DE19729615A1

DE19729615A1 - Verstellbare Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE19729615A1
Application number: DE19729615A
Authority: DE
Inventors: Peter Ingelheim
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1998-02-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine mit Kämmeingriff und einem Sperrstück zur Vergrößerung des Fördervolumens.

Drehkolbenmaschinen mit Kämmeingriff, wie z. B. Zahnradmaschinen, sind einfach im Aufbau und für hohe Drehzahlen geeignet.

Ein wesentlicher Nachteil bekannter Drehkolbenmaschinen mit Kämmeingriff ist, daß sie für kompressible Fluide wegen ungenügender Abdichtung und meist fehlender innerer Verdichtung schlecht geeignet sind und daß eine Verstellung des Fördervolumens pro Umdrehung nicht möglich ist.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung wie sie gekennzeichnet ist ermöglicht ei ne Drehkolbenmaschine mit Kämmeingriff, bei der eine zweistufige Verdichtung kompressibler Me dien möglich ist und die eine stufenlose Verstellung des Fördervolumens pro Umdrehung bei kom pressiblen und inkompressiblen Fluiden ermöglicht.

Dies wird dadurch erreicht, daß eine Drehkolbenmaschine einen Innenläufer mit kreiszylindri schen Zahnflanken und einem Außenläufer mit geradflankigen radialen Schlitzen und einem (vorzugsweise sichelförmigen), gehäusefestem Sperrstück zwischen Innen- und Außenläufer einge setzt wird und Innenläufer zu Außenläufer ein Drehzahlverhältnis von 2 : 1 hat.

Dabei ist der weist der Innenläufer an dem Zahnkopf eine Kreisbogenform auf, mit der Drehachse des Innenläufers als Zentrum des Kreisbogens.

Mit dieser Kreisbogenfläche fahrt der Zahn des Innenläufers am Sperrstück entlang und ermög licht so eine Flächendichtung.

Anhand der Fig. 1-5 soll die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine mit einem Innenzahnrad 1 mit zwei Zähnen mit kreisbogenförmigen Zahnflanken und einem Außenzahnrad mit 4 Schlitzen, in die diese Zähne einfahren, und dem Gehäuse 3. Die Zähne des Innenzahnrades 1 weisen am Kopf eine zylin drische Rundung mit der Drehachse des Innenzahnrads 1 als Zylinderachse auf, mit welcher sie am Sperrstück 4 entlangfahren und so eine Flächendichtung zwischen Förderraum und Saugraum her stellen.

Auch das Außenzahnrad fahrt mit Flächen am Sperrstück entlang.

Durch das Sperrstück wird erreicht, daß die Drehkolbenmaschine sowohl den Inhalt der Zahnlüc ken des Innenzahnrades 1, wie auch den Inhalt der Zahnlücken des Außenzahnrades 2 verdichtet und zum Förderbereich 6 bringt.

Die Maschine ist in ihrem Fördervolumen pro Umdrehung stufenlos verstellbar. Dies wird mit Hil fe eines drehbaren Regelabschnitts 7 erreicht. Im Außenzahnrad 2 sind in jeder Zahnlücke am Um fang Öffnungen 8 angebracht. Wenn sich die Öffnung vor dem Regelabschnitt 7 befindet, wird der Inhalt der Zahnlücken zurück in des Saugraum 5 gedrückt. Erst wenn die Öffnung 8 an dem Re gelabschnitt 7 vorbeigeführt wurde, wird der Inhalt der Zahnlücke in den Förderraum 6 gedrückt.

Fig. 2 zeigt verschiedene Stellungen der Läufer in perspektivischer Sicht. In Stellung A laufen Dichtungen zwischen Zahn des Innenläufers und Sperrstück und zwischen Zahn des Außenläufers und Sperrstück. Der Zahnlückeninhalt im Arbeitsraum 20 des Innenläufers wird mit dem des Au ßenläufers vermischt.

In Stellung B fährt der Zahn des Innenläufers in die Zahnlücke des Außenläufers. Die Dichtung sind Liniendichtungen zwischen Innenzahn und Außenzahn.

In Abbildung C ist eine Seitenscheibe am Außenläufer angebracht, die für verbesserte Abdichtung sorgt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung mit drei Zähnen am Innenläufer 10 Dabei ist ein außenliegendes Getriebe 18 vorgesehen, so daß im Arbeitsraum kein Schmiermittel verwendet werden muß.

Fig. 4 zeigt den Unterschied der Regelung der Zylinderfüllung mit einem Konstantlader und ei nem Verstellader. Der Lader hat eine konstante Zahl von Laderdrehungen pro Saughub.

Das Fördervolumen p.U. des linken Laders sei unverstellbar. Daher ist das Fördervolumen des Laders pro Saughub des Motors konstant. Eine quantitative Regelung des Otto-Motors muß daher über eine Drosselregelung erfolgen. Man erkennt, daß im Teillastbereich vor und hinter dem Lader ein Unterdruck herrscht und somit beim Saughub sowohl am Motorkolben (der Kolben arbeitet zwi schen Unterdruck und Atmosphärendruck), wie auch am Lader selber (der Lader verdichtet ja im mer, d. h. vor dem Lader ist der Druck kleiner als hinter dem Lader) Leistung verloren geht.

Beim rechten Lader sind die Verhältnisse anders. Durch Verstellung des Fördervolumens des La ders schiebt der Lader beim Verkleinern der Arbeitsräume zunächst Luft zurück in den Saugraum bis er an der Steuerkante vorbeiläuft und ab dann in den Förderraum fördert. Wenn im Förderraum ein Unterdruck herrscht (der Motor saugt ein größeres Volumen an, als der Lader fördert), dann wird am Lader Leistung gewonnen. Im Idealfall wäre die so am Lader gewonnene Leistung genau so groß wie die am Motor verbrauchte Saugleistung. In der Realität wird nur ein bestimmter Prozentsatz der Gaswechselverluste des Otto-Motors am Lader zurückgewonnen.

Insgesamt sollte somit der Otto-Motor mit verstellbarem Lader im Teillastbereich be deutend günstiger arbeiten als die bisherigen Lader mit konstantem Fördervolumen und auch sparsamer als ein Otto-Motor ohne mechanische Aufladung.

Fig. 5 zeigt eine Maschine mit Zähnen 30 des Innenläufers, die an einer oder zwei seitlichen Ringen fest sind und von diesen gedreht werden. Die Zähne kreisen dabei um ein gehäusefestes Zen tralstück 35. Der Vorteil dieser Ausführung sollte die vergleichsweise einfache Herstellung des In nenläufers sein.

Claims

1. Drehkolbenmaschine mit zwei Zahnrädern (1), (2); (10), (11); (30), (31); und Innenverzahnung am äußeren Zahnrad und einem Sperrstück (4); (13); (34); welches vorzugsweise zur Förderseite hin sichelförmige Teile aufweist dadurch gekennzeichnet, daß das innere Zahnrad kreiszylinderförmige Flanken an seinen Zähnen aufweist, deren Mit telpunktsgeraden Mz parallel zu der Drehachse A_i des inneren Zahnrads und zur Drehachse Aa des äußeren Zahnrades liegen und der Abstand |A_i-A_a| = |A_i= r ist.

2. Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Innenzahnrads (1); (10), (30); an ihrem Kopf Kreiszylinderflächen mit der Dreh achse des Innenzahnrads als Mittellinie aufweisen, mit denen sie bei Vorbeiziehen am Sperrstück (4); (13); (34); eine flächige Abdichtung erreichen.

3. Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1, 2 dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse ein verstellbares Steuerteil (7); (15); (33); vorhanden ist, mit dessen Hilfe Öffnungen (8); (17); im Außenzahnrad stufenlos vom Saugraum oder Ausschubraum (5); (14); abgeschlossen und zum Förderraum oder Füllraum (6); (16); geöffnet werden können, daß dadurch eine stufenlose Verstellung des Förder- oder Expansionsvolumens oder eine stufenlose Verstellung der Verdichtungs- oder Ex pansionshöhe möglich wird.

4. Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Lader mit stufenlos verstellbarem Fördervolumen pro Umdrehung an Verbren nungsmotoren eingesetzt wird.

5. Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (30) des Innenläufers um ein gehäusefestes Zentralstück (35) drehen.