DE2322888A1

DE2322888A1 - Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE2322888A1
Application number: DE2322888A
Authority: DE
Inventors: Charles Raymond
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-08
Filing date: 1973-05-07
Publication date: 1973-11-22
Also published as: US3769944A; FR2184327A5; JPS4947711A; IT987334B

Description

2 HAMBURG ΐ3 DIPL-ING. FRANZ WERDERMANN INNOCENTiAb₁RASSE 3o

PATENTANWALT TELEFON 452139 2322888

R. 75 071

Charles (HMI) Raymond

2024 Eighth Street

Berkeley, California (V.St.A.)

Rotationsmaschine.

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden TJ.S.Anmeldung Serial ITo. 250,884 vom 8. Mai 1972 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine mit einem ersten Element und einem zweiten Element, das zur Ausführung von relativen Drehbewegungen bezüglich des ersten Elementes um eine erste Achse drehbar gelagert ist. Die Rotationsmaschine ist als Flüssigkeitspumpe oder -motor, Gaskompressor, Vakuumpumpe oder Verbrennungskraftmaschine geeignet.

Die Nachteile und Grenzen konventioneller Kolbenmaschinen finden zunehmende Beachtung, besonders wenn sie im Vergleich zu Rotationsmaschinen gesehen werden. Kolbenmaschinen arbeiten wenig wirkungsvoll. Sie weisen ein ungünstiges Verhältnis von Kraft zu Gewicht und ein ungünstiges

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Drehmoment auf und benötigen Brennstof mit verhältnismäßig hohen Oktanzahlen. Außerdem geben sie einen beachtlichen Anteil schädlicher Abgase ab und haben im Hinblick auf die Sehwingungs-, Abnutzungs- und Schmierungsprobleme eine relativ kurze Lebensdauer.

Von einer Anzahl von Rotationsmaschinen wurde gelegentlich eines Versuches vorhergesagt, daß sie die Probleme lösen könnten, die für die konventionellen Kolbenmaschinen typisch sind. Jedoch haben die vorhandenen Rotationsmaschinen verschiedene Nachteile und Grenzen. So bestehen zum Beispiel Probleme beim Kühlen und Schmieren der Elemente und Abdichten der Maschinenkammern. Daher wird eine verbesserte Rotationsmaschine von einfacherer Bauart dringend benötigt, um die vielen noch bestehenden Probleme der bestehenden Kolben- und Rotationsmaschinen beseitigen oder herabsetzen zu können. Die Maschinen sollen für viele verschiedene Fälle wirtschaftlicher Anwendbarkeit verbessert werden. Außerdem soll äie bei bekannten Verbrennungsmaschinen vorhandene Menge schädlicher Verbrennungsbestandteile wesentlich herabgesetzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Rotationsmaschine zu schaffen, die zum Gebrauch in verschiedenen Anwendungsfällen geeignet ist, so zum Beispiel als Plussigkeitspumpe/-motor, Gaskompressor, Vakuumpumpe oder Verbrennungsmaschine, und bei deren Verwendung als Verbrennungsmaschine der Anteil der schädlichen Bestandteile im Abgas verringert werden kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein drittes Element, das zur Ausführung von relativen Drehbewegungen bezüglich des ersten Elementes um eine zweite Achse drehbar gelagert ist, die die erste Achse in einer vorherbestimmten schiefwinkligen lage schneidet, Mittel zum Bilden einer ringförmigen Ausnehmung, die konzentrisch zur ersten Achse ist und in der das dritte Element in einer Ebene angeordnet ist, die sich diagonal durch die Ausnehmung erstreckt und dadurch diametral liegende Kammern erzeugt, Teilungsmittel, die sich radial durch die Ausnehmung erstrecken, einen Drehring, mit dem die leilungsmittel zur Ausführung von Relativbewegungen bezüglich des dritten Elementes verbunden sind, wobei die relative Drehung des ersten Elementes bezüglich des zweiten und dritten Elementes expandierende und kontraktierende Volumina innerhalb der Kammern auf beiden Seiten der Teilungsmittel schafft, Einlaßmittel zur Lenkung der Strömung in mindestens eines der expandierenden Volumina, und Auä.aßmittel zum Auslaß der Strömung aus mindestens einem der kontraktierenden Volumina.

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 eine zum Teil aufgebrochene perspektivische Darstellung einer Rotations-Ilüssigkeitsmaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt durch die Rotationsmaschine der Fig. 1,

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Fig. 3 ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Pig. 2,

Mg» 4 ein Teilschnitt entlang der Linie 4-4 in Pig. 2,

Pig. 5 ein schematischer Schnitt einer Abwicklung der Rotationsmaschine gemäß Pig. 1 bis 4, der das Zusammenwirken der Einzelteile zeigt, die das Expandieren und Kontraktieren der Volumina innerhalb der Maschine herbeiführen,

Pig. 6 ein axialer Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung, in der eine durchgehende Welle sieh mit dem ersten Rotor dreht,

Pig. 7 ein schematischer Schnitt einer Abwicklung einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung,

Pig. 8 ein axialer Teilschnitt einer Ausführungsform, in der ein äußerer Rotor die Kammerwandungen bildet und einen nach innen vorstehenden befestigten Plügel aufweist,

Pig. 9 ein Teil-Querschnitt der Pahne und der Drehringdichtung entlang der Linie 9-9 in Pig. 8,

Pig.10 eine zum Teil aufgeschnittene Abwicklung mit einem Schnitt entlang der Linie 10-10 in Pig. 8 und

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Pig. 11 ein axialer Schnitt einer Ausführungsform, für voranschreitende Bewegung.

In den Zeichnungen stellt die Pig. 1 eine Rotationsmaschine 20 gemäß der Erfindung dar. Diese Ausführungsform ist zum Gebrauch als I*lüssiglceitspumpe/-motor, Gaskompressor oder Vakuumpumpe geeignet. Die Maschine 20 enthält drei Haüptelemente, die als erstes Element oder Stator 22, zweites Element oder sekundärer Ringrotor 24 und als drittes Element oder primärer Rotor 26 bezeichnet sind. Die beiden Rotorelemente 24,26 sind zum Zwecke gemeinsamer Drehung verbunden, die sie bezüglich des festen Stators 22 ausführen, der an einem passenden Grundlager 28 verankert ist.

Wie sich am besten aus Pig. 2 erkennen läßt, erstreckt sich der Stator 22 nach außen vom Grundlager 28 aus und stellt einen Träger für die Enden der übrigen Maschinenelemente dar. Der Stator 22 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen, die von inneren Wänden 30,32 gebildet wird. Diese Wände 30,32 erstrecken sich von einer abgeflachten Vertiefung 34 und einer Achse 36 aus radial nach außen.

Der sekundäre Ringrotor 24 ist als Schale mit offenen Enden ausgebildet und auf dem Stator 22 durch entsprechende Lager 38,40 so befestigt, daß er sich um eine erste Achse 42 drehen kann. Eine Welle 44 zum Ein- bzw. Ausleiten der Kraft ist am geschlossenen Ende des geschlossenen Ringrotors 24 konzentrisch zur Achse 42 befestigt. Am sekundären

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Rotor 24 sind Teilungsmittel befestigt, die aus einem oder mehreren Flügeln 46,48 bestehen, die auf der inneren Oberfläche 50 des Rotors 24 befestigt sind und die sich radial nach innen erstrecken in die Ausnehmung des Stators 22.

Der primäre Rotor 26 besteht aus einer inneren Habe 52 und einer sich vollständig in radiale Richtung erstreckende Scheibe 54. Die Nabe 52 ist mit Wälzlagern 56,58 auf der Statorachse 36 drehbar um eine zweite Achse 60 gelagert, die die erste Achse 42 in einem vorherbestimmten schiefen Winkel A schneidet. Auf diese Weise drehen sich die beiden Rotorelemente 24,26 in verschiedenen, sich schneidenden Ebenen bei der gleichen Winkelgeschwindigkeit bezüglich des Stators 22. Die äußere Oberfläche 61 der Scheibe 54 stellt einen verkürzten Abschnitt einer sphärischen Oberfläche dar, Äie mit enger Passung mit der gegenüberliegenden sphärischen Oberfläche 50 des Rotors 24 zusammenarbeitet. Ein Paar geeigneter ringförmiger Labyrinthdichtungen 62,64 sind zwischen den Seitenkanten des Stators 22 und den gegenüberliegenden inneren Teilen des sekundären Rotors 24 als Abdichtung der Statorausnehmung gegen Plussigkeits- oder Gasundichtigkeiten vorgesehen.

Die Scheibe 54 teilt die Statorausnehmung in zwei diametrale und sich axial gegenüberliegende Kammern 66,68 (Mg. 1). Die Statorseitenwandungen 30,32 sind als

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entsprechende diametrale flache Oberflächen 70,72 geformt, von denen jede einen Umfangssektor darstellt, der eine enge Passung mit der gegenüberliegenden umlaufenden flachen Oberfläche der entsprechenden Seite der Scheibe 54 bildet. Die übrigen Teile der Statorseitenwandungen sind als diametrale Oberflächen 74,76 geformt, von denen.jede verkürzte Segmente einer konischen Oberfläche darstellen. Die konischen Oberflächen der Statorseitenwandungen führen eine Relativbewegung mit engen Passungen bezüglich der radialen Kanten der Flügel 46,48 aus, die sich durch die Kammern bewegen.

Die fortlaufende Bewegung der Flügel 46,48 bei ihrem Durchlauf durch die Kammern führen dazu, daß die Räume verkleinert werden, die in jeder Kammer vor der Flügelbewegung liegen, während die Räume, die hinter der Flügelbewegung liegen, expandieren.

Da sich die beiden Rotorelemente 24,26 relativ zu dem Stator 22 um ihre Achsen 42,60 drehen, führen die Flügel 46,48 eine Taumelbewegung relativ zum zweiten Rotor 24 um sich in radialer Richtung erstreckende Achsen aus. Taumelabdichtungen 78,80 stellen eine Taumelverbindung zwischen den Flügeln 46,48 und den zweiten und dritten Elementen 24,26 her, die diese relative Taumelbewegung ausgleicht und gleichzeitig eine Flüssigkeitsabdichtung herum
beiführt/ damit die Flüssigkeiten oder Gase innerhalb der

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Kammern zu halten. Die Taumelabdichtung 78,80 besteht aus einem Zylinder 82,84, der innerhalb entsprechender, sich in radialer Richtung erstreckenden diametralen Bohrungen 86,88 liegt. Diese Bohrungen sind in der Scheibe des dritten Rotorelementes 26 ausgebildete

Wie sich am besten aus der Fig. 4 ergibt, ist der typische Zylinder 82 mit einem seitlichen Schlitz 90 versehen, der den entsprechenden Flügel 48 gleitend aufnimmt. Die Scheibe 54 ist mit größeren Schlitzen 92 versehen, in die der Bogen des entsprechenden Flügels 48 bei der Ausführung der Drehbewegung hineinpaßt. Die relative Bewegung der beiden Rotorelemente 24,26 zwingt den Flügel 48 und den Zylinder 82 zur Ausführung von Taumelbewegungen um eine radiale Achse relativ zur Scheibe 54 des dritten Elementes 26. Die Drehbewegung schreitet von der senkreehten Lage zwischen Flügel 48 und Rotorscheibe 54 gemäß Fig. 4 voran. In dieser Lage verläuft der Flügel 48 in der Mitte durch die Kammern 68. Im weiteren Verlauf der Drehbewegung bildet er einen Winkel B₁, wenn der Flügel Und die Rotorelemente 24,26 einen Winkel von 90° relativ zum Stator durchlaufen. Bei der Rückkehr in die senkrechte Lage der Flügel 48 in den nächsten Quadranten der Drehung durchläuft der Flügel 48, der sich in der Mitte durch die gegenüberliegende Kammer 66 erstreckt, den Winkel B«.

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Der Flügel 48 und die Rotorelemente 24,26 drehen sich dann durch den nächsten Quadranten und kehren dann wieder zurück in die normale senkrechte Flügelposition, wenn der Rotor 26 durch den letzten Quadranten der Rotation zur Vervollständigung des gesamten Umlaufs läuft.

Die Kanten der Flügel 48 sind gegenüber den Seitenwandungen des Stators 22 und der Nabe 52 des dritten Elementes 26 durch entsprechende U-förmige Abdichtungen 94,96 abgedichtet. Diese können als Segmente ausgebildet sein und in Schlitzen angeordnet sein, die entlang jeder der Seitenkanten der Flügel 48 und in den sich im Inneren erstreckenden Kanten angeordnet sind.

Bin Paar TJmfangsdichtungen 98,100 (Fig. 1) sind vorgesehen, um die äußere sphärische Oberfläche 50 des zweiten Rotorelementes 24 abzudichten. Da die beiden Flügel 46 am zweiten Rotorelement 24 befestigt sind und sich von diesem einwärts erstrecken, ist es deswegen nicht notwendig, Dichtungsmittel an der Fuge zwischen den Flügeln 46,48 und dem zweiten Rotorelement 24 vorzusehen.

Die Fig. 2,3 und 5 stellen Einzelheiten der Einlaß- und Auslaßmittel dar, durch die die Flüssigkeit in die Kammern 66,68 ein- bzw. ausgelassen wird.

Die Abwicklung gemäß Fig. 5 zeigt die Kanten des Stators 22 und zweiten Rotors 24 als gerade Linien, während zur Verdeutlichung die Kante des dritten Rotorelementes 26 als Kurve dargestellt ist. Die Einlaßmittel

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"bestehen aus einem Haupteiulaßkanal 102, der mit einer Zweigleitung oder einem Durchlaß 104 verbunden ist. Dieser ist im Statorelement 22 ausgebildet. Der Durchlaß 104 hat eine Abzweigung 106, die zu einer Öffnung 108 führt. Diese öffnet sich in den aufnehmenden Teil der Kammer 66. Die Einlaßmittel weisen ferner einen Zweig 110 auf, der sich durch die Mitte der Statorachse 36 mit einem Umkehrkanal erstreckt, der zur Öffnung 1.12 leitet, die sich in den aufnehmenden Teil der Kammer 68 öffnet. Die Auslaßmittel weisen einen Hauptdurchlaß 114 auf, der mit einem verzweigten Auslaß oder Kanal 116 verbunden ist, der im Stator 22 ausgebildet ist. Der Auslaß 116 weist einen Zweig 118 auf, der in einer Öffnung 124 endet. Diese ist im ausschiebenden Teil der Kammer 66 ausgebildet. Außerdem hat der Auslaß 116 einen Zweig 120, der sich durch die Statorachse 56 mit einem Auslaßkanal erstreckt. Dieser führt zur Öffnung 122, die im ausschiebenden Teil der Kammer 68 angeordnet ist.

Die Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Fig.1 bis 5 wird am besten dargestellt in der aufgebrochenen Ansicht der Pig. 5. Die Kraft wird an der Welle 44 zum Drehen des primären und des sekundären Rotors 24,°26 aufgebracht. Die Drehrichtung verläuft vom oberen Teil zum unteren Teil der in Fig. 5 dargestellten Ansicht. Da die diametralen Flügel 48,46 über die Einlaßöffnungen 108,112 hinweggleiten und sich von den Taumeldichtungen 78,80 nach auswärts erstrecken, expandiert das Volumen, das von den

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aufnehmenden Teilen der Kammern 66,68 gebildet wird, so daß die Flüssigkeit von 'den Abzweigungen 106 geführt wird, die mit dem Einlaß 102 in Verbindung stehen. Bei Weiterführung der Drehbewegung der Rotorelemente 24,26 drehen sich die Flügel 46,48 dann über die Auslaßöffnungen 122,124 hinweg. Die Flüssigkeit wird unter Druck aus den Kammern ausgetrieben, wenn die die Flüssigkeit vorantreibenden Flügel 46,48 in Bezug auf den Stator 22 weiterbewegt werden und die angesaugte Menge vor sich herschieben. Die sich daraus ergebende Volumenkontraktion des ausschiebenden Teils der Kammern 66,68 drückt die Flüssigkeit durch die von den Flügeln 48,46 freigegebenen Auslaßöffnungen und durch den Auslaß 114 heraus.

Fig. 6 zeigt mit der allgemeinen Bezugsziffer 178 eine andere bevorzugte Ausführungsform einer Rotationsmaschine gemäß der Erfindung, bei der eine Abtriebs-/ Antriebswelle 180 drehfest verbunden ist mit dem als drittes Element ausgebildeten Primärrotor 182. Die Antriebswelle idt drehbar gelagert innerhalb der ringförmigen Ausnehmung eines als erstes Element ausgebildeten Stators 184 mit Hilfe eines Wälzlagers 185. Der Stator 184 ist verbunden mit einem Gehäuse 186, das seinerseits durch entsprechende Mittel, wie zum Beispiel Sehrauben, auf einem Auflager befestigt ist. Ein sekundärer Rotor 190, der aus den Teilen 198,200 zusammengesetzt ist, ist drehbar auf dem Stator

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mit Hilfe von Wälzlagern 192 gelagert. Die Drehachse 194 des Primärrotors 182 und der Welle 180 ist in einem schiefen Winkel C "bezüglich der Drehachse 196 des sekundären Rotors 190 in einer Weise angeordnet, die der ähnlich ist, die "bereits oben zur Rotationsmaschine 20 erklärt worden ist. -

Der sekundäre Rotor 190 weist Teilungsmittel auf, die aus einem oder mehreren Flügeln 202,204 "bestehen. Diese sind in entsprechenden Schlitzen "befestigt, die in der inneren sphärischen Oberfläche 206 des Rotors ausgebildet sind. Die Flügel erstrecken sich radial nach innen in die umlaufende Statorausnehmung.

Der primäre Rotor 182 ist als Scheibe ausgebildet, deren äußerer Rand einen verkürzten Teil einer sphärischen Oberfläche darstellt. Er kann eine seitlich gleitende Relativbewegung bezüglich der inneren Oberfläche 206 des Sekundärrotors 190 ausführen. Der Primärrotor 182 ist zur Ausführung von Drehbewegungen mit der Welle 180 durch entsprechende Mittel wie zum Beispiel die Feder 208 verbunden. Diese liegt in einer entsprechenden Nut, die in die Welle und Rotoröffnung 210 eingearbeitet ist, durch die sich die Welle erstreckt. Die Welle verläuft auf beiden Seiten des Primärrotors durch die Bohrung 212, die im Stator angebracht ist. Die äußeren Enden der Welle sind drehbar im Stator gelagert in entsprechenden Wälzlagern, wie zum Beispiel den dargestellten Rollenlagern 214,216.

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Der primäre Rotor 182 teilt die Statorausnehmung in zwei diametrale und sich axial gegenüberliegende Kammern, durch die die gemeinsam umlaufenden Rotorelemente die Flügel bewegen. Diese bilden dabei die Expansions- und Kontraktionsvolumen aus. Die Statorseitenwandungen innerhalb der Ausnehmung werden gebildet von diametralen flachen Oberflächen 218,220. Jede dieser Oberflächen beschreibt umlaufende Sektoren, die mit einer engen Passung mit der ihr gegenüberliegenden rotierenden flachen Oberfläche einer entsprechenden Seite des Primärrotors 182 zusammenarbeitet. Die verbleibenden Teile der Statorseitenwandungen sind als diametrale Oberflächen 222,224 ausgebildet, von denen jede verkürzte Segmente konischer Oberflächen darstellt.

Eine Taumeldichtung 226,227 ist zur Herbeiführung einer Taumelverbindung zwischen den Flügeln und den zweiten und dritten Elementen vorgesehen, um die relative Drehbewegung zu ermöglichen, wenn die beiden Rotorelemente sich relativ zum Stator um ihre Achsen 194, 196 drehen. Die Taumeldichtung besteht aus geschlitzten Zylindern 228, 230, deren Konstruktion ähnlich der ist, die bei der Maschine 20 verwendet wurde. Diese Zylinder sind in den sich in radialer Richtung erstreckenden diametralen Bohrungen vorgesehen, die in dem Primärrotor 182 ausgebildet sind. Sie weisen Schlitze auf, die für die gleitende Aufnahme der entsprechenden Flügel vorgesehen ist.

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-U-

Die Flügelkanten ^ind gegenüber den Seitenwandungen des Stators und dem Primärrotor abgedichtet mit Hilfe von passenden ü-förmigen Dichtelementen 232,234, die in den Schlitzen angeordnet sind. Diese sind entlang den Flügelseitenkanten und den sich innen erstreckenden Kanten ausgebildet. Zusätzlich sind Labyrinthdichtungen 236,238 ausgebildet zur Abdichtung des Umfangs und der Kanten des Stators 184 bezüglich der inneren Kanten des Sekundärrotors 190. Ein Paar umlaufender Labyrinthdichtungen 240,242 sind radial einwärts auf den Flügeln befestigt. Sie liegen zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen des Stators 184 und des Primärrotors 182.

Einlaß- und Auslaßmittel sind vorgesehen, um die Flüssigkeit und/oder das Gas ein- bzw. auszulassen in das expandierende und kontraktierende Volumen der Kammern. Die Einlaßmittel weisen einen Einlaß 244 auf, der mit einem Einlaßkanal 246 verbunden ist. Dieser ist im Stator ausgebildet und führt zu einer Einlaßöffnung, die ihn mit dem aufnehmenden Teil der Statorkammer verbindet. Die Auslaßmittel weisen einen Auslaß 248 auf, der mit einem Aüslaßkanal 250 verbunden ist. Dieser ist im Stator ausgebildet und führt von einer Einlaßöffnung weg. Diese liegt im ausschiebenden Teil der an-deren Kammern!*.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer Abwicklung einer Rotationsmaschine 252, die eine als Verbrennungsmaschine ausgebildete Ausführungsform der Erfindung

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darstellt. Die Maschine 252 weist einen Stator 254 auf. Dieser umgibt eine innere Ausnehmung, die zur Aufnahme eines primären Rotors 256 und eines sekundären Rotors 258 geeignet ist. Die beiden Rotorelemente sind zur Ausführung gemeinsamer Drehbewegungen um schräge Achsen ausgebildet und so angeordnet, daß sie die Ausnehmung des Stator.s in die Kammern 260,262 unterteilte Ein Paar Flügel 264,266 werden in Taumeldichtungen 268,270 geführt, die ihrerseits innerhalb des Primärrotors befestigt sind. Die Dichtmittel 272,274 sind vorgesehen, um die Flügelkanten an den Seiten der Ausnehmungen im Stator abzudichten.

Einlaßmittel mit einem Einlaß 276 sind vorgesehen, der mit einem Einlaßkanal 278 verbunden ist. Dieser führt zur Einlaßöffnung 280, die sich in den aufnehmenden Teil der Kammer 262 öffnet. Der Einlaß 276 ist verbunden mit einem Vergaser, in dem eine Mischung aus Brennstoff und Luft hergestellt wird. Auslaßmittel sind vorgesehen. Sie weisen einen Auslaß 282 auf, der mit einem Kanal 284 verbunden ist. Dieser leitet von Auslaßöffnungen 286 weg.

Zündmittel zünden das komprimierte und eingesaugte G-emisch im Führungsteil der Kammer 260. Diese enthalten ein Paar Zündkerzen 280,290, die diametral am Sekundärrotor 258 befestigt sind.

Geeignete Ventile überführen das komprimierte G-emisch vom beweglichen Teil der Kammer 262 zum Führungsteil der gegenüberliegenden Kammer 260, bevor die Explosion erfolgt. Die Ventile bestehen aus Strömungswächterventilen

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292,294» die dazu geeignet sind, die Verbindung zwischen den Kammern 260 und 262 zu öffnen.

Die Ventile 292 und 294 gleichen sich im wesentlichen. Jedes enthält einen Strömungsdurchlaß 296, der auf der einen Seite des Primärrotors 256 ausgebildet ist und eine äußere Öffnung aufweist, die eine Verbindung mit der Kammer 262 und mit einer inneren Öffnung herstellt. Diese liegt im Zylinder der Abdichtung 268 gegenüber. Ein dieser gegenüberliegender Strömungsdurchlaß 298 ist im Primärrotor ausgebildet und weist eine äußere Öffnung auf, die in Verbindung steht mit der Kammer 260 und mit einer inneren Öffnung, die dem Zylinder der Dichtung 268 benachbart ist. Ein Querkanal 500 ist im Abdichtzylinder vorgesehen und erstreckt sich durch den Zylinder bis unterhalb den Flügel 264. Die gegenüberliegenden offenen Enden des Kanals 300 sind so angeordnet, daß sie sich innerhalb und außerhalb des Gleichtakts mit den benachbarten Enden je eines Strömungsdurchlasses 296,298 befinden.

Im Betrieb wird der Flügel 266 durch die relative Drehung der beiden Rotorelemente an der Einlaßöffnung 280 vorbeigeführt, so daß das expandierende Volumen des aufnehmenden Teils der Kammer 262 die Füllung aus dem Einlaß 276 ansaugt. Der folgende Flügel 264 bewegt sich dann darüber und schließt die Einlaßöffnung 280, um die Kompressionspbase einzuleiten. Die Kompression des Gemisches auf

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der Vorderseite des Flügels 264 nimmt zu in dem Maße, wie sich der Zylinder der Taumeldichtung 263 dreht. Die Drehung ist beendet, wenn der Querkanal 300 in Übereinstimmung mit den Strömungskanälen 296,298 des Rotors ist. Die zusammengepreBte Mischung strömt dann vom ausschiebenden Teil der Kammer 262 über das Strömungsventil 292 in den aufnehmenden Teil der Kammer 260. Die Zündanlage gibt dann Spannung auf die Zündkerze 288, die das verdichtete Gemisch zur Explosion bringt. Durch die expandierenden Grase wird eine Kraft auf jeden Flügel 264 ausgeübt. Die angesaugten Gase entweichen durch die Auslaßöffnungen und den Auslaß 282. Durch die Tätigkeit des folgenden Flügels 266 werden die verbrannten Gase aus dem Zylinder 260 ausgetrieben.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Rotationsmaschine 412 darstellt. Ein Ringrotor 414 ist drehbar um eine Längsachse des Stators 420 auf Wälzlagern 416,418 gelagert. Der Stator seinerseits ist durch passende Träger 422,424 auf einem Fundament befestigt. Ein Primärrotor 426 ist zur Aueübung von gemeinsamen Umdrehungen mit dem Ringrotor auf einem Wälzlager 428 gelagert, auf dem es Drehungen um ein Statorschaftsegment 430 ausführen kann· Dieses ist entlang einer schrägen Achse geneigt und schneidet die Längsachse des Stators.

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Ein einfacher Flügel 432 ist an der äußeren Wandung des Ringrotors befestigt. Die sich in radialer Richtung erstreckenden Seitenkanten 434,436 des Flügels sind in Schlitzen befestigt, die entlang den inneren Seitenwandungen des Rotors 414 ausgebildet sind. Eine zylindrische Taumeldichtung 438 ist vorgesehen, um eine kombinierte Gleit- und Taumeldichtungsverbindung herbeizuführen zwischen dem Flügel und dem Primärrotor, so wie es im folgenden im Detail beschrieben wird.

Die Maschine 412 ist vorgesehen als G-askompressor und weist einen Ringrotor 414 auf, der durch !Treibriemen angetrieben wird, die auf (Dreibriemenrillen 440 befestigt sind. Die Einlaßluft tritt in die Arbeitskammern ein durch Einlaßöffnungen 442,444. Luftführungen 446,448 sind paarweise an der äußeren Oberfläche der Seitenwandungen des Ringrotors befestigt. Ein Paar Auslaßkanäle 450, 452 sind im Primärrotor 426 ausgebildet. Jeder Auslaßkanal hat eine Auslaßöffnung, die sich radial nach innen öffnet durch eine Zentralbohrung 454, die sich durch den Primärrotor erstreckt. Ein Paar Auslaßkanäle 456,458 sind im Stator ausgebildet, wobei jeder Kanal eine Auslaßöffnung aufweist, die nach außen von dem Statorschaft wegweist. Jeder Kanal 456,458 hat eine Auslaßöffnung, die mit entsprechenden Verbindern 460,462 in Verbindung stehen. Diese sind an gegenüberliegenden Enden des Stators befestigt.

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Der Ringrotor 414 ist ausgebildet in zwei sich axial gegenüberliegenden Schalen 464,466, die miteinander durch Schrauben 468 verbunden sind. Dichtmittel mit einem Paar von Ringdichtungen 470 sind in ringförmigen Nuten befestigt, die den Primärrotor umgeben.

Der Flügel 232 ist an seiner Spitze ϊ-förmig ausgebildet, um eine Passung in einen T-förmigen Schlitz zu bilden. Dieser ist in den beiden Schalen 464,466 ausgebildet. Die sich nach innen erstreckende Spitze 474 des Flügels gleitet relativ zu der gegenüberliegenden sphärischen Oberfläche eines Einschnitts 476, der in der Nabe des Primärrotors 426 ausgebildet ist. Ein Dichtelement 477 ist in eine Nut in der Spitze des Flügels eingepaßt.

Eine Taumeldichtung 438 ist auf zwei Halbsegmenten 478,480 ausgebildet, die zusammen einen sich in radialer Richtung erstreckenden Zylinder bilden. Dieser ist mit Schultern 482,484 versehen, die zur Ausführung von Vor- und Rückw.ärtstaumelbewegungen ausgebildet sind. Jedes Halbsegment weist eine äußere zylindrische Oberfläche auf, die in eine zylindrische Bohrung 486 eingepaßt ist. Diese ist im Primärrotor ausgebildet. Die Schultern 482,484 sind schwenkbar gegenüber der sphärischen äußeren Oberfläche des Einschnitts 476 in der Nabe des Primärrotors gelagert.

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— PO —

Der Stator 420 stellt eine dreistöckige Konstruktion dar, die aus einem Schaftsegment 430 und Endlagem 488,490 besteht, die voneinander entfernt sind. Die Endlager sind auf den !Trägern 422,424 "befestigt und mit Schrauben 492 gegeneinander verschraubt.

Die Arbeitsvolumina auf den zwei Seiten des Primärrotors sind abgedichtet durch die beiden Ringdiehtungen 470, die beiden Ringdichtungen 494, 496, die auf den inneren Kanten des Ringrotors befestigt sind, und der bogenförmigen Spitzendichtungen der Plügel 477.

Der Gebrauch und die Wirkungsweise der Maschine 412 als Luftkompressor ist dargestellt in der Abwieklungsansicht der Pig. 10, Wenn sich die beiden Rotoren gemeinsam drehen, bewegen sich die Plügel 432 durch die Kammern.

Die expandierenden Volumina der beiden Kammern hinter den Plügelbewegungen bewirken das Ansaugen der Luft durch die Einlaßöffnungen 442,444, während die kontraktierenden Yolumina vor der ITügelbewegung die Luft komprimieren, die sich aus der vorhergehenden Ansaugung darin befindet. Diese komprimierte Luft wird durch die Auslaßöffnung der Kanäle 450,452 ausgestoßen.

Die Pig. 11 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung als eine Maschine 580, die ein Statorgehäuse 482 mit einem oder mehreren Unterteilungen oder Plügeln 584

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und den beiden eingeschlossenen Arbeitskammern 586, 588 aufweist. Eine Scheibe 590 ist zur Ausführung von schrägen Bewegungen innerhalb des Gehäuses auf einer Antriebs-/ Abtriebswelle 592 gelagert.

Das Statorgehäuse 582 weist ein Paar Schalen 594, 596 auf, die miteinander durch die Schrauben 592 verbunden sind. Die beiden Schalen begrenzen eine Ausnehmung, die in einer äußeren Wandung 598 ausgeformt ist. Ihr gegenüber erstrecken sich zylindrische Teile 600,602 des Gehäuses. Diese sind auf der Grundlagerung durch ringförmige Träger 604,606 befestigt.

Die Kraftwelle 592 ist drehbar innerhalb des Gehäuses 582 gelagert durch ein Paar äußerer Wälzlager 608, 610 und innerer Wälzlager 612,614. Ein Paar Endabdeckungen 616,618 sind auf den vorstehenden Enden des Gehäuses befestigt mit Dichtungen 620,622, die innerhalb der Endabdeckungen angeordnet sind. Die inneren Ringe der Wälzlager werden durch geeignete Gegenmuttern 624,626 festgehalten.

Die Kraftwelle 592 weist ein Paar Endsegmente 628, 630 auf, denen sphärische Oberflächen 632,634 und zylindrische Bohrungen 636,638 gegenüberliegen. Diese schneiden schräg mit einem vorgegebenen Winkel die Längsachse der Kraftwelle. Ein Schaftsegment 640 ist mit sich gegenüberliegenden zylindrischen Enden versehen, die innerhalb der ent-

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sprechenden Bohrungen 636,638 der Endsegmente angebracht sind. Das Schaftsegment ist auf den Endsegmenten durch Schrauben 642,644 befestigt.

Die Scheibe 590 weist ein Paar umlaufende Glieder 646, 648 auf, die miteinander durch Schrauben 650 verbunden sind. An den umlaufenden Gliedern sind Uabenstüeke 652, 654 ausgebildet. Das Schaftsegment ist innerhalb der Scheibe drehbar gelagert auf Wälzlagern 656,658. Die äußeren Ringe dieser Lager sind mit Hilfe von Abstandsringen 660 befestigt und die inneren Ringe mit Hilfe von Gegenmuttern 662,664.

Der Flügel 584 ist innerhalb eines Schlitzes 666 in der äußeren Wandung des Statorgehäuses durch Schrauben 668 befestigt. Die Seitenkanten der Flügel liegen in sich in radialer Richtung erstreckenden Schlitzen 670, die entlang der inneren Seitenwandungen des Gehäuses ausgebildet sind. Die innere Spitze des Flügels ist gegenüber den Naben der Scheibe 652,654 durch eine bogenförmige Spitzenabdichtung 672 des Flügels abgedichtet.

Eine zusätzliche Abdichtung ist vorgesehen durch ein Paar umlaufende Dichtungen 674, die in Schlitzen angebracht sind. Diese Schlitze verlaufen am Rand der Scheibe entlang. Ein Paar ringförmige Dichtungen 676_#678 sind in Schlitzen angeordnet, die an den inneren Rändern der beiden Gehäuseseitenwandungen verlaufen.

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Sine Taumelabdichtung 680 "besteht aus einem sich in radialer Richtung erstreckenden Zylinder 682, der in der Scheibe !befestigt ist. Die 3?aumelabdicbtung erstreckt sich mit ihrer Grundlage in eine zylindrische Ausnehmung 684» die in den Nahen 652,654 ausgehildet ist.

Einlaß- und Auslaßmittel sind zur Steuerung des Arbeitsmittels vorgesehen, so zum Beispiel Luft in die Kammern hinein und aus ihnen heraus zu leiten. Die Einlaßmittel "bestehen aus Einlaßöffnungen 686,688 und die Auslaßmittel "bestehen aus zwei Auslaßöffnungen 690,692. Einstellbare Yentile 694, 696 sind in den Auslaßöffnungen vorgesehen,

Im Betrieb dreht sieh die-Kraftwelle im Gegensinn des Uhrzeigers und das Schaftsegment 64O überträgt die Kraft über die Lager 656, 658.auf die Scheibe 590. Da die Scheibe von der Relativbewegung bezüglich des festen Plügels und Statorgehäuses abgehalten wird durch die 3?aumeldicbtung 680, macht die Scheibe eine schräge Bewegung innerhalb des Gehäuses.

Die Elemente der Maschine 580 befinden sich zuerst in einer Stellung, die sich aus der J?ig. 27 ergibt. In dieser Stellung hat die Kammer 586 auf der linken Seite der Scheibe 590 ihr größtes Volumen erreicht τ*»& unmittelbar am Schluß der Einsaugphase und vor dem Anfang der Ausstoßphase. Durch weitere Drehung der Arbeitswelle

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entgegen dem Uhrzeigersinn "bewegen sich die iDaumelabdiehtungen 680 quer zum Flügel auf die gegenseitige Seitenwandung des Gehäuses zu. Dadurch expandiert das Volumen der Kammer auf der linken Seite der Scheibe 590 und das Gas wird durch die Einlaßöffnung 686 angesaugt. Im gleichen Zeitpunkt "beginnt sich das Volumen dieser Kammer auf der gegenüberliegenden Seite des Plügels zusammenzuziehen und das Gas zu komprimieren. Die Kompression dauert an Ms das Ventil 694 sich öffnet, um den Gasstrom in den abwärts gerichteten Kreislauf zu leiten.

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Claims

Patentansprüche

11. Ι Rotationsmaschine mit einem ersten Element und einem zweiten Element, das zur Ausführung von relativen Drehbewegungen bezüglich des ersten Elementes um eine erste Achse drehbar gelagert ist, gekennzeichnet durch ein drittes Element (26), das zur Ausführung von relativen Drehbewegungen bezüglich des ersten Elementes (22) um eine zweite Achse (60) drehbar gelagert ist, die die erste Achse (42) in einer vorherbestimmten schiefwinkligen Lage schneidet, Mitteln (30,32) zum Bilden einer ringförmigen Ausnehmung, die konzentrisch zur ersten Achse (42) ist und in der das dritte Element (26) in einer Ebene angeordnet ist, die sich diagonal durch die Ausnehmung erstreckt und dadurch diametral liegende Kammern (66,68) erzeugt, Teilungsmitteln (46,48), die sich radial durch die Ausnehmung erstrecken, einen Drehring, mit dem die Teilungsmittel (46,48) zur Ausführung von Relativbewegungen bezüglich des dritten Elementes (26) verbunden sind, wobei die relative Drehung des ersten Elementes bezüglich des zweiten (24) und dritten Elementes (26) expandierende und kontraktierende Volumina innerhalb der Kammern (66,68) auf beiden Seiten der Teilungsmittel (46,48) schafft, .Einlaßmitteln (102) zur Lenkung der Strömung in mindestens eines der expan-

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dierenden Volumina und Auslaßmittel (114) zum Auslaß der Strömung aus mindestens einem der kon traktier enden Yolumina.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die die ringförmige Ausnehmung "bilden, in axialer Richtung voneinander entfernte Seitenwandungen (30,32) aufweisen, die im zweiten Element (24) ausgebildet sind, und daß das dritte Element (26) mit ringförmigen Seitenteilen versehen ist, die sich auf Linien tangentialer Berührung mit den gegenüberliegenden Teilen der Seitenwandungen des zweiten Elementes (24) bewegen.

3. Maschine nach Anspruch 2, zum Gebrauch als Gaskompressor, in welchem das erste Element als fester Stator (22) ausgebildet ist und die Einlaßmittel Einlaßöffnungen (442, 444) aufweisen, die in den Seitenwandungen des zweiten Elementes ausgebildet sind und bezüglich der Teilungsmittel an deren Wandungen vorgesehen sind, an denen sie hinten liegen, bei Betrachtung in Drehrichtung der zweiten und dritten Elemente bezüglich des Stators (420).

4. Rotationsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsmittel aus mindestens einem Flügel (46,48) bestehen, der mit dem zweiten Element verbunden ist, und dessen Außenkante bezüglich der äußeren umlaufenden

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Wandung des zweiten Elementes abgedichtet sind und die radialen Seitenkanten der Flügel (46,48) gegenüber den Seitenwandungen des zweiten Elementes abgedichtet sind.

5. Rotationsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leilungsmittel eine Vielzahl von am Umfang verteilten Flügeln (46,48) aufweisen, die mit Abständen voneinander angeordnet sind und sich durch die Ausnehmung des zweiten Elementes erstrecken, daß die Einlaßmittel Einlaßöffnungen in den Seitenwandungen der zweiten Elemente aufweisen, die an den Seiten der Flügel (46,48) vorgesehen sind, die in Richtung der Relativbewegung der Linien tangentialer Berührung zwischen den zweiten und dritten Elementen liegen und daß die Auslaßmittel Auslaßöffnungen aufweisen, die durch die Wandungen des zweiten Elementes verlaufen und auf den Seiten der Flügel (46,48) angebracht sind, die in Drehrichtung hinter den Linien tangentialer Berührung liegen,

6. Rotationsmaschine nach Anspruch ΐ, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element au6 einem festen Stator (22) besteht und daß das dritte Element als Scheibe ausgebildet ist, die zur Ausführung von Vorwärtsbewegungen entsprechend der Relativdrehung der Elemente in der

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ringförmigen Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Vorwärtsbewegung ein Voranschreiten der diametralen Linien tangentialer Berührung zwischen der Scherbe und dem zweiten Element in Richtung der Drehung des ersten Elementes hervorruft, um ein Expandieren und Kontraktieren der Volumina herbeizufuhren_o

7. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element innere Seitenwandungen aufweist, die einen £eil der ringförmigen Ausnehmung bilden und das dritte Element innerhalb der Ausnehmung zur gemeinsamen Umdrehung mit dem zweiten Element um die zweite Achse befestigt ist und die Teilungsmittel am zweiten Element befestigt sind und in die Ausnehmung hineinragen und die Teilungsmittel Seitenkanten aufweisen, die eine Relativbewegung mit enger Passung bezüglich eines Kreissektors der entsprechenden Seiten wandungen des ersten Elementes ausführen.

8· Rotationsmaschine nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelabdiehtung (78,80) einen Zylinder (82,84) aufweisen, die am dritten Element zur Ausführung von Taumelbewegungen um eine Längsachse befestigt sind, die sich radial durch das dritte Element erstreckt und die Zylinder (82,84) sich in radialer Richtung erstreckende Schlitze (90) aufweisen zur Aufnahme der Teilungs-

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mittel mit gleitender Abdichtung,

9. Rotationsmaschine nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element einen festen Stator (22) aufweist und das dritte Element als Primärrotor (26) ausgebildet ist, der zusammen mit der Kraftwelle Drehungen mit dem dritten Element ausführt zur Abgabe oder Aufnahme von Kraft in die oder von den rotierenden Elementen.

10. Rotationsmaschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Welle koaxial mit der zweiten Achse (36) verläuft und sich durch den Stator (22) erstreckt und das zweite Element einen ringförmigen Rotor aufweist, der drehbar auf dem Stator (22) gelagert ist.'

11. Rotationsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element als fester Stator (22) und das dritte Element als Primärrotor (26) ausgebildet ist, der zur Ausführung von Drehbewegungen drehbar auf dem Stator (22) gelagert ist, und daß das zweite Element drehbar bezüglich des Stators (22) gelagert ist und eine Welle (44) zur Abgabe oder Aufnahme von Kraft von dem oder an das Element vorgesehen ist»

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12. Rotationsmaschine nach Anspruch 7 zum Gebrauch als Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß Se· in der Ausnehmung sich axial gegenüberliegende erste und zweite Kammern ausgebildet sind und die Teilungsmittel mindestens zwei Teilungen aufweisen, die sich durch die Kammern bewegen und diese unterteilen in expandierende und kontraktierende Volumina, und daß die Einlaßmittel aus Einlaßkanälen "für die Luft oder das Gasgemisch bestehen, durch die diese in das expandierende Volumina der ersten Kammer hinter der Bewegung eines der Teilungsmittel eintritt, wobei die Bewegung des nächstfolgenden Teilungsmittels durch die erste Kammer, die Füllung in das sfch zusammenziehende Volumen preßt und daß Ventile vorgesehen sind zur Lenkung der komprimierten Füllung von der ersten Kammer in das expandierende Volumen der zweiten Kammer hinter der Bewegung der Teilungsmittel durch die Kammer, und daß Mittel zum Entzünden des Gemisches im expandierenden Volumen jener zweiten Kammer vorgesehen sind, wobei der Druck des explodierenden Gemisches eine relative Drehbewegung zwischen dem ersten Element und dem zweiten und dritten Element hervorruft, und daß Auslaßmittel einen Auslaßkanal zum Ausstoß des explodierten Gemisches durch das kontraktierende Volumen der zweiten Kammer aufweisen.

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