WO1988003601A1

WO1988003601A1 - Rotary piston unit

Info

Publication number: WO1988003601A1
Application number: PCT/AT1987/000067
Authority: WO
Inventors: Hubert Petutschnig
Original assignee: Hubert Petutschnig
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1988-05-19
Also published as: AU8232687A; EP0289561A1

Description

Rotationskolbeneinheit

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenanordnung für einen Motor, eine Pumpe, einen Kompressor od.dgl., bei der in einem Gehäuse zumindest zwei Kolben in ihrer Längsmitte auf Auslegern schwenkbar gelagert sind, wobei die Ausleger drehfest mit einer An- oder Abtriebswelle verbunden sind, deren Mittelpunkt Gehäusemittelpunkt und Koordinatenursprung ist, wobei die Kolbenenden dichtend an der Innenwand des Gehäuses anliegen, wobei die Innenwand bzw. -kontur des Gehäuses in vier Quadranten geteilt ist, von denen gegenüberliegende Quadranten spiegelbildliche Innenkonturen besitzen, wobei die Innenkontur des Gehäuses in jedem Quadranten symmetrisch in Bezug auf die jeweilige durch den Quadranten verlaufende Koordinatenachse ist,undwobei die Endpunkte der

Innenkontur in jedem Quadranten von Punkten bestimmt sind, die bezüglich des Gehäusemittelpunktes als Koordinatenursprung die x, y-

Koordinaten x= ± und y= ± aufweisen, wobei 1 die Kolbenlänge ist.

Ziel der Erfindung ist es, einen möglichst gleichmäßigen Lauf der Kolben zu erzielen und den Wirkungsgrad des Motors, der Pumpe bzw. des Kompressors möglichst groß zu gestalten. Ferner soll zwischen den Kolben und der Gehäuseinnenwand möglichst geringe Reibung und eine gute Dichtung erzielt werden.

Diese Ziele werden bei einer Rotationskolbenanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Schwenkpunkt des Kolbens auf dem Ausleger auf der Höhe der Verbindungslinie zwischen dem voreilenden und nacheilenden Ende des Kolbens gelegen ist, daß die Innenkontur eines der Quadranten von einer gekrümmten Kurve gebildet ist, die zwischen den Endpunkten dieses Quadranten der Gleichung xⁿ+(y+m)ⁿ=rⁿ genügt, wobei n≥2 ist, m eine vorzeichenbehaftete wählbare Strecke auf der die Kurve jeweils halbierenden Koordinatenachse ist, die einer Strecke zwischen dem Gehäuse(koordinaten)mittelpunkt 0 und einem auf dieser Koordinatenachse gelegenen verallgemeinerten Kurvenmittel punkt entspricht und r der verallgemeinerte Kurvenradius ist, der durch die Summe r = ½ + m + d gegeben ist, wobei d der wählbare Abstand zwischen dem auf der Koordinatenachse befindlichen Kolbenschwenkpunkt und dem Kurvenschnittpunkt mit der Koordinatenachse ist, und daß die Innenkontur in dem an diesen anschließenden Quadranten durch Abbildung dieses gewählten Kurven abschnittes gebildet ist, bei welcher Abbildung der Kolben um den Gehäusemittelpunkt verdreht wird, das in Drehrichtung nacheilende Kolbenende längs des durch die gewählten Parameter n, m, d bestimmten Kurvenabschnittes bewegt wird und das voreilende Kolbenende den Kurvenabschnitt im anschließenden Quadranten bestimmt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Unteransprüchen sowie den Zeichnungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand yon Ausführungsbeispielen in Fig. schematisch die Innenkontur eines Gehäuses der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig. 1, einen Schnitt durch eine Rotationskolbenanordnung, Fig. 2 - 6 verschiedene Möglichkeiten für die Innenkontur des Gehäuses, Fig. 7 einen Rotationskolben, Fig. 8 eine Dichtleiste für einen Rotationskolben und Fig. 9 eine Innenkontur des Gehäuses für einen Rotationskolben mit abgerundeten Dichtleisten.

Fig. 1 zeigt Schematisch einen Schnitt durch die Kolbenanordnung eines Motors bzw. einer Pumpe bzw. eines Kompressors. Das Gehätise 1 weist eine Innenkontur 2 auf, an der zumindest zwei Rotationskolben 3 anliegen von denenjedermit seinem Schwenkpunkt S auf einem Ausleger 4 schwenkbar gelagert ist, der drehfest mit einer An- oder Abtriebswelle 5 verbunden ist, welche um ihren Mittelpunkt, der auch Gehäusemittelpunkt ist,rotiert. Mit 3' ist der weitere , dem Kolben 3 gegenüberliegende. Kolben auf dem Ausleger 4' dargestellt. Der Gehäusemittelpunkt 0 ist ebenfalls Mittelpunkt eines Koordinatensystems mit x und y Achse. Die Koordinatenachsen stellen ferner Symmetrieachsen für vier Quadranten I,II,III,IV dar, in die die Innenkontur 2 des Gehäuses 1 zur Erleichterung ihrer Konstruktion geteilt sind, und die im wesentlichen durch die Kolbenlänge 1 bestimmt sind. Der Schwenkpunkt S des Kolbens 3 liegt in der Längsmitte des Kolbens 3 zwischen seinen beiden Endpunkten 6 und 7, mit denen der Kolben 3 an der Innenkontur 2 des Gehäuses 1 anliegt. Um ein günstiges Verdichtungsverhältnis zwischen den vom Kolben 3 und der Innenkontur 2 des Gehäuses 1 begrenzten Volumina 8 und 9 zu erhalten, wird die Innenkontur 2 des Gehäuses 1 bei gegebener Länge 1 des Kolbens 3 in bestimmter Weise ausgeführt. Erfindungsgemäß wird die Innenkontur 2 im Quadranten I zwischen den Punkten P und Q von einer Kurve gebildet, welcher der Gleichung xⁿ+(y+m)ⁿ=rⁿ genügt. Dabei liegen die Punkte P und Q in dem Koordinatensystem mit der x- und y-Achse, die

Mittel- bzw. durch den Drehpunkt 0 der An- oder Abtriebswelle 5 verlaufen, welche den

Koordinatenursprung darstellt, und haben die Koordinaten £ y

i Ferner bildet die positive y-Achse eine Symmetrieachse für den Kurvenabschnitt zwischen den Punkten P und Q, welche den Quadranten I begrenzen. Der anschließende Quadrant II des Gehäuses 1 wird von den Punkten Q und R begrenzt, wobei der Punkt R die Koordinaten

£ ) besitzt und die positive x-Achse Symmetrieachse für diesen Kurvenabschnitt in Quadrant II ist. Der folgende Quadrant III wird von den Punkten R und T

begrenzt und besitzt die negative y-Achse als Symmetrieachse. Der Quadrant IV wird von den Punkten T und P begrenzt. Die Punkte Po, Qo, Ro und To stellen die Schnittpunkte der jeweiligen Kurve mit den Koordinatenachsen x,y dar.

Zur Bestimmung der Kurvenform wird der Abstand d zwischen dem Schwenkpunkt S und dem Punkt Po gewählt. Ferner wird eine vorzeichenbehaftete Strecke m mit positivem oder negativem Vorzeichen gewählt, die vom Ursprung 0 aus auf der y-Achse aufzutragen ist. Bei positiven Vorzeichen wird die Strecke m in Richtung der negativen y-Achse abgetragen, bei negativen Vorzeichen der Strecke m wird diese in Richtung der positive y-Achse aufgetragen. Die Strecke

+ d + m entspricht dem verallgemeinerte Radius r der Kurve zwischen den Punkten P und Q. Der Parameter n ist für die Krümmung des Kurvenabschnittes zwischen den Punkten P und Q maßgeblich, insbesondere auch für das Einlaufen des Kurvenabschnittes in die Punkte P und Q und somit für den Tangentialwinkelα ,der zwischen der Tangente in den Punkten P und Q und der Verbindungslinie zwischen den Kolbenwendpunkten 6, gemessen wird.

Wenn man durch entsprechende Wahl der Größen m, d und n (α ) die Kurve zwischen den Punkten P und Q bestimmt hat, so erhält man die Kurve zwischen den Punkten Q und R in dem Quadranten II, indem man den Kolben 3 um den Ursprung 0 verdreht, wobei sein nacheilender Endpunkt 6 längs der gewählten KurveKIgleitet und der voreilende Kolbenendpunkt 7 ausgehend von

Punkt Q die anschließende KurveKII beschreibt. Diese Abbildung wird so lange fortgesetzt bis der Kolbenendpunkt 6 im Punkt Q zu liegen kommt und Kolben endpunkt 7 in Punkt R gelegen ist. Damit ist die Innenkontur des Gehäuses 1 festgelegt, da gegenüberliegende Quadranten I bzw. III und II bzw. IV einander spiegelbildlich sind.

Die Innenkontur 2 beeinflußt durch ihre Form die spezifischen Verhältnisse des Rotationskolbens für die Pumpe, den Motor bzw. den Kompressor insbesondere bezüglich Kompressionsvolumen, Gleiteigenschaften usw.

Der Kurvenparameter n und der Tangentialwinkele hängen in gewisser Weise zusammen und es ist zweckmäßig, wenn vorzugsweise ist,

und wobeiα der gewünschte Tangentialwinkel der Kurve in ihren Endpunkten P,Q RT ist undα ≥ 15°, vorzugsweise 20 - 40°, beträgt. Bei größerem Tangentialwinkel, z.B. größer als 40° werden die Kurven im Bereich der Endpunkte P, Q stärker gekrümmt, jedoch im Mittelbereich stark abgeflacht. Sie zeigen jedoch ein nicht so günstiges Verhältnis zwischen den vom Kolben 3und der Innenwand des Gehäuses begrenzten Volumina.

Votteilhaft ist es, wenn 0,003≤d<0,3, vorzugsweise 0,06≤d≤0,2 ist bzw. wenn vorzugsweise ≥ ist. Die Größen d und m sowie n

bestimmen die Kurvenform, die wiederum unter Voraussetzung einer möglichst geringen Reibung bzw. in Hinblick auf ein günstiges Verhältnis der Volumina in den einzelnen Quadranten bestimmt wird.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn für n~2 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~3 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei g_, für n~4 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~5 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~6 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~7 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei und für n~3 m zwischen

bis

vorzugsweise etwa bei

liegt, bzw. d aß. für n=213 m= ,für n=2,4 m= für n=2,5 m= und für n=2,7 m= ist.

Bei der Ermittlung der Kurve zwischen der Punkten P und Q könnte man derart vorgehen, daß anstelle die Kurve zwischen den Punkten P und

Q zu errechnender Kurvenverlauf zwischen P und Po ermittelt wird und dieser Verlauf bezüglich der positiven y-Achse gespiegelt wird. Die Abbildung der Kurve zwischen den Kurven P und Q auf den zweiten Quadranten IIkann entweder durch punktweises Abbilden oder durch Berechnung mit entsprechenden Abbildungsgleichungen erfolgen. Die gewählte Kurve im Quadranten I und die anschließende Kurve im Quadranten II besitzen den gleichen Tangentialwinkelct in dem Punkt Q, womit ein stetiges bzw. ruckfreies Ineinandergehen der Kurven gewährleistet ist. Mit der Bestimmung der Kurve kann man in einem beliebigen Quadranten beginnen, da die Quadranten Spiegel symmetrisch sind bzw. die Kurve in folgenden Quadranten durch Abbildung erhalten wird. Die Abbildung der jeweils gewählten Kurve kann nach einer beliebigen Seite erfolgen.

Die erfindungsgemäß angeführten Kurven geben gute Bedingungen bezüglich des Tangentialwinkels, des Gleitens des Kolbens 3 an der Hüll kurve bzw. Innenkontur sowie zur Erzielung guter Verhältnisse zwischen den. vom Kolben 3 in den einzelnen Quadranten begrenzten Volumina 8, 9.

Fig. 2 zeigt eine Schar von gewählten Kurven K.K'.K''K'", die bei n=2 verschiedenen m-Werten bzw. verschiedenen d-Werten entsprechen und somit verschieden gelegene Punkte Po besitzen. Schematisch ist dargestellt, wie die äußerste Kurve K bzw. die innerste Kurve K'" bei Verdrehen des Kolbens 3 um den Koordinatenursprung 0 auf die Kurven K bzw. K"' im Quadranten II abgebildet werden, während sich der Schwenkpunkt S um den Koordinatenursprung 0 auf einer Kreisbahn mit dem Radius bewegt. Man

erkennt ferner, daß mit kleiner werdendem d die Kurven flacher werden und sich in ihrem Mittelbereich einer Geraden annähern. Gleiches gilt für die in den Fig. 3 - 6 dargestellten Kurven, bei denen der Parameter n entsprechend die Werte 3, 4, 5 und 6 annimmt. Bei gleichem m werden die Kurven mit zunehmendem n flacher. Zur Kurve K in Fig.5 ist zu bemerken, daß eine Abbildung der gewählten Kurve K in den Quadranten II eine Kurve ergibt, die in der Praxis aufgrund der vorhandenen Wellung im Kurvenverlauf und der auftretenden Kolbenschwenkungen nicht gut verwendbar ist. Bei zunehmenden Werten von n ist es somit zweckmäßig, die Werte d kleiner zu wählen, was auch die Kurve K" der Fig.5 zeigt.

In Fig.6 ist nur mehr eine der Kurve K' entsprechende Kurve K' im Quadranten II eingezeichnet, die einem d-Wert entspricht, der relativ klein ist, da größere d-Werte zu Kurven führen, die aufgrund ihrer Wenigkeit keinen praktischen Wert besitzen. Man erkennt ferner, daß aufgrund des großen Wertes von n und des kleinen Wertes von d die Kurven im Quadranten I über einen sehr großen Teil ihrer Länge an eine Gerade angenähert sind.

Fig. 7 zeigt einen Schwenkkolben 3, der auf einem Schwenkbolzen 10 mit dem Schwenkpunkt S gelagert ist. Die Endpunkte der Dichtleisten 11,12, die von den Kolbenenden getragen sind, sind mit 6 und 7 bezeichnet und liegen im Quadranten I an der Gehäuseinnenwand 2, die von der gewählten Kurve gebildet ist, an. Zu bemerken ist ferner, daß die der Wand des Gehäuse 1 zugekehrte Fläche 13 des Kolbens 3 nahezu dieselbe Krümmung aufweist wie die gewählte Kurve im Quadranten I bzw. III. Bei Wahl einer derartigen Fläche 13 des Kolbens 3 wird es möglich, z.B. in dem Quadranten I eine nahezu vollständige Verdrängung des in dem Verdrängungsraum enthaltenen Fluides zu erhalten, womit ein optimaler Wirkungsgrad des Motors der Pumpe bzw. des Kompressors erreicht wird.

Die Dichtleisten 11, 12 können in ihren Lagerausnehmungen 14 mit angedeuteten Federn 14' federnd gelagert sein und mit diesen Federn 14 gegen die Innenwand 2 des Gehäuses 1 gedrückt werden.

Fig. 8 zeigt eine Dichtleiste 11,12die nicht exakt in einem Punkt 6 mit der Gehäuseinnenwand 2 in Berührung gebracht werden kann, sondern die

Dichtleiste 11 ist an der dem Gehäuse zugewandten Fläche 15 abgerundet.

Fig. 9 zeigt schematisch einen Kolben 3 mit derartigen Dichtleisten 11, 12 in einem Gehäuse 1 angeordnet. Im Quadranten I ist die gewählte Kurve von Punkt Po bis zum Punkt Q dargestellt. Die Dichtleiste 12 liegt hiebei mit ihrem seitlichen, dem Schwenkpunkt S des Kolbens 3 zugekehrten Bereich 17 an der Innenwand des Gehäuses an bzw. die Krümmung des Flächenbereiches 17 ist an die Krümmung der Innenkontur 2 des Gehäuses 1 in diese Bereich angepaßt. Für die angedeutete Dichtleiste 11 gelten Spiegelbildliche Bedingungen. Die in Fig. 8 strichliert angedeutete Spitze 6 der Dichtleiste 12würde im Punkt Q zu liegen kommen; da die Fläche 15 der Dichtleiste 12 jedoch gerundet ist, endet die gekrümmte Fläche 15 in einem geringen Abstand vom Punkt Q. In einer Stellung in der der Schwenkpunkt des Kolbens 3 auf der x-Achse liegt, ist eine Linie 16 auf der Fläche 15 vorhanden, an der die gekrümmte Fläche 15 der Dichtleiste 12 sich von ihrer Anlage an der Innenwand des Gehäuses abhebt. Der Abstand/zwischen den Linien 16 auf dem Dichtleisten 11 und 12 (Fig.7) kann hiebei um etwa 1/20 bis 1/8 kleiner sein als der Abstand zwischen den Punkten P und Q bzw. als die wirksame Kolbenlänge 1.

Die Kurve im Quadranten II des Gehäuses 1 wird nun auf gleiche Weise z.B. durch Abbildung ermittelt wie die Kurven 41im Quadranten II der Fig. 1 - 6, jedoch ist dabei zu beachten, daß die erhaltene Kurve 40 etwas in Richtung auf den Koordinatenursprung 0 verschoben ist, da ja der die Kurve erzeugende Punkt 16 nicht lagefest verbleibt, sondern die Kurve von dem jeweils äußersten Punkt der gekrümmten Fläche 15 der Dichtleiste 11 bestimmt wird. Man erkennt anhand der eingezeichneten Flächen 15', daß die Fläche 15 der Dichtleiste 11 über die entwickelte Kurve abg leitet bzw. immer ein anderer Punkt der Fläche die abgebildete Kurve berührt, bis sie mit einem in ihrer Mitte liegenden Punkt im Punkt Qo zu liegen kommt. Bei Weiterbewegung der Dichtleiste 12 gleitet die

Fläche 15 weiter relativ zur aufgespannten Kurve 40und erreicht schließlich in bezug auf die Innenkontur 2 im Quadranten II eine zur Lage im Quadranten I Spiegelbildliche Lage/ im Punkt R. In dieser Lage würde die Dichtleiste 11 die im Punkt Q dargestellte Lage der Dichtleiste 12 einnehmen . .

Vorteil hafterweise beträgt der Abstand a zwischen der Mitte der gekrümmten Fläche 15 der Dichtleisten 11, 12 und den auf der Kurve gewählten Punkten P, Q etwa 1/50 bis 1/400 der Kolbenlänge. (Fig.8).

Es ist möglich, die Innenkontur an die durch die gewählten Parameter bestimmte Kurve auch nur anzunähern und z.B. durch die Federung der Dichtleisten Ungenauigkeiten bzw. Spiele auszugleichen. Die angegebenen Bereiche bzw.Wertefür die Parameter d und m beziehen sich jeweils auf Einheitender Kolbenlänge 1, die durchwegs mit 1 angesetzt wurde und somit als Faktor bei den Werten für n und d nicht aufscheinen. Wenn z.B. die Kolbenlänge 80 mm beträgt und für die Kurve ein Wert von d= 0,07 bzw. einWert von m= gewählt wurde bedeutet dies, daß die Strecke d in natura 7,2 mm

und die Strecke m in natura 70 mm betragen.

Im folgenden wird die Funktion der Rotationskolbenanordnung im Betrieb als Kompressor, Pumpe bzw. Motor anhand der Fig. 1a beschrieben.

Kompressor:

Die Rotationskolben werden von der Welle 5 angetrieben. Im Gehäuse sind Ansaug- und Auslassöffnungen, vorzugsweise an der Umfangslinie des Gehäusemantels, vorgesehen, wobei die Austrittsöffnungen im Bereich 27 (Fig.1a) und 24 in Abhänigigkeit von Schadraum in der oberen Kolbenstellung liegen und die Einlaßöffnungen 22 und 26 in Abhängigkeit von den Austrittsöffnungen in Bereich 28 liegen. Die Abweichung bzw. der Bereich 27 wird so gewählt, daß der Kolben 3 mit seinem nacheilenden Ende die Hinterkante 29 des Auslaßschlitzes 20 erst überschreitet (freigibt), wenn das im Schadraum 8 befindliche, verdichtete Gas auf Umgebungsdruck (1Bar) expandiert ist. (Schadraum= Volumen zwischen der Kolbenkrümmung und dem Gehäuse im oberen Totpunkt, bzw. zusätzlich der Raum 30 zwischen Verdichtungsraum und Rückschlagventil im Rau 20).

Der Rotationskompressor arbeitet als typische 2 Taktmaschine, und zwar Ansaugen und Verdichten, wobei sich jeder Takt über 90° erstreckt, so daß jeder der beiden Kolben pro Wellenumdrehung 2 Arbeitstakte erbringt. Ein 2-Kolbenkompressor erbringt somit insgesamt 4 Arbeitstakte pro Wellenumdrehung.

Durch Verdrehung des Kolbens 3 (Fig.1a) aus der dargestellten Position wird der Volumsraum 9 durch die öffnung 22 gefüllt. Der Verdichtungstakt beginnt, wenn das nacheilende Kolbenende diuf Dichtelement die Kante 31 überschreitet. Bei Erreichen eines Druckes der größer ist als der Gegendruck, der das Ventil bei 24 auf der Gegenseite beaufschlagt, verläßt das verdichte Gas die Kammer durch die Öffnung im Bereich 24. Das im Schadraum verbliebene Restgas expandiert bei Weiterdrehung des Kolbens unter Arbeitsabgabe auf Umgebungsdruck; durch Einlaß 26 beginnt der nächste Zyklus mit einem neuerlich Ansaugtakt.

Der erforderliche Einlaß- und Auslaßquerschnitt wird Erreicht, indem die erforderliche Fläche in Form eines Langloches (Schlitzes) quer zur Rotationsrichtung weitestmöglich gestreckt wird, so daß in der Folge der Abstand zwischen Vorder- und Hinterkante dieses Schlitzes in Rotationsrichtung gesehen möglichst klein wird.

Fluidpumpe:

Eine Fluidpumpe fördert (vorzugsweise) flüssige Medien. Der gesamte Innenraum 31, der nur durch die beiden (schematisch angegebenen) Kolbenunterseiten 32/32' und die Gehäuseinnenwand 2, begrenzt ist, und somit einer Volumsänderung von zirka dem doppelten Volumen 9 pro Umdrehung um 90° (1/4 Umdrehung) unterliegt, wird als 3. Arbeitsraum verwendet. Durch die Inkompressibilität der flüssigen Medien wird somit das "Hubvolumen" der Maschine pro Wellenumdrehung etwa verdoppelt. Bei Rechtsdrehung der Antriebswelle 5 werden die beiden Kammern 9/33 durch die Öffnungen 22 und 26 gefüllt und der volle Innenraum 31 durch die Öffnungen 30 und 24 entleert. Bei gleichzeitiger Überschreitung der Position 90° und 270° durch beide Kolben sind die beiden Kammern 9 und 33 maximal gefüllt bzw. der Innenraum 31 maximal entleert. Bei weiterer Rotation auf 180° bzw. 360° werden die Kammern 9 und 33 entleert und der Innenraum 31 maximal gefüllt. Eine Verschiebung der Öffnungen 20, 22, 24, 26 um den Betrag 27 oder 28 wie beim Kompressor ist nicht erforderlich.

Motor:

Die Ausführungsform füR Verbrennungsmotoren sieht im Bereich 0°bzw. 360° zumindest eine Zündkerze vor, im Bereich von ca. 125° - 165° eine Auspufföffnung und eine Ansaugöffnung im Bereich von ca. 200° - 240° bei Rechtsdrehung

Aus der Position 180° des Kolbens 3' bewirkt eine Verdrehung des Kolbens 3' die Kammerfüllung in 33 durch die Öffnung 25. Die maximale Kammerfüllung wird in Stellung 270° erreicht. Die Überschreitung dieser Stellung bewirkt die Kompression des brennbaren Gemisches. In der Stellung 360° erfolgt bei maximaler Kompression die Zündung, der der Arbeitstakt bis in die Position 90° folgt, wobei der Auslaßschlitz 23 die Auslaßphase einleitet bzw. bis in die Position 180° durch die Öffnung 23 die Abgase ausgeschoben werden. Mit einer Phasenverschiebung von 180° durchläuft der gegenüberliegende Kolben den gleichen Prozeßablauf.

9 Fig.

10 Patentansprüche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Rotationskolbenanordnung für einen Motor, eine Pumpe, einen

Kompressor od.dgl., bei der in einem Gehäuse zumindest zwei Kolben in ihrer Längsmitte auf Auslegern schwenkbar gelagert sind, wobei die Ausleger drehfest mit einer An- oder Abtriebswelle verbunden sind, deren

Mittelpunkt Gehäusemittelpunkt und Koordin

tenursprung ist, wobei die

Kobenenden dichtend an der Innenwand des Gehäuses anliegen, wobei die

Innenwand bzw. -kontur des Gehäuses in vier Quadranten geteilt ist, von denen gegenüberliegende Quadranten spiegelbildliche Innenkontur besitzen, wobei die Innenkontur des Gehäuses in jedem Quadranten symmetrisch in

Bezug auf die jeweilige durch den Quadranten verlaufende Koordinatenachse ist, und wobei die Endpunkte der Innenkontur in jedem. Quadranten von Punkt

(P,Q,R,T) bestimmt sind, die bezüglich des Gehäusemittelpunktes als

Koordinatenursprung die x, y-Koordinaten x= + und y= + 1 aufweisen,

wobei 1 die Kolbenlänge ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkpunkt

(5) des Kolbens (3) auf dem Ausleger (4) auf der Höhe der Verbindungslinie zwischen dem voreilenden (7) und nacheilenden (6) Ende des Kolbens (3) gelegen ist, daß die Innenkontur eines der Quadranten (I,II,III,IV) von einer gekrümmten Kurve gebildet ist, die zwischen den Endpunkten (P,Q) dieses Quadranten (I) der Gleichung xⁿ + (y+m)ⁿ = rⁿ genügt, wobei n≥2 ist, m eine vorzeichenbehaftete wählbare Strecke auf der die Kurve jeweils halbierenden Koordinatenachse (x,y) ist, die einer Strecke zwischen dem Gehäuse(koordinaten)mittel punkt 0 und einem auf dieser Koordinatenachse gelegenen verallgemeinerten Kurvenmittel punkt (R) entspricht, und r der verallgemeinerte Kurvenradius ist, der durch die Summe r = ^' _j + m + d ge

geben ist, wobei d der wählbare Abstand zwischen, dem auf der Koordinatenachse befindlichen Kolbenschwenkpunkt (S) und dem Kurvenschnittpunkt (Po) mit der Koordinatenachse ist, und daß die Innenkontur in dem an diesenanschließenden Quadranten (II) durch Abbildung dieses gewählten Kurvenabschnittes gebildet ist, bei welcher Abbildung der Kolben (3) um den Gehäusemittelpunkt (0) verdreht wird, das in Drehrichtung nacheilende Kolbenende

(6) längs des durch die gewählten Parameter n, m, d bestimmten Kurvenabschnittes bewegt wird und das voreilende Kolbenende (7) den Kurvenabschnitt im anschließenden Quadranten (II) bestimmt.

2. Rotationskolbenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n gerade und ungradzahlige Werte besitzt.

3. Rotationskolbenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise n ist, und wobeiαder gewünschte

Tangentialwinkel der Kurve in ihren Endpunkten (P,Q) ist, und α≥15°, vorzugsweise 20 - 40°, beträgt.

4. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch insbesondere 0,07 - 0,1, gekennzeichnet, daß 0,003≤ d≤0,3, vorzugsweise 0,06≤d ≤0,2./ist.

5. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß 1 vorzugsweise insbesondere ist.

6. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß für n~2 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~3 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei , für n~4 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~5 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~6 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei für n~7 m zwischen bis vorzugsweise etwa bei und für n~8 m zwischen -

bis

vorzugsweise etwa bei

liegt, bzw.d μ ß für n=2,3 m= für n=2,4 m=3 für n=2,5 m=26 und für n=2,7 m= ist.

7. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Innenfläche (2) des Gehäuses (1) anliegenden Kolbenenden (6,7) von vorzugsweise federnd gelagerten Dicht!eisten/mit gerundeter Anlagefläche (15) gebildet sind.

8. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den dem Schwenkpunktzugewandten Anlagepunkten (16) der im voreilenden (7) und der im nacheilenden (6) Kolbenende angeordneten Dichtleisten (11, 12) an der Innenfläche (2) des Gehäuses (1) etwas kleiner ist, vorzugsweise etwa um 1/20 bis 1/8 kleiner als die der gewählten Kurve zugrundegelegte Kolbenlänge (1).

9. Rotationskolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (15) der Dichtleiste(11,12) in ihren seitlichen, dem Schwenkpunkt (S) des Kolbens (3) zugewandten Bereich eine der Krümmung der Innenkontur (2) des Gehäuses (1) im Bereich des jeweilige Kurvenendpunktes (P,Q) entsprechende Rundung aufweist.

10. Rotationskalbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die der Innenwand (2) des Gehäuses (1) zugewandte Kolbenfläche (13) an die durch die gewählte Kurve gegebene Innenkontur des Gehäuses angepaßt ist bzw. mit dieser im wesentlichen übereinstimmt.