DD280570A1 - ROTARY PISTON MACHINE WITH RINGFUL WORKING SPACE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit ringfoermigem Arbeitsraum und beruehrungsfrei gedichteten Gasraeumen als Alternative zu Brennkraftmaschinen konventioneller Bauart. Bei Rotationskolbenmaschinen mit ringfoermigem Arbeitsraum unterliegen die Kolben und damit auch ihre Dichtungen einer wechselseitigen Druckbeaufschlagung. Diesen Umstand nutzend, werden aufgabengemaess beruehrungsfrei dichtende Labyrinthdichtungen verwendet. Diese sind unter solchen Bedingungen und ab einer gewissen Mindestfrequenz der Beaufschlagungswechsel in Abhaengigkeit von der Labyrinthgeometrie und dem jeweils anliegendem Druckgefaelle praktisch dicht, da der fuer Labyrinthdichtungen typische Leckstrom das Labyrinth nicht mehr verlaesst, sondern in ihm hin und her getrieben wird. Damit entfallen an diesen Stellen auch die fuer Beruehrungsdichtungen unumgaenglichen Reibverluste. Fig. 1The invention relates to a rotary piston machine with ringfoermigem working space and non-contact sealed gas chambers as an alternative to internal combustion engines of conventional design. In rotary piston machines with ringfoermigem working space subject to the piston and thus their seals of a mutual pressurization. Using this circumstance, task-free, non-contact, labyrinth seals are used. These are under such conditions and from a certain minimum frequency of Beaufschlagungswechsel as a function of the labyrinth geometry and each fitting Druckgefaelle practically tight, as the labyrinth seals typical leakage current does not leave the labyrinth, but is driven back and forth in it. This eliminates the unavoidable friction losses at these points also for Berichtung seals. Fig. 1
Description
Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
Anwendungsgebietfield of use
Auf Grund der spezifischen Vorteile dieses Typs von Rotationskolbenmiischinen, (unwuchtfrei, geringes Masse-Leistungs-Verhältnis) bietet sich ihr Einsatz besonders dort an, wo ruhiger Lauf un i hohe Leistung bei geringem Masseaufwand gefragt sind. Im allgemeinen jedoch auch überall da, wo Brennkraftmaschinen I onventioneller Bauart Verwendung finden.Due to the specific advantages of this type of rotary piston mixer, (unbalance-free, low mass-power ratio), their use is particularly suitable where quiet running un i high performance with low expenditure of mass are required. In general, however, wherever there are internal combustion engines I conventional design use.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Rotationskolbenmaschinen mit ringförmigen Arbeitsraum sind an sich bekannt. Rotationskolbenmaschinen diesen Typs, wie sie beispielsweise in den ErfindungsschriftenRotary piston machines with annular working space are known per se. Rotary piston machines of this type, as described for example in the inventions
EP 006208V F01C 1/077;EP 006208V F01C 1/077;
DE3204542A1 F01C 1/077;DE3204542A1 F01C 1/077;
DE3046725A1 FOIC 1/073:DE3046725A1 FOIC 1/073:
DE 3444023A1 F01C 1/063DE 3444023A1 F01C 1/063
beschrieben sind, bestehen generell aus zwei Kolbensystemen mli je mindestens einem Kolben, wobei die Kolben des einen Kolbensystems wechselweise mit den Kolben des anderen Kolbensystems im Eingriff sind und in einem Ringraum umlaufen.are described generally consist of two piston systems mli each at least one piston, the pistons of a piston system are alternately with the piston of the other piston system in engagement and rotate in an annular space.
Die für das Funktionsprinzip der Verbrennungsmotoren (nicht Gasturbinen) unumgänglichen volumenveränderlichen Räume werden durch eine Relativbewegung zwischen den beiden Kolbensystemen während des Gesamtumlaufes erzeugt, wobei diese Relativbewegung entweder mittels Zwangläufigkeit der beiden Kolbensysteme oder mit Hilfe von entsprechenden Freilaufanordnungen verwirklicht wird.For the operating principle of internal combustion engines (not gas turbines) inevitable volume variable spaces are generated by a relative movement between the two piston systems during the entire cycle, this relative movement is realized either by Zwangläufigkeit the two piston systems or by means of corresponding freewheel arrangements.
Unabhängig davon haben die Ringräume runde, bzw. eckige Querschnitte.Regardless, the annular spaces have round or square cross sections.
Bei einem Ringraum mit kreisförmigem Querschnitt („Torus") können unter Währung eines Mindestverhältnisses Ringraumradius-Querschnittsradius in Abhä igigkeit von ihrer Breite gewöhnliche Kolbenringe verwendet werden. Hierbei ist allerdings zu beachten, daß eine flächige Dichtung der Kolbenringe analog der Situation im Hubkolbenmotor nur nach einer gewissen .Einschleifzeit" gewährleistet ist (Krümmung der Mantelfläche des Ringraumos). Dadurch wird auch noch das für gewöhnlich unbehinderte Verwandern des Kolbenringes in seinem Sitz unmöglich gemacht. Diese relativ einfache Art der Abdichtung der Gasräume untereinander erfordert jedoch wie gesagt einen Rinyraum mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Herstellung in den dafür heute üblichen Toleranzen sehr schwierig ist.In the case of an annular space with a circular cross-section ("torus"), it is possible to use common piston rings in the minimum ratio of annular radius radius, depending on their width, although it is important to note that a flat seal of the piston rings is only possible after one stroke certain .Einschleifzeit "is guaranteed (curvature of the lateral surface of the annulus). As a result, even the usually unimpeded relatives of the piston ring is made impossible in his seat. However, as said, this relatively simple way of sealing the gas spaces with each other requires a circular space with a circular cross-section, the production of which is very difficult in the tolerances customary today.
Bei Ringräumen mit eckigen Querschnitten (z.B. Rechteckquerschnitt) erfolgt die Abdichtung der einzelnen Gasräume untereinander mittels verschiedener, spezieller Dichtelemente (Dichtleisten, Dichtwinkel). Diese sind zwar aufwendiger als gewöhnliche Kolbenringe herzustellen, dafür aber ist die Fertigung von Ringräumen mit eckigen Querschnitten wesentlich einfacher.In the case of annular spaces with angular cross sections (for example rectangular cross-section), the individual gas chambers are sealed to one another by means of various, special sealing elements (sealing strips, sealing angles). Although these are more expensive than ordinary piston rings produce, but the production of annular spaces with square cross sections is much easier.
Diese Dichtungen rind aber Berührungsdichtungen und bedingen auf Grund von Flächenkontakten wegen der Relativbewegungi r k.ierhalb der Dichtflächenpaariingen Gleitreibung (Reibung zwischen den Kontaktflachen und somit Reibverschleiß bzw. Erwärmung, und das bedeutet Energieverlust).These seals rind but contact seals and cause due to surface contacts because of the Relativbewegi r k.ierhalb the Dichtflächenpaariingen sliding friction (friction between the contact surfaces and thus fretting or heating, and this means loss of energy).
Außerdem sind solche Gleitpaarungen, um den Reibverschleiß in vertretbaren Grenzen zu halten, zu schmieren.In addition, such sliding mating to keep the fretting within reasonable limits to lubricate.
Ziel der Erfindung ist es, die Dichtungsverhältnisse dieser Art Rotationskolbenmaschine dahingehend zu verbessern, daß die Abdichtung der einzelnen Gasrsume untereinander ohne Gleitreibung erfolgt und daß infolge einer einfacheren Arbeitsraumgeometrie leichter herstellbare Ringräume möglich worden.The aim of the invention is to improve the sealing conditions of this type rotary piston engine to the effect that the sealing of the individual Gasrsume with each other without sliding friction and that due to a simpler workspace geometry easier to produce annular spaces have been possible.
Darlegt ng des Wesens der ErfindungExplains the nature of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine Rotationskolbenmaschine zu schaffen, bei der die Gleitreibung zwischen den Kolben und der Ringraummantelfläche einschließlich der damit verbundenen, unerwünschten Effekte aufgehoben und unter Wegfall komplizierter Dichtelemente eine einfache Ringraumgeometrie möglich ist.The object of the invention is therefore to provide a rotary piston machine, in which the sliding friction between the piston and the annular jacket surface, including the associated undesirable effects canceled and the elimination of complicated sealing elements a simple annulus geometry is possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dali dort, wo zwischen Ringraummantelfläche und Kolbenmantelflächen Relativbewegung auftritt, die Ringraummantelfläche unH/oder die Kolbenmanteifiächen berührungsfrei dichtende, an sich bekannte Labyrinthdichtungen aufweisen. Dem Einsatz von Labyrinthdichtungen kommt hierbei sehr entgegen, daß bei den besprochenen Rotationskolbenmaschinen an den Kolben im Prinzip gleichartige Druckverhältnisse wie bei doppelt wirkenden Hubkolbenmotoren odor auch sogenannten Freikolbenmotoren herrschen. Das heißt, an den Kolben, über deren Länge ja die Labyrinthdichtung wirkt, baut sich im Gegensatz zum konventionellen Gebrauch der La! yrinthdichtung in nur einer Richtung (vgl. Gas-und Dampfturbinen) immer wechselweise ein Druckmaximum zunächst aη der einen und dann wieder aη der anderen Kolbenstirnseite auf.According to the invention this object is achieved dali where there is relative movement between the annular shell surface and piston skirt surfaces, the annular shell surface unH / or the Kolbenmanteifiächen contact-free sealing, known per se labyrinth seals. The use of labyrinth seals is in this case very contrary that prevail in the discussed rotary piston engines on the piston in principle similar pressure conditions as in double-acting reciprocating engines odor and so-called free-piston engines. This means that the piston, over whose length the labyrinth seal acts, builds up in contrast to the conventional use of the La! In one direction only (see gas and steam turbines), the pressure in each direction alternately reaches a pressure maximum at first and then at the other end of the piston.
Eine Labyrinthdichtung wirkt auf einen Volumenstrom wie eine Drosselstrecke, d. h., sie verringert seine kinetische Energie und damit ihn selbst, indem sie seine Geschwindigkeit herabsetzt. Eine Labyrinthdichtung funktioniert daher in diesem Sinne immer mit einem gewissen Leckstrom, der sich je nach Gestaltung des Labyrinths und dem anliegendem Druckgefälle einstellt. Wird eine Labyrinthdichtung nun wechselweise beaufschlagt, so wird ab einer bestimmten Frequenz der Beaufschlagungswechsel (abhängig von der Labyrinthgeometrie und dem anliegendem Druckgefälle) C:,; Leckstrom das Labyrinth nicht mehr verlassen und die Labyrinthdichtung ist praktisch dicht, wobei währenddessen innerhalb des Labyrinths mit gleicher Frequenz eine Gasmasse schwingt.A labyrinth seal acts on a volume flow like a throttle line, that is, it reduces its kinetic energy and thus itself by lowering its speed. Therefore, a labyrinth seal always works in this sense with a certain leakage current, which adjusts depending on the design of the labyrinth and the adjacent pressure gradient. If a labyrinth seal is now charged alternately, the application change (depending on the labyrinth geometry and the adjacent pressure gradient) C:,; Leakage current no longer leave the labyrinth and the labyrinth seal is virtually tight, while meanwhile oscillates within the labyrinth with the same frequency, a gas mass.
Um diesen Effekt optimal auszunutzen, ist es angebracht, daß bei einer solchen Rotationskolbenmaschine alle Gasräume eines Ringraumes auch gleicher Funktion sind, d.h., es sollte überall der gleiche, jedoch für die Hälfte der Gasräume seitlich versetzte Druckverlauf vorliegen.In order to make optimum use of this effect, it is appropriate that in such a rotary piston machine, all the gas spaces of an annular space also have the same function, that is, there should be everywhere the same, but for the half of the gas chambers laterally offset pressure profile.
Das v-ird folgenderweise erreicht:This is achieved in the following way:
Entweder verwendet man eine aufge'adene Variante nach dem 2-Takt-Prinzip (Otto- oder Dieselverfahren) oder man verbindet die Kolbensysteme eines Ringraumes so mit den Kolbensystemen eines zusätzlichen Ringraumes, der im Rahmen einer 2-Takt-Variante die Vorverdichtung übernimmt, daß der Ringraum bestehend aus den Brennräumen über Steuerschlitze oder Ventile mit vorverdichtetem Arbeitsgas aus dem zusätzlichen Ringraum versorgt wird. Innerhalb der letztgenannten Variante kann das Verhältnis Volumen des Vorverdichtungsraumes/Braunnraumvolumen ziemlich einfach vorher konstruktiv festgelegt werden.Either you use a aufge'adene variant according to the 2-stroke principle (gasoline or diesel) or connecting the piston systems of an annular space so with the piston systems of an additional annular space, which takes over the pre-compression in a 2-stroke variant, that the annular space consisting of the combustion chambers is supplied via control slots or valves with precompressed working gas from the additional annular space. Within the last-mentioned variant, the ratio of the volume of the precompression space / volume of brown space can be determined quite simply in advance constructively.
Weiterhin kann auch eine 4-Takt-Variante Verwendung finden, nur muß dann der Ablauf der einzelnen Takte entsprechend doppelt so schnell sein.Furthermore, a 4-stroke variant can be used, but then the sequence of the individual clocks must be twice as fast accordingly.
Dafür weniger geeignet (doch prinzipiell auch möglich) ist eine schlitzgesteuerte 2-Takt-Varianto mit einem in Brenn- und Vorverdichtungsräume geteilten Arbeitsraum, da jeweils an den Kolben zwischen Brenn- und Vorveroichtungsraum die Phase, in der der Vorverdichtungsraumdruck den Druck im Brennraum überwiegt, erheblich kürzer ist als die, innerhalb welcher der Brennraumdruck den Vorverdichtungsraumdruck übersteigt.Less suitable (but in principle also possible) is a slot-controlled 2-stroke Varianto with a working space divided into combustion and pre-compression chambers, since the phase in which the pre-compression space pressure outweighs the pressure in the combustion chamber at the piston between the combustion chamber and the pre-compression chamber is considerably shorter than that within which the combustion chamber pressure exceeds the Vorverdichtungsraumdruck.
Wegen der berührungsfreien Abdichtung der einzelnen Gasräume untereinander ist eine Schmierung diesel Labyrinthdichtungen nicht erforderlich und könnie höchstens ihre Funktion beeinträchtigen.Because of the non-contact sealing of the individual gas chambers with each other, a lubrication of diesel labyrinth seals is not required and can at most affect their function.
Ausführungsbeispielembodiment
Anhand eines Ausführungsbeispiels soil die Erfindung näher beschrieben werden. Dafür wurde eine Rotationskolbenmaschine (2-Takt-Vaiiante; Otto-Verfahren) bestehend aus zwei R'ngräumen, deren Kolbensysteme 1; 2 jeweils starr miteinander verbunden sind, ausgewähltReference to an embodiment, the invention will be described in detail. For this purpose, a rotary piston machine (2-stroke Vaiiante, Otto process) consisting of two R'ngräumen whose piston systems 1; 2 are each rigidly connected, selected
Eszeigen: Show it:
Fig. 1: oinen Kolben des Kolbensystems 1 in einem Ausschnitt des Ringraumes für wechselseitige Druckbeaufschlagung mitFig. 1: oine piston of the piston system 1 in a section of the annular space for mutual pressurization with
einer möglichen Anordnung der Labyrinthe; Fig.2: einen Axialschnitt durch d> Rotationskolbenmaschine; Fig.3: einen Radialschnitt A-Agemäß Fig.2; Fig.4: eine schomatische Abwicklung der Kolbenanordnung in der Draufsicht zur Darstellung der Wirkungsweise dera possible arrangement of the labyrinths; 2 shows an axial section through d> rotary piston machine; 3 shows a radial section A-A according to Fig.2; 4 shows a schematic development of the piston assembly in plan view to illustrate the operation of the
Steuerschlitze und Fig. 5: die Prinzipskizze einer weiteren Möglichkeit der Verbindung zweier Ringräume.Control slots and Fig. 5: the schematic diagram of another way of connecting two annular spaces.
Im nachfolgenden nähere Ausführungen zu Fig. 2 und 3:In the following more detailed explanations to FIGS. 2 and 3:
Der eine Ringraum V dient der Vorverdichtung und versorgt den anderen in Brennräume aufgeteilten Ringraum B mit vorverdichtetem Arbeitsgas. Die Koibfinsysteme 1; 2 sind so gestaltet, daß sie gleichzeitig die Ringraumbegrenzung mit bilden. In jedem Ringraum laufen pro Kolbensystem 1; 2 zwei Kolben um und zwar so, daß dort, wo zwischen Kolbenmantolflächen und Ringraummantelfiäche infolge der Relativbewegung der beiden Kolbensysteme 1; 2 Gleiten auftreten würde, ein minimaler Spalt erhalten bleibt, wobei die Kolben zur Erzielung der Dichtwirkung einer Labyrinthdichtung entsprechende Labyrinthe 4 aufweisen (Fig. 1). Somit sind die einzelnen Gasräume untereinander berührungsfrei gedichtet. Für die Abdichtung der Ringräume gegenüber der Umgebung sind keine Labyrinthdichtungen vorgesehen, da dort ihre positive Wirkung infolge wechselseitiger Druckbeaufschlagung wie beispicls-.veise an den Kolben (siehe Erfindungsbeschreibung Punkt 5) nicht gegeben ist. Hier werden üblicherweise gewöhnliche (Wellen·) Dichtringe 3 verwendet.The one annulus V is used for precompression and supplies the other divided into combustion chambers annulus B with precompressed working gas. The Koibfinsysteme 1; 2 are designed so that they simultaneously form the annular space boundary with. In each annulus run per piston system 1; 2 two pistons in such a way that where between Kolbenmantolflächen and Ringraummantelfiäche due to the relative movement of the two piston systems 1; 2 slip would occur, a minimum gap is maintained, the pistons to achieve the sealing effect of a labyrinth seal corresponding labyrinths 4 have (Fig. 1). Thus, the individual gas chambers are sealed together without contact. For the sealing of the annular spaces relative to the environment no labyrinth seals are provided because there their positive effect due to mutual pressurization as beispicls-.veise to the piston (see description of the invention item 5) is not given. Here ordinary (wave ·) sealing rings 3 are usually used.
DieTreibstoffver-und -entsorgung soll in an sich bekannter Weise über das Kolbensystem 2 erfolgen. Ebenfalls in bekannter Weise wird die Relativbewegung zwischen dsn beiden Kolbensystemen 1; 2 gewährleistet; entweder zwangläufig oder mittels entsprechender FreilaufanordnungenThe fuel supply and disposal should take place in a manner known per se via the piston system 2. Also in a known manner, the relative movement between dsn two piston systems 1; 2 guaranteed; either by force or by means of appropriate freewheel arrangements
Aus Fig.4 steht die Taktfolge dieser Rotationskolbenmaschine hervor. From Figure 4 shows the timing of this rotary piston machine.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD32650089A DD280570A1 (en) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | ROTARY PISTON MACHINE WITH RINGFUL WORKING SPACE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD32650089A DD280570A1 (en) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | ROTARY PISTON MACHINE WITH RINGFUL WORKING SPACE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DD280570A1 true DD280570A1 (en) | 1990-07-11 |
Family
ID=5607654
Family Applications (1)
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DD32650089A DD280570A1 (en) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | ROTARY PISTON MACHINE WITH RINGFUL WORKING SPACE |
Country Status (1)
Country | Link |
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DD (1) | DD280570A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6119649A (en) * | 1995-01-19 | 2000-09-19 | Raab; Anton | Rotating piston engine |
DE102007028874A1 (en) | 2007-06-22 | 2008-12-24 | Margies, Wolfhard, Dr. | Rotary piston internal combustion engine for vehicle, involves pressing compressed air and/or mixture portions into compression chamber, and supplying diesel as gas mixture for combustion |
-
1989
- 1989-03-13 DD DD32650089A patent/DD280570A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6119649A (en) * | 1995-01-19 | 2000-09-19 | Raab; Anton | Rotating piston engine |
DE102007028874A1 (en) | 2007-06-22 | 2008-12-24 | Margies, Wolfhard, Dr. | Rotary piston internal combustion engine for vehicle, involves pressing compressed air and/or mixture portions into compression chamber, and supplying diesel as gas mixture for combustion |
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