DE69700914T2 - ROTARY PISTON MACHINE - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein eine Drehkolbenmaschine und, mehr insbesondere, einen Drehkolbenmotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates generally to a rotary piston machine and, more particularly, to a rotary piston engine of the type specified in the preamble of patent claim 1.
Ein solcher Drehkolbenmotor ist aus der DE 38 10 498 Al bekannt, auf die weiter unten näher eingegangen wird.Such a rotary piston engine is known from DE 38 10 498 Al, which is discussed in more detail below.
Ein Drehkolbenmotor oder, allgemeiner, eine Drehkolbenmaschine stellt die Umkehr eines Drehkolbenverdichters dar (Meiers Lexikon der Technik und der angewandten Naturwissenschaften, 1969, S. 624). Drehkolbenverdichter haben gegenüber Hubkolbenverdichtern den Vorteil des Fortfalls von Ventilen und Kurbeltrieb, aber den Nachteil relativ hoher Undichtigkeitsveriuste. Ein Drehkolbenverdichter mit zwei Wellen ist das sogenannte Rootsgebläse mit zwei Drehkolben, die im Querschnitt Lemniskatenform haben und auf zwei Wellen befestigt sind, welche durch gleichgroße Zahnräder gekoppelt sind und sich bei Antrieb einer Welle gegenläufig drehen. Dadurch fördern sie, ohne sich oder die Gehäusewand zu berühren, ein zwischen sich und der Gehäusewand abgegrenztes Gasvolumen von der Saug- auf die Druckseite. Bei der Umkehr eines solchen Drehkolbenverdichters, also bei dem eingangs erwähnten Drehkolbenmotor entsteht, wenn die Drehkolben, die bei der Drehung ihre wirksame Fläche verändern, mit Druckluft beaufschlagt werden, eine Drehbewegung, die über ein Rädergetriebe auf die Ausgangswelle übertragen und hier z. B. zum Antrieb einer Bohrspindel benutzt werden kann. In diesem bekannten Fall handelt es sich um ein Druckluftwerkzeug, bei dem die vorerwähnten hohen Undichtigkeitsverluste ohne weiteres in Kauf genommen werden können. Ein solcher Drehkolbenmotor hat naturgemäß einen schlechten Wirkungsgrad und könnte wegen der Undichtigkeitsverluste beispielsweise auch nicht als ein Schwenkstellantrieb eingesetzt werden, der zu genauen Positionierungen in der Lage sein soll. Außerdem ist es bei einem solchen bekannten Drehkolbenmotor nicht ohne weiteres möglich, die Nennleistung dem Bedarf anzupassen.A rotary piston engine or, more generally, a rotary piston machine is the reverse of a rotary piston compressor (Meiers Lexikon der Technik und der angewandten Naturwissenschaften, 1969, p. 624). Rotary piston compressors have the advantage over reciprocating piston compressors of not having valves and a crank drive, but the disadvantage of relatively high leakage losses. A rotary piston compressor with two shafts is the so-called Roots blower with two rotary pistons that have a lemniscate shape in cross-section and are attached to two shafts that are coupled by gears of the same size and rotate in opposite directions when one shaft is driven. In this way, they convey a volume of gas that is defined between themselves and the housing wall from the suction side to the pressure side without touching each other or the housing wall. When reversing such a rotary piston compressor, i.e. in the rotary piston engine mentioned at the beginning, a rotary movement is created when the rotary pistons, which change their effective area when rotating, are pressurized with compressed air. This is transmitted to the output shaft via a gear train and can be used here, for example, to drive a drilling spindle. In this known case, it is a pneumatic tool in which the high leakage losses mentioned above can easily be accepted. Such a rotary piston engine naturally has a poor efficiency and, due to the leakage losses, could not be used, for example, as a swivel actuator that is supposed to be able to position precisely. In addition, with such a known rotary piston engine, it is not easy to adapt the rated power to requirements.
Die vorgenannten Undichtigkeitsveriuste rühren nicht nur von den minimalen Dichtspalten zwischen den Drehkolben und der Gehäusewand her, sondern haben ihren Ursprung auch in einem Schadraum, der sich bildet, wenn die Drehkolben in Stellungen sind, in welchen sie gemeinsam und mit der Gehäusewand gegenüber dem Druckmitteleinlaß und dem Druckmittelauslaß das konstruktionsbedingt kleinste mögliche Volumen begrenzen. Ein Schadraum ist derjenige Raum, in welchem sich noch Druckmittel befindet, das nicht weiter komprimiert oder verdrängt werden kann. Der wirksame Schadraum ist umso größer, je weniger die in vorgenannter Stellung befindlichen Drehkolben den Druckmitteleinlaß bzw. -auslaß verschließen können.The aforementioned leakage losses are not only caused by the minimal sealing gaps between the rotary pistons and the housing wall, but also have their origin in a dead space that forms when the rotary pistons are in positions in which they, together with the housing wall, limit the smallest possible volume in relation to the pressure medium inlet and the pressure medium outlet. A dead space is the space in which there is still pressure medium that cannot be further compressed or displaced. The effective dead space is larger the less the rotary pistons in the aforementioned position can close the pressure medium inlet or outlet.
Bei dem aus der oben bereits erwähnten DE 38 10 498 A1 bekannten Drehkolbenmotor sind zwar ein Lufteinlaß als Druckmitteleinlaß und Luftauslaßlöcher afs Druckmittelauslaß vorgesehen, wie diese bemessen sind und wo diese angeordnet sind, ist der DE 38 10 498 A1 aber nicht zu entnehmen. Bei diesem bekannten Drehkolbenmotor hat die innere Wand des Gehäuses im Querschnitt eine durch zwei sich schneidende Zylinder gebildete 8-Form, wie es auch bei einem Gebläse ähnlicher Bauart aus der US 24 92 935, Fig. 1, bekannt ist. Der Einlaß und der Auslaß dieses Gebläses sind große Bohrungen, wie sie auch aus der DE-A 1255 848 und aus der EP 0 209 788 A2 bekannt sind. Solche Bohrungen, die frei in eine Einlaß- bzw. Auslaßleitung münden, beziehen praktisch das Leitungsinnere in den Schadraum mit ein, führen also quasi zu Undichtigkeitsverlusten, weil die Drehkolben in der genannten Stellung das Gehäuseinnere nicht ausreichend gegen das Leitungsinnere abdichten können. Wenn die Drehkolben den Druckmitteleinlaß und den Druckmittelauslaß gut abdichten könnten, dann würde das auch den Druckmittelverbrauch dank geringerer Verluste wegen geringerer Leckage senken. Nebenbei hat eine schlechte Abdichtung des Druckmitteleinlasses und des Druckmittelauslasses durch die Drehkolben auch den nachteiligen Effekt, daß ein solcher Motor im Betrieb sehr laut ist.In the rotary piston engine known from the above-mentioned DE 38 10 498 A1, an air inlet as a pressure medium inlet and air outlet holes for the pressure medium outlet are provided, but how these are dimensioned and where they are arranged cannot be taken from DE 38 10 498 A1. In this known rotary piston engine, the inner wall of the housing has an 8-shape in cross-section formed by two intersecting cylinders, as is also known in a blower of a similar design from US 24 92 935, Fig. 1. The inlet and outlet of this blower are large holes, as are also known from DE-A 1255 848 and from EP 0 209 788 A2. Such holes, which open freely into an inlet or outlet line, practically include the inside of the line in the dead space, thus leading to leakage losses because the rotary pistons in the position mentioned cannot adequately seal the inside of the housing against the inside of the line. If the rotary pistons could seal the pressure medium inlet and outlet well, this would also reduce pressure medium consumption thanks to lower losses due to less leakage. In addition, poor sealing of the pressure medium inlet and outlet by the rotary pistons also has the disadvantageous effect that such an engine is very loud during operation.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehkolbenmotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß unter Beibehaltung eines einfachen Motoraufbaus Undichtigkeitsverluste und ein großer Schadraum vermieden werden und der Motor auch als Schwenkstellantrieb einsetzbar ist.The object of the invention is to design a rotary piston engine of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that, while maintaining a simple engine structure, leakage losses and a large clearance space are avoided and the engine can also be used as a swivel actuator.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features specified in patent claim 1.
Die Undichtigkeitsprobleme, die im Stand der Technik vorhanden sind, werden erfindungsgemäß erstens dadurch verringert, daß die Drehkolben und das Gehäuse jeweils als Strangpreßprofilteile ausgebildet sind. Ein Strangpreßprofilteil fördert die Dichtigkeit, weil es im Betrieb sehr formstabil ist. Zweitens werden die Undichtigkeitsprobleme dadurch verringert, daß bei dem Drehkolbenmotor nach der Erfindung die Drehkolben unter elastischem Druck in abdichtender Berührung sich einerseits direkt aufeinander abwälzen und andererseits mit der Gehäusewand unter elastischem Druck in abdichtender Gleitberührung sind. Drittens werden die Undichtigkeitsprobleme dadurch verringert, daß bei dem Gehäuse, das innen aus zwei sich schneidenden Zylindern gebildet ist, der schmale Einlaßschlitz im Bereich der Einschnürung der durch die sich schneidenden Zylinder gebildeten 8-Form angeordnet ist. Es ergibt sich aufgrund der Schmalheit des Einlaßschlitzes und aufgrund von dessen Lage ein Schalraum minimalen Volumens, wenn die beiden Drehkolben in der genannten Stellung sind, weiter ist der breite Auslaßschlitz in einem der Zylinder unmittelbar neben der Einschnürung der 8-Form angeordnet. Der sich in diesem Zylinder bewegende Drehkolben hat deshalb die Möglichkeit, den Auslaßschlitz auch vollständig zu verschließen. In diesem Augenblick gibt es praktisch überhaupt keinen Verlust an Druckmittel mehr, weil dadurch, daß der Drehkolben den Auslaßschlitz vollständig verschließt, innerhalb des gesamten Innenraums des Motors überall gleicher Druck herrscht. Eine Druckdifferenz delta P tritt erst wieder auf, wenn der Drehkolben den Auslaßschlitz wieder freigegeben hat. Schließlich ermöglicht dieser Aufbau des erfindungsgemäßen Drehkolbenmotors, diesen auch als Schwenkstellantrieb einsetzen zu können, weil die Undichtigkeitsprobleme auf erfindungsgemäße, vorstehend geschilderte Weise vermieden werden. Als Schwenkstellantrieb kann der Motor nach der Erfindung eine Klappe od. dgl. in einem Schwenkbereich von 360º in einer Drehrichtung verschwenken, was bei der Lage und der Orientierung des Auslaßschlitzes am günstigsten ist. Die Verschwenkung kann mit etwas schlechterem Wirkungsgrad aber auch in der anderen Drehrichtung erfolgen. Da die hohen Undichtigkeitsverluste, die im Stand der Technik auftreten, bei dem Drehkolbenmotor nach der Erfindung vermieden werden, hat dieser Drehkolbenmotor auch einen wesentlich besseren Wirkungsgrad und kann besser gesteuert werden.The leakage problems that exist in the prior art are, according to the invention, firstly reduced by the fact that the rotary pistons and the housing are each designed as extruded profile parts. An extruded profile part promotes tightness because it is very dimensionally stable during operation. Secondly, the leakage problems are reduced by the fact that in the rotary piston engine according to the invention the rotary pistons roll directly on one another under elastic pressure in sealing contact and, on the other hand, are in sealing sliding contact with the housing wall under elastic pressure. Thirdly, the leakage problems are reduced by the fact that in the housing, which is formed internally from two intersecting cylinders, the narrow inlet slot is arranged in the area of the constriction of the 8-shape formed by the intersecting cylinders. Due to the narrowness of the inlet slot and its position, a sound chamber of minimal volume is created when the two rotary pistons are in the position mentioned. Furthermore, the wide outlet slot in one of the cylinders is located directly next to the constriction of the 8-shape. The rotary piston moving in this cylinder therefore has the option of completely closing the outlet slot. At this moment there is practically no loss of pressure medium at all because the rotary piston completely closes the outlet slot, so the pressure is the same everywhere inside the engine. A pressure difference delta P only occurs again when the rotary piston has released the outlet slot again. Finally, this design of the rotary piston engine according to the invention also enables it to be used as a swivel actuator because the leakage problems are avoided in the inventive manner described above. As a swivel actuator, the motor according to the invention can swivel a flap or similar in a swivel range of 360º in one direction of rotation, which is most advantageous given the position and orientation of the outlet slot. The swiveling can also take place in the other direction of rotation with somewhat less efficiency. Since the high leakage losses that occur in the prior art are avoided in the rotary piston motor according to the invention, this rotary piston motor also has a significantly better efficiency and can be better controlled.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention form the subject matter of the subclaims.
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der bzw. jeder wenigstens an der Oberfläche elastisch verformbare Drehkolben mit einer elastischen Beschichtung versehen ist, ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei der vorgenannten weiteren Ausgestaltung der Erfindung. Allerdings erleichtert es die Herstellbarkeit und verbessert es die Formstabilität, wenn der bzw. jeder Drehkolben lediglich an der Oberfläche elastisch verformbar ist.If, in a further embodiment of the invention, the or each rotary piston that is elastically deformable at least on the surface is provided with an elastic coating, the same advantages arise as in the aforementioned further embodiment of the invention. However, it makes it easier to manufacture and improves the dimensional stability if the or each rotary piston is only elastically deformable on the surface.
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der bzw. jeder wenigstens an der Oberfläche elastisch verformbare Drehkolben aus einem Elastomer besteht, können zumindest die Drehkolben besonders einfach hergestellt werden.If, in a further embodiment of the invention, the or each rotary piston that is elastically deformable at least on the surface consists of an elastomer, at least the rotary pistons can be manufactured particularly easily.
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Gehäusewand mit einer elastischen Beschichtung versehen ist, kann bei einem Drehkolben auf eine elastische Ausbildung und/oder eine elastische Beschichtung verzichtet werden, ohne daß der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Drehkolbenmotors beeinträchtigt wird.If, in a further embodiment of the invention, the housing wall is provided with an elastic coating, an elastic design and/or an elastic coating can be dispensed with in the case of a rotary piston without the efficiency of the rotary piston engine according to the invention being impaired.
Es können beispielsweise beide Drehkolben als metallisches Strangpreßprofilteil hergestellt werden, das anschließend mit einer elastischen Beschichtung versehen wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Drehkolben aus jedem beliebigen Werkstoff bestehen, der stranggepreßt werden kann. So kann z. B. auch einer der beiden Drehkolben oder es können beide Drehkolben aus einem Elastomer wie Kohlekeramik stranggepreßt werden.For example, both rotary pistons can be manufactured as a metallic extruded profile part, which is then provided with an elastic coating. In a further embodiment of the invention, the rotary pistons can be made of any material that can be extruded. For example, one of the two rotary pistons or both rotary pistons can be extruded from an elastomer such as carbon ceramic.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Gehäuse aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder aus Metall bestehen. Die Leistung des Drehkolbenmotors ist durch Wahl der Länge der Strangpreßprofilteile wählbar. So lassen sich Motoren beliebiger Leistung herstellen, indem lediglich die entsprechende Länge der Drehkolben und des Gehäuses gewählt wird oder indem Standardabschnitte der Drehkolben und des Gehäuses axial zusammengefügt werden.In a further embodiment of the invention, the housing can be made of glass fiber reinforced plastic or metal. The performance of the rotary piston engine can be selected by choosing the length of the extruded profile parts. This allows engines of any power to be produced by simply choosing the appropriate length of the rotary pistons and the housing or by joining standard sections of the rotary pistons and the housing axially.
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein oder beide Drehkolben als Hohlprofilteil ausgebildet sind, hat der Drehkolbenmotor nach der Erfindung einen besonders material- und gewichtssparenden Aufbau.If, in a further embodiment of the invention, one or both rotary pistons are designed as a hollow profile part, the rotary piston engine according to the invention has a particularly material- and weight-saving structure.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigtEmbodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Drehkolbenmotors nach der Erfindung,Fig. 1 is a longitudinal sectional view of a rotary piston engine according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt des Drehkolbenmotors nach der Linie II-II in Fig. 1.Fig. 2 shows a cross section of the rotary piston engine along the line II-II in Fig. 1.
Ein in den Fig. 1 und 2 insgesamt mit 10 bezeichneter Drehkolbenmotor hat ein im Querschnitt im wesentlichen rechteckiges Gehäuse 12, das an seinen beiden Stirnseiten durch Deckel 14 bzw. 16 verschlossen ist. Die Deckel 14 und 16 sind durch nicht dargestellte Schrauben od. dgl. lösbar an dem Gehäuse 12 befestigt. In dem Gehäuse 12 sind zwei Wellen 18 und 20 angeordnet, die durch in den Deckeln 14, 16 vorgesehene und hier für die Erfindung im einzelnen nicht interessierende Lager drehbar gelagert sind, wie es in der Darstellung in Fig. 1 ohne weiteres zu erkennen ist. An ihren in Fig. 1 rechten Enden sind die Wellen 18, 20 durch ein insgesamt mit 22 bezeichnetes Rädergetriebe gekoppelt. Das Rädergetriebe 22 besteht hier aus zwei gleichgroßen Zahnrädern 24, 26, die miteinander kämmen, wie es ebenfalls in der Darstellung in Fig. 1 ohne weiteres zu erkennen ist. Die Zahnräder 24, 26 sind mit den ihnen zugeordneten Enden der Wellen 18 bzw. 20 verkeilt. An ihrem in Fig. 1 linken Ende ist die Weile 20 aus dem Gehäuse herausgeführt, um die Abtriebswelle des Drehkolbenmotors 10 zu bilden.A rotary piston engine, designated as a whole by 10 in Fig. 1 and 2, has a housing 12 that is essentially rectangular in cross-section and is closed at both ends by covers 14 and 16, respectively. The covers 14 and 16 are detachably attached to the housing 12 by screws or the like (not shown). Two shafts 18 and 20 are arranged in the housing 12, which are rotatably supported by bearings provided in the covers 14, 16 and not of interest here in detail for the invention, as can be easily seen in the illustration in Fig. 1. At their right ends in Fig. 1, the shafts 18, 20 are coupled by a gear train designated as a whole by 22. The gear train 22 consists here of two equally sized gears 24, 26 that mesh with one another, as can also be easily seen in the illustration in Fig. 1. The gears 24, 26 are keyed to the ends of the shafts 18 and 20 assigned to them. At its left end in Fig. 1, the shaft 20 is led out of the housing in order to form the output shaft of the rotary piston engine 10.
Die Welle 18 trägt einen Drehkolben 28, und die Welle 20 trägt einen Drehkolben 30. Die Drehkolben 28, 30 sind mit einander und mit einer inneren Gehäusewand 32 in Berührung. Der Drehkolbenmotor 10 wird mit einem Druckmittel betrieben, bei dem es sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel um Druckluft handelt. Diese wird dem Drehkolbenmotor 10 über einen als Bohrung ausgebildeten Einlaßkanal 34 zugeführt und gelangt über einen sich über die gesamte axiale Länge der Gehäusewand 32 erstreckenden Einlaßschlitz 36 in das Innere des Motors, um dort die Drehkolben 28, 30 auf an sich bekannte Weise mit Druck zu beaufschlagen und dadurch in Drehung zu versetzen. Die Drehkolben 28, 30 verändern bei ihrer Drehung ihre wirksame Fläche, wodurch eine Drehbewegung entsteht, die über das Rädergetriebe 22 auf die Ausgangswelle übertragen wird. Die Druckluft, die Arbeit verrichtet hat, gelangt schließlich über einen breiteren Auslaßschlitz 38, der sich ebenfalls über die gesamte axiale Länge der Gehäusewand erstreckt, in einen ebenfalls als Bohrung ausgebildeten Auslaßkanal 40.The shaft 18 carries a rotary piston 28, and the shaft 20 carries a rotary piston 30. The rotary pistons 28, 30 are in contact with each other and with an inner housing wall 32. The rotary piston motor 10 is operated with a pressure medium, which in the embodiment shown here is compressed air. This is fed to the rotary piston motor 10 via an inlet channel 34 designed as a bore and reaches the interior of the motor via an inlet slot 36 extending over the entire axial length of the housing wall 32, in order to apply pressure to the rotary pistons 28, 30 in a manner known per se and thereby set them in rotation. The rotary pistons 28, 30 change their effective area as they rotate, which creates a rotary movement that is transmitted to the output shaft via the gear train 22. The compressed air that has done the work finally passes through a wider outlet slot 38, which also extends over the entire axial length of the housing wall, into an outlet channel 40, which is also designed as a bore.
Undichtigkeitsverluste könnten sich aufgrund eines Schadraums ergeben, der sich bildet, wenn die Drehkolben 28, 30 in Stellungen sind, in welchen sie gemeinsam und mit der Gehäusewand 32 gegenüber dem Einlaßschlitz 36 und gegenüber dem Auslaßschlitz 38 das konstruktionsbedingt kleinstmögliche Volumen begrenzen. Die innere Wand 32 des Gehäuses 12 hat im Querschnitt eine durch zwei sich schneidende Zylinder gebildete 8-Form. Der Einlaßschlitz 36 ist im Bereich der Einschnürung der durch die sich schneidenden Zylinder gebildeten 8-Form angeordnet. Es ergibt sich aufgrund der Schmalheit des Schlitzes 36 und auf grund von dessen Lage und Orientierung ein Schadraum minimalen Volumens, wenn die Drehkolben 28, 30 in der genannten Stellung sind, in der sie das kleinste Volumen begrenzen. Der Auslaßschlitz 38 ist in einem der Zylinder unmittelbar neben der Einschnürung der 8-Form angeordnet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Drehkolben 28 hat deshalb die Möglichkeit, den Auslaßschlitz 38 vollständig zu verschließen.Leakage losses could result from a dead space that forms when the rotary pistons 28, 30 are in positions in which they, together with the housing wall 32, limit the smallest possible volume in relation to the inlet slot 36 and the outlet slot 38. The inner wall 32 of the housing 12 has a cross-section of an 8-shape formed by two intersecting cylinders. The inlet slot 36 is arranged in the area of the constriction of the 8-shape formed by the intersecting cylinders. Due to the narrowness of the slot 36 and on Due to its position and orientation, a clearance space of minimal volume is created when the rotary pistons 28, 30 are in the position mentioned in which they limit the smallest volume. The outlet slot 38 is arranged in one of the cylinders immediately next to the constriction of the 8-shape, as shown in Fig. 2. The rotary piston 28 therefore has the possibility of completely closing the outlet slot 38.
Die Drehkolben 28, 30 sind gegenseitig und mit der Gehäusewand 32 unter elastischem Druck in abdichtender Berührung. Dafür sind verschiedene Ausgestaltungen der Drehkolben und der inneren Gehäusewand 32 möglich, die nun im einzelnen betrachtet werden.The rotary pistons 28, 30 are in sealing contact with each other and with the housing wall 32 under elastic pressure. For this purpose, various designs of the rotary pistons and the inner housing wall 32 are possible, which will now be considered in detail.
In dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Drehkolben elastisch verformbar ausgebildet, wogegen die innere Gehäusewand 32 nicht elastisch verformbar ist. Die Drehkolben 28, 30 sind ständig in gegenseitiger dichter Wälzberührung und im wesentlichen ständig in dichter Gleitberührung mit der Gehäusewand 32. Die elastische Verformbarkeit des Drehkolbens 28 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß dieser gänzlich aus einem Elastomer besteht. Die elastische Verformbarkeit des Drehkolbens 30 wird dadurch erreicht, daß dieser ein in sich starres Profilteil ist, das an der Außenseite eine elastische Beschichtung 42 trägt. Die beiden Drehkolben 28, 30 sind jeweils als ein Strangpreßprofilteil ausgebildet. Allerdings wird nach dem Herstellen durch Strangpressen der Drehkolben 30 noch außen mit der elastischen Beschichtung 42 versehen. Die Beschichtung 42 kann durch Spritzen aufgetragen werden. Das Gehäuse 12 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff. Aus glasfaserverstärktem Kunststoff kann auch der Kern des Drehkolbens 30 bestehen, der außen zusätzlich die elastische Kunststoffbeschichtung 42 trägt.In the embodiment shown in the drawings, both rotary pistons are designed to be elastically deformable, whereas the inner housing wall 32 is not elastically deformable. The rotary pistons 28, 30 are constantly in tight rolling contact with each other and essentially constantly in tight sliding contact with the housing wall 32. The elastic deformability of the rotary piston 28 is achieved in the embodiment shown by the fact that it consists entirely of an elastomer. The elastic deformability of the rotary piston 30 is achieved by the fact that it is a rigid profile part that has an elastic coating 42 on the outside. The two rotary pistons 28, 30 are each designed as an extruded profile part. However, after production by extrusion, the rotary piston 30 is still provided with the elastic coating 42 on the outside. The coating 42 can be applied by spraying. In the illustrated embodiment, the housing 12 is made of a light metal such as aluminum or of a glass fiber reinforced plastic. The core of the rotary piston 30 can also be made of glass fiber reinforced plastic, which additionally has the elastic plastic coating 42 on the outside.
Die Beschichtung könnte auch einfach eine elastische Hülle sein (nicht dargestellt), die durch ein Fluid auf Abstand von dem Drehkolben oder von der Gehäusewand gehalten wird. Das Fluid würde unter dem elastischen Druck ausweichen.The coating could also simply be an elastic sleeve (not shown) that is held at a distance from the rotary piston or from the housing wall by a fluid. The fluid would yield under the elastic pressure.
Eine weitere Ausgestaltung bestünde darin, die Drehkolben 28, 30 beide aus einem Elastomer wie Kohlekeramik herzustellen oder beide aus einem starren Werkstoff herzustellen und in letzterem Fall beide außen mit einer elastischen Beschichtung wie der Beschichtung 42 oder der vorgenannten Hülle zu versehen.A further embodiment would consist in producing the rotary pistons 28, 30 both from an elastomer such as carbon ceramic or both from a rigid material and in the latter case both to be provided on the outside with an elastic coating such as the coating 42 or the aforementioned casing.
Noch eine weitere Ausgestaltung besteht darin, einen Drehkolben starr auszubilden, den anderen Drehkolben mit einer Kunststoffbeschichtung zu versehen oder aus einem Elastomer herzustellen und zusätzlich zum Erzielen der Abdichtung zwischen dem letztgenannten Dreh kolben und der Gehäusewand 32 letztere mit einer elastischen Beschichtung 44 zu versehen, die in Fig. 2 durch die Bezugszahl 44 lediglich angedeutet ist.Yet another embodiment consists in making one rotary piston rigid, providing the other rotary piston with a plastic coating or making it out of an elastomer and, in addition to achieving the seal between the latter rotary piston piston and the housing wall 32, the latter is to be provided with an elastic coating 44, which is only indicated in Fig. 2 by the reference number 44.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des hier beschriebenen Drehkolbenmotors ist dessen Einsatz als Schwenkstellenantrieb mit einem Positionierhub von 360º und sehr guter Positioniergenauigkeit.A preferred application area of the rotary piston motor described here is its use as a swivel drive with a positioning stroke of 360º and very good positioning accuracy.
Ein besonderer Vorteil der Ausgestaltung des hier beschriebenen Drehkolbenmotors 10 mit zwei elastisch verformbaren Drehkolben, sei es, daß diese selbst elastisch verformbar sind oder daß einer von ihnen und das Gehäuse oder beide Drehkolben mit einer elastischen Beschichtung versehen oder elastisch ausgebildet sind, besteht darin, daß zwischen den Drehkolben einerseits und zwischen den Drehkolben und dem Gehäuse andererseits kein Schmiermittel eingesetzt zu werden braucht. Die elastische Beschichtung des oder der Drehkolben und/oder der Gehäusewand 32 kann nämlich z. B. aus Teflon bestehen, das jedes Schmiermittel überflüssig macht.A particular advantage of the design of the rotary piston engine 10 described here with two elastically deformable rotary pistons, whether these are themselves elastically deformable or one of them and the housing or both rotary pistons are provided with an elastic coating or are designed to be elastic, is that no lubricant needs to be used between the rotary pistons on the one hand and between the rotary pistons and the housing on the other. The elastic coating of the rotary piston(s) and/or the housing wall 32 can consist of Teflon, for example, which makes any lubricant superfluous.
Als Strangpreßprofilteile für die Drehkolben 28, 30 kommen Hohlprofilteile in Frage, wie es in Fig. 2 am Beispiel des Drehkolbens 28 angedeutet ist.Hollow profile parts can be used as extruded profile parts for the rotary pistons 28, 30, as indicated in Fig. 2 using the example of the rotary piston 28.
Die Nennleistung, die der Drehkolbenmotor 10 abgeben soll, läßt sich auf einfache Weise wählen, indem die entsprechende Länge der Strangpreßprofilteile (Drehkolben und Gehäuse) gewählt wird. Zu diesem Zweck lassen sich beispielsweise mehrere Gehäuseabschnitte und mehrere Drehkolbenabschnitte, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, axial zusammenfügen, um die Länge des Drehkolbenmotors 10 der verlangten Leistung anzupassen. Die Möglichkeit der einfachen Leistungswahl durch die Wahl der Länge der Drehkolben und des Gehäuses bietet der Drehkolbenmotor 10, weil sich der Einlaßschlitz 36 und der Auslaßschlitz 38 jeweils über die gesamte axiale Länge des Gehäuses 12 erstrecken, also an den beiden Gehäuseenden jeweils offen sind. Der axiale Abschluß dieser Schlitze 36, 38 erfolgt durch die Deckel 14, 16. Ein Drehkolbenmotor, der statt des Einlaßschlitzes 36 und des Auslaßschlitzes 38 jeweils eine große, sich radial erstreckende Bohrung wie im eingangs geschilderten Stand der Technik hätte, könnte kein als einfaches Strangpreßprofilteil ausgebildetes Gehäuse haben.The nominal power that the rotary piston engine 10 is to deliver can be easily selected by selecting the appropriate length of the extruded profile parts (rotary piston and housing). For this purpose, for example, several housing sections and several rotary piston sections, as shown in Fig. 1, can be joined together axially in order to adapt the length of the rotary piston engine 10 to the required power. The rotary piston engine 10 offers the possibility of easily selecting the power by selecting the length of the rotary pistons and the housing because the inlet slot 36 and the outlet slot 38 each extend over the entire axial length of the housing 12, i.e. are open at both ends of the housing. The axial closure of these slots 36, 38 is provided by the covers 14, 16. A rotary piston engine which, instead of the inlet slot 36 and the outlet slot 38, had a large, radially extending bore as in the state of the art described at the beginning, could not have a housing designed as a simple extruded profile part.
Der hier beschriebene Drehkolbenmotor, genauer gesagt, die hier beschriebene Drehkolbenmaschine läßt sich umgekehrt als Lader zum Aufladen von Verbrennungsmotoren einsetzen, d. h. als Verdichter zum Vorverdichten der Verbrennungsluft oder des Luft-Kraftstoff-Gemisches zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren. In diesem Fall wird die Drehkolbenmaschine von dem Verbrennugsmotor mechanisch angetrieben oder durch eine Ab gasturbine angetrieben. Dieser Einsatz der Drehkolbenmaschine ist im Prinzip aus der oben bereits erwähnten US 24 92 935 zwar an sich bekannt, die Maschine nach der Erfindung ermöglicht konstruktionsbedingt jedoch einen viel besseren Wirkungsgrad und eignet sich insbesondere für den Einsatz als Lader bei Dieselmotoren aus Keramik.The rotary piston engine described here, or more precisely, the rotary piston machine described here, can be used conversely as a charger for charging internal combustion engines, ie as a compressor for pre-compressing the combustion air or the air-fuel mixture to increase the performance of internal combustion engines. In this case, the rotary piston machine is driven mechanically by the internal combustion engine or by a gas turbine. This use of the rotary piston machine is in principle known from the above-mentioned US 24 92 935, but the machine according to the invention enables a much better efficiency due to its design and is particularly suitable for use as a charger in ceramic diesel engines.
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