Eine Rotationskolbenmaschine mit der Merkmalsgruppe a des Anspruches 1 ist aus der EP 0644981 B 1 bekannt, auf deren vollständigen Inhalt zum Verständnis des gattungsgemäßen Maschinentyps Bezug genommen wird.

Wie der genannten Schrift entnehmbar, ist bei diesem Maschinentyp ein Kolben auf dem Kurbelzapfen einer in einem Gehäuse gelagerten Kurbelwelle gelagert und vollführt dabei eine Parallelrotation, bei der er während seiner Rotation seine Winkellage zum Gehäuse beibehält. Diese Art von Rotation wird im folgenden als Parallelrotation bezeichnet.

Wie in der genannten Schrift ferner ausführlich beschrieben, weist der Kolben an seinem Umfang ein oder mehrere Paare von Konvex-und Konkavflächen auf, die an zugeordneten Konkav-und Konvexflächen einer Umfangswand des Gehäuses in-und außer kammerbildenden Eingriff gelangen. Während des Kammereingrif- fes laufen bei einer Kammer die Konvexfläche des Kolbens auf der Konkavfläche der Umfangswand und die Konkavfläche des Kolbens auf der Konvexfläche der Umfangswand dichtend entlang und schließen eine Kammer ab, die auch seitlich, im Falle der genannten Druckschrift mit Seitenwänden des Gehäuses, abgedichtet ist. Bei der Rotation während des Kammereingriffes ändert sich das Volumen der Kammer, und zwar mit einem vorteilhaft sehr großen Verdichtungsverhältnis.

Eine solche Maschine kann, wie in der genannten Schrift beschrieben, zu unter- schiedlichen Zwecken verwendet werden, z. B. als Pumpe, als Brennkraftmaschi- ne und insbesondere als Gaskompressor, der in einer Stufe, also in einer Kam- mer, eine sehr hohe Verdichtung erzielen kann.

Bei Lagerung des Kolbens auf einer Kurbelwelle ist die Winkellage des Kolbens um die Kurbelwelle zunächst unbestimmt. Es ist also eine Halteeinrichtung er- forderlich, die bei Drehung der Kurbelwelle die Änderung der Winkellage des Kolbens gegenüber dem Gehäuse verhindert. Bei der genannten bekannten Kon- struktion sind zu diesem Zweck eine oder mehrere weitere Exzenterwellen vorge- sehen, auf denen der Kolben gelagert ist und die winkelsynchron umlaufend vor- gesehen sind.

Nachteilig bei der bekannten Konstruktion sind die erforderlichen mehreren Kur- belwellen, die im Kolben gelagert sind. Diese müssen im Abstand gelagert sein und verbrauchen somit viel Platz im Kolben und schränken die konstruktiven Möglichkeiten erheblich ein. Ferner müssen die Kurbelzapfenlagerungen im Kol- ben, da sie im Abstand liegen müssen, am Rand des Kolbens, also in der Nähe der an dessen Umfang ausgebildeten Kammern angeordnet sein und sind dort thermisch hoch belastet. Dies führt zu Haltbarkeitsproblemen der Maschine.

Eine Rotationskolbemnaschine mit der Merkmalsgruppe b des Anspruches 1 ist aus der DE 32 31 756 AI bekannt. Es handelt sich um eine Maschine mit einem Spiralkolben, der wie bei der vorgenannten bekannten Konstruktion parallel rotie- rend angetrieben ist. In den Figuren 3 und 4 dieser Schrift ist dargestellt, daß als Halterungseinrichtung zur Parallelführung des Kolbens eine im Abstand zur Kur- belwelle vorgesehene Lagereinrichtung dient. Diese Lagereinrichtung ist kon- struktiv wesentlich einfacher als die aus der erstgenannten Schrift, die aus zu- sätzlichen Kurbelwellen besteht. Sie ergibt auch nur eine angenäherte parallel rotierende Bewegung mit leichter Kippkomponente, die bei entsprechend groß gewähltem Abstand zwischen der Kurbelwelle und der Lagereinrichtung jedoch tolerierbar ist, bzw. durch geringe Formänderungen der kammerbildenden Flä- chen am Kolben und/oder der Umfangswand ausgleichbar ist, so daß keine Un- dichtigkeitsprobleme auftreten. Es ergeben sich erheblich größere konstruktive Freiheitsgrade bei der Anordnung der kammerbildenden Wandbereiche. Ferner kann die Maschine bei gleicher Leistung kleiner bauend ausgeführt werden. und es ergeben sich auch thermische Vorteile. Die Lagereinrichtung kann in den al- ternativen der Figuren 3 und 4 der DE 32 31 756 AI ausgebildet sein, wobei entweder der Kolben drehbar an einem parallel geführten Gleitstück gelagert ist oder längsverschiebbar in einem drehbar gelagerten Gleitstück gelagert ist.

Alle genannten bekannten Konstruktionen weisen den Nachteil einer unveränder- lich festen Kinematik der Kolbenbewegung auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rotationskolbenmaschine mit den Vorteilen der beiden genannten bekannten Konstruktionen, jedoch mit veränder- barer Kinematik der Kolbenbewegung zu schaffen.

Mit der Merkmalsgruppe c des Anspruches 1 läßt sich durch Verstellen des Ab- standes zwischen der Kurbelwelle und dem Drehlager der Lagereinrichtung die Laufkinematik des Kolbens derart verstellen, daß bei größerem Abstand die Laufbewegung mehr der kippfreie strengen Parallelrotation angenähert ist oder bei kürzerem Abstand sich eine größere Kippbewegung ergibt. Mit größer wer- dender Kippbewegung bzw. bei Abweichung von einer Normallänge, für die die Kammerflächen angepaßt sind, ergeben sich Undichtigkeiten in den Kammern.

Dies kann vorteilhaft ausgenutzt werden, um die Maschine beispielsweise im Leerlauf mit hoher Undichtigkeit laufen zu lassen, also mit geringem Kraftver- brauch und rundem Lauf.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Bei dieser Kon- struktion kann der Kolben in bekannter Art gemäß der eingangs genannten Druckschrift konstruiert sein. An geeigneter Stelle setzt die Haltestange an und fuhrt zu der entfernt liegenden Lagereinrichtung.

Die Kurbelzapfen sind im Kolben vorzugsweise an einer thermisch gering bela- steten Stelle, also im Abstand zu den kammerbildenden Wänden anzuordnen.

Vorzugsweise sind daher die an sich aus der DE 195 00 774 AI bekannten Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Damit wird das Kurbelzapfenlager völ- lig aus dem Kolben herausgenommen und neben diesem angeordnet. Die thermi- schen Probleme am Kurbelzapfenlager können dadurch äußerst wirkungsvoll ge- löst werden, wenn das Kurbelzapfenlager zum Beispiel an einer von Frischluft durchströmten Stelle angeordnet ist.

Vorzugsweise sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Eine Kolben- /Zylinderanordnung ergibt die für die Lagereinrichtung benötigte Verschiebbar- keit. Bei einer solchen Konstruktion kann auch die Drehlagerung auf einfache Weise vorgesehen sein, entweder durch Drehlagerung der Haltestange im Kolben nach Art eines Pleuellagers oder durch Drehlagerung des Zylinders am Gehäuse.

Es ergibt sich der Vorteil, daß die Kolben-/Zylinderanordnung als weitere Kom- pressions-oder Expansionskammer verwendbar ist, beispielsweise als Nachver- dichtungsstufe eines Kompressors.

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen Schnitt quer zur Kurbelwelle durch eine erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine.

Die dargestellte Rotationskolbenmaschine weist ein stationäres Gehäuse 1 auf, welches einen Innenraum 2 mit einer inneren Umfangswand 3 umschließt. Paral- lel zur Zeichnungsebene ist der Innenraum 2 mit einer unter der Zeichnungsebene liegenden ebenen Seitenwand 4 verschlossen. Parallel dazu liegt eine nicht darge- stellte oberhalb der Zeichnungsebene liegende Seitenwand.

In der Seitenwand 4 und der dazu parallelen anderen Seitenwand ist eine Kur- belwelle mit Mittelpunkt MI gelagert, die einen radial versetzten Kurbelzapfen 5 mit Mittelpunkt M2 aufweist. Bei Rotation der Kurbelwelle läuft der Kurbelzap- fen 5 mit seinem Mittelpunkt M2 auf der gestrichelten Kreislinie um den Mittel- punkt MI der Kurbelwelle um.

Auf dem Kurbelzapfen 5 ist ein Rotationskolben 6 gelagert. In diesem ist in einer Bohrung 7 eine Haltestange 8 befestigt. Das freie Ende der Haltestange 8 ist über ein Drehlager 9, mit Achse parallel zur Kurbelwelle, in einem Hubkolben 10 ge- lagert, welcher in einem Zylinder 11 läuft, der am Gehäuse 1 befestigt ist. Und zwar mit seiner Zylinderachse auf den Bereich der Kurbelwelle gerichtet.

Läuft der Kurbelzapfen 5 um MI um, so ergibt sich ersichtlich eine Hin-und Herbewegung des Hubkolbens 10 im Zylinder 11 bei leichter Verschwenkung der Haltestange 8 um das Drehlager 9 im Hubkolben 10. Die Kolben-/Zylinder- anordnung 10,11 bildet somit eine Lagereinrichtung für den Rotationskolben 6, der diesen im wesentlichen winkelfest gegenüber dem Gehäuse 1 hält, wobei er bei seiner Parallelrotation lediglich eine leichte Kippbewegung vollführt. Diese hängt vom Abstand zwischen der Kurbelwelle und der Lagereinrichtung 9,10, 11 ab. Bei großem Abstand ist die Kippbewegung vernachlässigbar klein, so daß sich annähernd eine echte Parallelrotation ergibt.

Am Umfang des Rotationskolbens 6 ist ein erstes Flächenpaar vorgesehen, beste- hend aus einer Konvexfläche 12 und einer benachbarten Konkavfläche 13. Zuge- ordnet ist an der Umfangsfläche 3 des Gehäuses 1 ein erstes Flächenpaar ausge- bildet mit einer Konkavfläche 14 und einer Konvexfläche 15. In der dargestellten Winkelstellung des Kurbelzapfens 5 bei Umlauf des Kurbelzapfens um die Kur- belwelle im Uhrzeigersinn ist soeben zwischen den Flächenpaaren 12,13 und 14, 15 eine Kammer geschlossen worden durch Abdichtung der Konvexfläche 12 auf der Konkavfläche 14 bei A und der Konkavfläche 13 auf der Konvexfläche 15 bei B, sowie durch die Seitenwände 4. Bei weiterem Umlauf des Kurbelzapfens 5 läuft die Konvexfläche 12 des Rotationskolbens auf der Konkavfläche 14 der Umfangswand dichtend ab. Ebenso läuft die Konkavfläche 13 des Rotationskol- bens auf der Konvexfläche 15 der Umfangswand ab. Die zwischen den Wänden gebildete Kammer verringert laufend ihr Volumen, da die Dichtpunkte A und B sich aufeinander zu bewegen. Nach einem gewissen Umlaufwinkel des Kurbel- zapfens 5 hebt der Rotationskolben 6 von der Umfangswand 3 ab und öffnet die Kammer, um dann wieder in der in der Figur dargestellten Stellung erneut die Kammer mit großem Volumen zu schließen.

Bei der erläuterten Drehrichtung des Kurbelzapfens 5 um die Kurbelwelle im Uhrzeigersinn ergibt sich somit eine Kammer, die immer wieder mit großem Volumen schließt, so dann das Volumen verkleinert und dann öffnet. Diese Kon- struktion läßt sich als Kompressor verwenden. Dabei strömt Gas mit niedrigem Druck durch eine Einlaßöffnung 16 in den Innenraum 2 des Gehäuses 1, wird bei schließender Kammer eingeschlossen und mit weiterem Umlauf des Rotations- kolbens 6 verdichtet. Der Punkt kleinsten Kammervolumens liegt dabei an einer Stelle, an der ein Auslaßventil 17 vorgesehen ist, das als einfaches nach außen öffnendes Rückschlagventil vorgesehen sein kann und das an einen Hochdruck- kanal 18 angeschlossen ist, durch den das komprimierte Gas über geeignete An- schlußmittel abgeführt wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Rotationskolben 6 und am Gehäuse 1 jeweils ein weiteres Flächenpaar vorgesehen, das in gleicher Weise eine zweite Kammer bildet. Die vorstehenden Erläuterungen gelten auch für diese Kammer.

Die Teile dieser Kammer sind mit den Bezugszeichen der vorerläuterten Kammer versehen, die jeweils durch einen Beistrich gekennzeichnet sind. Die zweite Kammer arbeitet im Ausführungsbeispiel phasenversetzt. Wenn die eine Kammer schließt und komprimiert, ist die andere Kammer geöffnet und kann Frischgas durch die Einlaßöffnung 16'ansaugen.

Zu möglichen Konstruktionsvarianten des Rotationskolbens 6 und zu den Einzel- heiten der Kammerausbildung sowie zu den Möglichkeiten der Nutzung dieser Konstruktion als Kompressor, Brennkraftmaschine oder dergleichen wird auf den Inhalt der EP 0644981 B 1 verwiesen. Alle dort gezeigten Varianten sind auch hier möglich.

Bei der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Lager- einrichtung 9,10, 11, zur drehgesicherten Lagerung des Rotationskolbens 6, mit Hubkolben 10 und Zylinder 11 ausgebildet. Diese Kolben-/Zylinderanordnung kann als Kompressions-oder Expansionskammer verwendet werden, wozu der Zylinderraum unter dem Hubkolben 10 mit nicht dargestellten Einlaß-und Aus- laßkanälen, sowie entsprechenden Ventilen auszubilden ist. Bei Verwendung der dargestellten Konstruktion als Kompressor können beispielsweise die beiden am Rotationskolben 6 durch die Flächenpaare gebildeten Kammern mit unterschied- licher Größe ausgebildet sein und als Vor-und Nachverdichtungsstufe arbeiten, während die Kolben/Zylinderanordnung 10,11 als dritte Nachverdichtungsstufe eingesetzt wird. Die Lagereinrichtung am freien Ende der Haltestange 8 kann jedoch auf ganz andere Weise ausgebildet sein, wobei lediglich sicherzustellen ist, daß dort so- wohl eine Kippbewegung als auch eine hin-und hergehende Bewegung in Rich- tung auf die Kurbelwelle Ml zugelassen wird. Eine einfache Alternative bei der dargestellten Kolben/Zylinderanordnung 10,11 besteht z. B. darin, daß die Hal- testange 8 am Hubkolben 10 starr befestigt ist und der Zylinder 11 am Gehäuse 1 schwenkbar gelagert ist. Die Lagereinrichtung kann auch mit derselben Kinema- tik, jedoch ohne Ausbildung einer Kolben-/Zylindereinheit ausgebildet sein.

Da bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Rotationskolben 6 im Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen nur auf einem Kurbelzapfen 5 gelagert ist, kann dieser an beliebiger Stelle im Kolben angeordnet sein. Er kann insbesondere sehr weit weg von den kammerbildenden Flächen 12,13 bzw. 12', 13'angeordnet sein. Damit wird der Wärmeübergang von den sehr heißen Kammern zu den La- gern des Kurbelzapfens 5 und der Kurbelwelle verringert und diese werden ther- misch entlastet. In einer Konstruktionsvariante kann die Kurbelwelle außerhalb des Drehkolbens 6 an thermisch gut geschützter Stelle angeordnet sein. Dies ist in der Figur gestrichelt dargestellt. In einer seitlichen Ausbuchtung 3'der Umfangs- wand 3 ist die Kurbelwelle bei M 1'gelagert. Der Kurbelzapfen 5'ist in einem Lagerauge 19 gelagert, welches mit einem Arm 20 oder einer anderen Erstrek- kung des Rotationskolben 6 an diesem befestigt ist. An dieser Stelle, im Bereich der Frischluft und weit entfernt von den kammerbildenden Flächen, ist die Kur- belwelle thermisch sehr geschützt angeordnet.

Der Kurbelzapfen kann in nicht dargestellter Weise auch an anderer Stelle mög- lichst weit vom thermisch belasteten Bereich des Rotationskolbens 6 entfernt an- geordnet sein. Dabei ist vorzugsweise die Entfernung zwischen dem Kurbelzap- fenlager 19 und der Lagereinrichtung 9, 10, 11 möglichst groß zu wählen, um die Kippbewegung des Rotationskolbens 6 zu minimieren. Das Kurbelwellenlager ist daher vorzugsweise auf der der Lagereinrichtung abgewandten Seite des Rotati- onskolbens vorzusehen.

Bei der dargestellten elimdungsgemäßen Rotationskolbenmaschine ergibt sich, wie bereits erwähnt, eine annähernde Parallelrotation des Rotationskolbens 6, jedoch überlagert mit einer leichten zyklischen Kippbewegung. Die in der Zeich- nungsebene annähernd kreisbogenförmig ausgebildeten kammerbildenden Flä- chen 12, 13 ; 14, 15 der einen Kammer und die entsprechenden mit Beistrich ver- sehenen Flächen der anderen Kammer müssen gegenüber der sich aus der EP 0644981 B l bekannten exakten Kreisform leicht variiert werden, um bei der er- findungsgemäßen Parallelrotation mit überlagerter Kippbewegung stets die Kammer dichtend abzuschließen. Die zu berechnenden Kurvenformen ergeben sich bei einem bestimmten Abstand des Kurbelwellenmittelpunktes Ml gegen- über der Lagereinrichtung 9, 10, 11. Dann arbeitet die dargestellte Maschine mit optimaler Kammerabdichtung.

Es ist jedoch möglich, den Abstand zwischen Kurbelwelle und Lagereinrichtung 9, 10, 11 zu variieren. Dazu kann beispielsweise die Haltestange 8 in der Boh- rung 7 des Rotationskolbens 6 verstellbar ausgebildet sein, so daß sie beispiels- weise von der Endstellung 8'zu 8"verstellbar ist. Es ergibt sich bei der Verstel- lung aus der Stellung 8'in die Stellung 8"eine Verringerung des Abstandes der Lagereinrichtung zur Kurbelwelle und somit eine Verstärkung der Kippbewe- gung. Sind die kammerbildenden Flächen am Rotationskolben 6 und an der Um- fangswand 3 auf die Stellung 8'berechnet, so können sie bei der Stellung 8"nicht mehr vollständig dichten.

Dies kann jedoch für bestimmte Zwecke vorteilhaft eingesetzt werden. Bei un- vollständig dichtenden Kammern sinkt die Leistungsaufnahme des Kompressors und ergibt sich ein runderer Lauf. Eine solche Einstellung ist daher beispielswei- se als Leerlaufeinstellung geeignet.