 degrees. In this drawing, the inlet channel (14) is shown coming from the right from the inlet / outlet flange (11). It should also be noted that this inlet duct (14) has been drawn in the
Mit den in den FIGUREN 12 bis 16 aufgezeigten Möglichkeiten kann also mit kompressiblem Medium eine Turbine in beiden Drehrichtungen durchflußgeregelt betrieben werden. Die Drehrichtungsumkehr kann entweder von Hand aus durch Verdrehen des Steuerringes, oder mit Beaufschlagung durch das Druckmedium durchgeführt werden. Die Durchflußregelung könnte lastabhängig oder handbetätigt geführt werden. Mögliche Anwendungen wären z. B. druckluftbetriebene Werkzeuge (Druckluftschrauber, Druckluftbohrmaschinen etc.). Mit der in FIGUR 12 dargestellten Ausführung ohne Drehrichtungsumkehr kann vor allem kompressibles Medium transportiert werden. Anwendungen wären z. B. Lüfter in verschiedensten technischen Ausführungen aber auch Kompressoren für Luft, Kühlmittel sowie Gasturbinen und Dampfturbinen.With the possibilities shown in FIGS. 12 to 16 , a turbine can be operated in a flow-controlled manner in both directions of rotation with compressible medium. The direction of rotation can be reversed either by turning the control ring by hand or by applying pressure from the pressure medium. The flow control could be load dependent or be operated manually. Possible applications would be e.g. B. tools operated by compressed air (pneumatic screwdrivers, pneumatic drills etc.). With the version shown in FIGURE 12 without reversing the direction of rotation, compressible medium in particular can be transported. Applications would be e.g. B. fans in various technical designs but also compressors for air, coolants and gas turbines and steam turbines.
In den FIGUREN 20 bis 27 werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie konstanter Durchfluß ohne freie Massenkräfte erzielt werden kann.
Konstanter Durchfluß kann erzielt werden, indem der Rotationskolben gegenüber der Welle im 15 Grad Intervall um maximal 0,27 Grad auf den Rotationskolben bezogen vor- bzw. nacheilt.
Der Lösungsgang ist erfindungsgemäß, daß die Vor- und Nacheilung entweder durch geeignete unrund laufende Zahnräder oder mit einem Hebelsystem durchgeführt wird. FIGURES 20 to 27 show possibilities of how constant flow can be achieved without free mass forces.
Constant flow can be achieved if the rotary piston leads or lags the shaft in a 15 degree interval by a maximum of 0.27 degrees with respect to the rotary piston.
The solution according to the invention is that the lead and lag are carried out either by suitable non-circular gears or with a lever system.
In den FIGUREN 20 bis 22 ist erfindungsgemäß ein Hebelsystem vorgeschlagen das folgendermaßen arbeitet:
Auf der Exzenterhilfswelle (35), die vom Rotationskolben (2) angetrieben wird, werden zwei Gelenke Exzenterhilfswelle (43) an der Exzenterhilfswelle (35) angebracht. An der Welle (3) wird der Antriebsgelenkhebel (38) mit dem Gelenk Antriebswelle (41) angebracht. Der Steuergelenkhebel (39), ist mit dem Gelenk Antriebswelle (41) drehbar verbunden. Das Zwischengelenk (42) ist mit dem Steuergelenkhebel (39) fest verbunden. Die Verbindung zwischen Gelenk Antriebswelle (41) und Gelenk Exzenterhilfswelle (43) wird mit dem Zwischengelenkhebel (40) hergestellt. Damit wird mit den Gelenken Zwischengelenk (42), Gelenk Exzenterhilfswelle (43) und Gelenk Antriebswelle (41) ein Dreieck gebildet. Wird der Steuergelenkhebel (39) nach aussen ausgelenkt, verkürzt sich der Winkel zwischen Antriebsgelenkhebel (38) und Gelenk Exzenterhilfswelle (43). Die Welle (4) eilt gegenüber dem Rotationskolben (2) vor. Wird der Steuergelenkhebel (39) nach innen ausgelenkt, vergrößert sich der Winkel zwischen Antriebsgelenkhebel (38) und Gelenk Exzenterhilfswelle (43). Die Welle (4) eilt gegenüber dem Rotationskolben (2) bzw. der Exzenterhilfswelle (35) nach.
Die radiale Drehung des Steuergelenkshebels (39) wird über die Führungsrolle Innenbahn (36) und die Führungsrolle Aussenbahn (37) die in der im Antriebsflansch (10) eingefrästen Führungsbahn für Vor- und Nacheilung (34) laufen durchgeführt. Die Führungsbahn für Vor- und Nacheilung (34) mit den Führungsrollen ist in FIGUR 21 nochmals gesondert dargestellt. Die Auslenkung des Steuergelenkhebels (39) wird mit den Werten aus der erforderlichen Vor- und Nacheilung (siehe Figur 41) und den Winkelbeziehungen am Steuergelenkhebel (39) ermittelt. Der Steuergelenkhebel (39) wird in Umfangsrichtung über die Führungsrollen (36,37) hinaus bis etwa 170 Grad weitergeführt um mit der Schwungmasse Steuergelenkhebel (44) einen Massenausgleich für die hin- und hergehenden Bewegungen zu schaffen. Aus Festigkeits- und Symmetriegründen wird das gesamte Hebelsystem um 180 Grad in Umfangsrichtung verschoben ebenfalls installiert.In FIGURES 20 to 22 , a lever system is proposed according to the invention which works as follows:
On the eccentric auxiliary shaft (35), which is driven by the rotary piston (2), two joints of the eccentric auxiliary shaft (43) are attached to the eccentric auxiliary shaft (35). The drive joint lever (38) with the joint drive shaft (41) is attached to the shaft (3). The control articulated lever (39) is rotatably connected to the articulated drive shaft (41). The intermediate joint (42) is firmly connected to the control joint lever (39). The connection between the joint drive shaft (41) and the joint eccentric auxiliary shaft (43) is made with the intermediate joint lever (40). A triangle is thus formed with the joints intermediate joint (42), joint eccentric auxiliary shaft (43) and joint drive shaft (41). If the control joint lever (39) is deflected outwards, the angle between the drive joint lever (38) and joint eccentric auxiliary shaft (43) is reduced. The shaft (4) leads in relation to the rotary piston (2). If the control joint lever (39) is deflected inwards, the angle between the drive joint lever (38) and the joint eccentric auxiliary shaft (43) increases. The shaft (4) lags behind the rotary piston (2) or the eccentric auxiliary shaft (35).
The radial rotation of the control joint lever (39) is carried out via the guide roller inner track (36) and the guide roller outer track (37) which run in the guide track milled in the drive flange (10) for leading and trailing (34). FIG. 21 shows the guideway for advance and retardation (34) with the guide rollers again separately. The deflection of the control joint lever (39) is determined using the values from the required advance and retardation (see FIG. 41) and the angular relationships on the control joint lever (39). The control link lever (39) is extended in the circumferential direction beyond the guide rollers (36, 37) up to about 170 degrees in order to create a mass balance for the reciprocating movements with the flywheel control link lever (44). For reasons of strength and symmetry, the entire lever system is also installed displaced by 180 degrees in the circumferential direction.
In FIGUR 22 Schnitt M-M ist ein Schnitt durch die Gelenkhebel dargestellt. Da durch die Vor- und Nacheilung freie rotatorische Massen an Rotationskolben (2) sowie der Exzenterhilfswelle (35) entstehen, ist es erforderlich, einen Massenausgleich zu schaffen. Daher wird das System mit den Hebelarmen auch für den gegenläufigen Antrieb der Schwungmasse (45) angewendet. FIGURE 22 section MM shows a section through the articulated lever. Since free rotational masses on the rotary pistons (2) and the eccentric auxiliary shaft (35) result from the leading and lagging, it is necessary to create a mass balance. Therefore, the system with the lever arms is also used for the opposite drive of the flywheel (45).
Auf der Exzenterhilfswelle (35), die vom Rotationskolben (2) angetrieben wird, werden zwei Gelenke Exzenterhilfswelle (43) angebracht. An der Hilfswelle Schwungmasse (46) wird der Antriebsgelenkhebel (38) mit dem Gelenk Schwungmasse (47) angebracht. Der Steuergelenkhebel (39), ist mit dem Gelenk Schwungmasse (47) drehbar verbunden. Das Zwischengelenk (42) ist mit dem Steuergelenkhebel (39) fest verbunden. Die Verbindung zwischen Gelenk Schwungmasse (47) und Gelenk Exzenterhilfswelle (43) wird mit dem Zwischengelenkhebel (40) hergestellt. Damit wird mit den Gelenken Zwischengelenk (42), Gelenk Exzenterhilfswelle (43) und Gelenk Schwungmasse (47) ein Dreieck gebildet. Wird der Steuergelenkhebel (39) nach aussen ausgelenkt, verkürzt sich der Winkel zwischen Antriebsgelenkhebel (38) und Gelenk Exzenterhilfswelle (43). Die Hilfswelle Schwungmasse (46) eilt gegenüber dem Rotationskolben (2) vor. Wird der Steuergelenkhebel (39) nach innen ausgelenkt, vergrößert sich der Winkel zwischen Antriebsgelenkhebel (38) und Gelenk Exzenterhilfswelle (43). Die Hilfswelle Schwungmasse (47) eilt gegenüber dem Rotationskolben (2) bzw. der Exzenterhilfswelle (35) nach.
Die radiale Drehung des Steuergelenkhebels (39) wird über die Führungsrolle Innenbahn (36) und die Führungsrolle Aussenbahn (37) die in der im Ein-Auslaßflansch (11) eingefrästen Führungsbahn für Vor- und Nacheilung (34) laufen durchgeführt.
Für die Auslegung der Schwungmasse müssen alle freien rotatorischen Massenkräfte berechnet werden. Die erforderliche Führungsbahn für Vor- und Nacheilung der Schwungmasse kann dann mit den Winkelbeziehungen ermittelt werden.
Das gesamte Hebelsystem kann natürlich auch in einem gesonderten Gehäuse untergebracht werden.
Diese Lösung zur Erlangung einer konstanten Förderung ohne freie Massenkräfte hat vor allem den Vorteil, daß durch das Hebelsystem praktisch keine Einbußen an Wirkungsgrad auftreten.On the eccentric auxiliary shaft (35), which is driven by the rotary piston (2), two joints of the eccentric auxiliary shaft (43) are attached. The drive joint lever (38) with the joint flywheel (47) is attached to the auxiliary shaft flywheel (46). The control lever (39) is with the Articulated flywheel (47) rotatably connected. The intermediate joint (42) is firmly connected to the control joint lever (39). The connection between the flywheel joint (47) and the eccentric auxiliary shaft joint (43) is established with the intermediate joint lever (40). A triangle is thus formed with the joints intermediate joint (42), joint eccentric auxiliary shaft (43) and joint flywheel mass (47). If the control joint lever (39) is deflected outwards, the angle between the drive joint lever (38) and joint eccentric auxiliary shaft (43) is reduced. The auxiliary shaft flywheel (46) leads in relation to the rotary piston (2). If the control joint lever (39) is deflected inwards, the angle between the drive joint lever (38) and the joint eccentric auxiliary shaft (43) increases. The auxiliary shaft flywheel (47) lags behind the rotary piston (2) or the eccentric auxiliary shaft (35).
The radial rotation of the control joint lever (39) is carried out via the guide roller inner track (36) and the guide roller outer track (37) which run in the guide track milled in the inlet / outlet flange (11) for leading and trailing (34).
To design the flywheel mass, all free rotary mass forces must be calculated. The required guideway for leading and trailing the flywheel can then be determined using the angular relationships.
The entire lever system can of course also be accommodated in a separate housing.
This solution for obtaining constant funding without free mass forces has the main advantage that there is practically no loss of efficiency due to the lever system.
In FIGUR 23 Schnitt R-R und der Schnittdarstellung FIGUR 24 ist eine Lösung mit Planetengetriebe dargestellt.
An der Innenseite der Exzenterhilfswelle (35) befindet sich das Außenzahnrad Antriebsgetriebe (51). Am Antriebsflansch (10) sind die Planetenzahnräder Antriebsgetriebe (50) mit der Hilfswelle Planetenrad Antriebsgetriebe (57) gelagert. Auf der Welle (4) ist das Innenzahnrad Antriebsgetriebe (52) angebracht. Das Planetengetriebe wird als unrundes Getriebe mit in Umfangsrichtung oder radialer Richtung versetzten Zähnen ausgeführt, damit die erforderliche Vor- und Nacheilung lt. Figur 41 realisiert werden kann. FIG. 23 section RR and the section illustration FIGURE 24 show a solution with a planetary gear.
The external gear drive gear (51) is located on the inside of the eccentric auxiliary shaft (35). The planetary gear drive gears (50) with the auxiliary shaft planet gear drive gears (57) are mounted on the drive flange (10). The internal gear drive gear (52) is attached to the shaft (4). The planetary gear is designed as a non-circular gear with teeth offset in the circumferential direction or radial direction, so that the required advance and lag can be realized according to FIG. 41.
In FIGUR 24 ist mit dem Schnitt S-S ein Schnitt durch die Planetenräder dargestellt. Für den Antrieb der Schwungscheibe wurde hier ebenfalls das Planetengetriebe verwendet. Mit der Exzenterhilfswelle (35) wird das Außenzahnrad Schwungmasse (54) angetrieben.
Über das Planetenzahnrad Schwungmasse (53) auf der Hilfswelle Planetenzahnrad Schwungmasse (56) wird das Innenzahnrad Schwungmasse (55) angetrieben. Das Innenzahnrad Schwungmasse (55) bildet mit der Hilfswelle Schwungmasse (46) und der Schwungmasse (45) eine Einheit. Das Planetengetriebe Schwungmasse und insbesondere das Aussenzahnrad Schwungmasse (54) wird als unrundes Getriebe ausgeführt und so gestaltet, daß die freien rotatorischen Massen ausgeglichen werden.
Drehzahlübersetzung zwischen Exzenterhilfswelle (35) und Welle (4) kann mit dem Planetengetriebe ebenfalls durchgeführt werden. FIG. 24 shows a section through the planet gears with the section SS. The planetary gear was also used to drive the flywheel. The external gear flywheel (54) is driven with the eccentric auxiliary shaft (35).
The internal gear flywheel (55) is driven via the planetary gear flywheel mass (53) on the auxiliary shaft planetary gear flywheel mass (56). The flywheel internal gear (55) forms a unit with the flywheel auxiliary shaft (46) and the flywheel mass (45). The planetary gear flywheel and in particular the external gear flywheel (54) is designed as a non-circular gear and designed so that the free rotary masses are balanced.
Speed translation between the eccentric auxiliary shaft (35) and shaft (4) can also be carried out with the planetary gear.
In den Darstellungen FIGUR 25 bis FIGUR 27 wird das Getriebe für Antrieb sowie Schwungscheibe nicht unterhalb des Rotationskolbens sondern ausserhalb in einem getrennten Gehäuse (60) angeordnet. Von der Abtriebswelle (61), die mit der Welle (3) der Rotationskolbenmaschine gekuppelt wird, wird das Antriebsrad (62) angetrieben. Mit einem innenliegenden Zahnrad wird das Hilfsrad (63) angetrieben. Vom Hilfsrad (63) mit dem Innenzahnrad Antrieb (64) wird das Antriebsritzel (65) mit der Antriebsweile (69) angetrieben. Zugleich wird mit dem Hilfsrad (63) und dem Innenzahnrad Schwungscheibe (66) das Ritzel Schwungscheibe (67) mit der Welle Schwungscheibe (68) und der Schwungmasse (45) angetrieben. Die Innenzahnräder Antrieb (64) mit dem Antriebsritzel (65) werden als unrunde Zahnräder ausgeführt um die Vor- Nacheilung zu realisieren. Mit dem Zahnradpaar Innenzahnrad Schwungscheibe (66) und Ritzel Schwungscheibe (67) wird der Massenausgleich durchgeführt.
In FIGUR 26 mit dem Schnitt T-T ist ein Schnitt durch die Antriebsräder gelegt.
In FIGUR 27 mit dem Schnitt U-U ist ein Schnitt durch das Zahnradpaar für den Massenausgleich gelegt.In the representations FIGURE 25 to FIGURE 27 , the transmission for the drive and flywheel is not arranged below the rotary piston but outside in a separate housing (60). The drive wheel (62) is driven by the output shaft (61), which is coupled to the shaft (3) of the rotary piston machine. The auxiliary wheel (63) is driven by an internal gear. The drive pinion (65) with the drive shaft (69) is driven by the auxiliary wheel (63) with the internal gear drive (64). At the same time, the pinion flywheel (67) with the shaft flywheel (68) and the flywheel mass (45) is driven with the auxiliary wheel (63) and the internal gearwheel flywheel (66). The internal gears drive (64) with the drive pinion (65) are designed as non-round gears to realize the pre-lag. The mass balance is carried out with the gear pair of internal gear flywheel (66) and pinion flywheel (67).
FIGURE 26 with the section TT shows a section through the drive wheels.
FIGURE 27 with the section UU shows a section through the gear pair for mass balancing.
FIGUR 28 zeigt die technische Ausführung einer Rotationskolbenmaschine, wo die Antriebseinheit mit den erforderlichen Lagern Wellenlager (5), Exzenterlager (7), Hilfslager Rotationskolben (48), Zahnkranz (8), Ritzel (9) und der Welle (4) mit Exzenter (6) in einem eigenen Gehäuse untergebracht ist. Der Rotationskolben (2) läuft in der Epitrochoide (1), die gegenüber der Antriebseinheit mit einer Stopfbuchse (49) oder sonstigen geeigneten Dichtungen abgedichtet ist. Diese Ausführung ist vor allem bei verunreinigten und nicht schmierenden Medien erforderlich und zweckmäßig. FIGURE 28 shows the technical design of a rotary piston machine, where the drive unit with the necessary bearings shaft bearing (5), eccentric bearing (7), auxiliary bearing rotary piston (48), ring gear (8), pinion (9) and the shaft (4) with eccentric ( 6) is housed in its own housing. The rotary piston (2) runs in the epitrochoid (1), which is sealed off from the drive unit with a stuffing box (49) or other suitable seals. This version is particularly necessary and appropriate for contaminated and non-lubricating media.
In FIGUR 30 ist eine Anwendung für stufenlose Regelung eines Hydraulikstromes dargestellt, wie sie zum Beispiel für den Antrieb in einem Kraftfahrzeug geeignet wäre.
Eine Antriebsmaschine (80) (Elektromotor, Benzinmotor, Dieselmotor, Gasturbine etc.) treibt das Aussenzahnrad eines Planetengetriebes (81) an. Mit den Planetenrädern wird die Hauptrotationskolbenmaschine (82) angetrieben. Der aus der Hauptrotationskolbenmaschine (82) kommende verdichtete Mediumsstrom wird über die Durchflussregelventile (86) zu den vier Antriebsrotationskolbenmaschinen (84) geleitet. Die Antriebsrotationskolbenmaschinen (84) treiben die Antriebsräder (85) an. Sollen sich die Antriebsrotationskolbenmaschinen (84) und Antriebsräder (85) langsamer drehen, wird der Mediumsstrom mit den Durchflussregelventilen (86) gedrosselt. Der unter Druck stehende Mediumsstrom gelangt dann über das Durchflussregelventil Steuerturbine (87) zur Steuerrotationskolbenmaschine (83), die das Aussenzahnrad des Planetengetriebes (81) antreibt. Die Steuerrotationskolbenmaschine (83) wird so angetrieben, daß sie in der Kraftrichtung die Antriebsmaschine (80) unterstützt. Die Drehzahl der Hauptrotationskolbenmaschine (82) sinkt durch den Differentialeffekt des Planetengetriebes (81) in dem Maße ab, wie die Drehzahl der Steuerrotationskolbenmaschine (83) zunimmt. Die Antriebsmaschine (80) wird damit ebenfalls entlastet und die Leistungszufuhr und Drehzahl können verringert werden. Bei der Auslegung wird die Steuerrotationskolbenmaschine (83) zweckmäßigerweise kleiner als die Hauptrotationskolbenmaschine (82) ausgelegt. FIG. 30 shows an application for stepless control of a hydraulic flow , as would be suitable, for example, for driving in a motor vehicle.
A drive machine (80) (electric motor, gasoline engine, diesel engine, gas turbine, etc.) drives the external gear of a planetary gear (81). The main rotary piston machine (82) is driven by the planet gears. The compressed medium flow coming from the main rotary piston machine (82) is conducted via the flow control valves (86) to the four drive rotary piston machines (84). The drive rotary piston machines (84) drive the drive wheels (85). If the drive rotary piston machines (84) and drive wheels (85) are to rotate more slowly, the medium flow is throttled with the flow control valves (86). The pressurized medium flow then passes through the flow control valve control turbine (87) to the control rotary piston machine (83), which drives the external gear of the planetary gear (81). The control rotary piston machine (83) is driven so that it supports the drive machine (80) in the direction of force. The speed of the main rotary piston machine (82) decreases due to the differential effect of the planetary gear (81) to the extent that the speed of the control rotary piston machine (83) increases. The drive machine (80) is thus also relieved and the power supply and speed can be reduced. In the design, the control rotary piston machine (83) is expediently designed to be smaller than the main rotary piston machine (82).
Die Pfeile zeigen die Kraftrichtung (mechanisch oder hydraulisch) an. Die Drehzahl der Antriebsmaschine (80) kann bei gegebenem Leistungsbedarf so gesteuert werden, daß sie einen optimalen Wirkungsgrad erreicht. Die Leistung der Antriebsmaschine (80) kann also genau dem Bedarf angepaßt werden. Der Differentialeffekt zwischen den vier Antriebsrädern ergibt sich automatisch. Weiters kann ähnlich wie beim ABS eine ASR (Anti-Schlupf-Regelung) installiert werden. Die Regelung des gesamten Systems wird zweckmäßigerweise mit einen Mikrocomputer durchgeführt. Die Leistung der Antriebsmaschine (80) wird dann vom Mikrocomputer vorgegeben. Der Fahrer stellt mit dem Gaspedal statt der Motordrehzahl die Fahrtgeschwindigkeit ein. Mit diesem Antriebssystem können durch optimalen wirtschaftlichen Betrieb der Antriebsmaschine bedeutende Energieersparnisse getätigt werden.The arrows indicate the direction of force (mechanical or hydraulic). The speed of the drive machine (80) can be controlled for a given power requirement so that it achieves optimum efficiency. The power of the drive machine (80) can therefore be adapted exactly to the need. The differential effect between the four drive wheels results automatically. Furthermore, an ASR (anti-slip control) can be installed similar to the ABS. The regulation of the entire system is expediently carried out using a microcomputer. The power of the drive machine (80) is then specified by the microcomputer. The driver uses the accelerator pedal to set the driving speed instead of the engine speed. With this drive system, significant energy savings can be made through optimal, economical operation of the drive machine.
In FIGUR 40 sind die Kurven VHI VHII und VHIII dargestellt. Diese Kurven stellen den Verlauf des absoluten Arbeitsraumvolumens abhängig vom Winkel dar. Die Kurven folgen einer sin²-Funktion.
Die Kurven dVI dVII und dVIII stellen die Zu- und Abnahme des Mediumsstromes in den jeweiligen Arbeitsräumen dar. Die Kurven MdI MdII und MdIII stellen den Drehmomentverlauf der einzelnen Arbeitsräume dar. Diese Kurven folgen einer einfachen Sinusfunktion. Weiters kann aus Figur 40 ersehen werden, wie das absolute Arbeitsraumvolumen zwischen dem Maximalwert Vmax (unterem Totpunkt) und dem Minimalwert Vmin (oberem Totpunkt) pendelt.
Die Sinuskurven dV wie auch die Sinus- Kurven, die den Drehmomentverlauf darstellen, nehmen positive und negative Werte an. Je nachdem ob der Arbeitsraum in der Einlaß- oder Auslaßphase (Druck- oder Saugphase) ist. Die Kurven der einzelnen Arbeitsräume sind um 60 Grad verschoben.
Oberhalb der x-Achse wird gefördert. Daher ist dV positiv. Unterhalb der x-Achse wird angesaugt. dV ist negativ.
Analog zu den dV- Kurven laufen die Drehmomentkurven des Tangentialmomentes, die gestrichelt dargestellt sind. Unterhalb der x- Achse wurden die Md Kurven mit kleinerer Amplitude dargestellt. Damit wurde angedeutet, daß der Druck in der Ansaugleitung kleiner sein kann als in der Druckleitung. Damit ist auch das aufzubringende Drehmoment kleiner. FIGURE 40 shows the curves V HI V HII and V HIII . These curves represent the course of the absolute working space volume depending on the angle. The curves follow a sin² function.
The curves dV I dV II and dV III represent the increase and decrease of the medium flow in the respective work rooms. The curves Md I Md II and Md III represent the torque curve of the individual work rooms. These curves follow a simple sine function. It can also be seen from FIG. 40 how the absolute work space volume oscillates between the maximum value Vmax (bottom dead center) and the minimum value Vmin (top dead center).
The sinusoidal curves dV as well as the sinusoidal curves, which represent the torque curve, assume positive and negative values. Depending on whether the work area is in the inlet or outlet phase (pressure or suction phase). The curves of the individual work rooms are shifted by 60 degrees.
Funding is provided above the x axis. Therefore dV is positive. Suction takes place below the x-axis. dV is negative.
The torque curves of the tangential torque, which are shown in dashed lines, run analogously to the dV curves. Below the x-axis, the Md curves were shown with a smaller amplitude. This indicated that the pressure in the intake line can be lower than in the pressure line. This means that the torque to be applied is also smaller.
In FIGUR 41 sind die Auswirkungen der Vor- und Nacheilung des Rotationskolbens dargestellt. Wo zwei Arbeitsräume (druck- oder saugseitig) zur Förderung beitragen, werden die beiden Kurven addiert. Auf der X-Achse ist unten die Gradteilung der Antriebs- bzw. Abtriebswelle /3 dargestellt. Auf der Oberseite ist die Vor- und Nacheilung des Rotationskolbens dargestellt. Im Ausschnitt A ist die Vor- und Nacheilung des Rotationskolbens (Oberseite) gegenüber der Antriebswelle (Unterseite) in Vergrößerung dargestellt. Weiters sind die Linien für den konstanten Mediumsfluß und das konstante Drehmoment dVmittel und Mdmittel eingetragen, die sich durch die Vor- und Nacheilung des Rotationskolbens ergeben. Aus Übersichtsgründen sind Grad Rotationskolben und Grad Welle (Exzenterhilfswelle) hier identisch. Natürlich laufen Exzenterhilfswelle und Welle mit dreifacher Winkelgeschwindigkeit des Rotationskolbens. Dies bedeutet, daß sich ein kompletter Zyklus Vor- und Nacheilung nicht über 30 Grad wie in Figur 41 dargestellt erstreckt, sondern über 90 Grad. Dem wurde auch in FIGUR 21 mit der Führungsbahn für Vor- und Nacheilung Rechnung getragen. FIGURE 41 shows the effects of the lead and lag of the rotary piston. Where two work spaces (pressure or suction side) contribute to the funding, the two curves are added. The graduation of the input or output shaft / 3 is shown on the X axis below. The leading and lagging of the rotary piston is shown on the top. Section A shows the advance and retardation of the rotary piston (top) with respect to the drive shaft (bottom) in an enlarged view. Furthermore, the lines for the constant medium flow and the constant torque dV medium and Md medium are entered, which result from the leading and lagging of the rotary piston. For reasons of clarity, the degrees of rotary pistons and degrees of shaft (eccentric auxiliary shaft) are identical here. Of course, the eccentric auxiliary shaft and shaft run at three times the angular speed of the rotary piston. This means that a complete cycle of lead and lag does not extend over 30 degrees as shown in Figure 41, but over 90 degrees. This was also taken into account in FIGURE 21 with the guideway for advance and retardation.
- (X)(X)
- X - AchseX axis
- (Y)(Y)
- Y - AchseY axis
- (E)(E)
- Einlaßkanal (14)Inlet duct (14)
- (A)(A)
- Auslaßkanal (15)Exhaust duct (15)
- (M)(M)
- Mittelpunkt des gesamten SystemsThe center of the entire system
- (MK)(MK)
- Mittelpunkt des RotationskolbensCenter of the rotary piston
- (OT)(OT)
- Oberer Totpunkt (90 und 270 Grad)Top dead center (90 and 270 degrees)
- (UT)(UT)
- Unterer Totpunkt (0 und 180 Grad)Bottom dead center (0 and 180 degrees)
- (R)(R)
- Radius RotationskolbenRadius of the rotary piston
- (e)(e)
- Exzentrizitäteccentricity
- (1)(1)
- Epitrochoide (Peritrochoide)Epitrochoids (peritrochoids)
- (2)(2)
- RotationskolbenRotary piston
- (3)(3)
- Durchführung durch RotationskolbenCarried out by rotary pistons
- (4)(4)
- Wellewave
- (5)(5)
- WellenlagerShaft bearing
- (6)(6)
- Exzentereccentric
- (7)(7)
- ExzenterlagerEccentric bearing
- (8)(8th)
- ZahnkranzSprocket
- (9)(9)
- Ritzelpinion
- (10)(10)
- AntriebsflanschDrive flange
- (11)(11)
- Ein- Auslaß FlanschInlet flange
- (13)(13)
- Einlaß- Auslaßeinheit drehbarInlet-outlet unit rotatable
- (14)(14)
- Einlaßkanal (E)Inlet duct (E)
- (15)(15)
- Auslaßkanal (A)Outlet duct (A)
- (16)(16)
- Steuerring DurchflußregelungControl ring flow control
- (17)(17)
- Steuerring DrehrichtungsumkehrControl ring reversal of direction of rotation
- (18)(18)
- Steuerzylinder DurchflußregelungControl cylinder flow control
- (19)(19)
- Steuerzylinder DrehrichtungsumkehrControl cylinder reversal of direction of rotation
- (20)(20)
- Arbeitsraumworking space
- (21)(21)
- VerschiebeeinheitDisplacement unit
- (22)(22)
- Führung für drehbaren TrennstegGuide for rotating separator
- (23)(23)
- Trennsteg drehbarDivider rotatable
- (24)(24)
- Führungsbahn für SteuerzapfenGuideway for control pin
- (25)(25)
- HebelarmLever arm
- (26)(26)
- SteuerzapfenControl pin
- (27)(27)
- Trennsteg feststehendSeparator fixed
- (28)(28)
- EinlaßöffnungenInlet openings
- (29)(29)
- AuslaßöffnungenExhaust ports
- (30)(30)
- Ansteuerkanal DrehrichtungsumkehrControl channel reversal of direction of rotation
- (31)(31)
- Ansteuerkanal DurchflußregelungControl channel flow control
- (32)(32)
- AnfahreinlaßöffnungenStart-up inlet openings
- (34)(34)
- Führungsbahn für Vor- und NacheilungGuideway for advance and retardation
- (35)(35)
- ExzenterhilfswelleEccentric auxiliary shaft
- (36)(36)
- Führungsrolle InnenbahnGuide roller inner track
- (37)(37)
- Führungsrolle AussenbahnLeading role outside track
- (38)(38)
- AntriebsgelenkhebelDrive joint lever
- (39)(39)
- SteuergelenkhebelControl arm
- (40)(40)
- ZwischengelenkhebelIntermediate joint lever
- (41)(41)
- Gelenk AntriebswelleJoint drive shaft
- (42)(42)
- ZwischengelenkIntermediate joint
- (43)(43)
- Gelenk Exzenterhilfswelle mit GelenkhebelArticulated eccentric auxiliary shaft with articulated lever
- (44)(44)
- Schwungmasse SteuergelenkhebelInertia control arm
- (45)(45)
- SchwungmasseFlywheel
- (46)(46)
- Hilfswelle SchwungmasseAuxiliary shaft flywheel
- (47)(47)
- Gelenk SchwungmasseJoint flywheel
- (48)(48)
- Hilfslager RotationskolbenAuxiliary bearing rotary piston
- (49)(49)
- StopfbuchseStuffing box
- (50)(50)
- Planetenzahnrad AntriebsgetriebePlanetary gear drive gear
- (51)(51)
- Aussenzahnrad AntriebsgetriebeExternal gear drive gear
- (52)(52)
- Innenzahnrad AntriebsgetriebeInternal gear drive transmission
- (53)(53)
- Planetenzahnrad SchwungmassePlanetary gear flywheel
- (54)(54)
- Aussenzahnrad SchwungmasseExternal gear flywheel
- (55)(55)
- Innenzahnrad SchwungmasseInternal gear flywheel
- (56)(56)
- Hilfswelle Planetenrad SchwungmasseAuxiliary shaft planetary flywheel
- (57)(57)
- Hilfswelle Planetenrad AntriebsgetriebeAuxiliary shaft planetary gear drive gear
- (60)(60)
- Gehäusecasing
- (61)(61)
- AbtriebswelleOutput shaft
- (62)(62)
- Antriebsraddrive wheel
- (63)(63)
- HilfsradAuxiliary wheel
- (64)(64)
- Innenzahnrad AntriebInternal gear drive
- (65)(65)
- AntriebsritzelDrive pinion
- (66)(66)
- Innenzahnrad SchwungscheibeInternal gear flywheel
- (67)(67)
- Ritzel SchwungscheibePinion flywheel
- (68)(68)
- Welle SchwungscheibeWave flywheel
- (69)(69)
- Antriebswelledrive shaft
- (70)(70)
- Innenzahnrad AntriebsradInternal gear drive wheel
- (80)(80)
- Maschine zur Krafterzeugung (Dieselmotor, Benzinmotor, Gasturbine)Power generation machine (diesel engine, gasoline engine, gas turbine)
- (81)(81)
- Getriebeeinheit (Planetengetriebe)Gear unit (planetary gear)
- (82)(82)
- HauptrotationskolbenmaschineMain rotary piston machine
- (83)(83)
- SteuerrotationskolbenmaschineControl rotary piston machine
- (84)(84)
- AntriebsrotationskolbenmaschinenDrive rotary piston machines
- (85)(85)
- AntriebsräderDrive wheels
- (86)(86)
- DurchflussregelventileFlow control valves
- (87)(87)
- Durchflussregelventil SteuerturbineFlow control valve control turbine
- (88)(88)
- Sammelbehälter HydraulikmediumHydraulic fluid reservoir
- (89)(89)
- HydraulikdruckleitungHydraulic pressure line
- (90)(90)
- HydrauliksaugleitungHydraulic suction line
Patentschriften
[DE 2 021 513, DE 2 242 247, DE A1 2 402 084 und 0 094 379 A1]
DUBBEL Taschenbuch für den Maschinenbau Ausgabe 16
ÖLHYDRAULIK G. Bauer Teubner Studienskripten
OTTO- UND DIESELMOTOREN Grohe Vogel BuchverlagPatent specifications
[
DUBBEL paperback for
OIL HYDRAULICS G. Bauer Teubner study scripts
OTTO AND DIESEL ENGINES Grohe Vogel Buchverlag
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP91120058A EP0544025A1 (en) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Rotary piston engine for compressible and non-compressible medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP91120058A EP0544025A1 (en) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Rotary piston engine for compressible and non-compressible medium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0544025A1 true EP0544025A1 (en) | 1993-06-02 |
Family
ID=8207376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP91120058A Withdrawn EP0544025A1 (en) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Rotary piston engine for compressible and non-compressible medium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0544025A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014223142A1 (en) | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Rotary piston engine |
DE102015205533A1 (en) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | Rwe Deutschland Ag | Method for regulating the gas pressure in a gas pipeline network, gas pressure regulating stations in a gas pipeline network and rotary piston machine |
CN107401494A (en) * | 2017-09-06 | 2017-11-28 | 西南交通大学 | A kind of piston type air compressor |
WO2019102267A3 (en) * | 2017-11-23 | 2019-07-18 | Francesco Ramaioli | Engine or turbine with virtual pistons |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1115267B (en) * | 1960-05-24 | 1961-10-19 | Motoren Werke Mannheim Ag | Rotary piston machine |
DE1194636B (en) * | 1962-03-24 | 1965-06-10 | Beteiligungs & Patentverw Gmbh | Rotary piston machine |
US3825375A (en) * | 1972-01-05 | 1974-07-23 | N Deane | Rotary driving |
DE2316522A1 (en) * | 1973-04-03 | 1974-10-24 | Georg Willi Eckhardt | FOUR-STROKE EPITROCHOID-BASED ROTARY PISTON ENGINE |
-
1991
- 1991-11-25 EP EP91120058A patent/EP0544025A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1115267B (en) * | 1960-05-24 | 1961-10-19 | Motoren Werke Mannheim Ag | Rotary piston machine |
DE1194636B (en) * | 1962-03-24 | 1965-06-10 | Beteiligungs & Patentverw Gmbh | Rotary piston machine |
US3825375A (en) * | 1972-01-05 | 1974-07-23 | N Deane | Rotary driving |
DE2316522A1 (en) * | 1973-04-03 | 1974-10-24 | Georg Willi Eckhardt | FOUR-STROKE EPITROCHOID-BASED ROTARY PISTON ENGINE |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014223142A1 (en) | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Rotary piston engine |
WO2016074847A1 (en) | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Rotary piston machine |
DE102015205533A1 (en) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | Rwe Deutschland Ag | Method for regulating the gas pressure in a gas pipeline network, gas pressure regulating stations in a gas pipeline network and rotary piston machine |
CN107401494A (en) * | 2017-09-06 | 2017-11-28 | 西南交通大学 | A kind of piston type air compressor |
WO2019102267A3 (en) * | 2017-11-23 | 2019-07-18 | Francesco Ramaioli | Engine or turbine with virtual pistons |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2428228A1 (en) | DEVICE FOR CONVEYING OR TREATING A FLUID | |
DE2450418A1 (en) | ROTARY LISTON MACHINE | |
WO2014067988A2 (en) | Rotary piston pump having direct drive | |
DE2059158C3 (en) | Hydraulic motor in vane type | |
EP2188496B1 (en) | Compressed air motor | |
DE19509913A1 (en) | Rotary piston machine for pump | |
DE68908186T2 (en) | MACHINE FOR A GAS MEDIUM. | |
EP0369991A1 (en) | Rotating and reciprocating piston engine | |
EP0544025A1 (en) | Rotary piston engine for compressible and non-compressible medium | |
CH664193A5 (en) | EXHAUST-ROTATED PISTON LOADER. | |
EP2625427B1 (en) | Fluid transmission | |
DE2533776A1 (en) | ROTATING MOTOR | |
EP1005604B1 (en) | Rotary piston machine | |
DE4131847C1 (en) | Control and conversion engine etc. drive - has several rotors, each with oval gearwheels, eccentric, parallel, and symmetrical w.r.t. rotor axis | |
DE19708641A1 (en) | Rotary piston machine for use as pump, compressor or motor | |
DE2626449C3 (en) | Guide gear for a parallel and internal-axis rotary piston machine | |
DE2226831A1 (en) | DISPLACEMENT MACHINE | |
EP0148230A1 (en) | Device for the discharge of pulsated exhaust gas under pressure, preferably from an internal combustion engine | |
EP0130436A1 (en) | Rotary piston machine used as an expansion engine or compressor | |
EP3022444A2 (en) | Rotary piston machine | |
DE19616880A1 (en) | Pump with two- or three-cornered rotors | |
AT524617B1 (en) | expansion machine | |
DE3027208A1 (en) | Rotary piston IC engine - has rectangular pistons pivoted on rotor concentric in stator | |
DE2422857A1 (en) | Rotary piston engine with contra rotating rotors - has central mountings for the rotors and ignition and operational medium delivery systems | |
DE1129962B (en) | Rotary piston machine with main and secondary rotary piston |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LI LU NL SE |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 19931203 |