ROTATIONSKOLBENMASCHINE

Abstract

 Eine Rotationskolbenmaschine (1) umfasst ein Gehäuse (2) mit mindestens einem Einlass (4) und einem Auslass (5) zum Einlassen und Auslassen eines Arbeitsmediums in oder aus einem Arbeitsraum. Die Rotationskolbenmaschine (1) umfasst weiter zwei konzentrisch im Gehäuse (2) drehbar angeordnete Rotoren mit jeweils mehreren kreissektorförmigen Flügeln, wobei die Rotoren einander gegenüberliegend angeordnet sind und derart ineinandergreifen, dass ein Flügel des einen Rotors zwischen zwei Flügeln des anderen Rotors positioniert ist. Die Rotationskolbenmaschine (1) umfasst weiter zwei Steuerungseinheiten (6, 6', 6"), die jeweils ausgebildet sind, die Winkelgeschwindigkeit jeweils eines der Rotoren derart zu steuern, dass die Flügel beider Rotoren mit sich zyklisch verändernden Winkelgeschwindigkeiten in dem Arbeitsraum in dem Gehäuse (2) rotieren und sich die Abstände zweier aufeinanderfolgender Flügel in Rotationsrichtung der Flügel zyklisch ändern.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Rotationskolbenmaschinen werden häufig zum Verdichten eines Arbeitsmediums bei Anwendungen in Klima- und Kühlsystemen eingesetzt. Es sind verschiedene Typen von Rotationskolbenmaschinen wie bspw. Schrauben-, Scroll- oder Roots-Verdichter bekannt. Rotationskolbenmaschinen können aber ebenso als Expander ausgebildet sein.

[0003] EP 0945592 beschreibt eine Drehkolbenmaschine, bei der zwei Rotoren mit jeweils vier kreissegmentförmigen Flügeln ineinandergreifen. Die Flügel bilden innerhalb des Gehäuses acht bewegliche Kammern. Die Drehbewegung jedes Rotors wird durch ein jeweils zugehöriges Getriebe mit Kurvenbahnsteuerungsmitteln realisiert, welche eine Änderung der Rotor-Winkelgeschwindigkeiten relativ zueinander ermöglichen. Beide Rotoren drehen in dieselbe Richtung, wobei beispielsweise ein Rotor beschleunigt und der andere Rotor verzögert. Infolgedessen schwanken die Kammern im Volumen, wodurch ein Arbeitsmedium in die Kammern eingesaugt, verdichtet und aus den Kammern ausgestoßen werden kann. Beide Getriebe werden über eine Hauptwelle angetrieben, die sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht. Die verwendeten Getriebe umfassen Kurvenbahnsteuerungsmittel in Form von Kurvenringen, die eine kurvenbahnförmige Verzahnung aufweisen. Die Kurvenringe sind mit Wälzkörpern im Eingriff, die eine symmetrische Verzahnung aufweisen. Die Herstellung von kurvenbahnförmigen Verzahnungen ist kostenintensiv.

[0004] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationskolbenmaschine mit kostengünstigen Steuerungseinheiten bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rotationskolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0006] Erfindungsgemäß umfasst die Rotationskolbenmaschine ein Gehäuse mit mindestens einem Einlass und einem Auslass zum Einlassen und Auslassen eines Arbeitsmediums in oder aus einem Arbeitsraum. Die Rotationskolbenmaschine umfasst weiter zwei konzentrisch im Gehäuse drehbar angeordnete Rotoren mit jeweils mehreren kreissektorförmigen Flügeln. Die Rotoren sind einander gegenüberliegend angeordnet und greifen derart ineinander, dass ein Flügel des einen Rotors zwischen zwei Flügeln des anderen Rotors positioniert ist. Die Rotationskolbenmaschine umfasst weiter zwei Steuerungseinheiten, die jeweils ausgebildet sind, die Winkelgeschwindigkeit jeweils einer der Rotoren derart zu steuern, dass die Flügel beider Rotoren mit sich zyklisch verändernden Winkelgeschwindigkeiten in dem Arbeitsraum in dem Gehäuse rotieren und sich die Abstände zweier aufeinanderfolgender Flügel in Rotationsrichtung der Flügel zyklisch ändern. Bevorzugt sind die Steuerungseinheiten jeweils ausgebildet, die Winkelgeschwindigkeit jeweils einer der Rotoren derart zu steuern, dass ein Schließen eines Auslasses des mindestens einen Auslasses durch einen Flügel der beiden aufeinanderfolgenden Flügel bei einem geringsten Kammerwinkel und ein Schließen eines Einlasses des mindestens einen Einlasses durch einen Flügel der beiden aufeinanderfolgenden Flügel bei einem größten Kammerwinkel auftritt.

[0007] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Kammerwinkel der Winkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flügeln in Rotationsrichtung derselben während eines Arbeitsspiels verstanden. Der Kammerwinkel definiert die Ausdehnung der Kammer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flügeln in Rotationsrichtung derselben.

[0008] In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Rotationskolbenmaschine weiter eine Welle, die in dem Gehäuse drehbar angeordnet ist, wobei beide Rotoren auf der Welle drehbar gelagert sind. Bevorzugt werden über die Welle die beiden Steuerungseinheiten und dadurch die beiden Rotoren angetrieben. Dies hat den Vorteil, dass lediglich ein Antriebsmotor für den Antrieb der Welle, der Steuerungseinheiten und somit auch der beiden Rotoren verwendet werden kann. Dies spart Kosten. Darüber hinaus ist gewährleistet, dass beide Steuerungseinheiten mit derselben Drehzahl der Welle angetrieben werden. Dadurch sind die Relativbewegungen beider Rotoren aufeinander abgestimmt.

[0009] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung sind beide Steuerungseinheiten als Getriebe ausgebildet, die jeweils ein mit der Welle fest verbundenes Eingangszahnrad, und einen ersten Wälzkörper mit mindestens einer Stirnradverzahnung umfassen, die mit dem Eingangszahnrad kämmt, wobei das Eingangszahnrad eine über den Umfang des Eingangszahnrads zyklisch variierende Zahnteilung und die Stirnradverzahnung des Wälzkörpers eine konstante Zahnteilung aufweist. Ist die Rotationskolbenmaschine beispielsweise als Verdichter ausgebildet, ermöglicht die Verwendung einer zyklisch variierenden Zahnteilung, dass die aus der Variation der Winkelgeschwindigkeit resultierende Abstandsänderung zwischen den Flügeln geeignet ist, das Arbeitsmedium auf das gewünschte Druckverhältnis zu verdichten und zudem ein zur Erreichung eines hohen Liefergrads ausreichender Kammerwinkel bei Öffnung des Auslasses, also zum Ende der Kompression, vorhanden ist. Unter einem hohen Liefergrad wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung und bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Verdichter das möglichst vollständige Ausschieben des komprimierten Mediums aus dem Arbeitsraum verstanden.

[0010] Ist die Rotationskolbenmaschine beispielsweise als Expander ausgebildet, ermöglicht die Verwendung einer zyklisch variierenden Zahnteilung, dass die aus der Variation der Winkelgeschwindigkeit resultierende Abstandsänderung zwischen den Flügeln geeignet ist, das Arbeitsmedium auf das gewünschte Druckverhältnis zu entspannen und zudem ein zur Erreichung eines hohen Liefergrads ausreichender Kammerwinkel beim Schließen des Einlasses, also zu Beginn der Expansion, vorhanden ist. Unter einem hohen Liefergrad wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung und bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Expander das möglichst vollständige Befüllen des Arbeitsraums verstanden.

[0011] In einer Ausführungsform umfassen die Getriebe weiter jeweils ein auf der Welle drehbar gelagertes Doppelrad mit zwei Zahnrädern und ein mit einem der Rotoren fest verbundenes Ausgangszahnrad, wobei jedes Getriebe weiter einen zweiten Wälzkörper umfasst, wobei der erste Wälzkörper mit dem Eingangszahnrad sowie einem der Zahnräder des Doppelrads kämmt und der zweite Wälzkörper mit dem anderen der Zahnräder des Doppelrads sowie mit dem Ausgangszahnrad kämmt. Das Eingangszahnrad, die beiden Zahnräder des Doppelrads sowie das Ausgangszahnrad definieren jeweils eine Stufe des Getriebes. Folglich ist das Getriebe vierstufig ausgeführt. Die Kraftübertragung zwischen dem Eingangszahnrad, dem Doppelrad sowie dem Ausgangszahnrad findet durch die Wälzkörper statt.

[0012] In einer weiteren Ausführungsform umfasst jedes Getriebe weiter mehrere erste Wälzkörper und mehrere zweite Wälzkörper, wobei die ersten Wälzkörper jeweils mit dem Eingangszahnrad sowie einem der Zahnräder des Doppelrads kämmen und die zweiten Wälzkörper jeweils mit dem anderen der Zahnräder des Doppelrads sowie auf dem Ausgangszahnrad kämmen. Durch die Verwendung mehrerer erster Wälzkörper und mehrerer zweiter Wälzkörper verringert sich die Zahnbelastung.

[0013] In einer Ausführungsform weisen die zwei Zahnräder des Doppelrads und das Ausgangszahnrad jedes Getriebes jeweils eine über den Umfang der Zahnräder des Doppelrads und den Umfang des Ausgangsrads zyklisch variierende Zahnteilung und der erste Wälzkörper und der zweite Wälzkörper jeweils eine konstante Zahnteilung auf. Bevorzugt ist das Getriebe vierstufig ausgeführt, weist also vier spezialverzahnte Zahnräder auf.

[0014] In einer weiteren Ausführungsform hat die zyklisch variierende Zahnteilung des Eingangszahnrads, der Zahnräder des Doppelrads und/oder des Ausgangszahnrads einen Minimalwert und einen Maximalwert, wobei das Eingangszahnrad, die Zahnräder des Doppelrads und/oder das Ausgangszahnrad derart ausgebildet sind, dass sich die Zahnteilung ausgehend von dem Minimalwert zu dem Maximalwert der Zahnteilung innerhalb eines ersten Winkels von 45° in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads verändert und sich von dem Maximalwert zu dem Minimalwert der Zahnteilung innerhalb eines sich an den ersten Winkel anschließenden zweiten Winkels von 45° in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads verändert und sich die Zahnteilung von dem Minimalwert zu dem Maximalwert und zurück zu dem Minimalwert innerhalb eines Winkels von 90° verändert. Somit laufen bei einer Umdrehung der Welle und damit auch des Rotors (Übersetzung des Getriebes ≈ 1) vier komplette Arbeitsspiele ab. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter einem Arbeitsspiel im Falle eines Verdichters die Arbeitsschritte Ansaugen, Verdichten und Ausschieben verstanden. Bei einem Expander umfasst ein Arbeitsspiel die Arbeitsschritte Einströmen, Expandieren und Ausschieben. Dementsprechend weist das Gehäuse jeweils vier Ein- und Auslässe auf. Bei acht Kammern zwischen den einzelnen Flügeln der Rotoren ergeben sich somit 32 Kompressions- und Expansionsvorgänge pro Umdrehung der Welle bzw. der Rotoren. Optional kann zwischen Getriebe und Rotor eine Übersetzungsstufe vorgesehen sein, die die Bewegung des Ausgangszahnrads mit einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis an den Rotor weitergibt. Bevorzugt wird das Übersetzungsverhältnis an die Anzahl der Flügel pro Rotor angepasst. Die Abbildung eines Arbeitsspiels über den gesamten Umfang eines Zahnrads mit variierender Zahnteilung bietet die Möglichkeit zu "höherer Auflösung" der Verzahnung, also mehr Zwischenstufen zwischen geringster und größter Zahnteilung. Dies sorgt für ein präziseren, geräuschärmeren Lauf und weniger Verschleiß.

[0015] In einer Ausführungsform sind das Ausgangszahnrad relativ zu den Zahnrädern des Doppelrads und die Zahnräder des Doppelrads relativ zu dem Eingangszahnrad um einen Winkel von 45° versetzt angeordnet sind. Mithilfe der Wälzkörper wird die Kraft aus einem Bereich hoher Zahnteilung in einen Bereich geringer Zahnteilung übertragen und umgekehrt. Hierdurch verstärkt jede Getriebestufe die Amplitude der oszillierenden Winkelgeschwindigkeit am Rotor.

[0016] In einer weiteren Ausführungsform umfassen der erste Wälzkörper und der zweite Wälzkörper jeweils zwei Stirnradverzahnungen und jeweils zwei einander abgewandte Stirnflächen, wobei die Stirnradverzahnungen jedes Wälzkörpers sich zu den Stirnflächen hin kegelförmig verjüngend ausgebildet sind. Bevorzugt weist auch jedes Zahnrad mit zyklisch variierender Zahnteilung zwei Stirnflächen auf, wobei die Verzahnungen der Zahnräder mit zyklisch variierender Zahnteilung sich zu einer der Stirnflächen hin kegelförmig verjüngend ausgebildet sind. Die Verzahnungen der Zahnräder mit zyklisch variierender Zahnteilung sind zudem derart geschliffen, dass der Eingriffspunkt in die Standardverzahnung der Wälzkörper während der Drehung axial, d.h. in Längsrichtung der Welle, auf der Verzahnung der Standardverzahnung hin- und herwandert.

[0017] In einer Ausführungsform sind die Eingangszahnräder der beiden Getriebe relativ zueinander um einen Winkel von 45° um die Welle versetzt zueinander angeordnet. Diese Anordnung gewährleistet, dass wenn durch Drehen der Hauptwelle ein Rotor beschleunigt wird, der andere zeitgleich verzögert wird.

[0018] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung sind beide Steuerungseinheiten als Getriebe ausgebildet, die jeweils mindestens ein exzentrisch gelagertes Zahnradpaar mit einem ersten angetriebenen Zahnrad und einem zweiten getriebenen Zahnrad, die permanent miteinander kämmen, aufweisen, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad um die gleiche Exzentrizität in eine Richtung versetzt gelagert sind. Bevorzugt weisen die Zahnräder eine herkömmliche Stirnradverzahnung auf. Während der Rotation variiert für beide Zahnräder der Wälzkreishalbmesser und somit der pro Zahneingriff zurückgelegte Winkel. Je größer der momentane Wälzkreishalbmesser bei einem Zahnrad ist, desto geringer ist er beim Gegenstück. Je höher also die momentane Winkelgeschwindigkeit bei einem Zahnrad, desto niedriger ist sie bei dem anderen Zahnrad. Wird nun eins der beiden Zahnräder mit einer konstanten Eingangswinkelgeschwindigkeit bzw. -drehzahl angetrieben, ergibt sich für das andere der beiden Zahnräder eine oszillierende Winkelgeschwindigkeit. Ist die Rotationskolbenmaschine beispielsweise als Verdichter ausgebildet, ermöglicht die Verwendung eines exzentrisch gelagerten Zahnradpaars, dass die aus der Variation der Winkelgeschwindigkeit resultierende Abstandsänderung zwischen den Flügeln geeignet ist, das Arbeitsmedium auf das gewünschte Druckverhältnis zu verdichten und zudem ein zur Erreichung eines hohen Liefergrads ausreichender Kammerwinkel bei Öffnung des Auslasses, also zum Ende der Kompression, vorhanden ist. Unter einem hohen Liefergrad wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung und bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Verdichter das möglichst vollständige Ausschieben des komprimierten Mediums aus dem Arbeitsraum verstanden.

[0019] Ist die Rotationskolbenmaschine beispielsweise als Expander ausgebildet, ermöglicht die Verwendung eines exzentrisch gelagerten Zahnradpaars, dass die aus der Variation der Winkelgeschwindigkeit resultierende Abstandsänderung zwischen den Flügeln geeignet ist, das Arbeitsmedium auf das gewünschte Druckverhältnis zu entspannen und zudem ein zur Erreichung eines hohen Liefergrads ausreichender Kammerwinkel beim Schließen des Einlasses, also zu Beginn der Expansion, vorhanden ist. Unter einem hohen Liefergrad wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung und bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Expander das möglichst vollständige Befüllen des Arbeitsraums verstanden.

[0020] Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Zahnrädern mit herkömmlicher Stirnradverzahnung geringe Herstellungskosten und ein gutes, geräusch- und verschleißarmes Abwälzen der Zahnräder

[0021] In einer Ausführungsform weist jedes Getriebe drei exzentrisch gelagerte Zahnradpaare mit gleicher Exzentrizität auf, wobei das erste Zahnrad des ersten Zahnradpaars als ein mit der Welle fest verbundenes Eingangszahnrad ausgebildet ist, wobei das zweite Zahnrad des ersten Zahnradpaars mit dem ersten Zahnrad des zweiten Zahnradpaars und das zweite Zahnrad des zweiten Zahnradpaars mit dem ersten Zahnrad des dritten Zahnradpaars starr verbunden und als Doppelrad ausgebildet sind. Bevorzugt ist das Getriebe dreistufig ausgeführt.

[0022] In einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Zahnrad des ersten Zahnradpaars relativ zu dem ersten Zahnrad des zweiten Zahnradpaars und das zweite Zahnrad des zweiten Zahnradpaars relativ zu dem ersten Zahnrad des dritten Zahnradpaars um 180° versetzt angeordnet, so dass die starr miteinander verbundenen Zahnräder um die vom Betrag her gleiche Exzentrizität in entgegengesetzte Richtungen versetzt gelagert sind. Die starr miteinander verbundenen Zahnräder bilden eine Doppelradverbindung, mittels der die Kraft aus einem Bereich mit geringem Wälzkreishalbmesser in einen Bereich mit hohem Wälzkreishalbmesser übertragen wird und umgekehrt. Hierdurch verstärkt jede Getriebestufe die Amplitude der oszillierenden Winkelgeschwindigkeit am Rotor.

[0023] In einer Ausführungsform ist dem mindestens einen exzentrisch gelagerten Zahnradpaar eine Übersetzungsstufe nachgeschaltet. Wird das erste angetriebene Zahnrad des exzentrisch gelagerten Zahnradpaars mit einer konstanten Drehzahl angetrieben, weist das zweite getriebene Zahnrad des exzentrisch gelagerten Zahnradpaars eine oszillierende Winkelgeschwindigkeit auf. Mit anderen Worten: Die Übersetzung zwischen der Bewegung des ersten angetriebenen Zahnrads und der Bewegung des zweiten getriebenen Zahnrads verändert sich ebenfalls oszillierend. Der Übergang von geringer zu hoher Übersetzung vollzieht sich auf einem Zahnradausschnitt von 180°, ein gesamtes Arbeitsspiel wird also bei einer vollen Umdrehung des Zahnrads bzw. der Eingangswelle realisiert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter einem Arbeitsspiel im Falle eines Verdichters die Arbeitsschritte Ansaugen, Verdichten und Ausschieben verstanden. Bei einem Expander umfasst ein Arbeitsspiel die Arbeitsschritte Einströmen, Expandieren und Ausschieben. Umfasst die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine vier Flügel pro Rotor werden je vier Ein- und Auslässe vorgesehen. In diesem Fall ist es notwendig, dass bei einer Umdrehung der Welle und damit auch des Rotors (Übersetzung des Getriebes ≈ 1) vier komplette Arbeitsspiele ablaufen. Dementsprechend ist dem Exzentergetriebe bevorzugt eine zweistufige Übersetzung von 4,0 nachgeschaltet. Mithilfe der Übersetzungsstufe ist es also möglich, die oszillierenden Winkelgeschwindigkeiten des getriebenen zweiten Zahnrads des mindestens einen Zahnradpaars an die entsprechende Anzahl der verwendeten Flügel pro Rotor anzupassen.

[0024] In einer weiteren Ausführungsform sind die Eingangszahnräder der beiden Getriebe relativ zueinander um einen Winkel von 180° um die Welle versetzt zueinander angeordnet, so dass die Eingangszahnräder der beiden Getriebe um die vom Betrag her gleiche Exzentrizität in entgegengesetzte Richtungen versetzt gelagert sind. Diese Anordnung gewährleistet, dass wenn durch Drehen der Hauptwelle ein Rotor beschleunigt wird, der andere zeitgleich verzögert wird.

[0025] Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung sind beide Steuerungseinheiten als Elektromotoren ausgebildet, die mit jeweils einem der Rotoren verbunden sind. Die Verwendung von Elektromotoren zum Antrieb der Rotoren ermöglicht eine größtmögliche Variabilität in der Kinematik der Rotoren ohne Änderung der Rotationskolbenmaschine. Eine für den jeweiligen Anwendungszweck ideale Kinematik kann so durch Änderung der Steuerung der Elektromotoren erreicht werden. Durch Variation der Kinematik können unterschiedliche Kennlinien und Leistungsklassen gefahren werden. Es ist somit beispielsweise möglich, mit derselben Maschine besonders hohe Druckverhältnisse oder besonders hohe Volumenströme oder ein gewünschtes Verhältnis zwischen den beiden zu erzeugen. Es werden jegliche mechanischen Verluste gegenüber einem mechanischen Getriebe vermieden.

[0026] In einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Elektromotoren mit einem Steuergerät verbunden. Dies ermöglicht die Steuerung beider Elektromotoren in Abhängigkeit voneinander. Dadurch können die Bewegungen der beiden Rotoren ideal aufeinander abgestimmt werden.

[0027] In einer Ausführungsform sind die Elektromotoren über eine drehsteife Kupplung mit jeweils einem der Rotoren verbunden. Bevorzugt ist die drehsteife Kupplung in Umfangsrichtung verdrehsteif und in Axial- und Radialrichtung ausgleichend ausgebildet. Drehwinkel und Drehmoment werden damit ohne Phasenversatz durch die Kupplung geleitet. Der Wellenversatz wird durch die Konstruktion der Kupplung ausgeglichen.

[0028] In einem vierten Aspekt der Erfindung ist die in Zusammenhang mit den ersten drei Aspekten beschriebene Erfindung mit der im Folgenden beschriebenen Rotationskolbenmaschine kombinierbar:
Die Rotationskolbenmaschine umfasst ein Gehäuse, das mehrere Öffnungen zum Einlassen und Auslassen eines Arbeitsmediums aufweist und in dem eine Welle drehbar gelagert ist. Zwei Rotoren mit jeweils mehreren kreissektorförmigen Flügeln sind konzentrisch auf der Welle drehbar angeordnet. Die Rotoren sind einander gegenüberliegend angeordnet und greifen derart ineinander, dass ein Flügel des einen Rotors zwischen zwei Flügel des anderen Rotors positioniert ist. Zwei Steuerungseinheiten sind jeweils ausgebildet, die Winkelgeschwindigkeit jeweils einer der Rotoren derart zu steuern, dass die Flügel beider Rotoren mit sich zyklisch verändernden Winkelgeschwindigkeiten in einem Arbeitsraum in dem Gehäuse rotieren und sich die Abstände zweier aufeinanderfolgender Flügel in Rotationsrichtung der Flügel zyklisch ändern.

[0029] Das Gehäuse weist eine hohlzylindrische Laufbuchse auf, die reversibel in eine Aufnahme des Gehäuses eingesetzt ist. Die Laufbuchse begrenzt den Arbeitsraum vollumfänglich. Die Flügel liegen an der Laufbuchse dichtend an und sind entlang dieser bewegbar. Die Laufbuchse weist Einlass- und Auslassöffnungen auf. Die Laufbuchse ist in dem Gehäuse derart angeordnet, dass die Einlass- und Auslassöffnungen der Laufbuchse mit den entsprechenden Öffnungen in dem Gehäuse verbunden sind.

[0030] Durch Austausch der Laufbuchse kann die Rotationskolbenmaschine beispielsweise mit unterschiedlichen Arbeitsmedien, unterschiedlichen Druckverhältnissen oder Volumenströmen zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen betrieben werden. Es ist beispielsweise möglich, mit derselben Rotationskolbenmaschine besonders hohe Druckverhältnisse oder besonders hohe Volumenströme zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen oder ein gewünschtes Verhältnis zwischen den beiden zu erzeugen. Ist die Laufbuchse verschlissen, so kann sie ausgetauscht werden. Das Gehäuse wird weiterverwendet. Da das Gehäuse und die Laufbuchse als separate Bauteile ausgebildet sind, können sie aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt werden, die für das jeweilige Bauteil und dessen Verwendung optimal geeignet sind. Beispielsweise kann das Gehäuse aus gewichtsparendem Leichtmetall gefertigt werden, während die Laufbuchse aus gehärtetem korrosionsfestem Stahl hergestellt ist.

[0031] In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst jeder Rotor eine Scheibe, mehrere Flügel und eine Nabe zur Lagerung des Rotors auf der Welle, wobei die Scheibe den Arbeitsraum in axialer Richtung der Welle begrenzt und wobei die Flügel als gesonderte, von der Scheibe und der Nabe getrennte Bauteile ausgebildet und mit der Scheibe reversibel verbunden sind. Im Vergleich zu einem einstückigen Rotor, umfassend mehrere Flügel und eine Nabe, sind die Flügel als gesonderte Bauteile einfacher und kostengünstiger zu fertigen. Darüber hinaus können die Flügel bei Verschleiß oder Beschädigung einzeln getauscht werden. Durch Austausch der Flügel kann die Rotationskolbenmaschine in verschiedensten Konfigurationen, beispielsweise mit verschiedene Flügelstärken und -formen (z.B. mit unterschiedlichen Schaufelwinkeln) betrieben werden. Im Vergleich zu einem einstückigen Rotor, umfassend mehrere Flügel und eine Nabe, kann bei separaten mit der Scheibe verbundenen Flügeln auf eine Abdichtung zwischen Flügel und einem daran angrenzenden starren Gehäusedeckel verzichtet werden. Dadurch können potenzielle Undichtigkeiten der Arbeitskammern vermieden werden. Bevorzugt sind die Flügel mit der Scheibe verschraubt und/oder verstiftet. Dies gewährleistet eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit der Flügel auch bei hohen Drücken und geringer Flügelstärke. Bevorzugt ist die Scheibe mit der Nabe einstückig ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, die Scheibe und die Nabe als gesonderte Bauteile zu fertigen und sie miteinander zu verschrauben.

[0032] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Einlass- und Auslassöffnungen der Laufbuchse als Langlöcher ausgebildet, die sich entlang einer Längsachse erstrecken, und von einer radial umlaufenden Außenseite der Laufbuchse zu einer radial umlaufenden Innenseite der Laufbuchse verlaufen. Bevorzugt sind die umlaufenden Kanten der Langlöcher sowohl auf der Außenseite wie auch der Innenseite der Laufbuchse verrundet. Durch die Verrundung der Kanten werden die Strömungsverhältnisse optimiert. Verwirbelungen des Arbeitsmediums im Bereich der Einlass- und Auslassöffnungen werden verringert. Darüber hinaus wird das schlagartige Überfahren einer Kante durch die Flügel der rotierenden Rotoren verhindert, wenn die Einlass- und Auslassöffnungen als Langlöcher ausgebildet sind. Werden beispielsweise Dichtungen zwischen den Flügeln und der Laufbuchse verwendet, so wird der Verschleiß der Dichtungen durch die Langlöcher verringert.

[0033] In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Langlöcher derart angeordnet, dass die Längsachse und die Rotationsrichtung der Flügel in einer Ebene tangential zur umlaufenden Außenseite der Laufbuchse einen Winkel vom 0 bis 90°, bevorzugt von 10° bis 60°, besonders bevorzugt von 25° bis 45° einschließen. Insbesondere bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der Längsachse der Langlöcher, die die Einlassöffnungen bilden, und der Rotationsrichtung der Flügel in einer Ebene tangential zur umlaufenden Außenseite der Laufbuchse ungefähr 25°. Ebenfalls insbesondere bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der Längsachse der Langlöcher, die die Auslassöffnungen bilden, und der Rotationsrichtung der Flügel in einer Ebene tangential zur umlaufenden Außenseite der Laufbuchse ungefähr 45°. Dies gilt bevorzugt, wenn die Rotationskolbenmaschine als Verdichter ausgebildet ist. Ist hingegen die Rotationskolbenmaschine als Expander ausgebildet, so beträgt der Winkel zwischen der Längsachse der Langlöcher, die die Einlassöffnungen bilden, und der Rotationsrichtung der Flügel in einer Ebene tangential zur umlaufenden Außenseite der Laufbuchse bevorzugt ungefähr 45° und der Winkel zwischen der Längsachse der Langlöcher, die die Auslassöffnungen bilden, und der Rotationsrichtung der Flügel in einer Ebene tangential zur umlaufenden Außenseite der Laufbuchse bevorzugt ungefähr 25°. Bevorzugt werden mehrere Langlöcher, die die Einlassöffnungen bilden, oder mehrere Langlöcher, die die Auslassöffnungen bilden, nebeneinander, insbesondere parallel und in axialer Richtung der Welle angeordnet. Dabei wir die Länge der Langlöcher in Abhängigkeit von dem gewählten Winkel derart gewählt, dass sich jeweils zwei benachbarte Langlöcher in Rotationsrichtung der Rotoren überlappen. Bevorzugt erstrecken sich die mehreren Langlöcher insgesamt über die gesamte oder annähernd über die gesamte Breite der Laufbuchse in axialer Richtung der Welle. Werden beispielsweise Dichtungen zwischen den Flügeln und der Laufbuchse verwendet, so wird durch die schräge Anordnung der Langlöcher relativ zu der Rotationsrichtung der Flügel sowie durch die überlappende Anordnung benachbarter Langlöcher die Belastung der Dichtung auf die gesamte Breite verteilt. Ein "Einschleifen" der einzelnen Langlöcher in den Dichtungen wird verhindert.

[0034] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Einlassöffnungen der Laufbuchse in axialer Richtung der Welle nebeneinander derart angeordnet, dass die Längsachsen der Einlassöffnungen parallel verlaufen, wobei die nebeneinander mit paralleler Längsachse angeordneten Einlassöffnungen eine erste Einlassöffnungsgruppe bilden. Bevorzugt umfasst die Laufbuchse vier Einlassöffnungsgruppen, so dass in vier Arbeitskammern gleichzeitig das Arbeitsmedium eingelassen werden kann. Durch die Größe und Anzahl der Einlassöffnungen pro Einlassöffnungsgruppen kann der gewünscht Volumenstrom, der in die Arbeitskammern eingelassen wird, eingestellt werden.

[0035] In einer Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Auslassöffnungen der Laufbuchse in axialer Richtung der Welle nebeneinander angeordnet, so dass die Längsachsen der Auslassöffnungen parallel verlaufen, wobei die nebeneinander mit paralleler Längsachse angeordneten Auslassöffnungen eine erste Auslassöffnungsgruppe bilden. Bevorzugt umfasst die Laufbuchse vier Auslassöffnungsgruppen, so dass bei vier Arbeitskammern gleichzeitig das Arbeitsmedium ausgestoßen werden kann. Durch die Größe und Anzahl der Auslassöffnungen pro Auslassöffnungsgruppe kann der gewünscht Volumenstrom, der aus den Arbeitskammern ausgelassen wird, eingestellt werden.

[0036] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen im Gehäuse zum Einlassen und Auslassen eines Arbeitsmediums als zweite Langlöcher ausgebildet, die entlang einer zweiten Längsachse verlaufen, wobei die zweiten Langlöcher derart angeordnet sind, dass die zweite Längsachse quer zur Rotationsrichtung der Flügel positioniert ist. Bevorzugt sind die zweiten Langlöcher in ihrer Größe und Länge derart gewählt, dass sie ein breites Spektrum an möglichen Konfigurationen der Einlass- und Auslassöffnungen ermöglichen. Bevorzugt sind die zweiten Langlöcher derart dimensioniert, dass sie jeweils alle Einlass- bzw. Auslassöffnungen einer Einlass- bzw. Auslassöffnungsgruppe einschließen.

[0037] In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Laufbuchse und die Rotoren konzentrisch angeordnet und die Rotationskolbenmaschine weist weiter einen Verstellmechanismus zum Verstellen der rotatorischen Ausrichtung der Laufbuchse in dem Gehäuse auf, so dass die Position der Einlass- und Auslassöffnungen der Laufbuchse relativ zu den Öffnungen des Gehäuses zum Einlassen und Auslassen eines Arbeitsmediums verstellbar ist. Dies ermöglicht eine Feineinstellung der Lage der Einlass- und Auslassöffnungen zur Optimierung der Effizienz und Leistung der Rotationskolbenmaschine.

[0038] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Verstellmechanismus eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung des Verstellmechanismus und Verstellung der rotatorischen Ausrichtung der Laufbuchse auf, die außerhalb des Gehäuses betätigbar ist. Die rotatorische Ausrichtung der Laufbuchse kann außerhalb des Gehäuses verstellt werden. Eine Demontage des Gehäuses ist nicht notwendig. Somit kann eine rotatorische Ausrichtung der Laufbuchse zeitsparend durchgeführt werden.

[0039] In einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder Flügel der Rotoren mehrere Dichtungen zur Anlage an der Laufbuchse in radialer Richtung und zur Anlage an dem gegenüberliegenden Rotor in axialer Richtung der Welle auf. Dadurch werden die Spaltverluste minimiert und die Effizienz der Rotationskolbenmaschine gesteigert. Es wird ein schmiermittelfreier Betrieb der Rotationskolbenmaschine durch Verwendung reibungsarmer Werkstoffe ermöglicht.

[0040] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die Dichtungen Dichtelemente und Vorspannelemente, wobei die Vorspannelemente die Dichtelemente gegenüber der abzudichtenden Fläche vorspannen und wobei jeder Flügel mehrere Nuten aufweist, in denen die Dichtungen angeordnet sind. Durch Vorspannen der Dichtelemente wird auch bei geringen Drehzahlen, bei jeder Betriebstemperatur und auch bei verschleißbedingtem Abtrag an der Innenseite der Laufbuchse eine maximale Abdichtung erreicht. Durch die Wahl der Vorspannung kann ein idealer Kompromiss zwischen Verschleiß, Reibungsverlusten und Wirkungsgrad der Rotationskolbenmaschine eingestellt werden. Bevorzugt werden die Dichtelemente aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt. Ebenfalls bevorzugt sind die Vorspannelemente als Rundschnüre oder O-Ringe ausgebildet. Bevorzugt werden die Rundschnüre aus Methyl-Silikon-Kautschuk (MVQ) hergestellt.

[0041] In einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder Flügel eine kreisbogenförmige Oberseite, die radial von der Welle abgewandt ist, zwei Seitenflächen, die quer zur Rotationsrichtung der Flügel angeordnet sind und radial von der Welle in Richtung der kreisbogenförmige Oberseite verlaufen, sowie zwei Stirnseiten auf, die einander gegenüberliegen und den Flügel in axialer Richtung der Welle beidseitig begrenzen. Bevorzugt weist jeder Flügel weiter eine kreisbogenförmige Unterseite auf, wobei die kreisbogenförmige Unterseite und die kreisbogenförmige Oberseite konzentrisch angeordnet sind. Die kreisbogenförmige Unterseite kann eine Kontaktfläche zu den beiden Naben der Rotoren bilden.

[0042] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwei in axialer Richtung der Welle verlaufende Nuten zur Aufnahme der Dichtungen auf der kreisbogenförmigen Oberseite des Flügels und eine radial verlaufende Nut zur Aufnahme der Dichtung auf einer der Stirnseiten des Flügels angeordnet. Die in den Nuten an der kreisbogenförmigen Oberseite der Flügel positionierten Dichtungen dichten zur Innenseite der Laufbuchse hin ab. Die in der Nut an der Stirnseite der Flügel positionierte Dichtung dichtet zur Scheibe des gegenüberliegenden Rotors hin ab. Bevorzugt kann der Flügel auf einer kreisbogenförmigen Unterseite eine weitere in axialer Richtung der Welle verlaufende Nut aufweisen. Die in der Nut an der kreisbogenförmigen Unterseite des Flügels optional angeordnete Dichtung dichtet zur Nabe des gegenüberliegenden Rotors hin ab.

[0043] In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Scheibe auf einer radial umlaufenden Fläche einen Dichtring zur axialen Abdichtung gegenüber der Laufbuchse auf. Der Dichtring weist bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt auf. Er ist bevorzugt derart ausgebildet, dass er die Laufbuchse in axialer Richtung nicht berührt und durch Verwirbelung des Arbeitsmediums einen Spalt zu der Laufbuchse hin abdichtet.

[0044] In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Rotationskolbenmaschine einen Entnahmemechanismus, der ausgebildet ist, bei manueller Betätigung eine Entnahme der Laufbuchse aus dem Gehäuse zu ermöglichen. Bevorzugt umfasst der Entnahmemechanismus eine oder mehrere Schraubverbindung zwischen dem Gehäuse und der Laufbuchse. Bevorzugt sind in dem Gehäuse zwei Gewindebohrungen und in der Laufbuchse zwei entsprechende Sackbohrungen vorgesehen. Beispielsweise wird die Laufbuchse in dem Gehäuse durch zwei Madenschrauben fixiert, die durch die Gewindebohrungen im Gehäuse in die Sackbohrungen in der Laufbuchse eingreifen. Zur Entnahme der Laufbuchse aus dem Gehäuse werden zumindest ein Getriebe sowie zumindest ein Gehäusedeckel demontiert und die Schraubverbindungen zwischen dem Gehäuse und der Laufbuchse gelöst. Bevorzugt sind die Gehäusedeckel Teil des Gehäuses und mit einem Gehäusehauptteil, in dem die Laufbuchse gelagert ist, verbunden. Bevorzugt werden die Gehäusedeckel mit dem Gehäusehauptteil verschraubt.

[0045] In einem fünften Aspekt der Erfindung ist die in Zusammenhang mit den ersten drei Aspekten beschriebene Erfindung mit der im Folgenden beschriebenen Rotationskolbenmaschine kombinierbar:

[0046] Die Rotationskolbenmaschine umfasst ein Gehäuse mit mindestens einem Einlass und einem Auslass zum Einlassen und Auslassen eines Arbeitsmediums. Die Rotationskolbenmaschine umfasst weiter eine Welle, die in dem Gehäuse drehbar angeordnet ist, und zwei konzentrisch auf der Welle drehbar angeordnete Rotoren mit jeweils mehreren kreissektorförmigen Flügeln. Die Rotoren sind einander gegenüberliegend angeordnet und greifen derart ineinander, dass ein Flügel des einen Rotors zwischen zwei Flügeln des anderen Rotors positioniert ist. Zwei Steuerungseinheiten sind jeweils ausgebildet, die Winkelgeschwindigkeit jeweils einer der Rotoren derart zu steuern, dass die Flügel beider Rotoren mit sich zyklisch verändernden Winkelgeschwindigkeiten in einem Arbeitsraum in dem Gehäuse rotieren und sich die Abstände zweier aufeinanderfolgender Flügel in Rotationsrichtung der Flügel zyklisch ändern. Das Gehäuse weist ein erstes Gehäusebauteil mit einer Innenwandung auf, an der die Rotoren entlang bewegbar sind. Die Innenwandung und die Welle sind konzentrisch angeordnet und das erste Gehäusebauteil begrenzt den Arbeitsraum vollumfänglich. Das Gehäuse umfasst zweite Gehäusebauteile, die entlang der Welle einander gegenüberliegend angeordnet sind und den Arbeitsraum jeweils in axialer Richtung der Welle begrenzen.

[0047] Das erste Gehäusebauteil umfasst Öffnungen zum Auslassen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum, die mit dem Auslass des Gehäuses zum Auslassen des Arbeitsmediums fluidtechnisch verbunden sind. Die zweiten Gehäusebauteile weisen Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums in den Arbeitsraum auf, die mit mindestens einem Einlass des Gehäuses fluidtechnisch verbunden sind.

[0048] Indem die Öffnungen zum Einlassen und Auslassen des Arbeitsmediums in bzw. aus dem Arbeitsraum in unterschiedlichen Gehäusebauteilen angeordnet sind, können die Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums unabhängig von den Öffnungen zum Auslassen des Arbeitsmediums positioniert werden. Dadurch ist das Steuern und Einstellen der Einlasszeiten nicht nur von dem Steuern und Einstellen der Auslasszeiten sondern auch von den Flügelwinkeln der Rotoren entkoppelt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Flügelwinkel der Winkel verstanden, der die Ausdehnung des Kreissektors, über den sich der Flügel in Rotationsrichtung der Flügel erstreckt, definiert. Es ist möglich, kleine Flügelwinkel zu verwenden, die bei hoher Exzentrizität für große Fördervolumina sorgen. Die unabhängige Positionierung der Öffnungen zum Einlassen und Auslassen des Arbeitsmediums ermöglichen weiter, dass auf einen Steg zwischen diesen Öffnungen verzichtet werden kann. Insgesamt wird dadurch der Wirkungsgrad der Rotationskolbenmaschine erhöht. Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine kann als Verdichter oder als Expander ausgebildet sein.

[0049] In einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste Gehäusebauteil eine hohlzylindrische Laufbuchse mit zwei einander gegenüberliegenden offenen Enden und die zweiten Gehäusebauteile Abdeckscheiben, die jeweils eines der offenen Enden der Laufbuchse abdecken. Bevorzugt sind die Laufbuchse und die Abdeckscheiben aus dem Gehäuse entnehmbar. Dies ermöglicht ein Austauschen der Laufbuchse und/oder der Abdeckscheiben. Dadurch können die Positionen der Öffnungen zum Einlassen und Auslassen des Arbeitsmediums beim Einsatz unterschiedlicher Laufbuchsen und Abdeckscheiben variiert und somit unterschiedliche Ein- und Auslasszeiten zum Einlassen und Auslassen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum realisiert werden. Dadurch kann die Rotationskolbenmaschine beispielsweise mit unterschiedlichen Arbeitsmedien, unterschiedlichen Druckverhältnissen oder Volumenströmen zwischen den Öffnungen zum Einlassen und Auslassen des Arbeitsmediums betrieben werden. Sind die Laufbuchse und/oder die Abdeckscheiben verschlissen, so können sie ausgetauscht werden. Das übrige Gehäuse wird weiterverwendet. Da das übrige Gehäuse, die Laufbuchse und die Abdeckscheiben als separate Bauteile ausgebildet sind, können sie aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt werden, die für das jeweilige Bauteil und dessen Verwendung optimal geeignet sind. Beispielsweise kann das übrige Gehäuse aus gewichtsparendem Leichtmetall gefertigt werden, während die Laufbuchse und die Abdeckscheiben aus gehärtetem korrosionsfestem Stahl hergestellt sind.

[0050] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Laufbuchse eine erste Serie von Öffnungen und eine zweite Serie von Öffnungen auf, wobei jede Serie von Öffnungen mehrere der Öffnungen zum Auslassen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum umfasst. Die Öffnungen der ersten Serie von Öffnungen sind umlaufend in gleichbleibenden Winkelabständen voneinander beabstandet angeordnet. Die Öffnungen der zweiten Serie von Öffnungen sind umlaufend in gleichbleibenden Winkelabständen voneinander beabstandet angeordnet. Die Öffnungen der ersten Serie von Öffnungen sind relativ zu den Öffnungen der zweiten Serie von Öffnungen, projiziert in eine erste Ebene, die sich quer zu der axialen Richtung der Welle erstreckt, umlaufend um einen gleichbleibenden Winkelabstand voneinander beabstandet angeordnet. Durch die Verwendung zweier Serien von Öffnungen zum Auslassen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum, können zwei unterschiedliche Auslasszeiten eingestellt werden. Bevorzugt betreffen die unterschiedlichen Auslasszeiten zwei aufeinanderfolgende Kammern. Als Kammer wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Raum zwischen zwei in Rotationsrichtung aufeinanderfolgenden Flügeln verstanden, dessen Volumen sich während eines Arbeitsspiels mehrfach ändert. Bevorzugt hat eine erste Kammer eine erste Auslasszeit, während eine zweite Kammer, die auf die erste Kammer in Rotationsrichtung der Flügel folgt, eine zweite Auslasszeit hat. Durch die Realisierung zweier unterschiedlicher Auslasszeiten ist es möglich, die bei Verwendung eines Exzentergetriebes auftretende Phasenverschiebung auszugleichen. Dadurch ist es möglich, Exzentergetriebe mit größerer Exzentrizität zu verwenden, um so größere Fördervolumina zu realisieren. Bevorzugt erstreckt sich die erste Ebene derart quer zu der axialen Richtung der Welle, dass die Welle und die erste Ebene einen Winkel von 90° einschließen.

[0051] In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste und zweite Serie von Öffnungen jeweils vier Öffnungen zum Auslassen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum, wobei der Winkelabstand zwischen den Öffnungen der ersten und zweiten Serie von Öffnungen jeweils 90° beträgt und wobei die Öffnungen der ersten Serie von Öffnungen relativ zu den Öffnungen der zweiten Serie von Öffnungen, projiziert in die erste Ebene, die sich quer zu der axialen Richtung der Welle erstreckt, umlaufend um einen Winkelabstand von 0° bis 22°, bevorzugt von 0° bis 11°, besonders bevorzugt von 5° voneinander beabstandet angeordnet sind. Die jeweils vier Öffnungen der ersten und zweiten Serie ermöglichen bevorzugt die Realisierung von acht Kammern zwischen den Flügeln, so dass pro Umdrehung der Rotoren 32 Arbeitsspiele stattfinden. Der Winkelabstand der Öffnungen der ersten Serie relativ zu den Öffnungen der zweiten Serie wird bevorzugt in Abhängigkeit der auftretenden Phasenverschiebung und damit in Abhängigkeit der gewählten Exzentrizität des verwendeten Getriebes gewählt.

[0052] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die Abdeckscheiben jeweils mehrere Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums in den Arbeitsraum, wobei die Öffnungen jeweils in gleichbleibenden Winkelabständen auf den Abdeckscheiben voneinander beabstandet umlaufend angeordnet sind, wobei die Abdeckscheiben konzentrisch und relativ zueinander derart angeordnet sind, dass die Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums der einen Abdeckscheibe relativ zu den Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums der anderen Abdeckscheibe, projiziert in eine zweiten Ebene, die sich quer zu der axialen Richtung der Welle erstreckt, umlaufend um einen Winkelabstand von 0° bis 22°, bevorzugt von 0° bis 11°, besonders bevorzugt von 5° voneinander beabstandet angeordnet sind. Bevorzugt weist jede Abdeckscheibe vier Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums auf. Bevorzugt beträgt der Winkelabstand der Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums 90°. Dadurch können bevorzugt acht Kammern zwischen den Flügeln realisiert werden, so dass pro Umdrehung der Rotoren 32 Arbeitsspiele stattfinden. Indem die Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums der einen Abdeckscheibe relativ zu den Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums der anderen Abdeckscheibe umlaufend um einen Winkelabstand voneinander beabstandet angeordnet sind, ist es möglich, zwei unterschiedliche Einlasszeiten für zwei in Umlaufrichtung der Rotoren aufeinanderfolgende Kammern zu realisieren. Dadurch kann die bei Verwendung eines Exzentergetriebes auftretende Phasenverschiebung ausgeglichen werden. Dies ermöglicht, Exzentergetriebe mit einer größeren Exzentrizität zu verwenden, um so große Fördervolumina zu realisieren. In anderen Worten: Der Winkelabstand zwischen den Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums der einen Abdeckscheibe relativ zu den Öffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums der anderen Abdeckscheibe wird bevorzugt in Abhängigkeit der auftretenden Phasenverschiebung und damit in Abhängigkeit der gewählten Exzentrizität des verwendeten Getriebes gewählt.

[0053] In einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder Rotor eine Scheibe, mit der die mehreren Flügel verbunden sind, eine Nabe zur Lagerung des Rotors auf der Welle und eine Mantelwand auf, die die Flügel in Umfangsrichtung der Scheibe umgibt. Die Scheibe umfasst Eingangsöffnungen zum Einlassen des Arbeitsmediums durch die Öffnungen in den zweiten Gehäusebauteilen. Die Mantelwand hat Ausgangsöffnungen zum Auslassen des Arbeitsmediums durch die Öffnungen im ersten Gehäusebauteil. Ein Einlass, wie bspw. ein Ansaugen des Arbeitsmediums erfolgt, wenn eine der Eingangsöffnungen in der Scheibe mit einer der Öffnungen des zweiten Gehäusebauteils zum Einlassen des Arbeitsmediums in den Arbeitsraum überlappt oder fluchtet. Entsprechend erfolgt ein Auslassen des Arbeitsmediums wenn eine der Ausgangsöffnungen in der Mantelwand mit einer der Öffnungen zum Auslassen des Arbeitsmediums des ersten Gehäusebauteils überlappt oder fluchtet. Bevorzugt gleitet die Mantelwand dichtend an der Innenwandung des ersten Gehäusebauteils entlang.

[0054] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Flügel eine Flügelbreite auf und erstrecken sich von der Scheibe in axialer Richtung der Welle bis zu ihrer Flügelbreite hin, wobei sich die Mantelwand von der Scheibe in axialer Richtung der Welle bis zur Hälfte der Flügelbreite erstreckt. Bevorzugt ragt die Mantelwand in axialer Richtung der Welle bis zur Hälfte des Arbeitsraums, wenn die Rotoren in den Arbeitsraum eingeschoben sind.

[0055] In einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder Flügel eine kreisbogenförmige Oberseite, die radial von der Welle abgewandt ist, zwei Seitenflächen, die quer zur Rotationsrichtung der Flügel angeordnet sind und radial von der Welle in Richtung der kreisbogenförmige Oberseite verlaufen, sowie eine Stirnseite auf, die den Flügel in axialer Richtung der Welle begrenzt. Bevorzugt weist jeder Flügel weiter eine kreisbogenförmige Unterseite auf, wobei die kreisbogenförmige Unterseite und die kreisbogenförmige Oberseite konzentrisch angeordnet sind. Die kreisbogenförmige Unterseite kann eine Kontaktfläche zur Nabe des Rotors bilden.

[0056] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die kreisbogenförmige Oberseite der Flügel einen Außendurchmesser und die Mantelwand einen Innendurchmesser auf, wobei der Außendurchmesser der kreisbogenförmige Oberseite der Flügel kleiner ist als der Innendurchmesser der Mantelwand, so dass die Flügel des einen Rotors unter die Mantelwand des anderen Rotors schiebbar sind und dichtend an einer Innenseite der Mantelwand sowie an einer Innenseite der Scheibe des anderen Rotors entlang bewegbar sind. Die Mantelwände der beiden Rotoren stoßen in axialer Richtung der Welle dichtend aneinander. Dadurch wird ermöglicht, dass ein Flügel des einen Rotors zwischen zwei aufeinanderfolgende Flügel des anderen Rotors eingreift und Kammern zwischen zwei in Rotationsrichtung der Rotoren aufeinanderfolgenden Flügeln entstehen. Bevorzugt werden die Kammern von den Bauteilen beider Rotoren gemeinsam gebildet und sind von den Flügeln einerseits und von der Scheibe, der Nabe sowie der Mantelwand andererseits begrenzt. Bevorzugt verfügt jede in Rotationsrichtung der Kolben zweite Kammer über eine Eingangsöffnung zum Einlassen des Arbeitsmediums in der Scheibe des einen Rotors und über eine Ausgangsöffnung zum Auslassen des Arbeitsmediums in der Mantelwand des anderen Rotors. Bevorzugt verfügt jede zwischen den zweiten Kammern liegende Kammer über eine Eingangsöffnung zum Einlassen des Arbeitsmediums in der Scheibe des anderen Rotors und über eine Ausgangsöffnung zum Auslassen des Arbeitsmediums in der Mantelwand des einen Rotors. In anderen Worten: Zwei in Rotationsrichtung der Rotoren aufeinanderfolgende Kammern weisen jeweils eine Ausgangsöffnung aus unterschiedlichen Serien von Öffnungen in den Mantelwänden der beide Rotoren und jeweils eine Eingangsöffnung in unterschiedlichen Scheiben der Rotoren auf.

[0057] In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse zwei Einlassdeckel auf, die in axialer Richtung der Welle jeweils an eines der zweiten Gehäusebauteile angrenzend und mit diesem verbunden sind, wobei jeder Einlassdeckel mindestens einen Einlass zum Einlassen des Arbeitsmedium aufweist. Bevorzugt bilden die Einlassdeckel jeweils einen Speicher für das in den Arbeitsraum einzulassende Arbeitsmedium. Somit kann auf einen externen Ansaugspeicher verzichtet werden. Wird beispielsweise als Arbeitsmedium Luft verwendet und ist die Rotationskolbenmaschine als Verdichter ausgebildet, ist der Speicher für das in den Arbeitsraum anzusaugende Arbeitsmedium als Ansaugluftspeicher ausgebildet. Wird beispielsweise als Arbeitsmedium Luft verwendet und ist die Rotationskolbenmaschine als Expander ausgebildet, ist der Speicher für das in den Arbeitsraum einströmende Arbeitsmedium als Druckluftspeicher ausgebildet.

[0058] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse ein drittes Gehäusebauteil mit dem Auslass zum Auslassen des Arbeitsmediums, wobei das dritte Gehäusebauteil das erste Gehäusebauteil vollumfänglich umgibt. Bevorzugt bildet das dritte Gehäusebauteil einen Speicher für das aus dem Arbeitsraum ausgelassene Arbeitsmedium. Somit kann auf einen externen Speicher verzichtet werden. Wird beispielsweise als Arbeitsmedium Luft verwendet und ist die Rotationskolbenmaschine als Verdichter ausgebildet, ist der Speicher für das aus dem Arbeitsraum ausgestoßene Arbeitsmedium als Druckluftspeicher ausgebildet. Wird beispielsweise als Arbeitsmedium Luft verwendet und ist die Rotationskolbenmaschine als Expander ausgebildet, ist der Speicher für das aus dem Arbeitsraum ausgelassene Arbeitsmedium als Luftspeicher ausgebildet.

[0059] In einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder Flügel des einen Rotors mehrere Dichtungen zur Anlage an der Innenseite der Mantelwand des anderen Rotors in radialer Richtung und zur Anlage an der Scheibe des anderen Rotors in axialer Richtung der Welle auf. Dadurch werden die Spaltverluste minimiert und die Effizienz der Rotationskolbenmaschine gesteigert. Es wird ein schmiermittelfreier Betrieb der Rotationskolbenmaschine durch Verwendung reibungsarmer Werkstoffe ermöglicht.

[0060] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die Dichtungen Dichtelemente und Vorspannelemente, wobei die Vorspannelemente die Dichtelemente gegenüber der abzudichtenden Fläche vorspannen und wobei jeder Flügel mehrere Nuten aufweist, in denen die Dichtungen angeordnet sind. Durch Vorspannen der Dichtelemente wird auch bei geringen Drehzahlen, bei jeder Betriebstemperatur und auch bei verschleißbedingtem Abtrag an der Innenseite der Laufbuchse eine maximale Abdichtung erreicht. Durch die Wahl der Vorspannung kann ein idealer Kompromiss zwischen Verschleiß, Reibungsverlusten und Wirkungsgrad der Rotationskolbenmaschine eingestellt werden. Bevorzugt werden die Dichtelemente aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt. Ebenfalls bevorzugt sind die Vorspannelemente als Rundschnüre oder O-Ringe ausgebildet. Bevorzugt werden die Rundschnüre aus Methyl-Silikon-Kautschuk (MVQ) hergestellt.

[0061] In einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei in axialer Richtung der Welle verlaufende Nuten zur Aufnahme der Dichtungen auf der kreisbogenförmigen Oberseite des Flügels und eine radial verlaufende Nut zur Aufnahme der Dichtung auf einer der Stirnseiten des Flügels angeordnet. Die in den Nuten an der kreisbogenförmigen Oberseite der Flügel positionierten Dichtungen dichten zur Innenseite der Mantelwand des gegenüberliegenden Kolbens hin ab. Die in der Nut an der Stirnseite der Flügel positionierte Dichtung dichtet zur Scheibe des gegenüberliegenden Rotors hin ab. Bevorzugt kann der Flügel auf der kreisbogenförmigen Unterseite eine weitere in axialer Richtung der Welle verlaufende Nut aufweisen. Die in der Nut an der kreisbogenförmigen Unterseite des Flügels optional angeordnete Dichtung dichtet zur Nabe des gegenüberliegenden Rotors hin ab. Die Mantelwand eines Rotors kann auf einer Stirnseite, die in axialer Richtung der Welle von der Scheibe des Rotors abgewandt positioniert ist, ebenfalls eine umlaufende Nut aufweisen. Die in dieser umlaufenden Nut angeordnete Dichtung dichtet bevorzugt zur Mantelwand des gegenüberliegenden Rotors hin ab.

[0062] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Rotationskolbenmaschine einen Entnahmemechanismus, der ausgebildet ist, bei manueller Betätigung eine Entnahme des ersten Gehäusebauteils aus dem Gehäuse zu ermöglichen. Der Entnahmemechanismus ist bevorzugt als Verschraubung der Laufbuchse mit dem dritten Gehäusebauteil sowie als Verschraubung des dritten Gehäusebauteils mit den Abdeckscheiben und Ansaugdeckeln ausgebildet.

[0063] Die Erfindung wird nun anhand mehrerer in den Figuren gezeigter Ausführungsbeispiele beschrieben, in denen:

Figur 1

eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine,

Figur 2

eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Steuerungseinheit, die als Getriebe ausgebildet ist, das zumindest ein Eingangszahnrad mit zyklisch variierender Zahnteilung aufweist,

Figur 3

eine Explosionsdarstellung des Getriebes aus Figur 2,

Figur 4

eine perspektivische Darstellung eines Zahnrads mit zyklisch variierender Zahnteilung,

Figur 5

eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Steuerungseinheit, die als Getriebe mit mindestens einem exzentrisch gelagerten Zahnradpaar ausgebildet ist,

Figur 6

eine Explosionsdarstellung des Getriebes aus Figur 5,

Figur 7

eine perspektivische Darstellung eines exzentrisch gelagerten Zahnradpaars,

Figur 8

eine perspektivische Darstellung einer Rotationskolbenmaschine mit einer dritten Ausführungsform der Steuerungseinheiten, die als Elektromotoren ausgebildet sind, und

Figur 9

eine schematische Darstellung eines Systemaufbaus der Rotationskolbenmaschine aus Figur 8 zeigt.

[0064] Figur 1 zeigt eine Rotationskolbenmaschine 1 mit einem Gehäuse 2, in dem optional eine Welle 3 drehbar gelagert ist. An dem Gehäuse sind mehrere Einlässe 4 zum Einströmen bzw. Ansaugen eines Arbeitsmediums, beispielsweise eines Fluids, in einen Arbeitsraum im Gehäuse 2 und mehrere Auslässe 5 zum Ausstoßen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum vorgesehen. Die Rotationskolbenmaschine 1 umfasst zwei Steuerungseinheiten 6, 6', 6", die seitlich an dem Gehäuse 2 befestigt sind.

[0065] Die Rotationskolbenmachine 1 umfasst weiter zwei konzentrisch im Gehäuse 2 drehbar angeordnete Rotoren (nicht dargestellt) mit jeweils mehreren kreissektorförmigen Flügeln (nicht dargestellt). Die Rotoren sind einander gegenüberliegend angeordnet und greifen derart ineinander, dass ein Flügel des einen Rotors zwischen zwei Flügeln des anderen Rotors positioniert ist. Ist eine Welle 3 im Gehäuse 2 vorgesehen, so sind beide Rotoren auf der Welle 3 drehbar gelagert. Wird keine Welle 3 verwendet, so werden die Rotoren im Gehäuse 2 drehbar gelagert.

[0066] Die Steuerungseinheiten 6, 6', 6" sind jeweils ausgebildet, die Winkelgeschwindigkeit jeweils eines der Rotoren derart zu steuern, dass die Flügel beider Rotoren mit sich zyklisch verändernden Winkelgeschwindigkeiten in dem Arbeitsraum in dem Gehäuse 2 rotieren und sich die Abstände zweier aufeinanderfolgender Flügel in Rotationsrichtung der Flügel zyklisch ändern. Ist eine Welle 3 vorgesehen, werden die Steuerungseinheiten 6, 6', 6" über diese Welle 3 angetrieben. Ist keine Welle 3 vorgesehen, so können die Rotoren direkt über die Steuerungseinheiten 6, 6', 6" angetrieben werden.

[0067] Die grundlegende Funktionsweise einer Rotationskolbenmaschine wird bspw. in den beiden parallelen europäischen Patentanmeldungen Nr.... und Nr.... beschreiben, deren Inhalt hiermit vollumfänglich in diese Anmeldung aufgenommen wird.

[0068] In den Figuren 2 und 3 ist eine erste Ausführungsform der Steuerungseinheiten 6 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Rotationskolbenmaschine 1 eine Welle 3, die in dem Gehäuse 2 drehbar angeordnet ist, wobei beide Rotoren 13 auf der Welle 3 drehbar gelagert sind.

[0069] Beide Steuerungseinheiten 6 sind jeweils als Getriebe 7 ausgebildet, das ein mit der Welle 3 fest verbundenes Eingangszahnrad 8 und vier erste Wälzkörper 9 mit jeweils zwei Stirnradverzahnungen 10 umfasst. Jeweils eine der Stirnradverzahnungen 10 der vier ersten Wälzkörper 9 kämmt mit dem Eingangszahnrad 8. Die Eingangszahnräder 8 der beiden Getriebe 7 sind relativ zueinander um einen Winkel von 45° um die Welle 3 versetzt zueinander angeordnet.

[0070] Jedes Getriebe 7 umfasst weiter ein auf der Welle 3 drehbar gelagertes Doppelrad 11 mit zwei Zahnrädern 12 und ein mit einem Rotor 13 fest verbundenes Ausgangszahnrad 14. Das Getriebe umfasst weiter vier zweite Wälzkörper 15. Die ersten Wälzkörper 9 kämmen mit dem Eingangszahnrad 8 sowie einem der Zahnräder 12 des Doppelrads 11. Die zweiten Wälzkörper 15 kämmen jeweils mit dem anderen der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 sowie mit dem Ausgangszahnrad 14. Das Ausgangszahnrad 14 ist relativ zu einem der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und das andere Zahnrad 12 des Doppelrads 11 relativ zu dem Eingangszahnrad 8 sowie die beiden Zahnräder 12 des Doppelrads 11 relativ zueinander um einen Winkel von 45° um die Welle 3 versetzt angeordnet.

[0071] Die ersten Wälzkörper 9 und die zweiten Wälzkörper 15 umfassen jeweils zwei Stirnradverzahnungen 10 und jeweils zwei einander abgewandte Stirnflächen 16. Die Stirnradverzahnungen 10 jedes Wälzkörpers 9, 15 sind sich zu den Stirnflächen 16 hin kegelförmig verjüngend ausgebildet. Auch das Doppelrad 11 umfasst jeweils zwei einander abgewandte Stirnflächen 16, wobei sich die Verzahnung der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 zu den Stirnflächen 16 hin kegelförmig verjüngt. Das Eingangszahnrad 8 sowie das Ausgangszahnrad 14 weisen beide ebenfalls jeweils zwei einander abgewandte Stirnflächen 16 auf, wobei die Verzahnung des Eingangszahnrads 8 sowie des Ausgangszahnrads 14 sich zu einer der Stirnflächen 16 hin kegelförmig verjüngend ausgebildet sind.

[0072] Das Eingangszahnrad 8, die zwei Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und das Ausgangszahnrad 14 weisen jeweils eine über den Umfang des Eingangszahnrads 8, der zwei Zahnräder 12 des Doppelrads 11 bzw. des Ausgangsrads 14 zyklisch variierende Zahnteilung auf. Die Stirnradverzahnung 10 der ersten und zweiten Wälzkörper 9, 15 weist jeweils eine konstante Zahnteilung auf.

[0073] Figur 4 zeigt ein Zahnrad 12 mit einer zyklisch variierenden Zahnteilung. Dieses Zahnrad 12 soll als Beispiel für das Eingangszahnrad 8, die Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und das Ausgangszahnrad 14 dienen.

[0074] Die zyklisch variierende Zahnteilung des Eingangszahnrads 8, der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und des Ausgangszahnrads 14 hat einen Minimalwert und einen Maximalwert. In Figur 4 befindet sich der Minimalwert der Zahnteilung in einem ersten Bereich 17 auf ca. 12 Uhr des in Figur 4 dargestellten Zahnrads 12. Der Minimalwert der Zahnteilung befindet sich in einem zweiten Bereich 18 auf ca. 10:30 Uhr des in Figur 4 dargestellten Zahnrads 12.

[0075] Das Eingangszahnrad 8, die Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und das Ausgangszahnrad 14 sind derart ausgebildet, dass sich die Zahnteilung ausgehend von dem Minimalwert zu dem Maximalwert der Zahnteilung innerhalb eines ersten Winkels α von 45° in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads 12 verändert und von dem Maximalwert zu dem Minimalwert der Zahnteilung innerhalb eines sich an den ersten Winkel α anschließenden zweiten Winkels β von 45° in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads 12 verändert. Die Zahnteilung verändert sich also von dem Minimalwert zu dem Maximalwert und zurück zu dem Minimalwert innerhalb eines dritten Winkels γ von 90°.

[0076] In den Figuren 5 und 6 ist eine zweite Ausführungsform der Steuerungseinheiten 6 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Rotationskolbenmaschine 1 ebenfalls eine Welle 3, die in dem Gehäuse 2 drehbar angeordnet ist, wobei beide Rotoren auf der Welle 3 drehbar gelagert sind.

[0077] Gemäß der zweiten Ausführungsform sind beide Steuerungseinheiten 6` jeweils als Getriebe 7 ausgebildet, das ein erstes exzentrisch gelagertes Zahnradpaar 19, ein zweites exzentrisch gelagertes Zahnradpaar 20 und ein drittes exzentrisch gelagertes Zahnradpaar 21 aufweist. Jedes der Zahnradpaare 19, 20, 21 umfasst ein erstes angetriebenes Zahnrad 22 und ein zweites getriebenes Zahnrad 23, die beide eine herkömmliche Stirnradverzahnung 10 aufweisen und permanent miteinander kämmen. Den drei Zahnradpaaren 19, 20, 21 ist eine Übersetzungsstufe 24 mit vier Zahnrädern 12 nachgeschaltet. Die Übersetzungsstufe 24 übersetzt die an dem zweiten Zahnrad 22 des dritten Zahnradpaars 21 anliegende Winkelgeschwindigkeit und überträgt diese auf den Rotor 13 der Rotationskolbenmaschine 1 (siehe Figur 1).

[0078] Figur 7 zeigt beispielhaft an dem ersten Zahnradpaar 19, dass das erste Zahnrad 22 und das zweite Zahnrad 23 um die gleiche Exzentrizität e in eine Richtung versetzt gelagert ist. Das in Figur 7 gezeigte erste Zahnradpaar 19 soll auch beispielhaft für das zweite Zahnradpaar 20 und das dritte Zahnradpaar 21 stehen. Alle drei Zahnradpaare 19, 20, 21 weisen die gleiche Exzentrizität auf.

[0079] Bezug nehmend auf die Figuren 5 und 6 weist das Getriebe 7 eine erste Achse 25 und eine zweite Achse 26 auf. Auf der ersten Achse 25 sind das zweite Zahnrad 23 des ersten Zahnradpaars 19, das erste Zahnrad 22 des zweiten Zahnradpaars 20 sowie das zweite Zahnrad 23 des dritten Zahnradpaars 21 drehbar gelagert. Auf der zweiten Achse 26 sind zwei Zahnräder 12 der Übersetzungsstufe 24 drehbar gelagert.

[0080] Das erste Zahnrad 22 des ersten Zahnradpaars 19 ist als ein mit der Welle 3 fest verbundenes Eingangszahnrad 8 ausgebildet. Das zweite Zahnrad 23 des ersten Zahnradpaars 19 ist mit dem ersten Zahnrad 22 des zweiten Zahnradpaars 20 und das zweite Zahnrad 23 des zweiten Zahnradpaars 20 mit dem ersten Zahnrad 22 des dritten Zahnradpaars 21 starr verbunden und als Doppelrad 11 ausgebildet.

[0081] Das zweite Zahnrad 23 des ersten Zahnradpaars 19 ist relativ zu dem ersten Zahnrad 22 des zweiten Zahnradpaars 20 und das zweite Zahnrad 23 des zweiten Zahnradpaars 20 relativ zu dem ersten Zahnrad 22 des dritten Zahnradpaars 21 um 180° versetzt angeordnet, so dass die starr miteinander verbundenen Zahnräder 22, 23 um die vom Betrag her gleiche Exzentrizität e in entgegengesetzte Richtungen versetzt gelagert sind.

[0082] Die Eingangszahnräder 8 der beiden Getriebe 7 sind relativ zueinander um einen Winkel von 180° um die Welle 3 versetzt zueinander angeordnet, so dass die Eingangszahnräder 8 der beiden Getriebe 7 um die gleiche Exzentrizität e in entgegengesetzte Richtungen versetzt gelagert sind.

[0083] In den Figuren 8 und 9 ist eine dritte Ausführungsform der Steuerungseinheiten 6 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Rotationskolbenmaschine 1 keine Welle, die in dem Gehäuse 2 drehbar angeordnet ist. Beide Rotoren sind im Gehäuse drehbar gelagert.

[0084] Gemäß der dritten Ausführungsform sind beide Steuerungseinheiten 6" als Elektromotoren 27 ausgebildet, die mit jeweils einem der Rotoren 13 verbunden sind. Die Elektromotoren 27 sind über eine drehsteife Kupplung 28 mit jeweils einem der Rotoren 13 verbunden. Darüber hinaus sind die beiden Elektromotoren 27 mit einem Steuergerät 29 und jeweils mit einem Frequenzumrichter 30 verbunden. Mithilfe des Steuergeräts 29 und dem jeweiligen Frequenzumrichter 30 werden die beiden Elektromotoren 27 derart angesteuert, dass die Flügel beider Rotoren 13 mit sich zyklisch verändernden Winkelgeschwindigkeiten in dem Arbeitsraum in dem Gehäuse 2 (siehe Figur 1) rotieren und sich die Abstände zweier aufeinanderfolgender Flügel in Rotationsrichtung der Flügel zyklisch ändern.

[0085] Zusammenfassend kann die vorliegende Erfindung anhand der folgenden Paragraphen beschrieben werden:

Paragraph 1: Rotationskolbenmaschine 1 umfassend ein Gehäuse 2 mit mindestens einem Einlass 4 und einem Auslass 5 zum Einlassen und Auslassen eines Arbeitsmediums in oder aus einem Arbeitsraum,

zwei konzentrisch im Gehäuse 2 drehbar angeordnete Rotoren 13 mit jeweils mehreren kreissektorförmigen Flügeln, wobei die Rotoren 13 einander gegenüberliegend angeordnet sind und derart ineinandergreifen, dass ein Flügel des einen Rotors 13 zwischen zwei Flügeln des anderen Rotors 13 positioniert ist, und

zwei Steuerungseinheiten 6, 6', 6", die jeweils ausgebildet sind, die Winkelgeschwindigkeit jeweils eines der Rotoren 13 derart zu steuern, dass die Flügel beider Rotoren 13 mit sich zyklisch verändernden Winkelgeschwindigkeiten in dem Arbeitsraum in dem Gehäuse 2 rotieren und sich die Abstände zweier aufeinanderfolgender Flügel in Rotationsrichtung der Flügel zyklisch ändern.

Paragraph 2: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden aufeinanderfolgenden Flügel in Rotationsrichtung derselben einen Kammerwinkel einschließen und dass die Steuerungseinheiten jeweils ausgebildet sind, die Winkelgeschwindigkeit jeweils einer der Rotoren derart zu steuern, dass ein Schließen eines Auslasses des mindesten einen Auslasses durch einen Flügel der beiden aufeinanderfolgenden Flügel bei einem geringsten Kammerwinkel und ein Schließen eines Einlasses des mindestens einen Einlasses durch einen Flügel der beiden aufeinanderfolgenden Flügel bei einem größten Kammerwinkel auftritt

Paragraph 3: Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Paragraphen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskolbenmaschine 1 weiter eine Welle 3 umfasst, die in dem Gehäuse 2 drehbar angeordnet ist, wobei beide Rotoren 13 auf der Welle 3 drehbar gelagert sind.

Paragraph 4: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Steuerungseinheiten 6 als Getriebe 7 ausgebildet sind, die jeweils ein mit der Welle 3 fest verbundenes Eingangszahnrad 8, und einen ersten Wälzkörper 9 mit mindestens einer Stirnradverzahnung 10 umfassen, die mit dem Eingangszahnrad 8 kämmt, wobei das Eingangszahnrad 8 eine über den Umfang des Eingangszahnrads zyklisch variierende Zahnteilung und die Stirnradverzahnung 10 des Wälzkörpers 9 eine konstante Zahnteilung aufweist.

Paragraph 5: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe 7 weiter jeweils ein auf der Welle 3 drehbar gelagertes Doppelrad 11 mit zwei Zahnrädern 12 und ein mit einem der Rotoren 13 fest verbundenes Ausgangszahnrad 14 umfassen, wobei jedes Getriebe 7 weiter einen zweiten Wälzkörper 15 umfasst, wobei der erste Wälzkörper 9 mit dem Eingangszahnrad 8 sowie einem der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 kämmt und wobei der zweite Wälzkörper 15 jeweils mit dem anderen der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 sowie mit dem Ausgangszahnrad 14 kämmt.

Paragraph 6: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Getriebe 7 weiter mehrere erste Wälzkörper 9 und mehrere zweite Wälzkörper 15 umfasst, wobei die ersten Wälzkörper 9 jeweils mit dem Eingangszahnrad 8 sowie einem der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 kämmen und wobei die zweiten Wälzkörper 15 jeweils mit dem anderen der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 sowie auf dem Ausgangszahnrad 14 kämmen.

Paragraph 7: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und das Ausgangszahnrad 14 jedes Getriebes 7 jeweils eine über den Umfang der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und den Umfang des Ausgangsrads 14 zyklisch variierende Zahnteilung und der erste Wälzkörper 9 und der zweite Wälzkörper 15 jeweils eine konstante Zahnteilung aufweisen.

Paragraph 8: Rotationskolbenmaschine nach einem der Paragraphen 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklisch variierende Zahnteilung des Eingangszahnrads 8, der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und/oder des Ausgangszahnrads 14 einen Minimalwert und einen Maximalwert hat, dass das Eingangszahnrad 8, die Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und/oder das Ausgangszahnrad 14 derart ausgebildet sind, dass sich die Zahnteilung ausgehend von dem Minimalwert zu dem Maximalwert der Zahnteilung innerhalb eines ersten Winkels α von 45° in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads 12 verändert und von dem Maximalwert zu dem Minimalwert der Zahnteilung innerhalb eines sich an den ersten Winkel α anschließenden zweiten Winkels β von 45° in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads 12 verändert und sich die Zahnteilung von dem Minimalwert zu dem Maximalwert und zurück zu dem Minimalwert innerhalb eines dritten Winkels γ von 90° verändert.

Paragraph 9: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangszahnrad 14 relativ zu einem der Zahnräder 12 des Doppelrads 11 und das andere Zahnrad 12 des Doppelrads 11 relativ zu dem Eingangszahnrad 8 sowie die beiden Zahnräder 12 des Doppelrads 11 relativ zueinander um einen Winkel von 45° um die Welle 3 versetzt angeordnet sind.

Paragraph 10: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wälzkörper 9 und der zweite Wälzkörper 15 jeweils zwei Stirnradverzahnungen 10 und jeweils zwei einander abgewandte Stirnflächen 16 umfassen, wobei die Stirnradverzahnungen 10 jedes Wälzkörpers 9, 15 sich zu den Stirnflächen 16 hin kegelförmig verjüngend ausgebildet sind.

Paragraph 11: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangszahnräder 8 der beiden Getriebe 7 relativ zueinander um einen Winkel von 45° um die Welle 3 versetzt zueinander angeordnet sind.

Paragraph 12: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Steuerungseinheiten 6' als Getriebe 7 ausgebildet sind, die jeweils mindestens ein exzentrisch gelagertes Zahnradpaar 19, 20, 21 mit einem ersten angetriebenen Zahnrad 22 und ein zweiten getriebenen Zahnrad 23, die permanent miteinander kämmen, aufweisen, wobei das erste Zahnrad 22 und das zweite Zahnrad 23 um die gleiche Exzentrizität e in eine Richtung versetzt gelagert sind. Paragraph 13: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Getriebe 7 drei exzentrisch gelagerte Zahnradpaare 19, 20, 21 mit gleicher Exzentrizität e aufweist, wobei das erste Zahnrad 22 des ersten Zahnradpaars 19 als ein mit der Welle 3 fest verbundenes Eingangszahnrad 8 ausgebildet ist, wobei das zweite Zahnrad 23 des ersten Zahnradpaars 19 mit dem ersten Zahnrad 22 des zweiten Zahnradpaars 20 und das zweite Zahnrad 23 des zweiten Zahnradpaars 20 mit dem ersten Zahnrad 22 des dritten Zahnradpaars 21 starr verbunden und als Doppelrad 11 ausgebildet sind.

Paragraph 14: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad 23 des ersten Zahnradpaars 19 relativ zu dem ersten Zahnrad 22 des zweiten Zahnradpaars 20 und das zweite Zahnrad 23 des zweiten Zahnradpaars 20 relativ zu dem ersten Zahnrad 22 des dritten Zahnradpaars 21 um 180° versetzt angeordnet ist, so dass die starr miteinander verbundenen Zahnräder 22, 23 um die vom Betrag her gleiche Exzentrizität e in entgegengesetzte Richtungen versetzt gelagert sind.

Paragraph 15: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Zahnradpaar 19, 20, 21 eine Übersetzungsstufe 24 nachgeschaltet ist.

Paragraph 16: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangszahnräder 8 der beiden Getriebe 7 relativ zueinander um einen Winkel von 180° um die Welle 3 versetzt angeordnet sind, so dass die Eingangszahnräder 8 der beiden Getriebe 7 um die vom Betrag her gleiche Exzentrizität e in entgegengesetzte Richtungen versetzt gelagert sind.

Paragraph 17: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Steuerungseinheiten 6" als Elektromotoren 27 ausgebildet sind, die mit jeweils einem der Rotoren 13 verbunden sind.

Paragraph 18: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromotoren 27 mit einem Steuergerät 29 verbunden sind.

Paragraph 19: Rotationskolbenmaschine nach Paragraph 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren 27 über eine drehsteife Kupplung 28 mit jeweils einem der Rotoren 13 verbunden sind.

Bezugszeichenliste

[0086] 

1

Rotationskolbenmaschine

2

Gehäuse

3

Welle

4

Einlass

5

Auslass

6, 6', 6"

Steuerungseinheit

7

Getriebe

8

Eingangszahnrad

9

erster Wälzkörper

10

Stirnradverzahnung

11

Doppelrad

12

Zahnräder (Doppelrad)

13

Rotor

14

Ausgangszahnrad

15

zweiter Wälzkörper

16

Stirnfläche (Wälzkörper)

17

erster Bereich

18

zweiter Bereich

α

erster Winkel

β

zweiter Winkel

γ

Winkel

19

erstes Zahnradpaar (exzentrisch)

20

zweites Zahnradpaar (exzentrisch)

21

drittes Zahnradpaar (exzentrisch)

22

erstes angetriebenes Zahnrad

23

zweites getriebenes Zahnrad

24

Übersetzungsstufe

25

erste Achse

26

zweite Achse

e

Exzentrizität

27

Elektromotoren

28

Kupplung

29

Steuergerät

30

Frequenzumrichter

Ansprüche

1. Rotationskolbenmaschine umfassend

ein Gehäuse (2) mit mindestens einem Einlass (4) und einem Auslass (5) zum Einlassen und Auslassen eines Arbeitsmediums in oder aus einem Arbeitsraum,

zwei konzentrisch im Gehäuse drehbar angeordnete Rotoren (13) mit jeweils mehreren kreissektorförmigen Flügeln, wobei die Rotoren (13) einander gegenüberliegend angeordnet sind und derart ineinandergreifen, dass ein Flügel des einen Rotors (13) zwischen zwei Flügeln des anderen Rotors (13) positioniert ist, und

zwei Steuerungseinheiten (6, 6', 6"), die jeweils ausgebildet sind, die Winkelgeschwindigkeit jeweils eines der Rotoren (13) derart zu steuern, dass die Flügel beider Rotoren (13) mit sich zyklisch verändernden Winkelgeschwindigkeiten in dem Arbeitsraum in dem Gehäuse (2) rotieren und sich die Abstände zweier aufeinanderfolgender Flügel in Rotationsrichtung der Flügel zyklisch ändern.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskolbenmaschine (1) weiter eine Welle (3) umfasst, die in dem Gehäuse (2) drehbar angeordnet ist, wobei beide Rotoren (13) auf der Welle (3) drehbar gelagert sind.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Steuerungseinheiten (6) als Getriebe (7) ausgebildet sind, die jeweils ein mit der Welle (3) fest verbundenes Eingangszahnrad (8), und einen ersten Wälzkörper (9) mit mindestens einer Stirnradverzahnung (10) umfassen, die mit dem Eingangszahnrad (8) kämmt, wobei das Eingangszahnrad (8) eine über den Umfang des Eingangszahnrads (8) zyklisch variierende Zahnteilung und die Stirnradverzahnung (10) des Wälzkörpers (9) eine konstante Zahnteilung aufweist.

4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (7) weiter jeweils ein auf der Welle (3) drehbar gelagertes Doppelrad (11) mit zwei Zahnrädern (12) und ein mit einem der Rotoren (13) fest verbundenes Ausgangszahnrad (14) umfassen, wobei jedes Getriebe (7) weiter einen zweiten Wälzkörper (15) umfasst, wobei der erste Wälzkörper (9) mit dem Eingangszahnrad (8) sowie einem der Zahnräder (12) des Doppelrads (11) kämmt und wobei der zweite Wälzkörper (15) jeweils mit dem anderen der Zahnräder (12) des Doppelrads (11) sowie mit dem Ausgangszahnrad (14) kämmt.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Getriebe (7) weiter mehrere erste Wälzkörper (9) und mehrere zweite Wälzkörper (15) umfasst, wobei die ersten Wälzkörper (9) jeweils mit dem Eingangszahnrad (8) sowie einem der Zahnräder (12) des Doppelrads (11) kämmen und wobei die zweiten Wälzkörper (15) jeweils mit dem anderen der Zahnräder (12) des Doppelrads (11)sowie auf dem Ausgangszahnrad (14) kämmen.

6. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Zahnräder (12) des Doppelrads (11) und das Ausgangszahnrad (14) jedes Getriebes (7) jeweils eine über den Umfang der Zahnräder (12) des Doppelrads (11) und den Umfang des Ausgangsrads (14) zyklisch variierende Zahnteilung und der erste Wälzkörper (9) und der zweite Wälzkörper (15) jeweils eine konstante Zahnteilung aufweisen.

7. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklisch variierende Zahnteilung des Eingangszahnrads (8), der Zahnräder (12) des Doppelrads (11) und/oder des Ausgangszahnrads (14) einen Minimalwert und einen Maximalwert hat, dass das Eingangszahnrad (8), die Zahnräder (12) des Doppelrads (11) und/oder das Ausgangszahnrad (14) derart ausgebildet sind, dass sich die Zahnteilung ausgehend von dem Minimalwert zu dem Maximalwert der Zahnteilung innerhalb eines ersten Winkels (α) von 45° in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads (12) verändert und von dem Maximalwert zu dem Minimalwert der Zahnteilung innerhalb eines sich an den ersten Winkel (α) anschließenden zweiten Winkels (β) von 45° in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads (12) verändert und sich die Zahnteilung von dem Minimalwert zu dem Maximalwert und zurück zu dem Minimalwert innerhalb eines dritten Winkels (γ) von 90° verändert.

8. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Steuerungseinheiten (6') als Getriebe ausgebildet sind, die jeweils mindestens ein exzentrisch gelagertes Zahnradpaar (19, 20, 21) mit einem ersten angetriebenen Zahnrad (22) und ein zweiten getriebenen Zahnrad (23), die permanent miteinander kämmen, aufweisen, wobei das erste Zahnrad (22) und das zweite Zahnrad (23) um die gleiche Exzentrizität (e) in eine Richtung versetzt gelagert sind.

9. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Getriebe (7) drei exzentrisch gelagerte Zahnradpaare (19, 20, 21) mit gleicher Exzentrizität (e) aufweist, wobei das erste Zahnrad (22) des ersten Zahnradpaars (19) als ein auf der Welle (3) fest verbundenes Eingangszahnrad (8) ausgebildet ist, wobei das zweite Zahnrad (23) des ersten Zahnradpaars (19) mit dem ersten Zahnrad (22) des zweiten Zahnradpaars (20) und das zweite Zahnrad (23) des zweiten Zahnradpaars (20) mit dem ersten Zahnrad (22) des dritten Zahnradpaars (21) starr verbunden und als Doppelrad (11) ausgebildet sind.

10. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (23) des ersten Zahnradpaars (19) relativ zu dem ersten Zahnrad (22) des zweiten Zahnradpaars (20) und das zweite Zahnrad (23) des zweiten Zahnradpaars (20) relativ zu dem ersten Zahnrad (22) des dritten Zahnradpaars (21) um 180° versetzt angeordnet ist, so dass die starr miteinander verbundenen Zahnräder (22, 23) um die gleiche Exzentrizität (e) in entgegengesetzte Richtungen versetzt gelagert sind.

11. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Zahnradpaar (19, 20, 21) eine Übersetzungsstufe (24) nachgeschaltet ist.

12. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangszahnräder (8) der beiden Getriebe (7) relativ zueinander um einen Winkel von 180° um die Welle (3) versetzt angeordnet sind, so dass die Eingangszahnräder (8) der beiden Getriebe (7) um die vom Betrag her gleiche Exzentrizität (e) in entgegengesetzte Richtungen versetzt gelagert sind.

13. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Steuerungseinheiten (6") als Elektromotoren (27) ausgebildet sind, die mit jeweils einem der Rotoren (13) verbunden sind.

14. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromotoren (27) mit einem Steuergerät (29) verbunden sind.

15. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (27) über eine drehsteife Kupplung (28) mit jeweils einem der Rotoren (13) verbunden sind.

Zeichnung