WO2016074847A1 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

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WO2016074847A1
WO2016074847A1 PCT/EP2015/072408 EP2015072408W WO2016074847A1 WO 2016074847 A1 WO2016074847 A1 WO 2016074847A1 EP 2015072408 W EP2015072408 W EP 2015072408W WO 2016074847 A1 WO2016074847 A1 WO 2016074847A1
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WO
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rotary piston
housing
piston machine
machine according
rotary
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PCT/EP2015/072408
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English (en)
French (fr)
Inventor
Antonius Bader
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2016074847A1 publication Critical patent/WO2016074847A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/22—Rotary-piston machines or pumps of internal-axis type with equidirectional movement of co-operating members at the points of engagement, or with one of the co-operating members being stationary, the inner member having more teeth or tooth-equivalents than the outer member
    • 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
    • F01C21/104—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber
    • F01C21/106—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber with a radial surface, e.g. cam rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/0061—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F04C15/0065—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions for eccentric movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/20—Geometry of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/30—Geometry of the stator

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston machine with a rotary piston, which is rotatable in a housing with a housing jacket surface.
  • the invention further relates to a rotary piston or a housing for such a rotary piston machine.
  • Peritrochoid form preferably in two-lobed version with triangular rotary piston for transporting compressible and non-compressible gases, liquids or emulsions known in one mode
  • the object of the invention is to provide a rotary piston machine with a
  • Rotary piston which is rotatable in a housing with a housing shell surface to create, which is simple and inexpensive to produce.
  • a rotary piston machine with a rotary piston which is rotatable in a housing with a housing shell surface, characterized in that the housing shell surface, viewed in a cross section, the shape of a cycloid and the rotary piston, viewed in a cross section, the shape of a closed oval Curve has.
  • Rotary piston is preferably similar to an ellipse.
  • the Rotary piston machine is preferably a fluid machine, in particular a hydraulic machine, which is operated with a hydraulic medium, such as hydraulic oil.
  • the fluid machine in particular
  • Hydraulic machine as a fluid pump, in particular hydraulic pump, and / or as a fluid motor, in particular hydraulic motor work.
  • Rotary piston machine according to the invention is preferably used to convert hydraulic energy, for example in the form of a hydraulic pressure, or a hydraulic volume flow, in a rotary motion of the rotary piston, and / or vice versa.
  • the rotary piston machine according to the invention is preferably connected to a three-phase hydraulic system.
  • the invention also relates to a
  • Hydraulic system in particular a three-phase hydraulic system, with a rotary piston machine according to the invention.
  • three-phase hydraulic system with a rotary piston machine according to the invention.
  • Rotary piston machine is generated from a mechanical rotation of the rotary piston, a conveying effect.
  • the invention relates
  • the rotary piston machine according to the invention is simple and comprises, compared to conventional
  • Rotary piston machines only a few moving parts, in particular no reciprocating parts.
  • With the rotary piston machine according to the invention can by exchanging two phases in a simple manner
  • a preferred embodiment of the rotary piston machine is characterized in that the housing shell surface, viewed in cross section, has the shape of a triangle with convex sides and rounded corners.
  • the term convex in connection with the sides means that the sides of the triangle are curved or curved outward. By the rounded Corners create a smooth transition between the convex sides of the triangle.
  • a further preferred embodiment of the rotary-piston machine is characterized in that the shape of the rotary piston, viewed in cross-section, has a largest diameter, which is arranged perpendicular to a smallest diameter, wherein the two diameters intersect at a center of the closed oval curve.
  • the closed oval curve executed as a cycloid is created, for example, by rolling a small circle in a large circle.
  • the end of an arm on the small circle advantageously describes a shell contour according to the invention.
  • the small circle preferably corresponds to an outer diameter of a
  • Piston pinion associated with the rotary piston preferably corresponds to an inner diameter of a ring gear associated with the housing.
  • a diameter ratio between the small circle and the large circle is two to three.
  • the arm length of the arm at the small diameter is preferably at least so great that the
  • a further preferred embodiment of the rotary piston machine is characterized in that the shape of the rotary piston is adapted to the housing shell surface, that during operation of the
  • Rotary piston and the housing outer surface are formed.
  • the rotary piston nestles in the region of its largest
  • Housing jacket surface that a passage of fluid between two
  • Rotary piston machine are limited, each associated with a connection of the rotary piston machine.
  • the connections allow one Three-phase operation of the rotary piston machine.
  • the connections are preferably arranged in the region of the rounded corners of the triangle, which represents the housing jacket surface.
  • a further preferred embodiment of the rotary piston machine is characterized in that the rotary piston has a central sprocket with an external toothing, which is in engagement with an internal toothing of a housing-fixed ring gear.
  • An outer diameter of the rotary piston has a central sprocket with an external toothing, which is in engagement with an internal toothing of a housing-fixed ring gear.
  • Piston pinion preferably corresponds to the previously described small circle.
  • an internal toothing of the housing-fixed ring gear preferably corresponds to the previously described large diameter. The engagement between the internal teeth of the housing-fixed ring gear and the external teeth of the pinion gear ensures a defined rolling movement between the pinion gear and the housing-fixed ring gear during operation of the rotary piston machine in a simple manner.
  • a further preferred embodiment of the rotary piston machine is characterized in that the rotary piston is rotatably mounted eccentrically to a housing longitudinal axis.
  • the housing longitudinal axis preferably extends through a center of the triangle with the convex sides, which is designed to represent the housing surface area as an equilateral triangle.
  • For rotatable mounting of the rotary piston is for example a crank pin.
  • the crank pin is for example mounted on a crankshaft and can only perform a circular motion.
  • the rotary piston In combination with a housing shell surface with a rounded triangular shape, the rotary piston preferably has a rounded Zweiecksform.
  • a diameter ratio between a diameter of the piston pinion and a diameter of the housing-fixed ring gear is two to three. This value has been tested in the context of the present invention in the operation of the
  • Rotary piston machine proved to be particularly advantageous.
  • a further preferred embodiment of the rotary piston machine is characterized in that a tooth ratio between the
  • Piston pinion and the housing fixed ring gear is two to three. This value has been carried out in the context of the present invention
  • the invention further relates to a rotary piston or a housing for a rotary piston machine described above.
  • the parts mentioned are separately tradable.
  • Figure 1 is a greatly simplified view of a housing of a rotary piston machine according to the invention in cross section;
  • Figure 2 is a greatly simplified representation of a rotary piston of
  • FIG 3 is a greatly simplified representation of an inventive
  • Figures the same representation as in Figure 3 in six different operating 4 to 9 states of the rotary piston machine.
  • FIG. 1 shows a housing 3 with a housing jacket surface 5 in cross-section.
  • the housing shell surface 5 has the shape of an equilateral triangle designed as a cycloid with three convex sides and with rounded corners.
  • the triangle which represents the housing outer surface 5, has a center point 6.
  • a housing longitudinal axis extends perpendicular to the plane in Figure 1 by the center 6 of the triangle, the
  • Housing jacket surface 5 represents.
  • a small circle 8 symbolizes a sprocket pinion.
  • a line 9, which starts from the small circle 8, symbolizes an arm that describes a
  • Sheath contour is used, which represents the cycloids.
  • the sprocket 8 is arranged eccentrically to a large circle 10, the center of which is the center 6 of the housing.
  • the large circle 10 symbolizes a housing-fixed ring gear with an internal toothing, with which an external toothing meshes, which is formed on the sprocket pinion 8.
  • the cycloidal shape of the housing shell surface 5 is formed by rolling the small circle 8 in the large circle 10.
  • the end of the arm 9 on the small circle 8 describes the shell contour of the housing shell surface 5.
  • Diameter ratio of the small circle 8 to the large circle 10 is two to three.
  • the arm length of the arm 9 is at least so great that the
  • Housing jacket surface 5 is always arched outwards.
  • a rotary piston 12 is shown simplified in cross section.
  • the rotary piston 12 has the shape 14 of a closed oval curve.
  • the shape 14 of the rotary piston 12 is similar to an ellipse and has a largest diameter 16, which is arranged perpendicular to a smallest diameter 17.
  • the two diameters 16 and 17 intersect at a center 18 of the rotary piston 12.
  • Rotary piston 12 is formed by rolling the small circle 8, which represents the sprocket, in the large circle 10, which represents the Gescousehohlrad, and by removing the piston skirt surface at the contact point to the predetermined housing shell surface. 5
  • FIG. 3 shows a rotary piston machine 20 with the housing 3 from FIG. 1 and the rotary piston 12 from FIG.
  • the sprocket pinion representing small circle 8 is fixedly connected to the rotary piston 12.
  • the ring gear performing large circle 10 is fixedly connected to the housing 3.
  • the teeth formed on the pinion gear 8 and the ring gear 10 mesh with each other.
  • a teeth ratio between the sprocket 8 and the ring gear 10 is two to three.
  • Rotary piston machine 20 three working chambers or work spaces. In FIGS. 3, 5, 7 and 9, two working chambers or work spaces are formed. In the illustrated in Figures 3 to 9 rotational movement of the rotary piston
  • each working chamber is assigned to one of the connections 21, 22, 23.
  • the piston contour 14 see Figure 2
  • Housing jacket surface 5 in the operation of the rotary piston machine 20 two or three working chambers or work spaces.
  • Rotary piston machine 20 flows through the ports 21 to 23
  • Hydraulic medium such as oil
  • Hydraulic medium such as oil
  • the dimensional ratios are advantageously such that a front-side sealing of the rotary piston machine 20 is possible in a simple manner.
  • connections 21 to 23, which are also referred to as hydraulic connections during operation of the rotary piston machine 20, which is illustrated in Figures 3 to 9, cyclically fluid or hydraulic medium, such as oil, in and out or out promoted.
  • FIGS. 3 to 9 A sequence of movements is shown by way of example in FIGS. 3 to 9.
  • the rotary piston 12 rotates with the pinion gear 8 by half a revolution, that is, by one hundred eighty degrees, to the right, while the crank pin 25 and the bearing pin rotates to the left by a full turn, that is, by three hundred and sixty degrees.
  • the rotary piston 12 which is also abbreviated to piston, is at zero degrees.
  • the crank pin whose rotational movement is symbolized by the arrow 25 in space, is also at zero degrees.
  • By an arrow 31 is a rotational movement of the rotary piston 12 in
  • Arrow 37 is indicated that further hydraulic medium is conveyed out through the connection 23.
  • By an arrow 38 is indicated that is sucked through the port 21 hydraulic medium.
  • the piston 12 is at sixty degrees.
  • the crank pin 25 is at one hundred and twenty degrees.
  • By an arrow 41 the further rotational movement of the rotary piston 12 is indicated.
  • An arrow 42 indicates that hydraulic fluid is still drawn in through the connection 21.
  • By an arrow 43 is indicated that through the terminal 22
  • Hydraulic medium is conveyed out.
  • a second sealing gap In the area of the terminal 23 is formed between the piston 12 and the housing casing surface 5, a second sealing gap.
  • piston 12 is at one hundred and twenty degrees.
  • Crankpin 25 is at two hundred and forty degrees.
  • an arrow 51 the further rotational movement of the piston 12 is indicated.
  • An arrow 52 indicates that hydraulic medium is drawn in through the connection 23.
  • an arrow 53 is indicated that through the terminal 21st
  • Hydraulic medium is conveyed out.
  • a third sealing gap is formed between the piston 12 and the housing jacket surface 5.
  • the piston 12 is one hundred and fifty degrees. Of the
  • Crankpin 25 is at three hundred degrees.
  • an arrow 55 the further rotational movement of the piston 12 is indicated.
  • an arrow 56 is indicated that is sucked through the port 22 hydraulic medium.
  • an arrow 58 is indicated that through the
  • Hydraulic connection 21 Hydraulic medium is conveyed out.
  • the piston 12 is at one hundred and eighty degrees.
  • the crank pin 25 is at three hundred and sixty degrees.
  • an arrow 61 the further rotational movement of the piston 12 is indicated.
  • an arrow 62 is indicated that is sucked through the port 22 hydraulic medium.
  • an arrow 63 is indicated that through the terminal 23
  • Hydraulic medium is conveyed out.
  • the area of the terminal 21 forms that, referring to Figure 3, the other end of the piston 12 again from the first sealing gap.

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Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit einem Rotationskolben (12), der in einem Gehäuse (3) mit einer Gehäusemantelfläche (5) drehbar ist. Um eine Rotationskolbenmaschine mit einem Rotationskolben zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist, weist die Gehäusemantelfläche (5), in einem Querschnitt betrachtet, die Gestalt einer Zykloide und der Rotationskolben (12), in einem Querschnitt betrachtet, die Gestalt einer geschlossenen ovalen Kurve auf.

Description

Beschreibung Titel
Rotationskolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit einem Rotationskolben, der in einem Gehäuse mit einer Gehäusemantelfläche drehbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Rotationskolben oder ein Gehäuse für eine derartige Rotationskolbenmaschine.
Stand der Technik
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 544 025 AI ist eine
Rotationskolbenmaschine mit einem Mantel in Epitrochoidenform oder
Peritrochoidenform vorzugsweise in zweibogiger Ausführung mit dreieckigem Rotationskolben zum Transport von kompressiblen und nichtkompressiblen Gasen, Flüssigkeiten oder Emulsionen bekannt, die in einer Betriebsart
Kraftmaschine (Turbine) oder Arbeitsmaschine (Pumpe) betrieben werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationskolbenmaschine mit einem
Rotationskolben, der in einem Gehäuse mit einer Gehäusemantelfläche drehbar ist, zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einer Rotationskolbenmaschine mit einem Rotationskolben, der in einem Gehäuse mit einer Gehäusemantelfläche drehbar ist, dadurch gelöst, dass die Gehäusemantelfläche, in einem Querschnitt betrachtet, die Gestalt einer Zykloide und der Rotationskolben, in einem Querschnitt betrachtet, die Gestalt einer geschlossenen ovalen Kurve aufweist. Die Gestalt des
Rotationskolbens ähnelt vorzugsweise einer Ellipse. Bei der Rotationskolbenmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine Fluidmaschine, insbesondere eine Hydraulikmaschine, die mit einem Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl, betrieben wird. Die Fluidmaschine, insbesondere
Hydraulikmaschine, kann als Fluidpumpe, insbesondere Hydraulikpumpe, und/oder als Fluidmotor, insbesondere Hydraulikmotor, arbeiten. Die
erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine wird vorzugsweise dazu verwendet, hydraulische Energie, zum Beispiel in Form eines Hydraulikdrucks, beziehungsweise eines Hydraulikvolumenstroms, in eine Drehbewegung des Rotationskolbens umzuwandeln, und/oder umgekehrt. Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine ist vorzugsweise an ein dreiphasiges Hydrauliksystem angeschlossen. Somit betrifft die Erfindung gegebenenfalls auch ein
Hydrauliksystem, insbesondere ein dreiphasiges Hydrauliksystem, mit einer erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine. Alternativ können drei
Anschlüsse der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine
aufeinanderfolgend freigeschaltet werden, zum Beispiel durch Rückschlagventile oder geschaltete Ventile, einen geeigneten Scheibenmechanismus, oder durch einen Steuerkolben. In einem Motorbetrieb der Rotationskolbenmaschine wird aus der hydraulischen Energie eine mechanische Drehbewegung des
Rotationskolbens erzeugt. In einem Pumpenbetrieb der
Rotationskolbenmaschine wird aus einer mechanischen Drehbewegung des Rotationskolbens eine Förderwirkung erzeugt. Die Erfindung betrifft
gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen
Rotationskolbenmaschine. Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine ist einfach aufgebaut und umfasst, im Vergleich zu herkömmlichen
Rotationskolbenmaschinen, nur wenig bewegliche Teile, insbesondere keine hin- und hergehenden Teile. Mit der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine kann durch Vertauschen zweier Phasen auf einfache Art und Weise ein
Drehrichtungswechsel dargestellt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusemantelfläche, im Querschnitt betrachtet, die Gestalt eines Dreiecks mit konvexen Seiten und abgerundeten Ecken aufweist. Der Begriff konvex bedeutet im Zusammenhang mit den Seiten, dass die Seiten des Dreiecks nach außen gewölbt oder gekrümmt sind. Durch die abgerundeten Ecken wird ein sanfter Übergang zwischen den konvexen Seiten des Dreiecks geschaffen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt des Rotationskolbens, im Querschnitt betrachtet, einen größten Durchmesser aufweist, der senkrecht zu einem kleinsten Durchmesser angeordnet ist, wobei sich die beiden Durchmesser in einem Mittelpunkt der geschlossenen ovalen Kurve schneiden. Die als Zykloide ausgeführte geschlossene ovale Kurve entsteht zum Beispiel durch Abrollen eines kleinen Kreises in einem großen Kreis. Das Ende eines Arms an dem kleinen Kreis beschreibt vorteilhaft eine erfindungsgemäße Mantelkontur. Der kleine Kreis entspricht vorzugsweise einem Außendurchmesser eines
Kolbenritzels, das dem Rotationskolben zugeordnet ist. Der große Kreis entspricht vorzugsweise einem Innendurchmesser eines Hohlrads, das dem Gehäuse zugeordnet ist. Ein Durchmesserverhältnis zwischen dem kleinen Kreis und dem großen Kreis beträgt zwei zu drei. Die Armlänge des Arms an dem kleinen Durchmesser ist vorzugsweise mindestens so groß, dass die
Mantelfläche des Gehäuses stets nach außen gewölbt ist. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt des Rotationskolbens so an die Gehäusemantelfläche angepasst ist, dass im Betrieb der
Rotationskolbenmaschine insgesamt drei Dichtspalte zwischen dem
Rotationskolben und der Gehäusemantelfläche ausgebildet werden. In den Dichtspalten schmiegt sich der Rotationskolben im Bereich seines größten
Durchmessers und, je nach Stellung auch dazwischen, so an die
Gehäusemantelfläche an, dass ein Durchtritt von Fluid zwischen zwei
Arbeitsräumen im Bereich des jeweiligen Dichtspalts ausreichend klein oder ganz unterbunden wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Dichtspalten von dem
Rotationskolben und der Gehäusemantelfläche drei Arbeitsräume der
Rotationskolbenmaschine begrenzt werden, denen jeweils ein Anschluss der Rotationskolbenmaschine zugeordnet ist. Die Anschlüsse ermöglichen einen dreiphasigen Betrieb der Rotationskolbenmaschine. Dabei sind die Anschlüsse vorzugsweise im Bereich der abgerundeten Ecken des Dreiecks angeordnet, das die Gehäusemantelfläche darstellt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben ein zentrales Kolbenritzel mit einer Außenverzahnung aufweist, die sich mit einer Innenverzahnung eines gehäusefesten Hohlrads in Eingriff befindet. Ein Außendurchmesser des
Kolbenritzels entspricht vorzugsweise dem vorab beschriebenen kleinen Kreis. Analog entspricht eine Innenverzahnung des gehäusefesten Hohlrads vorzugsweise dem vorab beschriebenen großen Durchmesser. Durch den Eingriff zwischen der Innenverzahnung des gehäusefesten Hohlrads und der Außenverzahnung des Kolbenritzels wird auf einfache Art und Weise eine definierte Abrollbewegung zwischen dem Kolbenritzel und dem gehäusefesten Hohlrad im Betrieb der Rotationskolbenmaschine sichergestellt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben exzentrisch zu einer Gehäuselängsachse drehbar gelagert ist. Die Gehäuselängsachse erstreckt sich vorzugsweise durch einen Mittelpunkt des Dreiecks mit den konvexen Seiten, das zur Darstellung der Gehäusemantelfläche als gleichseitiges Dreieck ausgeführt ist. Zur drehbaren Lagerung des Rotationskolbens dient zum Beispiel ein Kurbelzapfen. Der Kurbelzapfen ist zum Beispiel über eine Kurbelwelle gelagert und kann nur eine Kreisbewegung ausführen. In Kombination mit einer Gehäusemantelfläche mit abgerundeter Dreiecksform hat der Rotationskolben vorzugsweise eine abgerundete Zweiecksform.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesserverhältnis zwischen einem Durchmesser des Kolbenritzels und einem Durchmesser des gehäusefesten Hohlrads zwei zu drei beträgt. Dieser Wert hat sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen im Betrieb der
Rotationskolbenmaschine als besonders vorteilhaft erwiesen. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Zähnezahlverhältnis zwischen dem
Kolbenritzel und dem gehäusefesten Hohlrad zwei zu drei beträgt. Dieser Wert hat sich bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten
Untersuchungen ebenfalls als vorteilhaft erwiesen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Rotationskolben oder ein Gehäuse für eine vorab beschriebene Rotationskolbenmaschine. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine im Querschnitt;
Figur 2 eine stark vereinfachte Darstellung eines Rotationskolbens der
erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine im Querschnitt;
Figur 3 eine stark vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen
Rotationskolbenmaschine mit drei Anschlüssen im Querschnitt und die
Figuren die gleiche Darstellung wie in Figur 3 in sechs verschiedenen Betriebs- 4 bis 9 zuständen der Rotationskolbenmaschine.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Gehäuse 3 mit einer Gehäusemantelfläche 5 im Querschnitt dargestellt. Die Gehäusemantelfläche 5 hat die Gestalt eines als Zykloide ausgeführten gleichseitigen Dreiecks mit drei konvexen Seiten und mit abgerundeten Ecken. Das Dreieck, das die Gehäusemantelfläche 5 darstellt, hat einen Mittelpunkt 6. Eine Gehäuselängsachse erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 durch den Mittelpunkt 6 des Dreiecks, das die
Gehäusemantelfläche 5 darstellt.
Ein kleiner Kreis 8 symbolisiert ein Kolbenritzel. Eine Linie 9, die von dem kleinen Kreis 8 ausgeht, symbolisiert einen Arm, der zur Beschreibung einer
Mantelkontur dient, welche die Zykloide darstellt. Der kleine Kreis 8
beziehungsweise das Kolbenritzel 8 ist exzentrisch zu einem großen Kreis 10 angeordnet, dessen Mittelpunkt dem Mittelpunkt 6 des Gehäuses 3
beziehungsweise der Gehäusemantelfläche 5 entspricht. Der große Kreis 10 symbolisiert ein gehäusefestes Hohlrad mit einer Innenverzahnung, mit der eine Außenverzahnung kämmt, die an dem Kolbenritzel 8 ausgebildet ist.
Die zykloidische Gestalt der Gehäusemantelfläche 5 entsteht durch Abrollen des kleinen Kreises 8 im großen Kreis 10. Das Ende des Arms 9 an dem kleinen Kreis 8 beschreibt die Mantelkontur der Gehäusemantelfläche 5. Ein
Durchmesserverhältnis des kleinen Kreises 8 zu dem großen Kreis 10 beträgt zwei zu drei. Die Armlänge des Arms 9 ist mindestens so groß, dass die
Gehäusemantelfläche 5 stets nach außen gewölbt ist.
In Figur 2 ist ein Rotationskolben 12 vereinfacht im Querschnitt dargestellt. Der Rotationskolben 12 hat die Gestalt 14 einer geschlossenen ovalen Kurve. Die Gestalt 14 des Rotationskolbens 12 ähnelt einer Ellipse und hat einen größten Durchmesser 16, der senkrecht zu einem kleinsten Durchmesser 17 angeordnet ist. Die beiden Durchmesser 16 und 17 schneiden sich in einem Mittelpunkt 18 des Rotationskolbens 12. Die einer Ellipse ähnelnde Kontur des
Rotationskolbens 12 entsteht durch Abwälzen des kleinen Kreises 8, der das Kolbenritzel darstellt, in dem großen Kreis 10, der das Gehäusehohlrad darstellt, und durch Abtragen der Kolbenmantelfläche am Berührpunkt zur vorgegebenen Gehäusemantelfläche 5.
In Figur 3 ist eine Rotationskolbenmaschine 20 mit dem Gehäuse 3 aus Figur 1 und dem Rotationskolben 12 aus Figur 2 dargestellt. Der das Kolbenritzel darstellende kleine Kreis 8 ist fest mit dem Rotationskolben 12 verbunden. Der das Hohlrad darstellende große Kreis 10 ist fest mit dem Gehäuse 3 verbunden. Die an dem Kolbenritzel 8 und dem Hohlrad 10 ausgebildeten Verzahnungen greifen ineinander. Ein Zähnezahlverhältnis zwischen dem Kolbenritzel 8 und dem Hohlrad 10 beträgt zwei zu drei.
Durch einen Pfeil 25 ist in den Figuren 3 bis 9 eine Bohrung für einen
Kurbelzapfen oder einen Lagerzapfen beziehungsweise eine Bewegung des Lagerzapfens angedeutet. Der Lagerzapfen ist fest mit dem Rotationskolben 12 verbunden. Im Betrieb der Rotationskolbenmaschine 20 dreht sich der
Rotationskolben 12 mit dem Lagerzapfen um den Mittelpunkt (6 in Figur 1) des
Gehäuses 3, wie durch den Pfeil 25 angedeutet ist.
In den Figuren 4, 6, 8 sieht man, dass im Betrieb der Rotationskolbenmaschine 20 an drei Stellen ein Dichtspalt zwischen dem Rotationskolben 12 und dem Gehäuse 3 ausgebildet wird. Durch die drei Dichtspalte entstehen im Betrieb der
Rotationskolbenmaschine 20 drei Arbeitskammern oder Arbeitsräume. In den Figuren 3, 5, 7 und 9 werden zwei Arbeitskammern oder Arbeitsräume ausgebildet. Bei der in den Figuren 3 bis 9 dargestellten Drehbewegung des Rotationskolbens
12 in dem Gehäuse 3 ändert sich das Kammervolumen der Arbeitskammern oder Arbeitsräume zyklisch. Jeder Arbeitskammer ist einer der Anschlüsse 21, 22, 23 zugeordnet. Je nach Stellung des Rotationskolbens 12 in dem Gehäuse 3 entstehen zwischen der Kolbenkontur 14 (siehe Figur 2) und der
Gehäusemantelfläche 5 im Betrieb der Rotationskolbenmaschine 20 zwei oder drei Arbeitskammern oder Arbeitsräume.
Bei einer Drehung des Rotationskolbens 12 im Betrieb der
Rotationskolbenmaschine 20 strömt durch die Anschlüsse 21 bis 23
Hydraulikmedium, wie Öl, in die Arbeitskammern oder Arbeitsräume ein oder aus den Arbeitsräumen oder Arbeitskammern heraus. Daraus ergeben sich drei Volumenströme. Die Summe der drei Volumenströme ist zu jedem Zeitpunkt gleich null. Ein Vergleich zu einem symmetrischen elektrischen Drehstrom bietet sich an. Die Maßverhältnisse sind vorteilhaft so, dass auf einfache Art und Weise eine stirnseitige Abdichtung der Rotationskolbenmaschine 20 möglich ist. Über die Anschlüsse 21 bis 23, die auch als Hydraulikanschlüsse bezeichnet werden, wird im Betrieb der Rotationskolbenmaschine 20, der in den Figuren 3 bis 9 veranschaulicht ist, zyklisch Fluid beziehungsweise Hydraulikmedium, wie Öl, hinein und hinaus beziehungsweise heraus gefördert.
In den Figuren 3 bis 9 ist eine Bewegungsabfolge beispielhaft dargestellt. Dabei dreht der Rotationskolben 12 mit dem Kolbenritzel 8 um eine halbe Umdrehung, das heißt um einhundertachtzig Grad, nach rechts, während der Kurbelzapfen 25 beziehungsweise der Lagerzapfen um eine ganze Umdrehung, das heißt um dreihundertsechzig Grad, nach links dreht.
In Figur 3 befindet sich der Rotationskolben 12, der verkürzt auch als Kolben bezeichnet wird, bei null Grad. Der Kurbelzapfen, dessen Drehbewegung im Raum durch den Pfeil 25 symbolisiert wird, befindet sich ebenfalls bei null Grad. Durch einen Pfeil 31 ist eine Drehbewegung des Rotationskolbens 12 im
Uhrzeigersinn angedeutet. Durch einen Pfeil 32 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 22 Hydraulikmedium angesaugt wird. Durch einen Pfeil 33 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 23 Hydraulikmedium herausgefördert wird. Im Bereich des Anschlusses 21 ist ein erster Dichtspalt zwischen dem Rotationskolben 12 und der Gehäusemantelfläche 5 ausgebildet.
In Figur 4 befindet sich der Kolben 12 bei dreißig Grad. Der Kurbelzapfen 25 befindet sich bei sechzig Grad. Durch einen Pfeil 35 ist die weitere
Drehbewegung des Kolbens 12 angedeutet. Durch den Anschluss 22 wird in Figur 4 weder Hydraulikmedium angesaugt noch hinausgefördert. Durch einen
Pfeil 37 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 23 weiter Hydraulikmedium herausgefördert wird. Durch einen Pfeil 38 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 21 Hydraulikmedium angesaugt wird. In Figur 5 befindet sich der Kolben 12 bei sechzig Grad. Der Kurbelzapfen 25 befindet sich bei einhundertzwanzig Grad. Durch einen Pfeil 41 ist die weitere Drehbewegung des Rotationskolbens 12 angedeutet. Durch einen Pfeil 42 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 21 weiterhin Hydraulikmedium angesaugt wird. Durch einen Pfeil 43 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 22
Hydraulikmedium herausgefördert wird. Im Bereich des Anschlusses 23 ist zwischen dem Kolben 12 und der Gehäusemantelfläche 5 ein zweiter Dichtspalt ausgebildet.
In Figur 6 befindet sich der Kolben 12 bei neunzig Grad. Der Kurbelzapfen 25 befindet sich bei einhundertachtzig Grad. Durch einen Pfeil 45 ist die weitere
Drehbewegung des Kolbens 12 angedeutet. Durch einen Pfeil 46 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 22 Hydraulikmedium herausgefördert wird. Durch einen Pfeil 47 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 23 Hydraulikmedium angesaugt wird. Über den Anschluss 21 wird in Figur 6 weder angesaugt noch hinausgefördert.
In Figur 7 befindet sich der Kolben 12 bei einhundertzwanzig Grad. Der
Kurbelzapfen 25 befindet sich bei zweihundertvierzig Grad. Durch einen Pfeil 51 ist die weitere Drehbewegung des Kolbens 12 angedeutet. Durch einen Pfeil 52 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 23 Hydraulikmedium angesaugt wird. Durch einen Pfeil 53 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 21
Hydraulikmedium herausgefördert wird. Im Bereich des Anschlusses 22 ist zwischen dem Kolben 12 und der Gehäusemantelfläche 5 ein dritter Dichtspalt ausgebildet.
In Figur 8 befindet sich der Kolben 12 bei einhundertfünfzig Grad. Der
Kurbelzapfen 25 befindet sich bei dreihundert Grad. Durch einen Pfeil 55 ist die weitere Drehbewegung des Kolbens 12 angedeutet. Durch einen Pfeil 56 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 22 Hydraulikmedium angesaugt wird. Durch den Anschluss 23 wird in Figur 8 weder Hydraulikmedium angesaugt noch herausgefördert. Durch einen Pfeil 58 ist angedeutet, dass durch den
Hydraulikanschluss 21 Hydraulikmedium herausgefördert wird.
In Figur 9 befindet sich der Kolben 12 bei hundertachtzig Grad. Der Kurbelzapfen 25 befindet sich bei sich bei dreihundertsechzig Grad. Durch einen Pfeil 61 ist die weitere Drehbewegung des Kolbens 12 angedeutet. Durch einen Pfeil 62 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 22 Hydraulikmedium angesaugt wird. Durch einen Pfeil 63 ist angedeutet, dass durch den Anschluss 23
Hydraulikmedium herausgefördert wird. Im Bereich des Anschlusses 21 bildet das, bezogen auf Figur 3, andere Ende des Kolbens 12 wieder den ersten Dichtspalt aus.
Im vorangegangenen Beschreibungstext wird der Begriff angesaugt für einen Pumpbetrieb der Rotationskolbenmaschine verwendet. In einem Motorbetrieb würde Hydraulikmedium nicht angesaugt sondern hineingedrückt.

Claims

Ansprüche
1. Rotationskolbenmaschine (20) mit einem Rotationskolben (12), der in einem Gehäuse (3) mit einer Gehäusemantelfläche (5) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusemantelfläche (5), in einem Querschnitt betrachtet, die Gestalt einer Zykloide und der Rotationskolben (12), in einem Querschnitt betrachtet, die Gestalt einer geschlossenen ovalen Kurve aufweist.
2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusemantelfläche (5), im Querschnitt betrachtet, die Gestalt eines Dreiecks mit konvexen Seiten und abgerundeten Ecken aufweist.
3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt des Rotationskolbens, im Querschnitt betrachtet, einen größten Durchmesser (16) aufweist, der senkrecht zu einem kleinsten Durchmesser (17) angeordnet ist, wobei sich die beiden Durchmesser (16,17) in einem Mittelpunkt (18) der geschlossenen ovalen Kurve schneiden.
4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt des Rotationskolbens (12) so an die Gehäusemantelfläche (5) angepasst ist, dass im Betrieb der Rotationskolbenmaschine (20) insgesamt drei Dichtspalte zwischen Rotationskolben (12) und der
Gehäusemantelfläche (5) ausgebildet werden.
5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Dichtspalten von dem Rotationskolben (12) und der
Gehäusemantelfläche (5) drei Arbeitsräume der Rotationskolbenmaschine (20) begrenzt werden, denen jeweils ein Anschluss (21, 22, 23) der
Rotationskolbenmaschine (20) zugeordnet ist.
6. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (12) ein zentrales Kolbenritzel (8) mit einer Außenverzahnung aufweist, die sich mit einer Innenverzahnung eines gehäusefesten Hohlrads (10) in Eingriff befindet.
7. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (12) exzentrisch zu einer Gehäuselängsachse (6) drehbar gelagert ist.
8. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Durchmesserverhältnis zwischen einem
Durchmesser des Kolbenritzels (8) und einem Durchmesser des
gehäusefesten Hohlrads (10) zwei zu drei beträgt.
9. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Zähnezahlverhältnis zwischen dem Kolbenritzel (8) und dem gehäusefesten Hohlrad (10) zwei zu drei beträgt.
10. Rotationskolben (12) oder Gehäuse (3) für eine Rotationskolbenmaschine (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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