EP1891299A1 - Rotary oscillating piston machine and method - Google Patents
Rotary oscillating piston machine and methodInfo
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- EP1891299A1 EP1891299A1 EP06754294A EP06754294A EP1891299A1 EP 1891299 A1 EP1891299 A1 EP 1891299A1 EP 06754294 A EP06754294 A EP 06754294A EP 06754294 A EP06754294 A EP 06754294A EP 1891299 A1 EP1891299 A1 EP 1891299A1
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- F04C2250/30—Geometry of the stator
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Definitions
- the invention relates to a device and a method for compressing and / or displacing a fluid, in particular a rotary piston compressor according to the preambles of claims 1 and 40 and a pump, a hydraulic force transducer and an internal combustion engine according to the preambles of claims 41, 42 and 43.
- Such devices are used for example in internal combustion engines, in which a piston compresses a gaseous fluid in the displacement chamber, wherein the internal combustion engines differ in the design of their piston.
- the piston In the most well-known combustion engines, the gasoline engine and the diesel engine, the piston is designed as a reciprocating piston exporting a stroke, the rotary engine, however, a rotating rotary piston is used.
- the pressure within the displacement increases, the fluid expands and drives the piston.
- the chemical energy stored in the fuel is converted into kinetic energy which causes a reciprocating motion in the reciprocating piston and a rotational movement of the piston in the rotary piston and generates a torque on a shaft.
- Petrol and diesel engines differ in particular by the resulting compression of the fluid in the displacer and the ignition process.
- gasoline engine is a compression of the fluid located in the displacement of atmospheric pressure to 20 to 30 bar, the fluid thus experiences by the piston movement, a compression ratio of compressed to non-compressed mixture of 20 to 30 to 1.
- the fluid is compressed depending on the design of the diesel engine up to 110 bar, so the fluid undergoes a compression ratio of 110 to one and is heated to 700 to 900 0 C, so that injected into the compressed fluid itself fuel inflamed.
- the rotary piston divides an epitrochoide-shaped displacement chamber into three partial spaces, in which a fluid is compressed by the rotation of the rotary piston circulating in the displacement chamber by means of an eccentric drive.
- the cross section of the rotary piston is formed in the plane of rotation, ie in cross section perpendicular to its axis of rotation, like an equilateral triangle with concave sides and has sealing regions in its corners, which run along the housing during the revolution of the piston.
- the disadvantage of such a rotary piston arrangement is that the displacement chamber shape created by the rotary piston is unfavorable and leads to high fuel consumption and high pollutant emissions.
- devices using rotary piston arrangements are limited in their achievable compression ratios and thus limited in their possible uses. In particular, with such devices no diesel engine similar construction of an internal combustion engine with auto-ignition is possible.
- the present invention has for its object to provide devices and methods for compressing and / or displacing a fluid, with which a quiet running behavior can be achieved, which allow effective displacement and / or high compression of the fluid and are versatile.
- the object is achieved by a device having the features of claim 1, a method having the features of claim 40 and a pump, a hydrodynamic torque converter and an internal combustion engine having the features of claims 41, 42 and 43.
- a solution according to the invention provides a device, in particular a rotary piston compressor for compressing and / or displacing a fluid in at least one displacement chamber, wherein the device comprises a rotary piston which is arranged rotatably about a rotation axis in the displacement and so in a plane of rotation which is perpendicular to the axis of rotation extends, is rotatable.
- a pendulum segment is arranged on the rotary piston
- the pendulum segment is parallel to the plane of rotation of the rotary piston pivotable about a pendulum segment axis to execute a pendulum motion relative to the rotary piston during a rotation of the rotary piston about the axis of rotation, - shares the rotary piston together with the pendulum segment the
- Displacement space in two subspaces which are each increased or reduced by the rotation of the rotary piston about the axis of rotation, wherein the total volume of the displacer remains constant, so that an increase of the first subspace causes a reduction of the second subspace and vice versa.
- the solution according to the invention thus provides a device which divides the displacement chamber into two subspaces by the rotary piston and the pendulum segment arranged on the rotary piston, which chambers are alternately enlarged and reduced by the rotational movement of the rotary piston and the pendulum movement of the pendulum segment relative to the rotary piston.
- the change in volume of the subspaces takes place in a differential manner, so that with a constant total volume of the displacer space, the reduction of the first subspace leads to an enlargement of the second subspace.
- the pendulum segment is arranged on the rotary piston, that it is pivotable in the plane of rotation of the rotary piston and during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation performs a pendulum motion about the pendulum segment axis relative to the rotary piston. Due to the pendulum motion, the pendulum segment, together with the rotary piston, creates a sealing division of the displacement space into two partial spaces.
- a device which causes by means of the rotational movement of the rotary piston and the simultaneous pendulum movement of the pendulum segment, a division of the displacement in two subspaces, which are enlarged and reduced in a differential manner by the rotational movement of the rotary piston.
- the device according to the invention thus provides a piston arrangement with a rotating piston, which enables large displacement and / or compression ratios of a fluid located in the subspaces of the displacement chamber and at the same time ensures smooth running rotational behavior, so that the device is also suitable for high rotational speeds.
- the device thus combines the advantages of a reciprocating piston arrangement with those of a rotary piston arrangement, in particular by making the device possible compression and / or displacement ratios as with a reciprocating piston and a running behavior as with a rotary piston.
- a motor, a pump or a force converter are conceivable, which are characterized by a high achievable compression and / or displacement ratio at the same time efficient and quiet operation.
- the volume of at least one of the subspaces during a revolution of the rotary piston about its axis of rotation changes from a minimum residual volume to a maximum volume and again to the minimum residual volume. In this way, a fluid located in the sub-chamber experiences a very large compression and / or displacement due to the rotation of the rotary piston, which is limited only by the compressibility of the fluid and the residual residual volume of the subspace.
- the displacer is preferably arranged in a housing in which the rotary piston is rotatably mounted.
- the rotary piston divides together with the pendulum segment the displacer in two subspaces by the rotary piston during its rotation around its axis of rotation at least on a housing section sealingly along and the pendulum segment simultaneously sealingly abuts a further housing portion.
- the pendulum segment and the rotary piston are designed so that they behave sealingly to each other during the pendulum movement of the pendulum segment and to make a sealing connection, at least a portion of the pendulum segment rests against at least a portion of the rotary piston.
- the pendulum motion of the pendulum segment is advantageously effected by the physical forces on the pendulum segment during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation.
- the pendulum segment is deflected by the forces acting on the pendulum segment, caused by the rotational movement of the rotary piston and arranged on the rotary piston pendulum segment centrifugal forces and pressed against a housing portion.
- the rotary piston of the device has at least one base plate which is parallel to the plane of rotation perpendicular to the axis of rotation of the
- Rotary piston extends and is arranged rotatably in the housing about the axis of rotation of the rotary piston.
- Closing element which extends on the base plate and is formed so that it runs during the rotation of the rotary piston sealing along at least one housing portion and thus produces the seal between the housing and rotary piston and on the other during the pendulum movement of the pendulum segment relative to the rotary piston sealing abuts a surface of the pendulum segment so as to effect the seal between the rotary piston and pendulum segment. Due to the design of the closure element and the sealing effect between rotary piston and housing, rotary piston and pendulum segment and pendulum segment and housing, caused by the pendulum motion, the division of the displacement is ensured in two subspaces.
- the cross section of the closure element is designed to be sickle-shaped parallel to the plane of rotation of the rotary piston.
- the shutter member may be defined in cross section parallel to the plane of rotation of the rotary piston by an outer side having an outer radius RA measured from the rotation axis of the base plate and an inner side having an inner radius R1 measured by the pendulum segment axis the sickle shape of the inner radius Rl is greater than the outer radius RA.
- the outside of the closure element moves along a housing section during the rotation of the rotary piston and the inside faces the shuttle segment.
- the pendulum segment moves along the inside of the closure element, wherein the pendulum segment is such that the inside of the closure element facing side of the pendulum segment sealingly abuts the inside of the closure element and thus on the rotary piston.
- the pendulum segment is arranged according to the invention about the pendulum segment axis rotatably mounted on the rotary piston.
- the pendulum segment axis is preferably arranged on the base plate, is offset from the axis of rotation of the base plate by a distance D and extends perpendicular to the plane of rotation, so that the pendulum segment can be pivoted in the plane of rotation of the rotary piston relative to the rotary piston.
- the pendulum segment in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston on a curved side, which can be described by a radius Rl about the pendulum segment axis.
- the curved side of the Pendulum segments and the inside of the closure element thus have a similar shape and curvature and are both by the radius Rl about the pendulum segment axis writable.
- the pendulum segment is arranged on the rotary piston, that the curved side of the pendulum segment to the inside of the closure element shows, so that the pendulum segment can thus be moved about the pendulum segment axis while the curved side of the pendulum segment sealingly abuts the inside of the closure element.
- the pendulum segment is during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation on a housing section and performs for this purpose a pendulum motion.
- the pendulum segment lies with one of the end portions of the curved
- the pendulum segment is preferably shaped in cross-section parallel to the plane of rotation in the region of the end portions of the curved side of the pendulum segment.
- the end sections of the curved side can be described in each case by a radius RZ by a center of the end portions of the curved side on the shuttle segment spaced from the pendulum segment axis.
- the end portions of the curved side are preferably arranged so that they have a maximum distance of 2RA to each other along a line which is defined by the center points associated with the end portions of the curved sides.
- the position of the centers of the curved portion end portions on the shuttle segment is determined by the line defined by the midpoints of the end portions passing through the rotational axis of the base plate of the rotary piston when the shuttle segment is in a non-deflected position centered relative to the rotary piston.
- the pendulum segment is in its normal position in which it is arranged symmetrically to the connecting line of pendulum segment axis and rotation axis of the rotary piston, ie in the central position during its pendulum motion.
- the end sections of the curved side of the pendulum segment can also be formed as a circular in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston, extending perpendicular to the plane of rotation of the rotary piston sealing elements, which are arranged rotatably about one axis of rotation on the pendulum segment and can be described by a radius RZ ,
- the further shaping of the pendulum segment in cross-section parallel to the plane of rotation is basically arbitrary and serves to connect the curved side of the pendulum segment and the sealingly abutting on a housing portion end portions of the curved side with the pendulum segment axis.
- An advantageous embodiment in this case has two further sides, which are formed so that they form with their essential extension directions approximately at an angle in the range up to 90 ° to each other and are each connected to an end portion of the curved side of the pendulum segment.
- the contour of the pendulum segment in this case has therefore in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston approximately the shape of a pie-shaped circular segment which is bounded by the curved, the closure member facing side and the two other sides in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston.
- the housing of the device is designed such that it has a first wall portion whose contour in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston describes a circular section and which is spaced by the radius RA from the axis of rotation of the base plate.
- the first wall section circumscribes an angle greater than or equal to 180 ° and is arranged such that the axis of rotation of the rotary piston is located in the fictitious center of the circle describing the first wall section, so that the closure element arranged on the rotary piston, the outside of which is also surrounded by the radius RA can be described about the axis of rotation of the rotary piston, during the rotation of the rotary piston moves about its axis of rotation sealingly along the first wall section.
- the housing has a second wall section whose contour in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston preferably represents a circle section defined by a radius RA, wherein the center of the second wall section may be spatially offset relative to the center of the first wall section.
- the pendulum segment movement is then such that one of the end portions of the curved side of the pendulum segment rests against one of the two wall sections and thus effects the sealing division of the displacement chamber into two partial spaces.
- the pendulum motion of the pendulum segment can be guided by a guide means, thus be positively controlled in this way.
- the guide means the movement of the pendulum segment is fixed relative to the housing, so as to ensure that the pendulum segment always runs along one of the two wall sections and thus fulfills its sealing function to one of the two wall sections.
- the pendulum segment is designed so that the guide element cooperates with the pendulum segment and, for example, by a suitable shaping of the pendulum segment causes the pendulum motion.
- the guide means by an intervention in the pendulum segment zwangssteuem the pendulum motion of the pendulum segment, the pendulum segment for this purpose may have a recess in its inner region.
- the guide element cooperates with the sealing elements arranged on the pendulum segment and thereby the pendulum movement of the pendulum segment during the rotation of the rotary piston leads.
- the guide means is formed by at least one guide pin which is fixedly arranged on the pendulum segment.
- the guide pin can engage in a groove in the housing, the groove in the
- Housing is designed so that the pendulum segment is guided during its rotation along the wall sections of the housing and always rests one of the end portions of the pendulum segment on one of the two wall sections.
- the contour of the displacement of the device is described in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston in one embodiment by enveloping circles with the radius RA, which indicate the contour of the first and second wall portion of the housing, the centers of the first and second wall portion associated enveloping circles spatially offset are arranged.
- the position of the centers of the two enveloping circles relative to each other can be described by an angle about a pivot axis, wherein the position of the pivot axis in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation of the rotary piston is defined by an intersection of the two enveloping circles.
- the angle which describes the position of the first and the second wall portion to each other, defines the shape and also the working behavior of the device.
- the cross-section is parallel to the plane of rotation of the rotary piston of the housing circular, the outside of the closure element is always on the housing, and the displacer is not divided during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation into subspaces, so that no change in volume Subspaces done. This corresponds to an idling of the device, in which no change in volume caused by the rotation of the rotary piston. If the angle is not equal to zero, then the outer side of the closure element during the rotation on the first wall portion and the end portions of the curved side of the pendulum segment on the second wall portion of the housing. The displacer is thus divided into two subspaces, which are enlarged and reduced in a differential manner during the rotation of the rotary piston.
- the contour of the displacement in the cross section parallel to the plane of rotation of the rotary piston by two spaced, with their openings facing each other circular halves of radius RA can be described, which are interconnected by connecting lines so that extended by an intermediate piece contour with gives an elongated circular shape.
- the contour of the displacement is freely selectable within certain limits, it must be ensured that the displacement is always divided by the closure element and the pendulum segment sealing in two subspaces.
- the guide means for guiding the pendulum segment during the rotation of the rotary piston is in this case in each case adapted so that the pendulum segment is guided sealingly with its end portions along the wall sections of the housing.
- the displacer space enclosed by the housing has a constant volume which can not be changed during operation.
- the housing shape is then defined, for example, by a constant angle between the enveloping circles describing the first and second wall sections.
- the displacement is variable in its volume and can be changed during operation of the device. Via a volume change of the displacement chamber, the ratio of the volumes of the partial spaces can be adjusted to one another and thus the compression ratio of maximum compressed to maximally expanded volume of both partial spaces of the device can be determined.
- the volume change of the displacement chamber is effected by a pivoting of the second wall section about a pivot axis whose position is defined by the intersection of the two enveloping circles describing the cross section of the first and second wall section in the plane of rotation of the rotary piston.
- the pivot axis lies in the end region of the first wall section and extends perpendicular to the plane of rotation of the rotary piston.
- the geometric relationships of the device can be described by means of the contours of the components of the rotary piston, the pendulum segment and the housing in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation.
- a variant of the device is completely described by the radii RA, Rl, RZ and RF and the positions of the axis of rotation of the rotary piston, the pendulum segment axis and the center of the second wall portion. It is conceivable that the geometrical dimensions of the arrangement change perpendicular to the plane of rotation.
- the positions of the axis of rotation and the pendulum segment axis must be independent of the position relative to the plane of rotation, so that the rotary piston is rotatable about the axis of rotation and the pendulum segment is pivotable about the pendulum segment axis. It is also conceivable that the radii do not change perpendicular to the plane of rotation and the arrangement by constant radii RA, Rl, RZ and RF and a height H can be described and up and / or down through formed by the housing cover and / or the base plate is limited.
- the task is also solved by a method for compressing and / or displacing a fluid.
- a method for compressing and / or displacing a fluid In the method according to the invention
- a pendulum segment which is pivotably arranged on the rotary piston in the plane of rotation carries out a pendulum movement relative to the rotary piston during the rotation of the rotary piston about the axis of rotation
- the subspaces are each increased or decreased by the rotation of the rotary piston about the rotation axis, wherein the total volume of the displacement chamber remains constant, so that an increase of the first subspace causes a reduction of the second subspace and vice versa.
- the displacement is divided by the rotation of the rotary piston about its axis of rotation, which extends perpendicular to the plane of rotation of the rotary piston, and a simultaneous pendulum movement of the pendulum segment in two sub-spaces, which are alternately enlarged and reduced in a differential manner.
- the process thus creates the opportunity to efficient way to effect a high compression of a located in a subspace of the displacement fluid.
- the task is solved by a pump, a hydrodynamic torque converter and an internal combustion engine with a device for compressing or displacing a fluid with the features explained above.
- the pump according to the invention has for this purpose a device in which a fluid is sucked by means of the rotational movement of the rotary piston through an inlet valve in an expanding subspace and is discharged through the subsequent compression of the subspace by an outlet valve.
- the hydrodynamic torque converter according to the invention has a device according to the invention for compressing or displacing a fluid with which mechanical energy is converted into flow energy and flow energy in turn into mechanical energy.
- a possible embodiment has a first device as a drive, which converts a mechanical torque into a hydrodynamic pressure, and a second device as an output, which is connected to the first device, for example via hoses and converts the hydrodynamic pressure back into a mechanical torque.
- a torque converter can be used, for example, as a transmission which converts large torques into high pressures by means of the device and via the compression ratios achievable with the device and transmits them with a low-volume fluid.
- the device is used to compress a fluid located in a partial space of the device, to mix with fuel and to generate a torque by the combustion of the fuel.
- the internal combustion engine preferably has two devices which are connected to one another via a shaft, the first device causing a compression of a fuel mixture and the second device being set in rotational motion by the ignition of the compressed fuel mixture and the resulting expansion.
- the speed control of the internal combustion engine can either be controlled via the addition of the fuel, as is customary in conventional internal combustion engines. But it is also possible, the Speed control of the internal combustion engine via a change in the volume enclosed by the housing of the device.
- Figures 1A-F are schematic transverse and longitudinal sectional views of the lower part, middle part and upper part of a first embodiment of the device for compressing or displacing a fluid;
- Figure 2 is a perspective and partially exploded view of the central part of the first embodiment of the device
- Figure 3A-F are schematic transverse and longitudinal sectional views of the lower part, middle part and upper part of a second embodiment of the device
- Figures 4A-G are schematic cross-sectional views of an apparatus for compressing or displacing a fluid in various positions of the rotary piston of an embodiment during its revolution;
- Figure 5 is a schematic plan view of an embodiment of the
- Figure 6 is a schematic representation of a housing shape
- Figure 7A-C are schematic cross-sectional views of a third embodiment of the variable displacement volume device.
- Figure 8 is a schematic longitudinal sectional view through a further embodiment of the device with adjustable
- Figure 9 is a schematic sectional view of an embodiment of a
- Figure 10A-F are schematic transverse and longitudinal sectional views of the lower part, middle part and upper part of a third embodiment of the device;
- Figure 11 is a schematic representation of a second housing form
- FIG. 12 shows a schematic cross-sectional view of the middle part according to FIG. 10D in a rotated position.
- FIGS. 1A to 1F and 3A to 3F show, in longitudinal section and cross-sectional views, two embodiments of a device for compressing and / or displacing a fluid.
- FIGS. 1A to 1F and 3A to 3F respectively show schematically longitudinal sections and cross sections through a top, a middle and a bottom part of two devices, while FIG. 2 shows a perspective view of the middle part of the device according to the embodiment according to FIG. 1A to 1 F shows.
- the longitudinal sectional views are oriented perpendicular to the plane of rotation 111 of a rotary piston 2 (FIG. 2), while the cross-sectional views are oriented parallel to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2. From FIGS. 1A to 1F and 3A to 3F, respectively, an overall view of the respective apparatus is obtained by superimposing the individual longitudinal sections representing the upper, middle and lower part.
- the device according to FIGS. 1A to 1 F and FIG. 2 has a rotary piston 2 arranged in a housing 1, which comprises an upper and a lower base plate 21, 21 ', which extends parallel to the plane of rotation 11 of the rotary piston 2 and which Waves 210, 210 'extending perpendicularly to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2 and means for supporting 10 are rotatably mounted in the region of the upper and lower parts in the housing 1 (FIGS. 1A, 1B and 1E, 1F).
- a closure element 22 is arranged, which forms the rotary piston 2 together with the upper and lower base plate 21, 21'.
- a pendulum segment 3 is also between the base plates 21, 21 ', which forms a pendulum segment 3 via a pendulum segment axis 31 extending perpendicularly to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2 between the base plates 21, 21 'is pivotally connected to the rotary piston 2 (FIGS. 1C, 1D and 2).
- the pendulum segment axis 31 can be formed, for example, via an axis between the base plates 21, 21 "fixed axis about which the pendulum segment 3 is pivotable.
- the housing 1 of the device forms in the region of the middle part of a displacement chamber 6, which is divided by the rotary piston 2 and arranged on the rotary piston 2 pendulum segment 3 in two subspaces 61, 62.
- the displacer space 6 formed by the subspaces 61, 62 is limited in the plane of rotation 11 1 to the outside by a first and a second wall portion 1 1, 12 and is upward and downward in the direction perpendicular to the plane of rotation 111 by the upper and lower base plate 21, 21 'completed.
- the rotary piston 2 is rotatably arranged in the housing 1 and rotates in operation about its axis of rotation 110.
- the pendulum segment 3 is set in a pendulum motion, which runs synchronously to the rotation of the rotary piston 2, so that the period of the pendulum movement of the circulation period of the rotary piston 2 corresponds. Due to the pendulum movement, the pendulum segment 3 is deflected towards the second wall section 12 and lies during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110 on the second wall section 12.
- the pendulum segment 3 has two sealing elements 32, 33, which are cylindrical and rotatable about axes of rotation 321, 331 are arranged on the pendulum segment 3 and of which one always on the second wall portion 12th the housing rests laterally in a sealing manner. This is due to the pendulum motion of the pendulum segment
- Rotary piston 2 and arranged thereon pendulum segment 3 is the of the
- the pendulum segment 3 performs a pendulum motion and in this way relative to the rotary piston 2 to the Pendulum segment axis 31 is pivoted to the second wall portion 12 out.
- the first subspace 61 of the displacer space 6 is bounded laterally in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 111 by the pendulum segment 3, the inside 221 of the closure element 22 and the first wall section 11, while the second subspace 62 is defined by the pendulum segment 3, the outside 222 of the closure element 22 and the second wall portion 12 is completed.
- the pendulum movement of the pendulum segment 3 about the pendulum segment axis 31 is effected by the physical forces prevailing during the rotation of the rotary piston 2. If the pendulum segment 3 is in the deflected position, ie not in the central position on the rotary piston 2, then the center of gravity of the pendulum segment 3 lies outside a line which points through the pendulum segment axis 31 and the rotation axis 110 of the rotary piston 2 and represents an axis of symmetry of the rotary piston 2 the pendulum segment 3 is pressed against the second wall section 12 of the housing 1 by the centrifugal force arising on account of the rotational movement and acting on the pendulum segment 3.
- FIGS. 3A to 3F An embodiment of the device with measures for guiding the pendulum segment 3 is shown in FIGS. 3A to 3F, which differs from the first embodiment according to FIGS. 1A to 1F in that the upper part of the device shown in FIGS. 3A and 3B as a fixed, the displacer 6 final lid of the housing 1 is formed, on which a in the middle part extending guide member 4 is arranged to guide the pendulum movement of the pendulum segment 3 and fixedly connected to the housing 1.
- the middle part and the lower part of the device, shown in FIGS. 3C and 3D or FIGS. 3E and 3F, substantially correspond to the first embodiment according to FIGS.
- the mode of action of the guide element 4 can be explained with reference to FIG. 3D.
- the guide element 4 is formed as a cylindrical member having a circular cross section parallel to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2 and extends from the lid of the housing 1 formed by the upper part of the device according to FIGS. 3A and 3B perpendicular to the plane of rotation 111 into the recess 304 in the shuttle segment 3, which is designed in the interior of the pendulum segment 3 so that the guide element 4 can not touch the pendulum segment 3 at any time.
- the guide element 4 interacts with the sealing elements 32, 33 arranged on the pendulum segment 3 and is operatively connected to guide the pendulum segment 3 with one of the sealing elements 32, 33 via the sides of the sealing element 32, 33 facing the recess 304 in the pendulum segment 3.
- the guide element 4 In the in Fig. 3D illustrated position of the rotary piston 2 is the guide element 4 on the inside of the pendulum segment axis 31 from the right looking sealing element 32 and thus causes the leadership of the sealing element 32 along the second housing section 12th
- FIGS. 4A to 4G The operation and the sequence of movement of the device for compressing and / or displacing a fluid are shown in FIGS. 4A to 4G, in which the rotary piston 2 and the pendulum segment 3 arranged on the rotary piston 2 are in different positions during the rotation of the rotary piston 2 about the axis of rotation 110 are shown.
- the device shown in FIGS. 4A to 4G is based on the embodiment according to FIGS. 3A to 3F, so that the pendulum movement of the pendulum segment is guided by the guide element 4 about the axis of rotation during the rotation of the rotary piston.
- the inlet and outlet of the fluid to be displaced and / or compressed during operation are effected by an inlet valve 51 and an outlet valve 52, respectively, which are provided in the first and second wall sections 11, 12.
- the inlet and outlet valves 51, 52 are not necessarily arranged in the wall sections 11, 12 of the housing, but may also be in the base plate 21, 21 'of the rotary piston 2 or the upper, forming a lid portion of the housing 1.
- FIGS. 4A to 4G The sequence shown in FIGS. 4A to 4G is based on a clockwise direction of rotation U of the rotary piston 2, wherein in general the direction of rotation of the device can be selected as desired.
- the pendulum segment 3 is located in a central position on the rotary piston 2, that is, it is aligned symmetrically with respect to the closure element 22.
- the displacement chamber 6 is completely formed by the first part space 61, the volume of which corresponds to the total volume of the displacement 6 and by the second wall portion 12 and the first two sides 301, 302 of the pendulum segment 3 and arranged on the pendulum segment 3 sealing elements 32nd 33 is laterally delimited in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 111. Perpendicular to the plane of rotation, as can be seen from FIGS.
- the displacement chamber 6 is on one side by a Base plate 21 and completed on the other side by a formed by the housing 1 cover.
- the closure element 22 rests with its outside 222 against the first wall section 11 of the housing 1, while the sealing elements 32, 33 are both arranged at the opposite transition regions from the first wall section 11 to the second wall section 12, which are arranged in the region of the inlet 51 and the outlet valve 52 , abut the housing 1.
- the rotary piston 2 has rotated in the direction of rotation U by an angle.
- the pendulum segment 3 is pivoted relative to the closure element 22 about the Pendelsegrnentachse 31, thereby causing the guide member 4 is in operative connection with the cylindrical sealing member 32 and the sealing member 32, the pendulum segment 3 deflects toward the second wall portion, so that the of the pendulum segment axis 31st seen from right sealing element 32 abuts the second wall portion 12. Due to the interaction of the guide element 4 and the sealing element 32, the deflection of the pendulum segment 3 is positively controlled and the sealing closure between the sealing element 32 and the second wall section 12 is ensured.
- a second subspace 62 has been created in the region of the inlet valve 51. Since the total volume of the displacement chamber 6 formed by the first and second sub-spaces 61, 62 is constant, the volume increase of the second subspace 62 is necessarily associated with a decrease in volume of the first subspace 61.
- the first subspace 61 is always bounded by a wall portion 11, 12, the first and second sides 301, 302 of the pendulum segment 3 and the inner side 221 of the closure element 22, while the second subspace 62 always between the second wall portion 12, the outside of the closure element 22 and the curved side 303 of the pendulum segment 3 is formed.
- the rotary piston 2 has turned further in the direction of rotation U, and has the volume of the second sub-space 62 increases at the expense of the volume of the first subspace 61.
- the sealing element 32 rests continuously on the second wall section 12, effected by the guidance of the guide element 4, and establishes the seal between the first and second sub-spaces 61, 62.
- the rotary piston 2 has rotated relative to the position in FIG. 4A in the direction of rotation U by 180 °. In this position, the volume of the first subspace 61 is minimal, while the volume of the second subspace 62 is maximum.
- the closure element 22 is facing the second wall portion 12 at this time, the pendulum segment 3 is in a central position on the rotary piston 2 and has with its pendulum segment axis 31 to the first wall section 1 first
- the periodic rotation movement is now periodically continued with the state of FIG. 4A.
- the volume of the second subspace 62 is reduced by the rotational movement of the rotary piston 2 to a minimum residual volume, so that a fluid located in the second subspace 62 experiences a very large compression.
- the volume change of the first subspace 61 during the rotation of the rotary piston 2 about the rotation axis 110 is relatively small and writable by the ratio of maximum volume (see FIG. 4A) to minimum volume (see FIG. 4E) of the first subspace 61 in the subspace 61 fluid is thus also relatively low.
- the second subspace 62 on the other hand, during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110, performs a volume change from a minimum residual volume (FIG. 4A) to a maximum volume (FIG. 4E) and again to the minimum residual volume, so that one in the second subspace 62 fluid undergoes a large compression or expansion during the rotation of the rotary piston 2.
- the compression ratio achievable via the change in volume of the second subspace 62 is therefore large, but practically limited by the compressibility of the fluid and a minimal residual volume of the second subspace 62.
- the pendulum movement of the pendulum segment 3 is guided during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110 by the guide member 4 and thus positively controlled.
- the guide element 4 ensures that a sealing element 32, 33 always bears against a wall section 11, 12 in order to bring about the sealing division of the displacement chamber 6 into its two partial spaces 61, 62.
- the pendulum movement. of the pendulum segment 3 is supported by the prevailing during the rotational movement of the rotary piston 2 physical forces on the pendulum segment 3, so that an additional contact pressure of the sealing elements 32, 33 on the respective wall portion 1 1, 12 is generated by the centrifugal forces caused by the rotational movement.
- FIGS. 3A to 3F illustrates the geometric design of the individual parts of the rotary piston 2 and of the pendulum segment 3 according to the second embodiment shown in FIGS. 3A to 3F in a plan view of the rotary piston 2 and the pendulum segment 3 arranged on the rotary piston 2.
- the closure element 22 On the base plate 21 of the rotary piston 2, the closure element 22 is arranged on the one hand and firmly connected to this and on the other hand via the pendulum segment axis 31, the pendulum segment 3 mounted pivotably.
- the closure element 22 has a sickle-shaped shape in cross-section parallel to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2 and has an inner side 221 which can be described by an inner radius R1 about the pendulum segment axis 31 and an outer side 222 which is defined by an outer radius RA about the rotation axis 110 of the rotary piston 2 is writable on.
- the closure element 22 extends perpendicular to the rotation plane 111 over the height of the middle part of the device.
- the pendulum segment 3 arranged on the base plate 21 is delimited in cross-section parallel to the plane of rotation 111 essentially by three sides 301, 302, 303, from where the first two sides 301, 302 are at an angle of approximately 90 ° to each other and in the connecting region of the pendulum segment axis 31, which extends perpendicular to the plane of rotation 111, is arranged.
- the third side 303 of the pendulum segment 3 is curved and is described by the inner radius Rl to the pendulum segment axis 31.
- the third pendulum segment side 303 nestles in shape of the inside 221 of the closure element 22, so that the pendulum segment 3 in a pendulum motion about the pendulum segment axis 31 runs with its third side 303 along the inside 221 of the closure element 22 and forms a sealing transition.
- the pendulum segment axis 31 is arranged offset by a distance D from the axis of rotation 110 of the rotary piston 2.
- the pendulum segment 3 extends, as can be seen in FIGS. 1 D and 3D, perpendicular to the plane of rotation 111 over the height of the middle part of the device, ie over the entire displacer space 6 and is defined by the upper and lower base plates 21, 21 'according to FIG 1A to 1F or by the lower base plate 21 and the cover formed by the housing 1 according to FIGS. 3A to 3F.
- the pendulum segment 3 seals the subspaces 61, 62 of the displacement chamber 6 relative to each other, but can, in particular with the use of suitable lubricants, relative to the upper and lower base plate 21, 21 'and along the housing 1 to move smoothly.
- the two cylindrical sealing elements 32, 33 are arranged, which are rotatably mounted about the axes of rotation 321, 331, have a circular cross-section with a radius RZ and extend over the height of the formed in the middle part of the device displacement chamber 6 (see FIG. 1C and 3C).
- the axes of rotation 321, 331 of the sealing elements 32, 33 are arranged in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 11 1 so that the distance between the axes of rotation in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 111 2RA - 2RZ and the two axes of rotation 321, 331 interconnecting line in a non-deflected pendulum segment position 3, that is centrally positioned on the rotary piston 2 pendulum segment 3, passes through the axis of rotation 110 of the rotary piston 2 and at the same time perpendicular to the axis of rotation 31 and the axis of rotation 110 facing symmetry axis of the rotary piston 2.
- the maximum distance between the outer sides of the sealing elements 32, 33 along the line connecting the axes of rotation 321, 331 is 2RA in this case.
- the longitudinal axis of the guide element 4 is arranged in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 1 1 1 in the center 120 of the second wall portion 12 of the housing 1, so that the guide element 4 so is aligned concentrically with the second wall portion 12.
- the shape of the recess 304 in the pendulum segment 3 is predetermined by the guidance of the pendulum segment 3 to be realized.
- an interaction between pendulum segment 3 and guide element 4 takes place exclusively via the sealing elements 32, 33 in that the guide element 4 interacts with and is in contact with at least one of the cylindrical sealing elements 32, 33.
- the contour of the recess 304 is circular in cross-section parallel to the plane of rotation 111, describable by a sufficiently large radius around a point passing through the intersection of the line connecting the two pivot axes 321, 331 with the line the pendulum segment axis 31 is defined extending symmetry axis of the pendulum segment 3.
- the sealing elements 32, 33 instead of the sealing elements 32, 33 to use an integrally formed pendulum segment 3, in which the sealing elements 32, 33 are integrated into the pendulum segment 3 and the guide element 4 interacts directly with the inside of the recess 304.
- Fig. 6 the shape of the displacer 6 forming housing 1 is shown in cross-section parallel to the plane of rotation 111.
- the inner contour of the housing 1, which describes the displacement 6, can be described by two pitch circles with the radius RA, which are each associated with a wall section 11, 12.
- the center of the first pitch circle, whose left portion in FIG. 6 represents the first wall portion 11, corresponds to the position of the rotation axis 110 of the rotary piston 2, so that the closure element 22 of the rotary piston 2, the outside 222 also by the radius RA about the axis of rotation 110 is writable, so with its outside 222 along the first wall portion 11 runs and itself this tightly clings.
- the center 120 of the second pitch circle is offset from the rotation axis 110 of the rotary piston 2.
- the spatial arrangement of the two pitch circles can be characterized by an angle ⁇ , which is formed between two lines pointing through a pivot axis 130 and one of the centers 110, 120 of the pitch circles.
- the two wall sections 11, 12 of the housing 1, which laterally delimit the displacer space 6 parallel to the plane of rotation 11 1 of the rotary piston 2 and can be described by the two pitch circles, are therefore arranged eccentrically.
- the rotary piston 2 rotates about the axis of rotation 110 in the center of the first wall portion 1 1, while the guide member 4 is positioned in the center 120 of the second wall portion 12.
- the guide means is realized by guide pins 40 arranged fixedly on the pendulum segment 3, which engage in a groove 45 in the housing 1 through a recess 46 in the base plates 21, 21 '.
- the embodiment shown in FIGS. 10A to 10F essentially corresponds to the configuration explained with reference to FIGS. 1A to 1F the device, wherein additionally the two guide pins 40 are provided.
- the guide pins 40 are advantageously inserted into bores of the pendulum segment 3 and rotatably or rotatably connected to the pendulum segment 3. It is also conceivable in this context, the guide pins 40 integrally formed with the pendulum segment 3.
- the guide pins 40 extend perpendicularly from the pendulum segment 3 through the base plates 21, 21 'into the groove 45 in the upper and lower part of the housing 1. It is also conceivable to provide the guide pins 40 and the groove 45 only on one side, so that the guide pins 40 extend only on one side of the pendulum segment 3 and only in the upper or lower part of the housing 1, a groove 45 is formed.
- a two-sided execution of the guide pins 40 and the groove 45 offers the advantage of a stable, symmetrical design, especially for applications where large torques acting on the rotary piston 2.
- the groove 45 is formed so that the pendulum segment 3 is guided by the engaging in the groove 45 guide pins 40 during the rotational movement of the rotary piston 2 so that an end portion 32 ', 33' always rests against the wall portion 12 of the housing 1.
- the shape of the groove 45 is dependent on the inner contour of the housing 1, so the wall sections 11, 12 to choose.
- Fig. 12 shows the Rotationskoiben 2 in a rotated position in which the pendulum segment 3 is deflected and rests with its end portion 33 'on the wall portion 12 of the housing 1.
- the guide pins 40 run around in the groove 45 and thus perform the pendulum motion of the oscillating piston such that always one of the two end portion 32 ', 33' of the pendulum segment 3 rests against the wall portion 12.
- the groove is, as explained with reference to FIGS. 10A to 10F, formed in the housing 1 in the upper and / or lower part (Fig. 10 A, B and Fig. 10 E, F) of the device and in Fig. 12 only for illustration indicated by dashed lines. In the embodiment shown in FIGS.
- the displacer space 6 is shaped with its wall sections 11, 12 corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 11.
- the inner contour of the housing 1 describing the cross-section of the displacement chamber 6 is formed by the two wall sections 11, 12 which can be described by two circular halves of radius RA pointing towards each other with their openings whose centers 110, 120 are spaced apart from each other and over straight sections are connected to a closed contour.
- the first wall section 11 is formed by the lower half of the circle in Fig. 11, while the second wall section includes the upper half of the circle and the vertical, the circular halves connecting sections.
- the pendulum segment 3 rests exclusively on the second wall section 12 during the rotation of the rotary piston 2.
- the groove 45 is divided into two sections, namely a guide section 450 and a return section 451 (see FIG. 10B).
- the guide portion 450 is configured such that the distance of the guide portion 450 of the groove 45 to the wall portion 12 is constant.
- the return section 451, on the other hand, represents the connection between the two ends of the guide section 450 for returning the guide pins 40 engaging in the groove 45.
- the design of the return section 451 is in principle arbitrary and, in particular, does not have to be adapted to the guide pins 40 correctly when two guide pins 40 are used become.
- the return section 451 then only has to ensure that a guide pin 40 located in the region of the return section 451 can reach the other end of the guide section 450. If, by contrast, only one guide pin 40 is used, then the return section 451 is also designed in a precise fit such that the guide pin 40 is guided by the groove 45 at all times and the pendulum segment 3 bears against the wall section 12.
- the contour of the displacement chamber 6 in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston 2 can be selected within wide limits and so optimized for optimal Verdrängerraumform out.
- the shape of the first wall portion 11 is in this case at least partially circular to choose so that the crescent-shaped closure member 22 sealingly to the first Wall section 11 can slide along.
- the shape of the second wall portion 12, however, is limited only in that the pendulum segment 3 with one of its end portion 32, 33 and 32 ', 33' always rest against the wall portion 12 during rotation of the rotary piston 2 and can perform a pendulum motion.
- the groove 45 for guiding the pendulum segment 3 is in each case adapted to the shape of the wall section 12, so that guidance of the pendulum segment 3 along the wall section 12 is ensured.
- the recess 46 in the base plates 21, 21 'of the rotary piston 2 must be such that a contact of the guide pins 40 and the base plates 21, 21 "in any position of the pendulum segment 3 is excluded during the rotation of the rotary piston the recesses 46 are sufficiently large, an exact fit is not required.
- the pendulum segment 3 is formed in one piece by the sealing elements 32, 33 being integrated into the pendulum segment 3 in the form of end sections 32 ', 33'.
- the outer surface of the pendulum segment 3 in the region of the sealing end portions 32 ', 33' of the curved third side 303 of the pendulum segment 3 is here modeled in cross-section of the contour of the cylindrical sealing elements 32, 33, wherein the guide pins 40 each in the center of the at least partially circular end portions 32nd ', 33' are arranged.
- FIGS. 10A to 10F it is also conceivable, analogous to the embodiment according to FIGS. 3A to 3F, to limit the housing on one side by a housing cover, ie to provide no second base plate 21 '.
- a device with two base plates 21, 21 ', as shown in FIGS. 10A to 10F, may for example be advantageous in order to enable a bilateral downforce.
- the devices according to FIGS. 1 to 6 and 10 and 11 can be used for a multiplicity of applications.
- the device may be used as a pump that, according to the process shown in FIGS. 4A to 4G, draws a fluid through the inlet valve 51 alternately into the first and second sub-chambers 61, 62 and ejects it from the outlet valve 52.
- a use as an internal combustion engine is conceivable.
- fuel may be injected and ignited into the fluid compressed in the second compartment 62 (see FIG. 4G), thereby causing expansion of the fluid in the compartment 62 which exerts a force on the closure member 22 and in this way the rotary piston 2 put in a rotary motion.
- the achievable by the device compression and displacement ratios are determined by the writable by means of the two sub-circles and limited by the first and second wall portion 11, 12 housing shape and by the housing enclosed by the displacement chamber 6.
- 7A to 7C show various embodiments of the device with different displacement chamber sizes, which are determined by different arrangements of the displacement chamber 6 enclosing wall sections 1 1, 12 relative to each other.
- the second wall section 12 is arranged in a different position relative to the pivot axis 130.
- the second wall portion 12 is variable and pivotable about the pivot axis 130 in operation and thus the volume of the displacer 6, 61, 62 is adjustable during operation or that the second wall portion 12 is fixed relative to the first Wandungsabêti 1 is arranged.
- the second wall portion 12 is pivoted relative to the first wall portion 1 1 about the pivot axis 130 on the end point of the first wall portion by an angle of 12.5 °.
- the pivoting angle of the second 12 to the first 1 1 wall section has a size of 7 °, so the maximum volume of the second partial space and the compression ratio that can thus be achieved are smaller.
- the pivot angle is 0 °.
- no second subspace 62 is formed during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110, and the first subspace 61 experiences no change in volume.
- This case corresponds to an idling of the assembly in which no work is done to displace or compress a fluid.
- a volume change can also take place via a displacement of the wall sections 11, 12 relative to one another, whereby the distance between the circular sections 11, 12 representing circular halves is increased or decreased by the displacement.
- 9 shows an embodiment of an internal combustion engine having two devices 700, 700 'interconnected by a shaft 701 and of which the first 700 is for compressing the fluid and the second 700' for generating the torque.
- the fluid is sucked into the first device 700 via an inlet pipe, compressed in the device and conducted in a compressed state via a channel 710 into an antechamber 711.
- the supply of the compressed fluid is controlled by two valves 740, 741.
- Internal combustion engines can generally be used materials, such as those used in other engine types, ie in particular
- Friction losses and abrasion can be used in operation suitable lubricants that allow a smooth and low-wear operation.
- a device using the device Torque converter can be used, for example, for a variety of vehicle types, in particular as a transmission or hydraulic power transmission devices for motor vehicles, but also, for example, as a power transmission device for bicycles or other means of transport in which a torque generated is transmitted to a drive medium.
- Rotary piston 1, 21 base plate of the rotary piston 10, 210 'shaft 2 closure element 21 inside of the closure element 22 outside of the closure element
- Pendulum segment 01 First pendulum segment side 02 Second pendulum segment side 03 Third pendulum segment side 04 Recess in pendulum segment 1
- Pendulum segment axis 2 First sealing element 2 'First end section 21
- Second sealing element 3' Second end section 31 Rotary axis of the second sealing element
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Abstract
The invention relates to a device for compressing and/or displacing a fluid in at least one displacement chamber, said device comprising a rotary piston, which is positioned in the displacement chamber so that it can rotate about a rotational axis and can rotate on a plane that extends perpendicularly to the rotational axis. The device is characterised in that: an oscillating segment is situated on the rotary piston; the oscillating segment can be pivoted about an oscillating-segment axis on the rotational plane of the rotary piston, in order to execute an oscillating motion relative to the rotary piston, during the rotation of the latter; and the rotary piston and the oscillating segment divide the displacement chamber into two sub-chambers, whose size is respectively enlarged or reduced by the rotation of the rotary piston, the total volume of the displacement chamber remaining constant, whereby an enlargement of the first sub-chamber causes a reduction in size of the second sub-chamber. The invention also relates to a method for compressing and/or displacing a fluid, to a pump, a hydraulic energy converter and to an internal combustion engine.
Description
ROTATIONSPENDELKOLBENMASCHINE UND VERFAHREN ROTATION DISPLACEMENT PISTON MACHINE AND METHOD
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids, insbesondere einen Rotationspendelkolbenverdichter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 40 sowie eine Pumpe, einen hydraulischen Kraftwandler und einen Verbrennungsmotor gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 41 , 42 und 43.The invention relates to a device and a method for compressing and / or displacing a fluid, in particular a rotary piston compressor according to the preambles of claims 1 and 40 and a pump, a hydraulic force transducer and an internal combustion engine according to the preambles of claims 41, 42 and 43.
Es sind Vorrichtungen zum Verdichten oder Verdrängen eines Fluids mit einem Verdrängerraum und einem Kolben bekannt, bei denen durch die Bewegung des Kolbens eine Volumenänderung des Verdrängerraums bewirkt und auf diese Weise ein im Verdrängerraum befindliches Fluid verdichtet und/oder verdrängt wird.There are devices for compressing or displacing a fluid with a displacement chamber and a piston are known in which caused by the movement of the piston, a volume change of the displacement chamber and in this way a fluid located in the displacement chamber is compressed and / or displaced.
Solche Vorrichtungen kommen beispielsweise in Verbrennungsmotoren zum Einsatz, bei denen ein Kolben ein gasförmiges Fluid im Verdrängerraum komprimiert, wobei sich die Verbrennungsmotoren durch die Bauform ihres Kolbens unterscheiden. Bei den bekanntesten Verbrennungsmotoren, dem Ottomotor und dem Dieselmotor, ist der Kolben als ein eine Hubbewegung ausführender Hubkolben ausgelegt, beim Wankelmotor hingegen kommt ein rotierender Kreiskolben zum Einsatz.Such devices are used for example in internal combustion engines, in which a piston compresses a gaseous fluid in the displacement chamber, wherein the internal combustion engines differ in the design of their piston. In the most well-known combustion engines, the gasoline engine and the diesel engine, the piston is designed as a reciprocating piston exporting a stroke, the rotary engine, however, a rotating rotary piston is used.
Den unterschiedlichen Motortypen ist gemein, dass sie die in einem Brennstoff gespeicherte chemische Energie in mechanische Arbeit umsetzen. Die Art der energetischen Umsetzung ist bei den unterschiedlichen Verbrennungsmotoren ähnlich und erfolgt durch eine Umsetzung der chemischen Energie in Wärme und durch eine anschließende Umwandlung der Wärme in mechanische Arbeit. Die Umwandlung der chemischen Energie erfolgt durch eine Verbrennung des Brennstoffes, die Umsetzung der Wärmeenergie in mechanische Arbeit durch deren Übertragung auf ein Fluid, dessen Druck ansteigt und bei der daraus resultierenden Expansion mechanische Arbeit verrichtet. Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren erfolgt durch die Hubbewegung eines Hubkolbens oder die Rotationsbewegung eines Kreiskolbens zu diesem Zweck
zunächst eine Komprimierung des Fluids im Verdrängerraum, verursacht durch die Bewegung des Kolbens und eine durch die Kolbenbewegung bewirkte Verkleinerung des Verdrängerraums. In das komprimierte Fluid wird Brennstoff eingespritzt, und das so entstandene, aus dem Fluid und dem Brennstoff gebildete Brennstoffgemisch wird entzündet. Durch die Verbrennung des Brennstoffgemisches erhöht sich der Druck innerhalb des Verdrängerraums, das Fluid expandiert und treibt den Kolben an. Auf diese Weise wird die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie in kinetische Energie umgesetzt, die beim Hubkolben eine Hubbewegung und beim Kreiskolben eine Rotationsbewegung des Kolbens bewirkt und ein Drehmoment an einer Welle erzeugt.What different types of engines have in common is that they convert the chemical energy stored in a fuel into mechanical work. The type of energetic conversion is similar in the different internal combustion engines and is done by converting the chemical energy into heat and then converting the heat into mechanical work. The conversion of the chemical energy is carried out by combustion of the fuel, the conversion of heat energy into mechanical work by their transfer to a fluid whose pressure increases and performs mechanical work in the resulting expansion. In conventional internal combustion engines carried by the lifting movement of a reciprocating piston or the rotational movement of a rotary piston for this purpose First, a compression of the fluid in the displacement chamber, caused by the movement of the piston and caused by the piston movement reduction of the displacement chamber. Fuel is injected into the compressed fluid and the resulting fuel mixture formed from the fluid and the fuel is ignited. By burning the fuel mixture, the pressure within the displacement increases, the fluid expands and drives the piston. In this way, the chemical energy stored in the fuel is converted into kinetic energy which causes a reciprocating motion in the reciprocating piston and a rotational movement of the piston in the rotary piston and generates a torque on a shaft.
Otto- und Dieselmotor unterscheiden sich insbesondere durch die entstehende Verdichtung des Fluids im Verdrängerraum und den Zündvorgang. Beim Ottomotor erfolgt eine Verdichtung des im Verdrängerraum befindlichen Fluids von atmosphärischem Druck bis auf 20 bis 30 bar, das Fluid erfährt also durch die Kolbenbewegung ein Verdichtungsverhältnis von verdichtetem zu nicht verdichtetem Gemisch von 20 bis 30 zu 1. Eine Entzündung des verdichteten, auf eine Temperatur von 400 bis 500 0C aufgeheizten und mit Brennstoff gemischten Fluids erfolgt über einen externen Zündfunken. Beim Dieselmotor hingegen wird das Fluid je nach Bauart des Dieselmotors auf bis zu 110 bar verdichtet, das Fluid erfährt also ein Verdichtungsverhältnis von 110 zu eins und wird dabei auf 700 bis 9000C erhitzt, so dass sich ein in das verdichtete Fluid eingespritzter Brennstoff selbst entzündet.Petrol and diesel engines differ in particular by the resulting compression of the fluid in the displacer and the ignition process. When gasoline engine is a compression of the fluid located in the displacement of atmospheric pressure to 20 to 30 bar, the fluid thus experiences by the piston movement, a compression ratio of compressed to non-compressed mixture of 20 to 30 to 1. An ignition of the compressed, to a temperature heated from 400 to 500 0 C and mixed with fuel fluid via an external spark. In the diesel engine, however, the fluid is compressed depending on the design of the diesel engine up to 110 bar, so the fluid undergoes a compression ratio of 110 to one and is heated to 700 to 900 0 C, so that injected into the compressed fluid itself fuel inflamed.
Bei einem Hubkolbenmotor ist es nachteilig, dass Maßnahmen zum Massenausgleich des eine Hubbewegung ausführenden Hubkolbens notwendig sind, um die Laufruhe des Motors zu gewährleisten und auf den Motor wirkende Massekräfte und -momente zu kompensieren. Dieses Problem wird durch eine Kreiskolbenanordnung mit einem rotierenden Kreiskolben vermieden, so dass gesonderte Maßnahmen zum Masseausgleich nicht erforderlich sind. Bei einer Ausführungsform der Kreiskolbenanordnung, dem Wankelmotor, teilt der Kreiskolben einen epitrochoidenförmig ausgebildeten Verdrängerraum in drei Teilräume, in denen ein Fluid durch die Umdrehung des mittels eines Exzentertriebes im Verdrängerraum umlaufenden Kreiskolbens verdichtet wird. Der Querschnitt des Kreiskolbens ist in der Rotationsebene, also im Querschnitt senkrecht zu seiner Rotationsachse, wie ein gleichseitiges Dreieck mit konkaven Seiten geformt und weist in seinen Ecken, die während der Umdrehung des Kolbens entlang des Gehäuses laufen, Dichtungsbereiche auf.
Nachteilig bei solchen Kreiskolbenanordnung ist, dass die durch den Kreiskolben geschaffene Verdrängerraumform ungünstig ist und zu hohem Kraftstoffverbrauch und hohen Schadstoffemissionen führt. Darüber hinaus sind Kreiskolbenanordnungen verwendende Vorrichtungen in ihren erreichbaren Verdichtungsverhältnissen begrenzt und somit in ihren Einsatzmöglichkeiten beschränkt. Insbesondere ist mit solchen Vorrichtungen keine dem Dieselmotor ähnliche Bauweise eines Verbrennungsmotors mit Selbstzündung möglich.In a reciprocating engine, it is disadvantageous that measures to balance the mass of a lifting movement exporting reciprocating piston are necessary to ensure the smoothness of the engine and to compensate acting on the engine mass forces and moments. This problem is avoided by a rotary piston arrangement with a rotating rotary piston, so that separate measures for mass balance are not required. In one embodiment of the rotary piston arrangement, the Wankel engine, the rotary piston divides an epitrochoide-shaped displacement chamber into three partial spaces, in which a fluid is compressed by the rotation of the rotary piston circulating in the displacement chamber by means of an eccentric drive. The cross section of the rotary piston is formed in the plane of rotation, ie in cross section perpendicular to its axis of rotation, like an equilateral triangle with concave sides and has sealing regions in its corners, which run along the housing during the revolution of the piston. The disadvantage of such a rotary piston arrangement is that the displacement chamber shape created by the rotary piston is unfavorable and leads to high fuel consumption and high pollutant emissions. In addition, devices using rotary piston arrangements are limited in their achievable compression ratios and thus limited in their possible uses. In particular, with such devices no diesel engine similar construction of an internal combustion engine with auto-ignition is possible.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids zu schaffen, mit denen ein ruhiges Laufverhalten erreicht werden kann, die eine effektive Verdrängung und/oder hohe Verdichtung des Fluids ermöglichen und vielseitig einsetzbar sind.The present invention has for its object to provide devices and methods for compressing and / or displacing a fluid, with which a quiet running behavior can be achieved, which allow effective displacement and / or high compression of the fluid and are versatile.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 40 sowie eine Pumpe, einen hydrodynamischen Drehmomentenwandler und einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen der Ansprüche 41 , 42 und 43 gelöst.The object is achieved by a device having the features of claim 1, a method having the features of claim 40 and a pump, a hydrodynamic torque converter and an internal combustion engine having the features of claims 41, 42 and 43.
Eine erfindungsgemäße Lösung schafft eine Vorrichtung, insbesondere einen Rotationspendelkolbenverdichter zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids in mindestens einem Verdrängerraum, wobei die Vorrichtung einen Rotationskolben aufweist, der um eine Drehachse drehbar im Verdrängerraum angeordnet ist und so in einer Rotationsebene, die sich senkrecht zur Drehachse erstreckt, rotierbar ist. Dabei - ist an dem Rotationskolben ein Pendelsegment angeordnet,A solution according to the invention provides a device, in particular a rotary piston compressor for compressing and / or displacing a fluid in at least one displacement chamber, wherein the device comprises a rotary piston which is arranged rotatably about a rotation axis in the displacement and so in a plane of rotation which is perpendicular to the axis of rotation extends, is rotatable. In this case - a pendulum segment is arranged on the rotary piston,
- ist das Pendelsegment parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens um eine Pendelsegmentachse verschwenkbar, um während einer Umdrehung des Rotationskolbens um die Drehachse eine Pendelbewegung relativ zum Rotationskolben auszuführen, - teilt der Rotationskolben zusammen mit dem Pendelsegment den- The pendulum segment is parallel to the plane of rotation of the rotary piston pivotable about a pendulum segment axis to execute a pendulum motion relative to the rotary piston during a rotation of the rotary piston about the axis of rotation, - shares the rotary piston together with the pendulum segment the
Verdrängerraum in zwei Teilräume, die durch die Umdrehung des Rotationskolbens um die Drehachse jeweils vergrößerbar oder verkleinerbar sind, wobei das Gesamtvolumen des Verdrängerraums konstant bleibt, so dass eine Vergrößerung des ersten Teilraums eine Verkleinerung des zweiten Teilraums bewirkt und umgekehrt.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit eine Vorrichtung zur Verfügung, die durch den Rotationskolben und das an dem Rotationskolben angeordnete Pendelsegment den Verdrängerraum in zwei Teilräume aufteilt, die durch die Rotationsbewegung des Rotationskolbens und die Pendelbewegung des Pendelsegments relativ zum Rotationskolben abwechselnd vergrößert und verkleinert werden. Die Volumenveränderung der Teilräume erfolgt dabei auf differentielle Weise, so dass bei konstantem Gesamtvolumen des Verdrängerraums die Verkleinerung des ersten Teilraums zu einer Vergrößerung des zweiten Teilraums führt. Das Pendelsegment ist so an dem Rotationskolben angeordnet, dass es in der Rotationsebene des Rotationskolbens verschwenkbar ist und während der Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse eine Pendelbewegung um die Pendelsegmentachse relativ zum Rotationskolben ausführt. Durch die Pendelbewegung schafft das Pendelsegment zusammen mit dem Rotationskolben eine dichtende Teilung des Verdrängerraums in zwei Teilräume.Displacement space in two subspaces, which are each increased or reduced by the rotation of the rotary piston about the axis of rotation, wherein the total volume of the displacer remains constant, so that an increase of the first subspace causes a reduction of the second subspace and vice versa. The solution according to the invention thus provides a device which divides the displacement chamber into two subspaces by the rotary piston and the pendulum segment arranged on the rotary piston, which chambers are alternately enlarged and reduced by the rotational movement of the rotary piston and the pendulum movement of the pendulum segment relative to the rotary piston. The change in volume of the subspaces takes place in a differential manner, so that with a constant total volume of the displacer space, the reduction of the first subspace leads to an enlargement of the second subspace. The pendulum segment is arranged on the rotary piston, that it is pivotable in the plane of rotation of the rotary piston and during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation performs a pendulum motion about the pendulum segment axis relative to the rotary piston. Due to the pendulum motion, the pendulum segment, together with the rotary piston, creates a sealing division of the displacement space into two partial spaces.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Vorrichtung geschaffen, die mittels der Rotationsbewegung des Rotationskolbens und der gleichzeitigen Pendelbewegung des Pendelsegmentes eine Teilung des Verdrängerraums in zwei Teilräume bewirkt, die auf differentielle Weise durch die Rotationsbewegung des Rotationskolbens vergrößert und verkleinert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt somit eine Kolbenanordnung mit einem rotierenden Kolben zur Verfügung, die große Verdrängungs- und/oder Verdichtungsverhältnisse eines in den Teilräumen des Verdrängerraums befindlichen Fluids ermöglicht und gleichzeitig ein laufruhiges Drehverhalten gewährleistet, so dass die Vorrichtung auch für hohe Drehzahlen geeignet ist. Die Vorrichtung vereinigt somit die Vorteile einer Hubkolbenanordnung mit denen einer Kreiskolbenanordnung, insbesondere, indem die Vorrichtung Verdichtungs- und/oder Verdrängungsverhältnisse wie mit einem Hubkolben und ein Laufverhalten wie mit einem Kreiskolben möglich macht. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind daher völlig neue Bauformen beispielsweise eines Motors, einer Pumpe oder eines Kraftwandlers denkbar, die sich durch ein hohes erreichbares Verdichtungs- und/oder Verdrängungsverhältnis bei gleichzeitig effizienter und laufruhiger Arbeitsweise auszeichnen.
Vorzugsweise ändert sich das Volumen mindestens eines der Teilräume während einer Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse von einem minimalen Restvolumen hin zu einem Maximalvolumen und wieder zum minimalen Restvolumen. Auf diese Weise erfährt ein im Teilraum befindliches Fluid durch die Umdrehung des Rotationskolbens eine sehr große Verdichtung und/oder Verdrängung, die nur durch die Kompressibilität des Fluids und das residuelles Restvolumen des Teilraums beschränkt ist.With the solution according to the invention, a device is provided which causes by means of the rotational movement of the rotary piston and the simultaneous pendulum movement of the pendulum segment, a division of the displacement in two subspaces, which are enlarged and reduced in a differential manner by the rotational movement of the rotary piston. The device according to the invention thus provides a piston arrangement with a rotating piston, which enables large displacement and / or compression ratios of a fluid located in the subspaces of the displacement chamber and at the same time ensures smooth running rotational behavior, so that the device is also suitable for high rotational speeds. The device thus combines the advantages of a reciprocating piston arrangement with those of a rotary piston arrangement, in particular by making the device possible compression and / or displacement ratios as with a reciprocating piston and a running behavior as with a rotary piston. With the device according to the invention therefore completely new designs, for example, a motor, a pump or a force converter are conceivable, which are characterized by a high achievable compression and / or displacement ratio at the same time efficient and quiet operation. Preferably, the volume of at least one of the subspaces during a revolution of the rotary piston about its axis of rotation changes from a minimum residual volume to a maximum volume and again to the minimum residual volume. In this way, a fluid located in the sub-chamber experiences a very large compression and / or displacement due to the rotation of the rotary piston, which is limited only by the compressibility of the fluid and the residual residual volume of the subspace.
Der Verdrängerraum ist bevorzugt in einem Gehäuse angeordnet, in dem der Rotationskolben drehbar gelagert ist. Der Rotationskolben teilt zusammen mit dem Pendelsegment den Verdrängerraum in zwei Teilräume, indem der Rotationskolben während seiner Umdrehung um seine Drehachse zumindest an einem Gehäuseabschnitt dichtend entlang läuft und das Pendelsegment gleichzeitig dichtend an einem weiteren Gehäuseabschnitt anliegt. Das Pendelsegment und der Rotationskolben sind dabei so ausgebildet, dass sie sich während der Pendelbewegung des Pendelsegments dichtend zueinander verhalten und, um eine dichtende Verbindung herzustellen, mindestens ein Bereich des Pendelsegments an mindestens einem Bereich des Rotationskolbens anliegt.The displacer is preferably arranged in a housing in which the rotary piston is rotatably mounted. The rotary piston divides together with the pendulum segment the displacer in two subspaces by the rotary piston during its rotation around its axis of rotation at least on a housing section sealingly along and the pendulum segment simultaneously sealingly abuts a further housing portion. The pendulum segment and the rotary piston are designed so that they behave sealingly to each other during the pendulum movement of the pendulum segment and to make a sealing connection, at least a portion of the pendulum segment rests against at least a portion of the rotary piston.
Die Pendelbewegung des Pendelsegmentes wird hierbei vorteilhafterweise durch die physikalischen Kräfte auf das Pendelsegment während der Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse bewirkt. Insbesondere wird das Pendelsegment durch die auf das Pendelsegment wirkenden, durch die Rotationsbewegung des Rotationskolbens und des auf dem Rotationskolbens angeordneten Pendelsegmentes verursachten Zentrifugalkräfte ausgelenkt und an einen Gehäuseabschnitt gepresst. Es ist aber auch möglich und vorteilhaft, die Pendelbewegung des Pendelsegments zwangszusteuem, um auf diese Weise sicherzustellen, dass die Pendelbewegung des Pendelsegmentes synchron zur Umdrehung des Rotationskolbens erfolgt und eine dichtende Teilung des Verdrängerraums durch die Pendelbewegung des Pendelsegments gewährleistet ist.The pendulum motion of the pendulum segment is advantageously effected by the physical forces on the pendulum segment during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation. In particular, the pendulum segment is deflected by the forces acting on the pendulum segment, caused by the rotational movement of the rotary piston and arranged on the rotary piston pendulum segment centrifugal forces and pressed against a housing portion. But it is also possible and advantageous zwangszusteuem the pendulum motion of the pendulum to ensure in this way that the pendulum motion of the pendulum segment is synchronous to the rotation of the rotary piston and a sealing division of the displacement is ensured by the pendulum motion of the pendulum segment.
In einer bevorzugten Ausbildung weist der Rotationskolben der Vorrichtung mindestens eine Grundplatte auf, die sich parallel zur Rotationsebene senkrecht zur Drehachse desIn a preferred embodiment, the rotary piston of the device has at least one base plate which is parallel to the plane of rotation perpendicular to the axis of rotation of the
Rotationskolbens erstreckt und um die Drehachse des Rotationskolbens drehbar in dem Gehäuse angeordnet ist. Auf der Grundplatte und mit dieser fest verbunden ist ein
Verschlusselement angeordnet, das sich auf der Grundplatte erstreckt und so ausgebildet ist, dass es zum einen während der Umdrehung des Rotationskolbens dichtend entlang zumindest eines Gehäuseabschnitts läuft und somit die Dichtung zwischen Gehäuse und Rotationskolben herstellt und zum anderen während der Pendelbewegung des Pendelsegments relativ zum Rotationskolben dichtend an einer Fläche des Pendelsegments anliegt, um so die Dichtung zwischen Rotationskolben und Pendelsegment zu bewirken. Durch die Ausbildung des Verschlusselementes und die Dichtwirkung zwischen Rotationskolben und Gehäuse, Rotationskolben und Pendelsegment sowie Pendelsegment und Gehäuse, bewirkt durch die Pendelbewegung, wird die Teilung des Verdrängerraums in zwei Teilräume gewährleistet.Rotary piston extends and is arranged rotatably in the housing about the axis of rotation of the rotary piston. On the base plate and firmly connected with this one Closing element which extends on the base plate and is formed so that it runs during the rotation of the rotary piston sealing along at least one housing portion and thus produces the seal between the housing and rotary piston and on the other during the pendulum movement of the pendulum segment relative to the rotary piston sealing abuts a surface of the pendulum segment so as to effect the seal between the rotary piston and pendulum segment. Due to the design of the closure element and the sealing effect between rotary piston and housing, rotary piston and pendulum segment and pendulum segment and housing, caused by the pendulum motion, the division of the displacement is ensured in two subspaces.
Vorzugsweise ist der Querschnitt des Verschlusselementes parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens sichelförmig ausgebildet. In diesem Fall kann das Verschlusselement im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens durch eine Außenseite, die einen von der Drehachse der Grundplatte gemessenen Außenradius RA aufweist, und durch eine Innenseite, die einen von der Pendelsegmentachse gemessenen Innenradius Rl aufweist, definiert sein, wobei zur Ausbildung der Sichelform der Innenradius Rl größer als der Außenradius RA ist. Die Außenseite des Verschlusselementes bewegt sich während der Umdrehung des Rotationskolbens entlang eines Gehäuseabschnitts, und die Innenseite zeigt zum Pendelsegment. Während der Pendelbewegung bewegt sich das Pendelsegment entlang der Innenseite des Verschlusselementes, wobei das Pendelsegment so beschaffen ist, dass die der Innenseite des Verschlusselementes zugewandte Seite des Pendelsegments dichtend an der Innenseite des Verschlusselementes und somit am Rotationskolben anliegt.Preferably, the cross section of the closure element is designed to be sickle-shaped parallel to the plane of rotation of the rotary piston. In this case, the shutter member may be defined in cross section parallel to the plane of rotation of the rotary piston by an outer side having an outer radius RA measured from the rotation axis of the base plate and an inner side having an inner radius R1 measured by the pendulum segment axis the sickle shape of the inner radius Rl is greater than the outer radius RA. The outside of the closure element moves along a housing section during the rotation of the rotary piston and the inside faces the shuttle segment. During the pendulum motion, the pendulum segment moves along the inside of the closure element, wherein the pendulum segment is such that the inside of the closure element facing side of the pendulum segment sealingly abuts the inside of the closure element and thus on the rotary piston.
Das Pendelsegment ist erfindungsgemäß um die Pendelsegmentachse drehbar am Rotationskolben angeordnet. Dabei ist die Pendelsegmentachse bevorzugt auf der Grundplatte angeordnet, ist von der Drehachse der Grundplatte um einen Abstand D versetzt und erstreckt sich senkrecht zur Rotationsebene, so dass das Pendelsegment in der Rotationsebene des Rotationskolbens relativ zum Rotationskolben verschwenkt werden kann. Bevorzugt weist das Pendelsegment im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens eine gekrümmte Seite auf, die durch einen Radius Rl um die Pendelsegmentachse beschreibbar ist. Die gekrümmte Seite des
Pendelsegments und die Innenseite des Verschlusselementes weisen also eine ähnliche Form und Krümmung auf und sind beide durch den Radius Rl um die Pendelsegmentachse beschreibbar. Das Pendelsegment ist dabei so auf dem Rotationskolben angeordnet, dass die gekrümmte Seite des Pendelsegments zur Innenseite des Verschlusselementes zeigt, so dass das Pendelsegment also um die Pendelsegmentachse bewegt werden kann und dabei die gekrümmte Seite des Pendelsegments dichtend an der Innenseite des Verschlusselementes anliegt.The pendulum segment is arranged according to the invention about the pendulum segment axis rotatably mounted on the rotary piston. In this case, the pendulum segment axis is preferably arranged on the base plate, is offset from the axis of rotation of the base plate by a distance D and extends perpendicular to the plane of rotation, so that the pendulum segment can be pivoted in the plane of rotation of the rotary piston relative to the rotary piston. Preferably, the pendulum segment in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston on a curved side, which can be described by a radius Rl about the pendulum segment axis. The curved side of the Pendulum segments and the inside of the closure element thus have a similar shape and curvature and are both by the radius Rl about the pendulum segment axis writable. The pendulum segment is arranged on the rotary piston, that the curved side of the pendulum segment to the inside of the closure element shows, so that the pendulum segment can thus be moved about the pendulum segment axis while the curved side of the pendulum segment sealingly abuts the inside of the closure element.
Um die dichtende Teilung des Verdrängerraums in zwei Teilräume zu erreichen, liegt das Pendelsegment während der Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse an einem Gehäuseabschnitt an und vollzieht zu diesem Zweck eine Pendelbewegung.In order to achieve the sealing division of the displacement in two subspaces, the pendulum segment is during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation on a housing section and performs for this purpose a pendulum motion.
Bevorzugt liegt das Pendelsegment dabei mit einem der Endabschnitte der gekrümmtenPreferably, the pendulum segment lies with one of the end portions of the curved
Seite während der Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse dichtend amSide during the rotation of the rotary piston around its axis of rotation sealing on
Gehäuse an, wobei stets einer der Endabschnitte der gekrümmten Seite am Gehäuse anliegt, während der Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse abschnittsweise aber auch beide Endabschnitte der gekrümmten Seite das Gehäuse berühren können.Housing, wherein always one of the end portions of the curved side rests against the housing, while the rotation of the rotary piston about its axis of rotation sections but also both end portions of the curved side can touch the housing.
Das Pendelsegment ist vorzugsweise im Querschnitt parallel zur Rotationsebene im Bereich der Endabschnitte der gekrümmten Seite des Pendelsegments rund geformt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Endabschnitte der gekrümmten Seite insbesondere jeweils durch einen Radius RZ um einen von der Pendelsegmentachse beabstandeten Mittelpunkt der Endabschnitte der gekrümmten Seite auf dem Pendelsegment beschreibbar sein. Die Endabschnitte der gekrümmten Seite sind dabei bevorzugt so angeordnet, dass sie entlang einer Linie, die durch die den Endabschnitten der gekrümmten Seiten zugeordneten Mittelpunkte definiert ist, einen maximalen Abstand von 2RA zueinander aufweisen. Die Position der Mittelpunkte der Endabschnitte der gekrümmten Seite auf dem Pendelsegment ist dadurch bestimmt, dass die durch die Mittelpunkte der Endabschnitte definierte Linie durch die Drehachse der Grundplatte des Rotationskolbens führt, wenn das Pendelsegment sich in einer relativ zum Rotationskolben zentrierten, nicht ausgelenkten Position befindet, das Pendelsegment also in seiner Grundstellung steht, in der es symmetrisch zur Verbindungslinie von Pendelsegmentachse und Drehachse des Rotationskolbens angeordnet ist, also in der mittigen Position während seiner Pendelbewegung.
In einer vorteilhaften Variante können die Endabschnitte der gekrümmten Seite des Pendelsegments auch als im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens kreisförmige, sich senkrecht zur Rotationsebene des Rotationskolbens erstreckende Dichtungselemente ausgebildet sein, die um jeweils eine Drehachse drehbar am Pendelsegment angeordnet und durch einen Radius RZ beschreibbar sind. Durch die Verwendung solcher gesonderter Dichtungselemente, die drehbar am Pendelsegment angeordnet sind, kann die Reibung zwischen Gehäuse und Pendelsegment während der Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse minimiert, Materialverschleiß reduziert und das Arbeitsverhalten der Vorrichtung verbessert werden.The pendulum segment is preferably shaped in cross-section parallel to the plane of rotation in the region of the end portions of the curved side of the pendulum segment. In an advantageous embodiment, the end sections of the curved side can be described in each case by a radius RZ by a center of the end portions of the curved side on the shuttle segment spaced from the pendulum segment axis. The end portions of the curved side are preferably arranged so that they have a maximum distance of 2RA to each other along a line which is defined by the center points associated with the end portions of the curved sides. The position of the centers of the curved portion end portions on the shuttle segment is determined by the line defined by the midpoints of the end portions passing through the rotational axis of the base plate of the rotary piston when the shuttle segment is in a non-deflected position centered relative to the rotary piston. Thus, the pendulum segment is in its normal position in which it is arranged symmetrically to the connecting line of pendulum segment axis and rotation axis of the rotary piston, ie in the central position during its pendulum motion. In an advantageous variant, the end sections of the curved side of the pendulum segment can also be formed as a circular in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston, extending perpendicular to the plane of rotation of the rotary piston sealing elements, which are arranged rotatably about one axis of rotation on the pendulum segment and can be described by a radius RZ , By using such separate sealing elements, which are rotatably mounted on the pendulum segment, the friction between housing and pendulum segment can be minimized during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation, reduces material wear and the performance of the device can be improved.
Die weitere Formgebung des Pendelsegments im Querschnitt parallel zur Rotationsebene ist grundsätzlich beliebig und dient dazu, die gekrümmte Seite des Pendelsegments und die dichtend an einem Gehäuseabschnitt anliegenden Endabschnitte der gekrümmten Seite mit der Pendelsegmentachse zu verbinden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung weist dabei zwei weitere Seiten auf, die so ausgebildet sind, dass sie mit ihren wesentlichen Erstreckungsrichtungen in etwa einen Winkel im Bereich bis zu 90° zueinander bilden und jeweils mit einem Endbereich der gekrümmten Seite des Pendelsegments verbunden sind. Die Kontur des Pendelsegments hat in diesem Fall also im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens in etwa die Form eines tortenstückförmigen Kreissegments, das durch die gekrümmte, dem Verschlusselement zugewandte Seite und die zwei weiteren Seiten im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens begrenzt ist.The further shaping of the pendulum segment in cross-section parallel to the plane of rotation is basically arbitrary and serves to connect the curved side of the pendulum segment and the sealingly abutting on a housing portion end portions of the curved side with the pendulum segment axis. An advantageous embodiment in this case has two further sides, which are formed so that they form with their essential extension directions approximately at an angle in the range up to 90 ° to each other and are each connected to an end portion of the curved side of the pendulum segment. The contour of the pendulum segment in this case has therefore in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston approximately the shape of a pie-shaped circular segment which is bounded by the curved, the closure member facing side and the two other sides in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston.
Bevorzugt ist das Gehäuse der Vorrichtung so ausgebildet, dass es einen ersten Wandungsabschnitt aufweist, dessen Kontur im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens einen Kreisabschnitt beschreibt und der durch den Radius RA von der Drehachse der Grundplatte beabstandet ist. Der erste Wandungsabschnitt umschreibt dabei einen Winkel größer oder gleich 180° und ist so angeordnet, dass die Drehachse des Rotationskolbens sich im fiktiven Mittelpunkt des den ersten Wandungsabschnitt beschreibenden Kreises befindet, so dass das auf dem Rotationskolben angeordnete Verschlusselement, dessen Außenseite ebenfalls durch den Radius RA um die Drehachse des Rotationskolbens beschreibbar ist, sich während der Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse dichtend entlang des ersten Wandungsabschnitts bewegt.
Darüber hinaus weist das Gehäuse einen zweiten Wandungsabschnitt auf, dessen Kontur im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens bevorzugt einen durch einen Radius RA definierten Kreisabschnitt darstellt, wobei der Mittelpunkt des zweiten Wandungsabschnitts relativ zum Mittelpunkt des ersten Wandungsabschnitts räumlich versetzt sein kann. Die Pendelsegmentbewegung ist dann so beschaffen, dass einer der Endabschnitte der gekrümmten Seite des Pendelsegments an einem der beiden Wandungsabschnitte anliegt und so die dichtende Teilung des Verdrängerraums in zwei Teilräume bewirkt.Preferably, the housing of the device is designed such that it has a first wall portion whose contour in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston describes a circular section and which is spaced by the radius RA from the axis of rotation of the base plate. The first wall section circumscribes an angle greater than or equal to 180 ° and is arranged such that the axis of rotation of the rotary piston is located in the fictitious center of the circle describing the first wall section, so that the closure element arranged on the rotary piston, the outside of which is also surrounded by the radius RA can be described about the axis of rotation of the rotary piston, during the rotation of the rotary piston moves about its axis of rotation sealingly along the first wall section. In addition, the housing has a second wall section whose contour in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston preferably represents a circle section defined by a radius RA, wherein the center of the second wall section may be spatially offset relative to the center of the first wall section. The pendulum segment movement is then such that one of the end portions of the curved side of the pendulum segment rests against one of the two wall sections and thus effects the sealing division of the displacement chamber into two partial spaces.
Um zu gewährleisten, dass das Pendelsegment an einem der beiden Wandungsabschnitte des Gehäuses anliegt und den Verdrängerraum dichtend in zwei Teilräume teilt, kann die Pendelbewegung des Pendelsegments durch ein Führungsmittel geführt werden, auf diese Weise also zwangsgesteuert sein. Durch das Führungsmittel ist die Bewegung des Pendelsegments relativ zum Gehäuse festgelegt, so dass sichergestellt ist, dass das Pendelsegment immer entlang eines der beiden Wandungsabschnitte läuft und somit seine Dichtungsfunktion zu einem der beiden Wandungsabschnitte erfüllt.In order to ensure that the pendulum segment rests against one of the two wall sections of the housing and the sealing space sealingly divides into two subspaces, the pendulum motion of the pendulum segment can be guided by a guide means, thus be positively controlled in this way. By the guide means the movement of the pendulum segment is fixed relative to the housing, so as to ensure that the pendulum segment always runs along one of the two wall sections and thus fulfills its sealing function to one of the two wall sections.
Das Führungsmittel kann beispielsweise als ortsfest an dem Gehäuse angeordnetes Führungselement mit einem parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sein, das einen Radius RF = (RA - 2RZ) aufweist, im Mittelpunkt des zweiten Wandungsabschnitts am Gehäuse angeordnet ist und sich in senkrecht zur Rotationsebene des Rotationskolbens erstreckt. Das Pendelsegment ist so ausgebildet, dass das Führungselement mit dem Pendelsegment zusammen wirkt und beispielsweise durch eine geeignete Formgebung des Pendelsegments die Pendelbewegung bewirkt. Insbesondere kann das Führungsmittel durch ein Eingreifen in das Pendelsegment die Pendelbewegung des Pendelsegments zwangssteuem, wobei das Pendelsegment zu diesem Zweck eine Aussparung in seinem Innenbereich aufweisen kann.The guide means may be formed, for example, as a guide element arranged fixedly on the housing with a circular cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston having a radius RF = (RA-2RZ) at the center of the second wall section on the housing and perpendicular to the plane of rotation of the rotary piston extends. The pendulum segment is designed so that the guide element cooperates with the pendulum segment and, for example, by a suitable shaping of the pendulum segment causes the pendulum motion. In particular, the guide means by an intervention in the pendulum segment zwangssteuem the pendulum motion of the pendulum segment, the pendulum segment for this purpose may have a recess in its inner region.
Darüber hinaus ist denkbar, dass, wenn die Endabschnitte der gekrümmten Seite des Pendelsegments mittels Dichtungselemente ausgebildet sind, das Führungselement mit den am Pendelsegment angeordneten Dichtungselementen zusammenwirkt und dadurch
die Pendelbewegung des Pendelsegments während der Umdrehung des Rotationskolbens führt.In addition, it is conceivable that, when the end portions of the curved side of the pendulum segment are formed by means of sealing elements, the guide element cooperates with the sealing elements arranged on the pendulum segment and thereby the pendulum movement of the pendulum segment during the rotation of the rotary piston leads.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das Führungsmittel durch mindestens einen Führungsstift ausgebildet, der ortsfest am Pendelsegment angeordnet ist. Um dieIn an alternative embodiment, the guide means is formed by at least one guide pin which is fixedly arranged on the pendulum segment. To the
Führung des Pendelsegments während der Umdrehung des Pendelkolbens zu bewirken, kann der Führungsstift dabei in eine Nut im Gehäuse eingreifen, wobei die Nut imGuide the pendulum segment during the rotation of the oscillating piston, the guide pin can engage in a groove in the housing, the groove in the
Gehäuse so beschaffen ist, dass das Pendelsegment während seiner Umdrehung entlang der Wandungsabschnitte des Gehäuses geführt wird und stets einer der Endabschnitte des Pendelsegmentes an einem der beiden Wandungsabschnitte anliegt.Housing is designed so that the pendulum segment is guided during its rotation along the wall sections of the housing and always rests one of the end portions of the pendulum segment on one of the two wall sections.
Die Kontur des Verdrängerraums der Vorrichtung ist im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens in einer Ausgestaltung durch Hüllkreise mit dem Radius RA beschreibbar, die die Kontur des ersten und zweiten Wandungsabschnitts des Gehäuses angeben, wobei die Mittelpunkte der dem ersten und zweiten Wandungsabschnitt zugeordneten Hüllkreise räumlich versetzt angeordnet sind. Die Position der Mittelpunkte der beiden Hüllkreise relativ zueinander lässt sich dabei durch einen Winkel um eine Schwenkachse beschreiben, wobei die Position der Schwenkachse in der Querschnittebene parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens durch einen Schnittpunkt der beiden Hüllkreise definiert ist. Der Winkel, der die Stellung des ersten und des zweiten Wandungsabschnitts zueinander beschreibt, definiert die Form und auch das Arbeitsverhalten der Vorrichtung. Bei einem Winkel von 0° ist der Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens des Gehäuses kreisförmig, die Außenseite des Verschlusselementes liegt immer am Gehäuse an, und der Verdrängerraum wird während der Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse nicht in Teilräume geteilt, so dass keine Volumenänderung der Teilräume erfolgt. Dieses entspricht einem Leerlauf der Vorrichtung, bei dem keine Volumenänderung durch die Umdrehung des Rotationskolbens bewirkt wird. Ist der Winkel ungleich Null, so liegen die Außenseite des Verschlusselementes während der Umdrehung am ersten Wandungsabschnitt und die Endabschnitte der gekrümmten Seite des Pendelsegments am zweiten Wandungsabschnitt des Gehäuses an. Der Verdrängerraum wird so in zwei Teilräume geteilt, die während der Umdrehung des Rotationskolbens auf differentielle Weise vergrößert und verkleinert werden.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die Kontur des Verdrängerraums im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens durch zwei voneinander beabstandete, mit ihren Öffnungen zueinander weisende Kreishälften mit dem Radius RA beschreibbar, die durch Verbindungslinien so miteinander verbunden sind, dass sich eine um ein Zwischenstück verlängerte Kontur mit einer länglichen Kreisform ergibt.The contour of the displacement of the device is described in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston in one embodiment by enveloping circles with the radius RA, which indicate the contour of the first and second wall portion of the housing, the centers of the first and second wall portion associated enveloping circles spatially offset are arranged. The position of the centers of the two enveloping circles relative to each other can be described by an angle about a pivot axis, wherein the position of the pivot axis in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation of the rotary piston is defined by an intersection of the two enveloping circles. The angle, which describes the position of the first and the second wall portion to each other, defines the shape and also the working behavior of the device. At an angle of 0 °, the cross-section is parallel to the plane of rotation of the rotary piston of the housing circular, the outside of the closure element is always on the housing, and the displacer is not divided during the rotation of the rotary piston about its axis of rotation into subspaces, so that no change in volume Subspaces done. This corresponds to an idling of the device, in which no change in volume caused by the rotation of the rotary piston. If the angle is not equal to zero, then the outer side of the closure element during the rotation on the first wall portion and the end portions of the curved side of the pendulum segment on the second wall portion of the housing. The displacer is thus divided into two subspaces, which are enlarged and reduced in a differential manner during the rotation of the rotary piston. In an alternative embodiment, the contour of the displacement in the cross section parallel to the plane of rotation of the rotary piston by two spaced, with their openings facing each other circular halves of radius RA can be described, which are interconnected by connecting lines so that extended by an intermediate piece contour with gives an elongated circular shape.
Prinzipiell ist die Kontur des Verdrängerraums in bestimmten Grenzen frei wählbar, wobei gewährleistet sein muss, dass der Verdrängerraum durch das Verschlusselement und das Pendelsegment stets dichtend in zwei Teilräume geteilt ist. Das Führungsmittel zur Führung des Pendelsegments während der Umdrehung des Rotationskolbens ist hierbei jeweils so anzupassen, dass das Pendelsegment mit seinen Endabschnitten dichtend entlang der Wandungsabschnitte des Gehäuses geführt wird.In principle, the contour of the displacement is freely selectable within certain limits, it must be ensured that the displacement is always divided by the closure element and the pendulum segment sealing in two subspaces. The guide means for guiding the pendulum segment during the rotation of the rotary piston is in this case in each case adapted so that the pendulum segment is guided sealingly with its end portions along the wall sections of the housing.
In einer Variante der Erfindung weist der durch das Gehäuse eingefasste Verdrängerraum ein konstantes Volumen auf, das während des Betriebes nicht verändert werden kann. Die Gehäuseform ist dann beispielsweise durch einen konstanten Winkel zwischen den den ersten und zweiten Wandungsabschnitt beschreibenden Hüllkreisen definiert. Bei einer alternativen Variante ist der Verdrängerraum hingegen in seinem Volumen variabel und kann während des Betriebes der Vorrichtung verändert werden. Über eine Volumenänderung des Verdrängerraums kann das Verhältnis der Volumen der Teilräume zueinander eingestellt werden und somit das Verdichtungsverhältnis von maximal komprimiertem zu maximal expandiertem Volumen beider Teilräume der Vorrichtung bestimmt werden.In a variant of the invention, the displacer space enclosed by the housing has a constant volume which can not be changed during operation. The housing shape is then defined, for example, by a constant angle between the enveloping circles describing the first and second wall sections. In an alternative variant, however, the displacement is variable in its volume and can be changed during operation of the device. Via a volume change of the displacement chamber, the ratio of the volumes of the partial spaces can be adjusted to one another and thus the compression ratio of maximum compressed to maximally expanded volume of both partial spaces of the device can be determined.
Bevorzugt erfolgt dabei die Volumenänderung des Verdrängerraums durch ein Verschwenken des zweiten Wandungsabschnitts um eine Schwenkachse, deren Position durch den Schnittpunkt der beiden den Querschnitt des ersten und zweiten Wandungsabschnitts in der Rotationsebene des Rotationskolbens beschreibenden Hüllkreise definiert ist. Die Schwenkachse liegt dabei im Endbereich des ersten Wandungsabschnitts und erstreckt sich senkrecht zur Rotationsebene des Rotationskolbens. Durch das Verschwenken des zweiten Wandungsabschnitts relativ zum ersten Wandungsabschnitt um die Schwenkachse kann das Volumen des Verdrängerraums verändert und das Verdichtungsverhältnis von maximal komprimierten zu maximal expandierten Volumen der Teilräume eingestellt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Volumenänderung auch über ein Verschieben der Wandungsabschnitte relativ zueinander erfolgen.Preferably, the volume change of the displacement chamber is effected by a pivoting of the second wall section about a pivot axis whose position is defined by the intersection of the two enveloping circles describing the cross section of the first and second wall section in the plane of rotation of the rotary piston. The pivot axis lies in the end region of the first wall section and extends perpendicular to the plane of rotation of the rotary piston. By pivoting the second wall section relative to the first wall section about the pivot axis, the volume of the displacement chamber can be changed and the compression ratio of maximum compressed to maximally expanded volume of the subspaces can be adjusted. In an alternative embodiment, the change in volume can also take place via a displacement of the wall sections relative to one another.
Die geometrischen Verhältnisse der Vorrichtung lassen sich mittels der Konturen der Bauteile des Rotationskolbens, des Pendelsegments und des Gehäuses in der Querschnittsebene parallel zur Rotationsebene beschreiben. Insbesondere ist eine Variante der Vorrichtung durch die Radien RA, Rl, RZ und RF und die Positionen der Drehachse des Rotationskolbens, der Pendelsegmentachse und des Mittelpunkts des zweiten Wandungsabschnitts vollständig beschrieben. Es ist denkbar, dass senkrecht zur Rotationsebene sich die geometrischen Abmessungen der Anordnung ändern. Die Positionen der Drehachse und der Pendelsegmentachse müssen dabei aber unabhängig von der Position relativ zur Rotationsebene sein, damit der Rotationskolben um die Drehachse drehbar und das Pendelsegment um die Pendelsegmentachse schwenkbar ist. Es ist auch denkbar, dass sich die Radien senkrecht zur Rotationsebene nicht ändern und die Anordnung durch konstante Radien RA, Rl, RZ und RF und eine Höhe H beschreibbar ist und nach oben und/oder unten durch vom Gehäuse ausgebildete Deckel und/oder die Grundplatte begrenzt ist.The geometric relationships of the device can be described by means of the contours of the components of the rotary piston, the pendulum segment and the housing in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation. In particular, a variant of the device is completely described by the radii RA, Rl, RZ and RF and the positions of the axis of rotation of the rotary piston, the pendulum segment axis and the center of the second wall portion. It is conceivable that the geometrical dimensions of the arrangement change perpendicular to the plane of rotation. However, the positions of the axis of rotation and the pendulum segment axis must be independent of the position relative to the plane of rotation, so that the rotary piston is rotatable about the axis of rotation and the pendulum segment is pivotable about the pendulum segment axis. It is also conceivable that the radii do not change perpendicular to the plane of rotation and the arrangement by constant radii RA, Rl, RZ and RF and a height H can be described and up and / or down through formed by the housing cover and / or the base plate is limited.
Die Aufgabenstellung wird auch durch ein Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen VerfahrenThe task is also solved by a method for compressing and / or displacing a fluid. In the method according to the invention
- führt ein an dem Rotationskolben in der Rotationsebene verschwenkbar angeordnetes Pendelsegment während der Umdrehung des Rotationskolbens um die Drehachse eine Pendelbewegung relativ zum Rotationskolben aus,a pendulum segment which is pivotably arranged on the rotary piston in the plane of rotation carries out a pendulum movement relative to the rotary piston during the rotation of the rotary piston about the axis of rotation,
- teilt der Rotationskolben zusammen mit dem eine Pendelbewegung ausführenden Pendelsegment den Verdrängerraum in zwei Teilräume und- Shares the rotary piston together with the pendulum movement exporting pendulum segment the displacer in two subspaces and
- werden die Teilräume durch die Umdrehung des Rotationskolbens um die Drehachse jeweils vergrößert oder verkleinert, wobei das Gesamtvolumen des Verdrängerraums konstant bleibt, so dass eine Vergrößerung des ersten Teilraums eine Verkleinerung des zweiten Teilraums bewirkt und umgekehrt.- The subspaces are each increased or decreased by the rotation of the rotary piston about the rotation axis, wherein the total volume of the displacement chamber remains constant, so that an increase of the first subspace causes a reduction of the second subspace and vice versa.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verdrängerraum durch die Umdrehung des Rotationskolbens um seine Drehachse, die sich senkrecht zur Rotationsebene des Rotationskolbens erstreckt, und eine gleichzeitige Pendelbewegung des Pendelsegments in zwei Teilräume geteilt, die abwechselnd auf differentielle Weise vergrößert und verkleinert werden. Das Verfahren schafft somit die Möglichkeit, auf
effiziente Weise eine hohe Verdichtung eines in einem Teilraum des Verdrängerraums befindlichen Fluids zu bewirken.With the method according to the invention, the displacement is divided by the rotation of the rotary piston about its axis of rotation, which extends perpendicular to the plane of rotation of the rotary piston, and a simultaneous pendulum movement of the pendulum segment in two sub-spaces, which are alternately enlarged and reduced in a differential manner. The process thus creates the opportunity to efficient way to effect a high compression of a located in a subspace of the displacement fluid.
Darüber hinaus wird die Aufgabenstellung durch eine Pumpe, einen hydrodynamischen Drehmomentenwandler und einen Verbrennungsmotor mit einer Vorrichtung zum Verdichten oder Verdrängen eines Fluids mit den oben erläuterten Merkmalen gelöst.In addition, the task is solved by a pump, a hydrodynamic torque converter and an internal combustion engine with a device for compressing or displacing a fluid with the features explained above.
Die erfindungsgemäße Pumpe weist zu diesem Zweck eine Vorrichtung auf, bei der ein Fluid mittels der Rotationsbewegung des Rotationskolbens durch ein Einlassventil in einen expandierenden Teilraum gesogen wird und durch die anschließende Komprimierung des Teilraums durch ein Auslassventil wieder abgegeben wird.The pump according to the invention has for this purpose a device in which a fluid is sucked by means of the rotational movement of the rotary piston through an inlet valve in an expanding subspace and is discharged through the subsequent compression of the subspace by an outlet valve.
Der erfindungsgemäße hydrodynamische Drehmomentenwandler weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten oder Verdrängen eines Fluids auf, mit der mechanische Energie in Strömungsenergie und Strömungsenergie wiederum in mechanische Energie umgewandelt wird. Eine mögliche Ausführungsform weist dabei eine erste Vorrichtung als Antrieb, die ein mechanisches Drehmoment in einen hydrodynamischen Druck umwandelt, und eine zweite Vorrichtung als Abtrieb auf, die mit der ersten Vorrichtung beispielsweise über Schläuche verbunden ist und den hydrodynamischen Druck wieder in ein mechanisches Drehmoment umwandelt. Ein solcher Drehmomentenwandler kann beispielsweise als Getriebe zum Einsatz kommen, das mittels der Vorrichtung und über die mit der Vorrichtung erreichbaren Verdichtungsverhältnisse große Drehmomente in große Drücke wandelt und mit einem niedrigvolumigen Fluid überträgt.The hydrodynamic torque converter according to the invention has a device according to the invention for compressing or displacing a fluid with which mechanical energy is converted into flow energy and flow energy in turn into mechanical energy. A possible embodiment has a first device as a drive, which converts a mechanical torque into a hydrodynamic pressure, and a second device as an output, which is connected to the first device, for example via hoses and converts the hydrodynamic pressure back into a mechanical torque. Such a torque converter can be used, for example, as a transmission which converts large torques into high pressures by means of the device and via the compression ratios achievable with the device and transmits them with a low-volume fluid.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor wird die Vorrichtung dazu benutzt, ein in einem Teilraum der Vorrichtung befindliches Fluid zu verdichten, mit Brennstoff zu mischen und durch die Verbrennung des Brennstoffs ein Drehmoment zu erzeugen. Bevorzugt weist der Verbrennungsmotor zu diesem Zweck zwei über eine Welle miteinander verbundene Vorrichtungen auf, wobei die erste Vorrichtung eine Verdichtung eines Brennstoffgemisches bewirkt und die zweite Vorrichtung durch die Zündung des verdichteten Brennstoffgemisches und die daraus resultierende Expansion in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Die Drehzahlsteuerung des Verbrennungsmotors kann dabei entweder, wie bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren üblich, über die Zugabe des Brennstoffs gesteuert werden. Ebenso ist es aber auch möglich, die
Drehzahlsteuerung des Verbrennungsmotors über eine Änderung des durch das Gehäuse der Vorrichtung eingefassten Volumens zu bewirken.In the internal combustion engine according to the invention, the device is used to compress a fluid located in a partial space of the device, to mix with fuel and to generate a torque by the combustion of the fuel. For this purpose, the internal combustion engine preferably has two devices which are connected to one another via a shaft, the first device causing a compression of a fuel mixture and the second device being set in rotational motion by the ignition of the compressed fuel mixture and the resulting expansion. The speed control of the internal combustion engine can either be controlled via the addition of the fuel, as is customary in conventional internal combustion engines. But it is also possible, the Speed control of the internal combustion engine via a change in the volume enclosed by the housing of the device.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in den nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:The idea underlying the invention will be explained in more detail with reference to several embodiments in the following figures. Show it:
Figur 1A-F schematische Quer- und Längsschnittansichten des Unterteils, Mittelteils und Oberteils einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Verdichten oder Verdrängen eines Fluids;Figures 1A-F are schematic transverse and longitudinal sectional views of the lower part, middle part and upper part of a first embodiment of the device for compressing or displacing a fluid;
Figur 2 perspektivische und teilweise explosionsartige Ansicht des Mittelteils der ersten Ausführungsform der Vorrichtung;Figure 2 is a perspective and partially exploded view of the central part of the first embodiment of the device;
Figur 3A-F schematische Quer- und Längsschnittansichten des Unterteils, Mittelteils und Oberteils einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;Figure 3A-F are schematic transverse and longitudinal sectional views of the lower part, middle part and upper part of a second embodiment of the device;
Figur 4A-G schematische Querschnittansichten einer Vorrichtung zum Verdichten oder Verdrängen eines Fluids in verschiedenen Positionen des Rotationskolbens einer Ausführungsform während seiner Umdrehung;Figures 4A-G are schematic cross-sectional views of an apparatus for compressing or displacing a fluid in various positions of the rotary piston of an embodiment during its revolution;
Figur 5 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform desFigure 5 is a schematic plan view of an embodiment of the
Rotationskolbens mit einem darauf angeordneten Pendelsegment;Rotary piston with a pendulum segment arranged thereon;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Gehäuseform;Figure 6 is a schematic representation of a housing shape;
Figur 7A-C schematische Querschnittansichten einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung mit veränderlichem Verdrängerraumvolumen;Figure 7A-C are schematic cross-sectional views of a third embodiment of the variable displacement volume device;
Figur 8 eine schematische Längsschnittansicht durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung mit einstellbaremFigure 8 is a schematic longitudinal sectional view through a further embodiment of the device with adjustable
Verdrängerraumvolumen;Verdrängerraumvolumen;
Figur 9 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einesFigure 9 is a schematic sectional view of an embodiment of a
Verbrennungsmotors mit einem innen angeordneten mechanischen Abtrieb;
Figur 10A-F schematische Quer- und Längsschnittansichten des Unterteils, Mittelteils und Oberteils einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung;Internal combustion engine with an internally arranged mechanical output; Figure 10A-F are schematic transverse and longitudinal sectional views of the lower part, middle part and upper part of a third embodiment of the device;
Figur 11 eine schematische Darstellung einer zweiten Gehäuseform undFigure 11 is a schematic representation of a second housing form and
Figur 12 eine schematische Querschnittsansicht des Mittelteils gemäß Fig. 10D in verdrehter Position.FIG. 12 shows a schematic cross-sectional view of the middle part according to FIG. 10D in a rotated position.
In Fig. 1A bis 1 F und 3A bis 3F zeigen in Längsschnitt- und Querschnittansichten zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids. Fig. 1A bis 1 F und 3A bis 3F stellen dabei jeweils schematisch Längsschnitte und Querschnitte durch ein Ober-, ein Mittel- und ein Unterteil zweier Vorrichtungen dar, während Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Mittelteils der Vorrichtung gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1A bis 1 F zeigt. Definitionsgemäß sind die Längsschnittansichten senkrecht zur Rotationsebene 111 eines Rotationskolbens 2 (Fig. 2) ausgerichtet, während die Querschnittansichten parallel zur Rotationsebene 111 des Rotationskolbens 2 orientiert sind. Aus Fig. 1A bis 1 F bzw. 3A bis 3F erhält man eine Gesamtansicht der jeweiligen Vorrichtung, indem man die einzelnen, den Ober-, Mittel- und Unterteil darstellenden Längsschnitte aufeinander fügt.FIGS. 1A to 1F and 3A to 3F show, in longitudinal section and cross-sectional views, two embodiments of a device for compressing and / or displacing a fluid. FIGS. 1A to 1F and 3A to 3F respectively show schematically longitudinal sections and cross sections through a top, a middle and a bottom part of two devices, while FIG. 2 shows a perspective view of the middle part of the device according to the embodiment according to FIG. 1A to 1 F shows. By definition, the longitudinal sectional views are oriented perpendicular to the plane of rotation 111 of a rotary piston 2 (FIG. 2), while the cross-sectional views are oriented parallel to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2. From FIGS. 1A to 1F and 3A to 3F, respectively, an overall view of the respective apparatus is obtained by superimposing the individual longitudinal sections representing the upper, middle and lower part.
Der Bewegungsablauf der Vorrichtung, insbesondere die Art der Pendelbewegung des Pendelsegmentes 3 während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 um seine Drehachse 110 ist anhand von Fig. 4A bis 4G erläutert.The movement of the device, in particular the nature of the pendulum movement of the pendulum segment 3 during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110 is explained with reference to FIGS. 4A to 4G.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1A bis 1 F und Fig. 2 weist einen in einem Gehäuse 1 angeordneten Rotationskolben 2 auf, der eine obere und eine untere, sich parallel zur Rotationsebene 1 11 des Rotationskolbens 2 erstreckende Grundplatte 21 , 21 ' umfasst, die über sich senkrecht zur Rotationsebene 111 des Rotationskolbens 2 erstreckende Wellen 210, 210' und Mittel zur Lagerung 10 drehbar im Bereich des Ober- und Unterteils im Gehäuse 1 gelagert sind (Fig. 1A, 1 B und 1 E, 1 F). Zwischen den Grundplatten 21 , 21 ' und mit diesen fest verbunden ist im Bereich des Mittelteils der Vorrichtung, wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ein Verschlusselement 22 angeordnet, das zusammen mit der oberen und unteren Grundplatte 21 , 21 ' den Rotationskolben 2 ausbildet. Ebenfalls zwischen den Grundplatten 21 , 21' ist ein Pendelsegment 3 über
eine sich senkrecht zur Rotationsebene 111 des Rotationskolbens 2 zwischen den Grundplatten 21 , 21' erstreckende Pendelsegmentachse 31 schwenkbar mit dem Rotationskolben 2 verbunden (Fig. 1C, 1 D und Figur 2). Die Pendelsegmentachse 31 kann dabei beispielsweise über eine zwischen den Grundplatten 21 , 21" feststehende Achse ausgebildet sein, um die das Pendelsegment 3 verschwenkbar ist.The device according to FIGS. 1A to 1 F and FIG. 2 has a rotary piston 2 arranged in a housing 1, which comprises an upper and a lower base plate 21, 21 ', which extends parallel to the plane of rotation 11 of the rotary piston 2 and which Waves 210, 210 'extending perpendicularly to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2 and means for supporting 10 are rotatably mounted in the region of the upper and lower parts in the housing 1 (FIGS. 1A, 1B and 1E, 1F). Between the base plates 21, 21 'and fixedly connected to these is in the region of the central part of the device, as shown in Figure 2 can be seen, a closure element 22 is arranged, which forms the rotary piston 2 together with the upper and lower base plate 21, 21'. Also between the base plates 21, 21 'is a pendulum segment 3 via a pendulum segment axis 31 extending perpendicularly to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2 between the base plates 21, 21 'is pivotally connected to the rotary piston 2 (FIGS. 1C, 1D and 2). The pendulum segment axis 31 can be formed, for example, via an axis between the base plates 21, 21 "fixed axis about which the pendulum segment 3 is pivotable.
Das Gehäuse 1 der Vorrichtung bildet im Bereich des Mittelteils einen Verdrängerraum 6 aus, der durch den Rotationskolben 2 und das auf dem Rotationskolben 2 angeordnete Pendelsegment 3 in zwei Teilräume 61 , 62 geteilt ist. Der durch die Teilräume 61 , 62 ausgebildete Verdrängerraum 6 ist in der Rotationsebene 11 1 nach außen durch einen ersten und einen zweiten Wandungsabschnitt 1 1 , 12 begrenzt und wird nach oben und nach in senkrechter Richtung zur Rotationsebene 111 durch die obere und untere Grundplatte 21 , 21' abgeschlossen.The housing 1 of the device forms in the region of the middle part of a displacement chamber 6, which is divided by the rotary piston 2 and arranged on the rotary piston 2 pendulum segment 3 in two subspaces 61, 62. The displacer space 6 formed by the subspaces 61, 62 is limited in the plane of rotation 11 1 to the outside by a first and a second wall portion 1 1, 12 and is upward and downward in the direction perpendicular to the plane of rotation 111 by the upper and lower base plate 21, 21 'completed.
Der Rotationskolben 2 ist drehbar im Gehäuse 1 angeordnet und rotiert im Betrieb um seine Drehachse 110. Durch die Rotationsbewegung des Rotationskolbens 2 wird das Pendelsegment 3 in eine Pendelbewegung versetzt, die synchron zur Umdrehung des Rotationskolbens 2 abläuft, so dass die Periodendauer der Pendelbewegung der Umlaufperiode des Rotationskolbens 2 entspricht. Durch die Pendelbewegung wird das Pendelsegment 3 zum zweiten Wandungsabschnitt 12 hin ausgelenkt und liegt während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 um seine Drehachse 110 am zweiten Wandungsabschnitt 12 an.The rotary piston 2 is rotatably arranged in the housing 1 and rotates in operation about its axis of rotation 110. By the rotational movement of the rotary piston 2, the pendulum segment 3 is set in a pendulum motion, which runs synchronously to the rotation of the rotary piston 2, so that the period of the pendulum movement of the circulation period of the rotary piston 2 corresponds. Due to the pendulum movement, the pendulum segment 3 is deflected towards the second wall section 12 and lies during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110 on the second wall section 12.
Um die Trennung des Verdrängerraum 6 in zwei Teilräume 61 , 62 zu erreichen, weist das Pendelsegment 3 zwei Dichtungselemente 32, 33 auf, die zylindrisch ausgebildet und über Drehachsen 321 , 331 drehbar am Pendelsegment 3 angeordnet sind und von denen eines stets am zweiten Wandungsabschnitt 12 des Gehäuses seitlich in dichtender Weise anliegt. Dieses wird durch die Pendelbewegung des PendelsegmentesIn order to achieve the separation of the displacer 6 in two subspaces 61, 62, the pendulum segment 3 has two sealing elements 32, 33, which are cylindrical and rotatable about axes of rotation 321, 331 are arranged on the pendulum segment 3 and of which one always on the second wall portion 12th the housing rests laterally in a sealing manner. This is due to the pendulum motion of the pendulum segment
3 und die damit einhergehende Auslenkung des Pendelsegmentes 3 hin zum zweiten Wandungsabschnitt 12 bewirkt. In der in Fig. 1D dargestellten Stellung des3 and the concomitant deflection of the pendulum segment 3 toward the second wall section 12 causes. In the position shown in Fig. 1D of
Rotationskolbens 2 und des darauf angeordneten Pendelsegments 3 liegt das von derRotary piston 2 and arranged thereon pendulum segment 3 is the of the
Pendelsegmentachse 31 aus gesehen rechte Dichtungselement 32 am zweitenPendulum segment axis 31 seen from right seal member 32 on the second
Wandungsabschnitt 12 an, bewirkt dadurch, dass während der Umdrehung desWandungsabschnitt 12, thereby causing during the rotation of the
Rotationskolbens 2 um seine Drehachse 110 das Pendelsegment 3 eine Pendelbewegung ausführt und auf diese Weise relativ zum Rotationskolben 2 um die
Pendelsegmentachse 31 zum zweiten Wandungsabschnitt 12 hin verschwenkt ist. Der erste Teilraum 61 des Verdrängerraums 6 ist durch das Pendelsegment 3, die Innenseite 221 des Verschlusselements 22 und den ersten Wandungsabschnitt 11 seitlich in der Querschnittsebene parallel zur Rotationsebene 111 begrenzt, während der zweite Teilraum 62 durch das Pendelsegment 3, die Außenseite 222 des Verschlusselements 22 und den zweiten Wandungsabschnitt 12 abgeschlossen ist. Durch eine Rotationsbewegung des Rotationskolbens 2 und eine gleichzeitige Pendelbewegung des Pendelsegments 3, mittels derer eines der Dichtungselemente 32, 33 stets eine Dichtung zum zweiten Wandungsabschnitt 12 bewirkt, werden die Teilräume 61 , 62 abwechselnd vergrößert und verkleinert, wobei die Kompression und Expansion der Teilräume 61 , 62 bei konstantem Gesamtvolumen des Verdrängerraums 6 auf differentielle Weise erfolgt. Eine Zunahme des Volumens des ersten Teilraums 61 führt also zwangsläufig zu einer Abnahme des Volumens des zweiten Teilraums 62. Ein sich in den Teilräumen 61 , 62 befindendes Fluid wird auf diese Weise verdichtet oder expandiert oder, abhängig von der Auslegung und dem Einsatz der Vorrichtung, eingezogen oder ausgestoßen.Rotary piston 2 about its axis of rotation 110, the pendulum segment 3 performs a pendulum motion and in this way relative to the rotary piston 2 to the Pendulum segment axis 31 is pivoted to the second wall portion 12 out. The first subspace 61 of the displacer space 6 is bounded laterally in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 111 by the pendulum segment 3, the inside 221 of the closure element 22 and the first wall section 11, while the second subspace 62 is defined by the pendulum segment 3, the outside 222 of the closure element 22 and the second wall portion 12 is completed. By a rotational movement of the rotary piston 2 and a simultaneous oscillating movement of the pendulum segment 3, by means of which one of the sealing elements 32, 33 always causes a seal to the second wall portion 12, the subspaces 61, 62 alternately increased and decreased, the compression and expansion of the subspaces 61st , 62 occurs at a constant total volume of the displacement chamber 6 in a differential manner. An increase in the volume of the first subspace 61 thus inevitably leads to a decrease in the volume of the second subspace 62. A fluid located in the subspaces 61, 62 is compressed or expanded in this way or, depending on the design and use of the device, fed or ejected.
In der in Fig. 1A bis 1 F und Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die Pendelbewegung des Pendelsegments 3 um die Pendelsegmentachse 31 durch die während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 herrschenden physikalischen Kräfte bewirkt. Befindet sich das Pendelsegment 3 in ausgelenkter Stellung, also nicht in mittiger Stellung auf dem Rotationskolben 2, so liegt der Masseschwerpunkt des Pendelsegments 3 außerhalb einer durch die Pendelsegmentachse 31 und die Drehachse 110 des Rotationskolbens 2 weisenden, eine Symmetrieachse des Rotationskolbens 2 darstellenden Linie, so dass das Pendelsegment 3 durch die aufgrund der Rotationsbewegung entstehenden und auf den Pendelsegment 3 wirkende Zentrifugalkraft an den zweiten Wandungsabschnitt 12 des Gehäuses 1 gepresst wird.In the embodiment shown in FIGS. 1A to 1F and 2, the pendulum movement of the pendulum segment 3 about the pendulum segment axis 31 is effected by the physical forces prevailing during the rotation of the rotary piston 2. If the pendulum segment 3 is in the deflected position, ie not in the central position on the rotary piston 2, then the center of gravity of the pendulum segment 3 lies outside a line which points through the pendulum segment axis 31 and the rotation axis 110 of the rotary piston 2 and represents an axis of symmetry of the rotary piston 2 the pendulum segment 3 is pressed against the second wall section 12 of the housing 1 by the centrifugal force arising on account of the rotational movement and acting on the pendulum segment 3.
Während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 gibt es zwei Zeitpunkte, in denen das Pendelsegment 3 die mittige Stellung auf dem Rotationskolben 2 durchschreitet, der Masseschwerpunkt des Pendelsegments 3 sich also kurzfristig auf der Linie zwischen Pendelsegmentachse 31 und Drehachse 1 10 des Rotationskolbens 2 befindet. In dieser Stellung ist die Summe der auf den Pendelsegment 3 wirkenden Zentrifugalkräfte Null, die Stellung des Pendelsegmentes 3 ist aber nicht stabil, so dass das Pendelsegment 3 in der weiteren Rotationsbewegung des Rotationskolbens aus dieser Stellung tritt und
wiederum mit einem seiner Dichtungselemente 32, 33 an den zweiten Wandungsabschnitt 12 gepresst wird.During the rotation of the rotary piston 2, there are two times in which the pendulum segment 3 passes through the central position on the rotary piston 2, the center of gravity of the pendulum segment 3 is thus short on the line between pendulum segment axis 31 and rotation axis 1 10 of the rotary piston 2. In this position, the sum of the centrifugal forces acting on the pendulum segment 3 is zero, the position of the pendulum segment 3 is not stable, so that the pendulum segment 3 in the further rotational movement of the rotary piston from this position occurs and in turn with one of its sealing elements 32, 33 is pressed against the second wall portion 12.
Um zu gewährleisten, dass immer eines der Dichtungselemente 32, 33 des Pendelsegments 3 am zweiten Wandungsabschnitt 12 anliegt, kann die Bewegung des Pendelsegments 3 geführt und somit zwangsgesteuert werden.In order to ensure that always one of the sealing elements 32, 33 of the pendulum segment 3 rests against the second wall section 12, the movement of the pendulum segment 3 can be guided and thus positively controlled.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung mit Maßnahmen zur Führung des Pendelsegments 3 ist in Fig. 3A bis 3F dargestellt, die sich von der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1A bis 1 F dadurch unterscheidet, dass das in den Fig. 3A und 3B dargestellte Oberteil der Vorrichtung als ein feststehender, den Verdrängerraum 6 abschließender Deckel des Gehäuses 1 ausgebildet ist, an dem ein sich in den Mittelteil erstreckendes Führungselement 4 zur Führung der Pendelbewegung des Pendelsegments 3 angeordnet und mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist. Der Mittelteil und der Unterteil der Vorrichtung, dargestellt in den Fig. 3C und 3D bzw. Fig. 3E und 3F, entsprechen im Wesentlichen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1C bis 1 F, wobei im Mittelteil zusätzlich das Führungselement 4 über eine Aussparung 304 im Pendelsegment 3 in das Pendelsegment 3 eingreift. Mit dem Führungselement 4 wird bewirkt, dass die Pendelbewegung des Pendelsegments 3 während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 geführt ist, die Stellung des Pendelsegments 3 also durch das Führungselement 4 ständig eindeutig festgelegt ist, so dass gewährleistet ist, dass ein Dichtungselement 32, 33 des Pendelsegments 3 stets am zweiten Wandungsabschnitt 12 anliegt.An embodiment of the device with measures for guiding the pendulum segment 3 is shown in FIGS. 3A to 3F, which differs from the first embodiment according to FIGS. 1A to 1F in that the upper part of the device shown in FIGS. 3A and 3B as a fixed, the displacer 6 final lid of the housing 1 is formed, on which a in the middle part extending guide member 4 is arranged to guide the pendulum movement of the pendulum segment 3 and fixedly connected to the housing 1. The middle part and the lower part of the device, shown in FIGS. 3C and 3D or FIGS. 3E and 3F, substantially correspond to the first embodiment according to FIGS. 1C to 1F, wherein in the middle part additionally the guide element 4 via a recess 304 in FIG Pendulum segment 3 engages in the pendulum segment 3. With the guide member 4 causes the pendulum movement of the pendulum segment 3 is guided during the rotation of the rotary piston 2, the position of the pendulum segment 3 is thus constantly defined by the guide member 4, so as to ensure that a sealing element 32, 33 of the pendulum segment 3 always applied to the second wall portion 12.
Die Wirkweise des Führungselementes 4 lässt sich anhand von Fig. 3D erklären. Das Führungselement 4 ist als zylindrisches Bauteil mit einem parallel zur Rotationsebene 111 des Rotationskolbens 2 kreisförmigen Querschnitt ausgebildet und erstreckt sich von dem durch das Oberteil der Vorrichtung gemäß Fig. 3A und 3B ausgebildeten Deckel des Gehäuses 1 senkrecht zur Rotationsebene 111 in die Aussparung 304 im Pendelsegment 3, die im Inneren des Pendelsegments 3 so beschaffen ist, dass das Führungselement 4 zu keiner Zeit das Pendelsegment 3 berühren kann. Das Führungselement 4 wirkt mit den auf dem Pendelsegment 3 angeordneten Dichtungselementen 32, 33 zusammen und steht zur Führung des Pendelsegments 3 mit einem der Dichtungselemente 32, 33 über die der Aussparung 304 im Pendelsegment 3 zugewandten Seiten des Dichtungselementes 32, 33 in Wirkverbindung. In der in Fig. 3D
dargestellten Stellung des Rotationskolbens 2 liegt das Führungselement 4 an der Innenseite des von der Pendelsegmentachse 31 aus gesehen rechten Dichtungselementes 32 an und bewirkt somit die Führung des Dichtungselementes 32 entlang des zweiten Gehäuseabschnitts 12.The mode of action of the guide element 4 can be explained with reference to FIG. 3D. The guide element 4 is formed as a cylindrical member having a circular cross section parallel to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2 and extends from the lid of the housing 1 formed by the upper part of the device according to FIGS. 3A and 3B perpendicular to the plane of rotation 111 into the recess 304 in the shuttle segment 3, which is designed in the interior of the pendulum segment 3 so that the guide element 4 can not touch the pendulum segment 3 at any time. The guide element 4 interacts with the sealing elements 32, 33 arranged on the pendulum segment 3 and is operatively connected to guide the pendulum segment 3 with one of the sealing elements 32, 33 via the sides of the sealing element 32, 33 facing the recess 304 in the pendulum segment 3. In the in Fig. 3D illustrated position of the rotary piston 2 is the guide element 4 on the inside of the pendulum segment axis 31 from the right looking sealing element 32 and thus causes the leadership of the sealing element 32 along the second housing section 12th
Die Funktionsweise und der Bewegungsablauf der Vorrichtung zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids gehen aus Fig. 4A bis 4G hervor, in denen der Rotationskolben 2 und das auf dem Rotationskolben 2 angeordnete Pendelsegments 3 in unterschiedlichen Positionen während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 um die Drehachse 110 gezeigt sind. Der in Fig. 4A bis 4G gezeigten Vorrichtung liegt dabei die Ausführungsform gemäß der Fig. 3A bis 3F zugrunde, so dass die Pendelbewegung des Pendelsegmentes durch das Führungselement 4 während der Umdrehung des Rotationskolbens um die Drehachse geführt ist.The operation and the sequence of movement of the device for compressing and / or displacing a fluid are shown in FIGS. 4A to 4G, in which the rotary piston 2 and the pendulum segment 3 arranged on the rotary piston 2 are in different positions during the rotation of the rotary piston 2 about the axis of rotation 110 are shown. The device shown in FIGS. 4A to 4G is based on the embodiment according to FIGS. 3A to 3F, so that the pendulum movement of the pendulum segment is guided by the guide element 4 about the axis of rotation during the rotation of the rotary piston.
Bei der in Fig. 4A bis 4G dargestellten Vorrichtung erfolgt der Eintritt und Austritt des zu verdrängenden und/oder zu verdichtenden Fluids im Betrieb durch ein Einlassventil 51 bzw. ein Auslassventil 52, die im ersten und zweiten Wandungsabschnitt 11 , 12 vorgesehen sind. Die Einlass- und Auslassventile 51 , 52 sind dabei nicht zwangsläufig in den Wandungsabschnitten 11 , 12 des Gehäuses angeordnet, sondern können sich auch in der Grundplatte 21 , 21 ' des Rotationskolben 2 oder dem oberen, einen Deckel ausbildenden Bereich des Gehäuses 1 befinden.In the device shown in FIGS. 4A to 4G, the inlet and outlet of the fluid to be displaced and / or compressed during operation are effected by an inlet valve 51 and an outlet valve 52, respectively, which are provided in the first and second wall sections 11, 12. The inlet and outlet valves 51, 52 are not necessarily arranged in the wall sections 11, 12 of the housing, but may also be in the base plate 21, 21 'of the rotary piston 2 or the upper, forming a lid portion of the housing 1.
Dem in den Fig. 4A bis 4G dargestellten Ablauf liegt eine Umdrehungsrichtung U des Rotationskolbens 2 im Uhrzeigersinn zugrunde, wobei im Allgemeinen die Drehrichtung der Vorrichtung beliebig wählbar ist.The sequence shown in FIGS. 4A to 4G is based on a clockwise direction of rotation U of the rotary piston 2, wherein in general the direction of rotation of the device can be selected as desired.
Zu einem ersten Zeitpunkt (Fig. 4A) befindet sich das Pendelsegment 3 in einer mittigen Stellung auf dem Rotationskolben 2, ist also symmetrisch zum Verschlusselement 22 ausgerichtet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Verdrängerraum 6 vollständig durch den ersten Teilraum 61 ausgebildet, dessen Volumen dem Gesamtvolumen des Verdrängerraums 6 entspricht und der durch den zweiten Wandungsabschnitt 12 und die ersten beiden Seiten 301 , 302 des Pendelsegments 3 sowie die auf dem Pendelsegment 3 angeordneten Dichtungselemente 32, 33 in der Querschnittsebene parallel zur Rotationsebene 111 seitlich begrenzt ist. Senkrecht zur Rotationsebene, wie aus den Fig. 3A bis 3F ersichtlich ist, ist der Verdrängerraum 6 auf der einen Seite durch eine
Grundplatte 21 und auf der anderen Seite durch einen durch das Gehäuse 1 ausgebildeten Deckel abgeschlossen. Das Verschlusselement 22 liegt mit seiner Außenseite 222 am ersten Wandungsabschnitt 11 des Gehäuses 1 an, während die Dichtungselemente 32, 33 beide an den gegenüberliegenden Übergangsbereichen vom ersten Wandungsabschnitt 11 zum zweiten Wandungsabschnitt 12, die im Bereich des Einlass- 51 und des Auslassventils 52 angeordnet sind, am Gehäuse 1 anliegen.At a first time (FIG. 4A), the pendulum segment 3 is located in a central position on the rotary piston 2, that is, it is aligned symmetrically with respect to the closure element 22. At this time, the displacement chamber 6 is completely formed by the first part space 61, the volume of which corresponds to the total volume of the displacement 6 and by the second wall portion 12 and the first two sides 301, 302 of the pendulum segment 3 and arranged on the pendulum segment 3 sealing elements 32nd 33 is laterally delimited in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 111. Perpendicular to the plane of rotation, as can be seen from FIGS. 3A to 3F, the displacement chamber 6 is on one side by a Base plate 21 and completed on the other side by a formed by the housing 1 cover. The closure element 22 rests with its outside 222 against the first wall section 11 of the housing 1, while the sealing elements 32, 33 are both arranged at the opposite transition regions from the first wall section 11 to the second wall section 12, which are arranged in the region of the inlet 51 and the outlet valve 52 , abut the housing 1.
Zu einem zweiten Zeitpunkt (Fig. 4B) hat sich der Rotationskolben 2 in Umdrehungsrichtung U um einen Winkel gedreht. Das Pendelsegment 3 ist relativ zum Verschlusselement 22 um die Pendelsegrnentachse 31 verschwenkt, bewirkt dadurch, dass das Führungselementes 4 mit dem zylindrischen Dichtungselement 32 in Wirkverbindung steht und über das Dichtungselement 32 das Pendelsegment 3 hin zum zweiten Wandungsabschnitt auslenkt, so dass das von der Pendelsegmentachse 31 aus betrachtet rechte Dichtungselement 32 am zweiten Wandungsabschnitt 12 anliegt. Durch die Wechselwirkung von Führungselement 4 und Dichtungselement 32 wird die Auslenkung des Pendelsegments 3 zwangsgesteuert und der dichtende Abschluss zwischen Dichtungselement 32 und zweitem Wandungsabschnitt 12 gewährleistet. Zwischen dem Verschlusselement 22 und dem rechten Dichtungselement 32 ist im Bereich des Einlassventils 51 ein zweiter Teilraum 62 entstanden. Da das Gesamtvolumen des durch den ersten und zweiten Teilraum 61 , 62 gebildeten Verdrängerraums 6 konstant ist, ist die Volumenzunahme des zweiten Teilraums 62 zwangsläufig mit einer Volumenabnahme des ersten Teilraums 61 verbunden. Der erste Teilraum 61 wird dabei stets durch einen Wandungsabschnitt 11 , 12, die erste und zweite Seite 301 , 302 des Pendelsegments 3 sowie die Innenseite 221 des Verschlusselementes 22 begrenzt, während der zweite Teilraum 62 stets zwischen dem zweiten Wandungsabschnitt 12, der Außenseite des Verschlusselementes 22 und der gekrümmten Seite 303 des Pendelsegments 3 gebildet ist. Durch die Verkleinerung des ersten Teilraums 61 , bewirkt durch die Rotationsbewegung des Rotationskoibens 2 aus der Stellung gemäß Fig. 4A hin zur Stellung in Fig. 4B, wird ein Fluid im ersten Teilraum 61 also verdrängt oder, wenn das Auslassventil 52 geschlossen ist, verdichtet. Gleichzeitig wird durch die Volumenvergrößerung des zweiten Teilraums 62 ein Fluid durch das Einlassventil 51 in den zweiten Teilraum 62 eingezogen.At a second time (FIG. 4B), the rotary piston 2 has rotated in the direction of rotation U by an angle. The pendulum segment 3 is pivoted relative to the closure element 22 about the Pendelsegrnentachse 31, thereby causing the guide member 4 is in operative connection with the cylindrical sealing member 32 and the sealing member 32, the pendulum segment 3 deflects toward the second wall portion, so that the of the pendulum segment axis 31st seen from right sealing element 32 abuts the second wall portion 12. Due to the interaction of the guide element 4 and the sealing element 32, the deflection of the pendulum segment 3 is positively controlled and the sealing closure between the sealing element 32 and the second wall section 12 is ensured. Between the closure element 22 and the right sealing element 32, a second subspace 62 has been created in the region of the inlet valve 51. Since the total volume of the displacement chamber 6 formed by the first and second sub-spaces 61, 62 is constant, the volume increase of the second subspace 62 is necessarily associated with a decrease in volume of the first subspace 61. The first subspace 61 is always bounded by a wall portion 11, 12, the first and second sides 301, 302 of the pendulum segment 3 and the inner side 221 of the closure element 22, while the second subspace 62 always between the second wall portion 12, the outside of the closure element 22 and the curved side 303 of the pendulum segment 3 is formed. By the reduction of the first subspace 61, caused by the rotational movement of the Rotationskoibens 2 from the position shown in FIG. 4A towards the position in Fig. 4B, a fluid in the first subspace 61 is thus displaced or, when the exhaust valve 52 is closed, compressed. At the same time, due to the increase in volume of the second subspace 62, a fluid is drawn through the inlet valve 51 into the second subspace 62.
Zu einem dritten und vierten Zeitpunkt (Fig. 4C und 4D) hat sich der Rotationskolben 2 weiter in Undrehungsrichtung U gedreht, und das Volumen des zweiten Teilraums 62 hat
sich auf Kosten des Volumens des ersten Teilraums 61 vergrößert. Das Dichtungselement 32 liegt durchgehend am zweiten Wandungsabschnitt 12 an, bewirkt durch die Führung des Führungselementes 4, und stellt die Dichtung zwischen ersten und zweitem Teilraum 61 , 62 her.At a third and fourth time (FIGS. 4C and 4D), the rotary piston 2 has turned further in the direction of rotation U, and has the volume of the second sub-space 62 increases at the expense of the volume of the first subspace 61. The sealing element 32 rests continuously on the second wall section 12, effected by the guidance of the guide element 4, and establishes the seal between the first and second sub-spaces 61, 62.
Zu einem fünften Zeitpunkt (Fig. 4E) hat sich der Rotationskolben 2 relativ zur Stellung in Fig. 4A in Undrehungsrichtung U um 180° gedreht. In dieser Stellung ist das Volumen des ersten Teilraums 61 minimal, während das Volumen des zweiten Teilraums 62 maximal ist. Das Verschlusselement 22 ist zu diesem Zeitpunkt dem zweiten Wandungsabschnitt 12 zugewandt, das Pendelsegment 3 befindet sich in einer mittigen Position auf dem Rotationskolben 2 und weist mit seiner Pendelsegmentachse 31 zum ersten Wandungsabschnitt 1 1.At a fifth point in time (FIG. 4E), the rotary piston 2 has rotated relative to the position in FIG. 4A in the direction of rotation U by 180 °. In this position, the volume of the first subspace 61 is minimal, while the volume of the second subspace 62 is maximum. The closure element 22 is facing the second wall portion 12 at this time, the pendulum segment 3 is in a central position on the rotary piston 2 and has with its pendulum segment axis 31 to the first wall section 1 first
Während der weiteren Drehbewegung des Rotationskolbens 2 (Fig. 4F und 4G) wird der zweite Teilraum 62 verkleinert, so dass ein im zweiten Teilraum 62 befindliches Fluid komprimiert wird. Das Führungselement 4 wirkt nun auf das von derDuring the further rotary movement of the rotary piston 2 (FIGS. 4F and 4G), the second partial space 62 is reduced, so that a fluid located in the second partial space 62 is compressed. The guide element 4 now acts on the of the
Pendelsegmentachse 31 aus gesehen linke Dichtungselement 33 ein und bewirkt wiederum ein Auslenken des Pendelsegments 3 hin zum zweiten Wandungsabschnitt 12 des Gehäuses, so dass das Dichtungselement 33 am zweiten Wandungsabschnitt 12 anliegt und eine Dichtung bewirkt.Pendulum segment axis 31 seen from left sealing element 33 and in turn causes a deflection of the pendulum segment 3 toward the second wall portion 12 of the housing, so that the sealing element 33 abuts the second wall portion 12 and causes a seal.
Die periodische Rotationsbewegung setzt sich nun periodisch mit dem Zustand gemäß Fig. 4A fort. Beim Übergang vom Zustand gemäß Fig. 4G zum Zustand gemäß Fig. 4A wird das Volumen des zweiten Teilraums 62 dabei durch die Rotationsbewegung des Rotationskolbens 2 bis auf ein minimales Restvolumen verkleinert, so dass ein im zweiten Teilraum 62 befindliches Fluid eine sehr große Verdichtung erfährt.The periodic rotation movement is now periodically continued with the state of FIG. 4A. In the transition from the state according to FIG. 4G to the state according to FIG. 4A, the volume of the second subspace 62 is reduced by the rotational movement of the rotary piston 2 to a minimum residual volume, so that a fluid located in the second subspace 62 experiences a very large compression.
Die Volumenänderung des ersten Teilraums 61 während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 um die Drehachse 110 ist relativ gering und beschreibbar durch das Verhältnis von maximalen Volumen (siehe Fig. 4A) zu minimalem Volumen (siehe Fig. 4E) des ersten Teilraums 61. Die Verdichtung eines im Teilraum 61 befindlichen Fluids ist somit ebenfalls relativ gering. Der zweite Teilraum 62 hingegen vollzieht während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 um seine Drehachse 110 eine Volumenänderung von einem minimalen Restvolumen (Fig. 4A) bis zu einem maximalen Volumen (Fig. 4E) und wieder zum minimalen Restvolumen, so dass ein im zweiten Teilraum 62
befindliches Fluid während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 eine große Kompression bzw. Expansion erfährt. Das über die Volumenveränderung des zweiten Teilraums 62 erreichbare Verdichtungsverhältnis ist also groß, praktisch aber begrenzt durch die Kompressibilität des Fluids und ein minimales Restvolumen des zweiten Teilraums 62.The volume change of the first subspace 61 during the rotation of the rotary piston 2 about the rotation axis 110 is relatively small and writable by the ratio of maximum volume (see FIG. 4A) to minimum volume (see FIG. 4E) of the first subspace 61 in the subspace 61 fluid is thus also relatively low. The second subspace 62, on the other hand, during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110, performs a volume change from a minimum residual volume (FIG. 4A) to a maximum volume (FIG. 4E) and again to the minimum residual volume, so that one in the second subspace 62 fluid undergoes a large compression or expansion during the rotation of the rotary piston 2. The compression ratio achievable via the change in volume of the second subspace 62 is therefore large, but practically limited by the compressibility of the fluid and a minimal residual volume of the second subspace 62.
Die Pendelbewegung des Pendelsegmentes 3 ist während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 um seine Drehachse 110 durch das Führungselement 4 geführt und somit zwangsgesteuert. Durch das Führungselement 4 wird sichergestellt, dass ein Dichtungselement 32, 33 stets an einem Wandungsabschnitt 11 , 12 anliegt, um die dichtende Teilung des Verdrängerraums 6 in seine zwei Teilräume 61 , 62 zu bewirken. Die Pendelbewegung . des Pendelsegmentes 3 wird dabei durch die während der Rotationsbewegung des Rotationskolbens 2 herrschenden physikalischen Kräfte auf das Pendelsegment 3 unterstützt, so dass durch die durch die Rotationsbewegung verursachten Zentrifugalkräfte ein zusätzlicher Anpressdruck der Dichtungselemente 32, 33 auf den jeweiligen Wandungsabschnitt 1 1 , 12 erzeugt wird.The pendulum movement of the pendulum segment 3 is guided during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110 by the guide member 4 and thus positively controlled. The guide element 4 ensures that a sealing element 32, 33 always bears against a wall section 11, 12 in order to bring about the sealing division of the displacement chamber 6 into its two partial spaces 61, 62. The pendulum movement. of the pendulum segment 3 is supported by the prevailing during the rotational movement of the rotary piston 2 physical forces on the pendulum segment 3, so that an additional contact pressure of the sealing elements 32, 33 on the respective wall portion 1 1, 12 is generated by the centrifugal forces caused by the rotational movement.
Fig. 5 verdeutlicht die geometrische Auslegung der einzelnen Teile des Rotationskolbens 2 und des Pendelsegments 3 gemäß der in Fig. 3A bis 3F dargestellten zweiten Ausführungsform in einer Draufsicht auf den Rotationskolben 2 und das auf dem Rotationskolben 2 angeordneten Pendelsegment 3.5 illustrates the geometric design of the individual parts of the rotary piston 2 and of the pendulum segment 3 according to the second embodiment shown in FIGS. 3A to 3F in a plan view of the rotary piston 2 and the pendulum segment 3 arranged on the rotary piston 2.
Auf der Grundplatte 21 des Rotationskolbens 2 ist zum einen das Verschlusselement 22 angeordnet und mit dieser fest verbunden und zum anderen über die Pendelsegmentachse 31 das Pendelsegment 3 verschwenkbar gelagert. Das Verschlusselement 22 hat im Querschnitt parallel zur Rotationsebene 111 des Rotationskolbens 2 eine sichelförmige Form und weist eine Innenseite 221 , die durch einen Innenradius Rl um die Pendelsegmentachse 31 beschreibbar ist, und eine Außenseite 222, die durch einen Außenradius RA um die Drehachse 110 des Rotationskolbens 2 beschreibbar ist, auf. Das Verschlusselement 22 erstreckt sich, wie aus Fig. 1 D und 3D ersichtlich, senkrecht zur Rotationsebene 111 über die Höhe des Mittelteils der Vorrichtung.On the base plate 21 of the rotary piston 2, the closure element 22 is arranged on the one hand and firmly connected to this and on the other hand via the pendulum segment axis 31, the pendulum segment 3 mounted pivotably. The closure element 22 has a sickle-shaped shape in cross-section parallel to the plane of rotation 111 of the rotary piston 2 and has an inner side 221 which can be described by an inner radius R1 about the pendulum segment axis 31 and an outer side 222 which is defined by an outer radius RA about the rotation axis 110 of the rotary piston 2 is writable on. As can be seen in FIGS. 1D and 3D, the closure element 22 extends perpendicular to the rotation plane 111 over the height of the middle part of the device.
Das auf der Grundplatte 21 angeordnete Pendelsegment 3 ist im Querschnitt parallel zur Rotationsebene 111 im Wesentlichen durch drei Seiten 301 , 302, 303 begrenzt, von
denen die ersten zwei Seiten 301 , 302 in einem Winkel von in etwa 90° zueinander stehen und in deren Verbindungsbereich die Pendelsegmentachse 31 , die sich senkrecht zur Rotationsebene 111 erstreckt, angeordnet ist. Die dritte Seite 303 des Pendelsegments 3 ist gekrümmt ausgebildet und ist beschreibbar durch den Innenradius Rl um die Pendelsegmentachse 31. Die dritte Pendelsegmentseite 303 schmiegt sich in ihrer Formgebung der Innenseite 221 des Verschlusselementes 22 an, so dass das Pendelsegment 3 bei einer Pendelbewegung um die Pendelsegmentachse 31 mit seiner dritten Seite 303 entlang der Innenseite 221 des Verschlusselementes 22 läuft und einen dichtenden Übergang bildet. Die Pendelsegmentachse 31 ist dabei um einen Abstand D von der Drehachse 110 des Rotationskolbens 2 versetzt angeordnet.The pendulum segment 3 arranged on the base plate 21 is delimited in cross-section parallel to the plane of rotation 111 essentially by three sides 301, 302, 303, from where the first two sides 301, 302 are at an angle of approximately 90 ° to each other and in the connecting region of the pendulum segment axis 31, which extends perpendicular to the plane of rotation 111, is arranged. The third side 303 of the pendulum segment 3 is curved and is described by the inner radius Rl to the pendulum segment axis 31. The third pendulum segment side 303 nestles in shape of the inside 221 of the closure element 22, so that the pendulum segment 3 in a pendulum motion about the pendulum segment axis 31 runs with its third side 303 along the inside 221 of the closure element 22 and forms a sealing transition. The pendulum segment axis 31 is arranged offset by a distance D from the axis of rotation 110 of the rotary piston 2.
Das Pendelsegment 3 erstreckt sich, wie in Fig. 1 D und 3D zu sehen ist, senkrecht zur Rotationsebene 111 über die Höhe des Mittelteils der Vorrichtung, also über den gesamten Verdrängerraum 6 und ist durch die obere und untere Grundplatte 21 , 21 ' gemäß Fig. 1A bis 1 F bzw. durch die untere Grundplatte 21 und den durch das Gehäuse 1 ausgebildeten Deckel gemäß Fig. 3A bis 3F begrenzt. Das Pendelsegment 3 dichtet dabei die Teilräume 61 , 62 des Verdrängerraums 6 relativ zueinander ab, kann sich aber, insbesondere unter Verwendung geeigneter Schmiermittel, relativ zur oberen und unteren Grundplatte 21 , 21 ' und entlang des Gehäuses 1 leichtgängig bewegen.The pendulum segment 3 extends, as can be seen in FIGS. 1 D and 3D, perpendicular to the plane of rotation 111 over the height of the middle part of the device, ie over the entire displacer space 6 and is defined by the upper and lower base plates 21, 21 'according to FIG 1A to 1F or by the lower base plate 21 and the cover formed by the housing 1 according to FIGS. 3A to 3F. The pendulum segment 3 seals the subspaces 61, 62 of the displacement chamber 6 relative to each other, but can, in particular with the use of suitable lubricants, relative to the upper and lower base plate 21, 21 'and along the housing 1 to move smoothly.
Am Pendelsegment 3 sind die zwei zylindrischen Dichtungselemente 32, 33 angeordnet, die um die Drehachsen 321 , 331 drehbar gelagert sind, einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Radius RZ aufweisen und sich über die Höhe des im Mittelteil der Vorrichtung ausgebildeten Verdrängerraums 6 erstrecken (siehe Fig. 1 C und 3C). Die Drehachsen 321 , 331 der Dichtungselemente 32, 33 sind in der Querschnittsebene parallel zur Rotationsebene 11 1 so angeordnet, dass der Abstand zwischen den Drehachsen in der Querschnittsebene parallel zur Rotationsebene 111 2RA - 2RZ beträgt und eine die beiden Drehachsen 321 , 331 miteinander verbindende Linie bei einer nicht ausgelenkten Pendelsegmentstellung 3, also bei mittig auf dem Rotationskolben 2 positionierten Pendelsegment 3, durch die Drehachse 110 des Rotationskolbens 2 verläuft und gleichzeitig senkrecht zur durch die Pendelsegmentachse 31 und die Drehachse 110 weisenden Symmetrieachse des Rotationskolbens 2 steht. Der maximale Abstand zwischen den Außenseiten der Dichtungselemente 32, 33 entlang der die Drehachsen 321 , 331 verbindenden Linie beträgt in diesem Fall 2RA.
Das Führungselement 4, das in der in Fig. 3A bis 3F dargestellten Ausführungsform zur Führung der Pendelbewegung des Pendelsegments 3 dient, ist am Gehäuse 1 angeordnet und erstreckt sich in die Aussparung 304 im Pendelsegment 3, hat eine zylindrische Form mit einem kreisförmigen Querschnitt mit dem Radius RF = RA - 2RZ und erstreckt sich mit seiner Längsachse senkrecht zur Rotationsebene 111. Die Längsachse des Führungselementes 4 ist in der Querschnittsebene parallel zur Rotationsebene 1 1 1 im Mittelpunkt 120 des zweiten Wandungsabschnitts 12 des Gehäuses 1 angeordnet, so dass das Führungselement 4 also konzentrisch zum zweiten Wandungsabschnitt 12 ausgerichtet ist. Die Form der Aussparung 304 im Pendelsegment 3 ist durch die zu verwirklichende Führung des Pendelsegments 3 vorgegeben. In der in Fig. 3A bis 3F gezeigten Ausführungsform erfolgt eine Wechselwirkung zwischen Pendelsegment 3 und Führungselement 4 ausschließlich über die Dichtungselemente 32, 33, indem das Führungselement 4 mit mindestens einem der zylindrischen Dichtungselemente 32, 33 zusammenwirkt und in Kontakt ist. Eine direkte Berührung zwischen Pendelsegment 3 und Führungselement 4 ist in diesem Fall zu vermeiden, und dementsprechend ist die Gestalt der Aussparung 304 im Pendelsegment 3 zu wählen. In der in Fig. 3A bis 3F gezeigten Ausführungsform ist die Kontur der Aussparung 304 im Querschnitt parallel zur Rotationsebene 111 kreisförmig, beschreibbar durch einem hinreichend großen Radius um einen Punkt, der durch den Schnittpunkt der die beiden Drehachsen 321 , 331 verbindende Linie mit der durch die Pendelsegmentachse 31 verlaufenden Symmetrieachse des Pendelsegments 3 definiert ist. Es ist auch denkbar, anstelle der Dichtungselemente 32, 33 ein einstückig ausgebildetes Pendelsegment 3 zu verwenden, bei dem die Dichtungselemente 32, 33 in das Pendelsegment 3 integriert sind und das Führungselement 4 direkt mit der Innenseite der Aussparung 304 wechselwirkt.On pendulum segment 3, the two cylindrical sealing elements 32, 33 are arranged, which are rotatably mounted about the axes of rotation 321, 331, have a circular cross-section with a radius RZ and extend over the height of the formed in the middle part of the device displacement chamber 6 (see FIG. 1C and 3C). The axes of rotation 321, 331 of the sealing elements 32, 33 are arranged in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 11 1 so that the distance between the axes of rotation in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 111 2RA - 2RZ and the two axes of rotation 321, 331 interconnecting line in a non-deflected pendulum segment position 3, that is centrally positioned on the rotary piston 2 pendulum segment 3, passes through the axis of rotation 110 of the rotary piston 2 and at the same time perpendicular to the axis of rotation 31 and the axis of rotation 110 facing symmetry axis of the rotary piston 2. The maximum distance between the outer sides of the sealing elements 32, 33 along the line connecting the axes of rotation 321, 331 is 2RA in this case. The guide member 4, which serves in the embodiment shown in FIGS. 3A to 3F for guiding the pendulum movement of the pendulum segment 3, is arranged on the housing 1 and extends into the recess 304 in the pendulum segment 3, has a cylindrical shape with a circular cross section with the Radius RF = RA - 2RZ and extends with its longitudinal axis perpendicular to the plane of rotation 111. The longitudinal axis of the guide element 4 is arranged in the cross-sectional plane parallel to the plane of rotation 1 1 1 in the center 120 of the second wall portion 12 of the housing 1, so that the guide element 4 so is aligned concentrically with the second wall portion 12. The shape of the recess 304 in the pendulum segment 3 is predetermined by the guidance of the pendulum segment 3 to be realized. In the embodiment shown in FIGS. 3A to 3F, an interaction between pendulum segment 3 and guide element 4 takes place exclusively via the sealing elements 32, 33 in that the guide element 4 interacts with and is in contact with at least one of the cylindrical sealing elements 32, 33. Direct contact between pendulum segment 3 and guide element 4 is to be avoided in this case, and accordingly the shape of the recess 304 in the pendulum segment 3 is to be selected. In the embodiment shown in FIGS. 3A to 3F, the contour of the recess 304 is circular in cross-section parallel to the plane of rotation 111, describable by a sufficiently large radius around a point passing through the intersection of the line connecting the two pivot axes 321, 331 with the line the pendulum segment axis 31 is defined extending symmetry axis of the pendulum segment 3. It is also conceivable, instead of the sealing elements 32, 33 to use an integrally formed pendulum segment 3, in which the sealing elements 32, 33 are integrated into the pendulum segment 3 and the guide element 4 interacts directly with the inside of the recess 304.
In Fig. 6 ist die Formgebung des den Verdrängerraum 6 ausbildenden Gehäuses 1 im Querschnitt parallel zur Rotationsebene 111 gezeigt. Die innere Kontur des Gehäuses 1 , die den Verdrängerraum 6 beschreibt, lässt sich durch zwei Teilkreise mit dem Radius RA beschreiben, die jeweils einem Wandungsabschnitt 11 , 12 zugeordnet sind. Der Mittelpunkt des ersten Teilkreises, dessen linker Bereich in Fig. 6 den ersten Wandungsabschnitt 11 darstellt, entspricht dabei der Position der Drehachse 110 des Rotationskolbens 2, so dass das Verschlusselement 22 des Rotationskolbens 2, dessen Außenseite 222 ebenfalls durch den Radius RA um die Drehachse 110 beschreibbar ist, also mit seiner Außenseite 222 entlang des ersten Wandungsabschnitts 11 läuft und sich
diesem dichtend anschmiegt. Der Mittelpunkt 120 des zweiten Teilkreises, dessen rechter Bereich den zweiten Wandungsabschnitt 12 ausbildet, ist von der Drehachse 110 des Rotationskolbens 2 versetzt angeordnet. Die räumliche Anordnung der beiden Teilkreise lässt sich durch einen Winkel α charakterisieren, der zwischen zwei durch eine Schwenkachse 130 und jeweils einen der Mittelpunkte 110, 120 der Teilkreise weisende Linien gebildet ist.In Fig. 6, the shape of the displacer 6 forming housing 1 is shown in cross-section parallel to the plane of rotation 111. The inner contour of the housing 1, which describes the displacement 6, can be described by two pitch circles with the radius RA, which are each associated with a wall section 11, 12. The center of the first pitch circle, whose left portion in FIG. 6 represents the first wall portion 11, corresponds to the position of the rotation axis 110 of the rotary piston 2, so that the closure element 22 of the rotary piston 2, the outside 222 also by the radius RA about the axis of rotation 110 is writable, so with its outside 222 along the first wall portion 11 runs and itself this tightly clings. The center 120 of the second pitch circle, the right-hand portion of which forms the second wall portion 12, is offset from the rotation axis 110 of the rotary piston 2. The spatial arrangement of the two pitch circles can be characterized by an angle α, which is formed between two lines pointing through a pivot axis 130 and one of the centers 110, 120 of the pitch circles.
Die beiden Wandungsabschnitte 11 , 12 des Gehäuses 1 , die den Verdrängerraum 6 im Querschnitt parallel zur Rotationsebene 11 1 des Rotationskolbens 2 seitlich begrenzen und durch die beiden Teilkreise beschreibbar sind, sind also exzentrisch angeordnet. Der Rotationskolben 2 dreht sich um die Drehachse 110 im Mittelpunkt des ersten Wandungsabschnitts 1 1 , während das Führungselement 4 im Mittelpunkt 120 des zweiten Wandungsabschnitts 12 positioniert ist. Da das Führungselement 4 mit den zylindrischen Dichtungselementen 32, 33 wechselwirkt, das Führungselement 4 und die Dichtungselemente 32, 33 im Querschnitt parallel zur Rotationsebene 1 11 des Rotationskolbens 2 eine kreisförmige Kontur mit dem Radius RF=RA-2RZ bzw. dem Radius RZ aufweisen, wobei die Drehachsen 321 , 331 der Dichtungselemente 32, 33 räumlich versetzt auf dem Pendelsegment 3 angeordnet sind (siehe Fig. 5), und die Dichtungselemente 32, 33 während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 um die Drehachse 110 mit dem darauf angeordneten Pendelsegment 3 zwangsläufig das Führungselement 4 auf seiner dem zweiten Wandungsabschnitt 12 zugewandten Seite passieren müssen, lenkt das Führungselement 4 das Pendelsegment 3 über die auf dem Pendelsegment 3 angeordneten Dichtungselemente 32, 33 zum zweiten Wandungsabschnitt 12 hin aus und führt somit die Dichtungselemente 32, 33 dichtend an dem zweiten Wandungsabschnitt 12 entlang. Durch die gegenüberliegende Anordnung der Dichtungselemente 32, 33 auf dem Pendelsegment 3 liegt eines der zwei Dichtungselemente 32, 33 stets an dem zweiten Wandungsabschnitt 12 an und stellt einen dichtenden Übergang zwischen Pendelsegment 3 und zweitem Wandungsabschnitt 12 her.The two wall sections 11, 12 of the housing 1, which laterally delimit the displacer space 6 parallel to the plane of rotation 11 1 of the rotary piston 2 and can be described by the two pitch circles, are therefore arranged eccentrically. The rotary piston 2 rotates about the axis of rotation 110 in the center of the first wall portion 1 1, while the guide member 4 is positioned in the center 120 of the second wall portion 12. Since the guide element 4 interacts with the cylindrical sealing elements 32, 33, the guide element 4 and the sealing elements 32, 33 in cross section parallel to the plane of rotation 1 11 of the rotary piston 2 have a circular contour with the radius RF = RA-2RZ or the radius RZ wherein the axes of rotation 321, 331 of the sealing elements 32, 33 are arranged spatially offset on the pendulum segment 3 (see Fig. 5), and the sealing elements 32, 33 during the rotation of the rotary piston 2 about the rotation axis 110 with the pendulum segment 3 arranged thereon inevitably Guide element 4 must pass on its side facing the second wall portion 12, the guide member 4 deflects the pendulum segment 3 via the arranged on the pendulum segment 3 sealing elements 32, 33 to the second wall portion 12 out and thus performs the sealing elements 32, 33 sealingly on the second wall portion 12 along. Due to the opposing arrangement of the sealing elements 32, 33 on the pendulum segment 3, one of the two sealing elements 32, 33 always bears against the second wall section 12 and establishes a sealing transition between the pendulum segment 3 and the second wall section 12.
In einer alternativen, in Fig. 10A bis 10F dargestellten Ausgestaltung ist das Führungsmittel durch ortsfest am Pendelsegment 3 angeordnete Führungsstifte 40 verwirklicht, die durch eine Aussparung 46 in den Grundplatten 21 , 21' hindurch in eine Nut 45 im Gehäuse 1 eingreifen. Die in Fig. 10A bis 10F dargestellte Ausführungsform entspricht hierbei im Wesentlichen der anhand Fig. 1A bis 1 F erläuterten Ausgestaltung
der Vorrichtung, wobei zusätzlich die zwei Führungsstifte 40 vorgesehen sind. Die Führungsstifte 40 sind vorteilhafterweise in Bohrungen des Pendelsegmentes 3 eingesetzt und drehfest oder drehbar mit dem Pendelsegment 3 verbunden. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch, die Führungsstifte 40 einstückig mit dem Pendelsegment 3 auszubilden.In an alternative embodiment shown in FIGS. 10A to 10F, the guide means is realized by guide pins 40 arranged fixedly on the pendulum segment 3, which engage in a groove 45 in the housing 1 through a recess 46 in the base plates 21, 21 '. The embodiment shown in FIGS. 10A to 10F essentially corresponds to the configuration explained with reference to FIGS. 1A to 1F the device, wherein additionally the two guide pins 40 are provided. The guide pins 40 are advantageously inserted into bores of the pendulum segment 3 and rotatably or rotatably connected to the pendulum segment 3. It is also conceivable in this context, the guide pins 40 integrally formed with the pendulum segment 3.
Die Führungsstifte 40 erstrecken sich senkrecht vom Pendelsegment 3 durch die Grundplatten 21 , 21 ' hindurch in die Nut 45 im Ober- und Unterteil des Gehäuses 1. Denkbar ist hierbei auch, die Führungsstifte 40 und die Nut 45 nur einseitig vorzusehen, so dass die Führungsstifte 40 sich nur an einer Seite von dem Pendelsegment 3 erstrecken und nur im Ober- oder Unterteil des Gehäuses 1 eine Nut 45 ausgebildet ist. Eine beidseitige Ausführung der Führungsstifte 40 und der Nut 45 bietet jedoch den Vorteil einer stabilen, symmetrischen Ausführung, insbesondere für Anwendungen, bei denen große Drehmomente auf den Rotationskolben 2 einwirken.The guide pins 40 extend perpendicularly from the pendulum segment 3 through the base plates 21, 21 'into the groove 45 in the upper and lower part of the housing 1. It is also conceivable to provide the guide pins 40 and the groove 45 only on one side, so that the guide pins 40 extend only on one side of the pendulum segment 3 and only in the upper or lower part of the housing 1, a groove 45 is formed. However, a two-sided execution of the guide pins 40 and the groove 45 offers the advantage of a stable, symmetrical design, especially for applications where large torques acting on the rotary piston 2.
Grundlegend ist auch denkbar, nur einen Führungsstift 40 vorzusehen, der die Führung des Pendelsegments 3 bewirkt. Eine Ausgestaltung mit zwei symmetrisch am Pendelsegment 3 angeordneten Führungsstiften, wie in Fig. 10A bis 10F dargestellt, ist jedoch vorteilhaft, um eine stabile und zuverlässige Führung des Rotationskolbens zu gewährleisten.Fundamentally, it is also conceivable to provide only one guide pin 40 which effects the guidance of the pendulum segment 3. However, an embodiment with two guide pins arranged symmetrically on the pendulum segment 3, as shown in FIGS. 10A to 10F, is advantageous in order to ensure a stable and reliable guidance of the rotary piston.
Die Nut 45 ist so ausgebildet, dass das Pendelsegment 3 durch die in die Nut 45 eingreifenden Führungsstifte 40 während der Drehbewegung des Rotationskolbens 2 so geführt wird, dass ein Endabschnitt 32', 33' stets an dem Wandungsabschnitt 12 des Gehäuses 1 anliegt. Die Form der Nut 45 ist hierbei abhängig von der Innenkontur des Gehäuses 1 , also der Wandungsabschnitte 11 , 12 zu wählen.The groove 45 is formed so that the pendulum segment 3 is guided by the engaging in the groove 45 guide pins 40 during the rotational movement of the rotary piston 2 so that an end portion 32 ', 33' always rests against the wall portion 12 of the housing 1. The shape of the groove 45 is dependent on the inner contour of the housing 1, so the wall sections 11, 12 to choose.
Fig. 12 zeigt den Rotationskoiben 2 in verdrehter Position, in der das Pendelsegment 3 ausgelenkt ist und mit seinem Endabschnitt 33' am Wandungsabschnitt 12 des Gehäuses 1 anliegt. Die Führungsstifte 40 laufen in der Nut 45 um und führen somit die Pendelbewegung des Pendelkolbens derart, dass immer einer der beiden Endabschnitt 32', 33' des Pendelsegments 3 am Wandungsabschnitt 12 anliegt. Die Nut ist, wie anhand Fig. 10A bis 10F erläutert, im Gehäuse 1 im Ober- und/oder Unterteil (Fig. 10 A, B bzw. Fig. 10 E, F) der Vorrichtung ausgebildet und in Fig. 12 nur zur Veranschaulichung gestrichelt angedeutet.
Bei der in Fig. 1OA bis 1OF dargestellten Ausführungsform ist der Verdrängerraum 6 mit seinen Wandungsabschnitten 11 ,12 entsprechend der in Fig. 1 1 gezeigten Querschnittsdarstellung geformt. Die den Querschnitt des Verdrängerraums 6 beschreibende Innenkontur des Gehäuses 1 wird durch die beiden Wandungsabschnitte 1 1 , 12 gebildet, die durch zwei mit ihren Öffnungen aufeinander zu weisende Kreishälften mit Radius RA beschreibbar sind, deren Mittelpunkte 110, 120 voneinander beabstandet und die über gerade Abschnitte zu einer geschlossenen Kontur verbunden sind. Der erste Wandungsabschnitt 11 ist durch die untere Kreishälfte in Fig. 11 ausgebildet, während der zweite Wandungsabschnitt die obere Kreishälfte sowie die senkrechten, die Kreishälften miteinander verbindenden Abschnitte umfasst. Das Pendelsegment 3 liegt während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 ausschließlich am zweiten Wandungsabschnitt 12 an.Fig. 12 shows the Rotationskoiben 2 in a rotated position in which the pendulum segment 3 is deflected and rests with its end portion 33 'on the wall portion 12 of the housing 1. The guide pins 40 run around in the groove 45 and thus perform the pendulum motion of the oscillating piston such that always one of the two end portion 32 ', 33' of the pendulum segment 3 rests against the wall portion 12. The groove is, as explained with reference to FIGS. 10A to 10F, formed in the housing 1 in the upper and / or lower part (Fig. 10 A, B and Fig. 10 E, F) of the device and in Fig. 12 only for illustration indicated by dashed lines. In the embodiment shown in FIGS. 10A to 10F, the displacer space 6 is shaped with its wall sections 11, 12 corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 11. The inner contour of the housing 1 describing the cross-section of the displacement chamber 6 is formed by the two wall sections 11, 12 which can be described by two circular halves of radius RA pointing towards each other with their openings whose centers 110, 120 are spaced apart from each other and over straight sections are connected to a closed contour. The first wall section 11 is formed by the lower half of the circle in Fig. 11, while the second wall section includes the upper half of the circle and the vertical, the circular halves connecting sections. The pendulum segment 3 rests exclusively on the second wall section 12 during the rotation of the rotary piston 2.
Entsprechend der Form des Verdrängerraums 6 ist die Nut 45 in zwei Abschnitte geteilt, nämlich zum einen einen Führungsabschnitt 450 und zum anderen einen Rückführungsabschnitts 451 (siehe Fig. 10B). Der Führungsabschnitt 450 ist so gestaltet, dass der Abstand des Führungsabschnitts 450 der Nut 45 zum Wandungsabschnitt 12 konstant ist. Der Rückführungsabschnitt 451 hingegen stellt die Verbindung zwischen den beiden Enden des Führungsabschnitts 450 zur Rückführung der in die Nut 45 eingreifenden Führungsstifte 40 dar. Die Ausbildung des Rückführungsabschnitts 451 ist prinzipiell beliebig und muss insbesondere nicht passgenau den Führungsstiften 40 angepasst sein, wenn zwei Führungsstifte 40 verwendet werden. Der Rückführungsabschnitt 451 muss dann lediglich gewährleisten, dass ein im Bereich des Rückführungsabschnitts 451 befindlicher Führungsstift 40 zum anderen Ende des Führungsabschnitts 450 gelangen kann. Wird hingegen nur ein Führungsstift 40 verwendet, so ist auch der Rückführungsabschnitt 451 passgenau so auszubilden, dass der Führungsstift 40 zu jeder Zeit von der Nut 45 geführt wird und das Pendelsegment 3 am Wandungsabschnitt 12 anliegt.According to the shape of the displacement chamber 6, the groove 45 is divided into two sections, namely a guide section 450 and a return section 451 (see FIG. 10B). The guide portion 450 is configured such that the distance of the guide portion 450 of the groove 45 to the wall portion 12 is constant. The return section 451, on the other hand, represents the connection between the two ends of the guide section 450 for returning the guide pins 40 engaging in the groove 45. The design of the return section 451 is in principle arbitrary and, in particular, does not have to be adapted to the guide pins 40 correctly when two guide pins 40 are used become. The return section 451 then only has to ensure that a guide pin 40 located in the region of the return section 451 can reach the other end of the guide section 450. If, by contrast, only one guide pin 40 is used, then the return section 451 is also designed in a precise fit such that the guide pin 40 is guided by the groove 45 at all times and the pendulum segment 3 bears against the wall section 12.
Generell ist die Kontur des Verdrängerraums 6 im Querschnitt parallel zur Rotationsebene des Rotationskolbens 2 in weiten Grenzen wählbar und so auf eine optimale Verdrängerraumform hin optimierbar. Die Formgebung des ersten Wandungsabschnitts 11 ist hierbei jedoch zumindest abschnittsweise kreisförmig zu wählen, so dass das sichelförmige Verschlusselement 22 dichtend an dem ersten
Wandungsabschnitt 11 entlang gleiten kann. Die Form des zweiten Wandungsabschnitts 12 hingegen ist lediglich dadurch eingeschränkt, dass das Pendelsegment 3 mit einem seiner Endabschnitt 32, 33 bzw. 32', 33' während der Drehung des Rotationskolbens 2 stets am Wandungsabschnitt 12 anliegen und eine Pendelbewegung ausführen kann. Die Nut 45 zur Führung des Pendelsegments 3 ist jeweils der Form des Wandungsabschnitts 12 anzupassen, so dass eine Führung des Pendelsegments 3 entlang des Wandungsabschnitts 12 gewährleistet ist.In general, the contour of the displacement chamber 6 in cross-section parallel to the plane of rotation of the rotary piston 2 can be selected within wide limits and so optimized for optimal Verdrängerraumform out. However, the shape of the first wall portion 11 is in this case at least partially circular to choose so that the crescent-shaped closure member 22 sealingly to the first Wall section 11 can slide along. The shape of the second wall portion 12, however, is limited only in that the pendulum segment 3 with one of its end portion 32, 33 and 32 ', 33' always rest against the wall portion 12 during rotation of the rotary piston 2 and can perform a pendulum motion. The groove 45 for guiding the pendulum segment 3 is in each case adapted to the shape of the wall section 12, so that guidance of the pendulum segment 3 along the wall section 12 is ensured.
Die Aussparung 46 in den Grundplatten 21 , 21' des Rotationskolbens 2 müssen so beschaffen sein, dass eine Berührung der Führungsstifte 40 und der Grundplatten 21 , 21 " in jeder Lage des Pendelsegments 3 während der Umdrehung des Rotationskolbens ausgeschlossen ist. Wesentlich ist hierbei, dass die Aussparungen 46 ausreichend groß dimensioniert sind, eine genaue Passung ist nicht erforderlich.The recess 46 in the base plates 21, 21 'of the rotary piston 2 must be such that a contact of the guide pins 40 and the base plates 21, 21 "in any position of the pendulum segment 3 is excluded during the rotation of the rotary piston the recesses 46 are sufficiently large, an exact fit is not required.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10A bis 10F ist das Pendelsegment 3 einstückig ausgebildet, indem die Dichtungselemente 32,33 in das Pendelsegment 3 in Form von Endabschnitten 32', 33' integriert sind. Die Außenfläche des Pendelsegments 3 im Bereich der dichtenden Endabschnitte 32', 33' der gekrümmten dritten Seite 303 des Pendelsegments 3 ist hierbei im Querschnitt der Kontur der zylindrischen Dichtungselemente 32, 33 nachgebildet, wobei die Führungsstifte 40 jeweils im Mittelpunkt der zumindest abschnittsweise kreisförmigen Endabschnitte 32', 33' angeordnet sind. Wesentlich bei der Formgebung der dichtenden Endabschnitten 32', 33' ist jedoch lediglich, dass sichergestellt sein muss, dass die Endabschnitte 32', 33' dichtend mit den Wandungsabschnitten des Gehäuses 1 zusammenwirken und so eine Dichtung zwischen den Teilräumen 61 , 62 des Verdrängerraums 6 herstellen.In the embodiment according to FIGS. 10A to 10F, the pendulum segment 3 is formed in one piece by the sealing elements 32, 33 being integrated into the pendulum segment 3 in the form of end sections 32 ', 33'. The outer surface of the pendulum segment 3 in the region of the sealing end portions 32 ', 33' of the curved third side 303 of the pendulum segment 3 is here modeled in cross-section of the contour of the cylindrical sealing elements 32, 33, wherein the guide pins 40 each in the center of the at least partially circular end portions 32nd ', 33' are arranged. However, it is only essential in the shaping of the sealing end sections 32 ', 33' that it must be ensured that the end sections 32 ', 33' cooperate sealingly with the wall sections of the housing 1 and thus seal between the subspaces 61, 62 of the displacer chamber 6 produce.
Prinzipiell ist auch bei Verwendung von Führungsstiften 40 eine Ausführung mit drehbar gelagerten Dichtungselementen ohne weiteres möglich.In principle, even with the use of guide pins 40, a design with rotatably mounted sealing elements readily possible.
Denkbar ist auch, analog der Ausführungsform gemäß Fig. 3A bis 3F, das Gehäuse auf einer Seite durch einen Gehäusedeckel zu begrenzen, also keine zweite Grundplatte 21 ' vorzusehen. Eine Vorrichtung mit zwei Grundplatten 21 , 21 ', wie in Fig. 10A bis 10F dargestellt, kann beispielsweise vorteilhaft sein, um einen beidseitigen Abtrieb zu ermöglichen.
Die Vorrichtungen gemäß Fig. 1 bis 6 und 10 und 11 sind für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar. Beispielsweise kann die Vorrichtung als Pumpe verwendet werden, die gemäß dem in Fig. 4A bis 4G dargestellten Ablauf ein Fluid durch das Einlassventil 51 abwechselnd in den ersten und zweiten Teilraum 61 , 62 einsaugt und aus dem Auslassventil 52 ausstößt. Ebenso ist eine Verwendung als Verbrennungsmotor denkbar. Zu diesem Zweck kann Brennstoff in das im zweiten Teilraum 62 verdichtete Fluid (siehe Fig. 4G) eingespritzt und entzündet werden, wodurch eine Ausdehnung des Fluids im Teilraum 62 bewirkt wird, die eine Kraft auf das Verschlusselements 22 ausübt und auf diese Weise den Rotationskolben 2 in eine Drehbewegung versetzt. Durch die hohen erreichbaren Verdichtungsverhältnisse, verursacht durch die Volumenänderung der Teilräume 61 , 62 des Verdrängerraums 6, insbesondere des zweiten Teilraums 62 von einem maximalen Volumen hin zu einem residuellen Restvolumen und wieder zum maximalen Volumen, sind Auslegungen als Dieselmotor mit Selbstzündung ebenso denkbar wie Benzinmotoren.It is also conceivable, analogous to the embodiment according to FIGS. 3A to 3F, to limit the housing on one side by a housing cover, ie to provide no second base plate 21 '. A device with two base plates 21, 21 ', as shown in FIGS. 10A to 10F, may for example be advantageous in order to enable a bilateral downforce. The devices according to FIGS. 1 to 6 and 10 and 11 can be used for a multiplicity of applications. For example, the device may be used as a pump that, according to the process shown in FIGS. 4A to 4G, draws a fluid through the inlet valve 51 alternately into the first and second sub-chambers 61, 62 and ejects it from the outlet valve 52. Likewise, a use as an internal combustion engine is conceivable. For this purpose, fuel may be injected and ignited into the fluid compressed in the second compartment 62 (see FIG. 4G), thereby causing expansion of the fluid in the compartment 62 which exerts a force on the closure member 22 and in this way the rotary piston 2 put in a rotary motion. Due to the high achievable compression ratios, caused by the change in volume of the subspaces 61, 62 of the displacer 6, in particular the second subspace 62 from a maximum volume to a residual residual volume and again to the maximum volume, interpretations as a diesel engine with auto-ignition are just as conceivable as gasoline engines.
Die durch die Vorrichtung erreichbare Verdichtungs- und Verdrängungsverhältnisse sind durch die mittels der beiden Teilkreise beschreibbare und durch den ersten und zweiten Wandungsabschnitt 11 , 12 begrenzte Gehäuseform und durch den vom Gehäuse eingeschlossenen Verdrängerraum 6 bestimmt. Fig. 7A bis 7C zeigen verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung mit unterschiedlichen Verdrängerraumgrößen, die durch unterschiedliche Anordnungen der den Verdrängerraum 6 einfassenden Wandungsabschnitte 1 1 , 12 relativ zueinander bestimmt sind. Insbesondere ist in Fig. 7A bis 7C der zweite Wandungsabschnitt 12 in unterschiedlichen Position relativ zur Schwenkachse 130 angeordnet. Hierbei ist es denkbar, dass der zweite Wandungsabschnitt 12 variabel und im Betrieb um die Schwenkachse 130 verschwenkbar ist und somit das Volumen des Verdrängerraums 6, 61 , 62 im Betrieb einstellbar ist oder dass der zweite Wandungsabschnitt 12 ortsfest relativ zum ersten Wandungsabschnitti 1 angeordnet ist.The achievable by the device compression and displacement ratios are determined by the writable by means of the two sub-circles and limited by the first and second wall portion 11, 12 housing shape and by the housing enclosed by the displacement chamber 6. 7A to 7C show various embodiments of the device with different displacement chamber sizes, which are determined by different arrangements of the displacement chamber 6 enclosing wall sections 1 1, 12 relative to each other. In particular, in FIGS. 7A to 7C, the second wall section 12 is arranged in a different position relative to the pivot axis 130. It is conceivable that the second wall portion 12 is variable and pivotable about the pivot axis 130 in operation and thus the volume of the displacer 6, 61, 62 is adjustable during operation or that the second wall portion 12 is fixed relative to the first Wandungsabschnitti 1 is arranged.
Bei der in Fig. 7A gezeigten Anordnung ist der zweite Wandungsabschnitt 12 relativ zum ersten Wandungsabschnitt 1 1 um die Schwenkachse 130 auf dem Endpunkt des ersten Wandungsabschnitts um einen Winkel von 12.5° verschwenkt. Daraus resultiert ein großes Maximalvolumen des zweiten Teilraums 62 und somit ein hohes erreichbares Verdichtungsverhältnis.
Bei der in Fig. 7B gezeigten Anordnung weist der Verschwenkwinkel von zweitem 12 zu erstem 1 1 Wandungsabschnitt eine Größe von 7° auf, das Maximalvolumen des zweiten Teilraums und das somit erreichbare Verdichtungsverhältnis sind also kleiner.In the arrangement shown in Fig. 7A, the second wall portion 12 is pivoted relative to the first wall portion 1 1 about the pivot axis 130 on the end point of the first wall portion by an angle of 12.5 °. This results in a large maximum volume of the second subspace 62 and thus a high achievable compression ratio. In the arrangement shown in FIG. 7B, the pivoting angle of the second 12 to the first 1 1 wall section has a size of 7 °, so the maximum volume of the second partial space and the compression ratio that can thus be achieved are smaller.
Bei der in Fig. 7C gezeigten Anordnung ist der Verschwenkwinkel 0°. In diesem Fall bildet sich während der Umdrehung des Rotationskolbens 2 um seine Drehachse 110 kein zweiter Teilraum 62 aus, und der erste Teilraum 61 erfährt keine Volumenveränderung. Dieser Fall entspricht einem Leerlauf der Anordnung, in dem keine Arbeit zum Verdrängen oder Verdichten eines Fluids geleistet wird.In the arrangement shown in Fig. 7C, the pivot angle is 0 °. In this case, no second subspace 62 is formed during the rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation 110, and the first subspace 61 experiences no change in volume. This case corresponds to an idling of the assembly in which no work is done to displace or compress a fluid.
Es ist denkbar, die erreichbaren Verdichtungs- und Verdrängungsverhältnisse im Betrieb über die Anordnung der Wandungsabschnitte 11 , 12 des Gehäuses 1 einzustellen. Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch eine Anordnung mit einem Verdrängerraum 6, 61 , 62, dessen Volumen durch ein Verschwenken des zweiten Wandungsabschnitts 12 um die Schwenkachse 130 veränderbar ist. Die Anordnung weist einen Unterteil und einen Mittelteil auf, die den in Fig. 3C bis 3F dargestellten Anordnungen entsprechen. Zur Einstellung des Verdrängerraumvolumens weist das Oberteil der Anordnung eine in dem Gehäuse 1 eingefasste Kolbenoberplatte 41 auf, die mit dem Führungselement 4 und dem zweiten Wandungsabschnitt 12 fest verbunden ist und über einen mit einem Hebel 42 und einem senkrechten Verbindungsstück 43 zusammenwirkenden Verstellhebel 44 um die Schwenkachse 130 verschwenkt werden kann. Durch das Verschwenken der Kolbenoberplatte 41 um die Schwenkachse 130 (siehe Fig. 7A bis 7C) werden der zweite Wandungsabschnitt 12 und das Führungselement 4, die mit der Kolbenoberplatte 41 fest verbunden sind, ebenfalls verschwenkt, so dass sich eine Volumenänderung des Verdrängerraums 6, 61 , 62, der durch den ersten und zweiten Wandungsabschnitt 11 , 12 begrenzt ist, ergibt. Während des Verschwenkvorgangs verbleibt das Führungselement 4 dabei stets im Mittelpunkt 120 des zweiten Wandungsabschnitts 12 (Siehe Fig. 6), so dass eine Volumenveränderung des Verdrängerraums 6, 61 , 62 bei Aufrechterhaltung der Führung der Pendelsegmentbewegung durch das Führungselement 4 gegeben ist.It is conceivable to set the achievable compression and displacement ratios during operation via the arrangement of the wall sections 11, 12 of the housing 1. 8 shows a longitudinal section through an arrangement with a displacement chamber 6, 61, 62 whose volume can be changed by pivoting the second wall section 12 about the pivot axis 130. The assembly has a base and a central portion which correspond to the arrangements shown in Figs. 3C to 3F. For adjusting the displacer volume, the upper part of the arrangement has a piston top plate 41 enclosed in the housing 1, which is fixedly connected to the guide element 4 and the second wall section 12 and via an adjusting lever 44 cooperating with a lever 42 and a vertical connecting piece 43 about the pivot axis 130 can be pivoted. By pivoting the piston top plate 41 about the pivot axis 130 (see FIGS. 7A to 7C), the second wall portion 12 and the guide member 4, which are fixedly connected to the piston top plate 41, also pivoted, so that a volume change of the displacement chamber 6, 61st , 62 bounded by the first and second wall sections 11, 12. During the pivoting operation, the guide element 4 always remains in the center 120 of the second wall section 12 (see FIG. 6), so that a change in volume of the displacement chamber 6, 61, 62 is given by the guide element 4 while maintaining the guidance of the pendulum segment movement.
Alternativ, insbesondere bei einer Gehäuseform wie in Fig. 1 1 dargestellt, kann eine Volumenänderung auch über ein verschieben der Wandungsabschnitte 11 , 12 relativ zueinander erfolgen, wobei durch das Verschieben der Abstand zwischen den die Wandungsabschnitte 11 , 12 darstellenden Kreishälften vergrößert oder verkleinert wird.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform eines Verbrennungsmotors, die zwei Vorrichtungen 700, 700' aufweist, die über eine Welle 701 miteinander verbunden sind und von denen die erste 700 zum Verdichten des Fluids dient und die zweite 700' zur Erzeugung des Drehmoments. Im Betrieb des Verbrennungsmotors wird das Fluid über ein Einlassrohr in die erste Vorrichtung 700 eingesogen, in der Vorrichtung verdichtet und in verdichtetem Zustand über einen Kanal 710 in eine Vorkammer 711 geleitet. Die Zuleitung des verdichteten Fluids wird über zwei Ventile 740, 741 gesteuert. In das sich in der Vorkammer 711 befindende, verdichtete Fluid wird über eine Einspritzdüse 720 Brennstoff eingespritzt und mit einer Zündkerze 730 entzündet. Durch die Verbrennung des Gemisches aus verdichteten Fluid und Brennstoff dehnt sich das Fluid aus und treibt die zweite Vorrichtung 700' an, indem der Rotationskolben 2 der zweiten Vorrichtung 700' und somit die Welle 701 , auf der die Rotationskolben 2 sowohl der ersten als auch der zweiten Vorrichtung 700, 700" angeordnet sind, in eine Drehbewegung versetzt werden. Pro Umdrehung des Rotationskolbens 2 um seine Drehachse, die konzentrisch zur Welle 701 verläuft, läuft der Prozess einmal ab, wobei die Verdichtung und die Drehmomentenerzeugung ausschließlich in dem zweiten Teilraum 62 des Verdrängerraums 6 der ersten bzw. zweiten Vorrichtung 700, 700' erfolgen, weil im zweiten Teilraum 62 eine größere Verdichtung erreichbar ist und sich die Verdichtungsverhältnisse im ersten und zweiten Teilraum 61 , 62 grundlegend unterscheiden. Der Abtrieb kann dabei über die Welle 701 erfolgen, insbesondere entweder über einen außen an der Welle 701 angeordneten Abtrieb oder über ein zwischen den beiden Vorrichtungen vorgesehenen inneren Abtrieb 760.Alternatively, in particular with a housing shape as shown in FIG. 1 1, a volume change can also take place via a displacement of the wall sections 11, 12 relative to one another, whereby the distance between the circular sections 11, 12 representing circular halves is increased or decreased by the displacement. 9 shows an embodiment of an internal combustion engine having two devices 700, 700 'interconnected by a shaft 701 and of which the first 700 is for compressing the fluid and the second 700' for generating the torque. During operation of the internal combustion engine, the fluid is sucked into the first device 700 via an inlet pipe, compressed in the device and conducted in a compressed state via a channel 710 into an antechamber 711. The supply of the compressed fluid is controlled by two valves 740, 741. Into the compressed chamber located in the antechamber 711, fuel is injected via an injection nozzle 720 and ignited with a spark plug 730. By combusting the compressed fluid and fuel mixture, the fluid expands and drives the second device 700 'by rotating the rotary piston 2 of the second device 700' and thus the shaft 701 on which the rotary pistons 2 of both the first and second rotary pistons For each rotation of the rotary piston 2 about its axis of rotation, which is concentric with the shaft 701, the process runs once, the compression and the torque generation exclusively in the second subspace 62 of the Displacement chamber 6 of the first or second device 700, 700 'take place because a larger compression can be achieved in the second subspace 62 and the compression ratios in the first and second subspace 61, 62 are fundamentally different either via an externally arranged on the shaft 701 output or via a zwis Chen the two devices provided internal output 760th
Die zum Aufbau der Vorrichtung mit ihren Bauteilen, insbesondere dem Rotationskolben 2, dem Pendelsegment 3 und dem Gehäuse 1 zu verwendenden Materialien hängen vomThe materials used to construct the device with its components, in particular the rotary piston 2, the pendulum segment 3 and the housing 1 depend on
Anwendungsgebiet und den dabei auftretenden Kräften und Drücken ab. FürApplication and the forces and pressures occurring. For
Verbrennungsmotoren beispielsweise können im Allgemeinen Materialien verwendet werden, wie sie auch bei anderen Motortypen zum Einsatz kommen, also insbesondereInternal combustion engines, for example, can generally be used materials, such as those used in other engine types, ie in particular
Stahl oder geeignete, die erforderlichen Festigkeitseigenschaften aufweisende Metalllegierungen. Zum leichtgängigen Betrieb und zur Reduzierung vonSteel or suitable metal alloys having the required strength properties. For smooth operation and reduction of
Reibungsverlusten und Abrieb können im Betrieb geeignete Schmiermittel verwendet werden, die einen leichtgängigen und verschleißarmen Betrieb ermöglichen.Friction losses and abrasion can be used in operation suitable lubricants that allow a smooth and low-wear operation.
Die Einsatzmöglichkeiten der Vorrichtung sind nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Ein die Vorrichtung verwendender
Drehmomentenwandler kann beispielsweise für verschiedenste Fahrzeugtypen verwendet werden, insbesondere als Getriebe oder als hydraulische Kraftübertragungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge, aber auch beispielsweise als Kraftübertragungsvorrichtung für Fahrräder oder andere Fortbewegungsmittel, bei denen ein erzeugtes Drehmoment auf ein Antriebsmedium übertragen wird.
The possible uses of the device are not limited to the embodiments described here. A device using the device Torque converter can be used, for example, for a variety of vehicle types, in particular as a transmission or hydraulic power transmission devices for motor vehicles, but also, for example, as a power transmission device for bicycles or other means of transport in which a torque generated is transmitted to a drive medium.
BezugszeichentisteBezugszeichentiste
1 Gehäuse1 housing
10 Lagerung10 storage
11 Erster Wandungsabschnitt11 First wall section
110 Drehachse des Rotationskolbens110 axis of rotation of the rotary piston
111 Rotationsebene111 rotation plane
12 Zweiter Wandungsabschnitt12 second wall section
120 Mittelpunkt des zweiten Wandungsabschnitts120 midpoint of the second wall section
130 Schwenkachse130 pivot axis
Rotationskolben 1 , 21 " Grundplatte des Rotationskolbens 10, 210' Welle 2 Verschlusselement 21 Innenseite des Verschlusselementes 22 Außenseite des VerschlusselementesRotary piston 1, 21 "base plate of the rotary piston 10, 210 'shaft 2 closure element 21 inside of the closure element 22 outside of the closure element
Pendelsegment 01 Erste Pendelsegmentseite 02 Zweite Pendelsegmentseite 03 Dritte Pendelsegmentseite 04 Aussparung im Pendelsegment 1 Pendelsegmentachse 2 Erstes Dichtungselement 2' Erster Endabschnitt 21 Drehachse des ersten Dichtungselementes 3 Zweites Dichtungselement 3' Zweiter Endabschnitt 31 Drehachse des zweiten DichtungselementesPendulum segment 01 First pendulum segment side 02 Second pendulum segment side 03 Third pendulum segment side 04 Recess in pendulum segment 1 Pendulum segment axis 2 First sealing element 2 'First end section 21 Rotary axis of the first sealing element 3 Second sealing element 3' Second end section 31 Rotary axis of the second sealing element
Führungselement 0 Führungsstift 1 Kolbenoberplatte 2 Hebel 3 Senkrechtes Verbindungsstück 4 Stellhebel 5 Nut
450 FührungsabschnittGuide element 0 Guide pin 1 Piston top plate 2 Lever 3 Vertical connector 4 Lever 5 Groove 450 guide section
451 Rückführungsabschnitt 46 Aussparung451 return section 46 recess
51 Einlassventil51 inlet valve
52 Auslassventil52 exhaust valve
6 Verdrängerraum6 displacement chamber
61 Erster Teilraum61 First subspace
62 Zweiter Teilraum62 Second subspace
700 Vorrichtung zum Verdichten700 device for compacting
700' Vorrichtung zur Erzeugung eines Drehmoments700 'device for generating a torque
701 Welle701 wave
710 Kanal710 channel
711 Vorkammer 720 Einspritzdüse 730 Zündkerze 740, 741 Ventile711 Pre-chamber 720 Injector 730 Spark plug 740, 741 valves
751 Einlassrohr751 inlet pipe
752 Auslassrohr 760 Innerer Abtrieb752 Outlet tube 760 Inner output
RA Außenradius des VerschlusselementesRA outer radius of the closure element
Rl Innenradius des VerschlusselementesRl inner radius of the closure element
RZ Radius des DichtungselementesRZ radius of the sealing element
RF Radius des FührungselementesRF radius of the guide element
D Abstand zwischen Drehachse des Rotationskolbens und PendelsegmentachseD Distance between the axis of rotation of the rotary piston and pendulum segment axis
U Umdrehungsrichtung des Rotationskolbens
U direction of rotation of the rotary piston
Claims
1. Vorrichtung, insbesondere Rotationspendelkolbenverdichter, zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids mit einem Rotationskolben, der um eine1. Device, in particular Rotationspendelkolbenverdichter, for compressing and / or displacing a fluid with a rotary piston, the one
Drehachse drehbar in einem Verdrängerraum angeordnet ist und in einer Rotationsebene, die sich senkrecht zur Drehachse erstreckt, rotierbar ist,Rotary axis is rotatably disposed in a Verdrängerraum and is rotatable in a plane of rotation which extends perpendicular to the axis of rotation,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dassthat
- an dem Rotationskolben (2) ein Pendelsegment (3) angeordnet ist,- On the rotary piston (2) a pendulum segment (3) is arranged,
- das Pendelsegment (3) parallel zur Rotationsebene (1 1 1 ) des Rotationskolbens (2) um eine Pendelsegmentachse (31 ) verschwenkbar ist, um während einer Umdrehung des Rotationskolbens (2) um die Drehachse (110) eine- The pendulum segment (3) parallel to the plane of rotation (1 1 1) of the rotary piston (2) about a pendulum segment axis (31) is pivotable during a rotation of the rotary piston (2) about the axis of rotation (110)
Pendelbewegung relativ zum Rotationskolben (2) auszuführen,Perform pendulum movement relative to the rotary piston (2),
- der Rotationskolben (2) zusammen mit dem Pendelsegment (3) den Verdrängerraum (6) in zwei Teilräume (61 , 62) teilt, die durch die Umdrehung des Rotationskolbens (2) um die Drehachse (1 10) jeweils vergrößerbar oder verkleinerbar sind, wobei das Gesamtvolumen des Verdrängerraums (6) konstant bleibt, so dass eine Vergrößerung des ersten Teilraums (61 ) eine Verkleinerung des zweiten Teilraums (62) bewirkt und umgekehrt.- The rotary piston (2) together with the pendulum segment (3) dividing the displacement chamber (6) into two subspaces (61, 62), which are each increased or reduced by the rotation of the rotary piston (2) about the axis of rotation (1 10) wherein the total volume of the displacement chamber (6) remains constant, so that an enlargement of the first partial space (61) causes a reduction of the second partial space (62) and vice versa.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich das Volumen mindestens eines der Teilräume (62) während einer Umdrehung des Rotationskolbens (2) um die Drehachse (110) periodisch von einem minimalen Restvolumen zu einem Maximalvolumen und wieder zum minimalen Restvolumen ändert.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that changes the volume of at least one of the subspaces (62) during a revolution of the rotary piston (2) about the axis of rotation (110) periodically from a minimum residual volume to a maximum volume and again to the minimum residual volume.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerraum (6) durch ein Gehäuse (1 ) eingefasst ist, in dem der Rotationskolben (2) um die Drehachse (110) drehbar gelagert ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement chamber (6) by a housing (1) is enclosed, in which the rotary piston (2) about the axis of rotation (110) is rotatably mounted.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (2) während der Umdrehung um die Drehachse (110) zumindest in einem Gehäuseabschnitt (11 , 12) dichtend entlang des Gehäuses (1 ) läuft.4. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rotary piston (2) during the rotation about the axis of rotation (110) at least in a housing portion (11, 12) sealingly along the housing (1).
5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Pendelbewegung das Pendelsegment (3) immer dichtend an einem Gehäuseabschnitt (1 1 , 12) anliegt.5. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that by the pendulum movement, the pendulum segment (3) always sealingly against a housing portion (1 1, 12).
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (2) und das Pendelsegment (3) so ausgebildet sind, dass das Pendelsegment (3) während der Pendelbewegung relativ zum Rotationskolben (2) immer dichtend an einem Abschnitt (22) des6. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rotary piston (2) and the pendulum segment (3) are formed so that the pendulum segment (3) during the pendulum movement relative to the rotary piston (2) always sealed to a portion ( 22) of the
Rotationskolbens (2) anliegt.Rotary piston (2) is applied.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelbewegung des Pendelsegments (3) zwangsgesteuert ist.7. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pendulum movement of the pendulum segment (3) is positively controlled.
8. Vorrichtung mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (2) eine Grundplatte (21 , 21 ') aufweist, die sich parallel zur Rotationsebene (111) des Rotationskolbens (2) erstreckt.8. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rotary piston (2) has a base plate (21, 21 ') which extends parallel to the plane of rotation (111) of the rotary piston (2).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (21 , 21 ') um die sich in senkrecht zur Rotationsebene (111 ) erstreckende Drehachse (110) drehbar in dem Gehäuse (1 ) angeordnet ist. 9. The device according to claim 8, characterized in that the base plate (21, 21 ') about which in perpendicular to the plane of rotation (111) extending axis of rotation (110) is rotatably disposed in the housing (1).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (2) ein auf der Grundplatte (21 , 21 ') angeordnetes und mit dieser fest verbundenes Verschlusselement (22) aufweist, das sich von der Grundplatte (21 , 21') in den Verdrängerraum (6) erstreckt.10. Device according to one of claims 8 and 9, characterized in that the rotary piston (2) on the base plate (21, 21 ') arranged and with this firmly connected closure element (22) extending from the base plate (21, 21 ') in the displacement chamber (6).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (22) während der Umdrehung des Rotationskolbens (2) um die Drehachse (110) dichtend zumindest entlang eines Gehäuseabschnitts (11 , 12) läuft.11. The device according to claim 10, characterized in that the closure element (22) during the rotation of the rotary piston (2) about the rotational axis (110) sealingly at least along a housing portion (11, 12) runs.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (22) während der Pendelbewegung des Pendelsegments (3) dichtend am Pendelsegment (3) anliegt.12. The device according to claim 11, characterized in that the closure element (22) sealingly abuts the pendulum segment (3) during the pendulum movement of the pendulum segment (3).
13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (22) zusammen mit dem Pendelsegment (3) den Verdrängerraum (6) in zwei Teilträume (61 , 62) teilt, die durch die Umdrehung des Rotationskolbens (2) um die Drehachse (110) komprimierbar und expandierbar sind.13. The device according to at least one of claims 10 to 12, characterized in that the closure element (22) together with the pendulum segment (3) dividing the displacement chamber (6) into two part dreams (61, 62), by the rotation of the rotary piston ( 2) are compressible and expandable about the axis of rotation (110).
14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Verschlusselementes (22) parallel zur14. The device according to at least one of claims 10 to 13, characterized in that the cross section of the closure element (22) parallel to
Rotationsebene (111 ) des Rotationskolbens (2) sichelförmig ausgebildet ist.Rotation plane (111) of the rotary piston (2) is sickle-shaped.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Verschlusselementes (22) parallel zur Rotationsebene (111 )15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the cross section of the closure element (22) parallel to the plane of rotation (111)
- durch eine Außenseite (222), die einen von der Drehachse der Grundplatte (21 , 21 ') gemessenen Außenradius (RA) aufweist, undby an outer side (222) having an outer radius (RA) measured from the axis of rotation of the base plate (21, 21 '), and
- durch eine Innenseite (221 ), die einen von der Pendelsegmentachse (31 ) gemessenen Innenradius (Rl) aufweist, definiert ist, wobei der Innenradius (Rl) größer als der Außenradius (RA) ist und somit das Verschlusselement (22) einen sichelförmigen Querschnitt aufweist.by an inner side (221) having an inner radius (R1) measured by the pendulum segment axis (31), is defined, wherein the inner radius (Rl) is greater than the outer radius (RA) and thus the closure element (22) has a crescent-shaped cross-section.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendelsegment (3) um die auf der Grundplatte (21 , 21 ') angeordnete, sich senkrecht zur Rotationsebene (111 ) des Rotationskolbens (2) erstreckende Pendelsegmentachse (31 ) drehbar mit der Grundplatte (21 , 21 ") des Rotationskolbens (2) verbunden ist, wobei die Pendelsegmentachse (31 ) von der Drehachse (110) der Grundplatte (21 , 21 ') um einen Abstand (D) versetzt ist.16. Device according to one of claims 8 to 15, characterized in that the pendulum segment (3) to the on the base plate (21, 21 ') arranged, perpendicular to the plane of rotation (111) of the rotary piston (2) extending pendulum segment axis (31) is rotatably connected to the base plate (21, 21 ") of the rotary piston (2), wherein the pendulum segment axis (31) from the rotation axis (110) of the base plate (21, 21 ') offset by a distance (D).
17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendelsegment (3) im Querschnitt parallel zur Rotationsebene (111 ) eine gekrümmte Seite (303) aufweist, die durch einen konstanten Radius (Rl) von der Pendelsegmentachse (31 ) beabstandet und dem17. The device according to at least one of claims 10 to 16, characterized in that the pendulum segment (3) in cross section parallel to the plane of rotation (111) has a curved side (303) by a constant radius (Rl) of the pendulum segment axis (31 ) spaced and the
Verschlusselement (22) des Rotationskolbens (2) zugewandt ist.Closing element (22) of the rotary piston (2) faces.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendelsegment (3) mit einem der Endabschnitte (32, 33) der gekrümmten Seite (303) stets dichtend an einem Gehäuseabschnitt (11 , 12) anliegt.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the pendulum segment (3) with one of the end portions (32, 33) of the curved side (303) always sealingly against a housing portion (11, 12).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendelsegment (3) in den Endabschnitten (32, 33) der gekrümmten Seite (303) im Querschnitt parallel zur Rotationsebene (111 ) rund geformt ist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the pendulum segment (3) in the end portions (32, 33) of the curved side (303) in the cross section parallel to the plane of rotation (111) is round shaped.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (32, 33) jeweils durch einen Radius (RZ) um einen von der Pendelsegmentachse (31 ) beabstandeten Mittelpunkt (321 , 331 ) der Endabschnitte (32, 33) auf dem Pendelsegment (3) beschreibbar sind. 20. The device according to at least one of claims 18 and 19, characterized in that the end portions (32, 33) each by a radius (RZ) about one of the pendulum segment axis (31) spaced center (321, 331) of the end portions (32, 33) on the pendulum segment (3) are writable.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (32, 33) entlang einer durch die Mittelpunkte (321 , 331 ) der Endabschnitte (32, 33) weisenden Linie einen maximalen Abstand (2RA) zueinander aufweisen.21. The device according to at least one of claims 18 to 20, characterized in that the end portions (32, 33) along a by the midpoints (321, 331) of the end portions (32, 33) facing line a maximum distance (2RA) to each other ,
22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 und 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Mittelpunkte (321 , 331 ) der Endabschnitte (32, 33) definierte Linie durch die Drehachse (110) der Grundplatte (21 , 21 ') des Rotationskolbens (2) führt, wenn das Pendelsegment (3) sich in einer relativ zum22. The device according to at least one of claims 18 and 21, characterized in that the by the centers (321, 331) of the end portions (32, 33) defined by the axis of rotation (110) of the base plate (21, 21 ') of the rotary piston (2) leads, when the pendulum segment (3) in a relative to
Rotationskolben (2) zentrierten, nicht ausgelenkten Position befindet.Rotary piston (2) centered, undeflected position is located.
23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte der gekrümmten Seite (303) durch im23. The device according to at least one of claims 18 to 22, characterized in that the end portions of the curved side (303) through in
Querschnitt parallel zur Rotationsebene (1 1 1 ) kreisförmige, sich senkrecht zurCross section parallel to the plane of rotation (1 1 1) circular, perpendicular to
Rotationsebene (1 11 ) des Rotationskolbens (2) erstreckende DichtungselementeRotation plane (1 11) of the rotary piston (2) extending sealing elements
(32, 33) ausgebildet sind, die jeweils um eine parallel zur Drehachse (1 10) des(32, 33) are formed, each about a parallel to the axis of rotation (1 10) of the
Rotationskolbens (2) ausgerichtete Drehachse (321 , 331 ) drehbar am Pendelsegment (3) angeordnet und durch einen Radius (RZ) beschreibbar sind.Rotary piston (2) aligned rotational axis (321, 331) rotatably mounted on the pendulum segment (3) and by a radius (RZ) are writable.
24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) einen ersten Wandungsabschnitt (11 ) aufweist, der im Querschnitt parallel zur Rotationsebene (111 ) einen Kreisabschnitt beschreibt und der durch einen Radius (RA) von der Drehachse (110) des24. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the housing (1) has a first wall portion (11) which in cross-section parallel to the plane of rotation (111) describes a circular section and by a radius (RA) of the axis of rotation (110) of the
Rotationskolbens (2) beabstandet ist.Rotary piston (2) is spaced.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandungsabschnitt (11 ) des Gehäuses (1 ) einen Winkel größer als 180° umschreibt. 25. The device according to claim 24, characterized in that the first wall section (11) of the housing (1) circumscribes an angle greater than 180 °.
26. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 24 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (2) während der Umdrehung des26. Device according to at least one of claims 24 to 25, characterized in that the rotary piston (2) during the rotation of the
Rotationskolbens (2) um die Drehachse (110) mit der Außenseite (222) desRotary piston (2) about the axis of rotation (110) with the outside (222) of the
Verschlusselementes (22) dichtend entlang des ersten Wandungsabschnitts (11 ) des Gehäuses (1 ) läuft.Closing element (22) sealingly along the first wall portion (11) of the housing (1) runs.
27. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) einen zweiten Wandungsabschnitt (12) aufweist, der im Querschnitt parallel zur Rotationsebene (111 ) einen durch einen27. The device according to at least one of claims 24 to 26, characterized in that the housing (1) has a second wall portion (12) which in cross-section parallel to the plane of rotation (111) one by one
Radius (RA) definierten Kreisabschnitt darstellt, wobei der Mittelpunkt (120) des zweiten Wandungsabschnitts (12) relativ zum Mittelpunkt (1 10) des ersten Wandungsabschnitts (11 ) räumlich versetzt angeordnet sein kann.Radius (RA) defined circle portion, wherein the center (120) of the second Wandungsabschnitts (12) relative to the center (1 10) of the first Wandungsabschnitts (11) may be arranged spatially offset.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendelsegment (3) während der Umdrehung des Rotationskolbens (2) um seine Drehachse (110) sich so bewegt, dass es an dem zweiten Wandungsabschnitt (12) dichtend anliegt.28. The device according to claim 27, characterized in that the pendulum segment (3) during the rotation of the rotary piston (2) about its axis of rotation (110) moves so that it rests sealingly on the second wall portion (12).
29. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelbewegung des Pendelsegments (3) durch ein Führungsmittel (4) während der Umdrehung des Rotationskolbens (2) um seine Drehachse (110) geführt wird.29. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pendulum movement of the pendulum segment (3) by a guide means (4) during the rotation of the rotary piston (2) is guided about its axis of rotation (110).
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel als Führungselement (4) mit einem parallel zur Rotationsebene (111 ) kreisförmigen Querschnitt mit einem Radius (RF) ausgebildet ist, wobei das Führungselement (4) im Mittelpunkt (120) des zweiten Wandungsabschnitts (12) am Gehäuse (1 ) angeordnet ist und sich senkrecht zur Rotationsebene (111 ) erstreckt.30. The device according to claim 29, characterized in that the guide means as a guide element (4) having a parallel to the plane of rotation (111) circular cross-section with a radius (RF) is formed, wherein the guide element (4) in the center (120) of the second Wandungsabschnitts (12) on the housing (1) is arranged and extending perpendicular to the plane of rotation (111).
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (4) zur Führung der Pendelbewegung des Pendelsegments (3) mit den am Pendelsegment (3) angeordneten Dichtungselementen (32, 33) zusammenwirkt.31. The device according to claim 30, characterized in that the guide element (4) for guiding the pendulum movement of the pendulum segment (3) cooperates with the pendulum segment (3) arranged sealing elements (32, 33).
32. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel durch mindestens einen Führungsstift (40) ausgebildet ist, der ortsfest am Pendelsegment (3) angeordnet ist und in eine Nut (45) im Gehäuse (1 ) eingreift.32. Apparatus according to claim 29, characterized in that the guide means by at least one guide pin (40) is formed, which is fixedly arranged on the pendulum segment (3) and in a groove (45) in the housing (1) engages.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (45) im Gehäuse (1 ) ausgebildet und vorgesehen ist, den mindestens einen Führungsstift (40) so zu führen, dass das Pendelsegment (3) während seiner Umdrehung entlang der Wandungsabschnitte (11 , 12) des Gehäuses (1 ) geführt wird.33. Apparatus according to claim 32, characterized in that the groove (45) in the housing (1) is formed and provided to guide the at least one guide pin (40) so that the pendulum segment (3) during its rotation along the wall sections ( 11, 12) of the housing (1) is guided.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Gehäuse (1 ) eingefasste Verdrängerraum (6) ein konstantes Volumen aufweist.34. Device according to one of claims 1 to 33, characterized in that by the housing (1) enclosed Verdrängerraum (6) has a constant volume.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Gehäuse (1 ) eingefasste Verdrängerraum (6) ein im Betrieb veränderliches Volumen aufweist.35. Device according to one of claims 1 to 33, characterized in that the by the housing (1) enclosed displacement chamber (6) has a variable volume during operation.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass über das Volumen des Verdrängerraums (6) das Verdichtungsverhältnis von maximal komprimiertem zu maximal expandiertem Volumen der Teilräume (61 , 62) der Vorrichtung einstellbar ist.36. Apparatus according to claim 35, characterized in that on the volume of the displacement chamber (6), the compression ratio of maximum compressed to maximum expanded volume of the subspaces (61, 62) of the device is adjustable.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Verdrängerraums (6) durch ein Verschwenken oder Verschieben des zweiten Wandungsabschnitts (12) veränderbar ist. 37. Apparatus according to claim 36, characterized in that the volume of the displacement chamber (6) by a pivoting or displacement of the second wall portion (12) is variable.
38. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Gehäuses (1 ), des Rotationskolbens (2) und des Pendelsegments (3) senkrecht zur Rotationsebene (111 ) variieren.38. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dimensions of the housing (1), the rotary piston (2) and the pendulum segment (3) perpendicular to the plane of rotation (111) vary.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die die Abmessungen des Gehäuses (1 ), des Rotationskolbens (2) und des Pendelsegments (3) beschreibenden Radien (RA, Rl1 RZ, RF) sich senkrecht zur Rotationsebene (111 ) ändern.39. Apparatus according to claim 38, characterized in that the dimensions of the housing (1), the rotary piston (2) and the pendulum segment (3) descriptive radii (RA, Rl 1 RZ, RF) change perpendicular to the plane of rotation (111) ,
40. Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids mit einer Vorrichtung, bei der ein Rotationskolben, der um eine Drehachse drehbar in einem Verdrängerraum angeordnet ist, in einer Rotationsebene, die sich senkrecht zur40. A method for compressing and / or displacing a fluid with a device in which a rotary piston, which is arranged rotatably about a rotation axis in a Verdrängerraum, in a plane of rotation which is perpendicular to the
Drehachse erstreckt, rotiert,Axis of rotation extends, rotates,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dassthat
- ein an dem Rotationskolben (2) in der Rotationsebene (11 1 ) verschwenkbar angeordnetes Pendelsegment (3) während der Umdrehung des Rotationskolbens (2) um die Drehachse (110) eine Pendelbewegung relativ zum Rotationskolben (2) ausführt, - der Rotationskolben (2) zusammen mit dem eine Pendelbewegung ausführendena pendulum segment (3) pivotably mounted on the rotary piston (2) in the rotation plane (11 1) during the rotation of the rotary piston (2) about the axis of rotation (110) performs a pendulum motion relative to the rotary piston (2), - the rotary piston (2 ) together with the pendulum movement exporting
Pendelsegment (3) den Verdrängerraum (6) in zwei Teilräume (61 , 62) teilt undPendulum segment (3) divides the displacement chamber (6) into two subspaces (61, 62) and
- die Teilräume (61 , 62) durch die Umdrehung des Rotationskolbens (2) um die Drehachse (110) jeweils vergrößert oder verkleinert werden, wobei das Gesamtvolumen des Verdrängerraums (6) konstant bleibt, so dass eine Vergrößerung des ersten Teilraums (61 ) eine Verkleinerung des zweiten- The subspaces (61, 62) by the rotation of the rotary piston (2) about the axis of rotation (110) are each increased or decreased, the total volume of the displacement chamber (6) remains constant, so that an enlargement of the first subspace (61) a Reduction of the second
Teilraums (62) bewirkt und umgekehrt. Subspace (62) causes and vice versa.
41. Pumpe zur Verdrängung eines Fluids,41. pump for displacing a fluid,
gekennzeichnet durchmarked by
eine Vorrichtung zum Verdichten oder Verdrängen eines Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 39.A device for compressing or displacing a fluid according to any one of claims 1 to 39.
42. Hydrodynamischer Kraftwandler zur Umwandlung und Übertragung von Kräften,42. Hydrodynamic force transducer for transforming and transmitting forces,
gekennzeichnet durchmarked by
eine Vorrichtung zum Verdichten oder Verdrängen eines Fluids nach einem dera device for compressing or displacing a fluid according to one of
Ansprüche 1 bis 39.Claims 1 to 39.
43. Verbrennungsmotor zur Krafterzeugung,43. combustion engine for power generation,
gekennzeichnet durchmarked by
eine Vorrichtung (700, 700') zum Verdichten oder Verdrängen eines Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 39.a device (700, 700 ') for compressing or displacing a fluid according to any one of claims 1 to 39.
44. Verbrennungsmotor nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor zwei über eine Welle (701 ) miteinander verbundene Vorrichtungen (700, 700') nach einem der Ansprüche 1 bis 37 aufweist, wobei die erste Vorrichtung (700) eine Verdichtung eines Brennstoffgemisches bewirkt und die zweite Vorrichtung (700') durch die Zündung des verdichteten Brennstoffgemisches und die daraus resultierende Expansion in eine Rotationsbewegung versetzt wird. 44. An internal combustion engine according to claim 43, characterized in that the internal combustion engine comprises two devices (700, 700 ') interconnected via a shaft (701) according to one of claims 1 to 37, wherein the first device (700) causes a compression of a fuel mixture and the second device (700 ') is caused to rotate by the ignition of the compressed fuel mixture and the resulting expansion.
45. Verbrennungsmotor nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahlsteuerung des Verbrennungsmotors über die Zugabe des Brennstoffes bewirkt wird.45. Internal combustion engine according to claim 44, characterized in that a speed control of the internal combustion engine via the addition of the fuel is effected.
46. Verbrennungsmotor nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahlsteuerung des Verbrennungsmotors über eine Änderung des durch das Gehäuse der Vorrichtung (700, 700') eingefassten Verdrängerraumvolumens bewirkt wird. 46. An internal combustion engine according to claim 45, characterized in that a speed control of the internal combustion engine via a change in the housing of the device (700, 700 ') enclosed Verdrängerraumvolumens is effected.
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