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Abstract

Technische Aufgabe und Zielsetzung Bei einer bekannten Rotationskolbenmaschine (s. DE 10 256 722 A1) wird die Fluidführung durch das Innere eines Dichtrotors geleitet. Auf diese Weise kann ein Fluid durch ein variierendes Arbeitsvolumen nur pulsierend aus diesem Arbeitsvolumen (2) in den Dichtrotor (4) geschoben werden, was den Einsatz derartiger Maschinen aufgrund der äußerst geringen Kompressibilität von Flüssigkeiten als Flüssigpumpen unmöglich macht. Des Weiteren ist es bei bekannter Bauweise nur mit erheblichem Aufwand möglich, derartige Maschinen mit variablem Kompressionsdruck zu betreiben. Die hier dargestellte Erfindung ermöglicht den Einsatz von Rotationskolbenmaschinen zur Flüssigkeitsförderung und als Kompressor mit variablem Kompressionsdruck. Lösung des Problems Durch die hier dargestellte Erfindung wird die Anwendung von Rotationskolbenmaschinen zur Flüssigkeitsförderung und zum Einsatz als Kompressor mit variablem Kompressionsdruck mit einer neuartigen Fluidführung ermöglicht. Die Fluidführung wird durch einen speziellen Strömungskanal im Inneren des Arbeitsrotors, ohne den Weg über den Dichtrotor, bewerkstelligt. Durch die hier beschriebene Erfindung wird eine flüssige Strömung nahezu laminar durch die Maschine geleitet, was einen äußerst guten Wirkungsgrad zur Folge hat. Anwendungsgebiet Eine nach dieser Erfindung gestaltete Rotationskolbenmaschine kann als Flüssigkeitspumpe zur Förderung von Flüssigkeiten in nahezu allen Bereichen eingesetzt werden. Beim Einsatz der Rotationskolbenmaschine als Kompressor mit variablem Kompressionsdruck kann diese in allen Bereichen der technischen Chemie, der Lufterzeugung, der Erdölindustrie und als Ladeluftkompressor für Verbrennungsmaschinen eingesetzt werden.Technical Problem and Objective In a known rotary piston machine (see DE 10 256 722 A1), the fluid guide is passed through the interior of a sealing rotor. In this way, a fluid can be pushed by a varying working volume only pulsating from this working volume (2) in the sealing rotor (4), which makes the use of such machines impossible due to the extremely low compressibility of liquids as liquid pumps. Furthermore, it is possible only with considerable effort to operate such machines with variable compression pressure in known construction. The invention presented here allows the use of rotary piston machines for fluid delivery and as a compressor with variable compression pressure. Solution to the Problem The present invention enables the use of rotary-piston machines for fluid delivery and for use as a variable-compression-pressure compressor with a novel fluid guide. The fluid guide is accomplished by a special flow channel in the interior of the working rotor, without the way through the sealing rotor. By the invention described herein, a liquid flow is almost laminar passed through the machine, which has an extremely good efficiency result. Field of application A rotary piston machine designed according to this invention can be used as a liquid pump for conveying liquids in almost all areas. When using the rotary piston engine as a compressor with variable compression pressure, this can be used in all areas of technical chemistry, air production, the oil industry and as a charge air compressor for internal combustion engines.

Description

Bekannt sind Rotationskolbenmaschinen, die durch einen auf einer Kreisbahn umlaufenden prismatischen Kolben das in einem Hohlzylindervolumen, das dem Arbeitsvolumen (2) entspricht, Gase fördern und komprimieren.Rotary piston machines are known which, by virtue of a prismatic piston circulating on a circular path, produce in a hollow cylinder volume which corresponds to the working volume ( 2 ), promote and compress gases.

Derartige Maschinen sind in der Form zweier gegenläufig rotierender Zylinder, dem Arbeitsrotor (3) und dem Dichtrotor (4), gestaltet, von denen der Arbeitsrotor die Führung des Kolbens (1) und die innere Begrenzung des Arbeitsvolumens (2) und der Dichtrotor (4) eine stehende und sich zyklisch öffnende Begrenzung (5) des Arbeitsvolumens ermöglicht. Diese Begrenzung wird durch die gegenläufige Rotation der beiden Rotoren mit gleicher Drehzahl und gleichen Durchmessern erreicht, indem der Kolben (1) des Arbeitsrotors (3) die Begrenzung (5) durch die dafür vorgesehene Aussparung (6) berührungslos passieren kann.Such machines are in the form of two counter-rotating cylinders, the working rotor ( 3 ) and the sealing rotor ( 4 ), of which the working rotor guides the piston ( 1 ) and the internal limitation of the working volume ( 2 ) and the sealing rotor ( 4 ) a standing and cyclically opening boundary ( 5 ) of the working volume. This limitation is achieved by the counterrotating rotation of the two rotors at the same speed and with the same diameters, by 1 ) of the working rotor ( 3 ) the limit ( 5 ) through the recess provided for this purpose ( 6 ) can pass without contact.

Weiter ist die Gasführung im Bereich des Wälzpunktes (7) bekannt, bei der das Gas durch Öffnungen im Dichtrotor (4) in diesen geschoben wird, (siehe DE 102 56 722 A1 ).Next is the gas guide in the area of Wälzpunktes ( 7 ), in which the gas through openings in the sealing rotor ( 4 ) is pushed into this (see DE 102 56 722 A1 ).

Aus der DE 923 450 B ist ferner eine Rotationskolbenmaschine bekannt. Dort erfolgt die Gaszuführung via eines ersten Rotors a und die Gasabführung via eines zweiten Rotors b. Bei einer Ausführungsvariante (siehe dort die 20 und 21) erfolgt die Gaszuführung vom Gehäuse aus und die Gasabführung über die beiden Rotoren a, b.From the DE 923 450 B Furthermore, a rotary piston machine is known. There, the gas supply takes place via a first rotor a and the gas discharge via a second rotor b. In one embodiment (see there the 20 and 21 ), the gas supply from the housing and the gas discharge via the two rotors a, b.

Bei aus der EP 0 066 255 A1 und der US 3 601 514 A bekannten Rotationskolbenverdichtern erfolgt ebenfalls eine Gaszuführung via Arbeitsrotor. Das Gas gelangt via eines Hohlzapfens zum Arbeitsrotor und strömt auf der nachlaufenden Seite des Verdrängerkolbens in den Arbeitsraum. Aber nur die Gaszuführung erfolgt auf diesem Strömungswege, die Gasabführung erfolgt dagegen mittels eines Kanals im Gehäuse.At from the EP 0 066 255 A1 and the US Pat. No. 3,601,514 known rotary piston compressors also takes place a gas supply via working rotor. The gas enters via a hollow pin to the working rotor and flows on the trailing side of the displacer in the working space. But only the gas supply takes place on this flow paths, the gas discharge takes place by means of a channel in the housing.

Der hier beschriebenen Erfindung liegt die Motivation zu Grunde, die Gasführung bei Rotationskolbenmaschinen auf eine alternative Lösung so zu vereinfachen, dass sich derartige Maschinen für spezielle Anwendungen, z. B. für Kompressoren mit variablem Kompressionsdruck, verwenden lassen. Des Weitern soll durch die neue Fluidführung der Einsatz von Rotationskolbenmaschinen zur Flüssigkeitsförderung ermöglicht werden.The invention described here is based on the motivation to simplify the gas flow in rotary piston machines to an alternative solution so that such machines for special applications, eg. B. for compressors with variable compression pressure, use. Furthermore, the use of rotary piston machines for fluid delivery should be made possible by the new fluid guide.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Rotationskolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1.The object is achieved with a rotary piston machine having the features of claim 1.

Die Gasführung bei derartigen Rotationskolbenmaschinen lässt sich auf eine alternative Weise vereinfachen, welche die Fluidführung durch das Innere des Dichtrotors (4) überflüssig macht. Bei dieser neuartigen Fluidführung wird das Gas unmittelbar durch den Kolben (1) auf einem Strömungskanal (10) durch das Innere des Arbeitsrotors (3) geleitet.The gas routing in such rotary piston engines can be simplified in an alternative manner, which the fluid guide through the interior of the sealing rotor ( 4 ) makes redundant. In this novel fluid guide, the gas is passed directly through the piston ( 1 ) on a flow channel ( 10 ) through the interior of the working rotor ( 3 ).

Dabei strömt das Fluid durch eine Hohlwelle (9) in das Innere des Arbeitsrotors (3), über einen Zuströmkanal (10) zum Kolben (1) und durch diesen in den Ansaugbereich (11) des hohlzylindrischen Arbeitsvolumens (2).The fluid flows through a hollow shaft ( 9 ) into the interior of the working rotor ( 3 ), via an inflow channel ( 10 ) to the piston ( 1 ) and through this into the intake area ( 11 ) of the hollow cylindrical working volume ( 2 ).

Der Ausfluss des Fluids geschieht durch die der Zuströmöffnung (12) gegenüberliegende Abströmöffnung (13) am Kolben (1), durch den radialen Abströmkanal (14) zur Rotorachse (15) und durch die linke Hohlwelle (9) aus der Maschine heraus.The outflow of the fluid is through the inflow opening ( 12 ) opposite outlet opening ( 13 ) on the piston ( 1 ), through the radial outflow channel ( 14 ) to the rotor axis ( 15 ) and through the left hollow shaft ( 9 ) out of the machine.

Der Zuströmkanal (10) und der Abströmkanal (14) sind durch eine Trennwand (16) voneinander getrennt. Die Trennwand (16) ist im Innenbereich der Kanäle verwunden, um die axiale Zuströmung durch die rechte und die axiale Abströmung durch die linke Hohlwelle (9) zu ermöglichen. Um turbulenzbedingte Strömungsverluste zu minimieren, sind die Strömungskanäle (8), entgegen der Zeichnung, strömungsoptimiert gestaltet und weisen einen konstanten Querschnitt über die gesamte Kanallänge auf die dem Querschnitt des Arbeitsvolumen (2) entspricht, um beim Einsatz als Pumpe die gesamte Maschine mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit betreiben zu können.The inflow channel ( 10 ) and the outflow channel ( 14 ) are separated by a partition ( 16 ) separated from each other. The partition ( 16 ) is wound in the interior of the channels to the axial inflow through the right and the axial outflow through the left hollow shaft ( 9 ). In order to minimize turbulence-related flow losses, the flow channels ( 8th ), contrary to the drawing, flow-optimized design and have a constant cross-section over the entire channel length on the cross-section of the working volume ( 2 ) to operate the entire machine at the same flow rate when used as a pump.

Der Spalt (17) zwischen Gehäusewand (18) und Dichtrotor (4) ist außerhalb des Dichtbereiches (19) vergrößert, um bei der Anwendung als Flüssigkeitspumpe die Scherkräfte zwischen Rotor und Gehäuse und somit die Verlustleistung zu minimieren.The gap ( 17 ) between housing wall ( 18 ) and sealing rotor ( 4 ) is outside the sealing area ( 19 ) in order to minimize the shear forces between the rotor and the housing and thus the power loss when used as a liquid pump.

Bei der Verwendung als Kompressor wird die Fläche (20) im Kolben (1) durch ein Federventil (n. d.) geschlossen, um ein Ausströmen des komprimierten Gases aus dem Druckspeicher (n. d.) nach dem Überfahren des Wälzpunktes (7) zu verhindern.When used as a compressor, the area ( 20 ) in the piston ( 1 ) closed by a spring valve (nd) to prevent leakage of the compressed gas from the accumulator (nd) after passing over the Wälzpunktes ( 7 ) to prevent.

Claims (4)

Rotationskolbenmaschine, einsetzbar als Pumpe für Flüssigkeiten oder als Kompressor zum Verdichten von Gasen oder als Motor, mit einem Arbeitsrotor (3) und einem Dichtrotor (4), welche gegenläufig drehen und durchmessergleich sind, wobei der Arbeitsrotor (3) mit einem einzigen Kolben (1) versehen eine passgenaue Aussparung (6) in dem Dichtrotor (4) passiert und wobei der Arbeitsrotor (3) an einer Hohlwelle (9) gelagert ist und an dem Kolben (1) des Arbeitsrotors (3) ein Zuströmkanal (10) vorgesehen ist und damit eine Zuströmung des Fluids (Gas oder Flüssigkeit) via Hohlwelle (9) und am Kolben (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmung und die Abströmung des Fluids via Arbeitsrotor (3) erfolgt, dass hierzu die Hohlwelle (9) in eine linke und rechte Hälfte geteilt ist, dass dazu ferner eine gewundene Trennwand (16) vorgesehen ist, welche im Arbeitsrotor (3) direkt am Kolben (1) einen Zuströmkanal (10) und einen Abströmkanal (14) sowie die linke und die rechte Hohlwelle (9) von einander trennt und wobei die Trennwand (16) im Bereich des Kolbens (1) mit der Symmetrieachse des Kolbens (1) weitgehend zusammenfällt, und dass das Fluid von der rechten Hohlwelle (9) in den Zuströmkanal (10) und weiter durch eine Zuströmöffnung (12) am Kolben (1) in das Arbeitsvolumen (2) einströmt und das Fluid durch eine Abströmöffnung (13) auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens (1) in den Abströmkanal (14) und weiter in die linke Hohlwelle (9) ausströmt und damit die drehende Achse/Hohlwelle (9) verlässt.Rotary piston machine, usable as a pump for liquids or as a compressor for compressing gases or as a motor, with a working rotor ( 3 ) and a sealing rotor ( 4 ), which rotate in opposite directions and the same diameter, wherein the working rotor ( 3 ) with a single piston ( 1 ) provide a precisely fitting recess ( 6 ) in the sealing rotor ( 4 ) and where the working rotor ( 3 ) on a hollow shaft ( 9 ) is mounted and on the piston ( 1 ) of the working rotor ( 3 ) an inflow channel ( 10 ) is provided and thus an inflow of the fluid (gas or Liquid) via hollow shaft ( 9 ) and on the piston ( 1 ), characterized in that the inflow and outflow of the fluid via working rotor ( 3 ), that for this purpose the hollow shaft ( 9 ) is divided into a left and right half, that in addition a spiral partition ( 16 ) is provided, which in the working rotor ( 3 ) directly on the piston ( 1 ) an inflow channel ( 10 ) and a discharge channel ( 14 ) as well as the left and the right hollow shaft ( 9 ) is separated from each other and wherein the partition ( 16 ) in the region of the piston ( 1 ) with the axis of symmetry of the piston ( 1 ) largely coincides, and that the fluid from the right hollow shaft ( 9 ) in the inflow channel ( 10 ) and further through an inflow opening ( 12 ) on the piston ( 1 ) into the working volume ( 2 ) flows in and the fluid through a discharge opening ( 13 ) on the opposite side of the piston ( 1 ) in the outflow channel ( 14 ) and further into the left hollow shaft ( 9 ) flows out and thus the rotating axis / hollow shaft ( 9 ) leaves. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsrotor (3) aus zwei die Rotorwandung bildenden Schalensegmenten (22), zwei Stirnplatten (23) mit Öffnungen (24), den beiden Hohlwellenabschnitten (9) und einem zwischen die Schalensegmente (22) montierten Formteil bestehend aus Kolben (1) und Trennwand (16) besteht.Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the working rotor ( 3 ) of two shell segments forming the rotor wall ( 22 ), two end plates ( 23 ) with openings ( 24 ), the two hollow shaft sections ( 9 ) and one between the shell segments ( 22 ) assembled molding consisting of piston ( 1 ) and partition ( 16 ) consists. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmkanal (10) und der Abströmkanal (14) durch strömungsoptimierte Bauteile gestaltet sind und über den gesamten Stromfaden einen weitgehend konstanten Strömungsquerschnitt aufweisen, wodurch ein nahezu laminarer Strömungsfluss eintritt.Rotary piston machine according to claim 2, characterized in that the inflow channel ( 10 ) and the outflow channel ( 14 ) are designed by flow-optimized components and over the entire current thread have a substantially constant flow cross-section, whereby a nearly laminar flow occurs. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung als Kompressor die Ausflussöffnung (13) am Kolben (1) mit einem Federventil (20) versehen wird, das beim Durchfahren des Wälzpunktes (7) das Kompressionsvolumen (21) gegen Null streben lässt und nach dem Durchfahren des Wälzpunktes (7) das komprimierte Gas am Zurückströmen in das Arbeitsvolumen (2) hindert.Rotary piston machine according to one of claims 1-3, characterized in that when used as a compressor, the outflow opening ( 13 ) on the piston ( 1 ) with a spring valve ( 20 ), which when passing through the Wälzpunktes ( 7 ) the compression volume ( 21 ) tends to zero and after passing through the rolling point ( 7 ) the compressed gas flowing back into the working volume ( 2 ) hinders.
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