WO2003004833A1 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

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WO2003004833A1
WO2003004833A1 PCT/EP2002/006476 EP0206476W WO03004833A1 WO 2003004833 A1 WO2003004833 A1 WO 2003004833A1 EP 0206476 W EP0206476 W EP 0206476W WO 03004833 A1 WO03004833 A1 WO 03004833A1
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WO
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crankshaft
rotary piston
housing
chamber
piston
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Application number
PCT/EP2002/006476
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Max Rapp
Original Assignee
Manfred Max Rapp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Manfred Max Rapp filed Critical Manfred Max Rapp
Priority to EP02751019A priority Critical patent/EP1402150A1/de
Priority to JP2003510576A priority patent/JP2004533574A/ja
Priority to US10/481,799 priority patent/US20040213691A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
    • F01C21/102—Adjustment of the interstices between moving and fixed parts of the machine by means other than fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/06—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents of other than internal-axis type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C17/00—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing
    • F01C17/06—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing using cranks, universal joints or similar elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C20/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines
    • F01C20/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines characterised by varying the volume of the working chamber
    • F01C20/22—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston machine.
  • a rotary piston machine with the feature group a of claim 1 is known from EP 0644981 B1, the complete contents of which are referred to in order to understand the generic type of machine.
  • the piston has on its circumference one or more pairs of convex and concave surfaces which come into and out of chamber-forming engagement on associated concave and convex surfaces of a circumferential wall of the housing.
  • the convex surface of the piston on the concave surface of the peripheral wall and the concave surface of the piston on the convex surface of the peripheral wall seal tightly along a chamber and close off a chamber which also laterally, in the case of the cited document with side walls of the housing, sealed is.
  • the volume of the chamber changes during rotation during the operation of the arm, with an advantageously very large compression ratio.
  • Such a machine can, as described in the cited document, be used for different purposes, e.g. as a pump, as a brake force machine and in particular as a gas compressor that can achieve very high compression in one stage, ie in one chamber.
  • crankshafts which are mounted in the piston. These must be stored at a distance and thus take up a lot of space in the piston and limit the design options considerably. Furthermore, the crank pin bearings in the piston, since they must be spaced apart, must be arranged on the edge of the piston, that is to say in the vicinity of the chambers formed on its circumference, and are subject to high thermal loads there. This leads to machine durability problems.
  • a rotary piston machine with the feature group b of claim 1 is known from DE 32 31 756 AI. It is a machine with a spiral piston which, as in the aforementioned known construction, is driven to rotate in parallel.
  • Figures 3 and 4 of this document it is shown that as a holding device for parallel guidance of the piston a spaced from the course Bearing intended storage device is used. This bearing device is structurally much simpler than that from the first-mentioned document, which consists of additional crankshafts.
  • the bearing device can be embodied in the alternative of FIGS. 3 and 4 of DE 32 31 756 A1, wherein either the piston is rotatably mounted on a parallel slide or is longitudinally displaceable in a rotatably mounted slide.
  • the object of the invention is to provide a rotary piston machine with the advantages of the two known constructions mentioned, but with variable kinematics of the piston movement.
  • the running kinematics of the piston can be adjusted by adjusting the distance between the crankshaft and the pivot bearing of the bearing device in such a way that, at a greater distance, the running movement more closely approximates the tilt-free, strict parallel rotation, or a larger one at a shorter distance Tilting movement results.
  • the tilting movement increases or if there is a deviation from a normal length for which the chamber surfaces are adapted, there are leaks in the chambers. This can be used to advantage, for example to let the machine run idle with a high level of leakage, i.e. with low power consumption and smooth running.
  • the piston can be constructed in a known manner in accordance with the above-mentioned specification.
  • the handrail starts at a suitable point and leads to the distant storage facility.
  • crank pins are preferably to be arranged in the piston at a point which is not subject to high thermal loads, that is to say at a distance from the chamber-forming walls.
  • the features of claim 3 known per se from DE 195 00 774 AI are therefore preferably provided. So that the crank pin bearing is completely removed from the piston and placed next to it.
  • the thermal problems on the crank pin bearing can be solved extremely effectively if the crank pin bearing is arranged, for example, at a location through which fresh air flows.
  • a piston / cylinder arrangement provides the displaceability required for the bearing device.
  • the pivot bearing can also be provided in a simple manner, either by pivoting the support rod in the piston after the old of a connecting rod bearing or by pivoting the cylinder on the housing.
  • the piston / cylinder arrangement can be used as a further compression or expansion chamber, for example as a compression stage of a compressor.
  • the single figure shows a section transverse to the crankshaft through a rotary piston machine according to the invention.
  • the rotary piston machine shown has a stationary housing 1, which encloses an interior 2 with an inner peripheral wall 3. Parallel to the plane of the drawing, the interior 2 is closed with a flat side wall 4 lying below the plane of the drawing. In parallel, there is a side wall, not shown, lying above the drawing plane.
  • a crankshaft with center M1 is mounted in side wall 4 and the other side wall parallel to it, which has a radially offset crank pin 5 with center M2.
  • the crank pin 5 rotates with its center M2 on the dashed circular line around the center M1 of the crankshaft.
  • a rotary piston 6 is mounted on the crank pin 5.
  • a holding rod 8 is fastened in this in a bore 7.
  • the free end of the support rod 8 is mounted on a rotary bearing 9, with an axis parallel to the crankshaft, in a reciprocating piston 10 which runs in a cylinder 11 which is attached to the housing 1. With its cylinder axis directed towards the area of the crankshaft.
  • crank pin 5 rotates by M1
  • the piston / cylinder arrangement 10, 11 thus forms one Bearing device for the rotary piston 6, which holds it essentially at an angle to the housing 1, wherein it only performs a slight tilting movement during its parallel shot. This depends on the distance between the crankshaft and the bearing device 9, 10, 11. With a large distance, the tilting movement is negligibly small, so that there is approximately a true parallel rotation.
  • a first pair of surfaces is provided on the circumference of the rotary piston 6, consisting of a convex surface 12 and an adjacent concave surface 13.
  • a chamber has just been closed between the surface pairs 12, 13 and 14, 15 by sealing the convex surface 12 on the concave surface 14 at A and the concave surface 13 on the convex surface 15 at B, and by the side walls 4.
  • the convex surface 12 of the rotary piston runs sealingly on the concave surface 14 of the peripheral wall.
  • the concave surface 13 of the rotary piston runs on the convex surface 15 of the peripheral wall.
  • the chamber formed between the walls continuously reduces its volume because the sealing points A and B move towards each other.
  • the rotary piston 6 lifts off the peripheral wall 3 and opens the chamber, in order then to again close the large volume chamber in the position shown in the figure.
  • a chamber thus results which closes again and again with a large volume, then reduces the volume and then opens.
  • This construction can be used as a compressor.
  • gas with a low pressure flows through an inlet opening 16 into the interior 2 of the housing 1, is enclosed when the chamber closes and is compressed as the rotary piston 6 continues to rotate.
  • the point of smallest chamber volume lies at a point at which an outlet valve 17 is provided, which can be provided as a simple outward-opening check valve and which is connected to a high-pressure duct 18 through which the compressed gas is discharged via suitable connection means.
  • a further pair of surfaces is provided on the rotary piston 6 and on the housing 1, which in the same way forms a second chamber.
  • the above explanations also apply to this chamber.
  • the parts of this chamber are provided with the reference symbols of the previously explained chamber, which are each identified by a comma.
  • the second chamber works out of phase. When one chamber closes and compresses, the other chamber is open and can draw fresh gas through the inlet opening 16 '.
  • the bearing device 9, 10, 11, for the rotationally secured mounting of the rotary piston 6, is designed with a reciprocating piston 10 and cylinder 11.
  • This piston / cylinder arrangement can be used as a compression or expansion chamber, for which purpose the cylinder space under the reciprocating piston 10 is to be designed with inlet and outlet channels (not shown) and corresponding valves.
  • the two chambers formed on the rotary piston 6 by the surface pairs can be designed with different sizes and operate as pre-compression and post-compression stages, while the piston / cylinder arrangement 10, 11 is used as the third post-compression stage.
  • the bearing device at the free end of the support rod 8 can, however, be designed in a completely different way, it being only necessary to ensure that both a tilting movement and a reciprocating movement in the direction of the crankshaft M1 are permitted there.
  • a simple alternative in the piston / cylinder arrangement 10, 11 shown is, for example, that the holding rod 8 is rigidly attached to the reciprocating piston 10 and the cylinder 11 is pivotally mounted on the housing 1.
  • the bearing device can also be designed with the same kinematics, but without the formation of a piston / cylinder unit.
  • the rotary piston 6, in contrast to the known constructions, is only supported on a crank pin 5, this can be arranged anywhere in the piston. In particular, it can be arranged very far away from the chamber-forming surfaces 12, 13 or 12 ', 13'. The heat transfer from the very hot chambers to the bearings of the crank pin 5 and the crankshaft is thus reduced and these are thermally relieved.
  • the crankshaft can be arranged outside the rotary piston 6 at a thermally well protected location. This is shown in dashed lines in the figure. The crankshaft is supported at M1 'in a lateral bulge 3' of the peripheral wall 3.
  • crank pin 5 ' is mounted in a bearing eye 19 which is attached to the rotary piston 6 by an arm 20 or another extension thereof. At this point, in the area of fresh air and far away from the chamber-forming surfaces, the crankshaft is arranged in a very thermally protected manner.
  • crank pin can also be arranged at a different location as far as possible from the thermally stressed area of the rotary piston 6 in a manner not shown.
  • the distance between the crank pin bearing 19 and the bearing device 9, 10, 11 should preferably be as large as possible in order to minimize the tilting movement of the rotary piston 6.
  • the crankshaft bearing is therefore preferably to be provided on the side of the rotary piston facing away from the bearing device.
  • the holding rod 8 can be made adjustable in the bore 7 of the rotary piston 6, so that it can be adjusted, for example, from the end position 8 'to 8 ". There is a reduction in the adjustment from the position 8' to the position 8" the distance of the bearing device to the crankshaft and thus an increase in the tilting movement. If the chamber-forming surfaces on the rotary piston 6 and on the peripheral wall 3 are calculated at position 8 ', they can no longer seal completely at position 8 ".

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Abstract

Rotationskolbenmaschine mit einem auf dem Kurbelzapfen (5, 5') einer in einem stationären Gehäuse (1) gelagerten Kurbelwelle gelagerten und durch eine Halteeinrichtung (8, 9, 10, 11) gegen wesentliche Änderungen seiner Winkellage gegenüber dem Gehäuse gehaltenen Rotationskolben (6), der an seinem Umfang wenigstens ein Paar von Konkav- und Konvexflächen (12, 13; 12', 13') ausbildet, das mit einem zugeordneten Paar von Konvex- und Konkavflächen (14, 15; 14', 15') an einer den Rotationskolben umgebenden Umfangsfläche (3) des Gehäuses über einen Winkelbereich der Rotation der Kurbelwelle in kammerbildenden Eingriff gelangt unter Veränderung der Kammergrösse über diesen Winkelbereich, wobei die Halteeinrichtung eine im Abstand zur Kurbelwelle (M1) vorgesehene Lagereinrichtung (9, 10, 11) aufweist, mit der der Rotationskolben (6) am Gehäuse (1) um eine parallel zur Kurbelwelle (M1) liegende Achse (9) drehbar und in Richtung zur Kurbelwelle verschiebbar gelagert ist, und wobei der Abstand zwischen der Kurbelwelle (M1) und dem Drehlager (9) der Lagereinrichtung (9, 10, 11) verstellbar ist.

Description

Rotationskolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbemnaschine.
Eine Rotationskolbenmaschine mit der Merkmalsgruppe a des Anspruches 1 ist aus der EP 0644981 B 1 bekannt, auf deren vollständigen Inhalt zum Verständnis des gattungsgemäßen Maschinentyps Bezug genommen wird.
Wie der genannten Schrift entnehmbar, ist bei diesem Maschinentyp ein Kolben auf dem Kurbelzapfen einer in einem Gehäuse gelagerten Kurbelwelle gelagert und vollführt dabei eine Parallelrotation, bei der er während seiner Rotation seine Winkellage zum Gehäuse beibehält. Diese Art von Rotation wird im folgenden als Parallehotation bezeichnet.
Wie in der genannten Schrift ferner ausführlich beschrieben, weist der Kolben an seinem Umfang ein oder mehrere Paare von Konvex- und Konkavflächen auf, die an zugeordneten Konkav- und Konvexflächen einer Umfangswand des Gehäuses in- und außer kammerbildenden Eingriff gelangen. Während des Kammereingrif- fes laufen bei einer Kammer die Konvexfläche des Kolbens auf der Konkavfläche der Umfangswand und die Konkavfläche des Kolbens auf der Konvexfläche der Umfangswand dichtend entlang und schließen eine Kammer ab, die auch seitlich, im Falle der genannten Druckschrift mit Seitenwänden des Gehäuses, abgedichtet ist. Bei der Rotation während des Karmnereingriffes ändert sich das Volumen der Kammer, und zwar mit einem vorteilhaft sehr großen Verdichtungsverhältnis.
Eine solche Maschine kann, wie in der genannten Schrift beschrieben, zu unterschiedlichen Zwecken verwendet werden, z.B. als Pumpe, als Bremikraftmasclii- ne und insbesondere als Gaskompressor, der in einer Stufe, also in einer Kammer, eine sehr hohe Verdichtung erzielen kann.
Bei Lagerung des Kolbens auf einer Kurbelwelle ist die Winkellage des Kolbens um die Kurbelwelle zunächst unbestimmt. Es ist also eine Halteeinrichtung erforderlich, die bei Drehung der Kurbelwelle die Änderung der Winkellage des Kolbens gegenüber dem Gehäuse verhindert. Bei der genannten bekannten Konstruktion sind zu diesem Zweck eine oder mehrere weitere Exzenterwellen vorgesehen, auf denen der Kolben gelagert ist und die winkelsynchron umlaufend vorgesehen sind.
Nachteilig bei der bekannten Konstruktion sind die erforderlichen mehreren Kurbelwellen, die im Kolben gelagert sind. Diese müssen im Abstand gelagert sein und verbrauchen somit viel Platz im Kolben und schränken die konstruktiven Möglichkeiten erheblich ein. Ferner müssen die Kurbelzapfenlagerungen im Kolben, da sie im Abstand liegen müssen, am Rand des Kolbens, also in der Nähe der an dessen Umfang ausgebildeten Kammern angeordnet sein und sind dort thermisch hoch belastet. Dies führt zu Haltbarkeitsproblemen der Maschine.
Eine Rotationskolbenmaschine mit der Merkmalsgruppe b des Anspruches 1 ist aus der DE 32 31 756 AI bekannt. Es handelt sich um eine Maschine mit einem Spiralkolben, der wie bei der vorgenannten bekannten Konstruktion parallel rotierend angetrieben ist. In den Figuren 3 und 4 dieser Schrift ist dargestellt, daß als Haltei-ungseinrichtung zur Parallelführung des Kolbens eine im Abstand zur Kur- beiwelle vorgesehene Lagereinrichtung dient. Diese Lagereinrichtung ist konstruktiv wesentlich einfacher als die aus der erstgenannten Schrift, die aus zusätzlichen Kurbelwellen besteht. Sie ergibt auch nur eine angenäherte parallel rotierende Bewegung mit leichter Kippkomponente, die bei entsprechend groß gewähltem Abstand zwischen der Kurbelwelle und der Lagereinrichtung jedoch tolerierbar ist, bzw. durch geringe Formänderungen der kammerbildenden Flächen am Kolben und/oder der Umfangswand ausgleichbar ist, so daß keine Undichtigkeitsprobleme auftreten. Es ergeben sich erheblich größere konstruktive Freiheitsgrade bei der Anordnung der kammerbildenden Wandbereiche. Femer kann die Maschine bei gleicher Leistung kleiner bauend ausgeführt werden, und es ergeben sich auch thermische Vorteile. Die Lagereinrichtung kann in den alternativen der Figuren 3 und 4 der DE 32 31 756 AI ausgebildet sein, wobei entweder der Kolben drehbar an einem parallel geführten Gleitstück gelagert ist oder längsverschiebbar in einem drehbar gelagerten Gleitstück gelagert ist.
Alle genannten bekannten Konstruktionen weisen den Nachteil einer unveränderlich festen Kinematik der Kolbenbewegung auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rotationskolbenmaschine mit den Vorteilen der beiden genannten bekannten Konstruktionen, jedoch mit veränderbarer Kinematik der Kolbenbewegung zu schaffen.
Mit der Merkmalsgruppe c des Anspruches 1 läßt sich durch Verstellen des Ab- standes zwischen der Kurbelwelle und dem Drehlager der Lagereinrichtung die Laufkinematik des Kolbens derart verstellen, daß bei größerem Abstand die Laufbewegung mehr der kippfreien strengen Parallelrotation angenähert ist oder bei kürzerem Abstand sich eine größere Kippbewegung ergibt. Mit größer werdender Kippbewegung bzw. bei Abweichung von einer Normallänge, für die die Kammerflächen angepaßt sind, ergeben sich Undichtigkeiten in den Kammern. Dies kann vorteilhaft ausgenutzt werden, um die Maschine beispielsweise im Leerlauf mit hoher Undichtigkeit laufen zu lassen, also mit geringem Kraftverbrauch und rundem Lauf.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Bei dieser Kon- sfruktion kann der Kolben in bekannter Art gemäß der eingangs genannten Dmckschrift konstruiert sein. An geeigneter Stelle setzt die Haltestange an und führt zu der entfernt liegenden Lagereinrichtung.
Die Kurbelzapfen sind im Kolben vorzugsweise an einer thermisch gering belasteten Stelle, also im Abstand zu den kammerbildenden Wänden anzuordnen. Vorzugsweise sind daher die an sich aus der DE 195 00 774 AI bekannten Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Damit wird das Kurbelzapfenlager völlig aus dem Kolben herausgenommen und neben diesem angeordnet. Die thermischen Probleme am Kurbelzapfenlager können dadurch äußerst wirkungsvoll gelöst werden, wenn das Kurbelzapfenlager zum Beispiel an einer von Frischluft durchströmten Stelle angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Eine Kolben- /Zylinderanordnung ergibt die für die Lagereinrichtung benötigte Verschiebbarkeit. Bei einer solchen Konstruktion kann auch die Drehlagerung auf einfache Weise vorgesehen sein, entweder durch Drehlagerung der Haltestange im Kolben nach Alt eines Pleuellagers oder durch Drehlagerung des Zylinders am Gehäuse. Es ergibt sich der Vorteil, daß die Kolben-/Zylinderanordnung als weitere Kompressions- oder Expansionskammer verwendbar ist, beispielsweise als Nachverdichtungsstufe eines Kompressors.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen Schnitt quer zur Kurbelwelle durch eine erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine. Die dargestellte Rotationskolbenmaschine weist ein stationäres Gehäuse 1 auf, welches einen Innenraum 2 mit einer inneren Umfangswand 3 umschließt. Parallel zur Zeichnungsebene ist der Innenraum 2 mit einer unter der Zeichnungsebene liegenden ebenen Seitenwand 4 verschlossen. Parallel dazu liegt eine nicht dargestellte oberhalb der Zeichnungsebene liegende Seitenwand.
In der Seitenwand 4 und der dazu parallelen anderen Seitenwand ist eine Kurbelwelle mit Mittelpunkt Ml gelagert, die einen radial versetzten Kurbelzapfen 5 mit Mittelpunkt M2 aufweist. Bei Rotation der Kurbelwelle läuft der Kurbelzapfen 5 mit seinem Mittelpunkt M2 auf der gestrichelten Kreislinie um den Mittelpunkt Ml der Kurbelwelle um.
Auf dem Kurbelzapfen 5 ist ein Rotationskolben 6 gelagert. In diesem ist in einer Bohrung 7 eine Haltestange 8 befestigt. Das freie Ende der Haltestange 8 ist über ein Drehlager 9, mit Achse parallel zur Kurbelwelle, in einem Hubkolben 10 gelagert, welcher in einem Zylinder 11 läuft, der am Gehäuse 1 befestigt ist. Und zwar mit seiner Zylinderachse auf den Bereich der Kurbelwelle gerichtet.
Läuft der Kurbelzapfen 5 um Ml um, so ergibt sich ersichtlich eine Hin- und Herbewegung des Hubkolbens 10 im Zylinder 11 bei leichter Verschwenkung der Haltestange 8 um das Drehlager 9 im Hubkolben 10. Die Kolben-/Zylinder- anordnung 10, 11 bildet somit eine Lagereinrichtung für den Rotationskolben 6, der diesen im wesentlichen winkelfest gegenüber dem Gehäuse 1 hält, wobei er bei seiner Parallehotation lediglich eine leichte Kippbewegung vollfuhrt. Diese hängt vom Abstand zwischen der Kurbelwelle und der Lagereinrichtung 9, 10, 11 ab. Bei großem Abstand ist die Kippbewegung vernachlässigbar klein, so daß sich annähernd eine echte Parallelrotation ergibt. Am Umfang des Rotationskolbens 6 ist ein erstes Flächenpaar vorgesehen, bestehend aus einer Konvexfläche 12 und einer benachbarten Konkavfläche 13. Zugeordnet ist an der Umfangsfläche 3 des Gehäuses 1 ein erstes Flächenpaar ausgebildet mit einer Konkavfläche 14 und einer Konvexfläche 15. In der dargestellten Winkelstellung des Kurbelzapfens 5 bei Umlauf des Kurbelzapfens um die Kurbelwelle im Uhrzeigersinn ist soeben zwischen den Flächenpaaren 12, 13 und 14, 15 eine Kammer geschlossen worden durch Abdichtung der Konvexfläche 12 auf der Konkavfläche 14 bei A und der Konkavfläche 13 auf der Konvexfläche 15 bei B, sowie durch die Seitenwände 4. Bei weiterem Umlauf des Kurbelzapfens 5 läuft die Konvexfläche 12 des Rotationskolbens auf der Konkavfläche 14 der Umfangswand dichtend ab. Ebenso läuft die Konkavfläche 13 des Rotationskolbens auf der Konvexfläche 15 der Umfangswand ab. Die zwischen den Wänden gebildete Kammer verringert laufend ihr Volumen, da die Dichtpunkte A und B sich aufeinander zu bewegen. Nach einem gewissen Umlaufwinkel des Kurbelzapfens 5 hebt der Rotationskolben 6 von der Umfangswand 3 ab und öffnet die Kammer, um dann wieder in der in der Figur dargestellten Stellung erneut die Kammer mit großem Volumen zu schließen.
Bei der erläuterten Drehrichtung des Kurbelzapfens 5 um die Kurbelwelle im Uhrzeigersinn ergibt sich somit eine Kammer, die immer wieder mit großem Volumen schließt, so dann das Volumen verkleinert und dann öffnet. Diese Konstruktion läßt sich als Kompressor verwenden. Dabei strömt Gas mit niedrigem Dmck durch eine Einlaßöffnung 16 in den Innenraum 2 des Gehäuses 1, wird bei schließender Kammer eingeschlossen und mit weiterem Umlauf des Rotationskolbens 6 verdichtet. Der Punkt kleinsten Kammervolumens liegt dabei an einer Stelle, an der ein Auslaßventil 17 vorgesehen ist, das als einfaches nach außen öffnendes Rückschlagventil vorgesehen sein kann und das an einen Hochdruckkanal 18 angeschlossen ist, durch den das komprimierte Gas über geeignete Anschlußmittel abgeführt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Rotationskolben 6 und am Gehäuse 1 jeweils ein weiteres Flächenpaar vorgesehen, das in gleicher Weise eine zweite Kammer bildet. Die vorstehenden Erläuterungen gelten auch für diese Kammer. Die Teile dieser Kammer sind mit den Bezugszeichen der vorerläuterten Kammer versehen, die jeweils durch einen Beistrich gekennzeichnet sind. Die zweite Kammer arbeitet im Ausführungsbeispiel phasenversetzt. Wenn die eine Kammer schließt und komprimiert, ist die andere Kammer geöffnet und kann Frischgas durch die Einlaßöffnung 16' ansaugen.
Zu möglichen Konstruktionsvarianten des Rotationskolbens 6 und zu den Einzelheiten der Kammerausbildung sowie zu den Möglichkeiten der Nutzung dieser Konstruktion als Kompressor, Brennkraftaiascriine oder dergleichen wird auf den Inhalt der EP 0644981 B l verwiesen. Alle dort gezeigten Varianten sind auch hier möglich.
Bei der dargestellten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist die Lagereinrichtung 9, 10, 11, zur drehgesicherten Lagerung des Rotationskolbens 6, mit Hubkolben 10 und Zylinder 11 ausgebildet. Diese Kolben-/Zylinderanordnung kann als Kompressions- oder Expansionskammer verwendet werden, wozu der Zylinderraum unter dem Hubkolben 10 mit nicht dargestellten Einlaß- und Auslaßkanälen, sowie entsprechenden Ventilen auszubilden ist. Bei Verwendung der dargestellten Konstruktion als Kompressor können beispielsweise die beiden am Rotationskolben 6 durch die Flächenpaare gebildeten Kammern mit unterschiedlicher Größe ausgebildet sein und als Vor- und Nachverdichtungsstufe arbeiten, während die Kolben/Zylinderanordnung 10, 11 als dritte Nachverdichtungsstufe eingesetzt wird. Die Lagereinrichtung am freien Ende der Haltestange 8 kann jedoch auf ganz andere Weise ausgebildet sein, wobei lediglich sicherzustellen ist, daß dort sowohl eine Kippbewegung als auch eine hin- und hergehende Bewegung in Richtung auf die Kurbelwelle Ml zugelassen wird. Eine einfache Alternative bei der dargestellten Kolben/Zylinderanordnung 10, 11 besteht z.B. darin, daß die Haltestange 8 am Hubkolben 10 starr befestigt ist und der Zylinder 11 am Gehäuse 1 schwenkbar gelagert ist. Die Lagereinrichtung kann auch mit derselben Kinematik, jedoch ohne Ausbildung einer Kolben-/Zylmdereinheit ausgebildet sein.
Da bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Rotationskolben 6 im Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen nur auf einem Kurbelzapfen 5 gelagert ist, kann dieser an beliebiger Stelle im Kolben angeordnet sein. Er kann insbesondere sehr weit weg von den kammerbildenden Flächen 12, 13 bzw. 12', 13' angeordnet sein. Damit wird der Wärmeübergang von den sehr heißen Kammern zu den Lagern des Kurbelzapfens 5 und der Kurbelwelle verringert und diese werden thermisch entlastet. In einer Konstruktionsvariante kann die Kurbelwelle außerhalb des Drehkolbens 6 an thermisch gut geschützter Stelle angeordnet sein. Dies ist in der Figur gestrichelt dargestellt. In einer seitlichen Ausbuchtung 3' der Umfangswand 3 ist die Kurbelwelle bei Ml' gelagert. Der Kurbelzapfen 5' ist in einem Lagerauge 19 gelagert, welches mit einem Arm 20 oder einer anderen Erstrek- kung des Rotationskolben 6 an diesem befestigt ist. An dieser Stelle, im Bereich der Frischluft und weit entfernt von den kammerbildenden Flächen, ist die Kurbelwelle thermisch sehr geschützt angeordnet.
Der Kurbelzapfen kann in nicht dargestellter Weise auch an anderer Stelle möglichst weit vom thermisch belasteten Bereich des Rotationskolbens 6 entfernt angeordnet sein. Dabei ist vorzugsweise die Entfernung zwischen dem Kurbelzapfenlager 19 und der Lagereinrichtung 9, 10, 11 möglichst groß zu wählen, um die Kippbewegung des Rotationskolbens 6 zu minimieren. Das Kurbelwellenlager ist daher vorzugsweise auf der der Lagereinrichtung abgewandten Seite des Rotationskolbens vorzusehen.
Bei der dargestellten eifindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine ergibt sich, wie bereits erwähnt, eine annähernde Parallehotation des Rotationskolbens 6, jedoch überlagert mit einer leichten zyklischen Kippbewegung. Die in der Zeichnungsebene annähernd kreisbogenförmig ausgebildeten kammerbildenden Flächen 12, 13; 14, 15 der einen Kammer und die entsprechenden mit Beistrich versehenen Flächen der anderen Kammer müssen gegenüber der sich aus der EP 0644981 Bl bekannten exakten Kreisform leicht variiert werden, um bei der erfindungsgemäßen Parallelrotation mit überlagerter Kippbewegung stets die Kammer dichtend abzuschließen. Die zu berechnenden Kurvenformen ergeben sich bei einem bestimmten Abstand des Kurbelwellenr ttelpunktes Ml gegenüber der Lagereinrichtung 9, 10, 11. Dann arbeitet die dargestellte Maschine mit optimaler Kammerabdichtung.
Es ist jedoch möglich, den Abstand zwischen Kurbelwelle und Lagereimichtung 9, 10, 11 zu variieren. Dazu kann beispielsweise die Haltestange 8 in der Bohrung 7 des Rotationskolbens 6 verstellbar ausgebildet sein, so daß sie beispielsweise von der Endstellung 8' zu 8" verstellbar ist. Es ergibt sich bei der Verstellung aus der Stellung 8' in die Stellung 8" eine Verringerung des Abstandes der Lagereimichtung zur Kurbelwelle und somit eine Verstärkung der Kippbewegung. Sind die kammerbildenden Flächen am Rotationskolben 6 und an der Umfangswand 3 auf die Stellung 8' berechnet, so können sie bei der Stellung 8" nicht mehr vollständig dichten.
Dies kann jedoch für bestimmte Zwecke vorteilhaft eingesetzt werden. Bei unvollständig dichtenden Kammern sinkt die Leistungsaufnahme des Kompressors und ergibt sich ein runderer Lauf. Eine solche Einstellung ist daher beispielsweise als Leerlaufeinstellung geeignet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Rotationskolbenmaschine
a) mit einem auf dem Kurbelzapfen (5, 5') einer in einem stationären Gehäuse (1) gelagerten Kurbelwelle gelagerten und durch eine Haltee richtung (8, 9, 10, 11) gegen wesentliche Änderungen seiner Winkellage gegenüber dem Gehäuse gehaltenen Rotationskolben (6), der an seinem Umfang wenigstens ein Paar von Konkav- und Konvexflächen (12, 13; 12', 13') ausbildet, das mit einem zugeordneten Paar von Konvex- und Konkavflächen (14, 15; 14', 15') an einer den Rotationskolben umgebenden Umfangsfläche (3) des Gehäuses über einen Winkelbereich der Rotation der Kurbelwelle in kammerbildenden Eingriff gelangt unter Veränderung der Kammergröße über diesen Winkelbereich,
b) wobei die Halteeinrichtung eine im Abstand zur Kurbelwelle (Ml) vorgesehene Lagereinrichtung (9, 10, 11) aufweist, mit der der Rotationskolben (6) am Gehäuse (1) um eine parallel zur Kurbelwelle (Ml) liegende Achse (9) drehbar und in Richtung zur Kurbelwelle verschiebbar gelagert ist, und
c) wobei der Abstand zwischen der Kurbelwelle (Ml) und dem Drehlager (9) der Lagereinrichtung (9, 10, 11) verstellbar ist.
2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskolben (6) mit der Lagereinrichtung (9, 10, 11) über eine Haltestange (8) verbunden ist.
3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskolben (6) über einen Arm (20) beabstandet das Kurbelzapfenlager (19) trägt.
4. Rotationskolbenmaschine nach Ansprach 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (9, 10, 11) als Einrichtung zur verschiebbaren Lagerung eine Kolben-/Zylinderanordnung (10, 11) aufweist.
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