NO338176B1 - Roterende stempelmaskin - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en dreiestempelmaskin, særlig en kompressor, en pumpe eller en motor, med et dreiestempel hvormed arbeidsrom med endrende volum avgrenses, og hvor stempelet (2) befinner seg i en sylinder (1) med to sidevegger og krummet mantel. Stempelet (2) er på den ene side dreibart om to parallelle rotasjonsakser (7, 8) som går loddrett på sylinderens sidevegger, og er på den annen side forskyvbart i to retninger som er innbyrdes loddrette og også går loddrett på de parallelle rotasjonsakser. Stempelet (2) er forsynt med to styreaksler (71, 81) som har parallelle rotasjonsakser, idet styreakslene (71, 81) i en retning loddrett på rotasjonsaksene (7, 8) er forsynt med styreelementer (5, 6), fordelaktig glidere eller tapper, hvorpå stempelet (2) ved hjelp av glideelementer (3, 4) fordelaktig spor eller hylser, er forskyvbart påsatt.

Description

Oppfinnelsen vedrører en maskin med et dreiestempel i henhold til de vedlagte krav.

Det er kjent konstruksjoner hvor stempelet utfører en enkel rotasjonsbevegelse. Stempelet befinner seg da i en ringformet mantel og er forsynt med utførbare pakninger som tilpasser seg den endrende avstand mellom stempelet og den ringformede mantel og samtidig avgrenser de endrende arbeidsrom mellom stempel og sylindermantel. En slik anordning muliggjør imidlertid ingen store trykk eller temperaturer, og slike konstruksjoner er derfor bare anvendbare som vifter. Dessuten er det kjent konstruksjoner hvor stempelet utfører en sammensatt rotasjonsbevegelse, dvs. en rullebevegelse. En større sirkel (eksempelvis et sentrisk sirkelhjul med innvendig fortanning) avruller seg - fremfor alt ved hjelp av tannhjul - på en stasjonær, mindre sirkel (eksempelvis et sentrisk sirkelhjul med utvendig fortanning). Diameterforholdet mellom de to sirkler bestemmer stempelets toppunktantall, som beskriver en overensstemmende kurve, en såkalt trokoide, og bestemmer også antall arbeidsrom som avgrenses med stempelet. Når dette forholdet utgjør 2:1, har stempelet to toppunkter og avgrenser to arbeidsrom. Er forholdet 3:2, så har stempelet tre toppunkter og avgrenser tre arbeidsrom, osv. En ulempe ved denne anordning er at når det foreligger mer enn to stempeltoppunkter får mantelkrumningen en for forbrenningsrommet meget ugunstig form, og dessuten vil forholdet mellom arbeidsrommets største og minste volum i prinsippet være begrenset. En anordning med to toppunkter kan imidlertid gis et mer gunstig forbrenningsrom og et bedre forhold mellom det største og minste arbeidsrom, men man vil da - likeledes prinsipielt betinget - få et ugunstig forhold mellom den stempelflate som belastes av arbeidstrykket, og den størst mulige kritiske diameter for den akselen hvor stempelet er montert. Derfor egner en slik anordning seg ikke for motorer, men bare for vifter eller pumper og kompressorer med lave arbeidstrykk.

DEI 121932B viser en maskin med et roterende stempel, som har to toppunkter, i et sylindrisk kammer.

Det er videre kjent en stempelbevegelse for et stempel med to toppunkter, hvor de to toppunktene beskriver en kurve som benevnes konkoide. Stempelet dreier seg da samtidig om to rotasjonsakser og forskyver seg i en retning loddrett på de to rotasjonsaksene. I en slik konstruksjon er stempelet lagret forskyvbart loddrett på dreieaksene på to parallelle aksler, idet stempelets forskyvbare bevegelse relativt de enkelte aksler ligger loddrett på hverandre. En av akslene tjener som bæreaksel mens den andre tjener som styreaksel, og de to akslene kan bare være opplagret i én respektiv sidevegg. For at man skal kunne opplagre de to akslene i begge sidevegger, er i én utførelse én av akslene hul, dvs. utført som en hylse, hvorigjennom den andre akselen går. Ifølge andre kjente konstruksjoner kan styreakselen også erstattes med én eller flere ut fra sideveggen ragende tapper, hvorpå stempelet glir eller dreier. Også bæreakselen, hvorpå stempelet er forskyvbart anordnet, kan ved andre konstruksjoner være erstattet med en aksel med en veivtapp hvorpå stempelet er dreibart anordnet, idet styreakselen, som nevnt, kan erstattes med tapper. Samtlige av disse utførelser med den konkoideartige konstruksjon har felles ulemper, fremfor alt en manglende bæreevne for bæreakselen og en unøyaktig og slitasjeømfintlig styring av stempelet. Disse konstruksjoner har derfor ikke slått an, selv om de har vært kjent allerede fra begynnelsen av det tyvende århundre, og har bare forblitt som ideer.

Ulempene ved den hittil kjente teknikk unngås med en maskin med ett i en sylinder lagret dreiestempel. Denne maskin utmerker seg ved at minst én ved sideveggen eller i sideveggen dreibart henholdsvis relativt bæreakselen i loddrett retning på dreieaksen forskyvbart lagret styrering er forskyvbart forbundet med det på bæreakselen enten forskyvbart loddrett på dreieaksens retning eller dreibart ved hjelp av et med bæreakselen forbundet, bærende eksenter lagrede stempel. Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er at styreringen på sin fra stempelet vendte frontside, er forsynt med en glider som er forskyvbar i en retning loddrett på styreringens forskyvbare forbindelse med stempelet. Glideren er dreibart anordnet på et styreeksenter som er anordnet på bæreakselen, parallelt med det bærende eksenter og forskjøvet 180° i forhold til dette. Ved en anordning av to eller flere sylindere ved siden av hverandre kan den bærende glider dannes av stemplet i den hosliggende sylinder, idet retningene til de forskyvbare forbindelsene mellom styreringen og det enkelte stempel da ligger innbyrdes loddrett. Ifølge det siste trekket er oppfinnelsen kjennetegnet ved at rommene mellom glideelementene, fordelaktig tapper eller neser, henholdsvis den bærende glider på den ene side og styreelementene, fordelaktig hylser eller spor, på den annen side, er lukket og forsynt med åpninger for innføring og utføring av smøremiddel.

Oppfinnelsen er vist nærmere på tegningen, hvor figurene 1 og 2 rent skjematisk viser konkoidekonstruksjonen. Fig. 3 viser en utførelse ifølge oppfinnelsen, hvor stempelet styres av styreringer og er opplagret på det med bæreakselen forbundne, bærende eksenter. Ytterligere utførelser er vist skjematisk i fig. 4 og 5 og i snittet i fig. 6. 1 fig. 1 er stempelet 2 anordnet i den krummede mantelen 1 til sylinderen. Stempelet 2 har to innbyrdes loddrette spor 3, 4, som utgjør stempelets glideelementer. Stempelet 2 er med disse sporene 3, 4 opplagret på to styreelementer 5, 6. Disse styreelementene er alltid fast forbundet med én av akslene 71, 81, hvis akser 7, 8 er innbyrdes parallelle. I fig. 2 er sylindermantelen 1 vist lukket på begge sider med sidevegger 11, hvori akslene 71, 81 er dreibart opplagret. Anordningen av glideelementene 3, 4 og styreelementene 5, 6 på de motliggende sider av stempelet og på akslene 71, 81, er vist i fig. 4 og 5. Når én av akslene 71, 81 dreier seg, vil også det dermed fast forbundne styreelement 5, 6 (fig. 4, 5) dreie seg, og derved dreier også stempelet seg via glideelementene 3, 4 (eksempelvis spor). Stempelet dreier seg da også ved hjelp av et andre glideelement 4, 3, det andre styreelement 6, 5 og den andre akselen 81, 71, om den andre aksen 8,7. Når toppunktene befinner seg i lik avstand fra midten av stempelet 2, vil begge toppunkter beskrive en overenstemmende krumning av mantelen 1, som da sammen med forbindelseslinjene mellom de to toppunkter, danner to innbyrdes adskilte rom. Stempelets 2 parallelle rotasjonsbevegelse om to parallelle akser 7, 8 medfører at under bevegelsen langs mantelen 1 vil en krummet forbindelseslinje mellom stempelets toppunkter fjerne seg fra mantelen 1 mens den andre forbindelseslinjen nærmer seg mantelen 1. Når akslene roterer vil rommet mellom en forbindelseslinje mellom stempelets toppunkter og mantelen 1 øke fra et minimum og til et maksimum. Tilsvarende vil rommet mellom den andre forbindelseslinjen og mantelen avta fra en maksimalverdi og til et minimum. Når mantelen 1 og/eller sylinderens sidevegg 11 på den ene siden er forsynt med en innløpsåpning og på den motliggende side er forsynt med en utløpsåpning for et flytende eller gassformet medium, så vil dette medium ved en rotasjon av bare én av akslene suges inn på den ene siden, i rommet mellom mantelen 1 og stempelet 2, mens mediet komprimeres på den motliggende siden. Maskinen arbeider da som pumpe eller kompressor. Tilføres rommet mellom mantelen 1 og stempelet 2 et trykkmedium på den ene sy Undersiden, så vil dette trykket utøve en kraft på den av forbindelseslinjen mellom toppunktene og stempelets bredde gitte flate, hvilken kraft tilveiebringer et moment om aksen 7. Akselen 71 vil derfor dreie seg og dermed dreies også stempelet 2 og den andre aksel 81.

Ved en anordning ifølge oppfinnelsen blir bare én av akslene 71, 81 anvendt som bæreaksel og opplagret i to sidevegger, mens den andre akselen erstattes av en styrering 72, 82. Denne styrering er likeledes dreibart opplagret i sideveggen 11 og er forsynt med et styrelement 51, 61 som er forbundet med glideelementet 31, 41 i stempelet 2. Ved en annen anordning ifølge oppfinnelsen er stempelet dreibart (eksempelvis ved hjelp av et lager) opplagret på det bærende eksenter 10 (fig. 3), hvilket eksenter 10 befinner seg på bæreakselen 91, som fortrinnsvis er dreibart opplagret i begge sidevegger 11. Bæreakselen 91 går gjennom styreringene 72, 82, og dens dreieakse ligger i planet til styreringenes 72, 82 akser 7, 8, og midt mellom disse aksene. Eksentrisiteten til det bærende eksenter 10 er lik halve avstanden mellom aksene 7, 8. Under stempelets 2 rotasjon, som styres av styreringene 72, 82, vil midtpunktet til det bærende eksenter 10 bevege seg i overenstemmelse med stempelets 2 midtpunkt. Belastningen på stempelet 2 overføres derfor helt via det bærende eksenter 10 og bæreakselen 91, slik at styreringene 72, 82 ikke belastes av det trykk som virker på stempelet. I utførelsen i fig. 3 kan stempelet utsettes for høye trykk.

I samsvar med oppfinnelsen kan videre i den først beskrevne anordning, med den som bæreelement utførte styreaksel 71, styreringen 72, 82 være dreibart og samtidig relativt den bærende styreaksel 71 forskyvbart lagret i eller ved sideveggen 11. Den sistnevnte opplagring kan da enten finne sted i eller ved sideveggene 11, eller med sideveggene 11.1 så tilfelle anvendes verken bæreakselen 91 eller eksenteret 10, og stempelbelastningen overføres via den tilstrekkelig dimensjonerte og i begge ender lagrede aksel 71. Ved å endre avstanden mellom dreieaksene til styreringen 72, 82 og den bærende styreaksel 71, kan man kontinuerlig og under drift av maskinen endre forholdet mellom det maksimale og minimale rom mellom toppunktenes forbindelseslinje og den krummede mantel, og dermed også mengden av innsuget eller ekspanderende og uttrykket medium, så vel som også størrelsen til det moment som virker om dreieaksen 7. Disse endringer kan skje kontinuerlig. Ved en anordning etter hverandre av minst to slike maskiner ifølge oppfinnelsen (eksempelvis én maskin som pumpe og den andre maskin som motor for et gassformet eller flytende medium), vil ved en relativ bevegelse av styreringen 72, 82 og akselen 71 både omdreiningstallet så vel som momentforholdet mellom de to maskiner endre seg trinnløst.

Ved utførelsen med det bærende eksenter 10 og bæreakselen 91 er et ytterligere inventivt trekk at de to styreringer er slik funksjonsforbundet at styreringen 72, 82 bare er anordnet på én side av stempelet 2 og, ifølge fig. 6, er slik modifisert at den i tillegg til styreelementet 51, 61 på den fra stempelet vendte side også har et bærende styreelement 52, 62 på den mot stempelets side. Dette sistnevnte styreelement samvirker med en forskyvbar glider 14 som er opplagret på et hjelpeeksenter 15. Dette hjelpeeksenteret 15 har samme eksentrisitet som det bærende eksenter 10 og det er fast anordnet på bæreakselen 91, forskjøvet 180° i forhold til det bærende eksenter 10. På denne måten kan begge styreringer forenes på ett av de to plasseringssteder. Av produksjonsgrunner vil det være naturlig å plassere den forenede styrering på styreringens 82 sted, dvs. på den måten at styreelementet 61 er forskyvbart lagret i stempelets 2 glideelement 41 i en retning loddrett på linjen som forbinder stempelets 2 toppunkter. Ved en anordning av to eller flere sylindere ved siden av hverandre kan den bærende glider 14 dannes av stempelet 2 i en hosliggende sylinder, idet retningene til de forskyvbare forbindelser mellom styreringen 72, 82 og det enkelte stempel 2, ligger loddrett på hverandre.

Alle maskiner som har bevegelige komponenter, har et antall steder som må smøres eller kjøles. I en maskin ifølge oppfinnelsen behøves riktignok ingen egen pumpeinnretning, men ifølge oppfinnelsen kan de foranderlige rom mellom bestemte innbyrdes bevegede komponenter, eksempelvis mellom glideelementene 3, 4, 31, 41 henholdsvis mellom glideren 14 på den ene side og mellom styreelementene 5, 6, 51, 61, 52, 62 på den annen side, benyttes som pumpeinnretninger for smøremiddel og/eller kjølemedium, idet da disse rom stenges på sidene og forsynes med innløps- og utløpsåpninger for det aktuelle medium. Derved bortfaller ikke bare de ellers som regel dyre og tunge pumpeinnretninger, men smøremidlet og/eller kjølemediet kan ved pumpingen over smøre- og/eller kjølestedet innføres med undertrykk, hvorved medieforbruket blir meget lavt.

Fordelene med en dreiestempelmaskin ifølge oppfinnelsen, ikke bare ifølge utførelseseksemplene men også ifølge andre utførelser som er mulige innenfor rammen av patentkravene, er i sammenligning med hittil kjente stempelmaskiner at maskinene vil være mindre, lettere og fullstendig utbalansert, at de har en høyere effekt og mindre støy sammenlignet med tannhjulmaskiner, at de har en bedre kraftoverføring og et mindre smøremiddelforbruk sammenlignet med maskiner hvor stemplene avruller seg ved hjelp av tannhjul, og at de sammenlignet med andre konkopide-maskiner har en bedre kraftoverføring og stempelstyring. Sammenlignet med alle de nevnte maskiner har maskiner ifølge oppfinnelsen også den egenskap at det maksimale arbeidsvolum kan endres trinnløst. Det foreligger heller ingen direkte avhengighet mellom diameteren til akselen og den belastede stempelflate, hvilket muliggjør bruk av høye trykk, slik man eksempelvis finner dem i forbrenningsmotorer eller i høytrykks-hydraulikkpumper.

Claims (3)

1. En maskin med et roterende stempel, særlig en kompressor, en pumpe eller en motor, med et stempel (2) som er tilpasset på en bæreaksel (91) og som skaper arbeidsrom med alternerende endrende volum, idet stempelet er anordnet i en sylinder dannet av to sidevegger (11) og en krummet mantel, og er tilpasset dreibart om to parallelle rotasjonsakser (7,8) som er vinkelrette på sylinderens sidevegger samt er forskyvbart i to innbyrdes og på de parallelle rotasjonsakser loddrette retninger, karakterisert vedat minst en styrering (72,82) er dreibart montert på, eller i, sideveggen (11) og forskyvbart koblet med stempelet (2), mens stempelet (2) er dreibart montert på bæreakselen (91) ved hjelp av bærende eksenter (10) koblet til bæreakselen (91) og styreringen (72,82) tilveiebrakt på dens forside vendt mot stempelet (2) med et styreelement (51,61), til styreelementene (51,61) er det festet glideelementer (31,41) koblet til stempelet (2).

2. Maskin med et roterende stempel ifølge krav 1, karakterisert vedat styreringen (72, 82) på sin fra stempelet (2) vendte frontside, er forbundet med en understøttende glider (14) som er forskyvbar i en retning loddrett på styreringens forskyvbare forbindelse med stempelet (2), hvilken glider (14) er dreibart anordnet på et styreeksenter (15) montert på bæreakselen (91), hvilket styreeksenter (15) er anordnet parallelt med og 180° forskjøvet i forhold til det bærende eksenter (10).

3. Maskin med et roterende stempel ifølge krav 1, karakterisert vedat rommene mellom glideelementene (3, 4, 31, 41), fordelaktig tapper eller neser, henholdsvis mellom den understøttende glider (14) på den ene side og styreelementene (5, 6, 51, 61, 52, 62), fordelaktig hylser eller spor, på den annen side, er lukket og er forsynt med åpninger for innløp og utløp av smøremiddel.