ROTARY PISTON MACHINE

Abstract: A rotary piston unit comprises a rotary piston (1) which is eccentrically mounted in a housing (4) and carries blades (7) which are distributed around its circumference and co-operate with the inside housing wall (5). Rollers (6), the longitudinal axis of which extend parallel to the axis (Z2 or Z4) of the piston shaft, are rotatably mounted in the piston (1) and receive the blades (7) free of play in slots (14). The rollers (6) hold the blades (7), which at their outside regions are adapted to the radius of curvature of the inside housing wall (5), radially aligned to the axis (Z1) of the housing (4). <IMAGE>

Description: Drehkolben-Maschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben-Maschine mit in einem Gehäuse exzentrisch gelagertem Drehkolben, der auf den Umfang verteilte, mit der Gehäuseinnenwand zusammenwirkende Flügel aufweist. Bei Maschinen und Apparaten der eingangs erwähnten Art, die verschiedenen Zwecken dienen können, sind Verluste durch Reibung, Verschleiss und Oberlastung nicht auszuschliessen. Es ist daher verständlich, dass es keinesfalls an Vorschlägen gefehlt hat, um den aufgetretenen Schwierigkeiten Herr zu werden. Das Hauptproblem bei der Verwendung von Drehkolben liegt aber bei der Abdichtung der Flügel. Dies beruht vor allem darauf, dass die Flügel mit der Lauffläche im Gehäuse nur gleitende Linienberührung haben, die den auftretenden Beanspruchungen nicht gewachsen ist. Massnahmen mit besonderen Dichtleisten usw. sind denkbar, jedoch kostspielig, nicht zuletzt deshalb, weil auch Dichtleisten einem zu hohen Verschleiss unterliegen. Demgegenüber bezweckt die Erfindung eine Drehkolben Maschine, bei der die Abdichtprobleme mit einem geringen und eine hohe Funktionssicherheit verbürgenden Bauaufwand gelöst werden können. Ausserdem ist angestrebt, dass die neue Bauart langlebig, verlustarm und nicht zuletzt vielseitig verwendbar ist, also z.B. dem Entspannen von Gasen, dem Komprimieren von Luft od. dgl., Antriebszwecken usw. dienen kann. Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass im Drehkolben Walzen drehbar gelagert sind, deren Längsachsen paralleL zur Achse der Drehkolbenwelle verlaufen und diese Walzen die Flügel in Schlitzen spielfrei aufnehmen und die in ihren Aussenbereichen dem Krümmungsradius der Gehäuseinnenwand angepassten Flügel ausserdem auf die Achse des Gehäuses radial ausgerichtet gehalten sind. Da bei dieser Bauart die Flügel stets gekrümmt flächig an der Gehäuseinnenwand anliegen, ergibt sich zunächst eine vorzügliche Dichtwirkung. Ebenso ist der Verschleiss gesenkt, da nunmehr im vorteilhaften Gegensatz zur bisherigen Flächenpressung entlang einer Linie keine hohen Flächenpressungen auftreten; ebenso sind dadurch Verlustarmut und Langlebigkeit gegeben. Günstig wirkt sich auch aus, dass die bewegten Massen klein sind, wodurch wiederum die Lebensdauer ansteigt. Wenn man noch bedenkt, dass die erfinderischen Massnahmen mit verhältnismässig einfachen mechanischen Mitteln erzielt werden, dann wird es klar, dass mit der Erfindung eine echte Entwicklungslücke geschlossen wird. Der Wichtigkeit wegen sei noch darauf hingewiesen, dass diese Vorteile in der Hauptsache auf die Lagerung der Flügel in drehbaren Walzen und auf die radiale Ausrichtung der Flügel auf die Achse des Gehäuses zurückzuführen sind. Die Vorteile der radialen Ausrichtung lassen sich noch weiter vertiefen, wenn alle auf die Achse radial ausgerichtet gehaltenen Flügel in ihrem radialen Abstand zur Gehäuseachse fixiert sind, wobei sich der radiale Abstand gegebenenfalls verändern lässt. Auf diese Weise kann nämlich die Reibung zwischen den Laufflächen der Flügel und der Gehäuseinnenwand in tragbaren Grenzen gehalten werden. Wenn man den radialen Abstand ver änderbar gestaltet, können die Reibungsverluste praktisch auf Null reduziert werden; ausserdem lässt sich die jeweilige Bauart bequem auf besondere Betriebsverhältnisse einstellen, die bei den zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes stark unterschiedlich sind. Eine für die Praxis günstige Bauart ist nach der Erfindung darin zu sehen, dass der kreisrunde, als Hohlzylinder ausgeführte Drehkolben über entsprechende Lagerschilde und Lager derart im Gehäuse gelagert ist, dass er Uber seine gesamte Tiefe an einer Stelle die Gehäuseinnenwand gleitend berührt. Diese Ausfthrungs- form empfiehlt sich vor allem dann, wenn vor und hinter einem Flügel keine oder keine grossen Druckunterschiede herrschen. Ist dies nicht der Fall, also z.B. bei An triebsmaechinen, dann empfiehlt es sich gemäss der Erfindung, dass der kreisrunde, als Hohlzylinder ausgeführte Drehkolben leicht in die an sich kreisrund verlaufende Innenwand des Gehäuses eingeschliffen ist. Dadurch ist auch die Linienberührung zwischen Gehäuse und Drehkolben vermieden und durch eine flächige Berührung ersetzt. Das Einschleifen könnte auch durch andere Massnahmen, z.B. durch Anordnung von Einsätzen ersetzt sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dass beim Einschleifen des Drehkolbens in die Gehäuseinnenwand die Krümmungen der Flügel gegenüber der Krümmung des Einschliffes nicht mehr vollkommen exakt sind, hat wegen der Geringfügigkeit keinen schädlichen Einfluss auf die Dichtigkeit im Einschliffbereich. Wiederum für die Praxis günstig ist es, wenn die Tiefe der die Flügel spielfrei aufnehmenden Schlitze der Walzen mindestens so gross ist, wie das radiale Höhenmass der Flügel. Eine günstige Bauart zum radialen Führen der Flügel wird nach der Erfindung darin gesehen, dass jede die Flügel aufnehmende Walze mit mindestens einer radial nach innen gerichteten Stange in Verbindung steht, die mit reichlich Spiel einen radialen Durchbruch des hohl zylindrischen Drehkolbens durchsetzt und an einem zen tralen Bolzen angreift, der frei fliegend vorgesehen oder ortsfest gelagert ist. Ob man den Bolzen frei fliegend vorsieht, oder ortsfest lagert, richtet sich nach der Bauart der jeweiligen Maschine. Bei einge schliffenem Drehkolben z.B. erscheint die ortsfeste Lagerung die günstigere Lösung zu sein; allerdings sollten dann die Flügel in ihrem radialen Abstand nicht fixiert sein. In diesem Zusammenhang wird nach der Er findung ferner vorgeschlagen, dass eine jede Stange mittel bar oder unmittelbar mit dem jeweiligen Flügel in Ver bindung steht, wobei Teile der Verbindung teleskopartig ineinandergeschraubt sind. Um Kippmomente zu vermeiden, wird schliesslich vorge schlagen, dass die Flügel gegebenenfalls zusätzlich zu ---der--Stangenführung radial geführt sind, z.B. mit Hilfe von spiegelbildlich zu der Mittelebene vorgesehenen Passstiften. Anhand der Zeichnungen wird eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Drehkolben-Maschine und das Wesen der Erfindung offenbart. Es zeigen Figur 1 eine Drehkolben-Maschine in Seitenansicht im geöffneten Zustand; Figur 2 die gleiche Drehkolben-Maschine im Axialschnitt und Figur 3 eine aufgebrochene Seitenansicht der Drehkolben-Maschine mit Einzelheiten, insbesondere mit eingeschliffenem Drehkolben. Worin sich die erfindungsgemässe Drehkolben-Maschine von den bekannten Maschinen unterscheidet, wird durch die Beschreibung der Maschine, deren Wirkungsweise und deren Steuerung verdeutlicht. Gemäss den Figuren 1 und 2 ist der kreisrunde, als Hohlzylinder ausgeführte Drehkolben 1 mit seiner Welle 2 mit Hilfe von Lagern 3 um eine Achse Z2 drehbar gelagert, und zwar derart, dass seine axiale Stärke die Tiefe des Gehäuses 4 ausfüllt bzw. dass er die zylindrische Innenwand (Lauffläche) 5 des Gehäuses 4 an einer Stelle gleitend berührt. Der Drehkolben 1 ist in das Gehäuse 4 ausserdem so eingepasst, dass er in jeder Drehrichtung um seine Achse Z2 leicht beweglich ist und seine kreisrunde Mantelfläche die kreisrunde, also zylindrische Innenwand 5 des Gehäuses 4 mit der Achse Z1 bei einer vollen Winkeldrehung ununterbrochen gleitend berührt. Die exzentrische Lage des Drehkolbens 1 im Gehäuse 4 mit der Achse Z1 ist damit verdeutlicht. Drehbewegliche Walzen 6, deren Längsachsen Z3 parallel zu den Achsen Z1, Z2 verlaufen, sind in dem Drehkolben 1 in geometrischer Regelmässigkeit vorgesehen; sie weisen radiale Nuten bzw. Schlitze auf, in welche Flügel 7 mit Gleitsitz eingreifen, deren der Gehäuseinnenwand 5 zugekehrten Flächen der Wandkrümmung angepasst sind. Wenn ein Flügel 7 den Schlitz der Walze 6 ganz ausfüllt und wenn eine Verbindungslinie zwischen der Walzenachse Z3 und der Gehäuseachse Z1 auch durch die Achse Z2 des Drehkolbens 1 verläuft, dann berührt die gewölbte Fläche des Flügels 7 die Gehäuseinnenwand 5 gleitend. Eine bzw. mindestens eine entlang der erwähnten Verbindungslinie gerade verlaufende, gfs. mehrteilige und an den jeweiligen Flügel 7 angeschlossene Stange 8 durchsetzt eine Bohrung der Walze 6 und mit reichlich Spiel einen entsprechend geformten Durchbruch 9 des hohlzylindrischen Drehkolbens 1, so dass diese fest mit dem Flügel 7 verbundene Stange 8 um die Drehachse Z3 der Walze 6 genügend schwenkbar ist. Diese Ausführung trifft für jede Walze 6 zu, so dass beim Ausführungsbeispiel acht Stangen 8 in den Drehkolbenhohlraum hineinragen. Diese Stangen 8 sind an einem im Zentrum Z1 des Gehäuses 4 vorgesehenen und mit dem Gehäuse 4 starr verbundenen Stehbolzen 10 angelenkt. Dadurch, dass die Drehkolbenflügel nicht - wie herkömmlich - auf die Drehkolbenachse Z2, sondern auf die Gehäuseachse Z1 zentriert sind, gibt es in der neuen Drehkolben-Maschine nur rotierende Massen ohne Massenverschiebungen und die Flügel 7 bleiben mit der Gehäuseinnenwand 5 immer in gleitender Flächenberührung. Da die Länge der Stangen 8 verstellbar ausgeführt ist, kann die Reibung zwischen den Laufflächen der Flügel 7 und der Lauffläche der Innenwand 5 des Gehäuses 4 auf Null reduziert werden. Darüber hinaus gibt es keinerlei Abdichtungsschwierigkeiten. Durch die Flächenberührungen werden keine besonderen Anforderungen an den Fachmann für Dichtprobleme gestellt. Das beschriebene Ausführungsbeispiel einer Drehkolben Maschine verdeutlicht das Wesen der Erfindung; der Verwendungszweck wird dadurch nicht eingeshränkt. Bei der Konstruktion der Maschine muss letztere dem Ver wendungszweck angepasst und mit den dem Zweck entsprechenden zusätzlichen Merkmalen bzw. Teilen versehen werden. Wird diese Drehkolben-Maschine beispielsweise als Vorrichtung zum Betrieb einer Wärmepumpe, einer Klimaanlage od. dgl. benutzt, dann muss sie gemäss der Offenlegungsschrift DE-OS 31 29 133.3-13 (auf die ausdrücklich Bezug genommen wird) in zweckentsprechender Weise ergänzt, d.h. mit Ein- und Aus lassöffnungen usw. versehen werden, die im allgemeinen nicht in gleicher Weise konstruiert sind, wie bei Maschinen, die z.B. als Entspanner von Gasen verwendet werden. Bei der Ausführung als Drehkolben-Motor wird die Konstruktion wiederum Änderungen erfahren, je nach dem, ob die jeweilige Maschine nach dem Otto- oder Diesel-Verfahren betrieben werden soll. Das Ausführungsbeispiel gemäss Figur 3 unterscheidet sich von dem der vorausgegangenen Figuren dadurch, dass der Drehkolben 1 in die Innenwand 5 des Gehäuses 4 eingeschliffen ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass sich der Drehkolben 1 nicht um die Achse Z2 bewegt, sondern um die Achse 24. Das Einschleifmass M ist durch eine gestrichelte Linie 11 verdeutlicht, deren Krümmung mit der Krümmung der Innenwand 5 des Gehäuses 4 identisch ist. Es versteht sich, daR das Einschleifmass M überdimensioniert eingezeichnet ist und sich in Wirklichkeit in engen Grenzen bewegt. Die eine der die Flügel 7 radial gerichtet haltenden Stangen 8 weist einen Bund 12 auf, der mit einem Schraubansatz 13 in die dazugehörige Walze 6 eingeschraubt ist. Der Flügel 7 ist demnach hier frei fliegend gelagert. Um Kippmomente auszuschliessen, könnten hier vom Grund der Führungsschlitze 14 der Walzen 6 ausgehende Stifte vorgesehen sein, auf denen sich der Flügel 7 radial zur Achse Z1 verschieben lässt. Diese nicht eingezeichneten Stifte müssen im gleichen Abstand von einer Ebene vorgesehen werden, welche die Tiefe des Gehäuses 4-halbiert, Der ganz in den Schlitz 14 der Walze 6 eintauchende Flügel 7, also der mittlere der drei sichtbaren Flügel .7, steht über einen Gewindeansatz 15 mit der Stange 8 in Verbindung, die mit einem Schaft 16 in einer Bohrung 17 der Walze 6 geführt ist. Diese Stange 8 weist ausserdem ein spannschlossartiges ZwischenstUck 18 auf, so dass der radiale Abstand des jeweiligen Flügels 7 zur Achse Z1 einstellbar ist. Es versteht sich, dass die Stangen 8 mit ihren inneren Enden irgendwie'auf dem Bolzen 10 Platz finden müssen. Ein axiales Hintereinanderreihen, wie in Figur 2 angedeutet, ist nur bei wenigen Flügeln 7 denkbar, da durch den Achsversatz Kippkräfte an den Flügeln nicht auszuschliessen sind. Um diesen Schwierigkeiten Herr zu werden, könnte man abgekröpfte Stangen 8 verwenden. Ein weiterer gangbarer Weg ist darin zu sehen, dass man die Stangen 8 mit einem einzigen Sternlager auf dem Bolzen 10 verbindet. Im übrigen tritt die Gefahr der Kippmomente nur dann auf, wenn die Stangen 8 mit den Flügeln 7 fest verbunden sind. Als selbstverständlich ist es auch anzusehen, dass Stangenkonstruktionen gewählt werden müssen, die ohne grosse Schwierigkeiten eingebaut werden können.

Claims: Patentansprüche 1. Drehkolben-Maschine mit in einem Gehäuse (4) exzen trisch gelagertem Drehkolben (1), der auf den Umfang verteilte, mit der Gehäuseinnenwand (5) zusammen wirkende Flügel t7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehkolben (1) Walzen (6) drehbar gelagert sind, deren Längsachsen parallel zur Achse (Z2 oder Z4) der Drehkolbenwelle (2) verlaufen und diese Walzen (6) die Flügel (7) in Schlitzen (14) spiel frei aufnehmen und die in ihren Aussenbereichen dem Krümmungsradius der Gehäuseinnenwand (5) angepassten Flügel (7) ausserdem auf die Achse (Zl) des Gehäuses (4) radial ausgerichtet gehalten sind. 2. Drehkolben-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass alle auf die Achse (Z1) radial aus gerichtet gehaltenen Flügel (7) in ihrem radialen Abstand zur Gehäuseachse (Z1) fixiert sind, wobei sich der radiale Abstand gegebenenfalls verändern lässt (vgl. 18). 3. Drehkolben-Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisrunde, als Hohlzylinder ausgeführte Drehkolben (1) über ent sprechende Lagerschilde und Lager (3) derart im Gehäuse (4) gelagert (vgl. 2) ist, dass er über seine gesamte Tiefe an einer Stelle die Gehäuseinnenwand (5) gleitend berührt. 4. Drehkolben-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der kreisrunde, als Hohlzylinder aus geführte Drehkolben (1) leicht in die an sich kreis rund verlaufende Innenwand (5) des Gehäuses (4) eingeschliffen ist (vgl. 11, M). 5. Drehkolben-Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der die Flügel (7) spielfrei aufnehmenden Schlitze (14) der Walzen (6) mindestens so gross ist, wie das radiale Höhenmass der Flügel (7). 6. Drehkolben-Maschine nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass jede die Flügel (7) aufnehmende Walze (6) mit mindestens einer radial nach innen gerichteten Stange (8) in Verbindung steht, die mit reichlich Spiel einen radialen Durchbruch (9) des hohlzylindrischen Drehkolbens (1) durchsetzt und an einem zentralen Bolzen (10) angreift, der frei fliegend vorgesehen oder ortsfest gelagert ist. 7. Drehkolben-Maschine nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass eine jede Stange (8) mittelbar oder unmittelbar mit dem jeweiligen Flügel (7) in Verbindung steht, wobei Teile der Verbindung teleskop artig (vgl. 18) ineinandergeschraubt sind. 8. Drehkolben-Maschine nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Flügel (7) gegebenenfalls zusätzlich zu der Stangenführung (vgl. 8) radial geführt sind, z.B. mit Hilfe von spiegelbildlich zu der Mittelebene vorgesehenen Passstiften.

Inventors: GROLL, ROBERT C.
Applicants: R.C.S. ROTARY COMPRESSION SYSTEMS S.A.
Application year: 1983
Main classification: F01C1
IPC codes: F01C1, F01C21