EP0167846A1 - Internal axis rotary piston machine - Google Patents

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EP0167846A1
EP0167846A1 EP85107098A EP85107098A EP0167846A1 EP 0167846 A1 EP0167846 A1 EP 0167846A1 EP 85107098 A EP85107098 A EP 85107098A EP 85107098 A EP85107098 A EP 85107098A EP 0167846 A1 EP0167846 A1 EP 0167846A1
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EP
European Patent Office
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rotor
outer rotor
rotary piston
piston machine
machine according
Prior art date
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EP85107098A
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German (de)
French (fr)
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EP0167846B1 (en
Inventor
Felix Dr. H.C. Wankel
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Original Assignee
Individual
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Publication of EP0167846A1 publication Critical patent/EP0167846A1/en
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Publication of EP0167846B1 publication Critical patent/EP0167846B1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C20/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines
    • F01C20/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
    • F01C20/14—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using rotating valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/10—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F01C1/103—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes

Definitions

  • the invention relates to an internal-axis rotary lobe machine with the features of the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to find an improved machine of the type mentioned, which, due to the shape of its rotor, has a higher throughput, based on its construction volume, and very small, harmful spaces and thereby enables high rotation speeds of its rotor.
  • the invention results in a cross-sectional shape of the rotor, which enables high rotational speeds, although the inner rotor can move up to the outer circumference of the outer rotor or even beyond in order to achieve very small, harmful spaces.
  • the machine according to the invention has surprisingly large working spaces in relation to the overall dimensions of the machine.
  • the side surfaces of the outer rotor that delimit the inner working spaces are preferably designed to be flat, wherein opposite inner side surfaces can advantageously run parallel to one another, so that large cross sections of the working spaces and large control openings on the outer rotor result.
  • outer corner areas of the inner rotor and the inner corner areas of the outer rotor are advantageous with con constant or variable cross-sectional curvature rounded.
  • the inner corner areas of the outer rotor are guided radially inwards so that they come close to the shaft.
  • the gear ratio between the inner and outer rotor is 2: 1, 3: 2, 4: 3, etc.
  • At least one adjustable wall piece which is provided on the inside of the housing and along which the circumference of the outer rotor moves, enables the delivery rate and / or the delivery pressure to be controlled by changing the time of inflow and thus the Size of the filling and / or the time of the outflow and thus the pressure level of the overflow in the pressure line changed.
  • a machine according to the invention can also be an internal combustion engine.
  • the cross-sectional view shows three main parts of the machine, i.e. an inner rotor 1, an outer rotor 2, with three rigidly connected rotor parts 2a, 2b and 2c and the housing 3 enclosing both of them.
  • the cross-sectional illustration in FIG visible boundary surfaces of these parts parallel to the axes of rotation of the rotor, while their invisible end boundary surfaces are perpendicular to these axes.
  • the wall of the housing 3 merges into an inflow and outflow channel 4, 5, it depending on the use of the machine whether the inflow channel 4 is an intake channel or an inflow channel for a propellant.
  • Both runners 1, 2 rotate about fixed axes 6, 7 which are at a distance from one another.
  • the speed ratio is 3: 2, corresponding to the ratio between the number of cutouts 8, 9, 10 forming the work spaces of the outer rotor to the number of parts 11, 12 of the inner rotor that extend away from the axis 6.
  • this ratio is 4: 3, corresponding to four recesses 14, 15, 16, 17 and three parts 18, 19, 20 of the inner rotor that move into and out of the recesses.
  • the movement sequence of the two runners 1, 2 relative to one another and relative to the machine housing 3 can be seen in the illustrations in FIG. 3.
  • the uninterrupted sealing between the inner and outer rotor results from the fact that both runners mutually create their shape when they move relative to each other.
  • the four outer corner regions 20-25 of the inner rotor according to FIG. 1 and the three inner corner regions 26, 27, 29 of the outer rotor are used for generating curves.
  • the corner regions of the inner rotor move or produce along the inner side surfaces 30, 31 of the outer rotor, and the inner corner regions 26, 27, 28 of the outer rotor move along or on the outer peripheral surfaces 32, 33 of the inner rotor generate these. This is illustrated by the movement positions shown in FIG. 3.
  • the seal between the inner side surfaces 30, 31 of the outer rotor and the side surfaces 34, 35 of the inner rotor results from a tooth flank-like contact between the two.
  • the corner areas 22 - 28 of both runners are preferably rounded instead of sharp-edged, so that the rounding on the other rotor creates an equidistant from the center of curvature of the rounding.
  • the inner corner region 28 of the outer rotor 2 is relatively close to the axis of the inner rotor, as a comparison with the prior art according to the aforementioned DE-OS 2 456 252 shows.
  • the throughput volume is, for example, 1 dm 3 .
  • the inner side surfaces 30, 31 of the outer rotor run parallel to one another, so that the opening of the recesses 8, 9, 10 of the outer rotor, which moves past the housing openings at a very high speed, is correspondingly advantageously large.
  • this opening cross section of the cutouts of the outer rotor is advantageously large.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 shows inner side surfaces of the outer rotor which run slightly towards one another radially outward.
  • the outer circumferential surfaces 32, 33 of the inner rotor move up to the outer circumference of the outer rotor, so that the harmful space results due to the different curvature of the circumferential surface of the inner rotor and the circumferential surface of the outer rotor. Since the outer peripheral surfaces 32, 33 of the inner rotor can also take over the sealing alone when passing through the sealing area 42 between the two channels 4, 5 of the housing, it is possible that these peripheral surfaces 32, 33 also move beyond the circumference of the outer rotor.
  • a wall piece 43 which is adjustable in the circumferential direction, so that the internal compression of the machine can be changed starting from zero.
  • Fig. 1 shows a position of the wall piece 43, through which there is no internal compression, while in the position according to Fig. 2, the internal compression takes place until the rotational position shown, until the working space 8 opens by the trailing edge 44 of the outer rotor away from the wall piece 43.
  • an actuating member not shown, which extends outwards through a slot in the housing wall.
  • the throughput can also be changed, since in this way the angular range of the rotation of the external rotor is reduced, within the medium of which in the increasingly larger working space 8 can flow between the two runners.
  • Fig. 4 shows another embodiment for the design of means for changing the throughput volume and / or the internal compression of the machine.
  • These means consist of a plurality of circular arc-shaped radial slides 46, 47 arranged next to one another in the circumferential direction on the inflow and outflow side of the machine in the direction of rotation of the rotors in the direction of arrow 48.
  • the inflow-side radial slides change the size of the arc region adjoining the inflow channel 4 ′, via the an inflow in both runners enclosed work space 8 'in the direction of arrow 49.
  • FIG. 4 shows two inflow-side radial slides 46 in the radially outer position, while the radial slides adjoining in the direction of rotation have their radially innermost position, so that maximum internal compression is achieved when the machine is operated as a compressor.
  • the strength of the internal compression can be gradually changed in this exemplary embodiment according to FIG. 4, corresponding to the number of radial slides 47 which are retracted radially outward from the position shown.
  • this means 43, 46, 47 for changing the delivery rate and / or the internal compression can be used on any machine in which there is an outer rotor rotating about a fixed axis, the recesses of which form radially outwardly open working spaces move past housing openings.
  • FIG. 6 shows how a machine according to the invention according to FIG. 7 can look in the axial cross section.
  • the parts of the machine according to FIGS. 6 and 7 already described with reference to FIG. 1 have the same reference numbers.
  • the parts 2a, 2b, 2c of the outer rotor are rigidly connected to one another at the two axial ends of the rotor by side plates 50, 51.
  • a hub 52 or 53 projects axially outward from these side plates, via which the outer rotor is mounted on the housing side plates 56, 57 by means of a ball bearing 54 or 55 of large diameter.
  • the hub 53 of the outer rotor has an internal toothing 58 which meshes with a gearwheel 60 fastened on the shaft journal 59 of the inner rotor 1.
  • This drive connection which is thus present, is recommended for an exact run of the two runners to one another, so that there is always an optimal gap seal between the two runners, although the tooth-flank-like contact between the side surfaces of both runners could make the additional gear connection 58, 60 superfluous.
  • the side plates 50, 51 of the outer rotor enclose circular lateral sealing plates 62, 63 which are screwed onto the housing sides 56, 57 and adjoin the end surfaces 64, 65 of the inner rotor with a sealing gap distance.
  • These sealing plates also enclose the two shaft journals 59, 66 of the inner rotor.
  • the outer bearing 44 of the outer rotor also encloses the rolling bearing 67, 68 which supports the shaft journals 59, 66.
  • the gearwheel 69 which laterally projects beyond the housing plate 70 and is attached to the shaft journal 59 of the inner rotor, serves either to drive the machine when it is used as a blower or compressor or as an output gear when the machine is driven as a motor or driver by an inflowing medium, such as the exhaust gas of an internal combustion engine.

Abstract

Der Innenläufer (1) der Drehkolbenmaschine hat jeweils paarweise vorhandene äussere Eckbereiche (22, 23; 24, 25), die innere Seitenflächen (30, 31) von Aussparungen (8, 9, 10) des Aussenläufers erzeugen, während innere Eckbereiche (26, 27, 28) des Aussenläufers (2) Umfangsflächen (32, 33) des Innenläufers erzeugen. Ausserdem ist eine zahnflankenartige Berührung zwischen den inneren Seitenflächen (30, 31) des Aussenläufers und den Seitenflächen (34, 35) des Innenläufers vorhanden, so dass beide Läufer gegen einander abgedichtet sind. Die Aussparungen (8, 9, 10) des Aussenläufers sind mit unveränderter Breite in radialer Richtung offen, und ihre Oeffnungen bewegen sich an den Zu- und Abströmkanälen (4, 5) des Maschinengehäuses (3) vorbei, so dass diese abgesteuert werden. Für die Veränderung der Zuströmmenge und/oder der inneren Kompression ist zwischen dem Aussenumfang des Aussenläufers und der Gehäuseinnenwand ein Wandstück (43) vorhanden, das in Umfangsrichtung von aussen verstellbar ist. Die Maschine hat auf Grund der Querschnittsform ihrer Läufer ein besonders grosses Druchsatzvolumen im Verhältnis zu ihrer Baugrösse sowie eine hohe Drehzahlbelastbarkeit ihrer Läufer.The inner rotor (1) of the rotary lobe machine has outer corner regions (22, 23; 24, 25) which are provided in pairs and which produce inner side surfaces (30, 31) of recesses (8, 9, 10) of the outer rotor, while inner corner regions (26, 27, 28) of the outer rotor (2) generate peripheral surfaces (32, 33) of the inner rotor. There is also a tooth flank-like contact between the inner side surfaces (30, 31) of the outer rotor and the side surfaces (34, 35) of the inner rotor, so that both rotors are sealed against one another. The recesses (8, 9, 10) of the outer rotor are open in the radial direction with unchanged width, and their openings move past the inflow and outflow ducts (4, 5) of the machine housing (3) so that they are deactivated. For changing the inflow amount and / or the internal compression, a wall piece (43) is present between the outer circumference of the outer rotor and the inner wall of the housing, which is adjustable in the circumferential direction from the outside. Due to the cross-sectional shape of its rotors, the machine has a particularly large throughput volume in relation to its size and a high speed load capacity of its rotors.

Description

Die Erfindung betrifft eine innenachsige Drehkolbenmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.The invention relates to an internal-axis rotary lobe machine with the features of the preamble of claim 1.

Das Buch des Anmelders "Einteilung der Rotations-KolbenMaschinen" (1963, Deutsche Verlags-Anstalt GmbH Stuttgart) bzw."Rotary Piston Machines" (London, Iliffe, 1965) zeigt zahlreiche Ausführungsformen von innenachsigen Rotations-Kolben-Maschinen, deren Sonderausführung eine Drehkolbenmaschine ist. Der sich somit um eine feststehende Achse drehende Aussenläufer kann die Zu- und Abströmöffnungen im Maschinengehäuse selbst absteuern, so dass eine innere Kompression ohne zusätzliche Mittel möglich ist. Eine Maschine dieser Art ist beispielsweise bekannt durch die DE-OS 2 456 252. Die als wulstförmig bezeichneten Profilierungen des Innenläufers dieser Maschine werden durch die inneren Eckbereiche des Aussenläufers kinematisch erzeugt. Da diese Profilierungen bei ihrer Bewegung in die Aussparungen des Aussenläufers hinein nicht den gesamten Inhalt dieser Aussparungen verdrängen, indem sie sich nicht bis an den äusseren Umfang des Aussenläufers bewegen, hat diese Maschine schädliche Räume, über die bei Ausführung der Maschine als Kompressor bereits komprimiertes Gas zurück zur Saugseite der Maschine gefördert wird. Eine Verkleinerung dieser schädlichen Räume würde zu einer mechanischen Schwächung des Aussenläufers führen, so dass er nicht durch hohe Drehgeschwindigkeiten belastbar wäre.The applicant's book "Classification of Rotary Piston Machines" (1963, Deutsche Verlags-Anstalt GmbH Stuttgart) or "Rotary Piston Machines" (London, Iliffe, 1965) shows numerous embodiments of internal-axis rotary piston machines, the special design of which is a rotary piston machine is. The external rotor thus rotating about a fixed axis can itself control the inflow and outflow openings in the machine housing, so that internal compression is possible without additional means. A machine of this type is known, for example, from DE-OS 2 456 252. The profiles of the inner rotor of this machine, which are referred to as bead-shaped, are generated kinematically by the inner corner regions of the outer rotor. Since these profiles do not displace the entire contents of these recesses when they move into the recesses of the outer rotor by not moving to the outer periphery of the outer rotor, this machine has harmful spaces through which the gas that has already been compressed when the machine is designed as a compressor is used back to the suction side of the machine. A reduction in these harmful spaces would lead to a mechanical weakening of the Lead external rotor so that it would not be able to withstand high rotational speeds.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Maschine der eingangs genannten Art zu finden, die durch die Form ihrer Läufer einen höheren Durchsatz, bezogen auf ihr Bauvolumen sowie sehr kleine schädliche Räume aufweist und dabei hohe Drehgeschwindigkeiten ihrer Läufer ermöglicht. Diese Verbesserungen werden zusammen mit weiteren Vorteilen erfindungsgemäss durch eine Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ermöglicht.The invention has for its object to find an improved machine of the type mentioned, which, due to the shape of its rotor, has a higher throughput, based on its construction volume, and very small, harmful spaces and thereby enables high rotation speeds of its rotor. These improvements are made possible together with further advantages according to the invention by a machine with the features of patent claim 1.

Auf Grund der Erfindung ergibt sich eine Querschnittsform der Läufer, die hohe Drehgeschwindigkeiten ermöglicht, obwohl für die Erzielung sehr kleiner schädlicher Räume der Innenläufer sich bis an den Aussenumfang des Aussenläufers oder sogar darüber hinaus bewegen kann. Ausserdem weist die erfindungsgemässe Maschine überraschend grosse Arbeitsräume im Verhältnis zu den Gesamtabmessungen der Maschine auf.The invention results in a cross-sectional shape of the rotor, which enables high rotational speeds, although the inner rotor can move up to the outer circumference of the outer rotor or even beyond in order to achieve very small, harmful spaces. In addition, the machine according to the invention has surprisingly large working spaces in relation to the overall dimensions of the machine.

Die innere Arbeitsräume begrenzenden Seitenflächen des Aussenläufers sind vorzugsweise eben ausgebildet, wobei einander gegenüberliegende innere Seitenflächen vorteilhaft parallel zueinander verlaufen können, so dass sich grosse Querschnitte der Arbeitsräume und grosse Steueröffnungen am Aussenläufer ergeben.The side surfaces of the outer rotor that delimit the inner working spaces are preferably designed to be flat, wherein opposite inner side surfaces can advantageously run parallel to one another, so that large cross sections of the working spaces and large control openings on the outer rotor result.

Die äusseren Eckbereiche des Innenläufers und die inneren Eckbereiche des Aussenläufers sind vorteilhaft mit konstanter oder veränderlicher Querschnittskrümmung abgerundet.The outer corner areas of the inner rotor and the inner corner areas of the outer rotor are advantageous with con constant or variable cross-sectional curvature rounded.

Zur Erzeugung grosser Arbeitsräume sind die inneren Eckbereiche des Aussenläufers weit radial nach innen geführt,so dass sie bis in die Nähe von dessen Welle gelangen.To create large work spaces, the inner corner areas of the outer rotor are guided radially inwards so that they come close to the shaft.

Das Uebersetzungsverhältnis zwischen Innen- und Aussenläufer beträgt 2:1, 3:2, 4:3 usw.The gear ratio between the inner and outer rotor is 2: 1, 3: 2, 4: 3, etc.

Mindestens ein verstellbares Wandstück, das an der Innenseite des Gehäuses vorgesehen ist, und an dem sich der Umfang des Aussenläufers entlang bewegt, ermöglicht in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Steuerung der Fördermenge und/oder des Förderdruckes, indem es den Zeitpunkt des Zuströmens und damit die Grösse der Füllung und/ oder den Zeitpunkt der Abströmung und damit die Druckhöhe des Ueberschubes in die Druckleitung verändert.In an advantageous embodiment of the invention, at least one adjustable wall piece, which is provided on the inside of the housing and along which the circumference of the outer rotor moves, enables the delivery rate and / or the delivery pressure to be controlled by changing the time of inflow and thus the Size of the filling and / or the time of the outflow and thus the pressure level of the overflow in the pressure line changed.

Auf Grund der Erfindung ergeben sich Querschnittsformen des Aussen- und Innenläufers, die durch ihre hohe Festigkeit sehr hohe Drehgeschwindigkeiten zulassen und die sich mit Kühlkanälen versehen lassen, so dass die Maschine durch heisse Abgase angetrieben werden kann. Es versteht sich, dass bei entsprechender Ausgestaltung eine erfindungsgemässe Maschine auch eine Verbrennungskraftmaschine sein kann.On the basis of the invention, cross-sectional shapes of the outer and inner rotor result which, due to their high strength, permit very high rotational speeds and which can be provided with cooling channels, so that the machine can be driven by hot exhaust gases. It goes without saying that, with a corresponding configuration, a machine according to the invention can also be an internal combustion engine.

Die für eine erfindungsgemässe Maschine möglichen sehr hohen Drehgeschwindigkeiten machen eine Ausgestaltung der Lagerung und der in axialer Richtung seitlichen Abdichtung empfehlenswert, wie es in der EP-A- 008747 des gleichen Anmelders beschrieben ist. Das wesentliche dieser Lagerung ist die Lagerung des Lagerringes des Aussenläufers, der die Welle des Innenläufers umschliesst, auf wenigen Rollen statt der Verwendung üblicher Wälzlager.The very high rotational speeds that are possible for a machine according to the invention make an embodiment of the Storage and the axial side seal is recommended, as described in EP-A-008747 by the same applicant. The essence of this bearing is the bearing of the bearing ring of the outer rotor, which surrounds the shaft of the inner rotor, on a few rollers instead of using conventional roller bearings.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen entnehmbar. Es zeigen:

  • Fig. 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Drehkolbenmaschine im Radialquerschnitt mit verschiedenen Drehpositionen ihrer Läufer und verschiedenen Stellpositionen eines Wandstückes zur Veränderung der inneren Kompression,
  • Fig. 3a-1 eine Maschine entsprechend Fig. 1 und 2 ohne veränderliche innere Kompression mit mehreren aufeinanderfolgenden Drehpositionen ihrer Läufer,
  • Fig. 4 eine Ausführungsform der Maschine mit gleicher Ausbildung ihrer Läufer wie nach Fig. l - 3, jedoch mit einer anderen Ausführungsform von Mitteln zur Veränderung der. Fördermenge und/oder der inneren Kompression,
  • Fig. 5 einen Radialquerschnitt durch das Läuferpaar einer Maschine mit einem Drehzahlverhältnis von 4:3 und
  • Fig. 6 und 7 eine Maschine ohne innere Kompression im Axialquerschnitt entlang der Linie VI-VI undeinemRadialquerschnitt.
Further advantageous embodiments of the invention can be found in the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
  • 1 and 2 a first embodiment of the rotary piston machine in radial cross section with different rotational positions of its rotor and different positions of a wall piece for changing the internal compression,
  • 3a-1 a machine corresponding to FIGS. 1 and 2 without variable internal compression with several successive rotational positions of their runners,
  • Fig. 4 shows an embodiment of the machine with the same design of its rotor as according to Fig. 1-3, but with a different embodiment of means for changing the. Delivery rate and / or internal compression,
  • Fig. 5 shows a radial cross section through the Rotor pair of a machine with a speed ratio of 4: 3 and
  • Figures 6 and 7 show a machine without internal compression in the axial cross-section along the line VI-VI and a radial cross-section.

Das Grundsätzliche einer erfindungsgemässen Maschine, das für alle ihre Ausführungsformen zutrifft, wird im folgenden anhand der Fig. 1 beschrieben.The basic principle of a machine according to the invention, which applies to all its embodiments, is described below with reference to FIG. 1.

Die Querschnittsdarstellung lässt drei Hauptteile der Maschine erkennen, d.h. einen Innenläufer 1, einen Aussenläufer 2, mit drei starr miteinander verbundenen Läuferteilen 2a, 2b und 2c und das beide umschliessende Gehäuse 3. Wie auch der Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispieles nach Fig. 6 entnehmbar ist, verlaufen die in der Darstellung nach Fig. 1 im Querschnitt sichtbaren Begrenzungsflächen dieser Teile parallel zu den Drehachsen der Läufer, während ihre nicht sichtbaren endseitigen Begrenzungsflächen senkrecht zu diesen Achsen verlaufen. Die Wand des Gehäuses 3 geht in einen Zuström- und Abströmkanal 4,5 über, wobei es von der Verwendung der Maschine abhängt, ob der Zuströmkanal 4 ein Ansaugkanal ist oder ein Zuströmkanal für ein Treibmittel.The cross-sectional view shows three main parts of the machine, i.e. an inner rotor 1, an outer rotor 2, with three rigidly connected rotor parts 2a, 2b and 2c and the housing 3 enclosing both of them. As can also be seen from the cross-sectional illustration of an exemplary embodiment according to FIG. 6, the cross-sectional illustration in FIG visible boundary surfaces of these parts parallel to the axes of rotation of the rotor, while their invisible end boundary surfaces are perpendicular to these axes. The wall of the housing 3 merges into an inflow and outflow channel 4, 5, it depending on the use of the machine whether the inflow channel 4 is an intake channel or an inflow channel for a propellant.

Beide Läufer 1, 2 drehen sich um feststehende Achsen 6,7, die einen Abstand voneinander aufweisen. Das Drehzahlverhältnis ist 3:2 entsprechend dem Verhältnis zwischen der Anzahl der Arbeitsräume bildenden Aussparungen 8, 9, 10 des Aussenläufers zu der Anzahl von sich von der Achse 6 wegerstreckenden Teilen 11, 12 des Innenläufers.Both runners 1, 2 rotate about fixed axes 6, 7 which are at a distance from one another. The speed ratio is 3: 2, corresponding to the ratio between the number of cutouts 8, 9, 10 forming the work spaces of the outer rotor to the number of parts 11, 12 of the inner rotor that extend away from the axis 6.

Im Beispiel nach Fig. 5 beträgt dieses Verhältnis 4:3, entsprechend vier Aussparungen 14, 15, 16, 17 und drei sich in die Aussparungen hinein und aus ihnen wieder herausbewegenden Teilenl8, 19, 20 des Innenläufers.In the example according to FIG. 5, this ratio is 4: 3, corresponding to four recesses 14, 15, 16, 17 and three parts 18, 19, 20 of the inner rotor that move into and out of the recesses.

Der Bewegungsablauf beider Läufer 1, 2 relativ zu einander und relativ zum Maschinengehäuse 3, ist den Darstellungen der Fig. 3 zu entnehmen. Die ununterbrochene Abdichtung zwischen dem Innen- und Aussenläufer ergibt sich dadurch, dass beide Läufer bei ihrer Bewegung relativ zueinander ihre Form gegenseitig erzeugen. Dabei werden die vier äusseren Eckbereiche 20 - 25 des Innenläufers nach Fig. 1 und die drei inneren Eckbereiche 26, 27, 29.des Aussenläufers zur Kurvenerzeugung verwendet. Beim vorgegebenen Drehzahlverhältnis zwischen beiden Läufern bewegen sich die Eckbereiche des Innenläufers entlang den inneren Seitenflächen 30, 31 des Aussenläufers bzw. erzeugen diese, und die inneren Eckbereiche 26, 27, 28 des Aussenläufers bewegen sich an den äusseren Umfangsflächen 32, 33 des Innenläufers entlang bzw. erzeugen diese. Dies ist durch die in Fig. 3 gezeigten Bewegungspositionen veranschaulicht.The movement sequence of the two runners 1, 2 relative to one another and relative to the machine housing 3 can be seen in the illustrations in FIG. 3. The uninterrupted sealing between the inner and outer rotor results from the fact that both runners mutually create their shape when they move relative to each other. The four outer corner regions 20-25 of the inner rotor according to FIG. 1 and the three inner corner regions 26, 27, 29 of the outer rotor are used for generating curves. At the specified speed ratio between the two rotors, the corner regions of the inner rotor move or produce along the inner side surfaces 30, 31 of the outer rotor, and the inner corner regions 26, 27, 28 of the outer rotor move along or on the outer peripheral surfaces 32, 33 of the inner rotor generate these. This is illustrated by the movement positions shown in FIG. 3.

Die Abdichtung zwischen den inneren Seitenflächen 30, 31 des Aussenläufers und den Seitenflächen 34, 35 des Innenläufers ergibt sich durch eine zahnflankenartige Berührung zwischen beiden. Die Eckbereiche 22 - 28 beider Läufer sind vorzugsweise abgerundet statt scharfkantig, so dass die Abrundung am anderen Läufereine Aequidistante zum Krümmungsmittelpunkt der Abrundung erzeugt.The seal between the inner side surfaces 30, 31 of the outer rotor and the side surfaces 34, 35 of the inner rotor results from a tooth flank-like contact between the two. The corner areas 22 - 28 of both runners are preferably rounded instead of sharp-edged, so that the rounding on the other rotor creates an equidistant from the center of curvature of the rounding.

Wie der in Fig. l dargestellten Drehposition zu entnehmen ist, befindet sich der innere Eckbereich 28 des Aussenläufers 2 verhältnismässig nahe zur Achse des Innenläufers, wie ein Vergleich mit dem Stand der Technik gemäss der genannten DE-OS 2 456 252 zeigt. Daraus ergibt sich der in Fig. 1 sichtbare ausserordentlich grosse Querschnitt des Raumes zwischen den inneren Seitenflächen 30, 31 des Aussenläufers, der Seitenfläche 34 des Innenläufers und der inneren Gehäuseflächen 37, so dass das Durchsatzvolumen der Maschine im Verhältnis zu ihrer Baugrösse besonders gross ist. Bei einer Baugrösse von beispielsweise 1,35 dm3 beträgt das Durchsatzvolumen beispielsweise 1 dm3.As can be seen from the rotational position shown in FIG. 1, the inner corner region 28 of the outer rotor 2 is relatively close to the axis of the inner rotor, as a comparison with the prior art according to the aforementioned DE-OS 2 456 252 shows. This results in the extraordinarily large cross-section of the space visible in FIG. 1 between the inner side surfaces 30, 31 of the outer rotor, the side surface 34 of the inner rotor and the inner housing surfaces 37, so that the throughput volume of the machine is particularly large in relation to its size. With a size of, for example, 1.35 dm 3 , the throughput volume is, for example, 1 dm 3 .

Die inneren Seitenflächen 30, 31 des Aussenläufers verlaufen im Beispiel nach Fig. l parallel zueinander, so dass die Oeffnung der Aussparungen 8, 9, 10 des Aussenläufers, die sich jeweils mit sehr hoher Geschwindigkeit an den Gehäuseöffnungen vorbeibewegt, entsprechend vorteilhaft gross ist. Auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen ist dieser Oeffnungsquerschnitt der Aussparungen des Aussenläufers vorteilhaft gross. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt innere Seitenflächen des Aussenläufers, die radial nach aussen leicht aufeinander zulaufen.In the example according to FIG. 1, the inner side surfaces 30, 31 of the outer rotor run parallel to one another, so that the opening of the recesses 8, 9, 10 of the outer rotor, which moves past the housing openings at a very high speed, is correspondingly advantageously large. In the other exemplary embodiments, too, this opening cross section of the cutouts of the outer rotor is advantageously large. The exemplary embodiment according to FIG. 7 shows inner side surfaces of the outer rotor which run slightly towards one another radially outward.

Trotz dieser besonders grossen äusseren Oeffnungsquerschnitte der Aussparungen 8, 9, 10 des Aussenläufers wird das genannte besonders grosse Arbeitsvolumen zwischen den inneren Seitenflächen des Aussenläufers bei der Bewegung des Innenläufers in diesen Aussparungen 8, 9, 10 hinein nahezu vollständig verdrängt, wie die Drehposition entsprechend Fig. 3a zeigt. Auf diese Weise ist nahezu kein schädliches Volumen vorhanden, das bei der Ausführungsform der Maschine als Kompressor von dem Druckkanal 5 zurück zu dem Saugkanal 4 gefördert wird. Dieses schädliche Volumen ist in Fig. 3a mit den Ziffern 40, 41 bezeichnet. Die negative Auswirkung dieses schädlichen Volumens ist jedoch vernachlässigbar, nicht nur weil es besonders klein ist, sondern weil das darin komprimierte Medium Arbeitsleistung erbringt, da es auf die Läufer in Drehrichtung wirkt, wie Fig. 3a veranschaulicht.Despite this particularly large outer opening cross cuts of the recesses 8, 9, 10 of the outer rotor, said particularly large working volume between the inner side surfaces of the outer rotor is almost completely displaced into these recesses 8, 9, 10 when the inner rotor moves, as the rotational position corresponding to FIG. 3a shows. In this way, there is almost no harmful volume that is conveyed back from the pressure channel 5 to the suction channel 4 in the embodiment of the machine as a compressor. This harmful volume is designated by the numbers 40, 41 in FIG. 3a. However, the negative impact of this harmful volume is negligible, not only because it is particularly small, but because the medium compressed therein performs work because it acts on the rotor in the direction of rotation, as illustrated in FIG. 3a.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bewegen sich die äusseren Umfangsflächen 32, 33 des Innenläufers bis an den äusseren Umfang des Aussenläufers heran, so dass sich der schädliche Raum auf Grund der unterschiedlichen Krümmung der Umfangsfläche des Innenläufers und der Umfangsfläche des Aussenläufers ergibt. Da die äusseren Umfangsflächen 32, 33 des Innenläufers beim Passieren des dichtenden Bereiches 42 zwischen beiden Kanälen 4, 5 des Gehäuses auch allein die Abdichtung übernehmen können, ist es möglich, dass diese Umfangsflächen 32, 33 sich auch über den Umfang des Aussenläufers hinausbewegen.In the exemplary embodiment shown, the outer circumferential surfaces 32, 33 of the inner rotor move up to the outer circumference of the outer rotor, so that the harmful space results due to the different curvature of the circumferential surface of the inner rotor and the circumferential surface of the outer rotor. Since the outer peripheral surfaces 32, 33 of the inner rotor can also take over the sealing alone when passing through the sealing area 42 between the two channels 4, 5 of the housing, it is possible that these peripheral surfaces 32, 33 also move beyond the circumference of the outer rotor.

Die Abdichtung zwischen dem Aussenläufer 2 und der Gehäuseinnenwand auf der dem Dichtbereich 42 zwischen den Kanälen 4, 5 diametral gegenüberliegenden Seite des Gehäuses erfolgt mittels eines in Umfangsrichtung verstellbaren Wandstückes 43, so dass die innere Kompression der Maschine ausgehend von Null veränderbar ist. Die Fig. 1 zeigt eine Position des Wandstückes 43, durch die sich keine innere Kompression ergibt, während in der Position nach Fig. 2 die innere Kompression bis zur dargestellten Drehposition erfolgt, bis sich der Arbeitsraum 8 öffnet, indem die nachlaufende Kante 44 des Aussenläufers sich von dem Wandstück 43 entfernt. Für die Verstellung des Wandstückes 43 in Umfangsrichtung ist ein nicht dargestelltes Betätigungsorgan vorhanden, das sich durch einen Schlitz in der Gehäusewand nach aussen erstreckt. Durch Verstellen des Wandstückes 42,ausgehend von der Position nach Fig. 1 in Richtung zu dem Zuströmkanal 4,lässt sich ausserdem die Durchsatzmenge ändern, da auf diese Weise der Winkelbereich der Umdrehung des Aussenläufers verkleinert wird, innerhalb dessen Medium in den sich zunehmend vergrössernden Arbeitsraum 8 zwischen beiden Läufern einströmen kann.The seal between the outer rotor 2 and the housing inner wall on the side of the housing diametrically opposite the sealing area 42 between the channels 4, 5 This is done by means of a wall piece 43 which is adjustable in the circumferential direction, so that the internal compression of the machine can be changed starting from zero. Fig. 1 shows a position of the wall piece 43, through which there is no internal compression, while in the position according to Fig. 2, the internal compression takes place until the rotational position shown, until the working space 8 opens by the trailing edge 44 of the outer rotor away from the wall piece 43. For the adjustment of the wall piece 43 in the circumferential direction, there is an actuating member, not shown, which extends outwards through a slot in the housing wall. By adjusting the wall piece 42, starting from the position according to FIG. 1 in the direction of the inflow channel 4, the throughput can also be changed, since in this way the angular range of the rotation of the external rotor is reduced, within the medium of which in the increasingly larger working space 8 can flow between the two runners.

Die Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung von Mitteln für die Veränderung des Durchsatzvolumens und/oder der inneren Kompression der Maschine. Diese Mittel bestehen aus mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten kreisbogenförmigen Radialschiebern 46, 47 auf der Zuström- und Abströmseite der Maschine bei Drehrichtung der Läufer in Richtung des Pfeiles 48. Die zuströmseitigen Radialschieber verändern die Grösse des sich an den Zuströmkanal 4' anschliessenden Bogenbereich, über den eine Zuströmung in den von beiden Läufern eingeschlossenen Arbeitsraum 8' in Richtung des Pfeiles 49 erfolgt. Die Fig. 4 zeigt zwei zuströmseitige Radialschieber 46 in radialäusserer Position, während die in Drehrichtung sich anschliessenden Radialschieber ihre radial innerste Position haben, so dass beim Betrieb der Maschine als Kompressor eine maximale innere Kompression erreicht wird. Die Stärke der inneren Kompression lässt sich bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 stufenweise verändern, entsprechend der Anzahl der aus der dargestellten Position radial nach aussen zurückgezogenen Radialschieber 47.Fig. 4 shows another embodiment for the design of means for changing the throughput volume and / or the internal compression of the machine. These means consist of a plurality of circular arc-shaped radial slides 46, 47 arranged next to one another in the circumferential direction on the inflow and outflow side of the machine in the direction of rotation of the rotors in the direction of arrow 48. The inflow-side radial slides change the size of the arc region adjoining the inflow channel 4 ′, via the an inflow in both runners enclosed work space 8 'in the direction of arrow 49. 4 shows two inflow-side radial slides 46 in the radially outer position, while the radial slides adjoining in the direction of rotation have their radially innermost position, so that maximum internal compression is achieved when the machine is operated as a compressor. The strength of the internal compression can be gradually changed in this exemplary embodiment according to FIG. 4, corresponding to the number of radial slides 47 which are retracted radially outward from the position shown.

Es versteht sich, dass dieses Mittel 43, 46, 47 zur Veränderung der Fördermenge und/oder der inneren Kompression an jeder Maschine anwendbar ist, bei der eine sich um eine feststehende Achse drehender Aussenläufer vorhanden ist, dessen radial nach aussen offenen Arbeitsräume bildenden Aussparungen sich an Gehäuseöffnungen vorbeibewegen.It is understood that this means 43, 46, 47 for changing the delivery rate and / or the internal compression can be used on any machine in which there is an outer rotor rotating about a fixed axis, the recesses of which form radially outwardly open working spaces move past housing openings.

Die Fig. 6 zeigt, wie eine erfindungsgemässe Maschine gemäss Fig. 7 im Axialquerschnitt aussehen kann. Die bereits anhand der Fig. 1 beschriebenen Teile der Maschine nach Fig. 6 und 7 haben die gleichen Bezugsziffern.FIG. 6 shows how a machine according to the invention according to FIG. 7 can look in the axial cross section. The parts of the machine according to FIGS. 6 and 7 already described with reference to FIG. 1 have the same reference numbers.

Die Teile 2a, 2b, 2c des Aussenläufers sind an den beiden axialen Enden des Läufers durch Seitenplatten 50, 51 starr miteinander verbunden. Von diesen Seitenplatten steht axial nach aussen eine Nabe 52 bzw. 53 ab, über die der Aussenläufer mittels eines Kugellagers 54 bzw. 55 von grossem Durchmesser an den Gehäuseseitenplatten 56, 57 gelagert ist. Bei hohen Drehgeschwindigkeiten ergeben sich an diesen Lagern ausserordentlich hohe Laufgeschwindigkeiten der Wälzkörper, die zu vorzeitigem Verschleiss führen können, so dass sich die erwähnte Ausführung gemäss deren EP-A-0087747 des gleichen Anmelders empfiehlt.The parts 2a, 2b, 2c of the outer rotor are rigidly connected to one another at the two axial ends of the rotor by side plates 50, 51. A hub 52 or 53 projects axially outward from these side plates, via which the outer rotor is mounted on the housing side plates 56, 57 by means of a ball bearing 54 or 55 of large diameter. At high rotation speeds result extraordinarily high running speeds of the rolling elements at these bearings, which can lead to premature wear, so that the mentioned embodiment according to its EP-A-0087747 by the same applicant is recommended.

Auf der An- bzw. Abtriebsseite der Maschine hat die Nabe 53 des Aussenläufers eine Innenverzahnung 58, die mit einem auf dem Wellenzapfen 59 des Innenläufers 1 befestigten Zahnrad 60 kämmt. Diese somit vorhandene Antriebsverbindung empfiehlt sich für einen exakten Lauf beider Läufer zueinander, so dass eine optimale Spaltdichtung zwischen beiden Läufern stets vorhanden ist, obwohl die zahnflankenartige Berührung zwischen den Seitenflächen beider Läufer die zusätzliche Zahnradverbindung 58, 60 überflüssig machen könnte.On the input or output side of the machine, the hub 53 of the outer rotor has an internal toothing 58 which meshes with a gearwheel 60 fastened on the shaft journal 59 of the inner rotor 1. This drive connection, which is thus present, is recommended for an exact run of the two runners to one another, so that there is always an optimal gap seal between the two runners, although the tooth-flank-like contact between the side surfaces of both runners could make the additional gear connection 58, 60 superfluous.

Die Seitenplatten 50, 51 des Aussenläufers umschliessen kreisförmige seitliche Dichtplatten 62, 63, die an den Gehäuseseiten 56, 57 angeschraubt sind und mit dichtendem Spaltabstand an die Endflächen 64, 65 des Innenläufers angrenzen. Diese Dichtplatten umschliessen ausserdem die beiden Wellenzapfen 59, 66 des Innenläufers. Entsprechend umschliesst auch das äussere Lager 44 des Aussenläufers jeweils das die Wellenzapfen 59, 66 lagernde Wälzlager 67, 68.The side plates 50, 51 of the outer rotor enclose circular lateral sealing plates 62, 63 which are screwed onto the housing sides 56, 57 and adjoin the end surfaces 64, 65 of the inner rotor with a sealing gap distance. These sealing plates also enclose the two shaft journals 59, 66 of the inner rotor. Correspondingly, the outer bearing 44 of the outer rotor also encloses the rolling bearing 67, 68 which supports the shaft journals 59, 66.

Das auf dem Wellenzapfen 59 des Innenläufers befestigte seitlich über die Gehäuseplatte 70 herausragende Zahnrad 69 dient entweder dem Antrieb der Maschine, wenn diese als Gebläse oder Kompressor verwendet wird oder als Abtriebszahnrad, wenn die Maschine als Motor bzw. Treiber durch ein zuströmendes Medium, wie z.B. das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.The gearwheel 69, which laterally projects beyond the housing plate 70 and is attached to the shaft journal 59 of the inner rotor, serves either to drive the machine when it is used as a blower or compressor or as an output gear when the machine is driven as a motor or driver by an inflowing medium, such as the exhaust gas of an internal combustion engine.

Claims (10)

1. Innenachsige Drehkolbenmaschine mit einem von einem Gehäuse umschlossenen äusseren und inneren Läufer, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils paarweise vorhandene äussere Eckbereiche (22, 23, 24, 25) des Innenläufers (1) innere Seitenflächen (30, 31) des Aussenläufers (2) erzeugen und innere Eckbereiche (26, 27, 28) des Aussenläufers (2) äussere Umfangsflächen (32, 33) des Innenläufers (1) erzeugen und dass eine zahnflankenartige Berührung zwischen den inneren Seitenflächen (30, 31) des Aussenläufers und den Seitenflächen (34, 35)-des Innenläufers vorhanden ist.1. Inner-axis rotary piston machine with an outer and inner rotor enclosed by a housing, characterized in that outer corner regions (22, 23, 24, 25) of the inner rotor (1), which are present in pairs, have inner side surfaces (30, 31) of the outer rotor (2). and generate inner corner areas (26, 27, 28) of the outer rotor (2) outer peripheral surfaces (32, 33) of the inner rotor (1) and that a tooth-flank-like contact between the inner side surfaces (30, 31) of the outer rotor and the side surfaces (34 , 35) -of the inner rotor is present. 2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Seitenflächen (30, 31) eben sind.2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the inner side surfaces (30, 31) are flat. 3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberliegende innere Seitenflächen (30, 31) des Aussenläufers parallel zueinander verlaufen.3. Rotary piston machine according to claim 2, characterized in that mutually opposite inner side surfaces (30, 31) of the outer rotor run parallel to one another. 4. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugenden Eckbereiche der Läufer mit konstanter oder veränderlicher Querschnittskrümmung abgerundet sind.4. Rotary piston machine according to one of claims 1-3, characterized in that the generating corner areas of the rotor are rounded with a constant or variable cross-sectional curvature. 5. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung grosser Arbeitsräume die Teile(2a, 2b, 2c) des Aussenläufers mit ihren inneren Eckbereichen sich so weit radial nach innen erstrecken, dass sie bis in die Nähe der Welle des Innenläufers (1) verlaufen.5. Rotary piston machine according to one of claims 1-4, characterized in that for generating large working spaces, the parts (2a, 2b, 2c) of the outer rotor with their inner corner regions extend so far radially inwards that they come close to the shaft of the inner rotor (1). 6. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche l - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenläufer (1) bis mindestens an den Umfang des Aussenläufers in dessen Aussparungen (8, 9, 10) eindringt, wobei die nach aussen offenen Aussparungen (8, 9, 10) des Aussenläufers sich an Zu- und Abströmöffnungen (4, 5) des Gehäuses vorbeibewegen. -6. Rotary piston machine according to one of claims 1-5, characterized in that the inner rotor (1) penetrates into at least the circumference of the outer rotor in its recesses (8, 9, 10), the recesses (8, 9, 10) of the outer rotor move past the inlet and outlet openings (4, 5) of the housing. - 7. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche l - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlverhältnis zwischen Innen- und Aussenläufer 2:1, 3:2, 4:3, 5:4 usw. beträgt.7. Rotary piston machine according to one of claims 1-6, characterized in that the speed ratio between the inner and outer rotor is 2: 1, 3: 2, 4: 3, 5: 4 etc. 8. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Druchsatzmenge und/oder der Druckhöhe eines Ueberschubes in eine Druckleitung (5) zwischen dem Umfang des Aussenläufers (2) und der Gehäuseinnenwand mindestens ein verstellbares Wandstück (43, 46, 47) vorhanden ist.8. Rotary piston machine according to one of claims 1-7, characterized in that at least one adjustable wall piece (43,) for changing the throughput quantity and / or the pressure level of a slide into a pressure line (5) between the circumference of the outer rotor (2) and the housing inner wall. 46, 47) is present. 9. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandstück (43) in Umfangsrichtung entlang der Gehäusewand verschiebbar ist.9. Rotary piston machine according to claim 8, characterized in that the wall piece (43) is displaceable in the circumferential direction along the housing wall. 10. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete und in radialer Richtung verstellbare Wandstücke (46, 47) vorhanden sind.10. Rotary piston machine according to claim 8, characterized in that a plurality of wall pieces (46, 47) arranged next to one another in the circumferential direction and adjustable in the radial direction are present.
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