DE10023010A1 - Innenachsige Mehrfachdrehkolbenmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine innenachsige Mehrfachdrehkolbenmaschine. DOLLAR A Dabei werden mehrere Drehkolbenmaschinen mit Sichel auf gemeinsamen Wellen angeordnet mit an den Sicheln 3 festen Zwischenwänden 13, durch welche die gemeinsame Achse 15 der Innenläufer führt. Damit können mehrere Maschinenabschnitte für mehrstufige Verdichtung oder Entspannung oder für Verdichtung oder zum pulsationsarmen Betrieb sehr kompakt und preisgünstig angeordnet werden. Derartige Maschinen können als ölfreie, mehrstufige Verdichter, zum Einsatz bei Brennstoffzellen und in Klimaanlagen vorteilhaft verwendet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine innenachsige Mehrfachdrehkolbenmaschine.

Drehkolbenmaschinen für kompressible Fluide haben in der Regel eine begrenzte Maximalverdichtung. 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 Innenläufer, zwei Lagern für alle Außenläufer und nur einem Synchronisationsgetriebe.

Dies wird dadurch erreicht, daß eine innenachsige Drehkolbenmaschine mit Sichel insbesondere eine 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.

Anhand Fig. 1-3 wird die Maschine beschrieben.

In Fig. 1 ist das Basisprinzip gezeigt. In einem Gehäuse 4 mit Sichel 3 kämmen ein Innenläufer 1 und ein Außenläufer 2 und erzeugen so sich vergrößernde und verkleinernde Arbeitsräume. Um den Außenläufer 2 liegen ein oder zwei unabhängig voneinander verstellbare Drehschieber 5 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 3 feste Zwischenwand 13 und am Außenläufer festes Trennstück 14 getrennt sind. Im linken Arbeitsraum dreht der erste Innenläufer 1, im rechten Arbeitsraum dreht der zweite Innenläufer 16. Der linke Innenläufer ist linken Lager, der rechte mit dem rechten Lager 11 am Gestell drehbar gelagert. Durch die Zwischenwand 13 des Gestells führt eine Welle 15, die die beiden Innenläufer 1, 16 drehfest miteinander verbindet. Ebenso sind die beiden Abschnitte des Außenläufers 2 mit dem Trennstück 14 drehfest miteinander verbunden und in zwei Lagern 12, 17 gelagert.

Die Innenläufer 1, 16 bzw. ihre gemeinsame Welle 15 ist über das innenverzahnte Getriebe 10 mit dem Außenläufer 2 synchronisiert.

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

Die Aufbauten für diese Anwendungen werden anhand der Fig. 2 und 3 erläutert.

Fig. 2 zeigt eine Aufbau wie er z. B. für einen mehrstufigen Verdichter sinnvoll erscheint. Der linke Abschnitt 20 saugt ein kompressibles Fluid an, verdichtet es und fördert es zur Saugseite des rechten Abschnitts 21. Dort wird das Fluid weiter komprimiert und zum Förderkanal entlassen.

Der linke Abschnitt 20 habe z. B. die zweieinhalbfache Breite des rechten Abschnittes 21. Dann saugt der linke Abschnitt das zweieinhalbfache Volumen des rechten Abschnittes an. Die innere Verdichtung des linken Abschnittes muß also ε = 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 ε = 2,5, dann hat man eine Gesamtverdichtung von ε = 6,25 und ein π = 11.5-13

Die Fig. 2 zeigt aber auch eine Anordnung, wie sie z. B. als Kaltluftkältemaschine für Klimaanlagen oder als Luftversorgungseinheit für Fahrzeugbrennstoffzellen einsetzbar ist.

Der linke Abschnitt 20 ist dann ein Kompressor, welcher in Durchsatzvolumen und Druckhöhe stufenlos verstellbar ist, der rechte Abschnitt 21 ist eine Expansionsmaschine, welche die am Kompressor verbrauchte Energie zumindest teilweise wieder zurückgewinnt.

Zwischen den beiden Maschinen liegt ein Wärmetauscher 22, der die Wärme entzieht, oder die Brennstoffzelle 22, die Sauerstoff entzieht. Auch bei einer derartigen Nutzung ist die kompakte, preisgünstige Anordnung vorteilhaft.

Fig. 3 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 Fig. 1. 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.

Claims (7)

1. Innenachsige Drehkolbenmaschine mit zwei oder mehr Innenläufern 1, 16 und einem Außenläufer 2 mit Arbeitsabschnitten entsprechend der Zahl der Innenläufer und mit einer am Gestell 4 festen Sichel 3, insbesondere innenachsige Drehkolbenmaschine zur Verdichtung oder Entspannung oder zur Verdichtung und Entspannung von kompressiblen Fluiden, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Innenläufer 1, 16 und die dazugehörigen Arbeitsabschnitte und Sichelabschnitte durch eine an der Sichel 3 und damit am Gestell 4 feste Zwischenwand 13 und/oder ein am Außenläufer 2 festes Trennstück 14 voneinander getrennt sind und die Innenläufer 1, 16 über eine durch die Zwischenwand führende Welle 15 drehfest miteinander verbunden sind und die Arbeitsabschnitte des Außenläufers 2 ebenfalls drehfest miteinander verbunden sind.

2. Innenachsige Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1, bei der die Drehachse M(i) der Innenläufer und die Drehachse M(a) des Außenläufers den Abstand e haben, dadurch gekennzeichnet, daß am Innenläufer 1 kreiszylinderförmige Körper mit zur Drehachse M(i) paralleler Zylinderachse M(z) fest sind, bei welcher der Abstand M(i)M(z) ebenfalls e ist und mit schlitzförmigen, geradwandigen Taschen im Außenläufer, in welche bei Drehung die kreiszylinderförmigen Körper des Innenläufers hinein- und hinausbewegt werden.

3. Innenachsige Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1, 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Innenläufer 1, 16 der Anzahl n mit weniger als 2n Lagern 11 am Gestell gelagert sind.

4. Innenachsige Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1-3, bei der der Synchronlauf der Innen- und Außenläufer mit Hilfe von innenverzahnten Getrieben 10 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Getriebe 10 für alle Innenläufer vorhanden ist.

5. Innenachsige Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Innenläufer 1, 16 unterschiedliche Breite haben und der Förderkanal des einen Abschnitts 20 mit dem Saugkanal des anderen Abschnitts verbunden ist und die Maschine zur mehrstufigen Verdichtung oder Entspannung eines kompressiblen Fluides genutzt wird.

6. Innenachsige Drehkolbenmaschine Innenachsige Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkanal des einen Abschnitts 20 mit einem Gerät 22 verbunden ist, welches mit Fluid versorgt wird, und dieses mit dem Saugkanal des anderen Abschnitts verbunden ist und der eine Abschnitt 20 als Kompressor und der andere Abschnitt als Expansionsmaschine genutzt wird und das Gerät 22 ein Wärmetauscher oder eine Brennstoffzelle ist.

7. Innenachsige Drehkolbenmaschine unter Patentanspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte in eine Förderkanal fördern und die Innenläufer, bei denen je zwei Achsen der zylinderförmigen Körper mit der Drehachse M(i) den Winkel α einschließen, um einen Winkel α/2 zueinander verdreht sind.