DE102010063532A1

DE102010063532A1 - Pump, compressor or motor with small diameter aspect ratio

Info

Publication number: DE102010063532A1
Application number: DE201010063532
Authority: DE
Inventors: Sando Kunath; Oliver Laforsch; Dieter Amesoeder; Ingo Nowitzky; Marian Kacmar; Evgenij Skrynski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012084301A2; WO2012084301A3; EP2655802A2; EP2655802B1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Verdichter oder Motor arbeitet, und einen Rotor (2) und einen Gegenrotor (4) aufweist, wobei der Gegenrotor (4) dem Rotor (2) gegenüberliegend angeordnet ist. Der Rotor (2) weist eine erste Stirnfläche (6) mit einer ersten Verzahnung (8) auf. Der Gegenrotor (4) weist eine zweite Stirnfläche (16) mit einer zweiten Verzahnung (18) auf. Die erste Verzahnung (8) ist aus wenigstens einem ersten Zahn (10) und einer ersten Zahnlücke (12) gebildet. Die zweite Verzahnung (18) ist aus zumindest einem zweiten Zahn (20) und einer zweiten Zahnlücke (22) mit einem zweiten Zahngrund (24) gebildet. Die Verzahnungen (8, 18) stehen miteinander derart in Eingriff, dass durch Kämmen der ersten Zähne (10) der ersten Verzahnung (8) und der zweiten Zähne (20) der zweiten Verzahnung (18) erste Arbeitsräume (28) ausgebildet werden, wobei durch die ersten Arbeitsräume (28) gebildete Volumina durch das Kämmen der Zähne (10, 20) verändert werden. Der Rotor (2) weist eine erste Drehachse (I) auf und der Gegenrotor (4) weist eine zweite Drehachse (II) auf. Die erste Drehachse (I) und die zweite Drehachse (II) schließen einen ersten Winkel (φ) ein, der ungleich 0° ist. Eine zweite Verlängerung (26) einer zweiten Mantellinie des zweiten Zahngrundes (24), die erste Drehachse (I) und die zweite Drehachse (II) schneiden sich in einem gemeinsamen Mittelpunkt (M). Erfindungsgemäß ist ein zwischen der zweiten Verlängerung (26) und der zweiten Drehachse (II) eingeschlossener zweiter Winkel (β) kleiner als 45°.The invention relates to a rotary lobe machine that works as a pump, compressor or motor, and has a rotor (2) and a counter rotor (4), the counter rotor (4) being arranged opposite the rotor (2). The rotor (2) has a first end face (6) with a first toothing (8). The counter rotor (4) has a second end face (16) with a second toothing (18). The first toothing (8) is formed from at least a first tooth (10) and a first tooth gap (12). The second toothing (18) is formed from at least one second tooth (20) and a second tooth gap (22) with a second tooth base (24). The toothings (8, 18) are in engagement with one another in such a way that first working spaces (28) are formed by combing the first teeth (10) of the first toothing (8) and the second teeth (20) of the second toothing (18) volumes formed by the first working spaces (28) can be changed by combing the teeth (10, 20). The rotor (2) has a first axis of rotation (I) and the counter rotor (4) has a second axis of rotation (II). The first axis of rotation (I) and the second axis of rotation (II) enclose a first angle (φ) which is not equal to 0 °. A second extension (26) of a second surface line of the second tooth base (24), the first axis of rotation (I) and the second axis of rotation (II) intersect in a common center point (M). According to the invention, a second angle (β) enclosed between the second extension (26) and the second axis of rotation (II) is less than 45 °.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Verdichter oder Motor arbeitet, mit einem Rotor und einem Gegenrotor.The present invention relates to a rotary piston machine which operates as a pump, compressor or motor, with a rotor and a counter rotor.

Aus der DE 42 41 320 A1 ist eine Drehkolbenmaschine bekannt, die als Pumpe, Verdichter oder Motor arbeitet. Bei dieser laufen Kämme von Zähnen eines rotierenden Antriebsteils zur Begrenzung von Arbeitsräumen auf einer zykloiden Fläche eines ebenfalls verzahnten Abtriebsteils und treiben dabei dieses Abtriebsteil an. Zwischen den Zähnen von Antriebsteil und Abtriebsteil werden die genannten Arbeitsräume gebildet, die während des Rotierens der Teile für ihre Arbeit vergrößert bzw. verkleinert werden, um die Förderwirkung auf ein gasförmiges oder flüssiges Medium zu erzeugen.From the DE 42 41 320 A1 is known a rotary piston machine, which works as a pump, compressor or motor. In this run combs of teeth of a rotating drive member for limiting work spaces on a cycloid surface of a likewise toothed output member and thereby drive this output member. Between the teeth of the driving part and the driven part, the said work spaces are formed, which are increased or reduced during the rotation of the parts for their work or to produce the conveying effect on a gaseous or liquid medium.

Derartige Antriebs- und Abtriebsteile laufen in einem gemeinsamen Gehäuse, dessen Innenraum kugelförmig ausgebildet ist. Zur Montage dieser Teile ist das Gehäuse derart geteilt, dass die Trennungsebene den Mittelpunkt des kugelförmigen. Innenraums enthält, so dass ein erstes Gehäuseteil mit einem halbkugelförmigen Innenraum mit einem ersten Mittelpunkt und ein zweites Gehäuseteil mit einem halbkugelförmigen Innenraum und einem zweiten Mittelpunkt entsteht. Dadurch ist ein besonderes Augenmerk auf die Gestaltung der Trennflächen der beiden Gehäuseteile dergestalt zu richten, dass in montiertem Zustand sich der erste und der zweite Mittelpunkt der kugelförmigen Innenräume der Gehäuseteile decken.Such drive and driven parts run in a common housing, whose interior is spherical. To assemble these parts, the housing is divided so that the separation plane is the center of the spherical. Interior contains, so that a first housing part with a hemispherical interior with a first center and a second housing part is formed with a hemispherical interior and a second center. As a result, special attention is to be paid to the design of the parting surfaces of the two housing parts in such a way that in the assembled state the first and the second center of the spherical interior spaces of the housing parts coincide.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es kann ein Bedürfnis bestehen, eine Drehkolbenmaschine anzugeben, bei der das Gehäuse kompakt ausgeführt und einfach herzustellen ist.There may be a need to provide a rotary engine in which the housing is made compact and easy to manufacture.

Dieses Bedürfnis kann durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This need can be solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Eine Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Verdichter oder Motor arbeitet, weist einen Rotor und einen Gegenrotor auf, wobei der Gegenrotor dem Rotor gegenüberliegend angeordnet ist. Der Rotor weist eine erste Stirnfläche mit einer ersten Verzahnung auf. Der Gegenrotor weist eine zweite Stirnfläche mit einer zweiten Verzahnung auf. Die erste Verzahnung ist aus wenigstens einem ersten Zahn und einer ersten Zahnlücke gebildet. Die zweite Verzahnung ist aus zumindest einem zweiten Zahn und einer zweiten Zahnlücke mit einem zweiten Zahngrund gebildet. Die Verzahnungen stehen miteinander derart in Eingriff, dass durch Kämmen der ersten Zähne der ersten Verzahnung und der zweiten Zähne der zweiten Verzahnung erste Arbeitsräume ausgebildet werden, wobei durch die ersten Arbeitsräume gebildete Volumina durch das Kämmen der Zähne verändert werden. Der Rotor weist eine erste Drehachse auf und der Gegenrotor weist eine zweite Drehachse auf. Die erste Drehachse und die zweite Drehachse schließen einen ersten Winkel ein, der ungleich 0° ist. Eine zweite Verlängerung einer zweiten Mantellinie des zweiten Zahngrundes, die erste Drehachse und die zweite Drehachse schneiden sich in einem gemeinsamen Mittelpunkt. Hierbei ist ein zwischen der zweiten Verlängerung und der zweiten Drehachse eingeschlossener zweiter Winkel kleiner als 45°.A rotary piston engine operating as a pump, compressor or motor has a rotor and a counter rotor, the counter rotor being located opposite the rotor. The rotor has a first end face with a first toothing. The counter rotor has a second end face with a second toothing. The first toothing is formed from at least a first tooth and a first tooth gap. The second toothing is formed from at least one second tooth and a second tooth gap with a second tooth root. The teeth are engaged with each other such that first working spaces are formed by meshing the first teeth of the first teeth and the second teeth of the second teeth, wherein volumes formed by the first working spaces are changed by the meshing of the teeth. The rotor has a first axis of rotation and the counter rotor has a second axis of rotation. The first axis of rotation and the second axis of rotation include a first angle other than 0 °. A second extension of a second generatrix of the second tooth root, the first axis of rotation and the second axis of rotation intersect at a common center point. Here, a second angle enclosed between the second extension and the second axis of rotation is less than 45 °.

Unter Zugrundelegung von gleichen Volumina nach dem Stand der Technik und der Erfindung, wobei diese Volumina jeweils durch den wenigstens einen Arbeitsraum gebildet sind, bewirkt eine Verkleinerung des zweiten Winkels von etwa 80°, wie er dem Stand der Technik bekannt ist, auf weniger als 45°, dass ein Außendurchmesser der Verzahnung verkleinert wird. Hierdurch wird eine Reduzierung des Außendurchmessers gegenüber dem Stand der Technik von 50% und mehr erreichbar. Durch den geänderten Außendurchmesser werden in der Regel die Zähne der neuen Rotor-Gegenrotor-Anordnung länger. Hierdurch wird in der Regel auch ein die neuartige Rotor-Gegenrotor-Anordnung aufnehmendes Gehäuse gegenüber dem Stand der Technik länger ausgebildet sein, jedoch wird ein Durchmesser des neuen Gehäuses gegenüber einem Gehäuse nach dem Stand der Technik kleiner ausgeführt sein. Auch wird bei der erfindungsgemäßen Rotor-Gegenrotor-Anordnung ein am Außendurchmesser gemessener Abstand, der sich bei dem wenigstens einen maximal geöffneten Arbeitsraum zwischen einem ersten Zahngrund der ersten Zahnlücke der ersten Verzahnung und einem zweiten Zahngrund der zweiten Zahnlücke der zweiten Verzahnung ausbildet, geringer sein als beim Stand der Technik. Somit kann eine den wenigstens einen. Arbeitsraum gegenüber dem Gehäuse abdichtende Fläche kleiner ausgebildet sein als beim Stand der Technik. Zudem ist es nun nicht mehr notwendig, das Gehäuse aus zwei Halbschalen zu fertigen, wie dies im Stand der Technik notwendig ist, sondern das Gehäuse kann einstückig ausgeführt sein. In dieses Gehäuse kann die notwendige dichtende Fläche integriert sein. Bei gleicher Umdrehungszahl der Rotor-Gegenrotor-Anordnung, gemessen bei einer Anordnung nach dem Stand der Technik und einer Anordnung gemäß der Erfindung, ergibt sich im Vergleich bei der neuartigen Anordnung eine geringere Umfangsgeschwindigkeit der Zähne und damit auch eine geringere Umfangsgeschwindigkeit des zu. transportierenden Fluids. Als weiterer Vorteil kann sich ergeben, dass, wenn die Verzahnungen sehr lang ausgeführt sind, bei einem geringen Durchmesser des Gehäuses große Volumina der Arbeitsräume ausgebildet werden können. Zusätzlich kann eine erhöhte Dichtheit zwischen der Rotor-Gegenrotor-Anordnung und dem Gehäuse dadurch erreicht werden, dass ein sich zwischen dem Gehäuse und den Rotoren an der dichtenden Fläche ergebender Spalt durch Bewegen der Rotoren besser verringert wird.Assuming equal volumes in the prior art and the invention, these volumes being each formed by the at least one working space, causes a reduction of the second angle of about 80 °, as known in the art, to less than 45 °, that an outer diameter of the toothing is reduced. As a result, a reduction of the outer diameter of the prior art of 50% and more can be achieved. As a result of the changed outer diameter, the teeth of the new rotor counter rotor arrangement generally become longer. As a result, as a rule, a housing accommodating the novel rotor-counter-rotor arrangement will also be longer than the prior art, but a diameter of the new housing will be smaller compared to a housing according to the prior art. Also, in the inventive rotor-counter-rotor arrangement, a distance measured at the outer diameter which forms in the at least one maximally opened working space between a first tooth root of the first tooth space of the first toothing and a second tooth bottom of the second tooth space of the second toothing is less than in the prior art. Thus, one of the at least one. Working space relative to the housing sealing surface be made smaller than in the prior art. In addition, it is no longer necessary to manufacture the housing from two half-shells, as is necessary in the prior art, but the housing can be made in one piece. In this case, the necessary sealing surface can be integrated. At the same number of revolutions of the rotor counter-rotor arrangement, measured in an arrangement according to the prior art and an arrangement according to the invention, results in comparison with the novel arrangement, a lower peripheral speed of the teeth and thus a lower peripheral speed of the. transporting fluid. As a further advantage, it may be found that when the gears are made very long, with a small diameter of the housing large Volumes of the work spaces can be formed. In addition, increased tightness between the rotor mating rotor assembly and the housing can be achieved by better reducing a gap between the housing and the rotors on the sealing surface by moving the rotors.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der eingeschlossene zweite Winkel kleiner als 30 Grad.In a further embodiment of the invention, the included second angle is less than 30 degrees.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der eingeschlossene Winkel 22,5 Grad.In another embodiment of the invention, the included angle is 22.5 degrees.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung schließt sich an die erste Verzahnung eine dritte Verzahnung und an die zweite Verzahnung eine vierte Verzahnung an, wobei die dritte Verzahnung aus wenigstens einem dritten Zahn und einer dritten Zahnlücke gebildet ist und wobei die vierte Verzahnung aus zumindest einem vierten Zahn und einer vierten Zahnlücke mit einem vierten Zahngrund gebildet ist. Die dritte und die vierte Verzahnung stehen miteinander derart in Eingriff, dass durch Kämmen der dritten und der vierten Zähne zweite Arbeitsräume ausgebildet werden, wobei durch die zweiten Arbeitsräume gebildete Volumina durch das Kämmen der Zähne verändert werden. Hierbei ist die erste Verzahnung von der dritten Verzahnung und die zweite Verzahnung von der vierten Verzahnung durch einen Trennsteg räumlich getrennt.In a further exemplary embodiment of the invention, a third toothing adjoins the first toothing and a fourth toothing on the second toothing, wherein the third toothing is formed from at least one third tooth and one third tooth gap and wherein the fourth toothing consists of at least one fourth tooth and a fourth tooth space is formed with a fourth tooth base. The third and fourth teeth are engaged with each other such that second working spaces are formed by meshing the third and fourth teeth, and volumes formed by the second working spaces are changed by the meshing of the teeth. Here, the first toothing of the third toothing and the second toothing of the fourth toothing is spatially separated by a separating web.

Somit werden also in einer Rotor-Gegenrotor-Anordnung zwei voneinander unabhängige Arbeitsräume gebildet. Somit kann also ein zu transportierendes gasförmiges oder flüssiges Medium sowohl den ersten als auch den zweiten Arbeitsräumen zugeführt werden. Auch muss die Anzahl der Zähne der ersten Verzahnung und der dritten Verzahnung nicht gleich sein. Es können also bei der ersten Verzahnung mehr Zähne als bei der dritten Verzahnung und umgekehrt vorhanden sein. Die erste Verzahnung weist bezüglich der zweiten Verzahnung. und die dritte Verzahnung bezüglich der vierten Verzahnung jeweils einen Zahn Unterschied auf. In dem hier vorliegenden Beispiel weist jeweils die zweite bzw. die vierte Verzahnung einen Zahn mehr auf als die erste bzw. dritte Verzahnung auf. Die räumliche Trennung der ersten Verzahnung von der dritten Verzahnung sowie der zweiten Verzahnung von der vierten Verzahnung kann bewirken, dass ein zu transportierendes Medium zuerst den ersten Arbeitsräumen zum Vorverdichten und anschließend den zweiten Arbeitsräumen zum Nachverdichten zugeführt wird. Somit wird ein zu transportierendes Medium mittels zweier Verdichterstufen, also mehrstufig, von einem Anfangsdruck zu einem Enddruck verdichtet. Auch kann ein zu verdichtendes Medium in einen ersten und einen zweiten Volumenstrom aufgeteilt werden, wobei der erste Volumenstrom dem wenigstens einen ersten Arbeitsraum und der zweiten Volumenstrom dem wenigstens einen zweiten Arbeitsraum zum Verdichten zugeführt wird. Hierbei handelt es sich um einen mehrflutigen Betrieb. Durch ein Anordnen von Ventilen vor oder nach den ersten und/oder zweiten Arbeitsräumen kann durch ein Betätigen dieser Ventile der die Drehkolbenmaschine verlassende Volumenstrom gegenüber dem der Drehkolbenmaschine zugeführten Volumenstrom bei konstanter Drehzahl der Rotor-Gegenrotor-Anordnung stufenweise oder auch stufenlos reduziert werden.Thus, therefore, two independent work spaces are formed in a rotor counter rotor arrangement. Thus, therefore, a gaseous or liquid medium to be transported can be supplied to both the first and the second work spaces. Also, the number of teeth of the first gear and the third gear must not be equal. Thus, there may be more teeth in the first toothing than in the third toothing and vice versa. The first toothing points with respect to the second toothing. and the third toothing with respect to the fourth toothing each have a tooth difference. In the present example, in each case the second or the fourth toothing has one tooth more than the first or third toothing. The spatial separation of the first toothing of the third toothing and the second toothing of the fourth toothing can cause a medium to be transported is first supplied to the first work spaces for precompression and then the second work spaces for recompression. Thus, a medium to be transported by means of two compressor stages, ie multi-stage, compacted from an initial pressure to a final pressure. Also, a medium to be compressed can be divided into a first and a second volume flow, wherein the first volume flow is supplied to the at least one first working space and the second volume flow to the at least one second working space for compression. This is a multi-flow operation. By arranging valves before or after the first and / or second working spaces, the volumetric flow leaving the rotary piston engine can be reduced step by step or continuously with respect to the volumetric flow supplied to the rotary piston engine at constant rotational speed of the rotor counter-rotor arrangement.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Trennsteg mit dem Rotor fluiddicht verbunden.In a further embodiment of the invention, the separating web is fluid-tightly connected to the rotor.

Die räumliche Trennung der ersten Verzahnung von der dritten Verzahnung sowie der zweiten Verzahnung von der vierten Verzahnung bewirkt, dass eine Fluidkommunikation zwischen den mit einem Druck beaufschlagten ersten Arbeitsräumen und den mit einem zweiten Druck beaufschlagten zweiten Arbeitsräumen nicht erfolgt, wobei der erste Druck von dem zweiten Druck unterschiedlich sein kann. Eine Verbindung der ersten und zweiten Arbeitsräume findet, wenn überhaupt, nur statt, wenn das mittels der ersten Arbeitsräume verdichtete Medium den zweiten Arbeitsräumen zum weiteren Verdichten gewollt zugeführt wird.The spatial separation of the first toothing of the third toothing and the second toothing of the fourth toothing causes a fluid communication between the pressurized first working spaces and the acted upon with a second pressure second working spaces does not occur, wherein the first pressure of the second Pressure can be different. A connection of the first and second work spaces takes place, if at all, only when the medium compressed by means of the first work spaces is supplied to the second work spaces for further compaction.

In einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung fällt eine vierte Verlängerung einer vierten Mantellinie des vierten Zahngrundes mit der zweiten Verlängerung zusammen. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine durchgehende Verzahnung, die durch den Trennsteg bzw. die Nut in eine erste und dritte bzw. eine zweite und vierte Verzahnung räumlich getrennt wird.In a further embodiment of the invention, a fourth extension of a fourth generatrix of the fourth tooth base coincides with the second extension. In this embodiment, it is a continuous toothing, which is spatially separated by the separating web or the groove into a first and third or a second and fourth toothing.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung fällt eine vierte Verlängerung einer vierten Mantellinie des vierten Zahngrundes nicht mit der zweiten Verlängerung zusammen. Somit kann die Anzahl der Zähne der ersten Verzahnung von der Anzahl der Zähne der dritten Verzahnung bzw. die Anzahl der Zähne der zweiten Verzahnung von der Anzahl der Zähne der vierten Verzahnung unterschiedlich sein. Auch kann die erste Verzahnung und die dritte Verzahnung bzw. die zweite Verzahnung und die vierte Verzahnung die gleiche Anzahl an Zähnen aufweisen, wobei jedoch die erste und die dritte Verzahnung bzw. die zweite und die vierte Verzahnung in unterschiedlichen Winkeln zueinander stehen können. Es können auch die eben genannten Winkel gleich sein, jedoch werden dann die vierte Verlängerung und die zweite Verlängerung parallel zueinander ausgerichtet sein. In a further embodiment of the invention, a fourth extension of a fourth generatrix of the fourth tooth base does not coincide with the second extension. Thus, the number of teeth of the first gear may be different from the number of teeth of the third gear and the number of teeth of the second gear on the number of teeth of the fourth gear. The first toothing and the third toothing or the second toothing and the fourth toothing can also have the same number of teeth, but the first and the third toothing or the second and the fourth toothing can be at different angles to one another. It can also be the same angle just be, but then the fourth extension and the second extension will be aligned parallel to each other.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Trennsteg an einer dritten Stirnfläche des Rotors ausgebildet und greift in eine zu dem Trennsteg komplementär in dem Gegenrotor ausgebildete Nut und/oder Vertiefung. Eine der ersten Verzahnung zugewandte Stirnfläche des Trennstegs ist kugelschalenförmig um den gemeinsamen Mittelpunkt ausgebildet.In a further exemplary embodiment of the invention, the separating web is formed on a third end face of the rotor and engages in a groove and / or recess designed to be complementary to the separating web in the counter-rotor. One of the first toothing facing end face of the divider is formed spherical shell around the common center.

Durch die zueinander winklige Anordnung der ersten Drehachse des Rotors und der zweiten Drehachse des Gegenrotors verändert sich über den Umfang betrachtet ein Abstand der ersten Verzahnung von der zweiten Verzahnung. Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl der Zähne bewegen sich der Rotor und der Gegenrotor mit unterschiedlicher Drehzahl. Wenn der Trennsteg konzentrisch zu der ersten Drehachse ausgebildet ist und mit dem Rotor rotiert, taucht der Trennsteg bei einem geschlossenen Arbeitsraum tiefer in die Nut des Gegenrotors ein als bei einem offenen. Arbeitsraum. Dies ist bei der Gestaltung der Nut in dem Gegenrotor zu berücksichtigen. Natürlich kann der Trennsteg auch im Gegenrotor und dementsprechend die Nut im Rotor ausgebildet sein. Insbesondere wenn der Trennsteg des wenigstens einen Rotors stirnseitig an einer Außenwandung des zugehörigen Gegenrotors den Arbeitsraum begrenzt, kann dieser mit dem Trennsteg in Verbindung stehende Bereich der Außenwandung als Vertiefung ausgebildet sein.Due to the mutually angled arrangement of the first axis of rotation of the rotor and the second axis of rotation of the counter rotor changes over the circumference viewed a distance of the first toothing of the second toothing. Due to the different number of teeth, the rotor and the counter rotor move at different speeds. If the separating web is formed concentrically to the first axis of rotation and rotates with the rotor, the separating web immersed in a closed working space deeper into the groove of the counter-rotor than in an open. Working space. This is to be considered in the design of the groove in the counter rotor. Of course, the divider can also be formed in the counter rotor and, accordingly, the groove in the rotor. In particular, if the separating web of the at least one rotor delimits the working space on the front side on an outer wall of the associated counter-rotor, this region of the outer wall which is in communication with the separating web can be formed as a depression.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind wenigstens zwei Rotoren axial und radial spielfrei drehfest miteinander verbunden, derart, dass Drehachsen der Rotoren mit der ersten Drehachse zusammenfallen. Die zugehörigen Gegenrotoren sind axial und radial spielfrei drehfest miteinander verbunden, derart, dass Drehachsen der Gegenrotoren mit der zweiten Drehachse zusammenfallen.In a further exemplary embodiment of the invention, at least two rotors are connected to each other in an axially and radially non-rotatable manner such that axes of rotation of the rotors coincide with the first axis of rotation. The associated counter-rotors are axially and radially backlash-free rotatably connected to each other, such that axes of rotation of the counter-rotors coincide with the second axis of rotation.

Hierdurch ist es möglich, eine Reihenschaltung von Arbeitsräumen zu erzeugen. Für die einzelnen Stufen können die Rotoren sowie die Gegenrotoren gleich gestaltet sein, wobei hier der Trennsteg jeweils an der dritten Stirnfläche der Rotoren angeordnet ist, wobei durch die Trennstege die einzelnen Arbeitsräume voneinander fluiddicht getrennt sind. Damit beispielsweise gleiche Rotoren für eine Reihenschaltung verwendet werden kann, kann beispielsweise konzentrisch zur Drehachse an der dritten Stirnfläche des Rotors eine Öffnung angebracht sein, in die ein an einer der dritten Stirnfläche gegenüberliegenden vierten Stirnfläche des Rotors ausgeformter Zapfen greifen kann. Die axiale und radiale Spielfreiheit sowohl der Rotoren als auch der Gegenrotoren gewährleistet, dass bei einer Montage der einzelnen Rotoren mit den einzelnen Gegenrotoren die Fluiddichtigkeit zwischen den einzelnen Arbeitsräumen bereits bei der Montage erfolgen kann. Zum Ausgleich möglicher Fertigungstoleranzen und zur Erzeugung der Fluiddichtigkeit kann ein Einschleifvorgang erforderlich sein.This makes it possible to create a series connection of work spaces. For the individual stages, the rotors and the counter-rotors can be designed the same, in which case the separating web is arranged in each case on the third end face of the rotors, wherein the individual working spaces are separated from each other in a fluid-tight manner by the dividing webs. Thus, for example, the same rotors can be used for a series connection, for example, concentric with the axis of rotation at the third end face of the rotor may be an opening in which a formed on one of the third end face fourth end face of the rotor formed pin can engage. The axial and radial backlash of both the rotors and the counter rotors ensures that when mounting the individual rotors with the individual counter rotors, the fluid tightness between the individual working spaces can already be done during assembly. To compensate for possible manufacturing tolerances and to produce the fluid tightness, a grinding process may be required.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Rotor-Gegenrotor-Anordnung der Drehkolbenmaschine in einem Elektromotor integriert.In a further embodiment of the invention, a rotor counter-rotor arrangement of the rotary piston engine is integrated in an electric motor.

Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass der Elektromotor sich in einem als gerader Kreiszylinder geformten Gehäuse befindet, wobei mittig in dem Gehäuse die Rotor-Gegenrotor-Anordnung angeordnet ist.This can be done, for example, such that the electric motor is located in a housing designed as a straight circular cylinder, wherein the rotor counter-rotor arrangement is arranged centrally in the housing.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die dritte Stirnseite des Rotors der Rotor-Gegenrotor-Anordnung in einer fünften Stirnseite eines den Elektromotor umgebenden Gehäuses gelagert. Eine der dritten Stirnseite des Rotors gegenüberliegende vierte Stirnseite des Rotors der Rotor-Gegenrotor-Anordnung ist mit einem Außenläufer des Elektromotors drehfest verbunden. Mittels des Außenläufers des Elektromotors werden der Rotor und damit auch der Gegenrotor angetrieben. Die fünfte Stirnseite des Gehäuses kann kugelförmig ausgebildet sein, um die der fünften Stirnseite zugewandten Arbeitsräume der Rotor-Gegenrotor-Anordnung abzudichten. In vorteilhafter Weise wird demnach der große Durchmesser der Verzahnung in Richtung der fünften Stirnseite und der kleine Durchmesser der Verzahnung dem Außenläufer zugeordnet. Während des Betriebs wird aufgrund der durch das zu verdichtende Medium auf die Rotor-Gegenrotor-Anordnung wirkenden Kräfte der Rotor in Richtung der fünften Stirnseite gedrückt. Somit wirken auf den Außenläufer des Elektromotors keine Axialkräfte. Die dann auf den Gegenrotor durch das zu verdichtende Medium wirkenden Axialkräfte sind entgegengesetzt der Axialkraft, die auf den Rotor wirkt. In der Regel wird diese auf den Gegenrotor wirkende Axialkraft durch ein Axiallager aufgenommen.In a further embodiment of the invention, the third end face of the rotor of the rotor counter rotor arrangement is mounted in a fifth end face of a housing surrounding the electric motor. One of the third end face of the rotor opposite fourth end face of the rotor of the rotor counter-rotor assembly is rotatably connected to an external rotor of the electric motor. By means of the external rotor of the electric motor, the rotor and thus also the counter rotor are driven. The fifth end face of the housing may be spherical in shape in order to seal the work spaces of the rotor counter-rotor arrangement facing the fifth end face. Advantageously, therefore, the large diameter of the toothing in the direction of the fifth end face and the small diameter of the toothing is assigned to the external rotor. During operation, the rotor is pressed in the direction of the fifth end side due to the forces acting on the rotor-counter-rotor arrangement by the medium to be compressed. Thus, no axial forces act on the external rotor of the electric motor. The then acting on the counter rotor through the medium to be compressed axial forces are opposite to the axial force acting on the rotor. As a rule, this axial force acting on the counter rotor is absorbed by a thrust bearing.

In einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind an der dritten und der vierten Stirnfläche des Rotors Lagerzapfen in Form von geraden Kreiszylindern ausgebildet, die konzentrisch zu der ersten Drehachse angeordnet sind.In a further embodiment of the invention bearing journals are in the form of straight circular cylinders formed on the third and fourth end face of the rotor, which are arranged concentrically to the first axis of rotation.

Diese Lagerzapfen können auf einfache Weise durch Gleit- und/oder Wälzlager aufgenommen werden, wobei sich diese Lager an einer Gehäuseinnenwandung des Gehäuses abstützen können und entsprechend die an der Rotor-Gegenrotor-Anordnung angreifenden Kräfte in das Gehäuse einleiten.These trunnions can be accommodated in a simple manner by sliding and / or roller bearings, these bearings can be supported on a Gehäuseinnenwandung of the housing and accordingly initiate the acting on the rotor counter-rotor arrangement forces in the housing.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Gegenrotor an seiner Außenwandung wenigstens einen Lagersitz auf, der von einem Lager umgeben ist, welches sich an einer Gehäuseinnenwandung des Gehäuses abstützt.In a further embodiment of the invention, the counter rotor on its outer wall on at least one bearing seat, which is surrounded by a bearing, which is supported on a housing inner wall of the housing.

Durch die Anbringung von Lagersitzen an der Außenwandung des Gegenrotors ist es möglich, den Gegenrotor auf seiner Länge auch mehrfach abzustützen. Eine mehrfache Abstützung entlang der Außenwandung des Gegenrotors kann beispielsweise dazu dienen, um ein Ausbeulen eines besonders dünnwandig ausgeführten Gegenrotors in Verbindung mit hohen Drücken zu reduzieren. Hierbei dient das die Außenwandung umschließende Lager gleichzeitig als Versteifung. In der Regel wird die Außenwandung zwei Lagersitze aufweisen, von denen ein Lagersitz zur Aufnahme einer Festlagerung und der andere Lagersitz zur Aufnahme einer Loslagerung dient. Insbesondere die Festlagerung kann auch zur Aufnahme von Axilalkräften ausgelegt sein, so dass hier auch ein kombiniertes Axial-Radial-Lager verwendet werden kann. By attaching bearing seats on the outer wall of the counter-rotor, it is possible to support the counter-rotor on its length several times. A multiple support along the outer wall of the counter-rotor, for example, serve to reduce buckling of a particularly thin-walled counter-rotor in conjunction with high pressures. Here, the outer wall enclosing bearing serves as a stiffener at the same time. In general, the outer wall will have two bearing seats, one of which is a bearing seat for receiving a fixed bearing and the other bearing seat for receiving a floating bearing. In particular, the fixed bearing can also be designed to absorb Axilalkräften, so that here also a combined axial-radial bearing can be used.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die fünfte Stirnfläche als kugelförmige Fläche um den gemeinsamen Mittelpunkt ausgebildet und eingerichtet, den wenigstens einen ersten Arbeitsraum gegenüber einem Gehäuse abzudichten.In a further embodiment, the fifth end face is formed as a spherical surface around the common center and arranged to seal the at least one first working space with respect to a housing.

Auf diese Weise gelangt kein zu verdichtendes Fluid aus der Rotor-Gegenrotor-Anordnung in den elektrischen Antrieb.In this way, no fluid to be compressed from the rotor-counter rotor arrangement in the electric drive.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Elektromotor als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Insbesondere bürstenlose Gleichstrommotoren besitzen eine lange Lebensdauer, da auf sich abnutzende Bürsten verzichtet worden ist. Auch findet kein Abrieb innerhalb des Elektromotors statt, der möglicherweise zum einen in die die Rotor-Gegenrotor-Anordnung aufnehmenden Lager und zum anderen in die als Dichtfläche gestaltete fünfte Stirnfläche gelangen könnte. Natürlich kann der Elektromotor auch als ein Asynchronmotor mit Außenläufer ausgebildet sein.In a further embodiment of the invention, the electric motor is designed as a brushless DC motor. In particular, brushless DC motors have a long life, as has been dispensed with wearing brushes. Also, no abrasion takes place inside the electric motor, which could possibly reach the one bearing in the rotor counter-rotor arrangement bearing and on the other in the designed as a sealing surface fifth end face. Of course, the electric motor can also be designed as an asynchronous motor with external rotor.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Drehkolbenmaschine anstatt mit einer Rotor-Gegenrotor-Anordnung mit einer Rotor-Stator-Anordnung ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the rotary piston machine is designed instead of a rotor counter-rotor arrangement with a rotor-stator arrangement.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Rotor und der Gegenrotor einstückig ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the rotor and the counter rotor are made in one piece.

Es wird angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang mit einer Drehkolbenmaschine mit einem Rotor und einem Gegenrotor beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindung zu gelangen.It is noted that thoughts on the invention herein are described in the context of a rotary engine having a rotor and a counter rotor. It will be clear to a person skilled in the art that the individual features described can be combined with one another in various ways so as to arrive at other embodiments of the invention.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.Embodiments of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The figures are only schematic and not to scale.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine Rotor-Gegenrotor-Anordnung nach dem Stand der Technik, 1 shows a rotor counter-rotor arrangement according to the prior art,

2 zeigt einen Längsschnitt der Rotor-Gegenrotor-Anordnung nach dem Stand der Technik aus 1, 2 shows a longitudinal section of the rotor counter-rotor assembly according to the prior art 1 .

3 zeigt eine erfindungsgemäße Rotor-Gegenrotor-Anordnung, 3 shows a rotor counter-rotor arrangement according to the invention,

4 zeigt einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Rotor-Gegenrotor-Anordnung aus 3, 4 shows a longitudinal section of the rotor counter-rotor assembly according to the invention 3 .

5 zeigt eine Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen Rotor-Gegenrotor-Anordnung, 5 shows an exploded view of the rotor counter-rotor assembly according to the invention,

6 zeigt einen Längsschnitt durch eine Rotor-Gegenrotor-Anordnung mit Trennsteg, 6 shows a longitudinal section through a rotor counter rotor arrangement with separating web,

7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Rotor-Gegenrotor-Anordnung mit zwei in Reihe geschalteten Rotoren mit Gegenrotoren, 7 shows a longitudinal section through a rotor counter-rotor arrangement with two rotors in series with counter-rotors,

8 zeigt die Anordnung aus 7 im Röntgenblick, 8th shows the arrangement 7 in X-ray vision,

9 zeigt einen Längsschnitt eines Elektromotors mit einer integrierten Rotor-Gegenrotor-Anordnung, 9 shows a longitudinal section of an electric motor with an integrated rotor-counter-rotor arrangement,

10 zeigt eine stirnseitige Ansicht des Elektromotors, und 10 shows an end view of the electric motor, and

11 zeigt den Elektromotor in der Ansicht von 10 im Röntgenblick. 11 shows the electric motor in the view of 10 in x-ray view.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter AusführungsformenDetailed description of exemplary embodiments

An dieser Stelle soll vorausgeschickt werden, dass gleiche Teile in den einzelnen Figuren gleiche Bezugszeichen aufweisen.It should be said at this point that the same parts in the individual figures have the same reference numerals.

1 zeigt eine Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung nach dem Stand der Technik. Hierbei weist der Rotor 2 eine erste Stirnfläche 6 mit einer ersten Verzahnung 8 auf, wobei die erste Verzahnung 8 aus einem ersten Zahn 10 und einer ersten Zahnlücke 12 gebildet ist. Der Gegenrotor 4 weist eine zweite Stirnfläche 16 mit einer zweiten Verzahnung 18 auf, wobei die zweite Verzahnung 18 aus einem zweiten Zahn 20 und einer zweiten Zahnlücke 22 mit einem insbesondere in 2 sichtbaren zweiten Zahngrund 24. Hierbei werden durch Kämmen der ersten Zähne 10 der ersten Verzahnung 8 und der zweiten Zähne 20 der zweiten Verzahnung 18 erste Arbeitsräume 28 ausgebildet, wobei durch die ersten Arbeitsräume 28 gebildete Volumina durch das Kämmen der Zähne 10, 20 verändert werden. Der Rotor 2 rotiert um eine erste Drehachse I und der Gegenrotor 4 rotiert um eine zweite Drehachse II. Die erste Drehachse I und die zweite Drehachse II schließen einen ersten Winkel φ ein, der ungleich 0° ist. Weiterhin ist eine sich ergebende größte Öffnung des Arbeitsraumes als ein sich entlang einer ersten Außenkontur 34 der Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung erstreckender fetter Strich dargestellt. 1 shows a rotor 2 -Gegenrotor 4 -Anordnung according to the prior art. Here, the rotor points 2 a first face 6 with a first toothing 8th on, being the first gearing 8th from a first tooth 10 and a first tooth gap 12 is formed. The counter rotor 4 has a second end face 16 with a second toothing 18 on, with the second toothing 18 from a second tooth 20 and a second tooth gap 22 with a especially in 2 visible second tooth base 24 , This is done by combing the first teeth 10 the first gearing 8th and the second teeth 20 the second gearing 18 first workrooms 28 formed, with the first work spaces 28 formed volumes by combing the teeth 10 . 20 to be changed. The rotor 2 rotates about a first axis of rotation I and the counter rotor 4 rotates about a second axis of rotation II , The first axis of rotation I and the second axis of rotation II include a first angle φ that is not equal to 0 °. Furthermore, a resulting largest opening of the working space is as one along a first outer contour 34 the rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement showing bold stroke.

2 zeigt eine Längsschnittdarstellung der Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung aus 1 nach dem Stand der Technik. Ergänzend zu der Darstellung in 1 ist ersichtlich, dass sich die erste Drehachse I und die zweite Drehachse II in einem gemeinsamen Mittelpunkt M schneiden. An der Stirnfläche 16 des Gegenrotors 4 ist eine Kugelkappe 30 angeformt. Eine zweite Außenkontur 36 der Kugelkappe 30 besitzt einen ersten Durchmesser d, der durch den gemeinsamen Mittelpunkt M verläuft. An dem Rotor 2 ist konzentrisch zu dessen erster Drehachse I eine zu der zweiten Außenkontur 36 komplementär ausgebildete Stützfläche 32 ausgebildet. Die Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung bildet die erste Außenkontur 34 in Form eines Halbkugelstumpfes. Diese erste Außenkontur 34 besitzt einen zweiten Durchmesser D, der ebenfalls durch den gemeinsamen Mittelpunkt M verläuft. Eine Zahnlänge L1 der ersten 8 bzw. zweiten Verzahnung 18 wird begrenzt durch die erste 34 und die zweite Außenkontur 36. Eine zweite Verlängerung 26 einer zweiten Mantellinie, die im zweiten Zahngrund 24 und ebenfalls durch den gemeinsamen Mittelpunkt M verläuft, schließt mit der zweiten Drehachse II des Gegenrotors 4 einen zweiten Winkel β ein, wobei der Winkel β nach dem Stand der Technik etwa 80° beträgt. 2 shows a longitudinal sectional view of the rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement 1 According to the state of the art. In addition to the illustration in 1 it can be seen that the first axis of rotation I and the second axis of rotation II in a common center M intersect. At the frontal area 16 of the counter-rotor 4 is a ball cap 30 formed. A second outer contour 36 the ball cap 30 has a first diameter d passing through the common center M. On the rotor 2 is concentric with its first axis of rotation I one to the second outer contour 36 complementarily formed support surface 32 educated. The rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement forms the first outer contour 34 in the form of a hemisphere stump. This first outer contour 34 has a second diameter D, which also passes through the common center M. A tooth length L1 of the first 8th or second toothing 18 is limited by the first 34 and the second outer contour 36 , A second extension 26 a second generatrix, in the second tooth base 24 and also passes through the common center M, closes with the second axis of rotation II of the counter-rotor 4 a second angle β, wherein the angle β according to the prior art is about 80 °.

3 zeigt die Komponenten der 1, wobei der zweite Winkel β, wie dies insbesondere in 4 ersichtlich ist, auf 22,5° reduziert ist. Deutlich sichtbar ist, dass der Rotor 2 und der Gegenrotor 4 bei gleichem Volumen des ersten Arbeitsraumes 28 gegenüber der Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung gemäß dem Stand der Technik langgestreckter ausgebildet ist. Zudem ist eine Ausformung einer Außenwandung 44 des Gegenrotors 4 als Kegelstumpf möglich. Der Rotor 2 kann somit von dem Gegenrotor 4 zumindest in weiten Bereichen umschlossen werden. Durch die Veränderung des zweiten Winkels β auf 22,5 ergibt sich, wie insbesondere in 4 ersichtlich, eine gegenüber der ersten Zahnlänge L1 verlängerte zweite Zahnlänge 12. Zudem ist die Kugelkappe 30 des Gegenrotors 4 sowie die mit der Kugelkappe 30 korrespondierende Stützfläche 32 erheblich flacher ausgestaltet, wie an der zweiten Außenkontur 36 sichtbar ist. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass der gemeinsame Mittelpunkt M sich nunmehr außerhalb der Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung befindet. Weiterhin ersichtlich ist, dass eine sich im Bereich der ersten Außenkontur 34 ergebende größte Öffnung 14 des ersten Arbeitsraumes 28, in den 1 und 3 fett dargestellt, sich gegenüber dem in 1 dargestellten Stand der Technik stark verkleinert hat. 3 shows the components of the 1 , wherein the second angle β, as in particular in 4 can be seen, is reduced to 22.5 °. It is clearly visible that the rotor 2 and the counter rotor 4 at the same volume of the first working space 28 opposite the rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement according to the prior art is formed elongated. In addition, a shape of an outer wall 44 of the counter-rotor 4 as a truncated cone possible. The rotor 2 can thus from the counter rotor 4 be enclosed at least in a wide range. By changing the second angle β to 22.5 results, as in particular in 4 can be seen, compared to the first tooth length L1 extended second tooth length 12 , In addition, the ball cap 30 of the counter-rotor 4 as well as with the ball cap 30 corresponding support surface 32 considerably flatter, as at the second outer contour 36 is visible. This is also due to the fact that the common center M is now outside the rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement is located. Furthermore, it can be seen that a in the region of the first outer contour 34 resulting largest opening 14 of the first workroom 28 , in the 1 and 3 shown in bold, facing the in 1 State of the art has greatly reduced.

5 zeigt eine Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung. Hierbei ist an einer dritten Stirnfläche 38 konzentrisch zu der ersten Drehachse I ein Lagerzapfen 40 angeformt. An einer der dritten. Stirnfläche 38 gegenüberliegenden vierten Stirnfläche 42 ist ebenfalls konzentrisch zu der ersten Drehachse I ein weiterer Lagerzapfen 40 angeformt. An der Außenwandung 44 des Gegenrotors 4 sind zwei Lagersitze 46 zur Aufnahme von hier nicht dargestellten Lagern ausbildet. Durch die Änderung des zweiten Winkels β auf 22,5° haben der Rotor 2 und der Gegenrotor 4 ihre geometrische Form dahingehen verändert, als dass sowohl der Rotor 2 als auch der Gegenrotor 4 die Form eines Kegelstumpfes angenommen haben. Hierbei sind die erste 6 und die zweite Stirnfläche 16 mit ihren jeweiligen Verzahnungen 8, 18 von einer ursprünglich stirnseitigen Anordnung zu einer nunmehr umfänglichen Anordnung verändert. Die erste Stirnfläche 6 bildet nunmehr eine äußere Mantelfläche des kegelstumpfförmig gestalteten Rotors 2 und die zweite Stirnfläche 16 bildet eine innere Mantelfläche des hohlkegelstumpfförmig gestalteten Gegenrotors 4. Für die weitere Beschreibung werden die äußere und die innere Mantelfläche nach wie vor als Stirnfläche 6, 16 bezeichnet. 5 shows an exploded view of the rotor according to the invention 2 -Gegenrotor 4 -Arrangement. This is at a third end face 38 concentric with the first axis of rotation I a journal 40 formed. At one of the third. face 38 opposite fourth end face 42 is also concentric with the first axis of rotation I another journal 40 formed. On the outer wall 44 of the counter-rotor 4 are two bearing seats 46 forms for receiving camps not shown here. By changing the second angle β to 22.5 ° have the rotor 2 and the counter rotor 4 their geometric shape changed as that of both the rotor 2 as well as the counter rotor 4 have assumed the shape of a truncated cone. Here are the first 6 and the second end face 16 with their respective gears 8th . 18 changed from an original frontal arrangement to a now circumferential arrangement. The first face 6 now forms an outer circumferential surface of the frustoconically shaped rotor 2 and the second end face 16 forms an inner circumferential surface of the hollow truncated cone shaped counter rotor 4 , For the further description, the outer and the inner lateral surface are still used as an end face 6 . 16 designated.

6 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung mit einem Trennsteg 48. Dieser Trennsteg 48 trennt räumlich eine sich an die erste Verzahnung 8 anschließende dritte Verzahnung 52, die durch einen dritten Zahn 54 und eine dritte Zahnlücke 56 gebildet ist. Der Trennsteg 48 ist kugelschalenförmig ausgebildet und mit dem Rotor 2 unlösbar verbunden. Am Trennsteg 48 ist eine der dritten Verzahnung 52 zugewandte kugelförmige Stirnfläche 49 ausgebildet, wobei die kugelförmige Stirnfläche 49 einen durch den gemeinsamen Mittelpunkt M verlaufenden Durchmesser aufweist. Der Trennsteg 48 taucht in eine komplementär in dem Gegenrotor 4 ausgebildete Nut 50 ein. Diese Nut 50 trennt räumlich die zweite Verzahnung 18 von der sich an diese zweite Verzahnung 18 anschließenden vierten Verzahnung 58, wobei die vierte Verzahnung 58 aus wenigstens einem vierten Zahn 60 und wenigstens einer vierten Zahnlücke 62 gebildet ist. Weiterhin trennt der Trennsteg 48 im Zusammenspiel mit der Nut 50 den durch wenigstens einen ersten Arbeitsraum 28 von einem zweiten Arbeitsraum 66, der durch Kämmen der zweiten Zähne 54 und der vierten Zähne 60 gebildet ist, räumlich und fluiddicht. In dem vorliegenden Beispiel sind der Rotor 2 sowie der Gegenrotor 4 einstückig und rotationssymmetrisch ausgeführt. Auch ist die Anzahl der ersten Zähne 10 und die Anzahl der dritten Zähne 54 sowie die Anzahl der zweiten Zähne 20 und die Anzahl der vierten Zähne 60 gleich. Die Anzahl der ersten Zähne 10 bzw. der dritten Zähne 54 ist um einen Zahn geringer als die Anzahl der zweiten Zähne 20 bzw. der vierten Zähne 60. Ein zu verdichtendes Fluid wird in dieser Anordnung zuerst dem wenigstens einen ersten Arbeitsraum 28 zugeführt, um es vorzuverdichten. Anschließend wird das vorverdichtete Fluid dem wenigstens einen zweiten Arbeitsraum 66 zugeführt, um es auf seinen Enddruck zu verdichten. Somit erfolgt eine mehrstufige Verdichtung. Auch kann ein zu verdichtendes Fluid in einen ersten und einen zweiten Volumenstrom aufgespalten werden, wobei der erste Volumenstrom dem wenigstens einen ersten Arbeitsraum 28 und der zweite Volumenstrom dem wenigstens einen zweiten Arbeitsraum 66 zum Verdichten zugeführt wird. Hierbei handelt es sich um eine mehrflutige Anwendung. 6 shows a longitudinal section through a rotor according to the invention 2 -Gegenrotor 4 Arrangement with a divider 48 , This divider 48 spatially separates one from the first gearing 8th subsequent third gearing 52 by a third tooth 54 and a third tooth gap 56 is formed. The divider 48 is spherical shell-shaped and with the rotor 2 inextricably linked. At the divider 48 is one of the third gearing 52 facing spherical end face 49 formed, wherein the spherical end face 49 having a through the common center M extending diameter. The divider 48 dives into a complementary in the counter rotor 4 trained groove 50 one. This groove 50 spatially separates the second gearing 18 from that to this second gearing 18 subsequent fourth gearing 58 , where the fourth toothing 58 from at least a fourth tooth 60 and at least one fourth tooth gap 62 is formed. Furthermore, the divider separates 48 in interaction with the groove 50 through at least a first working space 28 from a second workroom 66 by combing the second teeth 54 and the fourth teeth 60 is formed, spatially and fluid-tight. In the present example, the rotor 2 as well as the counter rotor 4 made in one piece and rotationally symmetrical. Also, the number of first teeth 10 and the number of third teeth 54 and the number of second teeth 20 and the number of fourth teeth 60 equal. The number of first teeth 10 or the third teeth 54 is one tooth less than the number of second teeth 20 or the fourth teeth 60 , In this arrangement, a fluid to be compressed first becomes the at least one first working space 28 supplied to pre-compact it. Subsequently, the precompressed fluid is the at least one second working space 66 fed to compress it to its final pressure. Thus, a multi-stage compression takes place. Also, a fluid to be compressed can be split into a first and a second volume flow, wherein the first volume flow to the at least one first working space 28 and the second volume flow to the at least one second working space 66 is fed to the compression. This is a multi-flow application.

7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung mit zwei in Reihe geschalteten Rotoren 2 mit zugehörigen Gegenrotoren 4. Die in 7 dargestellten Rotoren 2 unterscheiden sich von dem in 5 dargestellten Rotor 2 dadurch, dass der an der dritten Stirnfläche 38 angeformte Lagerzapfen 40 in der hier vorliegenden Figur durch eine Lagerbohrung 72 ersetzt worden ist. Hierdurch lassen sich entlang der ersten Drehachse I nunmehr mehrere Rotoren 2 axial und radial spielfrei drehfest miteinander verbinden, indem der an der vierten Stirnfläche 42 angeformte Lagerzapfen 40 in die hierfür vorgesehene Bohrung 72 eingreift. Um die sich bildenden ersten Arbeitsräume 28 stirnseitig zu begrenzen, ist der aus 6 bereits bekannte Trennsteg 48 einstückig und konzentrisch bezüglich der ersten Drehachse I an der dritten Stirnfläche 38 angeformt, derart, dass die kugelförmige Stirnfläche 49 des Trennstegs 48 der ersten Verzahnung 8 zugewandt ist. Weiterhin ist die Außenwandung 44 des Gegenrotors 4 an einer dem Trennsteg 48 zugewandten Stirnseite 69 mit einer zu der kugelförmigen Stirnfläche 49 komplementär ausgestalteten Vertiefung 68 ausgestattet, die in Verbindung mit der Stirnfläche 49 des Trennstegs 48 fluiddicht gestaltet ist. Es kann auch auf die Vertiefung 68 verzichtet werden, so dass die Stirnseite 69 des Gegenrotors 4 zu der kugelförmigen Stirnfläche 49 des Trennstegs 48 komplementär ausgebildet ist und in Verbindung mit dem Trennsteg 48 den wenigstens einen ersten Arbeitsraum 28 fluiddicht begrenzt. Auch die zugehörigen Gegenrotoren 4 sind axial und radial spielfrei drehfest miteinander verbunden. Die in. 7 dargestellte zweistufige Reihenschaltung kann selbstverständlich mittels weiterer Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnungen erweitert werden. Derartige Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnungen können dann mehrstufig und/oder mehrflutig betrieben werden. 7 shows a longitudinal section through a rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement with two rotors connected in series 2 with associated counter-rotors 4 , In the 7 represented rotors 2 differ from that in 5 represented rotor 2 in that the at the third end face 38 molded bearing journals 40 in the present figure by a bearing bore 72 has been replaced. This can be along the first axis of rotation I now several rotors 2 connect axially and radially backlash rotatably together by the at the fourth end face 42 molded bearing journals 40 in the hole provided for this purpose 72 intervenes. Around the forming first workrooms 28 limit the front is the off 6 already known divider 48 in one piece and concentric with respect to the first axis of rotation I at the third end face 38 molded, such that the spherical end face 49 of the divider 48 the first gearing 8th is facing. Furthermore, the outer wall 44 of the counter-rotor 4 at one of the divider 48 facing end face 69 with one to the spherical end face 49 complementarily designed recess 68 equipped in conjunction with the frontal surface 49 of the divider 48 is designed fluid-tight. It can also focus on the deepening 68 be omitted, leaving the front side 69 of the counter-rotor 4 to the spherical face 49 of the divider 48 is formed complementary and in conjunction with the divider 48 the at least one first working space 28 limited fluid-tight. Also the associated counter rotors 4 are axially and radially backlash-free connected to each other. In the. 7 Of course, two-stage series connection shown can of course by means of another rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangements are extended. Such rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangements can then be operated in multiple stages and / or multiple flooding.

8 zeigt die Anordnung aus 7 im Röntgenblick. Hierbei ist insbesondere ersichtlich, dass die Reihenschaltung aus identischen Rotoren 2 mit den zugehörigen Gegenrotoren 4 aufgebaut ist. 8th shows the arrangement 7 in x-ray view. It can be seen in particular that the series connection of identical rotors 2 with the associated counter rotors 4 is constructed.

9 zeigt die in 5 dargestellte Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung in einem Elektromotor 70 integriert. Natürlich kann auch eine Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung beispielsweise gemäß 7 verwendet werden. Der an der dritten Stirnfläche 38 ausgeformte Lagerzapfen 40 ist in einem Radiallager 88 aufgenommen, welcher sich in einem Dom 86 befindet, wobei der Dom 86 mit dem Gehäuse 73 einstückig ausgebildet ist. Der an der vierten Stirnfläche 42 angeformte Lagerzapfen 40 wird in einem kombinierten Axial-Radiallager 76 aufgenommen. Hierbei wird der Lagerzapfen 40 radial aufgenommen und der Gegenrotor 4 stützt sich mit seiner an der Außenwandung 44 angeformten sechste Stützfläche 45 axial an diesem Lager 76 ab. Die beiden Lagersitze 46 werden je von einem Radiallager 74 aufgenommen, wobei sich die beiden Radiallager 74 an einer Gehäuseinnenwandung 78 des Gehäuses 73 abstützen. Somit werden sämtliche von dem zu verdichtenden Fluid auf die Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung ausgehenden Axial- und Radialkräfte in das Gehäuse 73 eingeleitet und von diesem aufgenommen. Weiterhin ersichtlich ist, dass die der dritten Stirnfläche 38 gegenüberliegende vierte Stirnfläche 42 des Rotors 2 als die Stützfläche 32 ausgebildet ist, welche an der Kugelkappe 30 des Gegenrotors 4 anliegt oder vorbestimmt beabstandet ist. Weiterhin weist der Elektromotor einen Außenläufer 84 auf, der drehfest mit dem an der vierten Stirnfläche 42 ausgeformten Lagerzapfen 40 verbunden ist. Da das im Wesentlichen als ein an einer Stirnseite verschlossener Hohlzylinder ausgeformte Gehäuse 73 an seiner einem Deckel 79 zugewandten Stirnseite gut zugänglich ist, können von dieser Seite alle Komponenten montiert werden. Anschließend wird das Gehäuse 73 stirnseitig mittels des Deckels 79 verschlossen. Insbesondere kann das Gehäuse 73 einstückig ausgeformt sein. 9 shows the in 5 illustrated rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement in an electric motor 70 integrated. Of course, also a rotor 2 -Gegenrotor 4 For example, according to 7 be used. The at the third end face 38 shaped bearing journals 40 is in a radial warehouse 88 taken, which in a cathedral 86 is located, the dome 86 with the housing 73 is integrally formed. The at the fourth end face 42 molded bearing journals 40 is in a combined axial-radial bearing 76 added. This is the journal 40 radially received and the counter rotor 4 rests with its on the outer wall 44 molded sixth support surface 45 axially on this camp 76 from. The two bearing seats 46 are ever from a radial bearing 74 recorded, with the two radial bearings 74 on a housing inner wall 78 of the housing 73 support. Thus, all of the fluid to be compressed on the rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement outgoing axial and radial forces in the housing 73 initiated and recorded by this. It can also be seen that the third end face 38 opposite fourth face 42 of the rotor 2 as the support surface 32 is formed, which on the ball cap 30 of the counter-rotor 4 is present or spaced predetermined. Furthermore, the electric motor has an external rotor 84 on, the rotation with the fourth end face 42 shaped bearing journal 40 connected is. Since that essentially as a closed at one end side hollow cylinder molded housing 73 on his one lid 79 facing facing side, all components can be mounted from this side. Subsequently, the housing 73 frontally by means of the lid 79 locked. In particular, the housing 73 be integrally formed.

Wie in 10 ersichtlich ist, befinden sich in der Nähe des Doms 86 eine Einströmöffnung 90 sowie eine Ausströmöffnung 92. Diese Öffnungen 90, 92 sind in der 9 aufgrund des dort gewählten Längsschnitts nicht ersichtlich. Durch die Einströmöffnung 90 strömt ein zu verdichtendes Fluid in sich öffnende Arbeitsräume 28 der Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung der 9 ein, um durch einen Rotationsvorgang des Rotors 2 um die erste Drehachse I und des Gegenrotors 4 um die zweite Drehachse II durch sich schließende Arbeitsräume 28 verdichtet zu werden und den Elektromotor, respektive die Drehkolbenmaschine, über die Ausströmöffnung 92 zu verlassen. Während des Verdichtungsvorganges übt das Fluid sowohl auf den Rotor 2 als auch auf den Gegenrotor 4 eine Kraft aus. Der auf den Rotor 2 wirkende axiale Kraftanteil drückt den Rotor 2 in Richtung einer kugelförmig und komplementär zu der ersten kugelförmigen Außenkontur 34 der Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung ausgebildeten fünften Stirnseite 80 des Gehäuses 73. Auch ein Durchmesser der kugelförmigen fünften Stirnfläche 80 verläuft durch den gemeinsamen Mittelpunkt M. Eine der fünften Stirnseite 80 zugewandte siebte Stirnfläche 82 des Gegenrotors 4 sowie die dritte Stirnfläche 38 des Rotors 2 dichten gemeinsam den Arbeitsraum 28 gegenüber einem Gehäuseinnenraum 98 ab. Der auf den Gegenrotor 4 wirkende axiale Kraftanteil des zu verdichtenden Fluids drückt den Gegenrotor 4 in Richtung des Axial-Radiallagers 76, der diesen Axialkraftanteil aufnimmt. Ein auf den Gegenrotor 4 wirkender radialer Kraftanteil wird in die beiden Radiallager 74 und von dort in das Gehäuse 73 eingeleitet. Die beiden Radiallager 74 können als eine Fest-Los-Lagerung ausgestaltet sein.As in 10 It can be seen that you are near the cathedral 86 an inflow opening 90 as well as an outflow opening 92 , These openings 90 . 92 are in the 9 not apparent due to the longitudinal section selected there. Through the inlet opening 90 a fluid to be compressed flows into work spaces that open 28 the rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement of 9 a to by a rotation process of the rotor 2 around the first axis of rotation I and the counter-rotor 4 around the second axis of rotation II through closing work spaces 28 to be compressed and the electric motor, respectively the rotary piston engine, via the discharge opening 92 to leave. During the compaction process applies the fluid both to the rotor 2 as well as on the counter rotor 4 a power out. The on the rotor 2 acting axial force component pushes the rotor 2 in the direction of a spherical and complementary to the first spherical outer contour 34 the rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement trained fifth end face 80 of the housing 73 , Also a diameter of the spherical fifth face 80 passes through the common center M. One of the fifth end face 80 facing seventh face 82 of the counter-rotor 4 as well as the third face 38 of the rotor 2 together seal the workspace 28 opposite a housing interior 98 from. The on the counter rotor 4 acting axial force component of the fluid to be compressed pushes the counter rotor 4 in the direction of the axial-radial bearing 76 that absorbs this Axialkraftanteil. One on the counter rotor 4 acting radial force component is in the two radial bearings 74 and from there into the housing 73 initiated. The two radial bearings 74 can be configured as a fixed-lot storage.

11 zeigt den Elektromotor 70 aus der 9 mit der integrierten Rotor 2-Gegenrotor 4-Anordnung als 3D-Darstellung im Röntgenblick. Hierbei ist ersichtlich, dass die Einströmöffnung 90 in einer Eintrittssteueröffnung 94 und die Ausströmöffnung 92 in einer Austrittssteueröffnung 96 münden, wobei die Einströmöffnung 90, die Ausströmöffnung 92, die Eintrittssteueröffnung 94 und die Austrittssteueröffnung 96 als strich-doppelpunktierte Linie dargestellt ist. 11 shows the electric motor 70 from the 9 with the integrated rotor 2 -Gegenrotor 4 Arrangement as a 3D representation in the X-ray view. It can be seen that the inflow opening 90 in an entrance control opening 94 and the discharge opening 92 in an exit control port 96 open, wherein the inflow opening 90 , the discharge opening 92 , the entrance control opening 94 and the exit control port 96 is shown as a dash-double-dotted line.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4241320 A1 [0002]

Claims

Rotary piston machine, which works as a pump, compressor or motor, - with a rotor ( 2 ) and a counter rotor ( 4 ), wherein the counter rotor ( 4 ) the rotor ( 2 ) is arranged opposite, - wherein the rotor ( 2 ) a first end face ( 6 ) with a first toothing ( 8th ) and wherein the counter rotor ( 4 ) a second end face ( 16 ) with a second toothing ( 18 ) - wherein the first gearing ( 8th ) from at least one first tooth ( 10 ) and a first tooth gap ( 12 ) and wherein the second toothing ( 18 ) from at least one second tooth ( 20 ) and a second tooth gap ( 22 ) with a second tooth base ( 24 ), - the toothings ( 8th . 18 ) engage each other such that by combing the first teeth ( 10 ) of the first gearing ( 8th ) and the second teeth ( 20 ) of the second toothing ( 18 ) first workrooms ( 28 ), whereby the first work spaces ( 28 ) formed by combing the teeth ( 10 . 20 ), where the rotor ( 2 ) a first axis of rotation ( I ), wherein the counter rotor ( 4 ) a second axis of rotation ( II ), wherein the first axis of rotation ( I ) and the second axis of rotation ( II ) include a first angle (φ) which is not equal to 0 °, - wherein a second extension (φ) 26 ) a second generatrix of the second tooth root ( 24 ), the first axis of rotation ( I ) and the second axis of rotation ( II ) intersect at a common center (M), characterized in that - one between the second extension (M) 26 ) and the second axis of rotation ( II ) included second angle (β) is less than 45 °.

Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the first toothing ( 8th ) a third toothing ( 52 ) and to the second gearing ( 18 ) a fourth toothing ( 58 ), the third toothing ( 52 ) from at least one third tooth ( 54 ) and a third one. Tooth gap ( 56 ) and wherein the fourth toothing ( 58 ) from at least one fourth tooth ( 60 ) and a fourth tooth gap ( 62 ) is formed with a fourth tooth base, wherein the third ( 52 ) and the fourth toothing ( 58 ) are engaged with each other in such a way that by combing the third ( 54 ) and the fourth teeth ( 60 ) second workrooms ( 66 ), whereby through the second work spaces ( 66 ) formed by combing the teeth ( 54 . 60 ), the first gearing ( 8th ) of the third toothing ( 52 ) and the second gearing ( 18 ) of the fourth toothing ( 58 ) by a separating web ( 48 ) is spatially separated.

Rotary piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the separating web ( 48 ) on a third end face ( 38 ) of the rotor ( 2 ) is formed and in a to the separating web ( 48 ) complementary in the counter rotor ( 4 ) formed groove ( 50 ) and / or depression ( 68 ), whereby one of the first gearing ( 8th ) facing end face ( 49 ) of the separating web ( 48 ) Is formed spherical shell around the common center (M).

Rotary piston machine according to claim 3, characterized in that at least two rotors ( 2 ) axially and radially backlash-free connected to each other, such that axes of rotation of the rotors ( 2 ) with the first axis of rotation ( I ) and that the associated counter rotors ( 4 ) axially and radially backlash-free connected to each other, such that axes of rotation of the counter-rotors with the second axis of rotation ( II ) coincide.

Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that a rotor ( 2 ) Counter rotor ( 4 ) Arrangement in an electric motor ( 70 ) is integrated.

Rotary piston machine according to claim 5, characterized in that the third end face ( 38 ) of the rotor ( 2 ) the rotor ( 2 ) Counter rotor ( 4 ) Arrangement in a fifth end face ( 80 ) one of the electric motor ( 70 ) surrounding housing ( 73 ) and that one of the third end face ( 38 ) of the rotor ( 2 ) opposite fourth end face ( 42 ) of the rotor ( 2 ) the rotor ( 2 ) Counter rotor ( 4 ) Arrangement with an external rotor ( 84 ) of the electric motor ( 70 ) is rotatably connected.

Rotary piston machine according to claim 6, characterized in that at the third ( 38 ) and the fourth end face ( 42 ) of the rotor ( 2 ) Bearing journals ( 40 ) are formed in the form of straight circular cylinders which are concentric with the first axis of rotation ( I ) are arranged.

Rotary piston machine according to claim 6 or 7, characterized in that the counter rotor ( 4 ) on its outer wall ( 44 ) at least one bearing seat ( 46 ) from a warehouse ( 74 ) which is located on a housing inner wall ( 78 ) of a housing ( 73 ) is supported.

Rotary piston machine according to claim 6 to 8, characterized in that the fifth end face ( 80 ) is formed as a spherical surface around the common center (M) and is adapted to the at least one first working space ( 28 ) opposite the housing ( 73 ) seal.

Rotary piston machine according to claim 6 to 9, characterized in that the electric motor ( 70 ) is a brushless DC motor.