FLUEGELZELLENMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenmaschine zur Expansion oder Kompression von gasförmigen Medien, wie Luft, Abgasen einer Verbrennungsmaschine, dampfförmigen Medien oder einer Mischung hieraus.

[0002] Aus der DE 201 17 224 U1 ist eine Flügelzellenmaschine bekannt. Um den Expansionsverlauf thermischen Anforderungen besser anpassen zu können und um ein Flügelzellenmaschine mit niedrigen Herstellungskosten herstellen zu können, wird eine Flügelzellenmaschine mit Flügelzelleneinheiten vorgeschlagen, die in Drehrichtung sich vergrößernde und verkleinernde Zellvolumina aufweist.

[0003] Aus der US 2 463 155 A und DE 102 27 234 A1 ist jeweils eine gattungsgemäße Flügelzellenmaschine bekannt.

[0004] Aus der US 5 385 458 A ist ein Drehschieberverdichter bekannt, bei dem Schlitze in seinen Kreisscheiben sowie jeder Schieber zumindest an seinem dem Gehäuse der Flügetzellenmaschine zugewandten Ende kreisbogenförmig gestaltet sind und sich somit der radial äußere Teil jedes Schiebers mindestens in einem kreisbogenförmigen Schlitz einer ersten Kreisscheibe und in einem kreisbogenförmigen Schlitz einer zweiten Kreisscheibe bewegt. Nur auf einer axialen Seite des Rotors sind an einer axialen Position der Welle Haltearme angebracht. Auf der anderen axialen Seite des Rotors ist der Antrieb vorgesehen.

[0005] Der Efindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine zuverlässige und effiziente Flügelzellenmaschine mit einer Vielzahl von Schiebern und Kammern auf engstem Raum bereitzustellen.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0007] Die erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine dient der Expansion oder Kompression von gasförmigen Medien, wie insbesondere Luft, Abgasen einer Verbrennungsmaschine mit einer Temperatur von bis zu 500° C, dampfförmigen Medien oder einer Mischung hieraus. Das Gehäuse weist einen zylindrischen Raum sowie eine
Einlassöffnung und eine Auslassöffnung in dem zylindrischen Raum und eine in Bezug auf die Mittelpunktsachse des Gehäuses parallelverschoben bzw. exzentrisch angeordnete Welle auf. Ferner weist die Flügelzellenmaschine mindestens eine erste und eine zweite auf der Welle parallelversetzt zueinander angeordnete Kreisscheibe und von den Kreisscheiben geführte und in Richtung auf die innere Wand des Gehäuses verschiebbare Schieber auf, wobei jeweils unter Beteiligung von zwei benachbarten Schiebern, des angrenzenden Bereichs der inneren Wand des Gehäuses eine Flügelzelle gebildet ist und sich das Volumen der Flügelzellen im Bereich der Einlassöffnung von dem Volumen der Flügelzellen im Bereich der Auslassöffnung unterscheidet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jede der Kreisscheiben eine Mehrzahl kreisbogenförmiger Schlitze aufweist. Jeder der Schieber ist zumindest an seinem dem Gehäuse der Flügelzellenmaschine zugewandten Ende kreisbogenförmig gestaltet. Der kreisbogenförmige Teil jedes Schiebers bewegt sich in mindestens einem kreisbogenförmigen Schlitz einer ersten Kreisscheibe und in einem kreisbogenförmigen Schlitz einer zweiten Kreisscheibe. Erfindungsgemäß ist zudem jeder Schieber jeweils von mindestens zwei Haltearmen auf einem Teilstück einer Kreisbahn und in mindestens zwei der kreisbogenförmigen Schlitze geführt.

[0008] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen die Realisierung einer Flügelzellenmaschine, die eine Vielzahl von Schiebern und damit einer Vielzahl von Kammern auf engstem Raum aufweist. Dennoch ist eine zuverlässige Führung ohne ein Verkanten der Schieber in den Schlitzen gewährleistet.

[0009] Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flügelzellenmaschine eine Ausgleichsvorrichtung aufweist, die jeden der Schieber in Richtung auf die innere Wand des Gehäuses auslenkt. Dies geschieht derart, dass das der inneren Wand des Gehäuses zugewandte Ende des Schiebers trotz seiner Drehung um die exzentrische Drehachse der Welle eine Kreisbahn um die Mittelpunktsachse der Flügelzellenmaschine beschreibt.

[0010] Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine ist vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung derart bemessen ist, dass das der inneren Wand des Gehäuses zugewandte Ende des Schiebers dicht aber berührungsfrei an der inneren Wand des Gehäuses der Flügelzellenmaschine vorbeigleitet.

[0011] Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der Schieber mit einem Führungsarm versehen ist und der Führungsarm einen Führungsbolzen aufweist. Der Führungsbolzen fluchtet mit dem Ende des Schiebers, das der inneren Wand des Gehäuses zugewandt ist. Der Führungsbolzen ruht an seinem dem Führungsarm abgewandten Ende in der einzigen Pleuelbohrung einer Pleuelstange.

[0012] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pleuelstange mit einem Pleuelfuß versehen ist, der zwischen der äußersten und der innersten Fläche eines Kreisrings geführt wird.

[0013] Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung eine auf der exzentrischen Welle befestigte Kreisscheibe und den Kreisring aufweist. Der Kreisring ist derart mit der Kreisscheibe mechanisch verbunden, dass der Mittelpunkt des Kreisrings auf der Mittelpunktsachse der Flügelzellenmaschine liegt.

[0014] Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kreisscheibe und der Kreisring über eine oder mehrere stufenförmige Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden sind.

[0015] In technisch einfacher Weise kann durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht werden, dass die Schieber in einem vorbestimmten Abstand von der Innenseite der Außenwand des Gehäuses der Flügelzellenmaschine an dieser berührungsfrei vorbeigleiten. Der Abstand ist bevorzugt derart bemessen, dass es nur zu einem geringen Druckausgleich über den Spalt zwischen Schieber und Außenwand kommt.

[0016] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Haltearme eines ersten Schiebers jeweils auf der ersten Seite der Kreisscheiben und die Haltearme des unmittelbar dem ersten Schieber benachbarten zweiten Schiebers jeweils auf der zweiten Seite der Kreisscheiben drehbar befestigt sind.

[0017] Hierdurch können die Schieber dichter zusammengebracht werden, so dass die Abmessungen der Flügelzellenmaschine weiter verringert werden können.

[0018] Die erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung von nicht notwendigerweise maßstäblichen Zeichnungen näher beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:

Figur 1

eine erste Teilansicht der erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine in schematischer Darstellung;

Figur 2

die Rückseite einer der in Figur 1 dargestellten Kreisscheiben in schematischer Darstellung;

Figur 3

eine Schiebervorrichtung mit einem kreisbogenförmigen Schieber der Figur 1 in schematischer, detaillierterer Darstellung;

Figur 4

einen schematischen Längsschnitt im Bereich zwischen den zwei in Figur 1 dargestellten Schiebern;

Figur 5

einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine im Bereich einer Kreisscheibe;

Figur 6

einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine im Bereich eines zentrisch angeordneten Kreisrings; und

Figur 7

eine erfindungsgemäße Ausgleichsvorrichtung mit dem zentrisch angeordneten Kreisring.

[0019] Die in Figur 1 dargestellte Teilansicht 100 der erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine 500 in perspektivischer Darstellung und schematischer Form zeigt eine in der nachfolgend dargestellten Flügelzellenmaschine exzentrisch angeordnete Welle 101, eine erste Kreisscheibe 102 und eine zweite Kreisscheibe 103. Die erste und die zweite Kreisscheibe 102 und 103 sind identisch und auf der Welle 101 in beabstandeter Weise "aufgereiht". Sie sind jeweils drehfest auf der Welle 101 befestigt (nicht dargestellt). In Figur 1 sind beispielhaft lediglich zwei Schieber 104 und 105 von zwölf identischen Schiebern dargestellt.

[0020] Figur 2 zeigt die Rückseite 200 der in Figur 1 dargestellten zweiten Kreisscheibe 103. Die Kreisscheibe 103 weist Schlitze 201 bis 212 auf, die jeweils zum Mittelpunkt der Kreisscheibe hin geschlossen und zum Rand der Kreisscheibe hin offen sind. Die Schlitze sind jeweils kreisbogenförmig und haben dieselben Abmessungen. Die zwölf Schlitze 201 bis 212 sind gleichmäßig auf der Kreisscheibe 103 verteilt, d.h. alle 30 Grad ist ein Schlitz in der Kreisscheibe 103 zur Aufnahme jeweils eines identischen, ebenfalls kreisbogenförmigen Schiebers bzw. eines Schiebers mit kreisbogenförmigem Querschnitt 109, 109a vorgesehen. Die Kreisscheibe 103 weist in ihrem Mittelpunkt eine Bohrung 220 zur Aufnahme der Welle 101 auf. Zwischen zwei kreisbogenförmigen Schlitzen 201, 202, ... ist jeweils eine Bohrung 231 bis 242 zur Befestigung jeweils eines um die betreffende Bohrung drehbaren Haltearms 110 vorgesehen. Die Bohrungen 231 bis 242 haben jeweils denselben Durchmesser und verlaufen parallel zur Bohrung 220.

[0021] Figur 3 zeigt den kreisbogenförmigen Schieber 104 bzw. die Schiebervorrichtung 300 der Figur 1 in schematischer, detaillierterer Darstellung. Alle anderen in Figur 1 nicht dargestellten Schieber bzw. Schiebervorrichtungen, die in den kreisbogenförmigen Schlitzen 202 bis 212 geführt sind, entsprechen dem Schieber 104 bzw. der Schiebervorrichtung 300, d.h. alle Schieber bzw. Schiebervorrichtungen sind identisch. Der Schieber 104 bzw. die Schiebervorrichtung 300 ist zwischen zwei benachbarten, auf gleicher Höhe befindlichen kreisbogenförmigen Schlitzen 212 der in Figur 1 dargestellten Kreisscheiben 102 und 103 geführt. An dem kreisbogenförmigen Schieber 104 sind an dem ersten Ende drei hakenförmige bzw. gekröpfte Haltearme 110, 310 und 320 angelenkt. An dem dem kreisbogenförmigen Schieber 104 abgewandten Ende weisen die Haltearme 110, 310 und 320 jeweils eine parallel zum Schieber 104 verlaufende Durchgangsbohrung 301 auf, die jeweils von einem runden Führungsstab 330b durchstoßen wird. Der Mittelpunkt jeder der Bohrungen 301 und das den Haltearmen 110, 310 und 320 abgewandte Ende des Schiebers 104 sind dergestalt, dass ein von der Mittelpunktsachse 501 der Flügelzellenmaschine 500 ausgehender, gedachter Radius-Vektor r genau an dem Ende des Schiebers 104 endet, das den Haltearmen 110, 310 und 320 abgewandt ist.

[0022] In Figur 1 ist beispielhaft ein einziger Haltearm 110 dargestellt, der eine hakenförmige bzw. gekröpfte Form aufweist und an seinem ersten Ende an dem Schieber 104 befestigt ist. Das zweite Ende des Haltearms 110 weist eine Bohrung 301 auf, die denselben Durchmesser wie die Bohrungen 231 bis 242 hat. Durch die Bohrungen 240 und 301 greift der Führungsstab 330b, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Schieber 104 bewegt sich während des Betriebs der Flügelzellenmaschine 500 um den Führungsstab 330b und auf einem Teilstück einer Kreisbahn, deren Mittelpunkt in der Mittelpunktsachse des Führungsstabs 330b liegt. Der Schieber 104 wird durch die Haltearme 110, 310, 320 (vgl. Fig. 3) auf dem Teilstück der Kreisbahn geführt und bewegt sich aufgrund der Haltearme ohne zu verkanten in den kreisbogenförmigen Schlitzen (vgl. Figuren 1 und 2). Entsprechendes gilt in analoger Weise auch für die anderen Schieber.

[0023] Figur 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt 400 parallel zur Längsachse der Welle 101 im Bereich zwischen den zwei in Figur 1 dargestellten Schiebern 104 und 105.

[0024] Der Schieber 104 bewegt sich aufgrund der Haltearme ohne zu verkanten in den kreisbogenförmigen Schlitzen 212 der Kreisscheiben 102, 103 und weiteren in Figur 1 nicht dargestellten Kreisscheiben 401 und 402. Die Kreisscheiben 401 und 402 sind identisch mit den Kreisscheiben 102 und 103. Am Schieber 104 sind die in Figur 3 dargestellten Haltearme 110, 310 und 320 vorgesehen. An ihren dem Schieber 104 abgewandten Ende weisen die Haltearme 110, 310 und 320 jeweils die in Figur 4 nicht dargestellte Bohrung 301 auf. Die Bohrungen 301 der Haltearme 110, 310, 320 sind von dem Führungsstab 330b durchgriffen. Der Führungsstab 330b nimmt die Kräfte des Schiebers auf und durchgreift ferner die Bohrung 240 der Kreisscheibe 103 und die entsprechenden Bohrungen in den Kreisscheiben 102, 401, und 402.

[0025] Der Schieber 105 bewegt sich aufgrund der entsprechenden Haltearme (nicht dargestellt) ohne zu verkanten in den kreisbogenförmigen Schlitzen 211 der Kreisscheiben 102, 103 und den Kreisscheiben 401 und 402. Am Schieber 105 sind dem Schieber 104 entsprechende Haltearme 110a, 310a und 320a vorgesehen. An ihren dem Schieber 105 abgewandten Ende weisen die Haltearme 110a, 310a und 320a jeweils die in Figur 4 nicht dargestellte Bohrung 301 auf. Die in Figur 4 nicht dargestellten Bohrungen 301 der Haltearme 110a, 310a, 320a sind von dem Führungsstab 330c durchgriffen. Der Führungsstab 330c durchgreift ferner die Bohrung 239 der Kreisscheibe 103 und die entsprechenden Bohrungen in den Kreisscheiben 102, 401, und 402.

[0026] Ferner sind in Figur 4 noch Schieber 410 und 420 und deren Haltearme vollständig oder teilweise dargestellt. Diese entsprechen den bereits beschriebenen Schiebern und Haltearmen.

[0027] Aus Figur 4 ist insbesondere ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine 500 bei entsprechend langer Welle 101 sehr flexibel auch in Längsrichtung verlängerbar ist und damit in einfacher Weise an die konkret zu erbringende mechanische Leistung angepasst werden kann. Dies wird erreicht durch die Aneinanderreihung einer entsprechenden Anzahl von beabstandeten Kreisscheiben auf der Welle 101 und durch die Wahl entsprechend langer Schieber. Ferner kann die von der erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine zu erbringende mechanische Leistung flexibel an die konkreten Bedürfnisse angepasst werden, indem der Durchmesser der Kreisscheiben vergrößert oder verkleinert und/oder die Anzahl der Schieber auf den Kreisscheiben erhöht oder reduziert wird.

[0028] Die Schieber sind aufgrund der verwendeten Haltearme keiner Flankenbelastung ausgesetzt. Dies verringert in Verbindung mit der Aussparung der Schieber in den kreisbogenförmigen Schlitzen den Verschleiß und erhöht damit die Lebensdauer und den Wirkungsgrad.

[0029] Figur 5 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine 500 quer zur Welle 101 im Bereich der in den Figuren 1 und dargestellten Kreisscheibe 103. Dargestellt ist in Figur 5 die Flügelzellenmaschine 500, die Kreisscheibe 103, kreisbogenförmige Schieber 104 bis 115, die in kreisbogenförmigen Schlitzen 201 bis 212 (teilweise dargestellt) ausgespart sind, die Haltearme 310, 320a etc. der kreisbogenförmigen Schieber 104, 105 etc. im Bereich der Kreisscheibe 103, die exzentrisch in der Flügelzellenmaschine angeordnete Welle 101, die Drehachse 106 der Welle 101, die Mittelpunktsachse 501 der Flügelzellenmaschine 500, die Führungsstäbe 330b bis 330m, die Außenwand 505 und die Innenwand 506 der Flügelzellenmaschine 500 mit Kanälen zur Ölschmierung und Abdichtung für die kreisbogenförmigen Schieber 104, 105 etc.

[0030] Die zwölf in Figur 5 dargestellten Haltearme 310, 320a, .... der zwölf Schieber 104 bis 115 befinden sich abwechselnd oberhalb und unterhalb der Kreisscheibe 103. Dies gilt in entsprechender Weise auch für die Haltearme der Schieber 104 bis 115 im Bereich der Kreisscheibe 102 und den weiteren Kreisscheiben 401 und 402, wie in Figur 4 angedeutet (die in Figur 4 dargestellten Führungsstäbe 330d, 330c, 330b und 330m befinden sich tatsächlich nicht in derselben Schnittebene, sondern liegen in unterschiedlichen Ebenen, wie insbesondere aus Figur 2 unmittelbar ersichtlich). Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass sich auch unmittelbar benachbarte Schieber und deren Haltearme bei der Bewegung der zugeordneten Schieber nicht behindern und daher eine große
Anzahl an Schiebern auf den Kreisscheiben vorgesehen werden kann. Dies ermöglicht eine kleinbauende Flügelzellenmaschine mit kompakten Abmessungen bei einer dennoch großen Zahl von Entspannungs- oder Kompressionskammern, die jeweils zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schiebern, der angrenzenden Außenwand 505 und der angrenzenden Innenwand 506 der Flügelzellenmaschine 500 gebildet werden.

[0031] Ein in die Einlassöffnung 510 der Flügelzellenmaschine 500 einströmendes Gas oder Gasgemisch dreht die Kreisscheiben und die von ihnen geführten kreisbogenförmigen Schieber, deren konkave Seite jeweils in die Richtung des einströmenden Gases oder Gasgemischs weist, und treibt hierbei die Welle 101 zur Verrichtung mechanischer Arbeit oder zur Erzeugung elektrischer Arbeit an (nicht dargestellt). Aufgrund der exzentrischen Anordnung der Welle 101 relativ zur Mittelpunktsachse 501 der Flügelzellenmaschine 500, vergrößert sich der Abstand zwischen der Innenwand 506 und der Außenwand 505 der Flügelzellenmaschine 500. Damit vergrößert sich das zwischen zwei benachbarten Schiebern eingeschlossene Volumen auf dem Weg von der Einlassöffnung 510 zur Auslassöffnung 520 und das Gas oder Gasgemisch wird auf seinem Weg entspannt. Die Schieber und deren Haltearme verschwenken hierbei jeweils entlang eines Teilstücks einer Kreisbahn um den ihnen zugeordneten Führungsstab und legen sich an die Innenseite der Außenwand 505 an.

[0032] Wie die Schieber 104 bis 115 dicht an die Innenseite der Außenwand 506 gebracht werden, ohne sie jedoch zu berühren, wird nachfolgend anhand der Figuren 3, 6 und 7 beschrieben. Eine dichte aber berührungsfreie Führung der Schieber an die Innenseite der Außenwand 506 ist wichtig, um eine ungestörte, reibungsfreie Drehung der Kreisscheiben bei geringen Druckverlusten über den Spalt zwischen der Innenseite der Außenwand 506 und die betreffenden Schieber hin zur in Drehrichtung nächsten Druckkammer zu ermöglichen. Eine Druckkammer befindet sich jeweils zwischen zwei benachbarten Schiebern.

[0033] Wie in Figur 3 dargestellt, weisen die erfindungsgemäßen Schiebervorrichtungen 300 ferner einen Führungsarm 340 auf, der an dem gekröpften Teil des Haltearms 320 angebracht ist und dessen zweites Ende 350 in einer Flucht mit dem Ende des Schiebers 104 liegt. Zwischen dem Schieber 105 und dem Führungsarm befindet sich die in Figur 6 dargestellte Abtrennplatte 601, die die Flügelzellenmaschine 500 zum einen Ende hin verschließt. Figur 6 zeigt einen schematischen Schnitt 600 durch die erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine 500 im Bereich eines zentrisch angeordneten Kreisrings 701. Ferner ist am anderen Ende des Schiebers 104 bzw. auch an den anderen Enden der anderen Schieber eine weitere Abtrennplatte vorgesehen (nicht dargestellt). Der Schieber 104 weist, wie die anderen erfindungsgemäßen Schieber, ein kreisbogenförmig abgerundetes Ende 360 auf. Der Führungsarm 340 weist an seinem zweiten Ende 350 eine Bohrung (nicht dargestellt) auf, in der sich das erste Ende eines Führungsbolzens 365 befindet. Das andere Ende des Führungsbolzens 365 mit kreisförmigem Querschnitt befindet sich in einer Bohrung einer Pleuelstange 370, die sich am zweiten Ende der Pleuelstange 370 befindet. Die Mittelpunktsachse des Führungsbolzens 365 weist denselben Abstand r von der Mittelpunktsachse 501 der Flügelzellenmaschine 500 bzw. vom Mittelpunkt des Gehäuses M_Gehäuse auf, wie die Mittelpunktsachse des kreisbogenförmig abgerundeten Endes 360 des Schiebers 104, wobei die Mittelpunktsachse des kreisbogenförmig abgerundeten Endes 360 und die Mittelpunktsachse des Führungsbolzens 365 miteinander fluchten, d.h. auf gleicher Höhe liegen.

[0034] Um dem Schieber 104 bzw. seinem abgerundeten Ende 360 und entsprechend den weiteren erfindungsgemäßen Schiebern eine zentrische Bewegung entlang der Innenseite der Außenwand 505 der Flügelzellenmaschine 500 aufzuprägen, obwohl die Schieber 104 etc. auf exzentrisch in der Flügelzellenmaschine 500 angeordneten Kreisscheiben 102, 103, 401 und 402 etc. laufen, ist erfindungsgemäß eine Ausgleichsvorrichtung 700 vorgesehen.

[0035] Die in Figur 7 dargestellte Ausgleichsvorrichtung 700 weist vier Ausgleichsarme 710, 720, 730 und 740 auf. Jeder der Ausgleichsarme weist an seinen beiden Enden eine Bohrung auf (nicht dargestellt). In der ersten Bohrung des Haltearms 710 befindet sich ein Haltestift 750, der den Haltearm 710 mit der Kreisscheibe 103 mechanisch verbindet. Die Kreisscheibe 103 weist eine erste Bohrung (nicht dargestellt) zur Aufnahme des anderen Endes des Haltestifts 750 auf. Der Mittelpunkt der ersten Bohrung von der Mittelpunktsachse der exzentrischen Welle 101 hat einen Abstand r₁.

[0036] In der zweiten Bohrung des Haltearms 710 befindet sich das erste Ende eines weiteren Haltestifts 760, dessen anderes Ende in einer ersten Bohrung (nicht dargestellt) eines Kreisrings 701 steckt. Der Mittelpunkt der ersten Bohrung des Kreisrings 701 hat einen Abstand r₂ vom Mittelpunkt des Rings. In entsprechender Weise verbinden die Haltearme 720, 730 und 740 über ihnen zugeordnete Haltestifte 770, 780; 790, 795; 796, 797 die Kreisscheibe 103 mit dem Kreisring 701, so dass der Kreisring 701 mit gleichem Drehwinkel mit der Kreisscheibe 103 umläuft, wobei die Kreisscheibe 103 sich um die exzentrische Drehachse 106 der Welle 101 und der Kreisring 701 sich um die Mittelpunktsachse 501 der Flügelzellenmaschine 500 dreht.

[0037] Der Fuß 390 der Pleuelstange 370 stützt sich auf der Ringoberfläche des Kreisrings 701 ab, wobei die Längsaussparung (nicht dargestellt) eine begrenzte tangentiale Bewegung des Fußes 390 auf der Oberfläche des Kreisrings 701 ermöglicht und der Fuß 390 ansonsten der Oberfläche des Kreisrings 701 folgt, auf der sich der Fuß 390 sowohl nach Außen als auch nach Innen abstützt. Damit prägt die Pleuelstange 370 dem abgerundeten Ende 360 des Schiebers 104 eine Bewegung um die Mittelpunktsachse 501 der Flügelzellenmaschine 500 auf, und das abgerundete Ende 360 des Schiebers 104 verbleibt mit einem vorbestimmten Abstand an der Innenseite der Außenwand 505. Entsprechendes gilt für die anderen Schieber aufgrund der gleich wirkenden anderen Pleuelstangen, die in Figur 6 dargestellt aber der Übersichtlichkeit halber nicht mit Bezugszeichen versehen worden sind. Aufgrund der gleich wirkenden anderen Pleuelstangen wirken die einzelnen Fliehkräfte der Schieber gegeneinander und heben sich damit größtenteils auf.

Bezugszeichenliste:

[0038] 

100

Teilansicht der erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine

101

bezüglich der Mittelpunktsachse der Flügelzellenmaschine exzentrisch angeordnete Welle

102

Kreisscheibe

103

Kreisscheibe

104 bis 115

Schieber mit kreisbogenförmigem Querschnitt

106

Drehachse der Welle 101

110

einer von mehreren gekröpften Haltearmen des Schiebers 104

200

die Rückseite der in Figur 1 dargestellten zweiten Kreisscheibe 103

201 bis 212

kreisbogenförmige Schlitze zur vollständigen oder teilweisen Aufnahme jeweils eines der Schieber

220

Bohrung der Kreisscheibe zur drehfesten Aufnahme der Welle 101

231 bis 242

Bohrung zur Befestigung jeweils eines um die betreffende Bohrung drehbaren Haltearms 110

300

Schiebervorrichtung

301

parallel zum Schieber 104 durch die Haltearme des Schiebers verlaufende Durchgangsbohrungen

310

gekröpfter Haltearm

320

gekröpfter Haltearm

330b

bis 330m Führungsstäbe der Schieber

340

Führungsarm

350

zweites Ende des Führungsarms

360

kreisbogenförmig abgerundetes Ende jedes Schiebers

365

Führungsbolzen

r

der radiale Abstand zwischen der zentrischen Mittelpunktsachse 501 der Flügelzellenmaschine bzw. des Gehäuses der Flügelzellenmaschine und der Mittelpunktsachse des kreisbogenförmig abgerundeten Endes 360 des Schiebers

370

Pleuelstange

390

Fuß der Pleuelstange

r'

der radiale Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Kreisrings 701 und der Oberfläche des Kreisrings auf dem der Fuß der Pleuelstange aufliegt

400

schematischer Längsschnitt parallel zur Längsachse der Welle 101 im Bereich zwischen den zwei in Figur 1 dargestellten Schiebern 104 und 105

401

Kreisscheibe

402

Kreisscheibe

410

Schieber

420

Schieber

500

Flügelzellenmaschine

501

Mittelpunktsachse der Flügelzellenmaschine

505

Außenwand der Flügelzellenmaschine

506

Innenwand der Flügelzellenmaschine

510

Einlassöffnung der Flügelzellenmaschine

520

Auslassöffnung der Flügelzellenmaschine

600

schematischer Schnitt durch die erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine im Bereich eines zentrisch angeordneten Kreisrings 701

601

Abtrennplatte

700

Ausgleichsvorrichtung

701

Kreisring

r₁

der radiale Abstand zwischen der Mittelpunktsachse der exzentrisch angeordneten Welle 101 und dem Mittelpunkt der Bohrung in der Kreisscheibe 103 zur Aufnahme des Haltestifts 750

r₂

der radiale Abstand zwischen der Mittelpunktsachse des zentrisch angeordneten Kreisrings 701 und dem Mittelpunkt der Bohrung in dem Kreisring 701 zur Aufnahme des Haltestifts 760

710

Ausgleichsarm

720

Ausgleichsarm

730

Ausgleichsarm

740

Ausgleichsarm

750

Haltestift

760

Haltestift

770

Haltestift

780

Haltestift

790

Haltestift

795

Haltestift

796

Haltestift

797

Haltestift

Ansprüche

1. Flügelzellenmaschine (500) zur Expansion oder Kompression von gasförmigen Medien, wie Luft, Abgasen einer Verbrennungsmaschine, dampfförmigen Medien oder einer Mischung hieraus,
mit einem Gehäuse (505), das einen zylindrischen Raum sowie eine Einlassöffnung (510) und eine Auslassöffnung (520) in dem zylindrischen Raum aufweist,
mit einer in Bezug auf die Mittelpunktsachse (501) des Gehäuses parallelverschoben bzw. exzentrisch angeordneten Welle (101),
mindestens eine erste und eine zweite auf der Welle (101) parallelversetzt zueinander angeordnete Kreisscheibe (102, 103; 401, 402),
von den Kreisscheiben geführte und in Richtung auf die innere Wand des Gehäuses (505) verschiebbare Schieber (104 bis 115), wobei jeweils unter Beteiligung von zwei benachbarten Schiebern (108, 109; 109, 109a; ...), des angrenzenden Bereichs der inneren Wand des Gehäuses (505) eine Flügelzelle gebildet ist und sich das Volumen der Flügelzellen im Bereich der Einlassöffnung (510) von dem Volumen der Flügelzellen im Bereich der Auslassöffnung (520) unterscheidet,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede der Kreisscheiben (102, 103; 401, 402) eine Mehrzahl kreisbogenförmiger Schlitze (201 bis 212) aufweist,
jeder der Schieber zumindest an seinem dem Gehäuse der Flügelzellenmaschine zugewandten Ende kreisbogenförmig gestaltet ist,
sich der kreisbogenförmige Teil jedes Schiebers (104) mindestens in einem kreisbogenförmigen Schlitz einer ersten Kreisscheibe (102) und in einem kreisbogenförmigen Schlitz einer zweiten Kreisscheibe (103) bewegt, und jeder Schieber (104 bis 115) jeweils von mindestens zwei Haltearmen (110, 310, 320) auf einem Teilstück einer Kreisbahn und in mindestens zwei der kreisbogenförmigen Schlitze (201 bis 212) geführt ist.

2. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenmaschine eine Ausgleichsvorrichtung (700) aufweist, die jeden der Schieber (104 bis 115) derart in Richtung auf die innere Wand des Gehäuses (505) auslenkt, dass das der inneren Wand des Gehäuses zugewandte Ende (360) des Schiebers (104) trotz seiner Drehung um die exzentrische Drehachse (106) der Welle (101) eine Kreisbahn um die Mittelpunktsachse (501) der Flügelzellenmaschine (500) beschreibt.

3. Flügelzellenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvorrichtung (700) derart bemessen ist, dass das der inneren Wand des Gehäuses zugewandte Ende (360) des Schiebers (104) dicht aber berührungsfrei an der inneren Wand des Gehäuses (505) der Flügelzellenmaschine vorbeigleitet.

4. Flügelzellenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Schieber (104 bis 115) mit einem Führungsarm (340) versehen ist, der Führungsarm (340) einen Führungsbolzen (365) aufweist, der mit dem das der inneren Wand des Gehäuses zugewandte Ende (360) des Schiebers (104) fluchtet, und der Führungsbolzen (365) an seinem dem Führungsarm abgewandten Ende in der einzigen Pleuelbohrung einer Pleuelstange (370) ruht.

5. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (370) einen Pleuelfuß (380) aufweist, der auf der äußersten Fläche eines Kreisrings (701) aufliegt.

6. Flügelzellenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvorrichtung (700) eine auf der exzentrischen Welle (101) befestigte Kreisscheibe (103) und den Kreisring (701) aufweist, wobei der Kreisring (701) derart mit der Kreisscheibe mechanisch verbunden ist, dass der Mittelpunkt des Kreisrings (701) auf der Mittelpunktsachse (501) der Flügelzellenmaschine (500) liegt.

7. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisscheibe (103) und der Kreisring (701) über eine oder mehrere stufenförmige Verbindungselemente (750, 710, 760; 790, 730, 795; 770, 720, 780; 796, 740, 797) mechanisch miteinander verbunden sind.

8. Flügelzellenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltearme (110, 310, 320 etc.) eines ersten Schiebers (104) jeweils auf der ersten Seite der Kreisscheiben (102, 103, 401, 402) und die Haltearme (110a, 310a, 320a) des unmittelbar dem ersten Schieber benachbarten zweiten Schiebers (105) jeweils auf der zweiten Seite der Kreisscheiben drehbar befestigt sind.

Claims

1. A vane machine (500) for the expansion or compression of gaseous media, such as air, exhaust gases from an internal combustion engine, vaporous media or a mixture thereof,
with a housing (505) which has a cylindrical space and also an inlet port (510) and an outlet port (520) in the cylindrical space,
with a shaft (101) displaced in parallel or arranged eccentrically with respect to the center axis (501) of the housing,
at least one first and one second circular disk (102, 103; 401, 402) arranged so as to be offset in parallel with respect to one another on the shaft (101),
slides (104 to 115) guided by the circular disks and displaceable in the direction of the inner wall of the housing (505), a vane cell being formed in each case by the participation of two adjacent slides (108, 109; 109a; ...) of the adjacent region of the inner wall of the housing (505), and the volume of the vane cells in the region of the inlet port (510) differing from the volume of the vane cells in the region of the outlet port (520),
characterised in that
each of the circular disks (102, 103; 401, 402) has a plurality of circular-arcuate slots (201 to 212),
each of the slides has a circular-arcuate configuration at least at its end facing the housing of the vane machine, the circular-arcuate part of each slide (104) moves at least in a circular-arcuate slot of a first circular disk (102) and in a circular-arcuate slot of a second circular disk (103), and
each slide (104 to 115) is guided in each case by at least two holding arms (110, 310, 320) on a portion of a circular path and in at least two of the circular-arcuate slots (201 to 212).

2. The vane machine as claimed in claim 1, characterised in that the vane machine has a compensating device (700) which deflects each of the slides (104 to 115) in the direction of the inner wall of the housing (505) in such a way that that end (360) of the slide (104) which faces the inner wall of the housing, despite its rotation about the eccentric axis of rotation (106) of the shaft (101), describes a circular path about the center axis (501) of the vane machine (500).

3. The vane machine as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the compensating device (700) is dimensioned in such a way that that end (360) of the slide (104) which faces the inner wall of the housing slides closely, but contactlessly, past the inner wall of the housing (505) of the vane machine.

4. The vane machine as claimed in one of the preceding claims, characterised in that each of the slides (104 to 115) is provided with a guide arm (340), the guide arm (340) has a guide bolt (365) which is aligned with that end (360) of the slide (104) which faces the inner wall of the housing, and the guide bolt (365) rests, at its end facing away from the guide arm, in the single connecting rod bore of a connecting rod (370).

5. The vane machine as claimed in claim 4, characterised in that the connecting rod (370) has a connecting rod foot (380) which lies on the outermost face of a circular ring (701).

6. The vane machine as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the compensating device (700) has a circular disk (103), fastened on the eccentric shaft (101), and the circular ring (701), the circular ring (701) being connected mechanically to the circular disk in such a way that the center of the circular ring (701) lies on the center axis (501) of the vane machine (500).

7. The vane machine as claimed in claim 6, characterised in that the circular disk (103) and the circular ring (701) are connected mechanically to one another via one or more step-shaped connecting elements (750, 710, 760; 790, 730, 795; 770, 720, 780; 796, 740, 797).

8. The vane machine as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the holding arms (110, 310, 320, etc.) of a first slide (104) are in each case fastened rotatably on the first side of the circular disks (102, 103, 401, 402), and the holding arms (110a, 310a, 320a) of the second slide (105), directly adjacent to the first slide, are in each case fastened rotatably on the second side of the circular disks.

Revendications

1. Machine à cellules rotatives (500) pour l'expansion ou la compression d'agents sous forme gazeuse, tels que l'air, des gaz d'échappement de moteur à combustion, des agents sous forme de vapeur ou un mélange de ceux-ci ;
avec un carter (505) comportant une chambre cylindrique ainsi qu'une ouverture d'admission (510) et une ouverture d'échappement (520) dans la chambre cylindrique ;
avec un arbre (101) disposé de façon à être poussé parallèlement et/ou de façon excentrée par rapport à l'axe central (501) du carter ;
au moins un premier et un deuxième disque circulaire (102, 103 ; 401, 402) disposés sur l'arbre (101) de façon décalée parallèlement l'un par rapport à l'autre ;
des poussoirs (104 à 115) guidés par les disques circulaires et pouvant être déplacés en direction de la paroi intérieure du carter (505), une cellule rotative étant formée respectivement avec la participation de deux poussoirs (108, 109; 109, 109a ; ...) connexes de la région connexe de la paroi intérieure du carter (505) et le volume des cellules rotatives dans la région de l'ouverture d'admission (510) se distinguant du volume des cellules rotatives dans la région de l'ouverture d'échappement (520) ;
caractérisée en ce que :

chacun des disques circulaires (102, 103 ; 401, 402) comporte une pluralité de fentes (201 à 212) en forme d'arc de cercle ;

chacun des poussoirs est agencé en forme d'arc de cercle au moins au niveau de son extrémité orientée vers le carter de la machine à cellules rotatives ;

la partie en forme d'arc de cercle de chaque poussoir (104) est déplacée au moins dans une fente en forme d'arc de cercle d'un premier disque circulaire (102) et dans une fente en forme d'arc de cercle d'un deuxième disque circulaire (103) ; et

chaque poussoir (104 à 115) est respectivement guidé par au moins deux bras de maintien (110, 310, 320) sur une partie d'une orbite et dans au moins deux des fentes (201 à 212) en forme d'arc de cercle.

2. Machine à cellules rotatives selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine à cellules rotatives comporte un dispositif de compensation (700) qui dévie chacun des poussoirs (104 à 115) de telle sorte en direction de la paroi intérieure du carter (505) que l'extrémité (360), orientée vers la paroi intérieure du carter, du poussoir (104) décrit, malgré sa rotation autour de l'axe de rotation (106) excentré de l'arbre (101), une orbite autour de l'axe central (501) de la machine à cellules rotatives (500).

3. Machine à cellules rotatives selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de compensation (700) est dimensionné de telle sorte que l'extrémité (360), orientée vers la paroi intérieure du carter, du poussoir (104) glisse en avant de façon étanche mais sans contact contre la paroi intérieure du carter (505) de la machine à cellules rotatives.

4. Machine à cellules rotatives selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chacun des poussoirs (104 à 115) est pourvu d'un bras de guidage (340), le bras de guidage (340) comportant un boulon de guidage (365) aligné avec l'extrémité (360), orientée vers la paroi intérieure du carter, du poussoir (104) et le boulon de guidage (365) reposant, au niveau de son extrémité opposée au bras de guidage, dans le seul alésage de bielle d'une bielle (370).

5. Machine à cellules rotatives selon la revendication 4, caractérisée en ce que la bielle (370) comporte un pied de bielle (380) reposant sur la surface la plus à l'extérieur d'une couronne circulaire (701).

6. Machine à cellules rotatives selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de compensation (700) comporte un disque circulaire (103) fixé sur l'arbre (101) excentré et comporte la couronne circulaire (701), la couronne circulaire (701) étant reliée mécaniquement de telle sorte au disque circulaire que le centre de la couronne circulaire (701) repose sur l'axe central (501) de la machine à cellules rotatives (500).

7. Machine à cellules rotatives selon la revendication 6, caractérisée en ce que le disque circulaire (103) et la couronne circulaire (701) sont reliés entre eux de façon mécanique via un ou plusieurs éléments de liaison (750, 710, 760 ; 790, 730, 795 ; 770, 720, 780 ; 796, 740, 797) en forme de gradin.

8. Machine à cellules rotatives selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bras de maintien (110, 310, 320 etc.) d'un premier poussoir (104) respectivement sur le premier côté des disques circulaires (102, 103, 401, 402) et les bras de maintien (110a, 310a, 320a) du deuxième poussoir (105) directement connexe au premier poussoir peuvent respectivement être fixés sur le deuxième côté des disques circulaires.

Zeichnung