EP1527256B1 - Drehkolbenmaschinen mit verschiebbarem innengehäuse - Google Patents

Drehkolbenmaschinen mit verschiebbarem innengehäuse Download PDF

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EP1527256B1
EP1527256B1 EP03783956.0A EP03783956A EP1527256B1 EP 1527256 B1 EP1527256 B1 EP 1527256B1 EP 03783956 A EP03783956 A EP 03783956A EP 1527256 B1 EP1527256 B1 EP 1527256B1
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inner housing
rotors
housing
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rotary piston
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Felix Arnold
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C3/00—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members
    • F01C3/06—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
    • F01C3/08—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C3/085—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing the axes of cooperating members being on the same plane
    • 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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C9/00—Oscillating-piston machines or engines
    • F01C9/005—Oscillating-piston machines or engines the piston oscillating in the space, e.g. around a fixed point
    • 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
    • F04C2230/00—Manufacture
    • F04C2230/60—Assembly methods
    • F04C2230/601—Adjustment

Definitions

  • the invention is based on a rotary piston engine according to the preamble.
  • a rotary engine is eg from the GB A-1472291 known. of the main claim. It is also known to manufacture rotary engines with power and shut-off parts arranged at an angle to each other, in which the rotors, at least one power and one shut-off part each, assume a spherical volume ( DE 42 41 320 C 2 ) or the volume of a spherical disk ( 198 37 729 A1 ).
  • the rotary piston engine according to the invention with inner housing with the characterizing features of the main claim has the advantage that takes place by the freely movable in the axial and radial directions of the inner housing, a centering of the inner housing relative to the rotors, so that the gap dimensions between the mutually movable and sealingly arranged components of the rotary piston engine (power unit, shut-off, inner housing) are averaged, whereby the gap losses are reduced.
  • the rotors having a spherical outer shape which are centered via a shaft on the one hand, for example, the drive shaft of a motor flanged to the rotary piston engine (power part), and the control head of the rotary piston engine (shut-off part) of an inner housing with a Spherical recess are included, which with a cylindrical bore which merges into the spherical recess, freely movable, the rotor, which is arranged centered on the shaft of the control head, receives.
  • the spherical recess serves to receive the arranged on the shaft, at an axial angle in the seated on the shaft of the control head a rotor engaging another rotor.
  • An opening in the spherical part of the inner housing serves to pass the shaft and the shaft of the rotor mounted thereon (power unit).
  • the inner housing is prevented from dodging away from the control head, for example via a, the shaft of the rotor rotating shaft with the cone, and a freely movable in the axial and radial directions against rotation, for example, by externally disposed on the inner housing springs, which in recesses on Intervene outer housing, prevented from co-rotating.
  • a pressure equalization between the inside and outside of the inner housing is generated, so that between inner housing and housing the same pressure is applied as within the Inner housing or so that the pressure between the housing and the inner housing is higher than the static pressure in Gap between the outer circumferential surface of the rotors and the inner surface of the inner housing in forming gap flow, so that in this way an additional sealing effect is achieved by the inner casing is pressed by the resulting pressure forces on all sides of the rotors.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the rotors and the rotors unrestricted inner casing can be pressed against each other for example via an adjusting ring and a spring ring in the axial direction, so that the gap flows between the individual chambers formed by the rotors and between in the spherical recess lying rotor and the inner housing can be additionally reduced.
  • the shut-off part 2 is rotatable about the shaft with a bore 4 of the control head 5 receiving bore Longitudinal axis of the shaft 4 is arranged.
  • the power part 3 has on the shut-off part 2 side facing a central spherical recess for receiving the control head 5.
  • the shaft of the power unit 3, is fixed by means of a feather key 6 and a shaft extension 7 on the shaft of a motor 8. Via a flange 9, the housing 10 is fixed to the motor 8.
  • the two rotors (shut-off part 2 and power part 3), which are fixed in position via the shaft 4 of the control head 5 and via the shaft of the motor 8, are displaceable by an axially and radially displaceable inner housing 1, which forms a spherical recess has transitional cylindrical bore for receiving the rotors (Absperrteil 2 and power section 3) comprises.
  • springs 11 are formed on the outside of the inner housing 1, which engage in recesses 12 of the building 10.
  • a cone 13 is arranged, which prevents the movement of the inner housing 1 away from the control head 5.

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  • Reciprocating Pumps (AREA)
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Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Drehkolbenmaschine nach dem Oberbegriff. Eine solche Drehkolbenmaschine ist z.B. aus der GB A-1472291 bekannt. des Hauptanspruchs. Es ist auch bekannt, Drehkolbenmaschinen mit achswinklig zueinander angeordneten Leistung- und Absperrteilen herzustellen, bei denen die Rotoren, mindestens jeweils ein Leistungs- und ein Absperrteil, ein sphärisches Volumen einnehmen ( DE 42 41 320 C 2 ) oder dem Volumen einer Kugelscheibe entsprechen ( 198 37 729 A1 ).
  • Derartige Maschinen weisen jedoch den Nachteil auf, dass insbesondere bei kleiner werdenden Gesamtabmessungen, die Spaltverluste zwischen den mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagten Bereichen im Inneren solcher Maschinen, welche als Pumpen oder Motoren verwendet werden können, zunehmen und es durch Methoden, wie das Herstellen von Bauteilen mit geringeren Toleranzen zu einem unverhältnismäßigen Steigern des Fertigungsaufwandes zur Herstellung präzise ineinandergreifender Rotoren und dazugehöriger Gehäuse kommt, wodurch der notwendige Aufwand zur Zentrierung der Rotoren zueinander exponentiell zunimmt, und es nicht möglich ist diese Spaltverluste mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu reduzieren.
    • Die Erfindung und ihre Vorteile
  • Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine mit Innengehäuse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die in axialer und radialer Richtung frei verschiebbare Anordnung des Innengehäuses, eine Zentrierung des Innengehäuses relativ zu den Rotoren erfolgt, so dass die Spaltmaße zwischen den zueinander beweglich und dichtend angeordneten Bauteilen der Drehkolbenmaschine (Leistungsteil, Absperrteil, Innengehäuse) gemittelt werden, wodurch die Spaltverluste verringert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die eine sphärische äußere Form aufweisenden Rotoren, welche über eine Welle einerseits, beispielsweise die Antriebswelle eines an die Drehkolbenmaschine angeflanschten Motors (Leistungsteil), und der Steuerkopf der Drehkolbenmaschine andererseits (Absperrteil) zentriert sind, von einem Innengehäuse mit einer sphärischen Ausnehmung umfasst werden, welches mit einer zylindrischen Bohrung die in die sphärische Ausnehmung übergeht, frei beweglich den Rotor, welcher auf dem Schaft des Steuerkopfs zentriert angeordnet ist, aufnimmt. Die sphärische Ausnehmung dient der Aufnahme des auf der Welle angeordneten, unter einem axialen Winkel in den auf dem Schaft des Steuerkopfes sitzenden einen Rotor eingreifenden anderen Rotors. Eine Öffnung im sphärischen Teil des Innengehäuses dient zur Hindurchführung der Welle und des Schafts des darauf befestigten Rotors (Leistungsteil). Zusätzlich wird das Innengehäuse am Ausweichen weg vom Steuerkopf gehindert, beispielsweise über einen, den Schaft des mit der Welle rotierenden Rotors umfassenden Konus, und über eine in axialer und radialer Richtung frei verschiebbare Verdrehsicherung, beispielsweise durch außen am Innengehäuse angeordnete Federn, welche in Ausnehmungen am Außengehäuse eingreifen, am Mitrotieren gehindert. Durch Öffnungen über einen Teil des Umfanges am Innengehäuse, welche je nach Betriebsart als Ein- oder Auslass des Förder- oder Antriebsfluides dienen, wird ein Druckausgleich zwischen Innenseite und Außenseite des Innengehäuses erzeugt, so dass zwischen Innengehäuse und Gehäuse derselbe Druck anliegt, wie innerhalb des Innengehäuses bzw. so, dass der Druck zwischen Gehäuse und Innengehäuses höher ist, als der statische Druck im Spalt zwischen der äußeren Mantelfläche der Rotoren und der Innenfläche des Innengehäuses bei sich ausbildender Spaltströmung, so dass hierdurch eine zusätzliche Dichtwirkung erreicht wird, indem das Innengehäuse durch die resultierenden Druckkräfte allseitig auf die Rotoren gedrückt wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rotoren und das die Rotoren ungreifende Innengehäuse beispielsweise über einen Einstellring und einen Federring in axialer Richtung gegeneinander gepresst werden können, so dass die Spaltströmungen zwischen den einzelnen, durch die Rotoren gebildeten Kammern und zwischen dem in der sphärischen Ausnehmung liegenden Rotor und dem Innengehäuse zusätzlich verringert werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beispielsbeschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die Rotoren einer Drehkolbenmaschine, das Absperrteil 2 und das Leistungsteil 3, greifen unter einem axialen Winkel ineinander, so dass Kammern mit über den Drehwinkel veränderlichem Volumen zur Förderung von Fluiden oder Gasen zwischen Absperrteil 2 und Leistungsteil 3 gebildet werden. Das Absperrteil 2 ist mit einer den Schaft 4 des Steuerkopfes 5 aufnehmenden Bohrung drehbar um die Längsachse des Schafts 4 angeordnet. Das Leistungsteil 3 weist auf der dem Absperrteil 2 zugewandten Seite eine zentrale sphärische Ausnehmung zur Aufnahme des Steuerkopfes 5 auf. Der Schaft des Leistungsteils 3, ist mittels einer Passfeder 6 und einer Wellenverlängerung 7 auf der Welle eines Motors 8 befestigt. Über einen Flansch 9 ist das Gehäuse 10 am Motor 8 befestigt. Die beiden Rotoren (Absperrteil 2 und Leistungsteil 3), die über den Schaft 4 des Steuerkopfes 5 und über die Welle des Motors 8 in ihrer Lage fixiert sind, werden von einem in axialer und radialer Richtung verschiebbaren Innengehäuse 1, welches eine in eine sphärische Ausnehmung übergehende zylindrische Bohrung zur Aufnahme der Rotoren (Absperrteil 2 und Leistungsteil 3) aufweist, umfasst. Um ein Mitrotieren des Innengehäuses 1 zu verhindern, sind an der Außenseite des Innengehäuses 1 Federn 11 ausgebildet, die in Ausnehmungen 12 des Gebäudes 10 greifen. Über dem Schaft des Leistungsteils 3 ist ein Konus 13 angeordnet, welcher die Bewegung des Innengehäuses 1 weg vom Steuerkopf 5 verhindert. Über Einstellringe 14 und einem Federring 15 werden Absperrteil 2, Leistungsteil 3 und Innengehäuse 1 in axialer Richtung aneinandergepresst. Durch freie Verschiebbarkeit des Innengehäuses 1, relativ zu den Rotoren 2 und 3, werden Fertigungstoleranzen der gesamten Baugruppe, insbesondere des Absperrteils 2 und Leistungsteils 3 gemittelt und hierdurch Spaltströmungen verringert. Durch Öffnungen 16 im Innengehäuse 1, wird der Arbeitsdruck der Drehkolbenmaschine in den Raum zwischen Gehäuse 10 und Innengehäuse 1 übertragen. Hierdurch entsteht eine zusätzliche Anpresskraft des Innengehäuses 1 in radialer und axialer Richtung an das Absperrteil 2 und Leistungsteil 3. Zur Verhinderung des Austritts des Förderfluides aus dem Gehäuse 10 ist zwischen Flansch 9 und der Welle des Motors 8 eine Gleitringdichtung 17 angeordnet.
    • Bezugszahlenliste
  • 1 Innengehäuse
    2 Absperrteil
    3 Leistungsteil
    4 Schaft
    5 Steuerkopf
    6 Passfeder
    7 Wellenverlängerung
    8 Motor
    9 Flansch
    10 Gehäuse
    11 Feder
    12 Ausnehmung
    13 Konus
    14 Einstellring
    15 Federring
    16 Öffnung
    17 Gleitringdichtung

Claims (2)

  1. Drehkolbenmaschine mit: einem Gehäuse (10) mindestens zwei ineinandergreifenden Rotoren (2, 3) und, einem Innengehäuse mit folgenden Merkmalen
    - einer in eine sphärische Ausnehmung übergehenden zylindrischen Bohrung zur Aufnahme der unter einem axialen Winkel zueinander angeordneten Rotoren (2, 3),
    - einer Öffnung in der sphärischen Ausnehmung zur Hindurchführung eines Schaftes des auf einer Welle (7) angeordneten Rotors (3), - wobei die Rotoren (2, 3) eine sphärische Form aufweisen, wobei der eine Rotor über die Welle (7) und der andere Rotor auf einem Schaft eines Steuerkopfes angeordnet und über diesen zentriert ist, gekennzeichnet dadurch dass
    - das Innengehäuse in axialer und radialer Richtung relativ zu den Rotoren (2,3) frei verschiebbar vorgesehen ist , wobei dadurch eine Zentrierung des Innengehäuses relativ zu den Rotoren erfolgt,
    und durch,
    - eine Verdrehsicherung (11, 12) des Innengehäuses (1) gegenüber dem Gehäuse (10),
    - eine Einrichtung (13) zur Verhinderung einer Bewegung des Innengehäuses (1) in axialer Richtung weg von den Rotoren (2,3) und
    - mindestens eine Öffnung (16) im Innengehäuse (1) an der Stelle, an der der Fluidstrom am Außenradius der Rotoren (2,3) ein-oder austritt, für die Übertragung des Druckes des Fluidstromes auf die Räume außerhalb des Innengehäuses (1) zur Erzeugung eines zusätzlichen Anpressdrucks zwischen Innengehäuse (1) und Rotoren (2,3) zur Minimierung der Spaltströmungen.
  2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14,15) zum Aneinanderpressen der Rotoren (2,3) und des Innengehäuses (1) in axialer Richtung.
EP03783956.0A 2002-08-02 2003-08-04 Drehkolbenmaschinen mit verschiebbarem innengehäuse Expired - Lifetime EP1527256B1 (de)

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EP1527256A1 EP1527256A1 (de) 2005-05-04
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