DE3825481A1 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Eine derartige Rotationskolbenmaschine ist aus der EP-A1 01 67 846 bekannt und weist dort eine Vorrichtung zur Steuerung der Fördermenge und/oder des Förder­ druckes auf, mit der der Zeitpunkt des Zuströmens und damit die Größe der Fülllung und/oder der Zeitpunkt des Abströmens und damit die Druckhöhe des Überschubes in die Druckleitung verändert werden kann.

Hierfür weist die Rotationskolbenmaschine verstellbare Wandstücke auf, mit der die radiale Wandung, an der sich der Außenläufer entlang bewegt, verkürzt oder verlängert werden kann, wodurch der radial in die Förderkammern einmündende Einlaß- und Aus­ laßbereich gesteuert werden kann.

Bei dieser Rotationskolbenmaschine besteht zwischen Außenläufer und den Außenläufer umschlingender Gehäusewandung ein nicht unerheblicher Betriebsspalt, der durch die Aussparungen des Außenläufers auf nur kurzer Länge abdichtet, durch den Einlaß- und Auslaßbereich kurzgeschlossen sind. Hieraus resultiert eine Begrenzung der erreichba­ ren Enddruckhöhe (Saug und Druck) und der Fördermenge sowie Verlustleistung.

Darüber hinaus weist die Rotationskolbenmaschine den Nachteil auf, daß die Wand­ stücke keine kontinuierliche Steuerung ermöglichen und die Verstellung der Wandstücke selbst nur mit hohem mechanischen Aufwand möglich ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenma­ schine der angegebenen Art derart zu gestalten, daß die Betriebsspaltlänge minimal ausgeführt und auf gleichbleibender Spaltlänge gehalten wird, wobei eine kontinuier­ liche Steuerung der Füllung und Druckhöhe erreichbar sein soll.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merk­ male gelöst. Weiterbildende Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge­ nannt.

Mit der Erfindung ist der Einsatz der Rotationskolbenmaschine als Lader einer Brenn­ kraftmaschine möglich geworden, wobei, sofern es sich um eine fremdgezündete Brennkraftmaschine handelt, diese im Drosselbetrieb als Gasmotor mit Leistungsrück­ gewinn betrieben werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nach­ folgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt A-A der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt B-B der Fig. 1,

Fig. 4 einen Gehäusedeckel.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine 1 in einer Seitenansicht, aus der gestrichelt Konturen eines Außenläufers 2 und exzentrisch zu diesem eines Innenläufers 3 entnehmbar sind, die beide drehbar in einem Gehäuse 4 gelagert sind. Der Seitenansicht sind zwei Luftstutzen 5, 6 entnehmbar, von denen einer zu einem Einlaßbreich 7 und der andere zu einem Auslaßbereich 8 führt. Profilzähne 9 und Zahnlücken 10 der Läufer 2, 3 bilden Förderkammern 11, die unter Volumenänderung vom Einlaß- zum Auslaßbereich 7, 8 wandern (Pfeilrichtung).

Fig. 2 zeigt einen Schnitt A-A durch die Rotationskolbenmaschine 1 nach Fig. 1, aus dem der Innenläufer 3, der Außenläufer 2, Teile eines Synchrongetriebes 12, das Ge­ häuse 4, ein Gehäusedeckel 13 und ein die Luftstutzen 5, 6 aufweisender Deckel 14 er­ sichtlich sind. Der Deckel 14 deckt eine Ringnut 15 des Gehäusedeckels 13 ab, die auch in Fig. 1 sichtbar ist, und zwar mit Vollinie in den Luftstutzen 5, 6 und gestri­ chelt im übrigen Bereich.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt B-B durch die Rotationskolbenmaschine nach Fig. 1, wodurch eine Axialwand 16 des Außenläufers 2 sichtbar ist, in der für jede Förderkammer 11 eine Öffnung 17 angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt den Gehäusedeckel 13 ohne den die Luftstutzen aufweisenden Deckel 14, wodurch jeweils dem Einlaß- und Auslaßbereich 7 und 8 zugeordnete Ring-Flachschie­ bersegmente 18, 19 sichtbar sind, die verschieblich in der Ringnut 15 angeordnet und durch ein Getriebe 20 in den Einlaß- und Auslaßbereich 7, 8 eingeschoben werden kön­ nen, womit jeweils eine den Einlaß- und Auslaßbereich 7, 8 begrenzende Öffnung 21, 22 querschnittsmäßig veränderbar ist. Das Getriebe 20 ist beim Ausführungsbeispiel durch Ritzel 23 und Verzahnung 24 oder Segmente 18, 19 gebildet, wobei das Ritzel 25 durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben werden kann. Es sind auch andere Verstelleinrichtungen, Hebel, Zug usw. einsetzbar. Die Öffnungen 21, 22 und Steuerkanten 25, 26 der Ring-Flachschiebersegmente 18, 19 sind auch in Fig. 1 im Be­ reich der Luftstutzen sichtbar. (Bezugszahlen in ()).

Die in den Figuren der Zeichnungen dargestellte Rotationskolbenmaschine eignet sich für den Einsatz als Lader einer Brennkraftmaschine. Insbesondere, wenn es sich um ei­ nen Ottomotor handelt, sind mit der Rotationskolbenmaschine Vorteile erreichbar, die anhand einer Funktionsbeschreibung deutlich werden.

Funktion

Die Rotationskolbenmaschine 1 ist mit ihren Luftstutzen 5, 6 in die Luftansaugleitung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingesetzt und wird von der Brennkraft­ maschine über beispielsweise einen Zahnriemen angetrieben, entweder der Innen- oder der Außenläufer, so daß Luft über die wandernden Förderkammern 11 vom Einlaßbe­ reich 7 zum Auslaßbereich 8 gefördert wird.

Der Leerlauf- und Teillastbetrieb eines Ottomotors wird durch Drosselung der Luftzu­ fuhr gesteuert, weshalb sogenannte Drosselverluste auftreten, die den Motorwirkungs­ grad bzw. die Motorwirtschaftlichkeit herabsetzen.

Es ist bekannt, daß diese Drosselverluste teilweise dadurch kompensiert werden kön­ nen, daß der Lader in diesen Betriebsbereichen als Gasmotor, d.h. im Expansionsbe­ trieb, betrieben wird. Hierfür ist es notwendig, das Luft mit höherem Druck ansaug­ seitig in die Förderkammern einströmt als druckseitig herausströmt.

Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine weist hierfür im Einlaßbereich 7 das Ring-Flachschiebersegment 18 auf, das in der Ringnut 15 durch das Getriebe 20 ver­ stellt werden kann und dabei die im Gehäusedeckel 13 bestehende Öffnung 21, die mit den Öffnungen 17 aus der Axialwand 16 des Außenläufers 2 in Überdeckung kommt, querschnittsmäßig verändert.

Die Veränderung erfolgt in dem Sinne, daß das Segment 18 mit steigender Motorlast bzw. steigendem Luftdurchsatz in Drehrichtung verstellt wird, wodurch der Abschluß des Ansaugens in bezug auf die sich vergrößernden Förderkammern 11 später erfolgt.

Im Teillastbetrieb, also bei kleinem Luftdurchsatz, erfolgt der Abschluß des Ansaugens sehr früh, die Luft expandiert in den abgeschlossenen Förderkammern 11 unter Lei­ stungsabgabe an die Läufer 2, 3 und über den Zahnriemen an die Brennkraftmaschine.

Um ein frühzeitiges Durchschlagen des auf der Druckseite der Ansaugleitung befindli­ chen Druckes in die sich volumenmäßig verringernde Förderkammer 11 verhindern zu können bzw. zur Steuerung der in den Förderkammern 11 erfolgenden Verdichtung bis auf den Druck der Druckseite der Ansaugleitung im Teil- und Vollastbetrieb der Brenn­ kraftmaschine weist die Rotationskolbenmaschine im Auslaßbereich 8 das Ring-Flach­ schiebersegment 19 auf, das durch das Getriebe 20 verstellt werden kann und den Zeitpunkt des Beginns des Ausströmens durch querschnittsmäßiges Verändern der Öff­ nung 22 auf der Auslaßseite 8 bestimmt.

Hierdurch ergeben sich die Vorteile, daß die Maschine nicht unter den Bedingungen des auf der Druckseite der Ansaugleitung herrschenden Druckes fördern muß und daß Ge­ räusche verursacht durch Druckschwingungen vermieden werden.

Der neue Aufbau der Rotationskolbenmaschine vermindert die Leckage zwischen Ein­ laß- und Auslaßbereich 7, 8 durch Minimierung des Betriebsspaltes zwischen den radia­ len Wänden des Gehäuses 4 und des Außenläufers 16, was möglich wurde durch die Verlagerung der Öffnungen 17 in die Axialwand 16 des Außenläufers 2. Hierdurch kann eine steife Außenläuferkonstruktion erfolgen, die gegen Fliehkraftverformungen stand­ hält. Der Betriebsspalt kann daher geringer als bei bekannten Maschinen ausgeführt werden und weist dabei immer eine gleichbleibende Länge auf.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt Ausführungen, bei denen nur einlaß- oder auslaßseitig Ring-Flachschiebersegmente vor­ gesehen sind und auch Ausführungen, bei denen in jedem der beiden Gehäusedeckel Öffnungen und Segmente vorgesehen sind, als auch eine Variante, bei der der Einlaß durch einen Gehäusedeckel und der Auslaß durch den anderen Gehäusedeckel erfolgt.

Vorteilhafterweise kann zwischen Gehäusedeckelwand und Axialwand des Außenläufers ein Dichtelement - nicht dargestellt - eingesetzt sein, daß in Nuten des Gehäusedeckels 13 angeordnet ist und den Einlaßbereich 7 gegen den Auslaßbereich 8 abdichtet.

Es kann vorteilhaft sein, daß die Öffnungen des Gehäusedeckels 13 aus einer Vielzahl von Kanälen im Einlaß- oder Auslaßbereich 7, 8 gebildet werden, womit der Leckspalt zwischen den Ring-Flachschiebersegmenten und der Axialwand des Außenläufers im Bereich der Öffnung, der zwischen den letzten verschlossenen und der noch offenen Förderkammer besteht, verringert werden kann.

Claims (4)

1. Rotationskolbenmaschine mit Innen- und Außenläufer, deren Profilzähne und Zahn­ lücken Förderkammern bilden die von einem Einlaß- zu einem Auslaßbereich wan­ dern, wobei die Füllung der Förderkammern und/oder der Auslaßdruck durch ver­ änderbaren Abschluß des Ansaugens und/oder veränderbaren Beginn des Auslassens steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Außenläufer (2) in einer oder beiden Axialwänden (16) Öffnungen (17) für jede Förderkammer (11) aufweist,
daß in einer oder beiden axialen Gehäusedeckeln (13) Öffnungen (21, 22) angeordnet sind, die den Einlaß-und den Auslaßbereich (7 und 8) begrenzen,
daß die den Einlaß- und/oder Auslaßbereich (7 und 8) begrenzenden Öffnungen (21, 22) durch ein in einer Ringnut (15) verschieblich angeordnetes Ring-Flachschieber­ segment (18, 19) querschnittsmäßig veränderbar sind und
daß das Ring-Flachschiebersegment durch eine Getriebe- oder Hebeleinrichtung (20) verstellt wird.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einlaßbereich (7) begrenzende Öffnung (21) in einem Gehäusedeckel und die den Auslaßbereich (8) begrenzende Öffnung (22) im anderen Gehäusedeckel angeordnet sind.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einlaß- und Auslaßbereich (7 und 8) begrenzenden Öffnungen (21, 22) durch eine Vielzahl von Kanälen gebildet werden.

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Axialwand des Außenläufers und der Gehäusedeckelwand ein Dichtelement eingesetzt ist, das in einer Nut im Gehäusdeckel gehalten ist und den Einlaßbereich (7) gegen den Auslaßbereich (8) abdichtet.