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EP2841695A1 - Drehkolbenmaschine, die als pumpe, verdichter oder motor für ein fluid wirkt - Google Patents

Drehkolbenmaschine, die als pumpe, verdichter oder motor für ein fluid wirkt

Info

Publication number
EP2841695A1
EP2841695A1 EP13709334.0A EP13709334A EP2841695A1 EP 2841695 A1 EP2841695 A1 EP 2841695A1 EP 13709334 A EP13709334 A EP 13709334A EP 2841695 A1 EP2841695 A1 EP 2841695A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gear
central axis
rotary piston
tooth
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP13709334.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2841695B1 (de
Inventor
Dieter Amesoeder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2841695A1 publication Critical patent/EP2841695A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2841695B1 publication Critical patent/EP2841695B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C3/00—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members
    • F01C3/06—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
    • F01C3/08—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or engines
    • F01C1/084—Toothed wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or engines
    • F01C1/088—Elements in the toothed wheels or the carter for relieving the pressure of fluid imprisoned in the zones of engagement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/18—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C3/00—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type
    • F04C3/06—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
    • F04C3/08—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing

Definitions

  • Rotary piston machine which acts as a pump, compressor or motor for a fluid
  • DE 42 41 320 AI proposes to arrange a control part between the driven part and the drive part such that between the control part and the drive part first working spaces and between the driven part and the control part second working spaces are formed that face each other.
  • DE 10 2008 013991 AI which is also published under WO 2008/110155 AI, proposes to provide a rotor and a stator in a housing, wherein between a drive shaft and the rotor an inclined sliding plane is arranged.
  • This inclined sliding plane leads to a rotation of the shaft to a tumbling of the rotor or a tumbling of the rotor to a rotation of the shaft.
  • the rotor opposite the stator is not co-rotating and thus stationary in a housing receiving the rotor and the stator.
  • Rotary piston machine which operates as a pump, compressor or motor for liquid or gaseous medium provided.
  • the rotary engine has a first gear having a first center axis, a first gear
  • the first center axis and the second center axis enclose an angle that is not equal to 180 °.
  • the third central axis and at least one central axis of the first central axis and the second central axis enclose an angle which is not equal to 0 ° or 90 °.
  • the first sliding plane and the central axis are perpendicular to each other.
  • the first gear has a first end face with a first toothing with at least one first tooth and the second toothed wheel has a second end face with a second toothing with at least one second tooth, wherein a first number of first teeth and a second number of second teeth differ from one another are.
  • the first tooth and the second tooth engage with each other in such a way that at least one working space is formed by combing the teeth.
  • a volume formed by the at least one working space is changed by the meshing of the teeth.
  • the at least one working space is formed by a spherical inner wall of a Limited housing.
  • the at least one working space is connectable to an inflow and an outflow for the medium.
  • a component of the group of first gear and second gear is coupled to the housing such that the component wobbles exclusively by a rotation of the drive shaft.
  • the respective other component from the group of first gear and second gear is coupled to the first sliding plane such that rotates by a rotation of the drive shaft, the respective other component and staggers.
  • stator known from DE 10 2008 013991 A1 is no longer stationary, but staggers in relation to a housing, the area to which the inflows and outflows can be arranged is increased.
  • the tumbling motion makes it possible to arrange more than one inflow and one outflow for the medium.
  • many inflows and outflows can be arranged circumferentially on the housing, how many teeth the gear has the lowest number of teeth.
  • the first number may comprise only a first tooth and the second number two or more second teeth, and vice versa.
  • the number of inflows can be equal to the number of outflows.
  • the inflows and outflows can here be circumferentially distributed uniformly distributed. Due to the higher number of inflows and outflows and a different shape of these compared to the prior art, high speeds or pressure peaks in the medium can be avoided. Also, the degree of filling of
  • the second gear can be encompassed by the spherical, in particular hemispherical, inner wall of the housing and thereby supported on the inner wall of the housing.
  • the first gear for rotating and / or tumbling can be excited. Due to the wobbling motion of the first gear, the second gear is excited to a tumbling motion.
  • the second gear may be connected to the housing or the inner wall such that a relative rotation of the second gear relative to the housing, or the first gear, is prevented.
  • the first gear and the second gear each have a number of teeth which differ from one another by at least one tooth. Has proved suitable for such a configuration in particular a Trochodialvertechnikung.
  • a radial delimitation of the work spaces inward can by
  • the spherical parts are arranged, which are arranged on the gears.
  • the inner wall of the housing will be hemispherical in shape. This allows easy mounting of the first gear, the second gear and the drive shaft.
  • the slip plane may also support the first gear so that when the volume of the at least one working space is reduced and thus the first and second gears are axially loaded in the opposite direction, the first gear is held in position.
  • the second gear is supported by the housing.
  • the at least one working space is bounded radially inwardly by a common contact surface which is of spherical design in the first gearwheel and in the second gearwheel.
  • the first center axis and the third center axis include a first angle.
  • the second center axis and the third center axis include a second angle.
  • the first angle and the second angle are not equal to 0 ° or 90 °.
  • both the first gear and the second gear is excited to tumble.
  • the first angle may be 5 degrees and the second angle may be 20 degrees.
  • the first angle and the second angle can be equal.
  • the first center axis and the second center axis may be skewed to each other.
  • the first central axis and the third central axis span a first plane.
  • the first center axis and the second center axis may be a second level
  • the first level and the second level may include an angle that is not 0 ° and not equal to 180 °.
  • the first level and the second level can also be congruent.
  • the first center axis and the third center axis span a first plane and the second center axis and the third center axis span a second plane.
  • the first level and the second level are perpendicular to each other.
  • first level and the second level can take any angle to each other.
  • the first center axis and the second center axis lie in a common plane.
  • the Drive shaft firmly connected to a second sliding plane.
  • the second sliding plane and the second center axis are perpendicular to each other.
  • the first sliding plane and the first gear are rotatable relative to each other and connected to each other.
  • the second sliding plane and the second gear are rotatable relative to each other and connected to each other.
  • the reliability of the rotary piston machine can be increased, as a result, the second gear through the second sliding plane forcibly put into a tumbling motion.
  • the first gear and the second gear can be constrained in conjunction with the spherical inner wall of the housing.
  • binding when combing the gears can be avoided, which can possibly be attributed to manufacturing tolerances of the gears.
  • the first center axis, the second center axis and the third center axis intersect at a common point, wherein the common point center of a
  • Diameter of the inner wall is.
  • first sliding plane and the second sliding plane intersect the common point.
  • Thrust bearing is arranged, the durability of the rotary engine is extended by avoiding a translational movement of the gear and the sliding plane.
  • the first sliding plane and / or the second sliding plane do not intersect the common point.
  • the second gear is non-rotatably coupled to the housing.
  • a pin is firmly connected on an outer wall of the second gear.
  • the pin is guided in a groove-shaped recess in the inner wall, wherein the recess is circular.
  • the recess may also be formed as a circular groove, so that this groove can serve as a backdrop for the pin.
  • the pin in conjunction with the circular recess can be formed as a fixation of the second gear to the housing, so that thereby a rotational movement of the second
  • the first gear is connected to the
  • a fixation of the first gear on the housing for example, by means of a protruding on the first gear in the radial direction pin in conjunction with a formed on the inner wall, respectively the housing groove formed.
  • this may wobble the first gear, but not turn.
  • the second gear will usually also tumble and usually turn as well.
  • the extends
  • both the pin and the inner wall of the housing can be produced inexpensively as a plastic injection molded part.
  • at least one component from the group of at least one first tooth and at least one second tooth of the rotary piston machine has a recess, so that in a predetermined rotation angle range of the at least one
  • the recess may be formed on a tooth flank or on both tooth flanks of a tooth. Also, the
  • Recesses on the two tooth flanks be different from each other.
  • the individual tributaries and / or outflows can be interconnected.
  • inflows may be associated with drains to increase, for example, by such a rotary engine, the pressures to be achieved.
  • the inflows and outflows can be controlled by means of valves, in particular solenoid valves.
  • Lubricant can reduce the friction of the individual components
  • the first toothing and the second toothing are selected from the group of
  • Bearing element between the sliding plane and the associated gear as lubricated, hydraulically or pneumatically supported slide bearing be configured.
  • the bearing element as a rolling bearing, for example as
  • Roller bearing or other bearing be formed according to the prior art.
  • the rotary piston machine described above can be used as a transmission.
  • FIG. 1 shows a rotary piston machine in a longitudinal section
  • Figure 2 shows the known from Figure 1 rotary piston machine in supervision in
  • FIG. 3 shows the rotary-piston machine known from FIG. 1 in a 3D view in an X-ray view;
  • FIG. 4 shows a drive shaft from that known from FIG.
  • FIG. 5 shows a housing with an inner wall from that of FIG. 1
  • FIG. 6 shows a first gearwheel from that known from FIG.
  • FIG. 7 shows a second gearwheel from that known from FIG.
  • Figure 1 shows a rotary piston machine 2, which operates as a pump, compressor or motor for liquid or gaseous medium.
  • the rotary piston machine 2 has a first gear 4 with a first center axis I, a second gear 6 arranged opposite the first gear 4 with a second center axis II and a drive shaft 8 with a third center axis III.
  • the drive shaft 8 has a disk element 11 which has a first sliding plane 10 on the side facing the first gear 4. Concentric with the third center axis III, the drive shaft 8 has an axle section 13 on the disk element 11. On the axle section 13, a second slip plane 12 is formed on the side facing the second gear 6.
  • the disc member 11 may be formed so that on the
  • Axle section 13 can be omitted.
  • the first gear 4 has a first sliding surface 15, which in conjunction with the first sliding plane 10 of
  • the first gearwheel 4 Opposite the first sliding surface 15, the first gearwheel 4 has a first end face 14, on which a first toothing 16 with at least one first tooth 18 is formed. Furthermore, the first gear 4 along the first central axis I has an opening 19 into which the
  • Achsabites 13 protrudes.
  • the second sliding surface 21 is opposite to the second gear 6, a second end face 20 is formed on which a second toothing 22 with at least one tooth 24 is formed is.
  • a stub axle 25 extends along the second central axis II towards the axle section 13 and is bounded by the second sliding surface 21.
  • the axle portion 13 may be formed such that it is also possible to dispense with the axle stub 25.
  • combing of the at least one first tooth 18 and of the at least one first tooth 18 second tooth 24 a working space 26 is formed, wherein the combing of the teeth 18, 24, a volume formed by the working space 26 is changed.
  • the first gear 4 and the second gear 6 are enclosed by a housing 28 with a spherical, here hemispherical-shaped, inner wall 30. This spherical inner wall 30 seals the working space 26 to the outside.
  • the first gear 4 has a spherical first
  • the second gear 6 has a spherical second outer wall 38, wherein the second outer wall 38 also corresponds to the spherical inner wall 30. Furthermore, in the first gear 4 is a spherical first bearing surface 32nd
  • a pin 48 is formed on the second outer wall 38, which engages in a formed on the spherical inner wall 30 of the housing 28 circular recess 50.
  • the circular recess 50 may also be formed as a circular ring.
  • the first center axis I of the first gear 4, on which the first sliding plane 10 is perpendicular, intersects the third center axis III of the drive shaft 8 at a common point S.
  • the second center axis II of the second gear 6 intersects the third center axis
  • the spherical inner wall 30 extends along a diameter D, which also intersects the third center axis III in the common point S.
  • the first center axis I and the third center axis III include a first angle a1 extending from the third center axis III beginning in the counterclockwise direction.
  • Exemplary embodiment is the first angle a1 5 °. Continue to close the third
  • Central axis III and the second center axis II a second angle a2 a.
  • the angle extends from the third center axis III in
  • Center axis I and the second center axis II include a third angle a3, which is not equal to 180 °. Furthermore, the first I, the second II and the third I II center axis span a common plane E. The fact that the first center axis I, the second center axis II and the third center axis III lie in one plane and that the two angles ⁇ 1, a2 extend in opposite directions, are generated by the first gear 4 during operation of the rotary piston machine 2
  • Central axis III and the first central axis I a first level and the third
  • Center axis II I and the second center axis I I span a second plane, wherein the two planes can be at any angle to each other. Furthermore, the second toothing 22 of the second gear 6 is formed such that the second end face 20 and the spherical second
  • the first sliding plane 10 does not intersect the third center axis I I I in the common point S.
  • Relative movement additionally a translatory movement. Especially the translational movement can cause a groove or scoring of the first sliding plane 10 and / or the first sliding surface 15 is avoided.
  • the second slip plane 12 intersects the third center axis I I I in the point S. Accordingly, between the second slip plane 12 of the
  • FIG. 2 shows the rotary-piston machine 2 known from FIG. 1 in a top view in the X-ray view. In this view it can be seen that the second
  • Gear 6 five second teeth 24 and the first gear 4 six first teeth 18 has. Furthermore, the housing 28 has evenly distributed over the circumference five inflows 40 and five outlets 42. The number of inflows 40, respectively the outflows 42, this corresponds to the number of second teeth 24 of the second gear 6. At the spherical inner wall 36 is to each Inflow 40 a
  • FIG. 3 shows the rotary-piston machine 2 known from FIG. 1 in a 3D view in an X-ray view. In this view, the formation of the inflow control channels 41 and the outflow control channels 43 are clearly visible. Here are the
  • Inflow control channels 41 respectively the outflow control channels 43, designed such that the medium to be supplied to the working space 26 as possible filled to 100% and the outflow 42, the compressed medium is ejected as possible to 100%.
  • the degree of filling of the working spaces 26 influences decisively both a volume flow of the medium to be transported and a pressure to be achieved.
  • the opening 19 of the first gear 4 is in this case designed such that during the tumbling movements of the first gear 4 and the second gear 6 of the axle portion 13 of the drive shaft 8 and the stub axle 25 of the second gear 6 does not collide with the first gear 4.
  • FIG. 4 shows the drive shaft 8 known from FIG.
  • FIG. 5 shows the housing 28 of the rotary piston machine 2 known from FIG. 1 with a view of the spherical inner wall 30.
  • the inflows 40 and the outflows 42 can be clearly seen as openings through the housing 28.
  • the circular eccentrically arranged recess 50 can be seen.
  • FIG. 6 shows the first gearwheel 4 from that known from FIG.
  • Figure 7 shows the second gear 6 of the known from Figure 1
  • Rotary piston machine 2 in a 3D view.
  • the toothing 22 extends as far as the spherical second outer wall 38 and thus the second end face 20 extends through this second one
  • Support surface 34 which corresponds to the spherical first
  • first gear 4 Support surface 32 of the first gear 4 is clearly visible.
  • first gear 4, the second gear 6, the drive shaft 8 and the housing 28 are each integrally formed as a plastic injection molded part. As a result, the individual parts can be manufactured inexpensively in large quantities.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Motors (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Drehkolbenmaschine (2), die als Pumpe, Verdichter oder Motor für flüssiges oder gasförmiges Medium arbeitet. Die Drehkolbenmaschine (2) weist ein erstes Zahnrad (4) mit einer ersten Mittelachse (I), ein dem ersten Zahnrad (4) gegenüberliegend angeordnetes zweites Zahnrad (6) mit einer zweiten Mittelachse (II) und eine Antriebswelle (8) mit einer dritten Mittelachse (III) und einer mit der Antriebswelle (8) fest verbundenen Gleitebene (10, 12) auf. Die erste Mittelachse (I) und die zweite Mittelachse (II) schließen einen Winkel (a3) ein, der ungleich 180° ist. Die dritte Mittelachse (III) und wenigstens eine Mittelachse (I, II) aus der Gruppe erste Mittelachse (I) und zweite Mittelachse (II) schließen einen Winkel (α1, α2) ein, der ungleich 0° oder 90° ist. Die Gleitebene (10, 12) und die Mittelachse (I, II) stehen aufeinander senkrecht. Das erste Zahnrad (4) weist eine erste Stirnfläche (14) mit einer ersten Verzahnung (16) mit wenigstens einem ersten Zahn (18) und das zweite Zahnrad (6) eine zweite Stirnfläche (20) mit einer zweiten Verzahnung (22) mit wenigstens einem zweiten Zahn (24) auf, wobei eine erste Anzahl von ersten Zähnen und eine zweite Anzahl von zweiten Zähnen voneinander verschieden sind. Der erste Zahn (18) und der zweite Zahn (24) stehen derart miteinander in Eingriff, dass durch ein Kämmen der Zähne (18, 24) wenigstens ein Arbeitsraum (26) ausgebildet wird. Ein durch den wenigstens einen Arbeitsraum (26) gebildetes Volumen wird durch das Kämmen der Zähne (18, 24) verändert. Der wenigstens eine Arbeitsraum (26) ist durch eine kugelförmig ausgebildete Innenwandung (30) eines Gehäuses (28) begrenzt. Der wenigstens eine Arbeitsraum (26) ist mit einem Zufluss (40) und einem Abfluss (42) für das Medium verbindbar. Erfindungsgemäß ist eine Komponente (4, 6) aus der Gruppe erstes Zahnrad (4) und zweites Zahnrad (6) mit dem Gehäuse (28) derart gekoppelt, dass durch eine Rotation der Antriebswelle (8) die Komponente (4, 6) ausschließlich taumelt. Die jeweils andere Komponente (4, 6) aus der Gruppe erstes Zahnrad (4) und zweites Zahnrad (6) ist mit der Gleitebene (10, 12) derart gekoppelt, das sich durch eine Rotation der Antriebswelle (8) die jeweils andere Komponente (4, 6) dreht und taumelt.

Description

Beschreibung
Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Verdichter oder Motor für ein Fluid wirkt
Stand der Technik
Aus der DE 42 41 320 AI ist eine Drehkolbenmaschine bekannt, die als Pumpe, Verdichter oder Motor arbeitet. Bei dieser laufen Kämme von Zähnen eines rotierenden Antriebsteils zur Begrenzung von Arbeitsräumen auf einer zykloiden Fläche eines ebenfalls verzahnten Abtriebteils und treiben dabei dieses
Abtriebsteil an. Zwischen den Zähnen von Abtriebsteil und Antriebsteil werden die genannten Arbeitsräume gebildet, die während des Rotierens der Teile für ihre Arbeit vergrößert bzw. verkleinert werden, um die Förderwirkung auf ein gasförmiges oder flüssiges Medium zu erzeugen. Um den Durchsatz eines zu verdichtenden Mediums zu erhöhen, schlägt die DE 42 41 320 AI vor, zwischen dem Abtriebsteil und dem Antriebsteil ein Steuerteil derart anzuordnen, dass zwischen dem Steuerteil und dem Antriebsteil erste Arbeitsräume und zwischen dem Abtriebsteil und dem Steuerteil zweite Arbeitsräume ausgebildet werden, die einander gegenüberliegen.
Die DE 10 2008 013991 AI, die auch unter WO 2008/110155 AI veröffentlicht ist, schlägt vor, in einem Gehäuse einen Rotor und einen Stator vorzusehen, wobei zwischen einer Antriebswelle und dem Rotor eine schiefe Gleitebene angeordnet ist. Diese schiefe Gleitebene führt bei einem Rotieren der Welle zu einem Taumeln des Rotors bzw. ein Taumeln des Rotors zu einem Rotieren der Welle. Hierbei ist der dem Rotor gegenüberliegende Stator nicht mitrotierend und somit ortsfest in einem den Rotor und den Stator aufnehmenden Gehäuse angeordnet.
Allerdings hat sich gezeigt, dass sich bei der Drehkolbenmaschine mit taumelndem Rotor aufgrund einer nur in einem begrenzten Bereich anordenbaren Zuflusses und Abflusses die Arbeitsräume nicht vollständig füllen lassen. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Zulauf- und Ablauföffnungen oft nur sehr klein ausgeführt werden können, so dass das zu fördernde Medium hohe Geschwindigkeiten erreicht, so dass ungewollte Druckspitzen auftreten.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann ein Bedürfnis bestehen, eine Drehkolbenmaschine mit einem durch eine rotierende schiefe Gleitebene zum Taumeln angeregten Rotor bereitzustellen, bei der die Arbeitsräume besser befüllbar sind.
Dieses Bedürfnis kann durch den Gegenstand des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine
Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Verdichter oder Motor für flüssiges oder gasförmiges Medium arbeitet, bereitgestellt. Die Drehkolbenmaschine weist ein erstes Zahnrad mit einer ersten Mittelachse, ein dem ersten Zahnrad
gegenüberliegend angeordnetes zweites Zahnrad mit einer zweiten Mittelachse und eine Antriebswelle mit einer dritten Mittelachse und eine mit der
Antriebswelle fest verbundenen Gleitebene auf. Die erste Mittelachse und die zweite Mittelachse schließen einen Winkel ein, der ungleich 180° ist. Die dritte Mittelachse und wenigstens eine Mittelachse aus erster Mittelachse und zweiter Mittelachse schließen einen Winkel ein, der ungleich 0° oder 90° ist. Die erste Gleitebene und die Mittelachse stehen aufeinander senkrecht. Das erste Zahnrad weist eine erste Stirnfläche mit einer ersten Verzahnung mit wenigstens einem ersten Zahn und das zweite Zahnrad eine zweite Stirnfläche mit einer zweiten Verzahnung mit wenigstens einem zweiten Zahn auf, wobei eine erste Anzahl von ersten Zähnen und einer zweite Anzahl von zweiten Zähnen voneinander verschieden sind. Der erste Zahn und der zweite Zahn stehen derart miteinander in Eingriff, dass durch ein Kämmen der Zähne wenigstens ein Arbeitsraum ausgebildet wird. Ein durch den wenigstens einen Arbeitsraum gebildetes Volumen wird durch das Kämmen der Zähne verändert. Der wenigstens eine Arbeitsraum ist durch eine kugelförmig ausgebildete Innenwandung eines Gehäuses begrenzt. Der wenigstens eine Arbeitsraum ist mit einem Zufluss und einem Abfluss für das Medium verbindbar. Eine Komponente aus der Gruppe erstes Zahnrad und zweites Zahnrad ist mit dem Gehäuse derart gekoppelt, dass durch eine Rotation der Antriebswelle die Komponente ausschließlich taumelt. Die jeweils andere Komponente aus der Gruppe erstes Zahnrad und zweites Zahnrad ist mit der ersten Gleitebene derart gekoppelt, dass sich durch eine Rotation der Antriebswelle die jeweils andere Komponente dreht und taumelt.
Dadurch, dass das aus der DE 10 2008 013991 AI bekannte Stator nicht mehr ortsfest ist, sondern gegenüber einem Gehäuse taumelt, wird der Bereich, an den die Zuflüsse und Abflüsse angeordnet werden können, vergrößert.
Insbesondere ist durch die Taumelbewegung möglich, mehr als einen Zufluss und einen Abfluss für das Medium anzuordnen. In der Regel können so viele Zu- und Abflüsse umfänglich an dem Gehäuse angeordnet werden, wieviel Zähne das Zahnrad mit der geringsten Zähnezahl aufweist. Hierbei kann beispielsweise die erste Anzahl lediglich einen ersten Zahn und die zweite Anzahl zwei oder mehr zweite Zähne umfassen, und umgekehrt. Ferner kann die Anzahl der Zuflüsse gleich der Anzahl der Abflüsse sein. Die Zu- und Abflüsse können hierbei umfänglich gleichmäßig verteilt alternierend angeordnet sein. Durch die höhere Anzahl an Zu- und Abflüssen sowie eine andere Ausformung dieser gegenüber dem Stand der Technik können hohe Geschwindigkeiten oder Druckspitzen im Medium vermieden werden. Auch kann der Füllgrad der
Arbeitsräume vergrößert werden. Beispielsweise kann das zweite Zahnrad durch die kugelförmige, insbesondere halbkugelförmige, Innenwandung des Gehäuses umgriffen werden und sich dabei an der Innenwandung des Gehäuses abstützen. Durch die Gleitebene kann beispielsweise das erste Zahnrad zum Drehen und/oder Taumeln angeregt werden. Durch die Taumelbewegung des ersten Zahnrads wird das zweite Zahnrad zu einer Taumelbewegung angeregt. Das zweite Zahnrad kann derart mit dem Gehäuse bzw. der Innenwandung verbunden sein, dass eine relative Drehung des zweiten Zahnrades gegenüber dem Gehäuse, respektive dem ersten Zahnrad, verhindert ist. In der Regel werden das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad je eine Anzahl an Zähnen aufweisen, die um mindestens einen Zahn voneinander differiert. Bewährt hat sich für eine derartige Ausgestaltung insbesondere eine Trochodialverzahnung. Eine radiale Abgrenzung der Arbeitsräume nach innen können durch
kugelförmige Teile erfolgen, die an den Zahnrädern angeordnet sind. Durch die kugelförmige Innenwandung werden der Arbeitsraum sowie das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad gegenüber der Umgebung nach außen abgedichtet. In der Regel wird die Innenwandung des Gehäuses halbkugelförmig ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine leichte Montierbarkeit des ersten Zahnrades, des zweiten Zahnrades und der Antriebswelle. Die Gleitebene kann beispielsweise das erste Zahnrad auch derart stützen, dass, wenn das Volumen des wenigstens einen Arbeitsraums verkleinert wird und damit das erste und das zweite Zahnrad in entgegengesetzte Richtung axial belastet werden, das erste Zahnrad in Position gehalten wird. Das zweite Zahnrad wird hierbei durch das Gehäuse gestützt.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist der wenigstens eine Arbeitsraum radial nach innen durch eine gemeinsame, in dem ersten Zahnrad und in dem zweiten Zahnrad kugelig ausgebildete Auflagefläche begrenzt.
Durch die kugelig ausgebildete Auflagefläche wird während der
Taumelbewegung ein sich in den Arbeitsräumen befindendes Fluid gegenüber der Umgebung abgedichtet. Dadurch können während der Taumelbewegung durch die sich verändernden Arbeitsräumen hohe Drücke erzeugt werden.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung schließen die erste Mittelachse und die dritte Mittelachse einen ersten Winkel ein. Die zweite Mittelachse und die dritte Mittelachse schließen einen zweiten Winkel ein. Der erste Winkel und der zweite Winkel sind ungleich 0° oder 90°.
Durch eine derartige Anordnung wird sowohl das erste Zahnrad als auch das zweite Zahnrad zum Taumeln angeregt. In einem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise der erste Winkel 5° und der zweite Winkel 20° sein. Auch können der erste Winkel und der zweite Winkel gleich groß sein. Die erste Mittelachse und die zweite Mittelachse können zueinander windschief sein. Weiterhin kann die erste Mittelachse und die dritte Mittelachse eine erste Ebene aufspannen. Die erste Mittelachse und die zweite Mittelachse kann eine zweite Ebene
aufspannen. Die erste Ebene und die zweite Ebene können einen Winkel einschließen, der ungeich 0° und ungleich 180° ist. Die erste Ebene und die zweite Ebene können auch deckungsgleich sein. Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung spannen die erste Mittelachse und die dritte Mittelachse eine erste Ebene auf und die zweite Mittelachse und die dritte Mittelachse eine zweite Ebene auf. Die erste Ebene und die zweite Ebene stehen aufeinander senkrecht.
Natürlich können die erste Ebene und die zweite Ebene zueinander jeden beliebigen Winkel einnehmen.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung liegen die erste Mittelachse und die zweite Mittelachse in einer gemeinsamen Ebene.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung drehen beginnend von der dritten Mittelachse der erste Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn und der zweite Winkel im Uhrzeigersinn.
Durch eine derartige Anordnung kann sichergestellt werden, dass sich die während der Taumelbewegung des beispielsweise zweiten Zahnrades und der Dreh- und Taumelbewegung des ersten Zahnrades entstehenden Momente gegenseitig reduzieren. Durch eine entsprechende Wahl des ersten und zweiten Winkels sowie eine entsprechende erste Masse des ersten Zahnrades und zweite Masse des zweiten Zahnrades ist es möglich, dass sich die während der Drehbewegung der Antriebswelle entstehenden Drehmomente gegenseitig aufheben, so dass das Gehäuse der Drehkolbenmaschine nicht zusätzlich abgestützt werden muss.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist mit der
Antriebswelle eine zweite Gleitebene fest verbunden. Die zweite Gleitebene und die zweite Mittelachse stehen aufeinander senkrecht. Die erste Gleitebene und das erste Zahnrad sind relativ zueinander drehbar und aneinander verbunden. Die zweite Gleitebene und das zweite Zahnrads sind relativ zueinander drehbar und aneinander verbunden.
Durch ein relativ zueinander drehbares Verbinden der zweiten Gleitebene an das zweite Zahnrad kann die Betriebssicherheit der Drehkolbenmaschine erhöht werden, da hierdurch das zweite Zahnrad durch die zweite Gleitebene zwangsweise in eine Taumelbewegung versetzt wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad in Verbindung mit der kugelförmigen Innenwandung des Gehäuses zwangsgeführt werden. So können Schwergängigkeiten beim Kämmen der Zahnräder vermieden werden, die sich möglicherweise auf Fertigungstoleranzen der Zahnräder zurückführen lassen können.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung schneiden sich die erste Mittelachse, die zweite Mittelachse und die dritte Mittelachse in einem gemeinsamen Punkt, wobei der gemeinsame Punkt Mittelpunkt eines
Durchmessers der Innenwandung ist.
Natürlich schneidet auch ein Durchmesser der kugelig ausgebildeten
Auflagefläche die dritte Mittelachse in dem gemeinsamen Punkt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass zwischen den einzelnen Teilen keine translatorischen
Bewegungen erfolgen, die zu einem höheren Verschleiß führen können.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung schneiden die erste Gleitebene und die zweite Gleitebene den gemeinsamen Punkt.
Hierdurch kann bewirkt werden, dass sich die Gleitebene und das zugehörige Zahnrad aneinander in einer Kreisbahn bewegen, jedoch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Insbesondere, wenn zwischen der Gleitebene und dem zugehörigen Zahnrad beispielsweise ein Wälzlager, beispielsweise ein
Axiallager, angeordnet ist, wird die Haltbarkeit der Drehkolbenmaschine durch eine Vermeidung einer translatorischen Bewegung von dem Zahnrad und der Gleitebene verlängert.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung schneiden die erste Gleitebene und/oder die zweite Gleitebene den gemeinsamen Punkt nicht.
Hierdurch entsteht zwischen der Gleitebene und dem zugehörigen Zahnrad zusätzlich zur rotatorischen Bewegung auch eine translatorische Bewegung. Durch die translatorische Bewegung kann eine Riefenbildung an der Gleitebene, respektive an dem Zahnrad, verhindert werden, da durch die unterschiedlichen
Drehgeschwindigkeiten von Zahnrad und zugehöriger Gleitebene erst nach einer vorbestimmten Umgrehungszahl das Zahnrad und die zugehörige Gleitebene ihre Ausgangsposition wieder einnehmen.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel ist das zweite Zahnrad drehfest an das Gehäuse gekoppelt. An einer Außenwandung des zweiten Zahnrades ist ein Zapfen fest verbunden. Der Zapfen ist in einer nutförmigen Vertiefung in der Innenwandung geführt, wobei die Vertiefung kreisförmig ausgebildet ist.
Aufgrund der auf das zweite Zahnrad während des Verdichtungsprozesses auf die Zähne der Zahnräder wirkenden Kräfte wird der Zapfen, der in der Regel kreiszylinderförmig ausgebildet ist, gegen die kreisförmige Vertiefung gedrückt. Natürlich kann die Vertiefung auch als kreisförmige Nut ausgebildet sein, so dass diese Nut als Kulisse für den Zapfen dienen kann. Der Zapfen in Verbindung mit der kreisförmigen Vertiefung kann als Fixierung des zweiten Zahnrades an das Gehäuse ausgebildet, so dass hierdurch eine Rotationsbewegung des zweiten
Zahnrades verhindert ist. Die kreisförmige Vertiefung in Verbindung mit dem Zapfen kann also lediglich die Taumelbewegung des zweiten Zahnrads sicherstellen. Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel ist das erste Zahnrad an das
Gehäuse drehfest gekoppelt.
Eine Fixierung des ersten Zahnrades an dem Gehäuse kann beispielsweise mittels eines an dem ersten Zahnrad in radialer Richtung ragenden Zapfens in Verbindung mit einem an der Innenwandung, respektive dem Gehäuse, ausgebildeten Nut erfolgen. Hierdurch kann zwar das erste Zahnrad taumeln, sich jedoch nicht drehen. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird in der Regel das zweite Zahnrad ebenfalls taumeln und sich in der Regel auch drehen. Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich der
Zapfen entlang einer vierten Mittelachse..
Durch eine derartige Ausgestaltung des Zapfens benötigt die kreisförmige Vertiefung in der Innenwandung keinen Hinterschnitt. Somit lassen sich sowohl der Zapfen als auch die Innenwandung des Gehäuses als Kunststoffspritzteil preisgünstig herstellen. Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist wenigstens eine Komponente aus der Gruppe von wenigstens ein erster Zahn und wenigstens ein zweiter Zahn der Drehkolbenmaschine eine Aussparung auf, so dass in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich der wenigstens einen
Komponente eine Überschneidung mit dem Zufluss und/oder dem Abfluss stattfindet.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Zeitabschnitt, in dem das Medium dem Arbeitsraum zugeführt oder das Medium dem Arbeitsraum entnommen wird, vergrößert werden. Damit kann ein höherer Füllgrad des Arbeitsraumes mit dem Medium realisiert werden. Die Aussparung kann an einer Zahnflanke oder an beiden Zahnflanken eines Zahnes ausgebildet sein. Auch können die
Aussparungen an den beiden Zahnflanken voneinander unterschiedlich sein. Auch können die einzelnen Zuflüsse und/oder Abflüsse miteinander verbunden sein. Auch können Zuflüsse mit Abflüssen verbunden sein, um beispielsweise durch eine derartige Drehkolbenmaschine die zu erzielenden Drücke zu erhöhen. Natürlich können dann die Zuflüsse und Abflüsse mittels Ventilen, insbesondere Magnetventilen, gesteuert sein.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist wenigstens eine Komponente aus der Gruppe von erster Zahn, zweiter Zahn, erste
Gleitebene, zweite Gleitebene, Innenwandung und Außenwandung eine
Vertiefung zur Aufnahme von Schmiermittel auf.
Durch Schmiermittel kann die Reibung der einzelnen Komponenten
untereinander reduziert werden, so dass hierdurch die theoretische Lebensdauer der Drehkolbenmaschine verlängert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung ausgewählt aus der Gruppe von
Schrägverzahnung, Evolventenverzahnung, Zykloidenverzahnung und
Pfeilverzahnung.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung kann ein
Lagerelement zwischen der Gleitebene und dem zugehörigen Zahnrad als geschmiertes, hydraulisch oder pneumatisch unterstütztes Gleitlager ausgestaltet sein. Ferner kann das Lagerelement als Wälzlager, beispielsweise als
Rollenlager oder sonstiges Lager nach dem Stand der Technik ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung kann die im vorhergehenden beschriebenen Drehkolbenmaschine als Getriebe genutzt werden.
Es sei angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang mit einer Drehkolbenmaschine beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
Figur 1 zeigt eine Drehkolbenmaschine in einem Längsschnitt;
Figur 2 zeigt die aus Figur 1 bekannte Drehkolbenmaschine in Aufsicht im
Röntgenblick;
Figur 3 zeigt die aus Figur 1 bekannte Drehkolbenmaschine in einer 3D-Ansicht im Röntgenblick;
Figur 4 zeigt eine Antriebswelle aus der aus Figur 1 bekannten
Drehkolbenmaschine in einer Seitenansicht;
Figur 5 zeigt ein Gehäuse mit einer Innenwandung aus der aus Figur 1
bekannten Drehkolbenmaschine in einer 3 D- Ansicht; Figur 6 zeigt ein erstes Zahnrad aus der aus Figur 1 bekannten
Drehkolbenmaschine in einer 3D-Ansicht; und
Figur 7 zeigt ein zweites Zahnrad aus der aus Figur 1 bekannten
Drehkolbenmaschine in einer 3D-Ansicht.
Detaillierte Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
Figur 1 zeigt eine Drehkolbenmaschine 2, die als Pumpe, Verdichter oder Motor für flüssiges oder gasförmiges Medium arbeitet. Die Drehkolbenmaschine 2 besitzt ein erstes Zahnrad 4 mit einer ersten Mittelachse I, ein dem ersten Zahnrad 4 gegenüberliegend angeordnetes zweites Zahnrad 6 mit einer zweiten Mittelachse II und einer Antriebswelle 8 mit einer dritten Mittelachse III. Die Antriebswelle 8 besitzt ein Scheibenelement 11, welches an der dem ersten Zahnrad 4 zugewandten Seite eine erste Gleitebene 10 besitzt. Konzentrisch zu der dritten Mittelachse III besitzt die Antriebswelle 8 an dem Scheibenelement 11 einen Achsabschnitt 13. An dem Achsabschnitt 13 ist an der dem zweiten Zahnrad 6 zugewandten Seite eine zweite Gleitebene 12 ausgebildet. Natürlich kann das Scheibenelement 11 derart ausgebildet sein, dass auf den
Achsabschnitt 13 verzichtet werden kann. Das erste Zahnrad 4 besitzt eine erste Gleitfläche 15, welche in Verbindung mit der ersten Gleitebene 10 der
Antriebswelle 8 steht. Der ersten Gleitfläche 15 gegenüberliegend besitzt das erste Zahnrad 4 eine erste Stirnfläche 14, an der eine erste Verzahnung 16 mit wenigstens einem ersten Zahn 18 ausgebildet ist. Weiterhin besitzt das erste Zahnrad 4 entlang der ersten Mittelachse I eine Öffnung 19, in die der
Achsabschnitt 13 ragt. Der Achsabschnitt 13 mit der zweiten Gleitebene 12 steht in Verbindung mit einer zweiten Gleitfläche 21 des zweiten Zahnrades 6. Der zweiten Gleitfläche 21 gegenüberliegend ist an dem zweiten Zahnrad 6 eine zweite Stirnfläche 20 ausgebildet, an der eine zweite Verzahnung 22 mit wenigstens einem Zahn 24 ausgebildet ist. Von der zweiten Verzahnung 22 erstreckt sich ein Achsstummel 25 entlang der zweiten Mittelachse II hin zu dem Achsabschnitt 13 und wird durch die zweite Gleitfläche 21 begrenzt. Natürlich kann der Achsabschnitt 13 derart ausgebildet sein, dass auf den Achsstummel 25 auch verzichtet werden kann. Wie besser in Figur 2 ersichtlich ist, wird durch ein Kämmen des mindestens einen ersten Zahns 18 und des wenigstens einen zweiten Zahns 24 ein Arbeitsraum 26 ausgebildet, wobei durch das Kämmen der Zähne 18, 24 ein durch den Arbeitsraum 26 gebildetes Volumen verändert wird. Das erste Zahnrad 4 und das zweite Zahnrad 6 werden von einem Gehäuse 28 mit einer kugelförmigen, hier halbkugelförmig ausgebildeten, Innenwandung 30 umschlossen. Diese kugelförmige Innenwandung 30 dichtet den Arbeitsraum 26 nach außen hin ab. Das erste Zahnrad 4 besitzt eine kugelförmige erste
Außenwandung 36, die mit der kugelförmigen Innenwandung 30 korrespondiert und dichtend an dieser Innenwandung 30 anliegt. Das zweite Zahnrad 6 besitzt eine kugelförmige zweite Außenwandung 38, wobei die zweite Außenwandung 38 ebenfalls mit der kugelförmigen Innenwandung 30 korrespondiert. Weiterhin ist in dem ersten Zahnrad 4 eine kugelförmige erste Auflagefläche 32
ausgebildet, die an einer korrespondierenden an dem zweiten Zahnrad 6 ausgebildeten hohlkugelförmigen zweiten Auflagefläche 34 dichtend anliegt. Somit wird der Arbeitsraum 26 durch die beiden Verzahnungen 16, 22, durch die kugelförmige Innenwandung 30, sowie die kugelförmige erste Auflagefläche 32 in
Verbindung mit der hohlkugelförmigen zweiten Auflagefläche 34 begrenzt.
Weiterhin ist an der zweiten Außenwandung 38 ein Zapfen 48 ausgebildet, welcher in eine an der kugelförmigen Innenwandung 30 des Gehäuses 28 ausgebildeten kreisförmigen Vertiefung 50 eingreift. Die kreisförmige Vertiefung 50 kann auch als ein Kreisring ausgebildet sein. Die erste Mittelachse I des ersten Zahnrades 4, auf der die erste Gleitebene 10 senkrecht steht, schneidet die dritte Mittelachse III der Antriebswelle 8 in einem gemeinsamen Punkt S. In ebenfalls diesem gemeinsamen Punkt S schneidet die zweite Mittelachse II des zweiten Zahnrades 6 die dritte Mittelachse III der Antriebswelle 8. Weiterhin erstreckt sich die kugelförmige Innenwandung 30 entlang eines Durchmessers D, welcher ebenfalls die dritte Mittelachse III in dem gemeinsamen Punkt S schneidet. Die erste Mittelachse I und die dritte Mittelachse III schließen einen ersten Winkel a1 ein, welcher sich von der dritten Mittelachse III beginnend entgegen dem Uhrzeigersinn erstreckt. In dem hier vorliegenden
Ausgestaltungsbeispiel ist der erste Winkel a1 5°. Weiterhin schließen die dritte
Mittelachse III und die zweite Mittelachse II einen zweiten Winkel a2 ein. Hierbei erstreckt sich der Winkel beginnend von der dritten Mittelachse III im
Uhrzeigersinn und beträgt in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel 10°. Natürlich können die beiden Winkel a1 und a2 auch andere Werte aufweisen, insbesondere Werte einnehmen, die zwischen 5° und etwa 25° liegen. Die erste
Mittelachse I und die zweite Mittelachse II schließen einen dritten Winkel a3 ein, der ungleich 180° ist. Ferner spannen die erste I, die zweite I I und die dritte I II Mittelachse eine gemeinsame Ebene E auf. Dadurch, dass die erste Mittelachse I , die zweite Mittelachse I I und die dritte Mittelachse I I I in einer Ebene liegen und sich die beiden Winkel α1 , a2 entgegensetzt erstrecken, werden die während des Betriebs der Drehkolbenmaschine 2 durch das erste Zahnrad 4 erzeugten
Momente um die durch das zweite Zahnrad 6 erzeugten Momente reduziert. Somit ist es durch eine Auswahl der Materialien des ersten Zahnrades 4 und des zweiten Zahnrades 6 sowie durch eine entsprechende Auswahl der beiden Winkel α1 , a2 möglich, dass sich diese Momente gegenseitig aufheben und damit das Gehäuse 28 momentfrei ist. Natürlich könnten auch die dritte
Mittelachse III und die erste Mittelachse I eine erste Ebene und die dritte
Mittelachse II I und die zweite Mittelachse I I eine zweite Ebene aufspannen, wobei die beiden Ebenen in einem beliebigen Winkel zueinander stehen können. Weiterhin ist die zweite Verzahnung 22 des zweiten Zahnrades 6 derart ausgebildet, dass die zweite Stirnfläche 20 und die kugelförmige zweite
Außenwandung 38 des zweiten Zahnrades 6 zusammenfallen. In dem
vorliegenden Ausgestaltungsbeispiel schneidet die erste Gleitebene 10 die dritte Mittelachse I I I nicht in dem gemeinsamen Punkt S. Somit erfolgt bei einer Drehung der Antriebswelle 8 zwischen der erste Gleitebene 10 der Antriebswelle 8 und der ersten Gleitfläche 15 des ersten Zahnrades 4 neben der rotatorischen
Relativbewegung zusätzlich eine translatorische Bewegung. Gerade die translatorische Bewegung kann bewirken, dass eine Rillen- oder Riefenbildung der ersten Gleitebene 10 und/oder der ersten Gleitfläche 15 vermieden wird. Im Gegensatz hierzu schneidet die zweite Gleitebene 12 die dritte Mittelachse I I I in dem Punkt S. Entsprechend findet zwischen der zweiten Gleitebene 12 der
Antriebswelle 8 und der zweiten Gleitfläche 21 des zweiten Zahnrades 6 ausschließlich eine rotatorische Relativbewegung zueinander statt.
Figur 2 zeigt die aus der Figur 1 bekannte Drehkolbenmaschine 2 in einer Aufsicht im Röntgenblick. In dieser Ansicht ist ersichtlich, dass das zweite
Zahnrad 6 fünf zweite Zähne 24 und das erste Zahnrad 4 sechs erste Zähne 18 besitzt. Weiterhin besitzt das Gehäuse 28 gleichmäßig über den Umfang verteilt fünf Zuflüsse 40 und fünf Abflüsse 42. Die Anzahl der Zuflüsse 40, respektive der Abflüsse 42, entspricht hierbei der Anzahl der zweiten Zähne 24 des zweiten Zahnrades 6. An der kugelförmigen Innenwandung 36 ist zu jedem Zufluss 40 ein
Zuflusssteuerkanal 41 und zu jedem Abfluss 42 ein Abflusssteuerkanal 43 ausgebildet. Weiterhin ist in Figur 2 ersichtlich, dass die kugelförmige Vertiefung 50 exzentrisch zu der dritten Mittelachse I II ausgebildet ist. Die Antriebswelle 8 rotiert im Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 52. Durch eine Rotation der Antriebswelle 8 in Richtung des Pfeils 52 wird durch die erste Gleitebene 10, welche senkrecht auf die erste Mittelachse I des ersten Zahnrades 4 steht, das erste Zahnrad 4 zu einer Dreh- und Taumelbewegung relativ zu dem zweiten Zahnrad 6 angeregt. Durch das Kämmen der ersten Zähne 18 und der zweiten Zähne 24 wird das zweite Zahnrad 6 zu einer ausschließlichen Taumelbewegung um die zweite Mittelachse I I angeregt.
Aufgrund der durch die Verdichtung des Mediums in den Arbeitsräumen wirkenden Kräfte sowie das Kämmen der Zähne 18, 24 kann auf die zweite Gleitfläche 21 in Verbindung mit der zweiten Gleitebene 12 verzichtet werden. Es sei angemerkt, dass die Rotationsdrehzahl des ersten Zahnrades 4 und die Rotationsdrehzahl der Antriebswelle 8 voneinander verschieden sind. Die ausschließliche Taumelbewegung, also ohne zusätzliche Drehbewegung, des zweiten Zahnrades 6 erfolgt durch die Zwangsführung des Zapfens 48 in der kreisförmigen Vertiefung 50. Wie in der Figur 2 weiterhin ersichtlich ist, stehen sich hier in Zwölf-Uhr-Stellung ein Zahnkopf 54 des ersten Zahns 18 und ein Zahnkopf 56 des zweiten Zahns 24 einander gegenüber, wobei sich der
Zahnkopf 54 des ersten Zahns 18 und der Zahnkopf 56 des zweiten Zahns 24 berühren und hierbei einander benachbarte Arbeitsräume 26 voneinander gedichtet sind. In Sechs-Uhr-Stellung greift der Zahnkopf 54 des ersten Zahns 18 in einen Zahnfuß 58 des zweiten Zahns 24. Es sei angemerkt, dass es sich bei der Verzahnung um eine Trochoidenverzahnung handelt, bei der einander benachbarte Arbeitsräume 26 während einer Relativbewegung des ersten Zahnrades 4 zu dem zweiten Zahnrad 6 zueinander abgedichtet sind. Durch das Kämmen der Zähne 18, 24 und der sich durch das Kämmen verändernden Volumina der Arbeitsräume 26 wird Medium durch den Zufluss 40 in den Arbeitsraum 26 eingesaugt, verdichtet und dann durch den dem Zufluss 40 in
Drehrichtung 52 der Antriebswelle 8 benachbarten Abfluss 42 herausgedrückt. Ersichtlich ist in der hier gewählten Darstellung, dass die sich zwischen der Zwölf-Uhr-Stellung und der Sechs-Uhr-Stellung erstreckenden Arbeitsräume 26 mit den Zuflüssen 40 verbunden sind, wohingegen die sich zwischen der Sechs- Uhr-Stellung und Zwölf-Uhr-Stellung befindlichen Arbeitsräume 26 keine
Verbindung zu einem Zufluss 40 besitzen. Figur 3 zeigt die aus Figur 1 bekannte Drehkolbenmaschine 2 in einer 3D-Ansicht im Röntgenblick. In dieser Ansicht sind die Ausbildung der Zuflusssteuerkanäle 41 und der Abflusssteuerkanäle 43 gut zu erkennen. Hierbei sind die
Zuflusssteuerkanäle 41 , respektive die Abflusssteuerkanäle 43, derart gestaltet, dass das zuzuführende Medium den Arbeitsraum 26 möglichst zu 100% füllt und durch den Abfluss 42 das komprimierte Medium möglichst zu 100% ausgestoßen wird. Insbesondere, wenn das Medium gasförmig und damit kompressibel ist, wird durch den Füllgrad der Arbeitsräume 26 sowohl ein zu transportierender Volumenstrom des Mediums als auch ein zu erreichender Druck entscheidend beeinflusst. Die Öffnung 19 des ersten Zahnrads 4 ist hierbei derart gestaltet, dass bei den Taumelbewegungen des ersten Zahnrades 4 und des zweiten Zahnrades 6 der Achsabschnitt 13 der Antriebswelle 8 sowie der Achsstummel 25 des zweiten Zahnrades 6 nicht mit dem ersten Zahnrad 4 kollidieren.
Figur 4 zeigt die Antriebswelle 8 der aus der Figur 1 bekannten
Drehkolbenmaschine 2.
Figur 5 zeigt das Gehäuse 28 der aus Figur 1 bekannten Drehkolbenmaschine 2 mit Blick auf die kugelförmige Innenwandung 30. Deutlich sind die Zuflüsse 40 und die Abflüsse 42 als Durchbrüche durch das Gehäuse 28 zu erkennen. Ferner ist die kreisförmige exzentrisch angeordnete Vertiefung 50 ersichtlich.
Figur 6 zeigt das erste Zahnrad 4 aus der aus der Figur 1 bekannten
Drehkolbenmaschine 2. Gut ersichtlich ist hierbei die Ausformung der ersten
Verzahnung 16 sowie der kugelförmigen ersten Auflagefläche 32 mit der
Öffnung 19.
Figur 7 zeigt das zweite Zahnrad 6 der aus Figur 1 bekannten
Drehkolbenmaschine 2 in einer 3D-Ansicht. Hierbei ist gut ersichtlich, dass sich die Verzahnung 22 bis hin zur kugelförmigen zweiten Außenwandung 38 erstreckt und somit die zweite Stirnfläche 20 durch eben diese zweite
Außenwandung 38 gebildet ist. Ferner ist die hohlkugelförmige zweite
Auflagefläche 34, welche korrespondierend mit der kugelförmigen ersten
Auflagefläche 32 des ersten Zahnrades 4 ist, gut erkennbar. Im Übrigen sind in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel das erste Zahnrad 4, das zweite Zahnrad 6, die Antriebswelle 8 sowie das Gehäuse 28 jeweils einstückig als ein Kunststoffspritzteil ausgebildet. Hierdurch lassen sich die einzelnen Teile kostengünstig in großen Stückzahlen fertigen.

Claims

Ansprüche
1 . Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Verdichter oder Motor für flüssiges oder gasförmiges Medium arbeitet,
mit einem ersten Zahnrad (4) mit einer ersten Mittelachse (I), mit einem dem ersten Zahnrad (4) gegenüberliegend angeordneten zweiten Zahnrad (6) mit einer zweiten Mittelachse (II) und mit einer Antriebswelle (8) mit einer dritten Mittelachse (III) und einer mit der Antriebswelle (8) fest verbundenen
Gleitebene (10, 12),
wobei die erste Mittelachse (I) und die zweite Mittelachse (I I) einen
Winkel (a3) einschließen, der ungleich 180° ist,
wobei die dritte Mittelachse (II I) und wenigstens eine Mittelachse (I, I I) aus der Gruppe erste Mittelachse (I) und zweite Mittelachse (I I) einen Winkel (a1 , a2) einschließen, der ungleich 0° oder 90° ist,
wobei die Gleitebene (10, 12) und die Mittelachse (I , II) aufeinander senkrecht stehen,
wobei das erste Zahnrad (4) eine erste Stirnfläche (14) mit einer ersten Verzahnung (16) mit wenigstens einem ersten Zahn (18) und das zweite Zahnrad (6) eine zweite Stirnfläche (20) mit einer zweiten Verzahnung (22) mit wenigstens einem zweiten Zahn (24) aufweisen,
wobei eine erste Anzahl von ersten Zähnen (18) und eine zweiten Anzahl von zweiten Zähnen (24) voneinander verschieden sind,
wobei der erste Zahn (18) und der zweite Zahn (24) derart miteinander in Eingriff stehen, dass durch ein Kämmen der Zähne (18, 24) wenigstens ein
Arbeitsraum (26) ausgebildet wird,
wobei ein durch den wenigstens einen Arbeitsraum (26) gebildetes Volumen durch das Kämmen der Zähne (18, 24) verändert wird,
wobei der wenigstens eine Arbeitsraum (26) durch eine kugelförmig ausgebildete Innenwandung (30) eines Gehäuses (28) begrenzt ist, wobei der wenigstens eine Arbeitsraum (26) mit einem Zufluss (40) und einem Abfluss (42) für das Medium verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Komponente (4, 6) aus der Gruppe erstes Zahnrad (4) und zweites Zahnrad (6) mit dem Gehäuse (28) derart gekoppelt ist, dass durch eine Rotation der Antriebswelle (8) die Komponente (4, 6) ausschließlich taumelt,
dass die jeweils andere Komponente (4, 6) aus der Gruppe erstes
Zahnrad (4) und zweites Zahnrad (6) mit der Gleitebene (10, 12) derart gekoppelt ist, dass sich durch eine Rotation der Antriebswelle (8) die jeweils andere Komponente (4, 6) dreht und taumelt.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Mittelachse (I) und die dritte Mittelachse (III) einen ersten
Winkel (a1 ) einschließen,
wobei die zweite Mittelachse (II) und die dritte Mittelachse (III) einen zweiten Winkel (a2) einschließen,
wobei der erste Winkel (a1 ) und der zweite Winkel (a2) ungleich 0° oder 90° sind.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Mittelachse (I) und die zweite Mittelachse (II) in einer gemeinsamen Ebene (E) liegen.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
beginnend von der dritten Mittelachse (III) der erste Winkel (a1 ) entgegen dem Uhrzeigersinn und der zweite Winkel (a2) im Uhrzeigersinn drehen.
Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
mit der Antriebswelle (8) eine zweite Gleitebene (12) fest verbunden ist, wobei die zweite Gleitebene (12) und die zweite Mittelachse (II) aufeinander senkrecht stehen,
wobei die erste Gleitebene (10) und das erste Zahnrad (4) relativ zueinander drehbar und aneinander verbunden sind,
wobei die zweite Gleitebene (12) und das zweite Zahnrad (6) relativ zueinander drehbar und aneinander verbunden sind. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die erste Mittelachse (I), die zweite Mittelachse (II) und die dritte Mittelachse (III) in einem gemeinsamen Punkt (S) schneiden, wobei der gemeinsame Punkt (S) Mittelpunkt eines Durchmessers (D) der
Innenwandung (30) ist.
Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Gleitebene (10) und die zweite Gleitebene (12) den gemeinsamen Punkt (S) schneiden.
Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Gleitebene (10) und/oder die zweite Gleitebene (12) den gemeinsamen Punkt (S) nicht schneiden.
Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Zahnrad (6) an das Gehäuse (28) drehfest gekoppelt ist, wobei an einer Außenwandung (38) des zweiten Zahnrads (6) ein
Zapfen (48) fest verbunden ist,
wobei der Zapfen (48) in einer Vertiefung (50) in der Innenwandung (30) geführt ist,
wobei die Vertiefung (50) kreisförmig ausgebildet ist.
0. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine Komponente (4, 6) aus der Gruppe von wenigstens ein erster Zahn (4) und wenigstens ein zweiter Zahn (6) eine Aussparung aufweist, so dass in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich der wenigstens einen Komponente (4, 6) eine Überschneidung mit dem Zufluss (40) und/oder dem Abfluss (42) stattfindet.
EP13709334.0A 2012-04-25 2013-02-20 Drehkolbenmaschine, die als pumpe, verdichter oder motor für ein fluid wirkt Active EP2841695B1 (de)

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