DE19708641A1

DE19708641A1 - Rotary piston machine for use as pump, compressor or motor

Info

Publication number: DE19708641A1
Application number: DE1997108641
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Rucho
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-09-03

Abstract

The machine has a hollow cylindrical stator (1) with end inserts (7) which have parallel inclined inner faces so that between them is a gap of constant width at and angle to the diametrical plane of the stator and an end cover (2). A shouldered disc rotor (3) runs in the inclined gap, and carries at least two vanes (4) each of which comprises laminated rectangular plates, which slide axially in slots equispaced in the rotor to provide a fluid-tight seal. The volume of the fluid space ahead and behind each vane varies throughout revolution of the rotor. Inlet and exit ports are provided near the narrowest section of the swept volume (5) at each side of the rotor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine, die bei entsprechender Steuerung sowohl als Kraft- sowie auch als Arbeitsmaschine eingesetzt werden kann.The invention relates to a rotary piston machine, which with appropriate control can be used both as a power and as a working machine.

Es sind eine Reihe von Rotationskolbenmaschinen bekannt, deren Entwicklungsziele stets darauf ausgerichtet waren, durch die Minimierung von oszillierenden Bauteilen sowie spezifischen Leichtbau und kleine Bauvolumen, die hochentwickelten Hubkol benmaschinen zu verdrängen.A number of rotary piston machines are known, their development goals were always geared towards this by minimizing oscillating components as well as specific lightweight construction and small construction volume, the highly developed Hubkol to displace ben machines.

Die bekanntesten Rotationskolbenmaschinen sind die Bauarten nach dem Wankel-Prin zip und die Flügelzellenmaschinen. Hauptnachteile bei Rotationskolbenmaschinen nach dem Wankel-Prinzip sind die komplizierte Abdichtung der Kolben am Umfang sowie an den Seiten und die sehr aufwendige Herstellungstechnologie. Die wesentlichen Nachteile bei den bekannten Flügelzellenmaschinen sind die komplizierte Abdichtung der Kolben und Flügel, insbesondere im Bereich der Rotornut, in der die Flügel ständig aus- und eindringen und somit einen Pumpeffekt erzeugen. Weiterhin negativ wirkt die ständige Änderung der Fliehkraftgröße in den Flügeln, die aus deren radialen Verschie bung resultiert. Ebenfalls nachteilig behindern Reibungskräfte zwischen Flügel und Ro tornut die freie radiale Beweglichkeit der Flügel. Eine Zwangsführung von radial be weglichen Flügeln ist mit einem hohen konstruktiven Aufwand verbunden.The best-known rotary piston machines are the Wankel-Prin types zip and the vane machine. Main disadvantages in rotary piston machines The Wankel principle includes the complicated sealing of the pistons on the circumference as well on the sides and the very complex manufacturing technology. The essential Disadvantages with the known vane cell machines are the complicated sealing the piston and wing, especially in the area of the rotor groove, in which the wing is constantly out and penetrate and thus create a pumping effect. The continues to have a negative effect constant change in the centrifugal force in the wings resulting from their radial displacement exercise results. Another disadvantage is the friction forces between the wing and the ro tornut the free radial mobility of the wings. A positive guidance from radial be movable wings is associated with a high level of design effort.

Weniger bekannt, der Erfindung aber naheliegend, sind Kolbenturbinen oder die als Pumpen oder Kompressoren arbeitenden Maschinen mit axial laufenden Schiebern, bzw. einfachen Kolbenflügeln. Nachteile bei diesen Maschinen sind das geringe be herrschbare Druckgefälle durch die ungünstige Abdichtung zwischen Kolbenschieber und Gleitflächen und der erforderliche Einsatz von Rückschlagventilen aufgrund der Anordnung der Ein- und Auslaßöffnungen.Piston turbines or the as are less known, but the invention is obvious Machines operating pumps or compressors with axially running slides, or simple piston wings. Disadvantages with these machines are the low be prevailing pressure drops due to the unfavorable seal between the spool and sliding surfaces and the required use of check valves due to the Arrangement of the inlet and outlet openings.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotations kolbenmaschine zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad hat, die ohne Ventile opti mal steuerbar ist, durch eine einfache Herstellungs- und Montagetechnologie gefertigt werden kann und die sich durch eine gute Abdichtung der Gleitflächen von Rotations kolben und Kolbenflügel auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.The invention specified in claim 1 is based on the object of a rotation to create piston machine that has high efficiency, opti without valves is controllable, manufactured by a simple manufacturing and assembly technology can and which is characterized by a good seal of the sliding surfaces of rotation distinguishes piston and piston wing. This object is achieved by the in claim 1 mentioned features solved.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen darin, daß durch die konstruktive Gestaltung des Rotationskolbens (3) mit Naben (15) sowie mit Hülse (16) und durch den Einsatz eines Kolbenflügelpaketes eine Maschine geschaffen wurde, die sich durch eine einfache Bauweise und einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet. Durch die Erfin dung sind in der Rotationskolbenmaschine Druckgefälle beherrschbar, die annähernd so hoch sind wie bei Hubkolbenmaschinen. Weiterhin vorteilhaft ist die Möglichkeit der optimalen Steuerung der Ein- bzw. der Auslaßöffnungen. Dadurch können bei der Be triebsweise der Rotationskolbenmaschine als Pumpe oder Verdichter, Rückflußventile entfallen und bei der Betriebsweise als Pneumatikmotor, kann die Expansion der Preß luft gut ausgenutzt werden. The advantages achieved by the invention are that a machine was created by the design of the rotary piston ( 3 ) with hubs ( 15 ) and with sleeve ( 16 ) and by the use of a piston vane package, which is simple in construction and high Efficiency. Due to the invention, pressure drops are manageable in the rotary piston machine, which are approximately as high as in reciprocating piston machines. The possibility of optimal control of the inlet and outlet openings is also advantageous. This can be omitted in the operating mode of the rotary piston machine as a pump or compressor, check valves and in the operating mode as a pneumatic motor, the expansion of the press air can be used well.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol genden erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is in fol explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Teilschnitt - Rotationskolbenmaschine Fig. 1 partial section - rotary piston machine

Fig. 2 Perspektivzeichnung - Rotationskolben mit Schrägscheiben Fig. 2 perspective drawing - rotary piston with swash plates

Fig. 3 Schnitt A-B - Rotationskolbenmaschine mit zwei Kolbenflügelpaketen Fig. 3 section AB - rotary piston machine with two piston wing packages

Fig. 4 Perspektivzeichnung - Kolbenflügelpaket Fig. 4 perspective drawing - piston wing package

Fig. 5 Schnitt A-B - Rotationskolbenmaschine als Verdichter mit Umfangssteuerung Fig. 5 section AB - rotary piston machine as a compressor with circumferential control

Die Rotationskolbenmaschine besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäu se (1; 2), das durch einen zentrisch, mittels Axial- und Radiallager (8, 9) drehbar an geordneten Rotationskolben (3) in zwei Arbeitsräume (5) geteilt wird. Stirnseitig wer den die Arbeitsräume (5) durch je eine Schrägscheibe (7) mit deckungsgleichem Profil begrenzt. Das Profil der Schrägscheiben (7) wurde an den Stellen, an denen der Rota tionskolben (3) ständig in Gleitkontakt steht, zu Dichtflächen (13) abgeflacht, mit der Funktion als Widerlager.The rotary piston machine essentially consists of a cylindrical housing ( 1 ; 2 ), which is rotatably divided into two working spaces ( 5 ) by a centric, axial and radial bearing ( 8 , 9 ) on an ordered rotary piston ( 3 ). On the front side, who the working spaces ( 5 ) each delimited by a swash plate ( 7 ) with a congruent profile. The profile of the swash plates ( 7 ) was flattened to sealing surfaces ( 13 ) at the points where the rotary piston ( 3 ) is constantly in sliding contact, with the function as an abutment.

Der Rotationskolben (3) ist, zwischen Naben (15) und Hülse (16), zur Aufnahme des Kolbenflügelpakets, mit einer Öffnung versehen. Bei Drehung des Rotationskolben (3) erfolgt durch die Schrägscheiben (7) eine Zwangsverschiebung der Kolbenflügel in axialer Richtung, sie tauchen jeweils wechselseitig von einem Arbeitsraum (5) in den anderen ein und weichen dabei die Widerlager aus. Unabhängig von der jeweiligen Drehstellung des Rotationskolbens liegen die Kolbenflügel stets mit allen Gleitflächen (14) an den Schrägscheiben dichtend an. Die Abdichtung des Rotationskolbens nach den Seiten und am Umfang, sowie der Kolbenflügelgleitflächen und der Welle (6) er folgt durch dichtenden Gleitkontakt bzw. durch die Anordnung von herkömmlichen Dichtleisten und Dichtungsringen (10).The rotary piston ( 3 ) is provided with an opening between the hubs ( 15 ) and the sleeve ( 16 ) for receiving the piston wing assembly. When the rotary piston ( 3 ) rotates, the swash plates ( 7 ) force the piston vanes to move axially; they alternately plunge from one working chamber ( 5 ) into the other, thereby evading the abutments. Regardless of the respective rotational position of the rotary piston, the piston vanes always lie with all sliding surfaces ( 14 ) on the swash plates in a sealing manner. The rotary piston is sealed to the sides and on the circumference, as well as the piston wing sliding surfaces and the shaft ( 6 ), by sealing sliding contact or by the arrangement of conventional sealing strips and sealing rings ( 10 ).

Die Ein- und Auslaßöffnungen (11, 12) der einzelnen Arbeitsräume sind in der Regel axial in den Schrägscheiben (7) angeordnet. Je nach Betriebsart der Rotationskolben maschine und je nach Anzahl der Kolbenflügelpakete wird erfindungsgemäß die Um fangssteuerung angewandt. Dazu befinden sich in der Kolbenhülse (16) über den Ar beitsräumen (5) Öffnungen, unmittelbar vor jedem Kolbenflügelpaket, die im geöff netem Zustand in Ringsegmentnute (17) münden. Im geschlossenen Zustand werden die Öffnungen (12) von dem Gehäuse (1) abgedeckt.The inlet and outlet openings ( 11 , 12 ) of the individual work spaces are usually arranged axially in the swash plates ( 7 ). Depending on the operating mode of the rotary piston machine and depending on the number of piston wing packages, the order start control is used according to the invention. For this purpose, there are openings in the piston sleeve ( 16 ) above the working spaces ( 5 ), immediately in front of each piston wing package, which open into ring segment grooves ( 17 ) when opened. In the closed state, the openings ( 12 ) are covered by the housing ( 1 ).

Bei der Betriebsweise der Rotationskolbenmaschine als Verdichter oder Pumpe wird der Rotationskolben (3) angetrieben. Dabei vergrößern bzw. verkleinern sich die Räu me vor bzw. hinter dem Kolbenflügelpaket kontinuierlich. Somit wird jeweils in Dreh richtung gesehen hinter dem Kolbenflügelpaket, Gas bzw. Flüssigkeit durch die Einlaß öffnung (11) angesaugt, während das Medium, welches sich vor dem Kolbenflügelpaket befindet, durch die Auslaßöffnung (12) ausgepreßt wird.When the rotary piston machine is operating as a compressor or pump, the rotary piston ( 3 ) is driven. The spaces in front of and behind the piston wing package continuously increase or decrease. Thus, seen in the direction of rotation behind the piston wing package, gas or liquid is sucked through the inlet opening ( 11 ), while the medium, which is located in front of the piston wing package, is squeezed out through the outlet opening ( 12 ).

Die Umkehrung zum Hydraulik- oder Pneumatikmotor erfolgt einfach durch das Ver tauschen von Ein- und Auslaßöffnungen. Durch die Koppelung von Hydraulikpumpe und Hydraulikmotor erhält man ein Getriebe, welches, durch entsprechender Steuerung der Fördermenge, stufenlos gestaltet werden kann.The reversal to the hydraulic or pneumatic motor is done simply by the Ver exchange inlet and outlet openings. By coupling the hydraulic pump and hydraulic motor you get a gearbox, which, by appropriate control the flow rate, can be designed continuously.

Claims

1. Rotary piston machine, which can be designed as a pump, compressor, hydraulic and pneumatic motor and hydraulic transmission, which has a cylindrical housing ( 1 ) in which a rotary piston ( 3 ) is arranged centrally, with at least one movable in the axial direction Piston wing is provided and divides the cylinder, which is delimited on the end face by swash plates ( 7 ), into two spaces ( 5 ), characterized in that the rotary piston ( 3 ) is provided with hubs ( 15 ) on both sides and with a sleeve ( 16 ) on the circumference is and several Kol benflügel ( 4 ), freely movable to each other in a groove, are arranged as a piston wing package.

2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that at least one piston wing package is present, which wings consist of at least two pistons ( 4 ), the end faces of which are designed as sliding surfaces ( 14 ), of which the imaginary extensions the axis of the shaft ( 6 ) cut and the axial piston wing sealing surfaces are convex or concave, the radii of the piston sleeve bore and the piston hubs ( 15 ) are designed accordingly.

3. Rotary piston machine according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that the individual piston wings, depending on the inclined position of the sliding surfaces ( 14 ), can be made differently strong and also wedge-shaped.

4. Rotary piston machine according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that through an opening in the sleeve ( 16 ) of the rotary piston ( 3 ) and via an annular segment groove ( 17 ) in the housing, depending on the operating mode of the rotary piston machine, the control of Inlet or outlet opening can take place.

5. Rotary piston machine according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that any number of rotary piston machines on a shaft ( 6 ) can be strung together to form a block.