Bei dieser Drehkolbenmaschine sind die Abstände ! M (i)-M (a) t der Drehachsen M (i) des Innenläufers und M (a) des Außenläufers und ! M (i)-M (z) von M (i) und M (z) der Zentralachsen der Kreiskörper am Innenläufer vorgegeben.

Weiterhin ist angegeben, daß die Kreiskörper des Innenläufers Kreiszylinderflächen mit der Drehachse des Innenzahnrades als Mittellinie aufweisen, mit denen sie bei Vorbeiziehen an der Sichel eine flächige Abdichtung erreichen.

Über die genauen Abmessungen dieser Kreiskörper und Zylinderflächen ist aber nichts gesagt, sodaß bei ungünstiger Wahl vor Eintauchen des Kreiskörpers des Innenläufers in den Schlitz des Außenläufers zwischen Sichel und den beiden Läufern ein breiter Spalt entstehen kann durch den Druckfluid entweicht.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie gekennzeichnet ist, legt die Abmessungen der Maschine so fest, daß besonders günstige Dichteigenschaften erreicht werden und der Spalt zwischen Sichel und je einem Läufer oder zwischen zwei Läufern nahezu konstant schmal bleibt.

Dies wird dadurch erreicht, daß, wenn sich die Ecke E des Innenläufers, die zwischen Kreisfläche und Kreiszylinderfläche entsteht, am Endpunkt der Sichel befindet und die Dichtung zwischen Sichel und Innenläufer endet, der Radius r (z) des Kreiskörpers des Innentäufers in der Ecke E auf der geradlinigen Flanke des Außenläufers senkrecht steht.

Genau dann bildet die Flanke des Außenläufers die Tangentialfläche des Innenläufers in E und der schmale Dichtspalt bleibt erhalten. Dies ist in Figur 1 gezeigt.

In der deutschen Patentanmeldung DE 197 29 615 AI ist auch eine verstellbare Drehkolbenmaschine gezeigt mit einem Schieber, mit dem die Durchsatzmenge und in Abhängigkeit davon die innere Verdichtung verstellt werden kann. Eine derartige Drehkolbenmaschine ist dafür geeignet als Verstell-Lader für Ottomotoren eingesetzt zu werden, da dort eine Verstellung der Durchsatzmenge pro Umdrehung eine Änderung der inneren Verdichtung notwendig macht.

Vielfach wird es aber notwendig sein die Verstellung von innerer Verdichtung und Durchsatzmenge pro Umdrehung unabhängig voneinander zu verstellen. Ein Beispiel sei die Brennstoffzelle für Fahrzeuge, bei der die Leistungsabgabe über eine Druck-Volumen Kurve der zugeführten Luft gesteuert wird.

Eine derartige einsatzfähige Drehkolbenmaschine, bei der Durchsatzvolumen pro Umdrehung und innere Verdichtung unabhängig voneinander stufenlos verstellt werden können, gibt es bisher nicht..

Eine zweifache Verstellbarkeit wäre relativ einfach zu erreichen, wenn man zwei verschiedene, an Ringen um den oder die Läufer angeordnete Schieber axial nebeneinander anordnen würde. Ein Nachteil dieser Lösung aber ist, daß dann die Einlaßöffnungen nur über einen Teil der Läuferbreite gehen und damit verkleinert sind und bei hohen Läuferdrehzahlen eine ausreichende Füllung der Arbeitsräume erschwert wird.

Hier will die Erfindung. Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie gekennzeichnet ist, ermöglicht eine ausreichende Füllung der Arbeitsräume durch Vergrößerung der Saugöffnungen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die beiden Verstellschieber für die vordere und die hintere Steuerkante auf demselben Axialabschnitt liegen und über die ganze Läuferbreite gehen können.

Diese Möglichkeit ist bei der Drehkolbenmaschine mit Sichel geboten, da die kurzen Saug-und Förderabschnitte der Maschine von jeweils eniger als 90-110° den Einsatz von kurzen Schiebern ermöglichen.

Ein weiteres Problem herkömmlicher Drehkolbenmaschinen für kompressible Fluide ist, daß in der Regel eine begrenzte Maximalverdichtung gegeben ist. Will man höhere Verdichtungen realisieren, muß man mehrstufig arbeiten. Dazu sind in der Regel mehrere Maschinen notwendig, was eine Mehrstufigkeit erheblich verteuert.

Will man, wie bei Brennstoffzellen üblich, einen Kompressor und eine Expansionsmaschine gleichzeitig betreiben, muß man sie koppeln. Auch hierfür sind zwei getrennte Maschinen notwendig.

Drehkolbenmaschinen für inkompressible Fluide haben häufig eine pulsierende Förderung. Will man die Pulsationen verringern, muß man die Kolbenzahl erhöhen, was nicht immer möglich ist.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie gekennzeichnet ist, ermöglicht den Betrieb zweier oder mehr verschiedener Drehkolbenmaschinen auf einer Welle für jeden Läufer, zwei Lagern für alle fnnenläufer, zwei Lagern für alle Außenläufer und nur einem Synchronisationsgetriebe.

Dies wird dadurch erreicht, daß eine innenachsige Drehkolbenmaschine mit Sichel nach der deutschen Patentanmeldung P 197 29 615 gestaltete innenachsige Drehkolbenmaschine verwendet wird, bei der an der Sichel gehäusefeste Wände fest sind, die jeweils zwei Arbeitsabschnitte voneinander trennen und die Welle des Innenläufers durch die gehäusefeste Wand führt und die Außenwelle um die gehäusefeste Wand dreht.

Die Erfindung wird anhand der Figuren 1-9 weiter erläutert.

Eine Vorgehensweise, wie man derartige Abmessungen findet, sei anhand von Figur 1 beschrieben.

Man gehe vom ungefähr gewünschten Durchmesser D des Außenläufers aus und teile ihn durch 6. Dies ergibt r (i). Ausgehend von M (a) konstruiert man nach den bekannten Vorschriften M (i) und M (z). Dann wählt man r (z) = r (i)-s.

(Für r (z) = r (i) würde der Außenläufer mit einer Spitze an der Sichel entlangfahren, was eine ungünstige Dichtwirkung ergibt. Durch r (z) = r (i)-s fahrt der Außenläufer mit einer Dichtfläche an der Sichel entlang.) Dann konstruiert man die Schlitztaschen des Außentäufers, deren Breite B = 2* r (z) ist.

Nun schlägt man einen Kreis K1 um M (a) so, daß die inneren Spitzen an den Schlitztaschen des Außenläufers abgeschnitten werden und man so Dichtflächen an der Außenseite der Sichel erhält.

Dann verdreht man den Innenläufer mit seinen Kreiskörpern so um M (i), daß der Punkt P, der auf dem Schnitt der Verlängerung der Geraden M (i)-M (z) mit dem Umfangskreis des Kreiskörpers liegt, außerhalb des Kreises K1 liegt. Der Kreis K2 ist dann der, welcher M (i) zum Mittelpunkt hat und durch den Schnittpunkt von Kl mit dem Umfangskreis des Kreiskörpers des Innenläufers geht. Dadurch entsteht die Ecke E.

Dann steht der Radius in E auf der geradflankigen Fläche des Außenläufers senkrecht.

Wählt man nun den Radius der Welle des Innenläufers so, daß der Kreis um M (i) mit diesem Radius den Kreis K1 tangiert oder geringfügig kleiner ist, dann ist eine Drehbarkeit der beiden Läufer ohne gegenseitige Behinderung garantiert.

Durch die vergleichsweise spitzen Ecken, bzw. die kurzen Flächenabschnitte des Außenläufers ist aber für einen großen Drehwinkel des Innenläufers (60°) garantiert, daß eine der beiden Liniendichtungen am Innenläufer doppelt ist. Dies ist in Figur 2 gezeigt.

In Figur 3 ist dargestellt, daß bei nichtoptimierter Wahl des Radienwinkels in der Ecke E mit der Außenläuferfläche große Spalten entstehen können, durch welche Druckgas entweicht.

Auf diese Art kann eine hohe Dichtigkeit der Maschine garantiert werden. Auf 2/3 der Drehung des Innenläufers ist nur eine einfache Liniendichtung vorhanden und die übrigen Dichtungen sind Flächendichtungen oder doppelte Lineiendichtungen und nur auf 1/3 der Drehung des Innenläufers sind zwei einfache Liniendichtungen gegeben.

Figur 4 zeigt eine Sichelmaschine in perspektivischer Sicht, Figur 5 und 6 Schnitte entlang der Linien B---B, C--- C und A----A. In einem Gehäuse 4 mit Sichel 3 kämmen ein Innenläufer 1 und ein Außenläufer 2 und bilden bei Drehung sich vergrößernde und verkleinernde Kammern.

Ein erster Schieber 5 auf der Saugseite der Maschiene ist an zwei Ringen 7,8 fest, die in Nuten im Gehäuse liegen und um den Umfang des Außenläufers 2 drehbar sind. Ein zweiter Schieber 6 auf der Druckseite der Maschine ist an zwei anderen Ringen 9,10 fest, die ebenfalls um den Umfang des Außenläufers 2 drehbar sind.

Durch Drehung am Ring 7 wird der saugseitige Schieber 5 verstellt und damit die Durchsatzmenge pro Umdrehung verändert, durch Drehung am Ring 9 wird er druckseitige Schieber 6 verstellt und damit die Höhe der inneren Verdichtung verändert.

Anhand Figur 7-9 wird die Mehrfachmaschine beschrieben.

In Figur 7 ist das Basisprinzip gezeigt. In einem Gehäuse 14 mit Sichel 13 kämmen ein Innenläufer 11 und ein Außenläufer 12 und erzeugen so sich vergrößernde und verkleinernde Arbeitsräume. Um den Außenläufer 12 liegen ein oder zwei unabhängig voneinander verstellbare Drehschieber 15 mit denen die Verdichtungs-oder Entspannungshöhe und/oder das Durchsatzvolumen pro Umdrehung verstellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Ausführung besteht aus zwei separaten Arbeitsräumen, die durch eine an der Sichel 13 feste Zwischenwand 23 und am Außenläufer festes Trennstück 24 getrennt sind. Im linken Arbeitsraum dreht der erste Innenläufer 11, im rechten Arbeitsraum dreht der zweite Innenläufer 26. Der linke Innenläufer ist linken Lager, der rechte mit dem rechten Lager 21 am Gestell drehbar gelagert. Durch die Zwischenwand 23 des Gestells führt eine Welle 25, die die beiden Innenläufer 11, 26 drehfest miteinander verbindet. Ebenso sind die beiden Abschnitte des Außenläufers 12 mit dem Trennstück 24 drehfest miteinander verbunden und in zwei Lagern 22,27 gelagert.

Die Innenläufer 11,26 bzw. ihre gemeinsame Welle 25 ist über das innenverzahnte Getriebe 20 mit dem Außenläufer 12 synchronisiert.

Durch diesen Anordnung ist ein extrem kompakter, preisgünstiger Aufbau von Kolbenmaschinen für verschiedene Anwendungen möglich.

Die Aufbauten für diese Anwendungen werden anhand der Figuren 8 und 9 erläutert.

Figur 8 zeigt eine Aufbau wie er z. B. für einen mehrstufigen Verdichter sinnvoll erscheint. Der linke Abschnitt 30 saugt ein kompressibles Fluid an, verdichtet es und fordert es zur Saugseite des rechten Abschnitts 31. Dort wird das Fluid weiter komprimiert und zum Förderkanal entlassen.

Der linke Abschnitt 30 habe z. B. die zweieinhalbfache Breite des rechten Abschnittes 31. Dann saugt der linke Abschnitt das zweieinhalbfache Volumen des rechten Abschnittes an. Die innere Verdichtung des linken Abschnittes muß also s = 2,5 sein. (Verringert man das Ansaugvolumen pro Umdrehung des linken Abschnitts mit Hilfe des Steuerschiebers, sinkt die innere Verdichtung.) Ist die innere Verdichtung des rechten Abschnittes auch s = 2,5, dann hat man eine Gesamtverdichtung von s = 6,25 und ein 71 = 11.5-13 Die Figur 8 zeigt aber auch eine Anordnung, wie sie z. B. als Kaltluftkältemaschine für Klimaanlagen oder als Luftversorgungseinheit für Fahrzeugbrennstoffzellen einsetzbar ist.

Der linke Abschnitt 30 ist dann ein Kompressor, welcher in Durchsatzvolumen und Druckhöhe stufenlos verstellbar ist, der rechte Abschnitt 31 ist eine Expansionsmaschine, welche die am Kompressor verbrauchte Energie zumindest teilweise wieder zurückgewinnt.

Zwischen den beiden Maschinen liegt ein Wärmetauscher 32, der die Wärme entzieht, oder die Brennstoffzelle 32, die Sauerstoff entzieht. Auch bei einer derartigen Nutzung ist die kompakte, preisgünstige Anordnung vorteilhaft.

Figur 9 zeigt eine Anordnung für einen pulsationsarmen Betrieb, wie er vor allem bei kompressiblen Fluiden notwendig ist. Die linke Skizze zeigt einen Schnitt entlang der Linie A---A, die rechte entlang der Linie B---B in Figur 7. Die Innenläufer sind um den Winkel 90°, die Außenläufer um den Winkel 45° zueinander verdreht.

Damit verdoppeln sich die Arbeitskammern, die sich pro Umdrehung zum Förderkanal entleeren. Dies dient einer deutlichen Verringerung der Förderstrompulsationen.