DE1096696B

DE1096696B - Rotary piston for rotary piston machines

Info

Publication number: DE1096696B
Application number: DEN16616A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Froede; Dipl-Ing Hanns-Dieter Paschke
Original assignee: Wankel GmbH; NSU Motorenwerke AG
Current assignee: Wankel GmbH; Audi AG
Priority date: 1959-04-23
Filing date: 1959-04-23
Publication date: 1961-01-05
Also published as: GB927704A

Description

Drehkolben für Rotationskolbenmaschinen Gegenstand der Erfindung ist ein Drehkolben für Rotationskolbenmaschinen, und zwar insbesondere für solche, bei denen der Drehkolben in einem umschließenden, feststehenden oder rotierenden Gehäuse eine kreisende oder drehende Bewegung ausführt, wobei Arbeitskammern wechselnden Volumens gebildet «-erden. Derartige Rotationskolbenmaschinen sind insbesondere als Kompressoren und Brennkraftmaschinen .geeignet.Rotary piston for rotary piston machines is the subject of the invention a rotary piston for rotary piston machines, in particular for those at those of the rotary lobes in an enclosing, fixed or rotating housing executes a circular or rotating movement, with alternating working chambers Formed in volume «- earth. Such rotary piston machines are in particular Suitable as compressors and internal combustion engines.

Es ist bekannt, Drehkolben für Roots-Gebläse durch Zusammenschweißen aus mehreren Teilen herzustellen. Bei einer bekannten Ausführung wird von einem 'Pragkreuz ausgegangen, auf welches unter sich gleiche, miteinander verschweißte Bleche aufgeschweißt werden. Diese Ausführung erfordert eine Vielzahl von Einzelteilen, die durch eine größere :Xtizahl von Arbeitsgängen untereinander verbunden werden müssen. Eine rationelle Fertigung ist daher nicht möglich. Bei einer anderen Ausführung werden die Flügel des Drehkolbens aus einem Rohr geformt und an die Nabe angeschweißt. Dabei bleiben die Kolbenflügel seitlich offen, eine Konstruktion, die sich nicht für alle Maschinen und insbesondere nicht für rrennkraftmaschinen eignet, .bei denen der Kalben von Kühlflüssigkeit durchströmt werden muß und als Träger von seitlichen Dichtteilen dient.It is known to produce rotary pistons for Roots blowers by welding them together made from several parts. In a known embodiment of a 'Prague cross gone out, on which the same, welded together Sheets are welded on. This design requires a large number of individual parts, which are connected to one another by a larger number of operations have to. An efficient production is therefore not possible. In another version the blades of the rotary piston are formed from a tube and welded to the hub. The piston wings remain open at the side, a construction that is not for all machines and especially not suitable for racing engines, where the calving must be traversed by cooling liquid and as a carrier from the side Sealing parts is used.

Durch die Erfindung soll ein Weg aufgezeigt werden, um derartige Drehkolben, die aus Gründen der Kühlung und des Gewichtes hohl ausgeführt werden müssen, insbesondere auch in Stahlbauart rationell herstellen zu können. Zu diesem Zweck ist der Drehkolben erfindungsgemäß aus zwei Teilen zusammengesetzt, deren Teilungsebene quer zur Rotationsachse des Drehkolbens, vorzugsweise in seiner Mittelebene, liegt und die durch eine Schweißurig am Umfang oder durch Löturig miteinander verbunden werden. Durch diese Ausbildung ergibt sich die Möglichkeit, den Drehkolben durch Gesenkschmieden herzustellen. Bei Leichtmetallbauart vereinfacht sich die Gußform beträchtlich.The invention is intended to show a way to produce such rotary lobes, which have to be made hollow for reasons of cooling and weight, in particular to be able to produce efficiently also in steel construction. The rotary piston is used for this purpose According to the invention composed of two parts, the parting plane of which is transverse to the axis of rotation of the rotary piston, preferably in its central plane, and which is through a welding be connected to one another on the circumference or by soldering. Through this training there is the possibility of producing the rotary piston by drop forging. In the case of light metal construction, the mold is considerably simplified.

Zur weiteren Vereinfachung sind die Kolbenteile nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung gleich und ist die Laufnabe als gesondertes Teil durch Schweißurig, Einpressen od. dgl. mit den Teilen des Drehkolbens verbunden. Dadurch lassen sich die beiden Kolbenteile mit ein- und derselben Gesenk- bzw. Gußform herstellen.For further simplification, the piston parts are after another Proposal of the invention is the same and the hub is a separate part by welding, Pressing in od. The like. Connected to the parts of the rotary piston. This allows produce the two piston parts with one and the same die or casting mold.

Bei den Rotationskolbenmaschinen der genannten Bauart ist es zur Erzielung einer bestimmten Relativbewegung zwischen Kolben und Gehäuse erforderlich, ein Getriebe vorzusehen, das aus einem am Drehkolben befestigten innenverzahnten Rad und einem am Gehäuse befestigten außenverzahnten Rad besteht. Erfindungsgemäß wird die Innenverzahnung von der Nabe des Drehkolbens getragen, so daß sich zusätzliche Bauteile erübrigen.In the case of the rotary piston machines of the type mentioned, it is necessary to achieve this a certain relative movement between piston and housing is required, a gear to provide that from an internally toothed wheel attached to the rotary piston and a there is an externally toothed wheel attached to the housing. According to the invention, the internal toothing carried by the hub of the rotary piston, so that additional components are unnecessary.

Bei Verwendung der Rotationskolbenmasch:ine als Verbrennungsmotor treten erhebliche Gasdrücke in den Kammern auf, die sich auf die Schweißnaht auswirken und diese auf Biegung beanspruchen. Um diese Beanspruchung möglichst klein zu halten -bzw. vollständig zu vermeiden, wird erfindungsgemäß in der Teilungsebene des Kolbens ein sich auf der Kolbennabe abstützendes Zwischenblech eingesetzt. Dieses Zwischenblech wird durch die Umfangsschweißung mit den Kolbenteilen verbunden und kann, falls erforderlich, zusätzlich an der Nabe angeschweißt werden.When using the rotary piston machine as a combustion engine Significant gas pressures occur in the chambers, which affect the weld seam and stress them in bending. In order to keep this stress as low as possible -respectively. To avoid completely, according to the invention in the plane of division of the piston an intermediate plate supported on the piston hub is used. This intermediate sheet is connected to the piston parts by the circumferential weld and can, if required, must also be welded to the hub.

In den meisten Fällen ist es erforderlich, den Drehkolben mit Dichtelementen auszustatten, welche den Kolben sowohl in axialer als auch in radialer Richtung gegenüber dem umschließenden Gehäuse abdichten. Dabei sind in achsparallelen Scheitelkanten des Kolbens Nuten zur Aufnahme von meist leistenförmigen Dichtelementen vorgesehen. Diese Nuten durchdringen also die Teilungsebene des Kolbens. Um eine zuverlässige Abdichtung des Nutgrundes in der Teilungsebene zu erzielen, ist nach einem weiteren Vorschlag .der Erfindung die radiale Dicke der Schweißnaht im Bereich der Scheitelkante des Kolbens größer als die Tiefe dieser Nuten für die Dichtelemente. Dadurch verläuft die Nut im Bereich der Teilungsebene vollständig in der Schweißnaht.In most cases it is necessary to equip the rotary piston with sealing elements equip which the piston in both the axial and radial directions seal against the enclosing housing. Thereby are axially parallel apex edges grooves of the piston are provided for receiving mostly strip-shaped sealing elements. So these grooves penetrate the parting plane of the piston. To be reliable To achieve sealing of the groove base in the parting plane is another Proposal .der invention the radial thickness of the weld seam in the region of the apex edge of the piston greater than the depth of these grooves for the sealing elements. This runs the groove in the area of the parting plane completely in the weld seam.

In bestimmten Fällen kann es sich als erforderlich oder zweckmäßig erweisen, daß die Nut für die achsparallelen Dichtelemente nicht durch die Schweißnaht verläuft. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, an -den Scheitelkanten in der Teilungsebene des Kolbens zur Überbrückung der Schweißnaht Einsatzstücke einzufügen, die von den Nuten für die Dichtelemente durchdrungen werden. Diese Einsatzstücke sind vorzugsweise durch Schutzgas-Hartlötung mit dem umgebenden Material verbunden. In diesem Fall werden also die Wände der Nut nur durch das Material der Kolbenteile und des Einsatzstückes gebildet. Die Einsatzstücke haben aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise zylindrische Gestalt und sind in entsprechende radiale Bohrungen in -der Teilungsebene des Kolbens eng eingepaßt. Als Material wird zweckmäßig Stahl verwendet.In certain cases it may prove necessary or appropriate prove that the groove for the axially parallel sealing elements not runs through the weld. For this purpose, it is proposed according to the invention, an -den Apex edges in the parting plane of the piston to bridge the weld seam Insert inserts that are penetrated by the grooves for the sealing elements. These inserts are preferably brazed to the surrounding area by inert gas brazing Material connected. In this case, the walls of the groove are only made by the material formed of the piston parts and the insert. The inserts have from manufacturing engineering Reasons are preferably cylindrical and are in corresponding radial bores in -the plane of division of the piston fitted tightly. Steel is the most appropriate material used.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im Prinzip dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht eines Drehkolbens, Fig. 2 bis 7 verschiedene Ausführungsformen im Querschnitt gemäß Linie A-A in Fig. 1 und Fig. 8 einen Drehkolben in Ansicht, teilweise geschnitten, wobei die Kolbenecken jeweils eine andere Ausführung entsprechend dem vorhergehenden Beispielen im Querschnitt zeigen.In the drawing, some embodiments of the invention are in Principle shown. 1 shows a plan view of a rotary piston, FIGS. 2 through 7 different embodiments in cross section according to line A-A in Fig. 1 and Fig. 8 shows a rotary piston in view, partially in section, the piston corners in each case another embodiment according to the previous examples in cross section demonstrate.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehkolben ist für eine innenachsige Rotationskolbenmaschine bestimmt, bei der die Innenkontur des umschließenden Gehäuses die Form einer zweibogigen Epitrochoide aufweist. Die Außenkontur des Drehkolbens hat etwa die Form eines Bogen-Dreiecks und ist an die innere Hüllkurve der Epitrochoide angenähert. Zur Aufnahme von Dichtelementen ist der Drehkolben an seinen drei achsparallelen Scheitelkanten 1 mit Nuten 2 versehen, in ,,velche Dichtleisten eingesetzt werden. An den Stirnseiten ist der Kolben mit Seitendichtungen, beispielsweise sog. Diohtrandplatten versehen, die mit dem Kolben über dünne Metallbänder axialbeweglich verbunden sind. Zur Mitnahme -der Dichtrandplatten dienen Ansätze 3 an den Stirnseiten des Kolbens, während für die Aufnahme der Metallbänder dünne Nuten 4 vorgesehen sind. Die fugengeschlossene Verbindung -der axialbeweglichen mit den radialbewegliehen Dichtelementen wird durch bolzenförmige Koppelglieder erzielt, die in entsprechenden Aussparungen 5 im Kolben eingesetzt sind. Ein. mit dem Kolben verbundenes, innenverzahntes Rad 6, das mit einem am Gehäuse befestigten außenverzahnten Rad im Eingriff steht, sorgt für eine bestimmte Relativbewegung des Drehkolbens gegenüber dem Gehäuse.The rotary piston shown in Fig. 1 is for an internal-axis rotary piston machine determined, in which the inner contour of the enclosing housing has the shape of a two-arched Has epitrochoid. The outer contour of the rotary piston is roughly in the shape of an arc triangle and is approximated to the inner envelope of the epitrochoid. To accommodate sealing elements the rotary piston is provided with grooves 2 on its three axially parallel apex edges 1, can be used in, velche sealing strips. The piston is on the front sides Side seals, for example so-called. Diohtrandplatten provided with the piston are axially movably connected via thin metal strips. For taking along the sealing edge plates serve approaches 3 on the end faces of the piston, while for receiving the metal strips thin grooves 4 are provided. The joint-closed connection - the axially movable with the radially moving sealing elements is made by bolt-shaped coupling links achieved, which are used in corresponding recesses 5 in the piston. A. with internally toothed wheel 6 connected to the piston and attached to the housing with a external gear is engaged, ensures a certain relative movement of the rotary piston opposite the housing.

Der Drehkolben ist erfindungsgemäß aus zwei Teilen zusammengesetzt, deren Teilungsebene quer zur Rotationsachse des Drehkolbens liegt und die in den Ausführungsbeispielen durch eine Schweißung am Umfang miteinander verbunden sind. Nach dem Schweißen ist natürlich eine Nacharbeitung erforderlich. Fig. 2 biss 7 zeigen verschiedene Möglichkeiten für eine derartige Ausbildung des Drehkolbens.According to the invention, the rotary piston is composed of two parts, whose parting plane is transverse to the axis of rotation of the rotary piston and which in the Embodiments are connected to one another by a weld on the circumference. After welding, of course, reworking is required. Fig. 2 to 7 show various possibilities for such a design of the rotary piston.

In Fig. 2 besteht der Drehkolben aus dem beiden Teilen 7 und 8, die durch eine Umfangsschweißung 9 miteinander verbunden sind. Der Teil 7 ist mit der Laufnabe 10 des Kolbens ei.nstückig. Die Nabe 10 trägt gleichzeitig die Innenverzahnung 6. Es ist in dieser Figur die Nut 2 zur Aufnahme von achsparallelen Dichtelementen .zu erkennen. Wie ersichtlich, ist die Schweißnaht im Bereich dieser Nut 2 so tief, daß die Nut 2 auch in der Teilungsebene an ihrem Grund zuverlässig abgedichtet -ist: Mit 3 sind -wiederum die Mitnehmer für die Seitendichtungen, mit 4 die Nuten für die Metallbänder zum Anschluß der Seitendichtungen und-mit 5 die Aussparungen für die Koppelglieder bezeichnet. Fig. 3 zeigt eine Ausführung, die derjenigen gemäß Fig. 2 weitgehend entspricht, mit dem einzigen Unterschied, daß die Kolbenteile 7' und 8' in diesem Fall gleich ausgeführt sind und eine eigene Laufnabe 11 eingesetzt, beispielsweise eingepreßt ist, die wiederum die Innenverzahnung 6 trägt.In FIG. 2, the rotary piston consists of the two parts 7 and 8, which are connected to one another by a circumferential weld 9. The part 7 is integral with the hub 10 of the piston. The hub 10 at the same time carries the internal toothing 6. In this figure, the groove 2 for receiving axially parallel sealing elements can be seen. As can be seen, the weld seam in the area of this groove 2 is so deep that the groove 2 is reliably sealed at its base even in the parting plane: With 3, the drivers for the side seals are again, with 4 the grooves for the metal strips for connection the side seals and 5 denotes the recesses for the coupling links. Fig. 3 shows an embodiment which largely corresponds to that of FIG. 2, with the only difference that the piston parts 7 'and 8' are made the same in this case and a separate hub 11 is inserted, for example, pressed in, which in turn has the internal teeth 6 carries.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 4 und 5 entsprechen denjenigen gemäß Fig. 2 bzw. 3, wobei lediglich in der Teilungsebene des Kolbens ein sich auf die Kolbennabe 10 bzw. 11 abstützendes Zwischenblech 12 vorgesehen ist. Dieses Zwischenblech, das durch die Umfangsschweißung 9 mit den Kolbenteilen 7, 8 bzw. T, 8' verbunden ist, dient dazu, auf die die Schweißnaht 9 wirkende Biegebeanspruchung durch Gasdrücke, wie sie insbesondere bei Verwendung der Maschine als Verbrennungsmotor auftreten, aufzunehmen. Das Zwischenblech 12 kann, wie Fig. 4 zeigt, mit der Laufnabe 10 zusätzlich bei 13 verschweißt werden. In dem Zwischenblech 12 können Öffnungen 14 vorgesehen werden, um das Überströmen von Kühlflüssigkeit von einer Kammer des Kolbens in die andere zu ermöglichen.The exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5 correspond to those according to Fig. 2 and 3, wherein only in the plane of division of the piston on the piston hub 10 or 11 supporting intermediate plate 12 is provided. This intermediate sheet, which is connected to the piston parts 7, 8 or T, 8 'by the peripheral weld 9 serves to reduce the bending stress acting on the weld seam 9 due to gas pressures, as they occur in particular when the machine is used as an internal combustion engine, to record. The intermediate plate 12 can, as FIG. 4 shows, with the hub 10 in addition be welded at 13. Openings 14 can be provided in the intermediate plate 12 be to prevent the overflow of cooling liquid from a chamber of the piston into the to enable others.

Während in den Beispielen gemäß Fig. 2 bis 5 die Schweißnaht 9 von der Nut 2 für die achsparallelen Dichtelemente durchdrungen wird, zeigen Fig. 6 und 7 Ausführungen, bei welchen dieser Umstand vermieden wird. Dazu sind in der Teilungsebene des Kolbens an den Scheitelkanten Einsatzstücke 15 vorgesehen, welche von den Nuten 2 für die Dichtelemente durchdrungen werden. Diese Einsatzstücke haben vorzugsweise zylindrische Form und sind in entsprechenden radial verlaufenden Bohrungen in der Teilungsebene des Kolbens eng eingepaßt und durch Schutzgas-Hartlötung mit dem umgebenden Material gasdicht verbunden. Sie bestehen vornehmlich aus Stahl. Im übrigen entspricht die Ausführung gemäß Fig. 6 weitgehend derj enigen gemäß Fig. 4 und diejenige gemäß Fig. 7 derjenigen gemäß Fig. 3. In Fig. 8 sind die verschiedenen Ausbildungen im Querschnitt dargestellt, und zwar zeigt die Ecke B einen Querschnitt gemäß Linie B-B in Fig. 3, die Ecke C einen Schnitt gemäß Linie C-C in Fiig. 4 und die Ecke D einen Schnitt gemäß Linie D-D in Fig. 6.While in the examples according to FIGS. 2 to 5 the weld seam 9 is penetrated by the groove 2 for the axially parallel sealing elements, FIGS. 6 and 7 show embodiments in which this circumstance is avoided. For this purpose, insert pieces 15 are provided in the parting plane of the piston at the apex edges, which are penetrated by the grooves 2 for the sealing elements. These inserts are preferably cylindrical in shape and are closely fitted in corresponding radially extending bores in the plane of division of the piston and are connected to the surrounding material in a gas-tight manner by inert gas brazing. They are mainly made of steel. Otherwise, the embodiment according to FIG. 6 largely corresponds to that according to FIG. 4 and that according to FIG. 7 to that according to FIG BB in Fig. 3, the corner C is a section along line CC in Fiig. 4 and the corner D is a section along line DD in FIG. 6.

Wenn auch in den Ausführungsbeispielen stets von einer Verbindung der Kolbenteile durch Schweißung die Rede ist, so liegt es natürlich irr Rahmen der Erfindung, andere gleichwertige Verfahren anzuwenden, beispielsweise Schutzgas-Hartlötung.Even though always from one connection in the exemplary embodiments the piston parts are talked about by welding, it is of course wrong of the invention to use other equivalent processes, for example inert gas brazing.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. In particular in steel construction by joining -individual parts produced rotary piston for rotary piston machines, characterized in that the rotary piston is composed of two parts (7, 8 or T, 8 ') - whose division plane is transverse to the axis of rotation of the rotary piston, preferably in its central plane and which are connected to one another by a weld (9) on the circumference or by soldering. 2: Rotary piston according to claim 1, characterized in that the piston parts (T, 8 ') are the same and the hub (11) is connected as a separate part to the parts (7 "; 8 @ of the rotary piston) by welding, pressing or the like 3. Rotary piston according to claim 1, characterized in that a part (7) of the piston with the hub (10) consists of one piece. 4. Rotary piston according to claim 2 or 3, characterized in that the hub (10 or 11) has internal teeth (6). 5. Rotary piston according to one of claims 2 to 4, characterized in that an intermediate plate (12) supported on the hub (10 or 11) is inserted in the plane of division of the piston. Rotary piston according to one of the preceding claims, grooves for receiving sealing elements being provided in axially parallel apex edges, characterized in that the radial thickness of the circumferential weld seam (9) in the region of the apex edges (1) of the piston is greater than the depth of the grooves (2) for the Dichtelem duck. 7. Rotary piston according to one of the preceding claims, wherein grooves for receiving sealing elements are provided in axially parallel apex edges, characterized in that inserts (15) are inserted on the apex edges (1) in the plane of division of the piston for bridging the weld seam (9), which are penetrated by the grooves (2) for the sealing elements. B. rotary piston according to claim 7, characterized in that the insert pieces (15) are gas-tightly connected to the surrounding material by inert gas brazing. 9. Rotary piston according to claims 1 to 8, characterized in that the parts (7, 8 or T, 8 ') of the piston are made by drop forging. Documents considered: German Patent No. 696509; French patent specification No. 898997.