EP2391827B1 - Drehkolbenmaschine mit einen aussenläufer elektromotor. - Google Patents

Drehkolbenmaschine mit einen aussenläufer elektromotor. Download PDF

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EP2391827B1
EP2391827B1 EP10701350.0A EP10701350A EP2391827B1 EP 2391827 B1 EP2391827 B1 EP 2391827B1 EP 10701350 A EP10701350 A EP 10701350A EP 2391827 B1 EP2391827 B1 EP 2391827B1
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F01C3/08—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
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    • F04C2240/40—Electric motor

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston machine according to the preamble of the main claim.
  • a known rotary piston machine according to the preamble of the main claim.
  • Rotary engine of the generic type ( WO2005 / 024237 A1 ) is on the applicant particularly emphasized as an advantage that such a unit of the housing of the electric motor and pump can be made small because the electric motor absperr finger attacks directly on the power section of the rotors without additional complex storage.
  • the housings can be extremely simple and interconnected. This plays a role in particular in the use in the fuel conveying system of internal combustion engines, for example as a prefeed pump, with the rotary piston engine according to the invention achieving an extremely important silent running, in particular in the automotive industry.
  • the storage and arrangement of the power unit with respect to the axis of rotation of the electric motor plays a significant role, including as regards the relative axial displacement of the power unit. Also with regard to the toothing and the delivery rate given therewith, such can easily be adapted to the demand.
  • the invention has for its object to improve a rotary piston engine of the generic type so that it is particularly inexpensive to produce, versatile and improved in efficiency and compared to the known machines.
  • the rotary piston engine according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage over the known machine that it can also be used for suction, an extremely favorable speed ratio between electric external rotor motor and the power unit of the rotary piston machine, so that a speed of 4,000 rpm to a relative speed of 400 rpm of rotors with a gearing 9/10 leads.
  • the sealing lamellae are pressed with their outer sealing edge at the full peripheral speed radially on the tread, so according to the centrifugal force acting radially on the lamellae.
  • an additional advantage of the invention is that due to the construction, in particular the type of toothing of the machine rotors, only very small axial forces are required in order to ensure a highly sealing small gap in the toothing and thus to keep the friction power very low and on the other hand to minimize wear on the sealing surfaces, which in any case leads to good efficiency.
  • the machine housing has a mounting flange exhibiting flange-like central part with openings or lugs for attachment of the rotary piston machine on third objects and on the one hand the central support tube section is arranged and on the other hand, the rotary piston receiving housing is attached.
  • the rotary piston engine according to the invention offers a novel here so far Flange mounting as this has the flange on the central part of the machine housing, which leads to a significant reduction in the overall length of the rotary piston engine.
  • the rotor of the external rotor motor to the outside of the machine in a conventional manner ( DE 103 58 759 A1 ) is covered by a hood connected to the machine housing.
  • the shut-off part is arranged in this housing or in a double-rolling bearing provided at a stopper arranged at the end of this housing.
  • the double rolling bearing assumes additional supporting functions and, if appropriate, can also contribute to an axial adjustability of the shut-off part.
  • the drive shaft of the external rotor motor according to the invention can be mounted in the support tube on bearings are arranged on the side facing away from the permanent magnet side of the outer rotor cooling fins forde Kunststoffventil ist according to an embodiment of the invention (cooling fins on the rotor, known per se DE 20 2006 013 319 U1 ).
  • this toothing is specially provided for lower pressures, ie. H. a high ratio of engine speed to pump delivery.
  • a power unit 2 and a shut-off part 3 is arranged in a machine housing 1, which engage on which side facing each other via a Trochoidenvertechnikung.
  • the machine housing 1 is closed on the Absperrteilseite by a hollow cover 4, which is fixed in the opening 3 receiving the Absperrteil.
  • a spacer ring 5 is arranged, which separates two arranged on a pin 6 of the Absperrteils 3 bearings 7 from each other and radially outwardly as the spacer 5 on the inner wall of the hollow cover 4 radially support and at the same time for a precise guidance take over the storage required storage.
  • the hollow cover 4 is sealed to the machine housing 1 through an O-ring 9 and secured by screws 10 on the machine housing 1.
  • the axial adjustability of the shut-off part 3, which ensures precise delivery and also smooth running, is achieved by means of a shim 11 and a wave spring 12 acting on the journal 6 on its end face.
  • the drive of the line part 2 is effected by a mecanicläutermotor whose drive shaft 13 is also mounted in the machine housing 1.
  • the machine housing 1 a projecting into the stator 8 of the external rotor motor support tube section 14 on which the inner stator is arranged in the form of the electric coil 15 and wherein the drive shaft 13 is mounted on roller bearings 16 on the inside of the support tube section 14.
  • the machine housing 1 between support tube section 14 and the actual line part and Absperrteil receiving machine housing is flange-shaped with mounting holes 17 so as to attach the rotary piston machine in the simplest way.
  • the mounting holes 17 can be arranged even in a square configuration of the flange in the free corners, whichever embodiment is particularly useful.
  • the inner stator 15 encompassing rotor bell 18 is fixed, on which a cooperating with the inner stator 15 magnet 19 is arranged.
  • the external rotor motor is closed to the outside by a hood 20 which is fixed to the housing 1, in particular to its flange.
  • FIG. 2 illustrated second embodiment is in principle constructed as the first embodiment with minor differences, wherein the same reference numerals for the same parts as in Fig. 1 be used.
  • the rotor bell 18 has no extra magnet, but is itself magnetically formed. Compared to the first embodiment, therefore, the bell depth is larger and the stator 8 is formed less wide.
  • this embodiment of the invention has no hood on the rotor bell to save additional space and to mount over the flange 21 of the housing 1, the complete rotary engine with motor in an opening of a carrier to thereby gain time again axial length.
  • FIG. 3 illustrated third embodiment has the above-described features of the first and partly of the second embodiment, in addition to the fact that on the rotor bell 18 on the side facing away from the machine for cooling mitrotierende cooling ribs 22 are arranged.
  • at 1) between line part 2 and shut-off part 3 due to the nature of the sealing teeth sliding speeds are present, which amount to only a fraction of the peripheral speeds of the rotors.
  • a rotor pairing with a tooth ratio of 9/10 at a speed of 4,000 rpm has a maximum relative speed at the rotor circumference of 400 rpm.
  • the full peripheral speed would act on the radial outer sealing edge, that is to say at maximum relative speed equal to rotor circumference of 4,000 rpm.

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  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Drehkolbenmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten
  • Drehkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art ( WO2005/024237 A1 ) wird anmelderseits als Vorteil besonders hervorgehoben, dass eine solche Baueinheit des Gehäuses von Elektromotor und Pumpe klein gestaltet werden kann, da der Elektromotor absperrseitig unmittelbar an den Leistungsteil der Rotoren angreift ohne zusätzliche aufwendige Lagerung. Die Gehäuse können äußerst einfach gestaltet und miteinander verbunden sein. Dies spielt insbesondere bei der Verwendung im Kraftstoffförderwesen von Brennkraftmaschinen eine Rolle, beispielsweise als Vorförderpumpe, wobei mit der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine ein äußerster insbesondere im Kraftfahrzeugwesen wichtiger Leiselauf erzielt wird. In jedem Fall spielt die Lagerung und Anordnung des Leistungsteils in Bezug auf die Drehachse des Elektromotors eine erhebliche Rolle, auch was die relative axiale Verschiebbarkeit des Leistungsteils betrifft. Auch bezüglich der Verzahnung und der damit gegebenen Förderleistung kann eine solche dem Bedarf leicht angepasst werden.
    • Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass sie besonders günstig herstellbar, vielfältig verwendbar und im Wirkungsgrad sowie im Vergleich zu den bekannten Maschinen verbessert ist.
    • Die Erfindung und ihre Vorteile
  • Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber der bekannten Maschine den Vorteil, dass sie auch zur Saugförderung einsetzbar ist, ein äußerst günstiges Drehzahlverhältnis zwischen elektrischem Außenläufermotor und dem Leistungsteil der Drehkolbenmaschine aufweist, so dass eine Drehzahl von 4.000 rpm zu einer Relativgeschwindigkeit von 400 rpm der Rotoren bei einer Verzahnung 9/10 führt. Bei einer vergleichbaren meist verwendeten Flügelzellenmaschine werden die dichtenden Lamellen mit ihrer äußeren Dichtkante mit der vollen Umfangsgeschwindigkeit radial auf die Lauffläche gepresst, also entsprechend der an den Lamellen radial angreifenden Fliehkraft. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht vor allem auch darin, dass aufgrund der Konstruktion, insbesondere der Art der Verzahnung der Maschinenrotoren nur sehr geringe Axialkräfte erforderlich sind, um einen höchst dichtenden kleinen Spalt in der Verzahnung zu gewährleisten und damit einerseits die Reibleistung sehr niedrig zu halten und andererseits den Verschleiß an den dichtenden Flächen zu minimieren, was in jedem Fall zu einem guten Wirkungsgrad führt.
  • Erfindungsgemäß weist das Maschinengehäuse ein einen Montageflansch aufweisendes flanschartiges Mittelteil auf mit Öffnungen oder Nasen zur Befestigung der Drehkolbenmaschine an dritten Gegenständen und an dem einerseits der zentrale Tragrohrabschnitt angeordnet ist und andererseits das das drehkolbenaufnehmende Gehäuse befestigt ist. Zwar sind Mittel zur Befestigung des Maschinengehäuses grundsätzlich bekannt, doch bietet die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine hier insofern eine neuartige Flanschbefestigung als diese den Flansch am Mittelteil des Maschinengehäuses aufweist, was erheblich zu einer Reduzierung der Gesamtlänge der Drehkolbenmaschine führt.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor des Außenläufermotors nach außerhalb der Maschine in an sich bekannter Weise ( DE 103 58 759 A1 ) durch eine mit dem Maschinengehäuse verbundene Haube abgedeckt.
  • Nach einer vorteilhaften diese Ausgestaltung betreffenden Gestaltung der Erfindung ist das Absperrteil in diesem Gehäuse oder in einem an dem Ende dieses Gehäuses angeordneten Stopfen vorgesehenen Doppelwälzlager angeordnet. Das Doppelwälzlager übernimmt vor allem zusätzliche Tragfunktionen und kann gegebenenfalls auch zu einer axialen Verstellbarkeit des Absperrteils beitragen.
  • Abgesehen davon, dass auch die Antriebswelle des Außenläufermotors erfindungsgemäß im Tragrohr auf Wälzlagern gelagert sein kann sind auf der dem Permanentmagneten abgewandten Seite des Außenrotors Kühlrippen zur Kühlluftventilierung nach einer Ausgestaltung der Erfindung angeordnet (Kühlrippen auf dem Rotor, an sich bekannt durch DE 20 2006 013 319 U1 ).
  • Nach einer vorteilhaften die Verzahnung der Drehkolbenmaschine betreffenden Ausgestaltung der Erfindung ist diese Verzahnung speziell für niedere Drücke vorgesehen, d. h. eine hohe Übersetzung der Motordrehzahl zur Pumpenförderung.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Drehkolbenmaschine im Längsschnitt;
    Fig. 2
    eine Variante dieser Drehkolbenmaschine aus Fig. 1 ebenfalls im Längsschnitt und
    Fig. 3
    eine zusätzliche Variante der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine im Längsschnitt dargestellt.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist in einem Maschinengehäuse 1 ein Leistungsteil 2 sowie ein Absperrteil 3 angeordnet, die auf denen sich zugewandten Seite über eine Trochoidenverzahnung ineinander greifen. Das Maschinengehäuse 1 ist auf der Absperrteilseite durch einen Hohldeckel 4 verschlossen, der in der das Absperrteil 3 aufnehmenden Öffnung befestigt ist. In der Ausnehmung des Hohldeckels 4 ist ein Distanzring 5 angeordnet, der zwei auf einem Zapfen 6 des Absperrteils 3 angeordnete Wälzlager 7 voneinander trennt und sich nach außen ebenfalls wie der Distanzring 5 an der Innenwand des Hohldeckels 4 radial abstützen und gleichzeitig die für eine präzise Führung des Absperrteils erforderliche Lagerung übernehmen. Der Hohldeckel 4 ist zum Maschinengehäuse 1 hin durch einen O-Ring 9 abgedichtet und über Schrauben 10 am Maschinengehäuse 1 befestigt. Die für eine präzise Förderung und zudem einen Leichtlauf gewährleistende axiale Verstellbarkeit des Absperrteils 3 wird durch eine Passscheibe 11 und eine am Zapfen 6 auf dessen Stirnseite angreifende Wellenfeder 12 erzielt. Jedenfalls hat bekannterweise eine solche Drehkolbenmaschine, insbesondere auch als Verdichter verwendet, einen außerordentlichen Leiselauf.
  • Der Antrieb des Leitungsteils 2 erfolgt durch einen Außenläutermotor, dessen Antriebswelle 13 ebenfalls im Maschinengehäuse 1 gelagert ist. Hierfür weist das Maschinengehäuse 1 ein in den Stator 8 des Außenläufermotors ragenden Tragrohrabschnitt 14 auf, auf dem der Innenstator in Form der Elektrospule 15 angeordnet ist und wobei die Antriebswelle 13 über Wälzlager 16 auf der Innenseite des Tragrohrabschnitts 14 gelagert ist. Zwischen Antriebswelle 13 und Leistungsteil 2 besteht eine spezielle Drehkupplung. Nicht zuletzt ist das Maschinengehäuse 1 zwischen Tragrohrabschnitt 14 und dem eigentlichen Leitungsteil und Absperrteil aufnehmenden Maschinengehäuse flanschartig ausgebildet mit Befestigungsöffnungen 17, um so in einfachster Art die Drehkolbenmaschine zu befestigen. Natürlich können die Befestigungsöffnungen 17 auch bei einer eckigen Ausbildung des Flansches in den freien Ecken angeordnet werden, je nach dem welche Ausführungsart besonders praktisch ist.
  • Mit der Antriebswelle 13 ist eine den Innenstator 15 umgreifende Rotorglocke 18 befestigt, an der ein mit dem Innenstator 15 zusammenwirkender Magnet 19 angeordnet ist. Der Außenläufermotor ist nach außen durch eine Haube 20 verschlossen, die am Gehäuse 1, insbesondere an dessen Flansch, befestigt ist.
  • Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist im Prinzip so aufgebaut wie das erste Ausführungsbeispiel mit geringen Unterschieden, wobei für die gleichen Teile die selben Bezugszahlen wie in Fig. 1 verwendet werden. Die Rotorglocke 18 weist hier keinen Extramagneten auf, sondern ist selbst magnetisch ausgebildet. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ist deswegen die Glockentiefe größer und der Stator 8 weniger breit ausgebildet. Außerdem weißt diese Ausführung der Erfindung keine Haube über der Rotorglocke auf, um zusätzlich Raum zu sparen und über den Flansch 21 des Gehäuses 1 die komplette Drehkolbenmaschine mit Motor in eine Öffnung eines Trägers zu montieren, um dabei noch mal axiale Baulänge zu gewinnen.
  • Das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist die oben beschriebenen Merkmale des ersten und zum Teil des zweiten Ausführungsbeispiels auf, wobei hinzukommt, dass auf der Rotorglocke 18 auf der der Maschine abgewandten Seite zur Kühlung mitrotierende Kühlrippen 22 angeordnet sind. Außerdem sind bei 1) zwischen Leitungsteil 2 und Absperrteil 3 aufgrund der Art der dichtenden Verzahnung Gleitgeschwindigkeiten vorhanden, die nur ein Bruchteil der Umfangsgeschwindigkeiten der Rotoren betragen. So weist eine Rotorpaarung mit einem Verzahnungsverhältnis 9/10 bei Drehzahl 4.000 rpm eine maximale Relativgeschwindigkeit am Rotorumfang mal 400 rpm auf. Bei einem Flügelzellenverdichter würde an der radialen äußeren Dichtkante die volle Umfangsgeschwindigkeit wirken, also bei maximaler Relativgeschwindigkeit gleich Rotorumfang mal 4.000 rpm.
  • Bei 2) bestehen niedere Lasten an den Dichtspalten zwischen den Rotoren. Die Reibleistung wird dadurch sehr niedrig gehalten und der Verschleiß an den dichtenden Flächen minimiert. Anders ist es beim Flügelzellenverdichter, bei dem die Masse der Lamellen auf die exzentrisch umgebende Lauffläche gepresst werden und zwar entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit und der daraus resultierenden Fliehkraft.
    • Bezugszahlenliste
    • 1
    Maschinengehäuse
    2
    Leistungsteil
    3
    Absperrteil
    4
    Hohldeckel
    5
    Distanzring
    6
    Zapfen
    7
    Wälzlager
    8
    Stator
    9
    O-Ring
    10
    Schrauben
    11
    Passscheibe
    12
    Wellenfeder
    13
    Antriebswelle
    14
    Tragrohrabschnitt
    15
    Innenstator
    16
    Wälzlager
    17
    Befestigungsöffnung
    18
    Rotorglocke
    19
    Magnet
    20
    Haube
    21
    Flansch
    22
    Kühlrippen

Claims (5)

  1. Drehkolbenmaschine
    - mit mindestens zwei aus Leistungsteil (2) und Absperrteil (3) zusammen wirkendenden Rotoren, welche eine um einen Zahn in der Anzahl unterschiedliche Stirnverzahnung aufweisen, die mit einem die Rotoren (2, 3) aufnehmenden Maschinengehäuse (1) Arbeitsräume begrenzen,
    - mit einem bestimmten Winkel der Verdrehachsen der Rotoren (2, 3) zueinander zur Erzeugung der Förderwirkung,
    - mit Antrieb des Leistungsteils (2) durch einen achsgleich angeordneten Elektromotor und eine Drehverbindung zwischen Elektromotor und Leistungsteil (2) und
    - mit zykloider Ausbildung der Verzahnung, also mit einer Trochoidenverzahnung. dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Elektromotor ein Außenläufermotor ist mit Innenstator (15) und Außenrotor,
    - dass das Maschinengehäuse (1) einen in den Innenstator (15) ragenden ihn tragenden Tragrohrabschnitt (14) aufweist,
    - dass der Außenrotor eine den Innenstator umgreifende Rotorglocke (18) mit zentraler den Tragrohrabschnitt (14) durchdringender Antriebswelle (13) mit Drehverbindung zum Leistungsteil (2) hin aufweist,
    - dass die Antriebswelle (13) zur Innenwand des Tragrohrabschninitts (14) hin gelagert ist,
    - dass das Maschinengehäuse (1) ein einen Montageflansch (21) aufweisendes flanschartiges Mittelteil aufweist, mit Öffnungen (17) oder Nasen zur Befestigung der Drehkolbenmaschine an dritten Gegenständen, und an dem einerseits der zentrale Tragrohrabschnitt (14) angeordnet und andererseits das Maschinengehäuse (1) befestigt ist.
  2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rotor des Außenläufermotors nach außerhalb der Maschine durch eine mit dem Maschinengehäuse (1) verbundene Haube (20) abgedeckt ist.
  3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Absperrteil (3) in diesem Gehäuse oder in einem an dem Ende dieses Gehäuses angeordneten Stopfen vorgesehenen Doppelwälzlager (7) angeordnet ist.
  4. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Antriebswelle (13) des Außenläufermotors im Tragrohr (14) auf Wälzlagern (16) gelagert ist.
  5. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf der dem Permanentmagneten (19) abgewandeten Seite des Außenrotors Kühlrippen zur Kühlluftventilierung angeordnet sind.
EP10701350.0A 2009-01-28 2010-01-20 Drehkolbenmaschine mit einen aussenläufer elektromotor. Active EP2391827B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009006521A DE102009006521A1 (de) 2009-01-28 2009-01-28 Drehkolbenmaschine
PCT/EP2010/050624 WO2010086267A2 (de) 2009-01-28 2010-01-20 Drehkolbenmaschine

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Publication Number Publication Date
EP2391827A2 EP2391827A2 (de) 2011-12-07
EP2391827B1 true EP2391827B1 (de) 2016-06-01

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US (1) US8777595B2 (de)
EP (1) EP2391827B1 (de)
CN (1) CN102301141B (de)
DE (1) DE102009006521A1 (de)
WO (1) WO2010086267A2 (de)

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