DE2529351A1 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Rotationskolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit einem Gehäuse, das eine zylinderische Hauptrotorbohrung und mindestens eine zylinderische Hilfsrotorbohrung aufweist, die die Hauptrotorbohrung schneidet und zu dieser parallel verläuft, wobei zum Abschluß beider axialer Enden der Hauptrotor- und der Hilfsrotorbohrung Endwandungen vorgesehen sind, und mit einem Hauptrotor mit einem im allgemeinen zylinderischen Abschnitt koaxial zur Hauptrotorbohrung und mit geringerem Durchmesser als diese und mit einem Nockenabschnitt, der bis zur Berührung der Wandung der Hauptrotorbohrung von diesem zylinderischen Abschnitt vorspringt, sowie mit einem Hilfsrotor, der in der oder jeder Hilfsrotorbohrung angeordnet ist und ein Profil aufweist, das zu dem des Hauptrotors komplementär ausgebildet ist, derart, daß beim Antrieb der Rotoren mit gleicher Geschwindigkeit und in gleichem Drehsinn der oder die Hilfsrotoren in Rotationsberührung oder nahezu in Rotationsberührung mit dem Umfang des Hauptrotors steht bzw. stehen.

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Eine solche Rotationskolbenmaschine ist gemeint, wenn nachfolgend auf eine "Rotationskolbenmaschine der erwähnten Art" Bezug genommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber bekannten Maschinen dieser Art, wie sie beispielsweise in der britischen Patentanmeldung Nr. 997, 878 beschrieben sind, einen verhältnismäßig einfacheren und zuverlässigeren Einlaß zu schaffen, der keine beweglichen Hilfsteile benötigt, sowie eine vorteilhaftere und kompaktere Anordnung des Auslasses zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Hauptrotor dichtend mit wenigstens einer Endwand der Hauptrotorbohrung in Berührung steht, daß wenigstens eine Einlaßöffnung in dieser Endwand vorgesehen ist und sich innerhalb des Umkreises des zylinder!sehen Abschnitts des Hauptrotors befindet, und daß der Hauptrotor ausgeschnitten ist, um die Einlaßöffnung in Richtung auf die Arbeitsräume der Maschine zu öffnen, die durch die Haupt- und Hilfsrotorbohrungen, die äußeren Umfange der Rotationskolben und die Endwände des Gehäuses umgrenzt werden, um Arbeit leistendes Strömungsmittel in diese Räume einzubringen.

Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß der oder jeder Hilfsrotor einen Abschnitt aufweist, der in axialer Richtung über wenigstens eine Endfläche des Hauptrotors hinausragt, daß in einer Endwand der Hauptrotorbohrung eine Übertragungsöffnung ausgebildet ist, die zu jenem Teil der Hilfsrotorbohrung führt, die diesen vorspringenden Teil des Hilfsrotors aufnimmt, daß eine Auslaßöffnung 18 vorgesehen ist, die von diesem Teil der Hilfsrotorbohrung an einer Stelle ausgeht, die einen Abstand von der Überströmöffnung aufweist, und daß der vorspringende Teil des Hilfsrotors ein Rotationsventil zum Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen der Überströmöffnung

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und der Auslaßöffnung zu den jeweils erforderlichen Zeitpunkten während" des Rotationszyklus der Maschine darstellt.

Anhand der nun folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert .

Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung den geometrischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine mit einem Hauptrotor und zwei diametral einander gegenüberliegend angeordneten Hilfsrotoren, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 1-1 in Fig. 3 durch eine erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine mit einem Hauptrotor und zwei einander diametral gegenüberliegend angeordneten Hilfsrotoren,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4A einen Teilschnitt längs der Linie 4A-4A in Fig. 2, Fig. 4B einen Teilschnitt längs der Linie 4B-4B in Fig. 2, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 3, Fig. 6 eine teilweise längs der Linie 6-6 in Fig. 3 geschnittene Detailansicht und die

Fig. 7 schematische Ansichten der in den Fig. 1 bis 6 gezeigten bis 13 Maschine zur Erläuterung aufeinanderfolgender Arbeitspositionen der Rotoren der Maschine im Verlauf eines Arbeitszyklus,

Die Zeichnungen zeigen eine Rotationskolbenmaschine mit einem Hauptrotationskolben oder Hauptrotor 10 und zwei Hilfsrotationskolben oder Hilfsrotoren 11 und 12, die parellel zum Hauptrotor und in Bezug auf den Hauptrotor aneinander diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet sind, wobei die Rotoren in gleicher Drehrichtung und mit gleichen Geschwindigkeiten angetrieben sind.

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Die Rotoren sind in einem Gehäuse 13 angeordnet, das drei parallele Bohrungen aufweist, die sich schneiden und die drei Rotoren 10, bzw. 12 enthalten. Die in der Zeichnung dargestellte Rotationskolbenmaschine wird nachfolgend für eine Betriebsweise als Luftoder Gaskompressor beschrieben, wobei durchRotation der Rotoren drei aktive Arbeitsräume oder Zellen gebildet werden, in denen die Kompression und Entladung aufeinanderfolgend während eines vollständigen Arbeitszyklus von 540 stattfindet, wobei der Kompressor zwei gleiche Entladungsimpulse pro Umdrehung des Hauptrotors abgibt. Der Kompressor kann eine einstufige Maschine sein oder eine Stufe einer mehrstufigen Maschine darstellen, wobei die Einheit in normaler, geschmierter Form oder in ungeschmierter Form betrieben werden kann, oder aber in einer Betriebsweise mit Kühlmitteleinspritzung. Eine vollständige dynamische Auswuchtung der drehenden Teile kann durch entsprechende Verteilung der Schwerezentren der sich drehenden Teile erreicht werden.

Die Grundgeometrie der Form der Rotoren und des Gehäuses 13 wird nun unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Die Achsen der drei Rotoren 10, 11 und 12 sind auf der ihre Zentren verbindenden Linie angezeichnet, wobei die Achsen der Hilfsrotoren längs dieser Linie einen Abstand C von der Achse des Hauptrotors aufweisen. Eine Linie XY ist in einem Winkel von θ zur die Zentren verbindenden Linie durch die Achse des Hauptrotors gezogen. Die Sehne eines Bogens mit dem Radius C um das Zentrum des Hauptretors zwischen der vorstehend erwähnten, die Zentren verbindenden Linie und der Line XY ergibt den Radius b der Hilfsrotoren. Der Basiskreis des Hauptrotors mit dem Radius a wird dann die Hilfsrotorkreise tangierend zwischen diesen Kreisen gezogen. Die Konstruktion wird dadurch fortgesetzt, daß in den Kreis des oberen Hilfsrotors ein Radius eingezeichnet wird, der einen Winkel von θ zu jenem Radius dieses Kreises einschließt, der die Sehne des vorstehend erwähnten Bogens zwischen der die Zentren verbindenden Linie und der Linie XY darstellt, wobei der Winkel θ° in Richtung

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auf die Hauptrotorachse gemessen wird. Dieser zuletzt konstruierte Radius schneidet den Kreis des oberen Hilfsrotors an einem Punkt Z, der ebenso von der Linie XY durchlaufen wird. Die radiale Entfernung zwischen Z und der Achse des Hauptrotors ergibt den Radius d für das Hauptrotorgehäuse und für den nockenartigen Vorsprung des Hauptrotors, wie nachfolgend noch erläutert wird. Zwei Kreise konzentrisch zu den Achse der Hilfsrotoren werden dann den das Hauptrotorgehäuse definierenden Kreis tangierend eingezeichnet, und stellen die Kernkreise der Hilfsrotoren dar.

Der Hilfsrototorkreis wird dann konzentrisch zur Achse des Hauptrotors innerhalb des Hauptrotorgrundkreises aufgetragen, wie in Fig. 1 in einer strichpunktierten Linie dargestellt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besitzt der Hauptrotor einen nockenartigen Vorsprung, der dadurch erzeugt wird, daß konzentrisch zum Zentrum des Hauptrotors ein Bogen vom Radius d aufgetragen wird, der sich über einen Winkel von μ erstreckt und gleiche Abschnitte auf beiden Seiten der oben erwähnten, die Zentren verbindenden Linie besitzt. Bogen mit einem Radius, der gleich dem Zentrumsabstand C ist, werden um die einander gegenüberliegenden Kanten der Spitze des nockenartigen Vorsprungs geschlagen und schneiden den um das Zentrum des Hauptrotors gezogenen Hilfsrotorkreis in Punkten P und Q. Die Flanken des nockenartigen Vorsprungs des Hauptrotors werden dann dadurch konstruiert, daß Bogen mit dem Radius C um die Punkte P bzw. Q geschlagen werden und sich von den entsprechenden Seiten der Spitze des nockenartigen VorSprungs des Hauptrotors tangierend an den Hauptrotorbasiskreis erstrecken. Das Hilfsrotorprofil wird dann dadurch erzeugt, daß die Nockenspitze des Hauptrotors konzentrisch zur Achse des Hilfsrotors aufgetragen wird und Bogen mit dem Radius C um die Punkte R bzw. S geschlagen werden, die die Außenkanten der Nockenspitze des Hauptrotors darstellen, um zwei Bögen zu erzeugen, die sich vom Hilfsrotorkreis aus erstrecken und sich auf der oben erwähnten, die Zentren verbindenden

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Linie schneiden. Die konstruierten Bögen mit den durch R bzw. S verlaufenden Radien erstrecken sich unterhalb der Achse des Hilfsrotor s und sind durch einen Bogen verbunden, der konzentrisch zum Zentrum des Hilfsrotors verläuft und die Nockenspitze des am Hauptrotor befindlichen Nockens tangiert, um einen zentralen Abschnitt des unteren Profils des Hilfsrotors zwischen den kreisförmigen Bogen mit dem Radius C zu bilden, die den Rest des unteren Profils des Hilfsrotors bilden.

Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Nockenspitze des Hauptrotors durch eine Linie gebildet, die sich in axialer Richtung des Rotors erstreckt, so daß sie im Querschnitt auf der erwähnten, die Zentren verbindenden Linie durch einen Punkt dargestellt wird, der sich dort befindet, wo der Hauptrotorgehäusekreis die die Zentren verbindende Linie schneidet. Die Punkte P und Q werden dann dadurch ermittelt, daß man einen Bogen mit Radius C um diesen Punkt schlägt. Die Flanken des Nockenabschnittes des Hauptrotors werden dann dadurch erzeugt, daß Bogen mit einem dem Zentrumsabstand C gleichen Radius geschlagen werden, die den Basiskreis des Hauptrotors tangieren, wobei die Bogenzentren auf dem konstruierten Kreis bei P und Q liegen. Die unteren Profile der Hilfsrotoren entsprechen dann einem Bogen, dessen Zentrum an der Nockenspitze des Hauptrotors liegt und der sich zwischen den Punkten P und Q erstreckt.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion ist so ausgebildet, daß bei Verwendung von Profilbögen mit einem der einheitlichen Distanz C der Rotorzentren entsprechenden Radius alle Diskontinuitätspunkte auf den Profilen sowohl der Haupt- als auch der Hilfsrotoren auf Verlängerungen dieser Bögen um die jeweiligen Zentren liegen, um die sie erzeugt worden sind. Diese Konstruktion, in

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der der Punkt Z und damit der Radius des Hauptgehäuses und des Kernkreises der Hilfsrotoren festgelegt ist, wird für die dieser Konstruktion eigentümliche Einfachheit, für die Beschreibung der Winkellage der einzelnen Rotoren und der Berechnung der zugeordneten Räume während des Arbeitszyklus bevorzugt. Es ist jedoch auch möglich den Radius des Hilfsrotorkernkreises willkürlich festzulegen, wobei der Punkt Z und der Radius d des Hauptrotorgehäuses dann nicht von dem Winkel θ abhängig ist. Die Geometrie kann dann in ähnlicher Weise vollendet werden, wobei jedoch die Berechnung der Arbeitsräume innerhalb der Maschine komplexer wird.

Der Winkel θ liegt vorzugsweise zwischen 24 und 26 , abhängig vom Winkel u der Nockenspitze, um. die größte Verdrängung bei einem Einheitszentrumsabstand C zu erhalten. Der Winkel θ kann günstigerweise zwischen 22 und 28 liegen, wo es Ventilsteuerung oder besondere Aufgaben gestatten.

Die axiale Länge des Hauptrotor-Arbeitsraums beträgt vorzugsweise drei Viertel des Rotorzentrumsabstands C bei Bedingungen, die die minimale Länge der Dichtungslinie des Arbeitsspiels zwischen den Rotoren und Zwischen den Rotoren und den Gehäusewänden ergibt. Die axiale Länge kann jedoch verändert werden, wo es Ventilsteuerung und besondere Aufgaben gestatten.

Der Nockenspitzenwinkel η wird willkürlich so gewählt, daß er die Herstellung erleichtert und der Form der Auslaßöffnung angepaßt ist, wie nachstehend beschrieben wird. Vorzugsweise wird ein Winkel u von 10 verwendet, er kann jedoch in einem günstigen Bereich zwischen 0 und 15 liegen.

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Die Radii der Profile und des Gehäuses und die axiale Länge werden bezogen auf den Zentrumsabstand C zwischen den Rotoren festgelegt, wodurch Längen, Flächen oder Volumina leicht für verschiedene Maschinenkapazitäten verändert werden können, weil die Kapazität dann eine Funktion des Zentrumsabstands darstellt.

Der Hauptrotor läuft in Richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils um und ein in Fig. 1 durch Schraffur gekennzeichneter Teil der nachlaufenden Flanke des Hauptrotors ist für einen nachfolgend noch im Zusammenhang mit der Einlaßöffnung der Maschine beschriebenen Zweck ausgeschnitten. Der den ausgeschnittenen Teil des Hauptrotors der Maschine überdeckende Winkel beträgt (180 +4j - 2Θ) und liegt vorzugsweise Zwischen 137 und 133 , wodurch die Voraussetzung geschaffen wird, daß ein dichtender Kontakt zwischen dem Hauptrotor und dem Umfang des Hilfsrotors in dem Augenblick zustandekommt, in dem der HiIfsrοtorraum vom Hauptarbeitsraum isoliert und abgetrennt wird, wie nachfolgend bei der Erläuterung der Arbeitsfolge der Maschine beschrieben ist. Unter diesen Bedingungen hält der abgedichtete Arbeitsraum in der Hauptrotorbohrung das größte abgesonderte Volumen, das nachfolgend in der Maschine komprimiert wird, und die Bedeutung des Konstruktionswinkels Θ- kann daran gezeigt werden, daß er sicherstellt, daß das abgetrennte Volumen bei dem einheitlichen Zentrumsabstand C einen Maximalwert erreicht, oder sich einem Maximalwert nähert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der die Geometrie nach Fig. 1 aufweisenden Rotationsmaschine wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 6 erläutert.

Wie oben beschrieben wurde, besitzt die Rotationsmaschine einen

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Hauptrotor 10 und zwei Hilfsrotoren 11 und 12 parallel zum Hauptrotor und an einander diametral gegenüberliegenden Stellen des Hauptrotors. Die drei Rotoren sind in einem Gehäuse 13 in parallelen Bohrungen angeordnet, die sich schneiden.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, umfaßt der Hauptrotor 10 eine Welle 30, die an ihren Enden in an sich bekannter Weise drehbar gelagert ist, und zwar durch einen Satz von Dichtungen und Lagern 31. Eine Verlängerung 32 dieser Welle 30 erstreckt sich in axialer Richtung über das Ende des Gehäuses 13 hinaus, wobei auf dieser Verlängerung 32 zwei gleichgroße Ritzel 33 und befestigt sind.

Die Hilfsrotoren 11 und 12 umfassen Wellen 35 bzw. 36, die an ihren Enden mittels einer Gruppe von Dichtungen und Lagern 31 drehbar gelagert sind. In Fig. 2 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein solcher aus Dichtungen und Lagern bestehender Satz dargestellt.

Die Wellen 35 und 36 besitzen Verlängerungen 38 bzw. 39, die sich in axialer Richtung über das Ende des Gehäuses 13 hinaus erstrekken, und zwar parallel zur Verlängerung 32 und in gleichem Abstand von dieser. Ritzel 41 und 42, deren Größe mit der der Ritzel 33 und 34 identisch ist, sind auf den Verlängerungen 38 und 39 befestigt.

Das Ritzel 33 steht mit dem Ritzel 41 über einen Zahnriemen 45 in Antriebsverbindung, während das Ritzel 34 mit dem Ritzel 42 durch einen ähnlichen Zaznriemen 45 verbunden ist. Die Anordnung ist derart getroffen, daß die drei Wellen 30, 35 und 36 und damit die drei Rotoren in gleicher Richtung mit gleicher Geschwindigkeit

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angetrieben werden. Die Ritzel und Riemen werden von einer Haube 47 eingeschlossen, die an das Ende des Gehäuses 13 angefügt ist.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die die Zentren der Rotoren verbindende Linie innerhalb des Gehäuses gegenüber der vertikalen Richtung um etwa 45 geneigt ist. Diese Anordnung wurde gewählt, um den Zusammenbau der Maschine zu erleichtern, wenn die Maschine als eine Stufe eines mehrstufigen Kompressors verwendet wird.

Der Umriß des arbeitenden Längenabschnitts der Rotoren 10, 11 und 12 ist so ausgebildet, wie er unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben worden ist, die Rotoren sind jedoch mit hohlen Innenräumen 50 und Wandungsabschnitten 51 unterschiedlicher Dicke ausgerüstet, um eine dynamische Auswuchtung eines jeden Rotors zu erreichen.

Der Lufteinlaßweg zur Maschine wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die Figuren 3, 4B und 5 erlauert.

Jede Endwand 16 des Hauptrotorgehäuses ist mit einer ringförmigen Einlaßöffnung 19 versehen, die zentrisch zur Achse des Hauptrotors angeordnet ist. Die Einlaßöffnung 19 liegt vollständig innerhalb des Basiskreises des Hauptrotors mit dem Radius a. Der bogenförmige Basisabschnitt 55 des Ausschnitts 20 des Hauptrotors bildet den inneren Umfang der Einlaßöffnung 19, die dann kontinuierlich durch den Ausschnitt 20 freigegeben wird, wenn der Hauptrotor rotiert. Der Einlaßöffnung 19 wird Luft über einen Einlaß 57 an der Oberseite des Gehäuses 13 und über im Gehäuse ausgebildete Kanäle 58 und 59 zugeführt. Die Bahn der zu den Einlaßöffnungen 19 strömenden Luft wird durch Pfeile 60 in Fig. 5 gekennzeichnet. Obwohl jede Einlaßöffnung als

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ringförmig beschrieben wurde, kann jede Einlaßöffnung aus einer Anzahl von bogenförmigen Öffnungen bestehen, die auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet sind. Die Unterteilungen zwischen diesen Öffnungen können die Festigkeit des Gehäuses verbessern.

Der Luftauslaßweg aus der Maschine wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die Figuren 2, 4A, 5 und 6 erläutert.

Die Hilfsrotoren 11 und 12 ragen jeweils in beiden Richtungen axial über die Endflächen 61 und 62 des Hauptrotors 10 hinaus. Die überstehenden Endabschnitte der Hil'fsrotoren sind mit 14 gekennzeichnet.

Ein Teil des Umfangs eines jeden Endabschnitts 14 ist mit einer Ausnehmung versehen, um eine umlaufende Verbindungsöffnung 15 zu bilden. Jede Endwand 16 der Hauptrotorbohrung ist mit einem Paar von Überleitungsöffnungen 17 an einander diametral gegenüber liegende'n Stellen versehen, die von der Hauptrotorbohrung des Gehäuses ausgehen. Das Gehäuse ist außerdem mit zwei Paaren von Auslaßöffnungen 18 ausgestattet, wobei jeweils ein Paar im Bereich jeder Endwand 16 des Hauptrotorgehäuses angeordnet ist. Die Auslaßöffnungen 18 sind . axial fluchtend zu den Öffnungen 17 angeordnet und gehen von einem Wandungsabschnitt des Gehäuses aus, der einem benachbarten Abschnitt des Umfangs eines Hilfsrotors gegenüberliegt. Die Öffnungen 17 und 18 sind voneinander durch den Endabschnitt 14 des Hilfsrotors getrennt, mit Ausnahme der Zeit, während der die umlaufende Verbindungsöffnung 15 mit den Öffnungen 17 und 18 in Verbindung steht, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, damit eine Strömung von der Öffnung 17 über die VerbindungsÖffnung 15 zur Auslaßöffnung 18 stattfinden kann.

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Die komprimierte Luft wird aus den Öffnungen 18 über Kanäle 63 und 64 zur Auslaßmündung 65 geführt. Die Bahn der ausströmenden Luft wird in Fig. 5 durch Pfeile 66 gekennzeichnet.

Die Wirkungsweise des Kompressors wird nun unter Bezugsnahme auf die Fig. 7 bis 13 erläutert. In diesen Figuren wurden zur besseren Übersichtlichkeit Bezugszeichen zur Kennzeichnung gewisser Teile der Maschine nur in Fig. 7 eingetragen.

Betrachtet man zunächst die in Fig. 7 dargestellte Stellung, so bilden der Hauptrotor und die Hilfsrotoren zwischen sich, den Bohrungen und den Endwänden des Gehäuses 13 drei Arbeitsräume oder Zellen 1, 2 und 3. Die Zelle 1 wurde gerade von der dann durch" den ausgeschnittenen Abschnitt 20 des Hauptrotors freigegebenen Einlaßöffnung 19 abgetrennt, und zwar durchZusammenwir.-ken der unteren Kante des Hauptrotors mit dem Hilfsrotor 12, so daß die Zelle 1 mit einem Luftvolumen gefüllt ist, das zur Kompression zur Verfügung steht. Dieses Volumen ist das maximale Volumen, das durch irgendeine der Zellen unmittelbar vor der Kompression eingeschlossen werden kann. Da unmittelbar vor der in Fig. 4 gezeigten Stellung die Zelle 1 und die Zelle 2 durch den ausgeschnittenen Abschnitt 20 verbunden waren, befindet sich auch die in dem halbkreisförmigen Raum 21befindliche Luft bzw. das darin befindliche Gas, das von den Arbeitsräumen oder Arbeitszellen der Maschine durch den Hilfsrotor 12 isoliert ist, im Ansaug- bzw. Einlaßzustand, so daß für die im Raum 21 eingeschlossene und - wie nachfolgend noch beschrieben wird - im weiteren Verlauf des Arbeitszyklus in eine andere Zelle zu entlassende Luft keine Arbeit verwendet werden muß.

Die Zelle 2 befindet sich im Einströmzustand, so daß diese Zelle

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noch mit Luft gefüllt wird. Die Zelle 3 erreicht das Ende der Entladung der komprimierten Luft durch die Überströmöffnung 17, die noch nicht vorllständig durch den Rotor 10 abgedeckt worden ist, sowie über die Verbindungsoffnung 15, die sich in einer Position befindet, in der sie eine Verbindung zwischen der Gehäuseöffnung 17 und der Auslaßöffnung 18 darstellt, sowie schließlich durch die Auslaßöffnung 18.

Während sich der Rotor zwischen den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Stellungen weiterbewegt, wird die Luft oder das Gas in der Zelle' komprimiert, während die Luft oder das Gas in der Zelle 3 vollständig ausgetrieben worden ist und die Zelle 3 jetzt mit der Aufnahme einer frischen Füllung von Luft oder Gas beginnt, weil sie durch den Ausschnitt 20 mit der Zelle 2 verbunden ist, so daß sie Luft oder Gas über die Einlaßöffnung 19 aufnehmen kann. Die Zelle 2 befindet sich noch im Einströmzustand und setzt die Luftaufnahme fort, da die Einlaßöffnung 19 immer noch durch den Ausschnitt 20 freigegeben ist.

Wenn die Rotoren die in Fig. 9 gezeigte Stellung erreichen, ist die Kompression in der Zelle 1 vollendet und die umlaufende Verbindungsöffnung 15 des Hilfsrotors 12 ist dabei, die Gehäuseöffnung 17 mit der Auslaßöffnung 18 zu verbinden, um die Entladung der komprimierten Luft bzw. des komprimierten Gases aus der Zelle 1 zu gestatten. Die Zellen2 und 3 nehmen weiterhin Luft oder Gas auf. Die Luft oder das Gas im halbmondförmigen Raum 21 wird nun in die Zelle 2 entlassen, da diese Luft oder dieses Gas sich jedoch im Einströmzustand befindet, war auf diese Luft bzw. dieses Gas keine Arbeit aufzuwenden, die andernfalls verloren wäre, wenn die Luft bzw. das Gas in die Zelle 2 entlassen wird.

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In der in Fig. 10 gezeigten Stellung ist die umlaufende Verbindungsöffnung 15 vollständig geöffnet und ermöglicht eine volle Strömung von der Auslaßkanalöffnung 18 zu der im Gehäuse angeordneten Überströmöffnung 17. Die Zellen 2 und 3 sind noch zur Einlaßöffnung 19 und untereinander geöffnet, da sie noch durch den Ausschnitt 20 des Hauptrotors verbunden sind.

Wenn die Rotoren die in Fig. 11 gezeigte Stellung erreicht haben, ist die Entladung mit voller Strömung beendet und die umlaufende Verbindungsöffnung 15 ist dabei, die Verbindung zwischen der Übertragungsöffnung 17 im Gehäuse und der Öffnung 18 des Auslaßkanals zu schließen. Der Hauptrotor 10 ist ebenfalls dabei, die Übertragungsöffnung 17 im Gehäuse zu verschließen. Es ist ersichtlich, daß der radial innenliegende, gekrümmte Rand der Übertragungsöffnung 17 durch den anschließenden Abschnitt der voranlaufenden Flanke des Hauptrotors bestimmt wird, wenn der Hauptrotor sich in der in Fig. 11 befindlichen Stellung befindet. Die Form der Übertragungsöffnung 17 im Gehäuse ist so gestaltet, daß bei einer Drehung des Hauptrotors über die in Fig. 11 gezeigte Stellung hinaus die Öffnung fortschreitend abgedeckt wird und der Öffnungsquerschnitt ziemlich genau mit der selben gleichmäßigen Geschwin-. digkeit verringert wird, mit der die als Ventil dienende Umlaufende Überströmöffnung 15 geschlossen wird.

Wenn die Rotoren sich in die in Fig. 12 gezeigte Position gedreht haben, hat der Hauptrotor die Übertragungsöffnung 17 im Gehäuse nahezu vollständig abgedeckt und die drehbare Übertragungsöffnung 15 wurde nahezu geschlossen, so daß die Zelle 1 sich dem Ende ihrer Kompressions- und Entladungsphase nähert. Die Belle 2 wurde gerade von der Zelle 3 und damit von der Einlaßßffnung 19 abgetrennt, so daß die Zelle 2 mit dem maximalen Ladevolumen angefüllt ist, das in der Zelle 2 für die Kompressionsphase vorbe-

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Sfc

reitet ist. Es ist auch zu bemerken, daß das im halbmondförmigen Raum 22 von den Arbeitsräumen oder -zellen der Maschine durch das Drehventil 11 isolierte Gas bzw. die dort befindliche Luft sich im Einlaßzustand befinden, weil dieses Volumen unmittelbar, bevor es dort eingeschlossen wurde, einen Teil der Zelle 2 bildete, die dann durch den Ausschnitt 20 mit der Einlaßöffnung 19 verbunden war. Das im halbkreisförmigen Raum 22 befindliche Volumen erforderte damit keinerlei Arbeit, die andernfalls verloren wäre, wenn dieses Volumen später während des Arbeitszyklus der Maschine in die Zelle 3 entlassen wird, wenn sich die Zelle 3 immer noch im Einlaßzustand befindet.

Wenn die Rotoren in die in Fig. 13 gezeigte Stellung gedreht worden sind, wird die Kompression in der Zelle 2 begonnen haben. Die Zelle 3 nimmt immer noch Luft oder Gas über den Einlaß 19 auf. Die Zelle 1 wurde jetzt vollständig von Druckluft oder Druckgas entleert und die umlaufende Verbindungsöffnung 15 ist nun vollständig geschlossen, während der Hauptrotor die Übertragungsöffnung

17 vollständig abdeckt. Es ist ersichtlich, daß der Hauptrotor einen Abschnitt 23 aufweist, der sich von der nachlaufenden Kante des nockenartigen Vorsprungs des Hauptrotors aus in den Bereich des ausgeschnittenen Abschnitts 20 erstreckt, und der dazu dient und so gestaltet ist, daß er die Übertragungsöffnung 17 vollständig abdeckt, bis die Entladung vollendet ist und die Verbindung söffnung 15 geschlossen ist, damit keine Rückströmung von komprimierter Luft oder komprimiertem Gas aus der Auslaßöffnung

18 und der Verbindungsöffnung 15 in die Zelle 3 erfolgen kann, die sich im Einlaßzustand befindet. Die auf die in der Übertiagungsöffnung 17 verbleibende Luft ausgeübte Arbeit ist praktisch verloren, wenn der Hauptrotor sich zur Aufdeckung dieser Öffnung weiterdreht, dieser tote Raum kann jedoch im Vergleich zu dem Volumen, das eingeschlossen und verdichtet werden kann, außerordentlich klein gehalten werden, so daß in dieser Hinsicht der

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Wirkungsgradverlust sehr klein ist. Während der Hilfsrotor 12 sich dreht, wird ein Volumen von komprimierter Luft oder komprimiertem Gas in der sich drehenden Übertragungsöffnung 15 festgehalten, die damit mit komprimierter Luft oder komprimiertem Gas angefüllt ist, das auf eine spätere Ausströmung in einer nachfolgende Zelle wartet. Es ist ersichtlich, daß dies eigentlich die Totraumwirkung der Überströmöffnung eliminiert und den Stoß verringert, der auftritt, wenn das Überströmventil sich öffnet. Die vorstehend beschriebene Folge wird dann wiederholt, so daß die Kompression dann in der Zelle 2 stattfindet und die Ausströmung über die Verbindungsöffnung 15 im Hilfsrotor 11 stattfindet. Während einer Drehung der Maschine über 360 erfolgen somit zwei Entladungsimpulse und zwar jeweils einer über jeden Satz aus Übertragungs-, Verbindungs- und Auslaßöffnungen. Eine weitere Drehung um 180° entspritht wiederum dem vorstehend erläutetten Ablauf, wobei aber diesmal Luft oder Gas in Zelle 3 komprimiert wird und über die VerbindungsÖffnung im Hilfsrotor 12 ausströmt, wodurch ein 540 umfassender Zyklus der Maschine vollendet wird, während dwh aufeinanderfolgend Luft ;

oder Gas in jeder der drei Zellen komprimiert wird.

Die Einströmöffnungen sind an beiden axialen Enden des Gehäuses'

vorgesehen, um sicherzustellen, daß durch den Einströmdruck keine ' Axialkräfte oder unausgeglichenen Bereiche entstehen. Jede Einlaß- i Öffnung ist wie oben beschrieben in der Endwand des Gehäuses ringförmig angeordnet, um einen gleichmäßigen Strömungsquerschnitt zu erhalten, unabhängig von der Winkellage des Hauptrotors. Die ringförmige Öffnung an jedem Ende 1st mit Leitungen verbunden, die kombiniert sein können, um die Einsträmverbindung zu erleichtern.! oder die jeweils eigene Einlaßanschiüsse aufweisen. Es sollte beachtet werden, daß ein maximal eingeschlossenes Volumen, das bei ^! jeder Drehung um 180° komprimiert wird, eine Hälfte des potentiellen Raumes überschreitet, der während einer Umdrehung entleert werden

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kann, weil sich die aufeinanderfolgenden Zellen überlappen. Das nachlaufende Profil des Hauptrotors befindet sich stets unter Einlaßbedingungen und die Räume oder Zellen in der Maschine, die nicht unter Kompressionsbedingungen stehen, sind stets durch den ausgeschnittenen Abschnitt im Hauptrotor verbunden und werden durch die gemeinsamen Einlaßöffnungen 19 gespeist. Die Strömung durch diese Einlaßöffnungen in das Gehäuse findet daher.während des gesamten Zyklus kontinuierlich statt und erreicht einen stetigen Strömungszustand.

Die der Ausströmung dienenden Überströmöffnungen 17 und 18 und die umlaufende Verbindungsöffnung bzw. das Ventil 15 befinden sich an beiden Enden des Gehäuses, damit durch die Entladungsdrücke keine Axialkräfte oder unausgeglichenen Bereiche entstehen können. Die umlaufenden Ventile werden einmal pro vollständigem Umlauf wirksam und ihre abgestimmte diametrale Anordnung um den Hauptrotor erlaubt zwei reguläre Entladungsimpulse pro Umdrehung des Rotorsystems. Die Entladungs- bzw. Auslaßkanäle sind zu einer kombinierten Leitung oder einer Rohrverzweigung geführt, deren inneres Volumen so bestimmt sein kann, daß die Pulsationswirkung des Ausströmdruckes auf ein Minimum reduziert wird und die mit einem einzigen Endanschluß verbunden sein kann.

Der Winkel μ der Spitze des Hauptrotornockens ist von Bedeutung bei der Festlegung der Form der Entladungsöffnung in den Endwänden des Gehäuses.

- Ansprüche: -

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Claims (17)

1. Rotationskolbenmaschine mit einem Gehäuse, das eine zylinderische Hauptrotorbohrung und mindestens eine zylinderische Hilfsrotorbohrung aufweist, die die Hauptrotorbohrung schneidet und zu dieser parallel verläuft, wobei zum Abschluß beider axialer Enden der Hauptrotor- und der Hilfsrotorbohrung Endwandungen vorgesehen sind, und mit einem Hauptrotor mit einem im allgemeinen zylinderischen Abschnitt koaxial zur Hauptrotorbohrung und mit geringerem Durchmesser als diese und mit einem Nockenabschnitt, der bis zur Berührung der Wandung der Hauptrotorbohrung von diesem zylinderischen Abschnitt vorspringt, sowie mit einem Hilfsrotor, der in der oder jeder Hilfsrotorbohrung angeordnet ist und ein Profil aufweist, das zu dem des Hauptrotors komplementär ausgebildet ist, derart, daß beim Antrieb der Rotoren mit gleicher Geschwindigkeit und in gleichem Drehsinn der oder die Hilfsrotoren in Rotationsberührung oder nahezu in Rotationsberührung mit dem Umfang des Hauptrotors steht bzw. stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrotor (10) dichtend mit wenigstens einer Endwand (16) der Hauptrotorbohrung in Berührung steht, daß wenigstens eine Einlaßöffnung (19) in dieser Endwand vorgesehen ist und sich innerhalb des Umkreises des zylinder!sehen Abschnitts des Hauptrotors befindet und daß der Hauptrotor ausgeschnitten ist, um die Einlaßöffnung in Richtung auf die Arbeitsräume der Maschine zu öffnen, die durch die Haupt- und Hilfsrotorbohrungen , die äußeren Umfange der Rotoren und die Endwände des Gehäuses umgrenzt werden, um Arbeit leistendes Strömungsmittel in diese Räume einzubringen.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgeschnittene Abschnitt (20) des Hauptrotors (LO)so geformt ist, daß die nachlaufende Flanke des Hauptrotors keinen dichtenden Kontakt mit dem Umfang eines Hilfsrotors (11, , 12) längs der gesamten Länge des Hilfsrotors besitzt, bevor der Hilfsrotor in

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   eine Stellung gelangt ist, in der ein Volumen des Strömungsmittels aus der Hauptrotorbohrung in einem Raum (1, 2, 3) isoliert worden ist, der durch den Umfang dieses Hilfsrotors, die zugehörige Hilfsrotorbohrung und die Endwände dieser Hilfsrotorbohrung bestimmt ist, wodurch das Volumen des Strömungsmittels sich im Einlaßzustand befindet und nicht durch die Maschine komprimiert worden ist.
3. 3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Einlaßöffnung (L9) in einer Endwand (16) des Hauptrοtorgehäuses vorgesehen ist, die kontinuierlich durch den ausgeschnittenen Abschnitt (20) des Hauptrotors (10) geöffnet wird.
4. 4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßöffnung (19) in jeder Endwand (16) des Hauptrotorgehäuses vorgesehen ist, um Axialkräfte durch den Einlaßdruck auf ein Minimum zu reduzieren.
5. 5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgeschnittene Abschnitt (20) sich längs der gesamten Länge des Hauptrotors (10) erstreckt.
6. 6. Maschine nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hilfsrotoren (11, 12)an einander diametral gegenüberliegenden Stellen vorgesehen sind.
7. 7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedachte Linie OiY) > die durch die Achse des Hauptrotors und einen Schnittpunkt der Hauptrotorbohrung und einer Hilfsrotorbohrung gelegt ist, gegenüber einer gedachten Linie, die durch die Achse der Hauptrotorbohrung und die Achse

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   dieser Hilfsrotorbohrung verläuft, um einen Winkel (Θ) in der Größenordnung von 22 - 28 geneigt ist.
8. 8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Θ) im Bereich zwischen 24 und 26 liegt.
9. 9. Rotationskolbenmaschine mit einem Gehäuse, das eine zylinderische Hauptrotorbohrung und wenigstens eine zylinderische Hilfe rotorbohrung aufweist, die die Hauptrotorbohrung schneidet und zu dieser parallel verläuft, wobei zum Abschluß beider axialer Enden der Hauptrotor- und der Hilfsrotorbohrung Endwände vorgesehen sind, und mit einem Hauptrotor nit einem im allgemeinen zylinderischen Abschnitt koaxial zur Hauptrotorbohrung und mit geringerem Durchmesser als diese und mit einem Nockenabschnitt der bis zur Berührung mit dersWandung der Hauptrotorbohrung von diesem zylinderischen Abschnitt vorspringt, sowie mit einem Hilferotor, der in der oder jeder Hilfsrotorbohrung angeordnet ist und ein Profil aufweist, das zu dem des Hauptrotors komplementär autgebildet itt, derart, daß beim Antrieb der Rotoren mit gleicher Geschwindigkeit und in gleichem Drehsinn der oder die Hilferotoren in Rotations- feerührung oder nahezu in Rotationsberührung mit dem Unfang de· Hauptrotors steht bzw. stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Hilfsrotor (11, 12) einen Abschnitt (14) aufweist, der in axialer Richtung über wenigstens eine Endfläche (61, 62) des Hauptrotors (10) hinausragt, daß in einer Endwand (16) der Hauptrotorbohrung eine ÜbertragungsÖffnung (17) ausgebildet ist, die zu jenem Teil der Hilfsrotorbohrung führt, die diesen vorspringenden Teil des Hilfsrotors aufnimmt, daß eine Auslaßöffnung (18) vorgesehen ist, die von diesem Teil der Hilfsrotorbohrung an einer Stelle ausgeht, die einen Abstand von der Überströmöffnung aufweist, und daß der vorspringende Teil des Hilfsrotors ein Rotationsventil (15) zum öffnen und Schließen der Verbindung zwischen der Überströmöffnung und dar/Ausläßöffnung zu den jeweils . erforderlichen Zeitpunkten während des Rotationszyklus der Maschine bildet.

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10. 10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotationsventil eine sich axial erstreckende Ausnehmung (15) im äußeren Umfang des vorspringenden Abschnitts (14) des Hilfsrotors (11, 12) umfaßt.
11. 11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15) dem freien Ende des vorspringenden Abschnitts (14) benachbart ausgebildet ist und die Auslaßöffnung (18) in der Seitenwand der Hilfsrotorbohrung ausgebildet ist.
12. 12. Maschine nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Hilfsrotor (11,12) Abschnitte (14) aufweist, die in axialer Richtung über beide Enden (61, 62) des Hauptrptors $10) hinausragen, daß Übertragungs- (17) und Auslaßöffnungen (18) an gegenüberliegenden Stellen in beiden Endwandungen des Hauptrotorgehäuses ausgebildet sind und diese beiden vorspringenden Abschnitte geeignet sind, als rotierende Ventile wirksam zu werden, die die Verbindung zwischen den entsprechenden Gruppen aus Übertragungs- und Auslaßöffnungen synchron zueinander steuern, um Axialkräfte aus den Ausströmdrücken auf ein Minimum zu reduzieren.
13. 13. Maschine nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrotor (10) dichtend wenigstens an einer Endwand (16) der Hauptrotorbohrung anliegt, daß wenigstens eine Einlaßöffnung (19) in dieser Endwand innerhalb des Umkreises des zylinder!sehen Abschnittes des Hauptrotors vorgesehen ist, und daß der Hauptrotor ausgeschnitten ist, um die Einlaßöffnung nach den Arbeitsräumen der Maschine zu öffnen, die durch die Haupt- und Hilfsrotorbohrungen, die äußeren Umrisse der -Rotoren und die Endwände des Gehäuse gebildet werden, um das Betriebsströmungsmittel in diese Räume einzuführen.

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14. 14. Maschine nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß die nachlaufende Flanke des Hauptrotors (10) mit einem Abschnitt (23) versehen ist, der sich an die Spitze des Nockens anschließt und sich in diese Ausnehmung erstreckt, wobei dieser Abschnitt in Verbindung mit einem benachbarten Abschnitt des Hauptrotors die Übertragungsöffnung (17) vollständig verschließen kann, wenn der Hauptrotor darüber wandert, und daß das zugehörige Rotationsventil so abgestimmt ist, daß es vollständig geschlossen ist, bevor der Hauptrotor dann die Übertragungsöffnung freigibt, wodurch ein Verlust an komprimiertem Betriebsströmungsmittel aus der Auslaßöffnung auf die nachlaufende Seite des Hauptrotors verhindert wird.
15. 15. Maschine nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Über tragung s Öffnung (17) in der Endwand (16) der Hauptrotorbohrnng an einer Stelle angeordnet ist, wo sich die Bohrungen des Hauptrotors und des Hilfsrotors schneiden.
16. 16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Nockens des Hauptrotors (10) einen bogenförmigen Abschluß aufweist, der der Wandung der Hauptrotorbohrung angepaßt ist und mit dieser in Berührung steht und wobei ein Rand der Übertragungsöffnung (17) von diesem Schnittpunkt der Rotorbohrungen aus längs des äußeren Umfangs der Hauptrotorbohrung über einen Winkel erstreckt, der nicht größer ist, als die ümfangsausdehnung dieses bogenförmigen Abschlusses.
17. 17. Maschine nach einem der Ansprüche 9-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsöffnung (17) so gestaltet ist, daß die Geschwindigkeit, mit der sie durch den Hauptrotor geschlossen wird, im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit ist,

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    mit der das Rotationsventil geschlossen wird und daß das Schließen der Übertragungsöffnung und des Rotationsventils gleichzeitig stattfindet, so daß keine Behinderung der Entleerung des komprimierten Betriebsströmungsmittels eintritt.

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