DE102009028086A1

DE102009028086A1 - Rotary-piston engine for use in loading device for e.g. internal-combustion engine of motor vehicle, has piston dividing chamber into sub chambers, where outer contour of piston is mullioned hypotrochoid seen in cross-section

Info

Publication number: DE102009028086A1
Application number: DE200910028086
Authority: DE
Inventors: Andreas Mauch; Thorten Droigk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-10

Abstract

The engine (2) has a housing (5) provided with a chamber (16), and a rotary piston (7) eccentrically, rotatably mounted in the chamber. The rotary piston divides the chamber into sub chambers (18, 19), and an outer contour (22) of the rotary piston is a mullioned hypotrochoid seen in a cross-section, where the mullioned hypotrochoid is described by an equation. An internal contour (23) of the chamber corresponds to a cladding outline (24) of the rotary piston, where the cladding outline has a point (25). An inlet has an intake valve and/or an outlet has an exhaust valve. An independent claim is also included for a loading device for an internal-combustion engine or a fuel cell arrangement, comprising a rotary-piston engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit einem Gehäuse, das eine Kammer aufweist, in welcher mindestens ein Rotationskolben exzentrisch drehbar gelagert ist, der die Kammer in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer aufteilt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladeeinrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzellenanordnung.The The invention relates to a rotary piston machine with a housing, which has a chamber in which at least one rotary piston Is mounted eccentrically rotatable, the chamber in a first sub-chamber and a second sub-chamber divides. The invention further relates a charging device, in particular for an internal combustion engine or a fuel cell assembly.

Stand der TechnikState of the art

Rotationskolbenmaschinen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können für verschiedene technische Zwecke eingesetzt werden. Je nachdem, welche Geometrie der Rotationskolben beziehungsweise die diesen umgebende Kammer aufweist, entstehen unterschiedliche Möglichkeiten zur Nutzung des Funktionsprinzips. Das bekannteste Beispiel einer Rotationskolbenmaschine stellt der Wankelmotor dar, bei welchem ein dreibogiger Rotationskolben innerhalb einer Kammer umläuft, deren (Innen-)Kontur mathematisch exakt durch eine Epitrochoide beschrieben werden kann. Der Rotationskolben selbst lässt sich jedoch nicht mittels einer mathematischen Definition beschreiben, sondern entsteht durch eine graphische Abbildungsvorschrift als Hüllfigur des Rotationskolbens. Wird die Kontur der Kammer mathematisch vorgegeben, so bewegen sich die Spitzen eines auf die beschriebene Weise erzeugten Rotationskolbens stets exakt auf der Linie der Kontur. Diese Eigenschaft wird beim Wankelmotor genutzt.Rotary piston machines of the type mentioned are known from the prior art. she can be used for various technical purposes become. Depending on which geometry of the rotary piston or having this surrounding chamber, arise different possibilities to use the functional principle. The best known example of one Rotary piston engine represents the Wankel engine, in which a three-rotary piston rotates within a chamber, their (inner) contour mathematically exact by an epitrochoid can be described. The rotary piston itself leaves but do not describe themselves by means of a mathematical definition, but rather created by a graphic mapping rule as an envelope of the rotary piston. If the contour of the chamber is given mathematically, so do the tips of a generated in the manner described Rotary piston always exactly on the line of the contour. This attribute is used in the Wankel engine.

Rotationskolbenmaschinen können beispielsweise zur Realisierung einer Aufladeeinrichtung verwendet werden. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2006 030 796 A1 eine Aufladeeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen oder für Brennstoffzellen. Die Aufladeeinrichtung weist einen Rotationskolben auf, der exzentrisch innerhalb einer Kammer um eine Welle rotiert. Der Rotationskolben weist Rotationskolbenflächen auf und bildet mit der ihn umschließenden Kammer eine Expansionskammer und eine Verdichterkammer der Aufladeeinrichtung. Daher müssen auf beiden Seiten, also sowohl auf der Seite der Verdichterkammer als auch auf der Seite der Expansionskammer, jeweils mindestens zwei Einlässe und zwei Auslässe vorgesehen werden. Ein Druckunterschied zwischen Einlass und Auslass der Expansionskammer kann für die Gewinnung von Leistung zum Antrieb des Rotationskolbens genutzt werden. Diese Leistung kann in der Verdichterkammer zum Verdichten des verwendeten Gases eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Leistung auch extern zugeführt beziehungsweise ergänzt werden, beispielsweise mittels eines Elektromotors. Die beschriebene Aufladeeinrichtung ist insbesondere für eine Anwendung mit Brennstoffzellen interessant, da die Abgase solcher Brennstoffzellen systembedingt unter hohem Druck stehen. Die in dem Abgas gespeicherte Energie kann mittels der Aufladeeinrichtung zurückgewonnen werden, was beispielsweise mittels eines herkömmlichen Turboladers prinzipiell nicht möglich ist.Rotary piston machines can be used for example for the realization of a charging device. For example, this describes DE 10 2006 030 796 A1 a charging device for internal combustion engines or for fuel cells. The charging device has a rotary piston which rotates eccentrically within a chamber about a shaft. The rotary piston has rotary piston surfaces and, together with the chamber enclosing it, forms an expansion chamber and a compressor chamber of the charging device. Therefore, at least two inlets and two outlets must be provided on both sides, so both on the side of the compressor chamber and on the side of the expansion chamber. A pressure difference between the inlet and outlet of the expansion chamber can be used to obtain power to drive the rotary piston. This power can be used in the compression chamber to compress the gas used. Additionally or alternatively, the power can also be supplied externally or supplemented, for example by means of an electric motor. The charging device described is particularly interesting for use with fuel cells, since the exhaust gases of such fuel cells are systemically under high pressure. The stored energy in the exhaust gas can be recovered by means of the charging device, which is not possible in principle by means of a conventional turbocharger in principle.

Die DE 2 242 247 sowie DE 2 060 067 beschreiben eine Rotationskolbenpumpe beziehungsweise eine Rotationskolbenturbine. Analog zum Prinzip des Wankelmotors wird hier die Innenkontur der Kammer als einbogige Trochoide beziehungsweise Epitrochoide festgelegt und die Außenkontur des Rotationskolbens graphisch hergeleitet. Aus dieser Vorgehensweise resultiert die Eigenschaft, dass Spitzen des Kolbens stets exakt auf der Innenkontur der Kammer ablaufen. Allerdings ist die Außenkontur des Rotationskolbens nicht mathematisch bestimmbar, woraus sich Probleme, beispielsweise bei der Herstellung, ergeben können.The DE 2 242 247 such as DE 2 060 067 describe a rotary piston pump or a rotary piston turbine. Analogous to the principle of Wankelmotors here the inner contour of the chamber is determined as einbogige trochoid or epitrochoid and derived the outer contour of the rotary piston graphically. This procedure results in the property that tips of the piston always run exactly on the inner contour of the chamber. However, the outer contour of the rotary piston can not be determined mathematically, which can result in problems, for example during manufacture.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgegenüber weist die Rotationskolbenmaschine mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen den Vorteil auf, dass eine vorteilhafte Außenkontur des Rotationskolbens verwendet wird, die insbesondere mathematisch beschreibbar ist. Dabei soll die Außenkontur des Rotationskolbens – im Querschnitt gesehen – eine zweibogige Hypotrochoide beziehungsweise eine zweibogige verkürzte Hypozykloide sein. Die Kammer, die auch als Kolbenkammer bezeichnet werden kann, weist zusätzlich mindestens einen in die Kammer mündenden Einlass und mindestens einen ebenfalls in die Kammer mündenden Auslass auf. Durch den Einlass kann Fluid in die Kammer einströmen, während es aus dem Auslass aus dieser herausgelangen kann. Da die Außenkontur des Rotationkolbens in ihrem Verlauf einer zweibogigen Hypotrochoide beziehungsweise einer zweibogigen verkürzten Hypozykloide entspricht, ergibt sich ein geringeres Volumen des Rotationskolbens. Der Rotationskolben weist also stirnseitig eine geringere Fläche auf, sodass in der Kammer im Vergleich mit anderen Kolbengeometrien mehr Volumen zur Verfügung steht, welches als Arbeitsvolumen der Rotationskolbenmaschine genutzt wird. Bei gleichem Bauraum der Rotationskolbenmaschine wird folglich pro Arbeitszyklus ein größeres Fluidvolumen bewegt. Zusätzlich entfällt unnötige, bewegte Masse (Kolbenmasse). Auf diese Weise ist eine kompaktere und wirtschaftliche Bauweise möglich.In contrast, has the rotary piston machine with the recited in claim 1 Features the advantage that an advantageous outer contour the rotary piston is used, in particular mathematically is writable. Here, the outer contour of the rotary piston - in Cross-section seen - a bifid hypotrochoide respectively be a two-legged shortened hypocycloid. The chamber, which can also be referred to as a piston chamber, additionally at least one inlet opening into the chamber and at least an outlet also opening into the chamber. By the inlet can flow fluid into the chamber while it can get out of the outlet from this. Because the outer contour of the rotary piston in its course of a double-lobed hypotrochoid or a two-legged shortened hypocycloids corresponds, results in a smaller volume of the rotary piston. Of the Rotary piston thus has a smaller face frontally on, so in the chamber compared with other piston geometries more volume is available, which is considered working volume the rotary piston machine is used. With the same space of Rotary piston engine is thus a larger per duty cycle Fluid volume moves. In addition unnecessary unnecessary, moving mass (piston mass). This way is a more compact and economical construction possible.

Die beschriebene Rotationskolbenmaschine stellt eine 1:2-Rotationskolbenmaschine beziehungsweise -Kreiskolbenmaschine dar. In der eingangs erwähnten DE 10 2006 030 796 A1 wird eine 2:3-Rotationskolbenmaschine beschrieben. Bei einer solchen sind analog zum Wankelmotor drei Umdrehungen der Antriebswelle erforderlich, damit der Rotationskolben einmal vollständig rotiert. Bei der erfindungsgemäßen 1:2-Rotationskolben-maschine sind für eine Kolbenumdrehung jedoch nur zwei Umdrehungen notwendig. Somit ist die Betriebsdrehzahl erheblich reduziert. Beispielsweise ist für eine Kolbendrehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute bei der 2:3-Rotationskolbenmaschine eine Wellendrehzahl von 9000 Umdrehungen pro Minute erforderlich, bei der erfindungsgemäßen 1:2-Rotationskolbenmaschine jedoch nur 6000 Umdrehungen pro Minute. Dies hat positive Auswirkungen auf die konstruktive Gestaltung der Rotationskolbenmaschine, da in der Rotationskolben-maschine vorgesehene Lager für geringere Drehzahlen ausgelegt werden können. Darüber hinaus ist eine geringere Antriebsleistung erforderlich.The rotary piston machine described represents a 1: 2 rotary piston machine or circular piston machine. In the above-mentioned DE 10 2006 030 796 A1 a 2: 3 rotary piston machine is described. In such a three revolutions of the drive shaft are required analogously to the Wankel engine, so that the rotation once fully rotated. In the 1: 2 rotary piston machine according to the invention, however, only two revolutions are necessary for a piston revolution. Thus, the operating speed is significantly reduced. For example, for a piston speed of 3000 revolutions per minute in the 2: 3 rotary piston engine a shaft speed of 9000 revolutions per minute is required, in the inventive 1: 2 rotary piston engine, however, only 6000 revolutions per minute. This has a positive effect on the structural design of the rotary piston machine, as provided in the rotary piston machine bearing can be designed for lower speeds. In addition, a lower drive power is required.

Bei Rotationskolbenmaschinen rotiert der Schwerpunkt des Rotationskolbens exzentrisch, wobei dies mit der Drehzahl der Welle erfolgt und nicht mit der Drehzahl des Rotationskolbens. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist aufgrund dieser Tatsache der Rotationskolben Zentripetalkräften ausgesetzt, deren Betrag proportional zum Quadrat der Wellendrehzahl ist. Im Vergleich der 2:3-Rotationskolbenmaschine mit der 1:2-Rotationskolbenmaschine ergibt sich ein Verhältnis der wirkenden Kräfte von 6000²/9000² = 44,4%. Die auftretenden Zentripetalkräfte können also deutlich reduziert werden, wodurch die Welle und der Rotationskolben schwächer ausgelegt werden können. Dies hat zur Folge, dass eine material- und platzsparende Bauweise der Rotationskolbenmaschine möglich ist.In rotary piston machines, the center of gravity of the rotary piston rotates eccentrically, this being done with the speed of the shaft and not with the speed of the rotary piston. According to the foregoing, due to this fact, the rotary piston is subjected to centripetal forces whose magnitude is proportional to the square of the shaft speed. In comparison, the 2: 3-rotary piston machine with the 1: 2-rotary piston machine is a ratio of the forces of 6000 ^{^2/9000 2} = 44.4% is obtained. The occurring centripetal forces can thus be significantly reduced, whereby the shaft and the rotary piston can be designed weaker. This has the consequence that a material and space-saving design of the rotary piston machine is possible.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweibogige Hypotrochoide durch die Gleichungen x = A (cos(t) + k cos(t)) y = A (sin(t) – k sin(t)) beschrieben ist, wobei x und y Koordinaten auf der Hypotrochoide, t eine Laufvariabel, A die Größe und k die Bauchigkeit der Hypotrochoide bezeichnen, und wobei 0 ≤ t < 2π gilt. Die Außenkontur des Rotationskolbens ist damit mathematisch definieren. Für unterschiedliche Werte von t ergeben sich Wertepaare von x und y, welche jeweils die Position eines Punktes auf der Außenkontur des Rotationskolbens beschreiben. Über den Wert von A kann die Größe des Rotationskolbens festgelegt werden. Der Wert von k bezeichnet die Bauchigkeit der Hypotrochoide, also insbesondere deren maximale Breite. Für k = 1 ergibt sich für die Außenkontur des Rotationskolbens lediglich ein Strich, für k = 0 ein Kreis. Für dazwischen liegende Werte ergeben sich Außenkonturen, die in ihrer Form einer Ellipse ähneln, nämlich zweibogige Hypotrochoiden beziehungsweise zweibogige verkürzte Hypozykloiden. Alternativ zu den beschriebenen Gleichungen kann die zweibogige Hypotrochoide auch auf weitere Arten beschrieben werden, insbesondere unter Angabe von Parametergleichungen, welche den oben stehenden ähneln.A development of the invention provides that the double-lobed hypotrochoid by the equations x = A (cos (t) + k cos (t)) y = A (sin (t) -k sin (t)) where x and y are coordinates on the hypotrochoid, t is a running variable, A is the magnitude, and k is the patency of the hypotrochoid, and where 0 ≤ t <2π. The outer contour of the rotary piston is thus defined mathematically. For different values of t, value pairs of x and y are obtained, which each describe the position of a point on the outer contour of the rotary piston. The value of A can be used to determine the size of the rotary piston. The value of k denotes the buffiness of the hypotrochoid, ie in particular its maximum width. For k = 1, there is only one stroke for the outer contour of the rotary piston, for k = 0 a circle. For intervening values, outer contours result that are similar in shape to an ellipse, namely two-bar hypotrochoid or two-legged shortened hypocycloid. As an alternative to the equations described, the two-pronged hypotrochoid can also be described in other ways, in particular by specifying parameter equations which are similar to those above.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für die Bauchigkeit 0 < k < 1, vorzugsweise 0,2 ≤ k ≤ 0,4, besonders bevorzugt k = 0,3, gilt. Je nach Anwendungsfall der Rotationskolbenmaschine kann die Bauchigkeit des Rotationskolbens entsprechend gewählt werden. Üblicherweise werden für die Bauchigkeit Werte von 0 bis 1 gewählt, wobei diese jeweils nicht eingeschlossen sind. Bevorzugt werden Werte, die größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 0,4 sind, verwendet. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Wert von 0,3 herausgestellt. Generell sind jedoch beliebige Werte für k zulässig, beispielsweise im Intervall von 0,2 bis 0,8.A Development of the invention provides that for the bumpiness 0 <k <1, preferably 0.2 ≦ k ≦ 0.4, more preferably k = 0.3. Depending on the application of the rotary piston machine, the bumpiness be selected according to the rotary piston. Usually Values from 0 to 1 are chosen for the bellies these are not included. Preference is given to values, greater than or equal to 0.2 and less than or equal to 0.4 are used. As a particularly advantageous value out of 0.3. In general, however, any values for k, for example in the interval from 0.2 to 0.8.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Innenkontur der Kammer – im Querschnitt gesehen – einer Hüllfigur des Rotationskolbens entspricht. Nach dem Festlegen der Außenkontur des Rotationskolbens als zweibogige Hypotrochoide wird die Innenkontur der Kammer auf graphische Weise durch exzentrische Rotation der Rotationskolbenkontur erzeugt, wobei analog zum Prinzip des Wankelmotors eine Abrollbewegung zweier Kreise, allerdings im Verhältnis von 1:2, zugrunde gelegt wird. Die Innenkontur der Kammer entspricht damit der Hüllfigur des Rotationskolbens. Im Gegensatz zu dem Prinzip des Wankelmotors verschieben sich bei einer Rotation des Rotationskolbens die Berührungspunkte zu der Kammer auf den eher runden Spitzen des Rotationskolbens. Analog zur Erzeugung der Innenkontur der Kammer als Hüllfigur des Rotationskolbens sind selbstverständlich auch andere geeignete Vorgehensweisen möglich.A Development of the invention provides that the inner contour of the Chamber - seen in cross section - a Hüllfigur corresponds to the rotary piston. After setting the outer contour of the rotary piston as a double-lobed hypotrochoid becomes the inner contour the chamber in a graphic way by eccentric rotation of the Produced rotary piston contour, which is analogous to the principle of Wankelmotors a rolling movement of two circles, but in proportion of 1: 2. The inner contour of the chamber corresponds so that the envelope of the rotary piston. In contrast to the principle of the Wankel engine shift during a rotation of the rotary piston, the points of contact with the chamber on the rather round tips of the rotary piston. Analogous to the generation the inner contour of the chamber as an envelope of the rotary piston are, of course, other appropriate approaches possible.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Hüllfigur eine nach innen weisende Spitze aufweist. Wird die Innenkontur der Kammer als Hüllfigur des Rotationskolbens erzeugt, so weist sie eine einzelne, nach innen weisende Spitze auf. Bei der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine liegt der Rotationskolben stets an dieser Spitze an, wodurch sich, zumindest theoretisch eine permanente Trennung der ersten Teilkammer von der zweiten Teilkammer ergibt. Dies ist beim Prinzip des Wankelmotors nicht der Fall. Die Rotationskolbenmaschine zeichnet sich also dadurch aus, dass der Rotationskolben bei einer Drehung stets die nach innen weisende Spitze der Hüllfigur berührt und damit eine Trennung der beiden Teilkammern voneinander gewährleistet.A Further development of the invention provides that the envelope figure has an inwardly pointing tip. Is the inner contour of the Chamber produced as an envelope of the rotary piston, so points They set up a single, inward pointing tip. In the inventive Rotary piston machine, the rotary piston is always on this Tip, which, at least theoretically, a permanent separation the first sub-chamber of the second sub-chamber results. This is in the principle of Wankelmotors not the case. The rotary piston machine draws So characterized by the fact that the rotary piston during a rotation always touches the inward pointing tip of the envelope and thus ensures a separation of the two sub-chambers from each other.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Einlass der ersten Teilkammer und ein Auslass der zweiten Teilkammer oder der Einlass der zweiten Teilkammer und der Auslass der ersten Teilkammer zugeordnet sind. Das Gehäuse der Rotatationskolbenmaschine weist also sowohl den Einlass als auch den Auslass auf. Dabei ist es vorgesehen, dass der Einlass mit der ersten Teilkammer und der Auslass mit der zweiten Teilkammer in Fluidverbindung stehen oder alternativ der Einlass mit der zweiten Teilkammer und der Auslass mit der ersten Teilkammer. Durch den Einlass kann Fluid in die Kammer gelangen und durch den Auslass wieder aus dieser heraus. Dabei hängt es von der Betriebsart der Rotationskolbenmaschine ab, ob der Fluiddruck am Einlass oder am Auslass höher ist.A development of the invention provides that an inlet of the first sub-chamber and an outlet of the second sub-chamber or the inlet of the second sub-chamber and the outlet of the first part associated with the chamber. The housing of the rotary piston engine thus has both the inlet and the outlet. It is provided that the inlet to the first sub-chamber and the outlet with the second sub-chamber in fluid communication or alternatively the inlet to the second sub-chamber and the outlet to the first sub-chamber. Fluid can enter the chamber through the inlet and out through the outlet. It depends on the operating mode of the rotary piston machine, whether the fluid pressure at the inlet or at the outlet is higher.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Einlass mindestens ein Einlassventil und/oder der Auslass mindestens ein Auslassventil aufweist. Sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil können steuerbar sein, insbesondere von einer Steuer-/Regelungseinrichtung der Rotationskolbenmaschine. Über das Einlassventil beziehungsweise das Auslassventil kann gezielt Fluid in die Kammer der Rotationskolbenmachine ein- beziehungsweise aus dieser ausgebracht werden. Bevorzugt wird das Auslassventil geöffnet, sobald ein bestimmter Druck in der dem Auslass zugeordneten Teilkammer erreicht ist.A Development of the invention provides that the inlet at least an inlet valve and / or the outlet comprises at least one outlet valve. Both the inlet valve and the outlet valve can be controllable, in particular of a control / regulation device the rotary piston machine. About the inlet valve respectively the outlet valve can selectively deliver fluid into the chamber of the rotary piston machine be applied to or from this. It is preferred the exhaust valve opens as soon as a certain pressure is reached in the outlet associated with the sub-chamber.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kammer im Wesentlichen zylindrisch ist. Das bedeutet, dass die Kammer zwei im Wesentlichen parallele Flächen aufweist, die eine Grund- beziehungsweise Deckfläche bilden, sowie eine Mantelfläche, die von parallelen Geraden gebildet wird. Diese parallelen Geraden, die die Mantelfläche bilden, entsprechen dabei der Innenkontur der Kammer. Demzufolge kann auch der Rotationskolben im Wesentlichen zylindrisch sein.A Development of the invention provides that the chamber substantially is cylindrical. This means that the chamber is two in essence has parallel surfaces that a basic or Cover surface form, as well as a lateral surface, the is formed by parallel lines. These parallel lines, which form the lateral surface, thereby correspond to the inner contour the chamber. As a result, the rotary piston can also be substantially be cylindrical.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Einlass und/oder der Auslass an einer Umfangsfläche der Kammer angeordnet sind. Ist die Kammer zylindrisch ausgebildet, so entspricht die Umfangsfläche der Mantelfläche der Kammer. Eine solche Anordnung von Einlass und/oder Auslass hat den Vorteil, dass keine Öffnungen in der Grund- beziehungsweise Deckfläche notwendig sind, was Dichtungsprobleme verursachen könnte.A Development of the invention provides that the inlet and / or the outlet is disposed on a peripheral surface of the chamber are. If the chamber is cylindrical, then the circumferential surface corresponds the lateral surface of the chamber. Such an arrangement of Inlet and / or outlet has the advantage that no openings necessary in the base or top surface, which could cause sealing problems.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine Verwendung der Rotationskolbenmaschine als Kompressor, Vakuumerzeuger oder Pumpe, insbesondere für Gase oder Flüssigkeiten, oder zur Erzeugung von mechanischer Energie aus Überdruck aufweisenden Gasen oder Flüssigkeiten vor. Die Rotationskolbenmaschine kann demzufolge zur Herstellung eines höheren Drucks oder eines niedrigeren Drucks – im Vergleich zu einem Referenzdruck – verwendet werden. Ebenso kann sie zur Förderung von Fluiden, beispielsweise Gasen oder Flüssigkeiten, eingesetzt werden. Auch eine Erzeugung von mechanischer Energie aus Überdruck aufweisenden Gasen oder Flüssigkeiten ist möglich. Dies schließt insbesondere die Verwendung als Brennkraftmaschine ein, wobei durch die Verbrennung von Kraftstoff ein Überdruck in der Kammer der Rotationskolbenmaschine erzeugt und diese dadurch angetrieben wird.A Development of the invention provides a use of the rotary piston machine as a compressor, vacuum generator or pump, in particular for Gases or liquids, or for the production of mechanical Energy from overpressure gases or liquids in front. The rotary piston machine can therefore be used for the production a higher pressure or a lower pressure - in the Compared to a reference pressure - to be used. As well It can be used to pump fluids such as gases or liquids. Also a generation of mechanical energy from overpressure gases or liquids is possible. This concludes in particular the use as an internal combustion engine, wherein the combustion of fuel overpressure in the chamber the rotary piston machine generates and thereby driven becomes.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch mindestens eine Dichtung, welche zwischen einer Wand der Kammer und dem Rotationskolben vorgesehen ist, um die Teilkammern gegeneinander abzudichten. Obwohl durch die geometrische Ausgestaltung des Rotationskolbens sowie der Kammer eine theoretisch dichte Trennung zwischen den Teilkammern vorliegt, kann es bei einer Realisierung der Rotationskolbenmaschine notwendig sein, eine zusätzliche Dichtung vorzusehen. Diese ist zwischen der Wand der Kammer und dem Rotationskolben anzuordnen. Auf diese Weise kann eine verbesserte Abdichtung zwischen den Teilkammern erreicht werden. Die Dichtung kann an der Wand der Kammer und/oder an dem Rotationskolben befestigt sein. Beispielsweise kann die Dichtung grundflächenseitig beziehungsweise deckflächenseitig an der Kammer vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich ist die Dichtung jedoch auch an der Umfangsfläche der Kammer beziehungsweis an Spitzen des Rotationskolbens anordenbar.A Development of the invention is characterized by at least a seal which is between a wall of the chamber and the rotary piston is provided to seal the sub-chambers against each other. Even though by the geometric configuration of the rotary piston and the Chamber a theoretically tight separation between the sub-chambers is present, it may in a realization of the rotary piston machine be necessary to provide an additional seal. These is to be arranged between the wall of the chamber and the rotary piston. In this way, an improved seal between the sub-chambers be achieved. The seal may be on the wall of the chamber and / or be attached to the rotary piston. For example, the seal base surface side or provided on the cover surface side of the chamber be. Alternatively or additionally, however, the seal is also on the peripheral surface of the chamber, respectively Tips of the rotary piston can be arranged.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladeeinrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzellenanordnung, mit mindestens einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Rotationskolbenmaschine über ein Gehäuse verfügt, das eine Kammer aufweist, in welcher mindestens ein Rotationskolben exzentrisch drehbar gelagert ist, der die Kammer in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Außenkontur des Rotationskolbens – im Querschnitt gesehen – eine zweibogige Hypotrochoide ist. Mittels der vorstehend bereits beschriebenen Rotationskolbenmaschine soll also die Aufladeeinrichtung realisiert werden. Die Rotationskolbenmaschine weist das Gehäuse auf, in welcher die Kammer vorgesehen ist. In der Kammer ist der Rotationskolben gelagert, wodurch die Kammer in die erste und die zweite Teilkammer aufgeteilt ist. Der Rotationskolben trennt also die erste von der zweiten Teilkammer ab. Die Aufladeeinrichtung kann beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden.The The invention further relates to a charging device, in particular for an internal combustion engine or a fuel cell assembly, with at least one rotary piston machine, in particular according to the above, wherein the rotary piston machine via has a housing that has a chamber, in which at least one rotary piston eccentrically rotatably mounted is that the chamber into a first sub-chamber and a second sub-chamber having. It is provided that the outer contour of the Rotary piston - seen in cross section - a Dibular hypotrochoid is. By means of the rotary piston machine already described above So should the charging device be realized. The rotary piston machine has the housing in which the chamber is provided is. In the chamber of the rotary piston is mounted, whereby the Chamber is divided into the first and the second sub-chamber. Of the Rotary piston thus separates the first from the second sub-chamber from. The charging device can, for example, in the automotive field be used.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass lediglich eine Rotationskolbenmaschine vorgesehen ist, wobei die erste Teilkammer als Expander und die zweite Teilkammer als Verdichter dient. Das bedeutet, dass jeder Teilkammer sowohl ein Einlass als auch ein Auslass zugeordnet sein muss. In die erste Teilkammer werden durch den ihr zugeordneten Einlass unter Druck stehende Abgase, beispielsweise der Brennkraftmaschine oder der Brennstoffzellenanordnung, zugeführt, wodurch der Rotationskolben in Bewegung gesetzt wird. Durch diese Bewegung wird in der zweiten Teilkammer befindliches Fluid, insbesondere Frischluft, verdichtet und durch den Auslass, der der zweiten Teilkammer zugeordnet ist, unter höherem Druck ausgestoßen. In der ersten Teilkammer wird also Abgas entspannt, während in der zweiten Teilkammer Frischluft auf ein höheres Druckniveau gebracht wird.A development of the invention provides that only a rotary piston machine is provided, wherein the first sub-chamber serves as an expander and the second sub-chamber as a compressor. This means that each compartment must be assigned both an inlet and an outlet. In the first sub-chamber exhaust gases are under pressure through the associated inlet, for example example of the internal combustion engine or the fuel cell assembly, supplied, whereby the rotary piston is set in motion. As a result of this movement, fluid present in the second sub-chamber, in particular fresh air, is compressed and discharged under higher pressure through the outlet which is assigned to the second sub-chamber. In the first sub-chamber so exhaust gas is released, while in the second sub-chamber fresh air is brought to a higher pressure level.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Rotationskolben über eine gemeinsame Welle miteinander wirkverbunden sind, wobei einer der Rotationskolben einem Verdichter und ein weiterer einem Expander zugeordnet ist. Eine solche Anordnung mit mehreren Rotationskolben – die beispielsweise mehreren Rotationskolbenmaschinen zugeordnet sind – ist generell der vorstehend beschriebenen Aufladeeinrichtung mit lediglich einer Rotationskolbenmaschine (und nur einem Rotationskolben) vorzuziehen, da aufgrund des exzentrisch drehbar gelagerten Rotationskolbens Ausgleichsmassen auf der Welle notwendig werden, um die durch den Rotationskolben verursachte Unwucht auszugleichen. Dies ist bei der Verwendung mehrerer Rotationskolben beziehungsweise Rotationskolbenmaschinen nicht notwendig, da die Rotationskolben in diesem Fall derart zueinander angeordnet werden können, dass sich die Unwuchten der Rotationskolben gegenseitig aufheben. Auf diese Weise kann die Belastung der gemeinsamen Welle vermindert werden. Beispielsweise kann die Ausfürhungs derart erfolgen, dass die Rotationskolben mindestens zweier Rotationskolbenmaschinen über eine gemeinsame Welle miteinander wirkverbunden sind, wobei eine der Rotationskolbenmaschinen als Verdichter und eine weitere als Expander dient. Jede der Rotationskolbenmaschinen weist jeweils den Einlass und den Auslass auf. Durch die Verwendung des Rotationskolbens mit der Außenkontur, die eine zweibogige Hypotrochoide ist, sind pro Rotationskolbenmaschine beziehungsweise pro Rotationskolben lediglich ein Einlass und ein Auslass notwendig. Bei alternativen Ansätzen, beispielsweise mit einem dreibogigen Rotationskolben, sind doppelt so viele Ein- und Auslässe notwendig, was deren Konstruktion aufwändig macht. Ebenso folgt automatisch, dass bei einer verringerten Anzahl von Ein- und Auslässen auch weniger Schließorgane, beispielsweise Ein-/Auslassventile erforderlich sind.A Development of the invention provides that at least two rotary piston on a common wave are operatively connected to each other, with one the rotary piston one compressor and another an expander assigned. Such an arrangement with several rotary pistons - the For example, several rotary piston machines are assigned - is generally the above-described charging device with only one Rotary piston engine (and only one rotary piston), because of the eccentrically rotatably mounted rotary piston Balancing masses on the shaft will be necessary to get through the Rotary piston caused unbalance compensate. This is included the use of multiple rotary piston or rotary piston machines not necessary, since the rotary pistons in this case to each other can be arranged that the imbalances of the rotary piston cancel each other out. In this way, the burden of the common Wave are reduced. For example, the embodiment may be so take place that the rotary piston at least two rotary piston machines on a common wave are operatively connected to each other, wherein a the rotary piston machines as a compressor and another as Expander serves. Each of the rotary piston machines has each the inlet and the outlet. By using the rotary piston with the outer contour, which is a bifid hypotrochoide is, are per rotary piston machine or per rotary piston only one inlet and one outlet necessary. In alternative Approaches, for example with a three-speed rotary piston, are twice as many inlets and outlets necessary, what their construction makes elaborate. Likewise follows automatically, that with a reduced number of inlets and outlets also fewer closing elements, for example inlet / outlet valves required are.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Rotationskolbenmaschine als Expander oder Verdichter vorgesehen ist und über die Welle mit einem Verdichter beziehungsweise Expander anderer Bauart wirkverbunden ist. In dieser Ausführungsform ist demnach lediglich eine Rotationskolbenmaschine vorgesehen, die über die Welle einen Verdichter antreibt oder von einem Expander angetrieben wird, die nicht als Rotationskolbenmaschinen ausgebildet sind. Beispielsweise können die Verdichter und Expander anderer Bauart Radial- oder Axialmaschinen sein. Auch Kolbenverdichter können eingesetzt werden.A Development of the invention provides that a rotary piston machine as an expander or compressor is provided and over the Shaft with a compressor or expander of another design is actively connected. Accordingly, in this embodiment only a rotary piston machine provided over the shaft drives a compressor or is driven by an expander, which are not designed as rotary piston machines. For example The compressors and expander of other types can be radial or axial machines. Even piston compressors can be used.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die mindestens zwei Rotationskolben so auf der Welle angeordnet sind, dass sich ihre Schwerpunkte gegenüberliegen und/oder denselben Abstand zu der Welle aufweisen. Die Rotationskolben sind dabei beispielsweise den mindestens zwei Rotationskolbenmaschinen zugeordnet. Eine solche Anordnung bedeutet insbesondere, dass der gemeinsame Schwerpunkt der Rotationskolben in der Rotationsachse liegt. Somit gleichen sich die durch die Rotationskolben verursachten Zentripetalkräfte aus, womit Durchbiegung und mechanische Belastung der Welle vergleichsweise gering ausfallen.A Development of the invention provides that the at least two Rotary pistons are arranged on the shaft so that their Focus points and / or the same distance to the shaft. The rotary pistons are for example assigned to the at least two rotary piston machines. Such Arrangement means in particular that the common focus the rotary piston is in the axis of rotation. Thus, same the centripetal forces caused by the rotary pistons made, whereby deflection and mechanical stress of the shaft comparatively to be low.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen den Rotationskolben mindestens eine Lagerstelle vorgesehen ist. Auf diese Weise kann zusätzlich die Belastung beziehungsweise Durchbiegung der Welle verringert werden.A Development of the invention provides that between the rotary piston at least one storage location is provided. This way you can additionally the load or deflection of the Wave can be reduced.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the drawings Embodiments explained in more detail, without any limitation of the invention. Show it:

1a eine Aufladeeinrichtung mit zwei Rotationskolbenmaschinen, wobei eine der Rotationskolbenmaschinen als Verdichter und eine weitere als Expander dient, und wobei der Verdichter vordergründig dargestellt ist, 1a a charging device with two rotary piston machines, one of the rotary piston machines serving as a compressor and another as an expander, and wherein the compressor is shown in the foreground,

1b die bekannte Aufladeeinrichtung, wobei der Expander vordergründig gezeigt ist, 1b the known charging device, wherein the expander is shown superficially,

2 eine Darstellung zur Verdeutlichung der Erzeugung einer Hüllfigur einer Kammer der Rotationskolbenmaschine, 2 a representation to illustrate the generation of an envelope of a chamber of the rotary piston machine,

3a einen Bewegungsablauf der als Verdichter verwendeten Rotationskolbenmaschine der Aufladeeinrichtung, und 3a a movement of the rotary piston machine of the charging device used as a compressor, and

3b einen Bewegungsablauf der als Expander verwendeten Rotationskolbenmaschine. 3b a movement of the rotary piston machine used as an expander.

Die 1a und 1b zeigen eine Aufladeeinrichtung 1, welche eine erste Rotationskolbenmaschine 2, eine zweite Rotationskolbenmaschine 3 und einen Lagerbereich 4 aufweist. Die Rotationskolbenmaschinen 2 und 3 weisen jeweils Gehäuse 5 und 6 auf, sowie Rotationskolben 7 und 8, welche exzentrisch auf einer gemeinsamen Welle 9 gelagert sind. Die 1a zeigt dabei eine Ansicht der Aufladeeinrichtung 1, in welcher die erste Rotationskolbenmaschine 2 vordergründig dargestellt ist, während in der 1b dieselbe Aufladeeinrichtung 1 gezeigt ist, wobei jedoch die zweite Rotationskolbenmaschine 3 vordergründig liegt.The 1a and 1b show a charging device 1 , which is a first rotary piston machine 2 , a second rotary piston machine 3 and a storage area 4 having. The rotary piston machines 2 and 3 each have housing 5 and 6 on, as well as rotary piston 7 and 8th which are eccentric on a common shaft 9 are stored. The 1a shows a view of the charging device 1 , in which the first Rotationskol benmaschine 2 is shown superficially while in the 1b the same charger 1 however, the second rotary piston machine is shown 3 superficially.

Die Welle 9 weist im Bereich des ersten Rotationskolbens 7 sowie des zweiten Rotationskolbens 8 jeweils eine Außenzahnung 10 auf, welche jeweils mit einer Innenzahnung 11 der Rotationskolben 7 und 8 in Eingriff steht. Nicht dargestellt sind hier Einlass 12 und Auslass 13 der ersten Rotationskolbenmaschine 2 und Einlass 14 und Auslass 15 der zweiten Rotationskolbenmaschine 3.The wave 9 points in the area of the first rotary piston 7 and the second rotary piston 8th each one external toothing 10 on, each with an internal toothing 11 the rotary piston 7 and 8th engaged. Not shown here are inlet 12 and outlet 13 the first rotary piston machine 2 and inlet 14 and outlet 15 the second rotary piston machine 3 ,

Die Aufladeeinrichtung 1 ist also mit zwei Rotationskolbenmaschinen 2 und 3 realisiert. Alternativ ist theoretisch auch eine Lösung mit lediglich einer Rotationskolbenmaschine 2 denkbar. Diese weist in diesem Fall sowohl die Einlässe 12 und 14 als auch die Auslässe 13 und 15 auf. Die erste Rotationskolbenmaschine 2 wird in dem dargestellten Beispiel als Verdichter und die zweite Rotationskolbenmaschine 3 als Expander verwendet. Das bedeutet, dass unter Druck stehendes Fluid durch den Einlass 14 in die zweite Rotationskolbenmaschine 3 gelangt, in dieser entspannt wird und durch den Auslass 15 wieder aus der Aufladeeinrichtung 1 beziehungsweise der zweiten Rotationskolbenmaschine 3 herausgelangt. Durch das Expandieren beziehungsweise Entspannen des Fluids wird Energie frei, welche zum Antrieb der ersten Rotationskolbenmaschine 2 verwendet wird. Diese saugt durch den Einlass 12 ein weiteres Fluid, insbesondere Frischluft, an, verdichtet dieses und stößt es durch den Auslass 13 auf einem höheren Druckniveau wieder aus. Die Aufladeeinrichtung 1 kann insbesondere als Lader für einer Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle (beide nicht dargestellt) verwendet werden.The charging device 1 So it is with two rotary piston machines 2 and 3 realized. Alternatively, theoretically, a solution with only one rotary piston machine 2 conceivable. This has in this case both the inlets 12 and 14 as well as the outlets 13 and 15 on. The first rotary piston machine 2 is in the illustrated example as a compressor and the second rotary piston machine 3 used as an expander. This means that pressurized fluid passes through the inlet 14 in the second rotary piston machine 3 gets in, this is relaxed and through the outlet 15 again from the charger 1 or the second rotary piston machine 3 comes out. By expanding or relaxing the fluid, energy is released, which is used to drive the first rotary piston machine 2 is used. This sucks through the inlet 12 Another fluid, especially fresh air, to, compresses this and pushes it through the outlet 13 off again at a higher pressure level. The charging device 1 may be used in particular as a supercharger for an internal combustion engine or a fuel cell (both not shown).

Der erste Rotationskolben ist in der Kammer 16 angeordnet, welche in dem ersten Gehäuse 5 ausgebildet ist, während der zweite Rotationskolben 8 sich in der Kammer 17 befindet, die in dem zweiten Gehäuse 6 vorliegt. Der erste Rotationskolben 7 trennt die Kammer 16 in eine erste Teilkammer 18 und eine zweite Teilkammer 19 auf, während der zweite Rotationskolben 8 die Kammer 17 in die erste Teilkammer 20 und die zweite Teilkammer 21 aufteilt. Beide Rotationskolbenmaschinen 2 und 3 realisieren 1:2-Rotationskolbenmaschinen. Das bedeutet, dass für eine Umdrehung des Rotationskolbens 7 beziehungsweise 8 zwei Umdrehungen der Welle 9 erforderlich sind.The first rotary piston is in the chamber 16 arranged, which in the first housing 5 is formed while the second rotary piston 8th in the chamber 17 located in the second housing 6 is present. The first rotary piston 7 separates the chamber 16 in a first compartment 18 and a second sub-chamber 19 on while the second rotary piston 8th the chamber 17 into the first compartment 20 and the second sub-chamber 21 divides. Both rotary piston machines 2 and 3 realize 1: 2 rotary piston machines. That means that for one revolution of the rotary piston 7 respectively 8th two turns of the shaft 9 required are.

In den Figuren 1a und 1b ist erkennbar, dass die Kammern 16 und 17 im Wesentlichen zylinderförmig sind. Eine Außenkontur 22 der Rotationskolben 7 und 8 entspricht – im Querschnitt gesehen – einer zweibogigen Hypotrochoide beziehungsweise einer zweibogigen verkürzten Hypozykloide. Diese zweibogige Hypotrochoide wird durch die Gleichungen x = A (cos(t) + k cos(t)) y = A (sin(t) – k sin(t)) beschrieben, wobei x und y Koordinaten auf der Hypotrochoide, t eine Laufvariabel, A die Größe und k die Bauchigkeit der Hypotrochoide bezeichnen. Für die Laufvariable t gilt 0 ≤ t < 2π. Für die abgebildeten Rotationskolben 7 und 8 wurde beispielhaft eine Bauchigkeit k = 0,3 gewählt. Für eine solche Geometrie ist es möglich, im Vergleich zum Stand der Technik relativ große Einlässe 12 und 14 beziehungsweise Auslässe 13 und 15 zu realisieren. Damit ist gewährleistet, dass ihre Querschnitte bezogen auf die durch die Aufladeeinrichtung 1 strömenden Fluidmassenströme ausreichend dimensioniert sind. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Aufladeeinrichtungen muss analog zum Wankelmotor auf Dichtungen an Stirnseiten des Rotationskolbens zurückgegriffen werden. Daher müssen die dort vorgesehenen Ein- beziehungsweise Auslässe auf einer Umfangsfläche der Kammern vorgesehen werden, woraus sich aufgrund der erforderlichen Öffnungs- und Schließzeiten vergleichsweise kleine Ein-/Auslässe ergeben.In the figures 1a and 1b is recognizable that the chambers 16 and 17 are substantially cylindrical. An outer contour 22 the rotary piston 7 and 8th corresponds - seen in cross-section - a bifid hypotrochoide or a bifid hypocycloids shortened. This double-lobed hypotrochoid is governed by the equations x = A (cos (t) + k cos (t)) y = A (sin (t) -k sin (t)) where x and y are coordinates on the hypotrochoid, t is a variable, A is the size and k is the hypertrophy of the hypotrochoid. For the variable t, 0 ≤ t <2π. For the illustrated rotary pistons 7 and 8th For example, a bumpiness k = 0.3 was chosen. For such a geometry, it is possible, compared to the prior art, relatively large inlets 12 and 14 or outlets 13 and 15 to realize. This ensures that their cross sections relative to the by the charging device 1 flowing fluid mass flows are sufficiently dimensioned. In the charging devices known from the prior art, recourse must be made to seals on end faces of the rotary piston analogously to the rotary engine. Therefore, the provided there or outlets must be provided on a peripheral surface of the chambers, resulting in relatively small inlets / outlets due to the required opening and closing times.

Eine Innenkontur 23 der Kammern 16 und 17 kann beispielsweise erzeugt werden, indem die Rotationskolben 7 und 8 auf der Welle 9 rotieren. Auf diese Weise ergibt sich die Innenkontur 23 als Hüllfigur 24 der Rotationskolben 7 beziehungsweise 8. Diese weist einen nach innen ragende Spitze 25 auf, die stets mit der Außenkontur 22 der Rotationskolben 7 beziehungsweise 8 in Berührkontakt steht.An inner contour 23 of the chambers 16 and 17 For example, can be generated by the rotary piston 7 and 8th on the wave 9 rotate. In this way, the inner contour 23 as an envelope 24 the rotary piston 7 respectively 8th , This has an inwardly projecting tip 25 on, always with the outer contour 22 the rotary piston 7 respectively 8th is in touching contact.

Die 2 zeigt die Vorgehensweise bei der Erzeugung der Innenkontur 23 anhand der Kammer 16 der ersten Rotationskolbenmaschine 2. Erkennbar ist in dieser Schnittdarstellung, dass der erste Rotationskolben 7 exzentrisch um die Welle 9 gelagert ist. Dabei weist der erste Rotationskolben 7 eine Innenzahnung 11 in einer Ausnehmung 26 mit kreisrundem Querschnitt auf, wobei diese Ausnehmung einen doppelt so großen Durchmesser hat, wie die Welle 9. Vereinfachend kann die Welle 9 durch einen kleinen Kreis 27 und die Ausnehmung 26 durch einen großen Kreis 28 dargestellt werden. Mittels einer Abrollbewegung des großen Kreises 28 auf dem kleinen Kreis 27 entsteht die Hüllfigur 24, welche die Innenkontur 23 der Kammer 16 definiert. Der Rotationskolben 7 legt dabei innerhalb der Kammer 16 eine vollständige Umdrehung zurück. Der große Kreis 28 ist dabei fest mit dem Rotationskolben 7 verbunden und bewegt diesen sozusagen mit. Für verschiedene Stationen des Rotationskolbens 7 beziehungsweise des kleinen Kreises 27 bezüglich des großen Kreises 28 ergeben die sich in 2 dargestellten Positionen und somit nach und nach die Hüllfigur 24. Dabei ist stets das eine Ende des Rotationskolbens 7 mit „A” und das andere mit „B” bezeichnet, um eine bessere Orientierung zu ermöglichen.The 2 shows the procedure for the production of the inner contour 23 based on the chamber 16 the first rotary piston machine 2 , It can be seen in this sectional view that the first rotary piston 7 eccentric about the shaft 9 is stored. In this case, the first rotary piston 7 an internal toothing 11 in a recess 26 with a circular cross-section, said recess has twice the diameter of the shaft 9 , Simplifying the wave 9 through a small circle 27 and the recess 26 through a big circle 28 being represented. By means of a rolling movement of the big circle 28 on the small circle 27 the enveloping figure arises 24 which the inner contour 23 the chamber 16 Are defined. The rotary piston 7 puts it inside the chamber 16 a full turn back. The big circle 28 is fixed with the rotary piston 7 connected and moves this, so to speak. For different stations of the rotary piston 7 or the small circle 27 concerning the big circle 28 which arise in 2 shown positions and thus gradually the envelope 24 , It is always one end of the rotary piston 7 with "A" and the other with "B" for better orientation.

Die 3a und 3b verdeutlichen den Ablauf der Aufladeeinrichtung 1, wobei die 3a die verschiedenen Zustände der ersten Rotationskolbenmaschine 2 und die 3b die verschiedenen Zustände der zweiten Rotationsmaschine 3 zeigt, die mit der ersten Rotationsmaschine 2 über die gemeinsame Welle 9 verbunden ist. Zur besseren Orientierung sind auch hier die Rotationskolben beziehungsweise 8 jeweils an ihren Enden mit „A” und „B” bezeichnet. Angedeutet sind hier für die erste Rotationskolbenmaschine 2 der Einlass 12 sowie der Auslass 13 und für die zweite Rotationskolbenmaschine 3 der Einlass 14 und der Auslass 15. Die Drehrichtung der Welle 9 ist durch den Pfeil 29 und die Drehrichtung der Rotationskolben 7 und 8 durch die Pfeile 30 angedeutet. Wie bereits vorstehend angedeutet, dient die erste Rotationskolbenmaschine 2 als Verdichter, während die zweite Rotationskolbenmaschine 3 als Expander arbeitet. Durch den Einlass 14 strömt also unter Druck stehendes Fluid in die erste Teilkammer 20 ein und versetzt den Rotationskolben 8 in Drehbewegung. Dieser liegt mit seinen Enden „A” und „B” an der Innenkontur 23 der Kammer 17 an. Daher versetzt er die Welle 9 in Drehbewegung und treibt damit die erste Rotationskolbenmaschine 2 an. Im weiteren Verlauf ist in 3b erkennbar, dass die erste Teilkammer 20 an Volumen gewinnt, bis eine Stellung des Rotationskolbens 8 erreicht ist, ab welcher ein Ausstoßen des Fluids aus dem Auslass 15 erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt hat das Fluid die in ihm gespeicherte Energie abgegeben und wird durch den Auslass 15 aus der Kammer 17 ausgeschoben.The 3a and 3b illustrate the process of the charging device 1 , where the 3a the different states of the first rotary piston machine 2 and the 3b the different states of the second rotary machine 3 shows that with the first rotary machine 2 about the common wave 9 connected is. For better orientation here are the rotary piston or 8th each designated at their ends with "A" and "B". Indicated here are for the first rotary piston machine 2 the inlet 12 as well as the outlet 13 and for the second rotary piston machine 3 the inlet 14 and the outlet 15 , The direction of rotation of the shaft 9 is by the arrow 29 and the direction of rotation of the rotary pistons 7 and 8th through the arrows 30 indicated. As already indicated above, the first rotary piston machine is used 2 as a compressor, while the second rotary piston machine 3 works as an expander. Through the inlet 14 Thus, pressurized fluid flows into the first sub-chamber 20 and puts the rotary piston 8th in rotation. This lies with its ends "A" and "B" on the inner contour 23 the chamber 17 at. Therefore, he puts the wave 9 in rotation and thus drives the first rotary piston machine 2 at. In the further course is in 3b recognizable that the first part chamber 20 gains in volume until a position of the rotary piston 8th is reached, from which an ejection of the fluid from the outlet 15 he follows. At this point, the fluid has released the energy stored in it and passes through the outlet 15 out of the chamber 17 ejected.

Durch das Antreiben der Welle 9 durch die zweite Rotationskolbenmaschine 3 wird der Rotationskolben 7 der ersten Rotationskolbenmaschine 2 in Bewegung gesetzt. In dem links oben dargestellten Zustand in der 3a umfasst die erste Teilkammer 18 lediglich ein geringes Volumen. Durch die Drehbewegung des Rotationskolbens 7 vergrößert sich dieses Volumen, wie in den nachfolgenden Schritten dargestellt. Dabei wird Fluid durch den Einlass 12 angesaugt. Ab dem links unten dargestellten Zustand steht die erste Teilkammer 18 nicht mehr in Fluidkontakt mit dem Einlass 12. Ebenso ist erkennbar, dass sich nachfolgend dieses Zustands das Volumen der ersten Teilkammer 18 verringert. Das darin befindliche Fluid wird somit komprimiert. Das komprimierte Fluid kann durch den Auslass 13 aus der Aufladeeinrichtung 1 herausgelangen. Dabei kann in dem Auslass 13 beispielsweise ein Auslassventil (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welches erst bei Erreichen eines bestimmten Drucks in der ersten Teilkammer 18 öffnet. Aus den 3a und 3b wird deutlich, dass die Einlässe 12 und 14 und die Auslässe 13 und 15 an einer Umfangsfläche 31 der Kammern 16 und 17 angeordnet sind, wobei die Umfangsfläche 31 der Innenkontur 23 folgt.By driving the shaft 9 through the second rotary piston machine 3 becomes the rotary piston 7 the first rotary piston machine 2 set in motion. In the state shown above in the left 3a includes the first sub-chamber 18 only a small volume. By the rotation of the rotary piston 7 this volume increases as shown in the following steps. This fluid is through the inlet 12 sucked. From the state shown below, the first part chamber 18 no longer in fluid contact with the inlet 12 , It can also be seen that, following this state, the volume of the first sub-chamber 18 reduced. The fluid therein is thus compressed. The compressed fluid can pass through the outlet 13 from the charging device 1 out reach. It can be in the outlet 13 For example, an outlet valve (not shown) may be provided, which only when reaching a certain pressure in the first sub-chamber 18 opens. From the 3a and 3b it becomes clear that the inlets 12 and 14 and the outlets 13 and 15 on a peripheral surface 31 of the chambers 16 and 17 are arranged, wherein the peripheral surface 31 the inner contour 23 follows.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006030796 A1 [0003, 0006]
- DE 2242247 [0004]
- DE 2060067 [0004]

Claims

Rotary piston machine ( 2 . 3 ) with a housing ( 5 . 6 ), which has a chamber ( 16 . 17 ), in which at least one rotary piston ( 7 . 8th ) is eccentrically rotatably mounted, the chamber ( 16 . 17 ) into a first sub-chamber ( 18 . 20 ) and a second sub-chamber ( 19 . 21 ), characterized in that the outer contour ( 22 ) of the rotary piston ( 7 . 8th ) - seen in cross section - is a double-lobed hypotrochoid.

Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the two-bar hypotrochoid by the equations

x = A (cos (t) + k cos (t))

y = A (sin (t) -k sin (t))

where x and y are coordinates on the hypotrochoid, t is a run variable, A is the magnitude and k is the patency of the hypotrochoid, and where 0 ≤ t <2π.

Rotary piston machine according to one of the preceding Claims, characterized in that for the Bumpiness 0 <k <1, preferably 0.2 ≦ k ≦ 0.4, more preferably k = 0.3.

Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the inner contour ( 23 ) the chamber ( 16 . 17 ) - seen in cross section - a Hüllfigur ( 24 ) of the rotary piston ( 7 . 8th ) corresponds.

Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the envelope figure ( 24 ) an inwardly pointing tip ( 25 ) having.

Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet ( 12 . 14 ) of the first sub-chamber ( 18 . 20 ) and an outlet ( 13 . 15 ) of the second sub-chamber ( 19 . 21 ) or the inlet ( 12 . 14 ) of the second sub-chamber ( 19 . 21 ) and the outlet ( 13 . 15 ) of the first sub-chamber ( 18 . 20 ) assigned.

Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet ( 12 . 14 ) at least one inlet valve and / or the outlet ( 13 . 15 ) has at least one outlet valve.

Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the chamber ( 16 . 17 ) is substantially cylindrical.

Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet ( 13 . 14 ) and / or the outlet ( 13 . 15 ) on a peripheral surface ( 30 ) the chamber ( 16 . 17 ) are arranged.

Rotary piston machine according to one of the preceding Claims, characterized by use as a compressor, Vacuum generator or pump, in particular for gases or liquids, or for generating mechanical energy from overpressure containing gases or liquids.

Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized by at least one seal which is disposed between a wall of the chamber ( 16 . 17 ) and the rotary piston ( 7 . 8th ) is provided to the sub-chambers ( 18 . 19 . 20 . 21 ) against each other.

Charger ( 1 ), in particular for an internal combustion engine or a fuel cell arrangement, with at least one rotary piston machine ( 2 . 3 ), in particular according to one or more of the preceding claims, wherein the rotary piston machine ( 2 . 3 ) via a housing ( 5 . 6 ), which has a chamber ( 16 . 17 ), in which at least one rotary piston ( 7 . 8th ) is eccentrically rotatably mounted, the chamber ( 16 . 17 ) into a first sub-chamber ( 18 . 20 ) and a second sub-chamber ( 19 . 21 ), characterized in that the outer contour ( 22 ) of the rotary piston ( 7 . 8th ) - seen in cross section - is a double-lobed hypotrochoid.

Charging device according to claim 12, characterized in that only one rotary piston machine ( 2 . 3 ), the first sub-chamber ( 18 ) as an expander and the second sub-chamber ( 19 ) serves as a compressor.

Charging device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two rotary pistons ( 7 . 8th ) about a common wave ( 9 ) are operatively connected to each other, wherein one of the rotary pistons ( 7 . 8th ) is assigned to a compressor and another one an expander.

Charging device according to one of the preceding claims, characterized in that a rotary piston machine ( 2 . 3 ) is provided as an expander or compressor Ver and over the shaft ( 9 ) is operatively connected to a compressor or expander of another type.

Charging device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two rotary pistons ( 7 . 8th ) so on the Wave ( 9 ) are arranged so that their centers of gravity are opposite and / or have the same distance from the shaft.

Charging device according to one of the preceding claims, characterized in that between the rotary pistons ( 7 . 8th ) at least one bearing point is provided.