DE4241320C2

DE4241320C2 - Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE4241320C2
Application number: DE4241320A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: DE9218694U1; DE4241320A1; JP3853355B2; WO1993012325A1; US5513969A; JPH07501597A

Description

Die Erfindung geht aus von einer Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Verdichter oder Motor arbeitet nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Drehkolbenmaschinen der gattungsgemäßen Art weisen stets mindestens ein Wandungsteil auf, welches gegenüber einem anderen Wandungsteil abgedichtet bewegt wird, wobei sich Arbeitsräume vergrößern oder verkleinern. Hierbei ist mindestens ein Wandungsteil leistend bewegt, d. h., dieses leistend bewegte Wandungsteil gibt Leistung an das Arbeitsmittel bspw. Luft, Gas, Öl usw. ab, bzw. nimmt Leistung von diesem auf. Die anderen, der eigentlichen Leistungsweitergabe nicht dienenden Wandungsteile, die zur Begrenzung des Arbeitsraumes dienen, werden, obwohl sie eine eigene Bewegung haben können, also selbst ein bewegtes Wandungsteil sein können, oft als Absperrteil bezeichnet. So ist es nicht ausgeschlossen, dass die, leistenden und die absperrenden Wandungsteile in ihrer Aufgabe abwechseln können. In jedem Fall handelt es sich jedoch um winkelachsige Drehkolbenmaschinen mit einer Drehachsenlage, ähnlich wie bei Kegelrädern.

Bei einer bekannten Drehkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art (DE-AS 10 11 896) laufen die Zähne des jeweils mit dem Zykloidenteil kämmend zusammenwirkenden Teils mit ihren Zahnkämmen an den Flanken des Zykloidenteils entlang. Um allerdings die erforderliche Dichtheit zwischen diesen Zahnkämmen und jenen Flanken des Zykloidenteils zu erzielen, wurden nunmehr statt der sonst üblichen einige Millimeter breiten Dichtleisten, schmälere Dichtleisten eingesetzt, wodurch zudem auch die Genauigkeitsansprüche an die übrigen Flächen herabgesetzt werden konnten. Um dies zu erreichen wurde eine Parallelkurve zu der dort mit sphärischer Trochoide bezeichneten Kurve erzeugt, durch welche der Abstand zwischen Parallelkurve und Grundkurve vergrößert wurde, d. h. Platz für die Dichtleiste erzielt wurde. Die Dichtleisten der mit dem Zykloidenteil zusammenwirkenden Kämme bewegen sich dabei senkrecht auf deren Laufflächen. Nachteilig dabei ist, dass derartige Dichtkanten nicht nur schlecht zu befestigen sind, sondern auch erheblichen Abnutzungen unterliegen. Ein Verzicht auf solche Dichtkanten würde allerdings aufgrund der scharfen Kämme der Zähne zur Beschädigung der Flächen führen, an denen die Zähne entlanglaufen.

Bei einer anderen bekannten Drehkolbenmaschine (US-PS 3 856 440) sind die einander gegenüberliegenden Zähne im Prinzip ähnlich aufgebaut, und stehen auch im Kämmeingriff. Die beiden Teile sind in einem Gehäuse mit kugeligem Innenraum radial dichtend angeordnet. Eine im Zentrum angeordnete Kugel übernimmt die Lagerung für die beim Rotieren der Teile zueinander entstehende Taumelbewegung, sowie die radiale Abdichtung der Arbeitsräume nach innen. Bei dieser als Verdichter oder Pumpe arbeitenden Drehkolbenmaschine sind, um die ausreichende Abdichtung des Zahnkammes zu der Flanke des ihm gegenüberliegenden Zahnes zu erreichen, die Zahnkämme konvex oder konkav ausgebildet, bzw. es sind die Flankenflächen nach innen oder nach außen leicht gewölbt. Abgesehen davon, dass durch die Verwendung gleicher Zahnstrukturen der ineinander kämmenden Zähne die Arbeitsräume nicht sauber abdichtbar und nicht optimierbar sind und der schädliche Raum unvermeidbar ist, ist die Herstellung einer derartiger Verzahnung außerordentlich aufwendig.

Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die frei gestaltbare Abrundung der Zähne ein dichtender Formschluss zwischen den nunmehr abgerundeten Zahnkämmen und den diesen zugeordneten Ablaufflächen am Zykloidenteil entsteht, ohne dass deshalb die zykloidische Grundfunktion verlassen wird. Durch das Zusammenwirken von einerseits einer zykloidisch geformten Flankenfläche bzw. der Stirnfläche des Zykloidenteils, und andererseits der abgerundeten Zahnkämme der gegenüberliegenden Zähne wird ein gewünschter Formschluss zwischen Zahnkamm und gegenüberliegender Fläche gewährleistet, ohne dass dabei durch den Zahnkamm eine Beschädigung der Fläche stattfindet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ohne Nachteil für die Dichtfunktion die axiale Lage (innerhalb eines Kegelmantels) von Zykloidenteil und Steuerteil zueinander änderbar ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ohne Nachteil für die Dichtfunktion dieser Radius der Zahnkämme frei gestaltbar ist, wobei ohne Nachteil für die Dichtfunktion die axiale Lage von Zykloidenteil zu Steuerteil problemlos änderbar ist.

Es ist zwar bekannt, eine Paarung von zykloidisch gestalteter Lauffläche mit Zähnen, die steile Flanken aufweisen, bei einer Brennkraftmaschine zu verwenden (US PS 3 492 974), wobei allerdings ein Steuerring gegenüber einem Gehäuse verdreht wird und dabei taumelt. So ist auch eine zentrale Achse an dem Zahnring vorhanden, die nicht winkelachsig zum zykloidischen Teil ausgebildet ist, sondern mittelachsig bzw. geradachsig. Es handelt sich somit um eine Drehkolbenmaschine völlig anderer Gattung. Es ist weder eine axiale Nachstellbarkeit möglich, noch eine Optimierung des schädlichen Raums, noch eine Abänderung der Zahnkämme, ganz abgesehen davon, dass die Zähne einen scharfen Grat am Kamm aufweisen, der keine großen Momente aufnehmen kann. Es fehlt diesem bekannten Motor das zweite rotierende Teil.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gehen sämtliche quer zur Laufrichtung die Laufflächen bildenden Linien von Zykloidenteil und mit diesem kämmend zusammenwirkenden Teil in ihrer Verlängerung durch den Schnittpunkt der Drehachsen. Besonders die Nutzung der freien Gestaltbarkeit der Radien der mit dem Zykloidenteil kämmenden Zähne wirkt sich hierbei vorteilhaft aus.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Arbeitslage der Drehachsen der zusammenwirkenden Teile unabhängig voneinander änderbar. Erfindungsgemäß ist es auch denkbar, dass zusätzliche Radpaarungen vorhanden sind, wobei mindestens eines der Teile rückseitig ebenfalls eine Stirnverzahnung aufweist, die wiederum mit einem zusätzlichen einfach oder doppelt verzahnten rotierenden Teil zusammenwirkt. Voraussetzung ist, dass jenes, diese drehenden Teile umschließende Gehäuse, zu diesen eine Radialdichtung aufweist. Für den Antrieb und Abtrieb können in bekannter Weise Wellen oder Zahnkränze dienen, die mit den drehenden Teilen verbunden sind, bzw. auf diesen angeordnet sind und mit zusätzlichen Antriebs- oder Abtriebsvorrichtungen zusammenwirken. Durch das Verändern der Arbeitslagen der Drehachsen kann erreicht werden, dass die Volumenänderung beim einen Teil der Drehkolbenmaschine gegenüber dem anderen verzögert erfolgt oder vorauseilt, so dass durch Verbinden der Arbeitsräume eine Stufenarbeit ermöglicht wird oder aber eine Mischförderung erfolgen kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Zykloidenteil bzw. das mit diesem kämmend zusammenwirkende Teil doppelt vorhanden und es ist zwischen den doppelt vorhandenen Teilen das jeweils andere Teil als Ring mit beiderseitigem Stirnzahnbesatz bzw. zykloidischen Laufflächen versehen angeordnet, wobei nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung mindestens zwei beiderseits des Rings vorhandene Arbeitsräume miteinander verbindbar sind. Hierdurch kann sich eine doppelt wirkende Pumpe ergeben, bzw. eine Kraftmaschine, bei der zwischen zwei absolut synchron rotierenden Zykloidenteilen ein beidseitig verzahntes Teil angeordnet ist, mit ebenfalls einem Zahn Unterschied zu den doppelt vorhandenen Teilen. Dieses Teil kann je nachdem ob es sich um eine Pumpe oder einen Motor handelt, eine Antriebs- bzw. Abtriebseinrichtung aufweisen, bzw. der Antrieb und/oder Abtrieb kann über die doppelt vorhandenen Zykloidenteile erfolgen. Das Gehäuse kann als Stator dienen, in dem unter entsprechendem Arbeitswinkel beide angetriebenen Zykloidenteile gelagert sind, zwischen denen, pro Stirnseite eine Zahndifferenz aufweisend, das Steuerteil rotiert.

Im Gehäuse bzw. im der Zu- oder Abführung der Arbeitsmedien dienenden Teil können entsprechende, gegebenenfalls während des Rotierens gesteuerte, Kanäle vorhanden sein. Hierdurch werden nicht nur zusätzliche Ventile eingespart, sondern es ist eine Spülung in Fliehkraftrichtung möglich.

Die Erfindung kann als Verdichter Anwendung finden mit drehzahlunabhängiger Steuerung, insbesondere durch Änderung der Phasenverschiebung der beiden rotierenden Teile zu den Kanälen der Arbeitsmedien. Abgesehen von der vorteilhaften großen Fliehkraftstabilität der bewegten Teile und den geringen Abmessungen bei hoher Maschinenleistung, lässt sich durch die Phasenverschiebung das Verdichtungsverhältnis stufenlos, insbesondere drehzahlunabhängig steuern. Hierdurch ist ein solcher Verdichter besonders zum Aufladen von Brennkraftmaschinen geeignet, da dort hohe Drehzahlen, vor allem sehr unterschiedliche Drehzahlen stattfinden, wobei die Masse des Laders möglichst klein sein sollte, insbesondere die anzutreibenden rotierenden Massen, und die Leistung des Laders unabhängig von der Drehzahl geregelt werden muss. Aufgrund der Möglichkeit des phasenverschobenen Arbeitens mehrerer Arbeitsraumpaare, sowie der ventillosen und in Strömungsrichtung erfolgenden Steuerung (keine Umkehrung der Strömung) und der sehr guten Dichtqualität der Arbeitsräume können erfindungsgemäße Verdichter in Druckbereichen eingesetzt werden, in denen bisher nur Kolbenmaschinen verwendbar waren.

Eine andere vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist auf dem hydrostatischen Gebiet als Pumpe, Motor oder Getriebe. Auch hier wirkt sich das außerordentlich günstige Verhältnis von Baugröße zu Volumenumsatz aus. Die einfache Kinematik, die Drehzahlfestigkeit der Konstruktion und die sehr großen Querschnitte der Spülkanäle machen diese Maschinen auch für höchste Drehzahlen geeignet, wobei der entscheidende Vorteil die entscheidende Abrundung zu einem bestimmten Radius der am Zykloidenteil kämmenden Zähne ist, wobei zudem dieser Radius frei gestaltbar ist. Der innere Strömungswiderstand der erfindungsgemäßen Maschine ist extrem niedrig. Bei der Anwendung als Pumpe wirkt sich die hohe Formsteifigkeit der Teile vorteilhaft aus. Auch der Verschleiß wirkt sich lediglich in der Art aus, als eine Art Einschleifen zwischen den beweglichen Teilen stattfindet, was mit Dichtleisten nicht möglich wäre. Auch deshalb ist die Maschine für höchste Arbeitsdrücke geeignet. Bei der Anwendung als Hydromotor wirken sich die gleichen Vorteile aus, besonders aber die geringen zu beschleunigenden Massen, das gute Anlaufverhalten und der hohe Volumenwirkungsgrad. Bei der Anwendung als hydrostatisches Getriebe wirkt sich besonders vorteilhaft das geringe Bauvolumen aus und die kompakte Verbindbarkeit von Pumpe und Hydromotor.

Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist als Kraftmaschine bzw. Kältemaschine, insbesondere nach dem Sterlingprinzip. Bei letzterem arbeiten die einander zugeordneten Arbeitsräume um 90° phasenverschoben. Zwei rotierende Zykloidenteile in Verbindung mit einem rotierenden Steuerteil bilden Kammerpaare, die jeweils um 90° phasenverschoben zueinander arbeiten. Ein Raum wird mit Wärme beaufschlagt, der andere gekühlt, ein Regenerator ist in das Steuerteil integriert. Gemäß der Gestaltung der Erfindung gibt es keine zwischen Heiß- und Kaltbereich wechselnden Teile. Die Wandungen der kalten und der heißen Arbeitsräume sind voneinander isoliert, obwohl sie sich räumlich nahe sind. Ein extrem auslegbares Verhältnis von Konvektionsfläche zu Arbeitsraumvolumen ist aufgrund der hohen Formsteifigkeit der arbeitsraumbildenden Teile möglich. Eines der rotierenden Teile kann als Läufer eines Lineargenerators des Sterlingmotors oder eines Linearmotors der Sterlingkältemaschine ausgebildet sein. So ist es möglich, die Maschine hermetisch abzuschließen und für einen sehr hohen Ladungsdruck bei geringen Lekageverlusten des Arbeitsgases auszulegen. Die Phasenverschiebung, die die Leistung des Sterlingmotors bestimmt, ist bei dieser Bauform sehr einfach zu realisieren. In jedem Fall kann bei einer derart ausgestalteten Kältemaschine die transportierte Wärmemenge unabhängig von der Drehzahl reguliert werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Drei Ausführungsbeispiele und Varianten desselben Gegenstandes der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Sie zeigen:

Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel als Hydraulikpumpe sehr vereinfacht, im Röntgenblick radial von der Seite, auf der die Arbeitsräume am kleinsten sind,

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht, jedoch um 90° verdreht,

Fig. 3 eine entsprechende Ansicht, jedoch um 180° verdreht, wo die Arbeitsräume am größten sind,

Fig. 4 das zweite Ausführungsbeispiel als Pumpe oder Verdichter in der Ansicht,

Fig. 5 Längsschnitt durch das Beispiel nach Fig. 4,

Fig. 6 der gleiche Längsschnitt wie in Fig. 5, nur ohne die bewegten Teile,

Fig. 7 die bewegten Teile aus Fig. 5 im Längsschnitt,

Fig. 8 die bewegten Teile aus Fig. 5 in räumlicher Darstellung,

Fig. 9 das dritte Ausführungsbeispiel als Verdichter im Längsschnitt ohne die bewegten Teile,

Fig. 10 eine Ansicht der beweglichen Teile des Beispiels von Fig. 9,

Fig. 11 eine räumliche Darstellung der rotierenden Teile in drei Ansichten A, B, C, zur grundsätzlichen Erläuterung und

Fig. 12 die räumliche Darstellung, sowie die Draufsicht A, B, C, D, der rotierenden Teile zur grundsätzlichen Erläuterung.

Als erstes Ausführungsbeispiel wird in den Fig. 1-3 eine Förderpumpe gezeigt, in drei radialen Ansichten, jeweils um 90° verdreht. Diese Förderpumpe weist zwei rotierende Kegelzahnräder 1 und 2 auf, zwischen denen eine Kegelzahnscheibe 3 angeordnet ist. Während die Kegelzahnräder 1 und 2 eine zueinander weisende Verzahnung 4 aufweisen, mit einem zykloidenförmigen Verlauf der Zahnoberfläche im in Drehrichtung vorgenommenen Schnitt, ist die dazwischen angeordnete Kegelzahnscheibe 3 auf beiden Seiten mit Zähnen 5 versehen, die mit den Zähnen 4 der Haupträder 1 und 2 kämmen.

Die Kegelradscheibe 3 weist beidseitig jeweils einen Zahn 5 weniger auf als die Kegelzahnräder 1 und 2 Zähne 4 haben, so dass, wie besonders Fig. 1 und 3 entnehmbar ist, eine unsymmetrische Anordnung der Zähne 5 zwischen den Zähnen 4 die Folge ist.

Die radiale Mantelfläche 6 aller drei Rotierteile, nämlich der Kegelzahnräder 1 und 2 und der Kegelradscheibe 3, ist kugelig ausgebildet und in einem mit seiner Innenwand entsprechend sphärisch ausgebildeten Gehäuse 7 radial dichtend geführt. Am Gehäuse 7, dem auch durch die Zähne begrenzten Arbeitsräumen 8 gegenüberliegend, sind Fördernieren 9 für die Flüssigkeitszu- und abfuhr vorhanden.

Die Kegelradscheibe 3 weist eine Antriebswelle 11 auf, die als Leistungsteil durch nicht dargestellte Mittel, beispielsweise einen Elektromotor, angetrieben wird und dabei die als Absperrteil wirkenden Kegelzahnräder 1 und 2 in Richtung des Pfeils III mitnimmt. Die Kegelradscheibe 3 ist auf einer Kugel 12 angeordnet, die mit der Antriebswelle 11 verbunden ist und auf der die beiden Kegelzahnräder mit an ihnen vorgesehenen entsprechend kugeligen Ausnehmungen gelagert ist. Hierdurch ist eine Relativschwenkbewegung zwischen allen drei Rotationsteilen möglich.

Wie Fig. 2 entnehmbar ist, ist jeweils die Drehachse IV der beiden Kegelzahnräder 1 und 2 gegenüber der Drehachse V der Kegelradscheibe 3 um einen bestimmten Arbeitswinkel geneigt, so dass dadurch, wie aus Fig. 2 erkennbar, die Arbeitsräume 8 von einem Minimalvolumen auf der linken Seite zu einem Maximalvolumen auf der rechten Seite unterschiedlich sind. Es besteht vorteilhafterweise bei der Erfindung die nicht dargestellte Möglichkeit, den Arbeitswinkel der Drehachse IV der Kegelzahnräder in Bezug auf die Drehachse V der Kegelradscheibe in verschiedene Richtungen zu legen, wodurch sich die Eingangs genannten Funktionsmöglichkeiten entsprechend erweitern.

In Fig. 3 ist der Röntgenblick von der Seite auf die Drehkolbenmaschine gerichtet, auf der die Arbeitsräume 8 am größten sind, im Unterschied zu Fig. 1, auf der die Arbeitsräume am geringsten sind.

In jedem Fall gleiten die Zahnkämme 13 der Zähne 5 der Kegelradscheibe 3 unter konstanter, linienförmiger Formschlussbewegung auf den Flanken 14 der Zähne 4 von den Kegelzahnrädern 1 und 2 und begrenzen und ändern damit die jeweiligen Arbeitsräume 8. Bei der dargestellten Drehrichtung III nimmt bei der in Fig. 2 dargestellten Seite, das Volumen der Arbeitsräume 8 zu, so dass dieses die Saugseite der Pumpe darstellt. Die Druckseite hingegen wäre in Fig. 1 die linke Hälfte der dargestellten Maschine und in Fig. 3 die rechte Hälfte.

Die Verlängerung der quer zur Drehrichtung der Mantellinien der Laufflächen der Zähne geht durch den Mittelpunkt A, der sowohl der Mittelpunkt des Gehäuses als auch der Kugel 12 ist und außerdem der Schnittpunkt der Drehachse IV und V. Durch die Verwendung einer Kegelradscheibe 3, mit einer Zahndifferenz zu den Kegelzahnrädern 1 und 2, wird zudem ein Kraftschluss zu den beiden Kegelzahnrädern 1 und 2 erzeugt, so dass durch den Antrieb der Kegelradscheibe 3 eine Synchronrotation besteht.

Die Kegelzahnräder 1 und 2 stützen sich in der Ausgangslage auf ihrer den Zähnen 4 und 5 abgewandten Lagerseite 15 an einer Lagerfläche 16 des Gehäuses 7 ab, wobei zwischen den Flächen ein Gleitlager oder Rollenlager vorgesehen ist. Durch die Größe des Arbeitswinkels α und die damit gegebene Neigung der Lagerflächen 16 zueinander, wird die Größe der Schubkraft bestimmt, deren Tangentialkomponente das Drehmoment ergibt.

In den Fig. 4 bis 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, was sowohl als Pumpe, als auch Verdichter anwendbar ist. In Fig. 4 ist dieses erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht gezeigt, wobei aus dem Gehäuse 17 einerseits die Antriebsachse 18 herausragt und andererseits ein Stirnzahnrad 19, über das der Volumenwirkungsgrad pro Umdrehung einstellbar ist, beispielsweise bei einer Pumpe die Förderleistung oder bei einem Verdichter der Arbeitsdruck. Das Gehäuse 17 besteht aus zwei durch Schrauben 21 zusammengespannten Hälften.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Schnitt sind die innerhalb des Gehäuses 17 angeordneten beweglichen Teile im Längsschnitt gezeigt. Die Antriebsachse 18 ist mit einer zentralen Kugel 22 verbunden, an der radial nach außen ein als Ring ausgebildetes Steuerteil 23 angeordnet ist. Dieses Steuerteil ist räumlich besonders in Fig. 8 verdeutlicht. Zwischen der Kugel 22, dem Steuerteil 23 und dem Gehäuse 17 sind zwei Zykloidenteile 24 und 25 vorhanden, die die Arbeitsräume 26 begrenzen. Am Zykloidenteil 25 ist ein Zapfen 27 axial angeordnet, während das Zykloidenteil 24 eine Öffnung 27 für den Durchgang der Antriebsachse 18 aufweist. Der Zapfen 27 des Zykloidenteils 25 ist in seiner Drehachse I schräg zur Drehachse 11 der Antriebsachse 18 angeordnet und in einer entsprechend schräg verlaufenden Sackbohrung 28 des Stirnzahnrads 19 gelagert. Beim Verdrehen des Stirnzahnrads 19 vollzieht die Drehachse I einen Kreiskegel. Im Gehäuse 17 sind außerdem Kanäle 29 für die Zu- und Abführung des Arbeitsmediums vorgesehen, die zu den Arbeitsräumen 26 eine, beim rotieren des Steuerteils 23 gesteuerte Verbindung aufweisen. Beim Verstellen der Drehachse I des Zykloidenteils 25 durch Verdrehen des Stirnzahnrads 19 wird die Arbeitsphase der Arbeitsräume 26 im Bezug auf die Steuerkanäle 29 verschoben, sowie im Bezug auf die auf der anderen Seite des Steuerteils gelegenen Arbeitsräume 26. In dem Steuerteil 23, möglicherweise auch im Gehäuse 17, sind zusätzliche Kanäle vorgesehen, um den Übergang des Arbeitsmediums entweder von einem der Arbeitsräume 26 zu einem anderen auf der anderen Seite des Steuerteils 23 zu ermöglichen, oder aber als Ausgleichssteuerverbindungen.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Gehäuse ist vor allem die Steuerkante 31 dargestellt, sowie die sphärische Ausbildung der Gehäuseinnenwand erkennbar.

Wie in Fig. 7 gezeigt, geht die Flanke 33, der Zähne 34 des Steuerteils 23 in Zahnkämme 35 über., die auf der Ablauffläche 36 der Zykloidenteile 24 und 25 laufen. Was, wie oben erläutert, durch die gegebene Zahndifferenz bewirkt wird.

Bei der in Fig. 8 gewählten räumlichen Darstellung dieser drehenden Teile, ist eine Verjüngung der zwischen den jeweiligen Zähnen 34 des Steuerteils gelegenen Verbindungsstege in Form von einer Ausfräsung 37, und zwar auf jeder der beiden Stirnseiten dieses Steuerteils. Diese Ausfräsung zieht sich von der äußeren Peripherie bis hin zur Kugel 22 und erzeugt einen künstlichen schädlichen Raum, wodurch in bekannter Weise Quetschverluste vermieden werden.

In den Fig. 9 und 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel insbesondere für einen Kompressor dargestellt, und zwar in Fig. 9 das Gehäuse im Längsschnitt und in Fig. 10 in plastischer Darstellung die rotierenden Teile. Auch hier ist das Gehäuse 38 zweiteilig ausgebildet und durch Schrauben 39 zusammengespannt. Der Innenraum weist nur einseitig eine kugelige Innenwand 41 auf, auf der radial dichtend ein Zykloidenteil 42 läuft. Dieses Zykloidenteil 42, das durch eine Antriebswelle 43 rotierend angetrieben wird, wirkt mit seiner in der Abwicklung zykloidischen Lauffläche 44 mit den Zähnen 45 eines mit angetriebenen Steuerteils 46 zusammen. Das Steuerteil 46 ist über einen Zapfen 47 in einer Sackbohrung 48 des Gehäuses 38 geführt. In der Innenwandung des Gehäuses 38 sind gestrichelt angedeutete Steuerkanäle 49 vorhanden, deren Verbindung zu den Arbeitsräumen 28 über die Zähne 45 des Steuerteils 46 gesteuert wird. Im Gehäuse 38 ist ein Sauganschluss 51 und ein Druckanschluss 52 für das Arbeitsmedium vorgesehen, die jeweils mit den Steuerkanälen 49 verbunden sind.

Das grundsätzliche Arbeiten der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe wird im folgenden an den Fig. 11 und 12 erläutert. Fig. 11 zeigt in drei verschiedenen Ansichten die Zuordnung der drei Drehteile einer doppelt wirkenden Auslegung. Zwischen zwei zykloiden Teilen 53, die außen eine kugelsegmentförmige Oberfläche zur Abdichtung hin zu einem entsprechenden Gehäuse aufweisen, ist ein Steuerteil 54 angeordnet, das mit den Zahnkämmen 55 Seiner. Zähne 56 auf der zykloiden Fläche 57 läuft. Wie den drei jeweils um 90° versetzten Ansichten A, B, C entnehmbar ist, weisen die zwischen den rotierenden Teilen angeordneten Arbeitsräume 58 bei der Ansicht A ein maximales Volumen über die Ansicht B mit dementsprechend verringertem Volumen bis zu 0 Volumen bei C auf. Beim Verdrehen der drei Teile entsteht jeweils im Bereich der Ansicht A das maximale Volumen, während es sich über die Ansicht B bis zur Ansicht C hin zum 0-Volumen verändert. Das dabei angesaugte bzw. verdrängte Arbeitsmedium wird, wie oben beschrieben durch sich wegen der Verdrehung fast anbietende Steuerung von Kanälen durch das Steuerteil 54 zu- bzw. abgeleitet. Die zu dem zweiten Ausführungsbeispiel genannte Phasenverschiebung ist beispielsweise bildlich so vorstellbar, dass die linke Seite der Darstellung A mit der rechten Seite der Darstellung C kombiniert wird, so dass sich bei einer Kurzschlussverbindung lediglich ein Hin- und Herschieben des Arbeitsmediums einstellen würde, also eine 0- Förderung.

Die Darstellung in Fig. 12 dient zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Einstufenpumpe, bei der ein vierzähniges Steuerteil 59 gemäß Darstellung C mit einem drei Erhebungen und Absenkungen aufweisenden Zykloidenteil 61 gemäß Darstellung B, zusammenwirkt. Die Kugel 62 wirkt dabei arbeitsraumbegrenzend, sowie führend in einer sphärischen Ausnehmung 63. Verdeutlicht werden diese Darstellung durch die jeweilige Innenansicht a und c. Beim Miteinanderrotieren von Steuerteil 59 und Zykloidenteil 61 laufen die Kämme 64 der Zähne 65 auf der zykloiden Bahn 66 des Zykloidenteils 61.

Bezugszahlenliste

1

Kegelzahnräder

2

Kegelzahnräder

3

Kegelradscheibe

4

Zähne

5

Zähne

6

Mantelfläche

7

Gehäuse

8

Arbeitsraum

9

Fördernieren

10

-

11

Antriebswelle

12

Kugel

13

Zahnkamm

14

Flanke

15

Lagerseite v.

1

und

2

16

Lagerfläche v.

7

17

Gehäuse

18

Antriebsachse

19

Stirnzahnrad

20

-

21

Schrauben

22

Kugel

37

Ausfräsung

38

Gehäuse

39

Schrauben

40

-

41

Innenwand

42

Zykloidenteil

43

Antriebswelle

44

Lauffläche

45

Zähne

46

Steuerteil

47

Zapfen

48

Sackbohrung

49

Steuerkanäle

50

-

51

Sauganschluss

52

Druckanschluss

53

Zykloidenteile

54

Steuerteil

55

Kamm

56

Zahn

57

Zykloidenfläche

58

Arbeitsräume

23

Steuerteil

24

Zykloidenteile

25

Zykloidenteile

26

Arbeitsräume

27

Öffnung

28

Sackbohrung

29

Kanäle

30

Zapfen

31

Steuerkante

32

Innenwand

33

Flanke

34

Zähne

35

Zahnkämme

36

Ablauffläche

59

Steuerteil

60

-

61

Zykloidenteil

62

Kugel

63

Ausnehmung

64

Kämme

65

Zähne

66

Zykloidenteil
Linie I-I
Linie II-II
Drehrichtung Pfeil III
Drehachse I
Drehachse II

Claims

1. Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Verdichter oder Motor arbeitet,
mit mindestens einem axial sowie radial gelagerten, als Stirnzahnscheibe bzw. Stirnzahnkugelsegment ausgebildeten und mit einer Antriebs- bzw. Abtriebsvorrichtung verbundenen Leistungsteil (1, 2),
mit mindestens einem, ebenfalls als Stirnzahnscheibe bzw. Kugelsegment ausgebildeten Absperrteil (3) gleichen radialen Dichtungsdurchmessers,
mit durch Kämmen der Zähne (4) des Leistungsteils (1, 2) und jener (5) des Absperrteils (3) gebildeten Arbeitsräumen (8),
wobei das Leistungsteil (1, 2) und das Absperrteil (3) radial dichtend in einem Gehäuse (7) geführt sind,
mit einer mit einem Zahn (5) unterschiedlichen Zahnzahl von Leistungsteil (1, 2) und Absperrteil (3),
mit einem linienförmigen, arbeitsraumgrenzenden Formschluss zwischen Flanken (14) und Zahnkämmen (13) der einander gegenüberliegenden Zähne (4, 5), wobei die Zähne eines der zusammenwirkenden Teile, Leistungsteil (1, 2) oder Absperrteil (3), als Zykloidenteil eine zykloidische Abwicklung der Lauffläche aufweisen,
wobei die Zähne des jeweils mit dem Zykloidenteil kämmend zusammenwirkenden Teils entsprechende Zahnkämme aufweisen, welche an den Flanken des Zykloidenteils entlanglaufen und
mit einem Arbeitswinkel zwischen den Drehachsen von Leistungsteil (1, 2) und Absperrteil (3), wodurch das Volumen der Arbeitsräume (8) beim Rotieren der Teile (1, 2, 3) pro Umdrehung abwechselnd bis zu einem vorgegebenen Wert zu- und abnimmt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kamm (13) der Zähne des jeweils mit dem Zykloidenteil (24, 25) kämmend zusammenwirkenden Teils einen Radius aufweist und
dass dieser Radius frei gestaltbar ist.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche quer zur Laufrichtung die Laufflächen bildenden Linien von Zykloidenteil und mit diesem kämmend zusammenwirkenden Teil in ihrer Verlängerung durch den Schnittpunkt (A) der Drehachsen (IV und V) gehen.

3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitslage der Drehachsen der zusammenwirkenden Teile unabhängig voneinander änderbar ist.

4. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zykloidenteil bzw. das damit kämmend zusammenwirkende Teil doppelt vorhanden ist, und dass zwischen den doppelt vorhandenen Teilen das jeweils andere Teil als Ring mit beiderseitigem Stirnzahnbesatz bzw. zykloidischen Laufflächen versehen angeordnet ist.

5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei beiderseits des Rings vorhandene Arbeitsräume miteinander verbindbar sind.

6. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei von außen angetriebene, im Gehäuse (7) axial gelagerte Zykloidenteile (1, 2) und ein dazwischen angeordnetes, mit den Zykloidenteilen (1, 2) zusammenwirkendes, beidseitig verzahntes Teil (3) vorhanden ist, und dass die Zahnanordnung auf diesem Teil (3) in Drehrichtung auf der einen Seite gegenüber der anderen Seite versetzt ist oder dass auf beiden Seiten unterschiedliche Zahnzahlen vorgesehen sind.