Derartige Maschinen können als Pumpe, Kompressor, oder Motor-bzw. Brenn- kammerturbine ausgebildet sein. Sie haben gewöhnlich in einem Gehäuse einen in bezug auf eine Hauptwelle exzentrisch gelagerten Ringkörper, mit dem ein als Ganzes rotierendes und dadurch veränderliches Kammersystem angetrieben wird. Dieses wird von mehreren schwenkbar oder starr an der Hauptwelle befestigten Flügeln gebildet, die in dem Ringkörper eingesetzte Kulissensteine schwenkbar gleitend durchsetzen und dichtend an der Innenwand des Gehäuses entlanggleiten.

Bei einem aus EP-B1-0 011 762 bekannten Rotationskolbenmotor weist das Gehäuse einen oval begrenzten Innenraum auf. Die Flügel sind an einer Rotomabe schwenkbar gelagert und laufen berührungsfrei an der Gehäuseinnenwand vorbei. Der die Rotornabe exzentrisch umschließende Ringkörper ist ein Segmentring mit eingesetzten Gleitsteinen (Kulissensteinen). Er unterteilt das Kammersystem in innere und äußere Ringkammern, die an stirnseitig vorgegebenen Bereichen miteinander in Strömungs- verbindung treten. Der oval begrenzte Innenraum bereitet erhebliche Abdichtungs- probleme, was den Wirkungsgrad herabsetzt. Die Flügel haben zudem besondere Aussparungen für den radialen Gasdurchlaß, der an dieser Stelle hohe Strömungs- widerstände vorfindet. Die Bauweise ist insgesamt aufwendig und aufgrund der kom- plizierten geometrischen Formen sehr teuer.

DE-U1-88 04 167 versucht diese Nachteile zu vermeiden und offenbart eine als Ver- dichter ausgebildete Rotationskolbenmaschine, die anstelle eines oval begrenzten Innenraums eine zylindrische Innenwand aufweist. Das aus Rotornabe, Ringkörper und Flügeln bestehende rotierende System ist einerseits von einer Abdichtscheibe und andererseits von einem Deckel bzw. einer ihm vorgeordneten Seitenscheibe begrenzt, worin zumindest ein Überströmkanal ausgebildet ist, der die inneren und die äußeren Ringkammern miteinander verbindet. Die stirnseitige Anordnung von Lufteinlaß und -auslaß wirkt sich auch hier ungünstig auf den Druckaufbau aus. Zudem lassen sich Toträume nicht vollständig vermeiden. Trotz aufwendiger radialer und axialer Abdich- tungen werden nur mäßige Enddrücke erreicht. Der als Aufnahmering relativ kompli- ziert ausgebildete Ringkörper erfordert ebenso wie der komplexe Gesamtaufbau einen hohen Fertigungsaufwand.

Eine in FR-A-2 590 932 dargestellte Verdrängerpumpe verwendet im Rahmen eines nicht näher erläuterten Ausführungsbeispiels zur Ausbildung eines Kammersystems nur einen einzigen Flügel, der in Form einer Kolbenwand einen mit der Hauptwelle gekoppelten internen Zylinder sowie einen konzentrisch dazu gelagerten externen Zylinder starr miteinander verbindet. Der das innere und äußere Kammersystem unterteilende Ringkörper ist zwischen dem internen und dem externen Zylinder exzen- trisch zur Hauptwelle gelagert und über einen Kulissenstein mit der starren Kolben- wand gekoppelt. Die Lagerung der Zylinder und des Ringkörpers ist-soweit dargestellt -äußerst problematisch und aufwendig. Nachteilig ist auch hier die Luffführung, die über nur schematisch angedeutete, stirnseitige Öffnungen in Dicht-bzw. Gleitscheiben erfolgen soll.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Rotationskolbenmaschine zu schaffen, die einfach und übersichtlich aufgebaut ist und bei kompakten Abmessungen einen erheblich höheren Wirkungsgrad aufweist. Neben einer bequemen Handhabung wird zudem eine ein- fache und kostengünstige Fertigung bzw. Montage angestrebt. Ferner soll mit wirt- schaftlichen Mitteln ein nahezu wartungsfreier und geräuscharmer Betrieb möglich sein.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angege- ben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 21. Bei einer Rotationskolbenmaschine mit einem feststehenden, durch einen stirnseitigen Deckel abschließbaren Gehäuse, in dem wenigstens zwei Zylinderkörper drehbar gelagert sind, wobei ein erster innerer Zylinderkörper um eine Hauptachse und ein zweiter, den ersten Zylinderkörper exzentrisch umschließender Zylinderkörper um eine Drehachse rotiert, welche um einen Abstand zur Hauptachse versetzt ist, wobei zwi- schen der äußeren Mantelfläche des ersten Zylinderkörpers und der inneren Mantel- fläche des zweiten Zylinderkörpers ein geringst mögliches Spiel vorhanden ist, und mit einer radial zur Hauptachse angeordneten, starr mit dem ersten Zylinderkörper ver- bundenen Kolbenwand, welche den zweiten Zyiinderkörper drehbeweglich durchsetzt und zwischen diesem und dem ersten Zylinderkörper ein Kammersystem mit zwei durch die Kolbenwand voneinander getrennten, volumenveränderlichen Kammern begrenzt, sieht die Erfindung laut Anspruch 1 vor, jeder Kammer des Kammersystems eine peripher angeordnete, um die Hauptachse und/oder die Drehachse rotierende Einlaß-und/oder Auslaßöffnung zugeordnet ist, wobei die Öffnungen derart in unmit- telbarer Nähe zur Kolbenwand angeordnet sind, daß die Einlaßöffnung in Drehrichtung der Zylinderkörper hinter der Kolbenwand und die Auslaßöffnungen in Drehrichtung vor der Kolbenwand angeordnet ist Aufgrund der Dichtigkeit der rotationssymmetrischen Zylinder-und Flanschbauteilen kann nahezu der gesamte angesaugte Volumenstrom verwertet werden. Die geförder- ten und/oder komprimierten Medien werden folglich nicht mehr umgewälzt und erneut komprimiert. Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Rotationsmaschine ist außer- ordentlich hoch. Die Gleitgeschwindigkeiten zwischen den Zylinderkörpern sind extrem niedrig, was einen 61frein und damit umwelffreundlichen Betrieb ermöglicht.

Kostenintensive Wartungs-und Entsorgungsarbeiten entfallen. Da keine durch Hebel oder sonstige aufwendige Mechaniken hin und her bewegte Bauteile vorhanden sind, ist ein extrem geräuscharmer Lauf gewährleistet. Zudem ergibt sich im Verhältnis zum Ansaugvolumen eine relativ kleine Baugröße, was das Anwendungsspektrum stark erweitert. Das Gesamtgewicht der Maschine ist im Vergleich zu herkömmlichen Kon- struktionen äußerst gering.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungs- beispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen : Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer einstufigen Rotationskolbenmaschine, Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 eine Axialschnittansicht einer zweistufigen Rotationskolbenmaschine, Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6a eine Draufsicht auf einen Auslaßverteiler, Fig. 6b eine Schnittansicht des Auslaßverteilers von Fig. 6a, Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer zweistufigen Rotationskolbenmaschine und Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

Die in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnete Rotationskolbenmaschine hat ein fest- stehendes Gehäuse 12 mit einer zylindrischen Wandung 13 und einem damit bevor- zugt einstückigen Gehäuseboden 15. Dieser ist außenseitig mit einem (nicht weiter dargestellten) Antriebsmotor 20, z. B. einem Elektromotor, verschraubt, dessen Antriebswelle 22 eine zentrisch zur Gehäuse-Hauptachse H ausgerichtete Lager- öffnung 23 im Gehäuseboden 15 durchragt. Die gegenüberliegende offene Seite des Gehäuses 12 ist mit einem Deckel 24 abgeschlossen, der mittels Schrauben 26 in stirnseitigen Gewindelöchem 27 der Zylinderwand 13 befestigbar ist. Der Deckel 24 weist eine weitere Lageröffnung 28 auf, deren Mittelpunkt M um einen Abstand a zur Hauptachse H versetzt ist.

Auf der in das Gehäuse 12 hineinragenden Antriebswelle 22 des Motors 20 ist ein Antriebsflansch 30 aufgesetzt. Dieser hat einen Lagerzapfen 32 mit einer Durchgangs- bohrung 33 zur drehfesten Aufnahme der Antriebswelle 22 sowie einen ersten Flanschteller 34, der auf seiner dem Motor 20 abgewandten ebenen Stirnfläche 36 einen zentrisch zur Hauptachse H ausgerichteten ersten Zylinderkörper 40 trägt. Der Lagerzapfen 32 ist innerhalb der Lageröffnung 23 des Gehäusebodens 15 von einem Radialnadellager 37 geführt, während sich der Flanschteller 34 mit einem Axialkugel- lager 38 rückseitig auf dem Gehäuseboden 15 abstützt. Der Zylinderkörper 40 ist mit- tels Schrauben 39 fest auf dem Flanschteller 34 befestigt. Er hat eine zentrische Sack- bohrung 43 und wird zusammen mit dem Antriebsflansch 30 bzw. dem ersten Flanschteller 34 mittels einer in die Sackbohrung 43 eingesetzten Spannschraube 44 gegen die Antriebswelle 22 des Motors 20 axial verspannt. Durch definiertes Anziehen oder Lösen der Schraube 44 kann man das Lagerspiel des Axiallagers 38 einstellen. In der Lageröffnung 28 des Gehäusedeckels 24 sitzt ein axialfest-drehbar gelagerter Abtriebsflansch 50, dessen Drehachse D im Mittelpunkt M der Lageröffnung 28 parallel zur Hauptachse H liegt (vergl. Fig. 2). Der Flansch 50 hat einen Lagerzapfen 51 mit einer zentrischen Durchgangsbohrung 54 sowie einen zweiten Flanschteller 58, auf dessen dem ersten Zylinderkörper 40 zugewandten ebenen Stirnfläche 59 ein zen- trisch zur Drehachse D ausgerichteter zweiter Zylinderkörper 70 montiert ist. Zwischen der Rückseite des Abtriebsflanschs 50 bzw. des Flanschtellers 58 und der Innenseite des Gehäusedeckels 24 ist ein Axialkugellager 61 angeordnet, während innerhalb der Lageröffnung 28 des Deckels 24 ein kombiniertes Axial-Radialnadel-Lager 62 einge- setzt ist, welches den Lagerzapfen 51 radial führt und gleichzeitig axial gegen die Außenseite des Gehäusedeckels 24 abstützt. Zum Einstellen eines gewünschten Lagerspiels in den beiderseits des Deckels 24 liegenden Axiallager 61,62 ist auf den aus dem Deckel 24 herausragenden Endteil 52 des Lagerzapfens 51 eine Stellmutter 64 aufschraubbar.

Der zweite Zylinderkörper 70 wird mittels Schrauben 74 auf dem zweiten Flanschteller 58 befestigt. Er ist, wie Fig. 3 zeigt, als Hohlzylinder oder Ringkörper ausgebildet, dessen lichte Höhe exakt der lichten Höhe des inneren Zylinderkörpers 40 entspricht.

Setzt man den mit dem Abtriebsflansch 50 vormontierten Deckel 24 vollständig auf das Gehäuse 12 auf, so umschließt der Hohlzylinder 70 den inneren Zylinderkörper 40 des Antriebsflanschs 30. Aufgrund der identischen Höhe der Bauteile 40,70 stehen sich die freie Stirnfläche 71 des Hohlzylinders 70 und die Stirnfläche 36 des ersten Flanschtellers 34 sowie die freie Stirnfläche 41 des inneren Zylinderkörpers 40 und die Stirnfläche 59 des zweiten Flanschtellers unmittelbar gegenüber, wobei der axiale Abstand zwischen den Stirnflächen 36,41,59,71 mittels der Stellmittel 44,64 derart justierbar ist, daß sich die Rundteile 34,40,58,70 gerade nicht mehr berühren und frei rotieren können. Eine Feinabstimmung des Stirnflächen-Abstandes kann wahlweise über die Spannschraube 44 des Antriebsflanschs 30 oder über die Stellmutter 64 des Abtriebsflanschs erfolgen. Beide Verstellelemente gestatten durch das Einstellen des Lagerspiels eine axiale Justierung der Zylinderkörper 40,70 gegeneinander bzw. gegenüber den Flanschtellem 34,58.

Da die Hauptachse H des inneren Zylinderkörpers 40 um einen Abstand a zur Dreh- achse D im Mittelpunkt M der Lageröffnung 28 im Deckel 24 parallelversetzt ist, liegt der Hohlzylinder 70 stets exzentrisch zur Gehäusewand 13 und zum inneren Zylinder- körper 40, wobei der Außendurchmesser des inneren Zylinderkörpers 40, der Innen- durchmesser des Hohlzylinders 70 sowie der Abstand a zwischen den Drehachsen H bzw. D derart bemessen ist, daß zwischen der äußeren Mantelfläche 42 des inneren Zylinderkörpers 40 und der inneren Mantelfläche 72 des Hohlzylinders 70 ein geringst mögliches Spiel vorhanden ist. Femer ist der Außendurchmesser des Antriebsflanschs 50 bzw. des ersten Flanschtellers 58 kleiner als der Innendurchmesser der Zylinder- wand 13 des Gehäuses 12 sowie gleich dem Außendurchmesser des Abtriebsflanschs 50 bzw. des zweiten Flanschtellers 58 plus dem zweifachen Achsabstand a. Dadurch kann der Antriebsflansch 30 innerhalb des Gehäuses 12 frei um seine Hauptachse H rotieren, während der Hohlzylinder 70, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Abtriebsflansches 50 entspricht, in jeder Drehwinkelposition mit seiner freien Stirnfläche 71 dichtend über dem Flanschteller 34 des Antriebs- flanschs 30 liegt.

An dem inneren Zylinderkörper 40 setzt umfangsseitig eine radial zur Hauptachse H ausgerichtete Kolbenwand 90 an, die seitlich in eine Axialnut 45 im Umfang des Zylin- derkörpers 40 eingelassen und stirnseitig-in gleicher Weise wie der Zylinderkörper 40 -auf dem Flanschteller 34 des Antriebsflanschs 30 verschraubt ist (Fig. 3). Innerhalb der Kolbenwand 90 ist eine ebenfalls radial verlaufende Laufnut 93 zur Aufnahme eines Mitnehmerstifts 94 ausgebildet. Letzterer dient der Übertragung der Antriebskraft des Motors 20 auf den Abtriebsflansch 50. Der Stift 94 liegt bevorzugt innerhalb einer Axialöffnung 75 im Hohlzylinder 70 und ist auf dem Flanschteller 58 des Abtriebs- flanschs 50 befestigt.

Auf diese Weise wird jede Drehbewegung des Antriebsflanschs 30 über den inneren Zylinderkörper 40, die mit diesem an ihrer oberen Stirnfläche bündig abschließenden Kolbenwand 90 sowie den darin längsverschieblich und drehbar geführten Mitnehmer- stift 94 auf den Abtriebsflansch 50 und damit auf den Hohlzylinder 70 übertragen. Auf dem Mitnehmerstift 94 kann ein Kugellager 95 aufgesteckt sein, was die Gleitreibung innerhalb der Laufnut 93 vermindert. Die Kolbenwand 90 erstreckt sich in Radial- richtung durch die Axia ! öffnung 75 im Hohlzylinder 70 hindurch bis zum äußeren Begrenzungsrand 35 des Flanschtellers 34. Sie kann aber auch kürzer ausgebildet sein und in einer (nicht gezeigten) Nut im Flanschteller 34 des Antriebsflanschs 30 ein- gesetzt sein. Die Breite der Axialöffnung 75 in der Wand des Hohlzylinders 70 ist etwa doppelt so groß wie die Dicke der Kolbenwand 90, die mit ihrer in Drehrichtung R lie- genden Seitenfläche 92 dichtend an einer in die seitliche Begrenzungsfläche 76 der Axialöffnung 75 eingelassenen Dichtleiste 78 anliegt. Letztere sitzt längsbeweglich dichtend in einer Axialnut 79 in der mit einer inneren Faskante 77 versehenen Begren- zungsfläche 76. Die Axialnut 79 hat endseitig einen Radialkanal 80, der im Innen- umfang des Hohlzylinders 70 mündet.

Man erkennt in Fig. 3, daß die starr montierte Kolbenwand 90 zwischen dem ersten Zylinderkörper 40 und dem zweiten Zylinderkörper 70, d. h. dem Hohlzylinder, ein Kammersystem 100 mit zwei durch die Kolbenwand 90 voneinander getrennten, volumenveränderlichen Kammern 102,104 begrenzt. Die erste Kammer 102 ist als Ansaugraum ausgebildet. Sie liegt in Drehrichtung R der Zylinderkörper 40,70 stets hinter der Kolbenwand 90 und steht über die unmittelbar hinter der Kolbenwand 90 liegende, als Einlaßöffnung 103 dienende Axialöffnung 75 des Hohlzylinders 70 und das diesen umgebende offene Gehäusevolumen 106 mit wenigstens einer Ansaug- öffnung 14 in der Zylinderwand 13 des Gehäuses 12 in Strömungsverbindung. Die zweite Kammer 104 ist als Kompressionsraum ausgebildet. Sie liegt in Drehrichtung R der Zylinderkörper 40,70 stets vor der Kolbenwand 90 und hat eine peripher in der äußeren Mantelfläche 42 des inneren Zylinderkörpers 40 ausgebildete Auslaßöffnung 105, die als Rund-oder Axialbohrung ausgebildet sein kann. Die Auslaßöffnung 105 liegt ebenso wie die Ansaugöffnung 103 im Hohlzylinders 70 in unmittelbarer Nähe zur Kolbenwand 90. Durch den in Drehrichtung R vor der Kolbenwand 90 liegenden Radialkanal 80 im Innenumfang des Hohlzylinders 70 steht die Axialnut 79 in der seit- lichen Begrenzungsfläche 76 der Axialöffnung 75 in der Wand des Hohlzylinders 70 stets mit dem Kompressionsraum 104 in Verbindung. Der in der Kompressionskammer 104 permanent erzeugte Druck greift somit an der Rückseite der Dichtleiste 78 an und drückt diese dichtend gegen die Kolbenwand 90. Dadurch ist die Kompressions- kammer 104 stets zuverlässig gegenüber der Ansaugkammer 102 abgedichtet.

Die Funktionsweise der Rotationskolbenmaschine 10 ist ebenfalls aus Fig. 3 ersicht- lich. Das sich durch die exzentrische Anordnung von Zylinderkörper 40 und Hohl- zylinder 70 hinter der Kolbenwand 90 im Ansaugraum 102 ausbildende Ansaugvolu- men erreicht nach jeder vollen Umdrehung der Kolbenwand 90 seine maximale Größe.

Es füllt sich während der Drehbewegung durch die stets mitrotierende Ansaugöffnung 103 bzw. 75 im Hohlzylinder 70 permanent mit dem zu komprimierenden Medium, z. B.

Luft. Hat das Ansaugvolumen bzw. der Ansaugraum 102 sein Maximum erreicht, wird die Axialöffnung 102,75 im Hohlzylinder 70 durch die fortlaufende Drehbewegung von der äußeren Mantelfläche 42 des inneren Zylinderkörpers 40 verschlossen. Aus dem Ansaugraum 102 ist nun ein Kompressionsraum 104 geworden, der während der wei- teren Drehbewegung immer weiter verkleinert wird. Die darin eingeschlossene Luft wird verdichtet und über die ebenfalls mitrotierende periphere Auslaßöffnung 105 in einen (nicht dargestellten) Druckbehälter geleitet.

Hierzu mündet die umfangsseitige Auslaßlöffnung 105 im inneren Zylinderkörper 40 über einen radial verlaufenden Überströmkanal 47 in der zentralen Sackbohrung 43 des Zylinderkörpers 40, die über eine trichterförmige Verbreiterung 60 im Flanschteller 58 des Abtriebsflanschs 50 in jeder Drehwinkelstellung der Zylinderkörper 40,70 mit der Durchgangsbohrung 54 des Lagerzapfens 51 des Abtriebsflanschs 50 in Strö- mungsverbindung steht (vergl. Fig. 1). Die Durchgangsbohrung 54 des Abtriebs- flanschs 50 ist außenseitig über einen auf dem Gehäusedeckel 24 aufgesetzten und mittels einer Gleitringdichtung 112 gegenüber dem Lagerzapfen 51 abgedichteten Ver- teilerkopf 110 an ein Auslaßrohr 113 angeschlossen, über das die in dem Kom- pressionsraum 104 verdichtete Luft entnommen und z. B. dem (nicht gezeigten) Druck- behälter zugeleitet werden kann. Der Verteilerkopf 110 übergreift das Axial-Radial- nadel-Lager 62 des Lagerzapfens 51 und schützt dieses vor äußeren Umwelt- einflüssen. Er wird zweckmäßig mittels Schrauben 114 auf dem Deckel 24 festgelegt.

Nach Vollendung der Umdrehung wird die Auslaßöffnung 105 von der äußeren Mantel- fläche 42 des inneren Zylinderkörpers 40 verschlossen, wobei die in dem Kom- pressionsraum 104 eingeschlossene Luft bis auf ein vernachlässigbar kleines, allein durch die Ausbildung der Auslaßöffnung 105 bedingtes Restvolumen komprimiert wurde. Währenddessen hat sich hinter der als Antriebssteg wirkenden Kolbenwand 90 erneut eine Ansaugkammer 102 gebildet, die nach dem Verschließen der Ansaug- öffnung 103 durch den inneren Zyiinderkörper 40 erneut zu einem Kompressionsraum 104 wird. Der Kreisprozeß beginnt von neuem. Während einer vollen Umdrehung der Ansaug-bzw. Auslaßöffnung 103,105 findet somit sowohl ein Ansaug-als auch ein Kompressionsvorgang statt. Ein in der Auslaßöffnung 105 eingesetztes (nicht gezeig- tes) Rückschlagventil verhindert ein Zurückströmen der bereits komprimierten Luft in den Kompressionsraum 104.

Die im Boden 15 bzw. Deckel 24 des Gehäuses 12 einseitig gelagerten Zylinderkörper 40,70 der Rotationskolbenmaschine 10 bilden mit ihren entsprechend den gewünschten Anforderungen gegeneinander justierbaren Stirn-und Mantelflächen 41, 42,71,73 gegenseitige Dichfflächen, welche die Ansaug-und die Kompressions- kammer 102,104 zuverlässig voneinander trennen. Dichtringe oder sonstige Dicht- elemente sind nicht erforderlich. Selbst bei niedrigen Drehzahlen der Zylinderkörper 40,70 treten kaum Leckströme auf. Da aufgrund der Bewegungskopplung der Zylin- derkörper 40,70 die Relativgeschwindigkeiten zwischen den Stirn-und Umfangs- flächen 41,42,71,73 bzw. den Flanschkörpern 34,58 äußerst gering ist, fallen Rei- bungsverluste kaum ins Gewicht. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anord- nung der Einlaß-und Auslaßöffnungen 103,105 lassen sich erstaunlich hohe End- drücke erreichen. Zudem zeichnet sich die Maschine durch eine extrem geringe Geräuschentwicklung aus.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die dem Druck in der Kompressionskammer 104 ausgesetzte Kolbenwand 90 während der Drehbewegung ständig ihre Flächengröße verändert, wobei die Druckangriffsflächen mit zunehmender Kompression immer kleiner werden. Dadurch ist trotz des zunehmenden Drucks stets nur eine relativ kleine Antriebskraft erforderlich, was sich erheblich auf den Energieverbrauch der Rotations- kolbenmaschine auswirkt. Durch die optimale Ausnutzung der Kolbenvolumina wird ein außerordentlich hoher Wirkungsgrad erreicht.

Bei der Montage der Rotationsmaschine 10 setzt man den mit dem inneren Zylinder- körper 40 vormontierten Antriebsflansch 30 in das einseitig geöffnete Gehäuse 12 ein und steckt den Lagerzapfen 32 auf die Antriebswelle 22 des Motors 20 auf. Anschlie- Rend werden der Zylinderkörper 40 und der Flansch 30 mit der Spannschraube 44 an der Motorwelle 22 fixiert. Im gleichen Arbeitsgang täßt sich durch geeignete Wahl des Anzugsmoments der Spannschraube 44 das Bewegungsspiel des Axialkugellagers 38 einstellen. Letzteres sorgt zusammen mit dem Radialnadellager 37 für eine präzise Führung des Lagerzapfens und damit des Zylinderkörpers 40, der in beliebigen Lagen der Maschine stets exakt um die Hauptachse H rotiert. Damit sich die Spannschraube 44 nicht unbeabsichtigt loden kann, verwendet man einen (nicht dargestellten) Siche- rungsring oder eine geeignete Kontermutter.

Ist der innere Zylinderkörper 40 montiert, wird der mit dem äußeren Zylinderkörper 70 bzw. mit dem Hohlzylinder vormontierte zweite Gehäuseteil, hier der Gehäusedeckel 24, aufgesetzt und mit der Gehäusewandung 13 verschraubt. Durch geeignete Justie- rung der Axiallager 61,62 des Gehäusedeckels 24 täßt sich der Abstand zwischen den Stirnflächen 41,71 der Zylinderkörper 40,70 und den jeweils gegenüberliegenden Flanschtellem 34,58 optimal einstellen, so daß alle Rundteile berührungsfrei um ihre jeweiligen Achsen H bzw. D rotieren können. Aufgrund der stabilen einseitigen Lage- rung und der paßgenauen Ausrichtung der sich gegenüberliegenden radialen wie axialen Flächen sind keine Dichtungselemente zwischen den einzelnen Bauteilen erforderlich, was den Konstruktions-und Wartungsaufwand erheblich reduziert. Da der innere und der äußere Zylinder 40 bzw. 70 die gleiche Drehrichtung haben, sind zudem die Relativgeschwindigkeiten zwischen den Zylinderkörpern 40,70 und damit eventuell entstehende Reibungsverluste äußerst gering. Die Rotationskolbenmaschine 10 kann somit bei Bedarf problemlos auch ohne jegliche Olschmierung betrieben werden. Da nahezu sämtliche Bauteile rotationssymmetrisch sind, ergeben sich zudem äußerst geringe Fertigungskosten.

Um eine verbesserte Temperaturverteilung innerhalb der Rotationskolbenmaschine 10 zu erzielen, wird die in dem Kompressionsraum 104 verdichtete, durch den Kom- pressionsvorgang erhitzte Luft über das zu einer Rohrschlange 109 geformte Auslaß- rohr 113 mehrfach um das Gehäuse 12 herum geleitet. Sowohl dieses als auch die darin rotierenden Zyiinderkörper 40,70 bzw. Flanschbauteile 30,50 werden gleich- mäßig erwärmt. Durch unterschiedliche Ausdehnungen bedingte Verkantungen der Drehteile werden zuverlässig vermieden. Gleichzeitig wird die dem Druckspeicher zugeführte Druckluft abgekühlt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer zweistufigen Rotationskolbenmaschine, deren Aufbau im wesentlichen der oben beschriebenen Rotationskolbenmaschine entspricht (gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile). Auf dem Antriebsflansch 30 ist ein dritter Zylinderkörper 120 montiert, der konzentrisch zu dem inneren Zylinderkörper 40 bzw. zur Hauptachse H angeordnet ist und den um die parallelversetzte Drehachse D rotierenden Hohlzylinder 70 exzentrisch umschließt (siehe dazu Fig. 5). Die konzentrischen Zylinderkörper 40,120 sowie der Hohlzylinder 70 sind mit dem Antriebsflansch 30 bzw. dem Abtriebsflansch 50 jeweils einstückig ausgebildet, wobei die Abmessungen aller Zylinder 40,70,120 sowie der Abstand a zwischen Hauptachse H und Drehachse D derart aufeinander abgestimmt sind, daß sowohl zwischen der äußeren Mantelfläche 42 des ersten Zylinders 40 und der inneren Mantelfläche 72 des Hohlzylinders 70 als auch zwischen der äußeren Mantelfläche 73 des Hohlzylinders 70 und der inneren Mantelfläche 122 des dritten Zylinders 120 ein geringst mögliches Spiel vorhanden ist.

Die radial zur Hauptachse H ausgerichtete Kolbenwand 90 sitzt starr zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinderkörper 40 bzw. 120 und ragt dabei durch den Hohlzylinder 70 hindurch. Sie ist in Axialnuten 45,123 im Außen-bzw. Innenumfang der Zylinderkörper 40,120 eingelassen und stirnseitig mit dem Flanschteller 34 des Antriebsflanschs 30 verschraubt. An ihrer dem Abtriebsflansch 50 zugewandten Stirn- seite schließt die Kolbenwand 90 bündig mit den Stirnflächen der Zylinderkörper 40, 120 ab, hat also dieselbe lichte Höhe. In die Wandung des Hohlzylinders 70 sind zylin- drische Gleitstücke 82 bzw. Gleitsteine mit ebenen Führungs-und Dichfflächen 83 gelagert, um die Kolbenwand 90 während der Drehbewegung der Zylinder 40,70,120 hin und her beweglich zu führen. Gleichzeitig wird über die Gleitstücke 82 die Antriebs- kraft des Motors 20 auf den Hohlzylinder 70 und damit auf den Abtriebsflansch 50 übertragen. Aufwendige Zahnradverbindungen oder-übersetzungen sind auch hier nicht erforderlich. Keilaussparungen 84 am Hohlzylinder 70 sorgen dafür, daß sich die Kolbenwand 90 frei bewegen kann und auch in extremer Winkelposition nicht am Hohizylinder 70 anschlägt.

Die Zylinderkörper 40,120 und die Kolbenwand 90 wirken in der Weise zusammen, daß zwischen dem äußeren Zylinderkörper 120 und dem Hohlzylinder 70 ein äußeres Kammersystem 130 und zwischen dem Hohlzylinder 70 und dem inneren Zylinder- körper 40 ein inneres Kammersystem 140 gebildet ist. Jedes dieser Kammersysteme 130,140 hat zwei durch die Kolbenwand 90 voneinander getrennte, volumenver- änderliche Kammern 132,134 bzw. 142,144, wobei die erste Kammer 132,142 jeweils als Ansaugraum ausgebildet ist und in Drehrichtung R der Zylinderkörper 40, 70,120 stets hinter der Kolbenwand 90 liegt, während die zweite Kammer 134,144 jeweils als Kompressionsraum ausgebildet ist und in Drehrichtung R der Zylinderkörper 40,70,120 stets vor der Kolbenwand 90 liegt.

Die Einlaßöffnung 133 für den äußeren Ansaugraum 132 ist als Axialöffnung im äuße- ren Zylindermantel 120 ausgebildet. Sie liegt so dicht wie möglich hinter der Kolben- wand 90 und steht über das den äußeren Zylindermantel 120 umgebende offene Gehäusevolumen 146 mit der Ansaugöffnung 14 in der Gehäusewand 13 in Strö- mungsverbindung. Die Auslaßöffnung 135 der äußeren Kompressionskammer 134 sowie die Einlaß-und Auslaßöffnungen 143,145 des inneren Kammersystems 140 liegen auf den Umfangsflächen 72,73 des Hohlzylinders 70 und sind ebenfalls so dicht wie möglich hinter bzw. vor der Kolbenwand 90 angeordnet.

Das äußere Kammersystem 130 der zweistufigen Rotationskolbenmaschine 10 bildet eine erste Verdichterstufe. Sie arbeitet genauso wie die oben erläuterte einstufige Ver- sion, d. h. während einer vollen Umdrehung der Einlaß-und Auslaßöffnung 133,135 finden parallel ein Ansaug-und ein Kompressionsvorgang statt. Die in der äußeren Ansaugkammer 132 angesaugte Luft wird in der sich anschließend bildenden äußeren Kompressionskammer 134 bis auf ein vernachlässigbar kleines Restvolumen kompri- miert und über einen (nicht dargestellten) Zwischenspeicher der Einlaß-bzw. Ansaug- öffnung 143 der inneren Ansaugkammer 142 zugeführt.

Dazu ist die Auslaßöffnung 135 der äußeren Kompressionskammer 134 über einen axial und radial im Hohlzylinder 70 und im Abtriebsflansch 50 geführten Kanal 85 mit einer Anzahl äußerer Axialbohrungen 55 im Lagerzapfen 51 des Abtriebsflanschs 50 verbunden. Diese der Auslaßöffnung 135 zugeordneten Bohrungen 55 liegen innerhalb des Lagerzapfens 51 dicht nebeneinander auf einem Kreisbogensegment. Sie sind über den auf dem Gehäusedeckel 24 aufgesetzten Verteilerkopf 110 an ein (nicht dar- gestelltes) Verbindungsrohr angeschlossen, das die im äußeren Kammersystem 130 komprimierte Luft dem Zwischenspeicher zuführt. Der Verteilerkopf 110 sitzt mit der Bodenfläche 116 einer inneren Ausnehmung 115 bis auf ein geringst mögliches Bewe- gungsspiel vor der äußeren Stirnfläche 53 des Lagerzapfens 51 des Abtriebsflanschs 50. Er hat, wie Fig. 6a und 6b zeigen, innerhalb der Ausnehmung 115 ringförmig angeordnete Bohrungen 117, die im gleichen Radialabstand zur Drehachse D ange- ordnet sind wie die äußeren Axialbohrungen 55 der Auslaßöffnung 135 des Außen- kreises 130. Letztgenannte Bohrungen 55 stehen folglich in jeder beliebigen Dreh- winkelstellung des Lagerzapfens 51 über die Bohrungen 117 im Verteilerkopf 110 mit dem Verbindungsrohr bzw. dem Zwischenspeicher in Strömungsverbindung. Um den Anschluß eines Verbindungsrohres zu vereinfachen, können die der lichten Weite der Axialbohrungen 55 angepaßten Bohrungen 117 über schräg angeordnete Kanäle 118 in dem Verteilerkopf 110 nach außen hin vergrößert werden.

Um die vorkomprimierte Luft aus dem Zwischenspeicher über die Einlaßöffnung 143 des Innenkreises 140 in die innere Ansaugkammer 142 zurückzuführen, ist ebenfalls ein axial und radial im Hohlzylinder 70 und im Abtriebsflansch 50 geführter Kanal 85 vorgesehen, der in eine Anzahl innerer Axialbohrungen 56 im Lagerzapfen 51 des Abtriebsflanschs 50 mündet. Die der Einlaßöffnung 143 über einen weiteren Kanal 86 zugeordneten Axialbohrungen 56 liegen auf einem Kreisbogensegment, dessen Radius kleiner ist als der Radialabstand der äußeren Axialbohrungen 55. Die Ankopp- lung an den Zwischenspeicher erfolgt über innerhalb des Verteilerkopfs 110 ringförmig angeordnete Bohrungen 117', die im gleichen Radialabstand zur Drehachse D ange- ordnet sind wie die Axialbohrungen 56 der Einlaßöffnung 143 des Innenkreises 140.

Die Auslaßöffnung 145 der inneren Kompressionskammer 134 mündet über einen radial und axial geführten Übergangskanal 147 in einer zentrischen Sackbohrung 57 im Lagerzapfen 51, die über eine zentrische Durchgangsbohrung 119 im Verteilerkopf 110 an ein (nicht gezeigte) Auslaßrohr angeschlossen ist. Dieses leitet die in dem inneren Kompressionsraum 144 verdichtete Luft an einen (ebenfalls nicht gezeichneten) Druckspeicher weiter.

Eine andere Ausführungsform einer zweistufigen Rotationskolbenmaschine ist in Fig. 7 dargestellt. Der mit der Antriebswelle 22 des Motors 20 gekoppelte Antriebsflansch 30 trägt zentrisch zur Hauptachse H den Hohlzylinder 70, während der innere und der äußere Zylinderkörper 40,120 konzentrisch zur parallelversetzten Drehachse D auf dem Abtriebsflansch 50 befestigt sind. Beide Flanschträger 30,50 können so gestaltet sein, daß neben dem Axialspiel zusätzlich ein Radialspiel eingestellt werden kann, bei- spielsweise durch geeignete (nicht gezeigte) Stelischrauben. Zwischen den Zylinder- körpern 40,120 sitzt die radial zur Drehachse D ausgerichtete Stegplatte (Kolbenwand 90), die einen in die Hohlzylinderwandung 70 eingesetzten Kulissenstein 82 dreh-und längsbeweglich durchsetzt.

Der Abtriebsflansch 50, die beiden Zylinderkörper 40,120 sowie die Kolbenwand 90 bilden ein Außensystem, das durch den exzentrisch dazu angeordneten Hohlzylinder 70 mit gleicher Drehzahl angetrieben wird. Der als Antriebsrotor fungierende Hohl- zylinder 70 und das exzentrisch dazu mitrotierende Außensystem sind derart gestaltet, daß axial auftretende Spiele ausgeglichen werden können (siehe oben). Leckage- räume zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Außensystems 40,50,90,120 und des Antriebsrotors 70 werden weitestgehend vermieden.

Unmittelbar neben der in den inneren und den äußeren Zylinderkörper 40,120 ein- greifenden Kolbenwand 90 befinden sich die Einlaß-und Auslaßöffnungen 133,135, 143,145 für das äußere und das innere Kammersystem 130 bzw. 140 (vergl. Fig. 8), wobei die Einlaßöffnung 133 für die äußere Ansaugkammer 132 und die Auslaßöffnung 135 für die äußere Kompressionskammer 134 im äußeren Zylinderkörper 120 und die Einlaßöffnung 143 für die innere Ansaugkammer 142 und die Auslaßöffnung 145 für die innere Kompressionskammer 144 im inneren Zylinderkörper 40 ausgebildet sind.

Bevorzugt sind die Öffnungen 133,135,143,145 Axialöffnungen, die sich nahezu über die gesamte Höhe der Zylinderkörper 40,120 erstrecken. Dadurch erhält man relativ große Öffnungsquerschnitte, die in gleicher Drehzahl wie die Kolbenwand mitrotieren und durch den Hohlzylinder 70 bzw. dessen Umfangsfläche 73 ohne relevant zeitliche Verzögerungen rasch geöffnet bzw. geschlossen werden.

Die Einlaßöffnungen 133,143 liegen auch hier stets in Drehrichtung R hinter der Kol- benwand 90, während die Auslaßöffnungen 135,145 vor der Kolbenwand 90 liegen.

Ein angesaugtes Gas wird somit über eine volle Umdrehung auf der Rückseite des Kolbens 90 angesaugt, während einer weiteren vollen Umdrehung auf der Vorderseite des Kolbens 90 komprimiert und dabei über ein rotierendes Auslaßsystem einem (nicht dargestellten) feststehenden Zwischenkühisystem zugeführt. Von dort gelangt das vor- komprimierte Gas über ein rotierendes Einlaßsystem in die zweite Verdichterstufe 140 der Rotationsmaschine. Diese arbeitet phasenversetzt zur ersten Verdichterstufe 130, d. h. sobald der Verdichtungsvorgang im Außenkreis abgeschlossen ist, hat der Ansaugprozeß im Innenkreis bereits begonnen. Hier wird die Saugseite der Kolben- wand 90 beaufschlagt, wobei durch den herrschenden hohen Überdruck aus dem Außenkreis die sich bereits vergrößerte Innenfläche der Ansaugkammer relativ gleichmäßig belastet wird. In der sich anschließenden Folgedrehung wird das Gas in der inneren Kompressionskammer bis auf den gewünschten Enddruck verdichtet und über ein weiteres rotierendes Auslaßsystem einem (nicht gezeigten) Druckspeicher zugeführt. Das komprimierte Gas wird aufgrund der peripheren Anordnung der Auslaß- öffnungen nahezu vollständig ausgestoßen. Der Wirkungsgrad des Kompressors ist außerordentlich hoch. Nicht dargestellte Rückschlagventile im Außen-und Innenkreis verhindern ein Zurückschlagen des bereits komprimierten Gases.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So kann man auf den in der Kolbenwand 90 geführten Mitnehmerstift 94 verzichten. Der Abtriebsflansch 50 und der damit verbun- dene Hohlzylinder 70 werden in diesem Fall unmittelbar von der Kolbenwand 90 angeschoben. In der Gehäusewand 13 können je nach Bedarf mehrere Ansaug- öffnungen 14 vorgesehen sein. Entsprechend den örtlichen Gegebenheiten oder den Einbau-bzw. Betriebsbedingungen kann man diese auch im Gehäusedeckel 24 oder -boden 15 ausbilden. Das innere und das äußere Kammersystem 130,140 der zwei- stufigen Rotationsmaschine lassen sich durch Zusammenschalten der Einlaßöffnungen 133,143 parallel betreiben. Einsatzgebiete sind auf dem Gebiet der Vakuumtechnik ebenso möglich wie das Fördem oder Verdichten von Flüssigkeiten.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den ver- schiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste a Abstand D Drehachse H Gehäuse-Hauptachse M Mittelpunkt R Drehrichtung 10 Rotationskolbenmaschine 12 Gehäuse 13 Wandung 14 Ansaugöffnung 15 Gehäuseboden 20 Antriebsmotor 22 Antriebswelle 23 Lageröffnung (Boden) 24 Deckel 26 Schrauben 27 Gewindelöchern 28 Lageröffnung (Deckel) 30 Antriebsflansch 32 Lagerzapfen 33 Durchgangsbohrung 34 erster Flanschteller 35 äußerer Begrenzungsrand 36 Stirnfläche 37 Radialnadellager 38 Axialkugellager 39 Schrauben 40 erster/innerer Zylinderkörper 41 freie Stirnfläche 42 äußere Mantelfläche 43 Sackbohrung 44 Spannschraube 45 Axialnut 47 Überströmkanal 50 Abtriebsflansch 51 Lagerzapfen 52 Endteil 53 äußere Stirnfläche 54 Durchgangsbohrung 55 äußere Axialbohrungen 56 innere Axialbohrungen 57 Sackbohrung 58 zweiter Flanschteller 59 Stirnfläche 60 trichterförmige Verbreiterung 61 Axialkugellager 62 Axial-Radialnadel-Lager 64 Stellmutter 70 zweiter Zylinderkörper/ Hohlzylinder 71 freie Stirnfläche 72 innere Mantelfläche 73 äußere Mantelfläche 74 Schrauben 75 axiale Ausnehmung 76 seitliche Begrenzungsfläche 77 innere Faskante 78 Dichtleiste 79 Axialnut 80 Radialkanal 82 Gleitstück/Gleitstein 83 Führungsfläche 84 Keilaussparung 85 Kanal 86 Kanal 90 Kolbenwand 92 Seitenfläche 93 Laufnut 94 Mitnehmerstift 95 Kugellager 100 Kammersystem 102 erste Kammer/Ansaugraum 103 Einlaßöffnung 104 zweite Kammer/ Kompressionsraum 105 Auslaßöffnung 106 offenes Gehäusevolumen 109 Rohrschlange 110 Verteilerkopf 112 Gleitringdichtung 113 Auslaßrohr/Rohrleitung 114 Schrauben 115 innere Ausnehmung 116 Bodenfläche 117 Bohrungen 117'Bohrungen 118 Kanäle 119 Durchgangsbohrung 120 dritter Zylinderkörper 122 innere Mantelfläche 123 Axialnuten 130 äußeres Kammersystem 132 erste Kammer/Ansaugraum 133 Ansaugöffnung 134 zweite Kammer/ Kompressionsraum 135 aßöffnung 140 inneres Kammersystem 142 erste Kammer/Ansaugraum 143 Ansaugöffnung 144 zweite Kammer/ Kompressionsraum 145 Auslaßöffnung 146 offenes Gehäusevolumen 147 Übergangskanal