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Priorität
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Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht Priorität vor der japanischen Patentanmeldung
JP 2011-280560 , angemeldet am 21.12.2011, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin eingebunden ist.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine wie z. B. eine Flüssigkeitspumpe, eine Vakuumpumpe, einen Verdichter, ein Gebläse oder einen Expander.
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2. Verwandte Technik
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Eine Drehschieberpumpe hat z. B. einen Rotor, einen Nockenring, eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung. Der Drehschieber bewegt sich in und aus einer Vielzahl von Drehschiebernuten hinein bzw. heraus, die in einem Rotor radial ausgebildet sind, so dass der Drehschieber als Reaktion auf die Drehung des Rotors mit der inneren Umfangsfläche des Nockenrings in Gleitkontakt ist. Die Zuleitungsöffnung führt Fluid in den Pumpenraum zwischen dem Nockenring und dem Rotor ein und die Auslassöffnung lässt das Ausströmen des Fluids zu. Eine derartige Drehschieberpume wird groß, weil die Drehschieberpumpe an einem Motor angebracht ist. Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsschrift Nr.
JP 2011-117391 , A (16.06.2011) offenbart eine Drehschieberpumpe kleiner Größe. In einem Motorgehäuse befindet sich ein Stator. Im Stator befindet sich ein Motorrotor. Eine Welle dreht sich einstückig mit dem Motor-Rotor. Ein nichtmagnetischer Pumpenrotor dreht sich einstückig mit der Welle und hat an seiner Umfangsfläche eine Vielzahl von Drehschiebernuten. Ein weichmagnetischer Nockenring hat eine innere Umfangsfläche zur Aufnahme des Pumpenrotors. Ein weichmagnetischer Drehschieber ist gleitfähig in jeder Drehschiebernut aufgenommen, um mit der inneren Umfangsfläche des Nockenrings in Gleitkontakt zu sein. Der Nockenring ist in einem weichmagnetischen Pumpengehäuse aufgenommen. Die innere Umfangsfläche des Pumpengehäuses ist mit der äußeren Umfangsfläche des Nockenrings in Kontakt. Ein Teil des Pumpengehäuses ist mit dem Stator in Kontakt. Das Volumen einer Vielzahl von Pumpenkammern, die von der äußeren Umfangsfläche des Pumpenrotors, der inneren Umfangsfläche des Nockenrings und dem Drehschieber umgeben sind, ändert sich entsprechend der Drehung des Pumpenrotors. Die Drehschieberpumpe zieht den Drehschieber entsprechend der magnetischen Wirkung in eine Richtung, so dass der Drehschieber aus der Drehschiebernut des Rotors herauskommt. Die Größe der Drehschieberpumpe ist zwar ohne eine Feder reduziert, die Größe kann aber nicht klein genug sein, weil der Pumpenabschnitt vom Motorabschnitt getrennt gestaltet ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine der Aufgaben der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Strömungsmaschine mit rotierendem Nockenring (im Folgenden als „die Maschine” bezeichnet) bereitzustellen, die klein, hoch effizient und einfach ist.
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Die Maschine ist mit einem Gehäuse, einem an dem Gehäuse befestigten Flansch, einem Stator, der in dem Gehäuse angeordnet ist, einem Rotornockenring, der in dem Stator angeordnet ist und an seinem inneren Umfang eine innere Umfangsfläche und an seinem äußeren Umfang einen Rotor hat, einer festen Achse, die eine Drehschiebernut hat, die zu ihrer äußeren Umfangsfläche im Inneren des Rotornockenrings offen ist und an ihrer Endfläche den Flansch hat, und einem Drehschieber, der in der Drehschiebernut der festen Achse aufgenommen ist, versehen. Von der inneren Umfangsfläche des Rotornockenrings, der äußeren Umgangsfläche der festen Achse, dem Drehschieber und dem Flansch wird eine Fluidkammer gebildet (d. h. definiert). Beim Drehen des Rotornockenrings wird das Volumen der Fluidkammer größer oder kleiner.
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Vorzugsweise ist an der festen Achse, dem Flansch oder dem Rotornockenring ein Einlass oder ein Auslass vorgesehen.
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Die innere Umfangsfläche des Rotornockenrings hat vorzugsweise einen kreisförmigen oder bogenähnlichen ausgesparten Teil und eine Linie oder eine Oberfläche, die mit der äußeren Umfangsfläche der festen Achse in Gleitkontakt ist.
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Die Zahl der Drehschieber ist vorzugsweise um eins kleiner als die Zahl der bogenähnlichen ausgesparten Teile.
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Der Drehschieber hat vorzugsweise eine Nut (als Gegendrucknut bezeichnet).
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Die Drehschiebernut hat vorzugsweise im Bodenteil ein Loch (z. B. ein Federloch oder ein durchgehendes Loch).
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Die Gleitkontaktfläche hat vorzugsweise in der Mitte eine Spitzendichtungsnut und die Spitzendichtungsnut ist in Bezug auf die axiale Richtung geneigt.
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Die Endfläche des Rotornockenrings hat vorzugsweise über die Ringdichtung hermetisch dichten Gleitkontakt mit dem Flansch.
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Die Endfläche des Rotornockenrings oder des Flansches hat vorzugsweise eine Ringdichtungsnut und die Ringdichtungsnut ist in Bezug auf die Achsenmitte des Rotornockenrings exzentrisch angeordnet.
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Die offenbarte Maschine hat einen einfachen Aufbau, der weder ein Lager noch seine dazugehörigen Teile aufweist, und hat eine kleine Größe mit hohem Wirkungsgrad.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Explosionsdarstellung dieser Maschine gemäß einer ersten Ausgestaltung,
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2 zeigt einen Nockenring gemäß der ersten Ausgestaltung, 2(a) ist eine perspektivische Ansicht, 2(b) ist eine Seitenansicht, 2(c) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A,
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer Rundringdichtung gemäß der ersten Ausgestaltung,
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4 zeigt eine feste Achse gemäß der ersten Ausgestaltung, 4(a) ist eine perspektivische Ansicht, 4(b) ist eine Seitenansicht, 4(c) ist eine Ansicht von vorn,
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5 zeigt einen Drehschieber gemäß der ersten Ausgestaltung, 5(a) ist eine perspektivische Ansicht, 5(b) ist eine Seitenansicht, 5(c) ist eine Ansicht von unten, 5(d) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A,
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6 zeigt einen ersten Flansch gemäß der ersten Ausgestaltung, 6(a) ist eine Ansicht von vorn, 6(b) ist eine perspektivische Ansicht, 6(c) ist eine Seitenansicht,
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7 zeigt eine Einlassabdeckung gemäß der ersten Ausgestaltung, 7(a) ist eine Ansicht von vorn, 7(b) ist eine perspektivische Ansicht, 7(c) ist eine Seitenansicht,
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8 ist eine Querschnittansicht, die ein Prinzip der Vergrößerung oder Verringerung des Volumens der Fluidkammer gemäß der ersten Ausgestaltung zeigt,
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9 zeigt ein weiteres Beispiel für den Nockenring, 9(a) ist eine Endansicht, 9(b) ist eine perspektivische Ansicht,
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10 zeigt noch ein weiteres Beispiel für den Nockenring, 10(a) ist eine Endansicht, 10(b) ist eine perspektivische Ansicht,
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11 zeigt diese Maschine gemäß einer zweiten Ausgestaltung, 11(a) ist eine Explosionsdarstellung, 11(b) ist eine Querschnittansicht,
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12 zeigt einen Nockenring gemäß der zweiten Ausgestaltung, 12(a) ist eine perspektivische Ansicht, 12(b) ist eine Endansicht, 12(c) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A,
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13 ist eine perspektivische Ansicht einer Vierkantringdichtung gemäß der zweiten Ausgestaltung,
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14 zeigt eine feste Achse gemäß der zweiten Ausgestaltung, 14(a) ist eine perspektivische Ansicht, 14(b) ist eine Endansicht, 14(c) ist eine Seitenansicht, 14(d) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A,
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15 zeigt einen Drehschieber gemäß der zweiten Ausgestaltung, 15(a) ist eine perspektivische Ansicht, 15(b) ist eine Seitenansicht, 15(c) ist eine Ansicht von unten, 15(d) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A,
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16 zeigt einen ersten Flansch gemäß der zweiten Ausgestaltung, 16(a) ist eine perspektivische Ansicht, 16(b) ist eine Ansicht von vorn, 16(c) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A,
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17 zeigt eine Einlassabdeckung gemäß der zweiten Ausgestaltung, 17(a) ist eine perspektivische Ansicht, 17(b) ist eine Ansicht von vorn, 17(c) ist eine Seitenansicht;
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18 ist eine Explosionsdarstellung dieser Maschine gemäß einer dritten Ausgestaltung,
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19 zeigt eine Maschine gemäß der dritten Ausgestaltung, 19(a) ist eine axiale Schnittansicht, 19(b) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A,
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20 ist eine Querschnittansicht, die ein Prinzip der Vergrößerung oder Verringerung des Volumens der Fluidkammer gemäß der dritten Ausgestaltung zeigt,
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21 ist eine Querschnittansicht, die ein Prinzip der Vergrößerung oder Verringerung des Volumens der Fluidkammer gemäß einer vierten Ausgestaltung zeigt,
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22 zeigt eine feste Achse gemäß einer fünften Ausgestaltung, 22(a) ist eine Querschnittansicht, 22(b) ist eine perspektivische Ansicht,
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23 zeigt eine Maschine gemäß der fünften Ausgestaltung, 23(a) ist eine Querschnittansicht, die zur axialen Richtung lotrecht ist, 23(b) ist eine Querschnittansicht in axialer Richtung,
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24 zeigt einen Verdichter gemäß einer sechsten Ausgestaltung, 24(a) ist eine Querschnittansicht in axialer Richtung, 24(b) ist eine Explosionsdarstellung,
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25 ist eine Querschnittansicht, die ein Prinzip der Vergrößerung oder Verringerung des Volumens der Fluidkammer gemäß einer siebten Ausgestaltung zeigt,
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26 zeigt eine Maschine gemäß einer achten Ausgestaltung, 26(a) ist eine Querschnittansicht in einer axialen Richtung, 26(b) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A, 26(c) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie B-B,
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27 zeigt einen Expander gemäß einer neunten Ausgestaltung, 27(a) ist eine Querschnittansicht in einer axialen Richtung, 27(b) ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A.
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BEVORZUGTE AUSGESTALTUNGEN DER ERFINDUNG
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Erste Ausgestaltung
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Die 1 bis 8 zeigen eine Ausgestaltung 1. 1 zeigt die Maschine. Ein Gehäuse 1 hat einen Gehäusekörper 11, eine Auslassabdeckung 13 und eine Einlassabdeckung 14. Ein erster Flansch 12 bildet ebenfalls das Gehäuse 1. Der erste Flansch 12 und ein zweiter Flansch 43 sind an dem Gehäuse 1 befestigt. Ein Stator 2 mit einer Vielzahl von Wicklungen 21 ist in dem Gehäuse 1 angeordnet. Ein Rotornockenring 3 ist koaxial und rotationsfähig in dem Stator 2 angeordnet und hat eine innere Umfangsfläche 31a an der inneren Umfangsfläche und einen Rotor 32 an der äußeren Umfangsfläche. Der in 1 gezeigte Rotornockenring 3 umfasst einen Nockenring 31 mit einer inneren Umfangsfläche 31a und den an der äußeren Umfangsfläche des Nockenrings 31 befestigten Rotor 32. In Bezug auf 18 ist der Rotornockenring 3 mit dem Rotor 32 und dem Nockenring 31 integriert gestaltet, wobei bei dem Rotor 32 der Nockenring 31 in der inneren Umfangsfläche eines Magnetkörperrings 321 (Rotor 32) eingebaut ist, in welche ein Magnet 322 integriert ist. Eine feste Achse 4 hat wenigstens eine axiale Drehschiebernut 42a, 42b, die zu einer äußeren Umfangsfläche 41 im Inneren des Rotornockenrings 3 offen ist, und ist an den beiden Endflächen 48a, 48b mit einem ersten Flansch 12 bzw. einem zweiten Flansch 43 versehen. Der erste Flansch 12 ist an ein Ende 48a der festen Achse 4 und ein Ende 11a des Gehäusekörpers 11 angefügt. Der zweite Flansch 43 ist an das andere Ende 48b der festen Achse 4 angeformt. Mit Bezug auf 22 ist die feste Achse nicht an den Flansch angeformt, stattdessen sind ein Ende 48a der festen Achse 4 und der erste Flansch 12 aneinandergefügt und das andere Ende 48b der festen Achse 4 und der zweite Flansch 43 sind aneinandergefügt. Die Drehschieber 5a, 5b sind radial und gleitfähig in den Drehschiebernuten 42a, 42b der festen Achse 4 aufgenommen. Von einer inneren Umfangsfläche 31a des Rotornockenrings 3 oder des Nockenrings 31, einer äußeren Umfangsfläche 41 der festen Achse 4, den Drehschiebern 5a, 5b und den Flanschen 12, 43 wird eine Fluidkammer 35 gebildet. Bei sich drehendem Rotornockenring 3 wird das Volumen der Fluidkammer 35 größer oder kleiner.
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Der in 2 gezeigte Nockenring 31 hat eine kreisförmige äußere Umfangsfläche und eine glatt gekrümmte innere Umfangsfläche 31a. Zum Beispiel ist eine Nockenfläche 31d ein Teil der inneren Umfangsfläche 31a, die sich in einem bogenähnlichen ausgesparten Teil 312 befindet. Der Rotornockenring 3 oder der Nockenring 31 hat an beiden Endflächen Rundringdichtungsnuten 31b, 31b, in welche in 3 gezeigte Rundringdichtungen 33, 33 eingesetzt sind. Die Rundringdichtungsnut 31b kann an dem ersten Flansch 12 und dem zweiten Flansch 43 bereitgestellt sein. Die Rundringdichtungsnuten 31b, 31b sind in Bezug auf die Achsenmitte des Rotornockenrings 3 oder des Nockenrings 31 exzentrisch angeordnet. Beide Enden des Rotornockenrings 3 oder des Nockenrings 31 sind in einem abgedichteten Zustand über Rundringdichtung 33 mit dem ersten Flansch 12 und dem zweiten Flansch 43 in Gleitkontakt. Die innere Umfangsfläche 31a hat drei bogenähnliche Gleitkontaktflächen 311, die in einer Ebene mit der äußeren Umfangsfläche 41 der festen Achse 4 in Gleitkontakt sind, und jeweils zwischen den bogenähnlichen Gleitkontaktflächen 311 drei bogenähnliche ausgesparte Teile 312. Ein ringförmiger Rotor 32 ist an der äußeren Umfangsfläche des Nockenrings 31 befestigt.
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Die in 4 gezeigte feste Achse 4 ist mit einer äußeren Umfangsfläche 41, Drehschiebernuten 42a, 42b, dem zweiten Flansch 43 und einer Vielzahl von Schraubenlöchern 44 versehen. Die Drehschiebernuten 42a, 42b sind zur äußeren Umfangsfläche 41 axial geöffnet. Das andere Ende 48b der festen Achse 4 ist an den zweiten Flansch 43 angeformt. Ein Ende 48a der festen Achse ist an den ersten Flansch 12 angefügt. Das Schraubenloch 44 verläuft durch die feste Achse 4. Einlässe 15a, 15b für Fluid sind am zweiten Flansch 43 neben den Drehschiebernuten 42a, 42b bereitgestellt.
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Die Länge der Drehschiebernuten 42a, 42b ist im Wesentlichen die gleiche wie die gesamte Länge 41a der äußeren Umfangsfläche 41 und ihre Tiefe ist größer als die Breite 55 der in 5 gezeigten Drehschieber 5a, 5b. Im Bodenteil der Drehschiebernuten 42a, 42b befindet sich ein Federloch 61 und kommuniziert mit den Drehschiebernuten 42a, 42b. Eine in 1 gezeigte Feder 6 presst die in 5 gezeigten Drehschieber 5a, 5b nach außen.
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Die in 5 gezeigten Drehschieber 5a, 5b haben eine Spitzenfläche 51, eine Federnut 52 und wenigstens eine Nut (Gegendrucknut) 53. Die Spitzenfläche 51 hat einen bogenähnlichen Querschnitt und hat Gleitkontakt mit der inneren Umfangsfläche 31a des Nockenrings 31. Die Federnut 52 ist so positioniert, dass sie mit dem Federloch 61 der Drehschiebernuten 42a, 42b der festen Achse 4 in der Mitte des Bodenteils 54 des Drehschiebers 5 kommuniziert. Die Federnut 52 fixiert eine Feder 6. Die Gegendrucknut 53 ist an einer Seitenfläche der Drehschieber 5a, 5b bereitgestellt. Jede Gegendrucknut 53 erstreckt sich von einem Punkt ein wenig unterhalb der Spitzenfläche 51 bis zum Bodenteil 54. Die Gegendrucknut 53 wirkt zum wesentlichen Ausgleichen des Drucks der Drehschiebernut und des Drucks der Fluidkammer 35. Der Druck der Drehschiebernut 42 ist der Druck in dem Raum zwischen dem Bodenteil 54 der Drehschieber 5a, 5b und den Bodenteilen 421a, 421b der Drehschiebernuten 42a, 42b. Die Feder 6 ist an der Federnut 52 befestigt.
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Der in 6 gezeigte erste Flansch 12 ist hermetisch dicht an ein Ende 48a der festen Achse 4 und ein Ende 11a des Gehäusekörpers 11 angefügt. Der an das eine Ende 11a angefügte erste Flansch 12 bildet Teil des Gehäuses 1. Der erste Flansch 12 hat an seiner Innenfläche eine ringförmige Fluidkammerwand 121 und außerhalb der Fluidkammerwand 121 einen Speicherteil 122. Die Fluidkammerwand 121 hat zwei Auslässe 16a, 16b und eine Vielzahl von Schraubenlöchern 123. Um das Schraubenloch 123 ist eine O-Ring-Nut 124, in welche ein O-Ring eingesetzt ist, angeordnet. Ein Speicherteil 122 bildet durch Verbinden des ersten Flansches 12 und der Auslassabdeckung 13 einen Vorratsraum 17, wie in 19 gezeigt. Die pulsierenden Strömungen des aus den Auslässen 16a, 16b ausgestoßenen Fluids werden vom Vorratsraum 17 berichtigt.
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Die in 7 gezeigte Einlassabdeckung 14 ist hermetisch dicht an das andere Ende 11b des Gehäusekörpers 11 angefügt. Die Einlassabdeckung 14 hat an ihrer inneren Oberfläche einen Fluideinlass 141 und eine ringförmige Fluidkammerwand 142. An der Fluidkammerwand 142 sind Zwischeneinlässe 143a, 143b bereitgestellt. Die Fluidkammerwand 142 kommt mit dem zweiten Flansch 43 der festen Achse in hermetisch dichten Kontakt und die Zwischeneinlässe 143a, 143b kommunizieren mit den Einlässen 15a, 15b des zweiten Flansches 43. Das durch den Einlass 141 der Einlassabdeckung 14 kommende Fluid strömt durch die Zwischeneinlässe 143a, 143b und die Einlässe 15a, 15b und tritt in eine Fluidkammer 35 zwischen der inneren Umfangsfläche 31a des Nockenrings 31 und der äußeren Umfangsfläche 41 der festen Achse 4 ein. Die Fluidkammerwand 142 hat eine Vielzahl von Schraubenlöchern 144 und O-Ring-Nuten 145.
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8 zeigt ein Prinzip der Vergrößerung oder Verringerung des Volumens der Fluidkammer 35 bei rotierendem Rotornockenring 3. Die Zahl der Drehschieber beträgt zwei (d. h. eins weniger als die Zahl der bogenähnlichen ausgesparten Teile, die drei ist) und so wird die Auslassmenge oder die Einlassmenge des Fluids im Wesentlichen konstant, wenn sich der Rotornockenring 3 dreht, wodurch die Drehmomentschwankungen des Motors und die pulsierende Bewegung des Fluids zum Zeitpunkt des Aus- und Einlasses unterdrückt werden. In 8(a) ist der Drehschieber 5a dort positioniert, wo die innere Umfangsfläche 31a des Nockenrings 31 mit der äußeren Umfangsfläche 41 der festen Achse 4 in Kontakt ist, und der Drehschieber 5b ist dort positioniert, wo die innere Umfangsfläche 31a am weitesten von der äußeren Umfangsfläche 41 entfernt ist. Der Einlass 15a und der Auslass 16a, die sich auf beiden Seiten des Drehschiebers 5a befinden, kommunizieren nicht mit der Fluidkammer zwischen der inneren Umfangsfläche 31a und der äußeren Umfangsfläche 41. Der Einlass 15b und der Auslass 16b, die sich auf beiden Seiten des Drehschiebers 5b befinden, kommunizieren mit den Fluidkammern 35c, 35d zwischen der inneren Umfangsfläche 31a, der äußeren Umfangsfläche 41 und dem Drehschieber 5b. Wenn der Nockenring 31 sich im Uhrzeigersinn von 8(a) auf 8(b) dreht, wird die Fluidkammer 35e auf der Seite des Einlasses 15a erweitert, um Fluid durch den Einlass 15a in die Fluidkammer 35e einzulassen, während die Fluidkammer 35a auf der Seite des Auslasses 16a kleiner wird, um Fluid durch den Auslass 16a aus der Fluidkammer 35a auszulassen. In 8(c) befindet sich der Drehschieber 5a in einer Position, in der die innere Umfangsfläche 31a am weitesten von der äußeren Umfangsfläche 41 entfernt ist, und der Drehschieber 5b befindet sich in einer Position, in der die innere Umfangsfläche 31a mit der äußeren Umfangsfläche 41 in Kontakt ist. Der Einlass 15a und der Auslass 16a auf beiden Seiten des Drehschiebers 5a kommunizieren mit den Fluidkammern 35e, 35a und der Einlass 15b und der Auslass 16b auf beiden Seiten des Drehschiebers 5b kommunizieren nicht mit der Fluidkammer 35. Beim Weiterdrehen des Nockenrings 31 kehrt der Nockenring 31 durch den Zustand von 8(d) zum Zustand von 8(a) zurück. Von daher wird bei drehendem Nockenring 31 die Phase verschoben, so dass Fluid durch die Einlässe 15a, 15b in die Fluidkammer 35 eingelassen wird und Fluid durch den Auslass 16a, 16b aus der Fluidkammer 35 ausgelassen wird.
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9 zeigt ein weiteres Beispiel des Nockenrings 31. Die drei bogenähnlichen Gleitkontaktflächen 311 an der inneren Umfangsfläche 31a sind in einer Ebene mit der äußeren Umfangsfläche 41 der festen Achse 4 in Gleitkontakt. Am mittleren Teil der bogenförmigen Gleitkontaktflächen 311 sind Dichtungsnuten 313a, 313b, 313c bereitgestellt, in welche Spitzendichtungen eingesetzt sind. 10 zeigt noch ein weiteres Beispiel für den Nockenring 31. Am mittleren Teil der bogenförmigen Gleitkontaktflächen 311 sind Spitzendichtungsnuten 314a, 314b, 314c bereitgestellt. Die Spitzendichtungsnuten 314a, 314b, 314c, in welche die Spitzendichtungen eingesetzt sind, sind in Bezug auf die axiale Richtung ein wenig geneigt. Da jede der Spitzendichtungen geneigt ist, wird der Aufprall der Drehschieber 5a, 5b, wenn sie mit den Spitzendichtungen in Kontakt kommen, gemildert.
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Zweite Ausgestaltung
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11 zeigt diese Maschine, bei der die Zahl der Drehschieber 5 drei ist (d. h. eins weniger als die Zahl der bogenförmigen ausgesparten Teile 312, die vier ist). Die innere Umfangsfläche 31a des in 12 gezeigten Nockenrings 31 hat vier bogenähnliche Gleitkontaktflächen 311, die in einer Ebene mit der äußeren Umfangsfläche 41 der festen Achse 4 in Kontakt sind, und vier bogenförmige ausgesparte Teile 312 jeweils zwischen den bogenähnlichen Gleitkontaktflächen 311. Eine in 13 gezeigte Vierkantdichtung 34 und die an der Endseitenfläche des Nockenrings 31 angeordneten Vierkantdichtungsnuten 31c, 31c sind nicht ringförmig gestaltet und die Dicke des Nockenrings 31 kann dadurch kleiner sein. Die in 14 gezeigte feste Achse hat drei Drehschiebernuten 42a, 42b, 42c, die zur äußeren Umfangsfläche 41 geöffnet sind. Der zweite Flansch 43 hat neben den Drehschiebernuten 42a, 42b, 42c Fluideinlässe 15a, 15b, 15c. Die Länge der Drehschiebernuten 42a, 42b, 42c ist im Wesentlichen die gleiche wie die gesamte Länge 41a der äußeren Umfangsfläche 41 und ihre Tiefe ist größer als die Breite 55 der in 15 gezeigten Drehschieber 5a, 5b, 5c. Im Bodenteil der Drehschiebernuten 42a, 42b, 42c der festen Achse 4 sind durchgehende Löcher 45a, 45b, 45c ausgebildet und kommunizieren mit den Drehschiebernuten. In den durchgehenden Löchern 45a, 45b, 45c sind Federn 6a, 6b, 6c aufgenommen. Eine Fluidkammerwand 121 des ersten Flansches 12, gezeigt in 16, hat drei Auslässe 16a, 16b, 16c. Eine in 17 gezeigte Einlassabdeckung 14 ist hermetisch dicht an das andere Ende 11b des Gehäusekörpers 11 angefügt. Eine Fluidkammerwand 142 der Einlassabdeckung 14 hat Zwischeneinlässe 143a, 143, 143c. Wenn der zweite Flansch 43 der festen Achse 4 mit der Fluidkammerwand 142 in Kontakt kommt, kommunizieren die Zwischeneinlässe 143a, 143b, 143c mit den Einlässen 15a, 15b, 15c des zweiten Flansches 43. Die Fluidkammerwand 142 hat im Umkreis einer Vielzahl von Schraubenlöchern 144 eine dreieckige O-Ring-Nut 146, in welche der O-Ring eingesetzt ist.
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Dritte Ausgestaltung
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In dieser Maschine ist die Zahl der Drehschieber 5 eins und die Zahl der Komponenten daher kleiner und ihr Aufbau einfacher. Die innere Umfangsfläche 31a umfasst einen Kreis 31a und eine Gleitkontaktlinie 316. Der Nockenring 31 und der den Rotornockenring 3 bildende Rotor 32 sind einstückig ausgebildet. Die feste Achse 4, die Einlassabdeckung 14 und der zweite Flansch 43 sind ebenfalls einstückig ausgebildet. Bei dem in 18 und 19 gezeigten Rotornockenring 3 befindet sich im äußeren Umfang der Magnetkörperring 321, in den eine Vielzahl von Magneten 322 eingebettet ist, und der Nockenring 31 ist am inneren Umfang angebracht, so dass die innere Umfangsfläche 31a am inneren Umfang ausgebildet ist und der Rotor 32 am äußeren Umfang ausgebildet ist. Die feste Achse 4, die Einlassabdeckung 14 oder der zweite Flansch 43 hat einen festen Achsenteil 4a, der die Rolle der festen Achse 4 spielt, einen Einlassabdeckungsteil 14a, der die Rolle der Einlassabdeckung 14 spielt, einen zweiten Flanschteil 43a, der die Rolle des zweiten Flansches 43 spielt, und eine Nockenringauflagebasis 14b. Die Nockenringauflagebasis 14b unterstützt die Drehung des Nockenrings 31 und hat eine Auflagefläche 14c zum Tragen der äußeren Umfangsfläche des Nockenrings 31. Der an dem einen Ende 11a des Gehäusekörpers 11 befestigte erste Flansch 12 hat einen Speicherteil 122, zu dem hin der erste Auslass 16 geöffnet ist. Die an den ersten Flansch 12 angefügte Auslassabdeckung 13 hat einen zweiten Auslass 13a. Ein Auslassventil 161 ist an dem Auslass 16 des ersten Flansches 12 an der Seite des Speicherteils 122 angebracht. Mit dem Speicherteil 122 und der mit dem ersten Flansch 12 verbundenen Auslassabdeckung 13 wird ein Vorratsraum 17 gebildet. Das Auslassventil 161 verhindert, dass das abgelassene Fluid in eine Fluidkammer 35 zwischen dem Nockenring 31 und dem festen Achsenteil 4a zurückströmt. An dem Rotornockenring 3 oder an dem Nockenring 31 kann eine Vielzahl von Löchern 315 bereitgestellt sein, um die fliehkraftbedingten Vibrationen zu minimieren. 20 zeigt ein Prinzip der Vergrößerung oder Verringerung des Volumens der Fluidkammer 35, wenn der Rotornockenring 3 rotiert. Der kreisförmige Nockenring 31 und der feste Achsenteil 4a sind koaxial angeordnet. Die innere Umfangsfläche 31a ist in Bezug auf den Nockenring 31 exzentrisch angeordnet. Der innere Umfang der inneren Umfangsfläche 31a und der äußere Umfang des festen Achsenteils 4a sind mit verschiedenen Durchmessern kreisförmig gestaltet und die innere Umfangsfläche 31a ist somit mit der äußeren Umfangsfläche 41 des festen Achsenteils 4a in einer Linie (Gleitkontaktlinie 316) in Gleitkontakt. In 20(a) ist der Drehschieber 5 in einer Position, in der die innere Umfangsfläche 31a mit der äußeren Umfangsfläche 41 in Kontakt ist. Der Einlass 15 und der Auslass 16 auf beiden Seiten des Drehschiebers 5 kommunizieren nicht mit der Fluidkammer 35 zwischen der inneren Umfangsfläche 31a und der äußeren Umfangsfläche 41. Wenn der Nockenring 31 sich im Uhrzeigersinn von 20(a) auf 20(b) dreht, erweitert sich die Fluidkammer 35a, um Fluid durch den Einlass 15 in die die Fluidkammer 35a einzulassen, und die Fluidkammer 35b wird kleiner, um Fluid durch den Auslass 16 aus der Fluidkammer 35b abzulassen. Wenn der Nockenring 31 den in 20(c) gezeigten Zustand erreicht, erreichen die Fluidsauggeschwindigkeit und die Fluidausstoßgeschwindigkeit ihren Höchstwert. Beim Weiterdrehen des Nockenrings 31 nehmen die Fluidsauggeschwindigkeit und die Fluidausstoßgeschwindigkeit wie in 20(d) gezeigt ab und werden null, wenn der Nockenring 31 in den in 20(a) gezeigten Zustand zurückkehrt. Von daher wird, wenn der Nockenring 31 eine Umdrehung durchläuft, ein Fluidansaugungs- und Fluidausstoßzyklus durchgeführt.
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Vierte Ausgestaltung
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Ein in 21 gezeigter Nockenring 31 hat eine elliptische innere Umfangsfläche 31a. Die Zahl bogenähnlicher ausgesparter Teile 312 ist zwei und die Zahl der Drehschieber 5a, 5b ist ebenfalls zwei. Wenn die Zahl der Drehschieber zwei oder mehr ist (d. h. die gleiche wie die Zahl der bogenähnlichen ausgesparten Teile), wird die auf die feste Achse ausgeübte Belastung reduziert. Die Vibrationen dieser Maschine aufgrund des Arbeitsspiels der Drehschieber werden ebenfalls verringert. Wenn die Drehschieber 5a, 5b in Positionen wie in 21(a) gezeigt sind, in denen die innere Umfangsfläche 31a mit der äußeren Umfangsfläche 41 der festen Achse 4 in Kontakt ist, kommunizieren der Einlass 15a, 15b und der Auslass 16a, 16b auf beiden Seiten der Drehschieber 5a, 5b nicht mit den Fluidkammern 35a, 35b zwischen der inneren Umfangsfläche 31a und der äußeren Umfangsfläche 41. Wenn der Nockenring 31 sich im Uhrzeigersinn auf einen in 21(b) gezeigten Zustand dreht, erweitert sich die Fluidkammer 35c, um Fluid durch den Einlass 15a einzulassen, und die Fluidkammer 35a wird kleiner, um Fluid durch den Auslass 16a abzulassen. Die Fluidkammer 35d erweitert sich, um Fluid durch den Einlass 15b einzulassen, und die Fluidkammer 35b wird kleiner, um Fluid durch den Auslass 16b abzulassen. Wenn der Nockenring 31 den in 21(c) gezeigten Zustand erreicht, werden die Fluidsauggeschwindigkeit durch den Einlass 15a, 15b bzw. die Fluidausstoßgeschwindigkeit durch die Auslässe 16a, 16b maximal. Beim Weiterdrehen des Nockenrings 31 kehrt der Nockenring 31 durch den Zustand von 21(d) zum Zustand von 21(a) zurück. Von daher wird beim Drehen des Nockenrings 31 Fluid in der gleichen Phase ein- und ausgelassen.
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Fünfte Ausgestaltung
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Eine in 22 gezeigte feste Achse 4 hat Einlässe 15a, 15b und Auslässe 16a, 16b, die auf beiden Seiten der Drehschiebernuten 42a, 42b zur äußeren Umfangsfläche 41 hin geöffnet sind. Die Drehschiebernuten 42a, 42b nehmen die Drehschieber 5a, 5b auf. Ein Ende 48a der festen Achse 4 ist an den ersten Flansch 12 angefügt und das andere Ende 48b ist an den zweiten Flansch 43 angefügt. Der zweite Flansch 43 und der Gehäusekörper 11 sind einstückig ausgebildet, wie in 23 gezeigt. Die Einlasslöcher 46a, 46b verlaufen in der festen Achse 4 und kommunizieren mit den Einlässen 15a, 15b. Die Auslasslöcher 47a, 47b verlaufen in der festen Achse 4 und kommunizieren mit den Auslässen 16a, 16b. Die Auslässe 16a, 16b und die Einlässe 15a, 15b müssen unmittelbar neben den Drehschiebernuten 42a, 42b positioniert sein und neigen sich daher vorzugsweise zu den Drehschiebernuten 42a, 42b, um die Durchführbarkeit zu verbessern. An den Auslässen 16a, 16b sind Auslassventile 161a, 161b bereitgestellt.
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Sechste Ausgestaltung
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Ein in 24 gezeigter Verdichter hat eine Ölzuleitungsröhre 18 und ein Auslassventil 161. Ein Ölzuleitungsloch 12a des ersten Flansches 12 und ein Ölzuleitungsloch 4b der festen Achse 4 kommunizieren mit einem durchgehenden Loch 45 im Bodenteil der Drehschiebernut 42. Die Ölzuleitungsröhre 18 ist in das Ölzuleitungsloch 12a eingesetzt und das Ölzuleitungsloch 4b verläuft nach oben zum unteren Teil des Vorratsraums 17. Das in dem unteren Teil im Vorratsraum 17 aufbewahrte Öl wird durch die Ölzuleitungsröhre 18, das durchgehende Loch 45 und das Federloch 61 zur Drehschiebernut 42 zugeführt. Die Ölzuleitungsröhre 18 dient nicht nur zur Zuführung von Öl, sondern auch zum Ausüben eines Gegendrucks auf den Drehschieber 5, wobei der Druck der Drehschiebernut 42 im Wesentlichen der gleiche ist wie der Druck des Auslasses 16. An den drei Auslässen 16 des ersten Flansches 12 sind drei Auslassventile 161 so positioniert, dass das aus dem Auslass 16 ausgestoßene Fluid daran gehindert wird, zur Seite des Auslasses 16 zurück zu strömen. Der Gehäusekörper 11 und die Einlassabdeckung 14 sind einstückig ausgebildet. Gas und Öl, die von den drei Einlässen 13 strömen, die an dem zweiten Flansch 43 bereitgestellt sind, der an die feste Achse 4 angeformt ist, verlaufen durch die Fluidkammer 35 und das Gas wird verdichtet und zusammen mit dem Öl durch die drei Auslässe 16 in den Vorratsraum 17 geleitet. Das verdichtete Gas verlässt den Vorratsraum 17 und wird aus dem Auslass 13a abgelassen. Das Öl wird, nachdem es im Vorratsraum 17 aufbewahrt wurde, durch die Ölzuleitungsröhre 18 zur Drehschiebernut 42 zugeführt.
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Siebte Ausgestaltung
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In 25 ist die Zahl der bogenähnlichen ausgesparten Teile 312 des Nockenrings 31 eins und die Zahl der Drehschieber 5 ist ebenfalls eins. Die innere Umfangsfläche 31a des Nockenrings 31 ist mit der äußeren Umfangsfläche 41 der festen Achse 4 in einer Ebene (Gleitkontaktfläche 311) in Kontakt. Wenn die Mitte der Gleitkontaktfläche 311 sich in der Nähe des Drehschiebers 5 befindet, ist die Länge L1 der Gleitkontaktfläche 311 länger als die Länge L2 zwischen dem Auslass 16 und dem Einlass 15, so dass das Hochdruckfluid auf der Seite des Auslasses 16 nicht durch den bogenähnlichen ausgesparten Teil 312 zum Niederdruckfluid auf der Seite des Einlasses 15 zurückströmt.
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Achte Ausgestaltung
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Die in 26 gezeigte Maschine ist mit zwei Sätzen der festen Achse 4, des Nockenrings 31 und der Drehschieber 5a, 5b, in 21 in einer axialen Richtung gezeigt, versehen und zwei Nockenringe 36, 37 sind um 90° zueinander verschoben und daher werden pulsierende Bewegungen und Drehmomentschwankungen minimiert. Des Weiteren spielt der leere Raum, wie der Raum 1a im Gehäuse 1, zwischen dem ersten Flansch 12 und dem zweiten Flansch 43, in dem sich keine Bauteile befinden, die Rolle des Vorratsraums 17 und so kann ein großvolumiger Vorratsraum sichergestellt werden. Der Rotornockenring 3 hat die innere Umfangsfläche 36a des ersten Nockenrings 36 und die innere Umfangsfläche 37a des zweiten Nockenrings 37 an seinem inneren Umfang und einen Rotor 32 an seinem äußeren Umfang. Eine erste feste Achse 4c hat zwei Drehschiebernuten 42 im Inneren des Rotornockenrings 3 und hat an beiden Seiten den ersten Flansch 12 und den dritten Flansch 49. Eine zweite feste Achse 4d hat zwei Drehschiebernuten 42 im Inneren des Rotornockenrings 3 und hat an beiden Seiten den zweiten Flansch 43 und den dritten Flansch 49. Sowohl die erste feste Achse 4c als auch die zweite feste Achse 4d haben jeweils zwei Drehschieber 5. Vier Drehschiebernuten zur Aufnahme des Drehschiebers 5 sind auf der gleichen axialen Linie positioniert. Eine erste Fluidkammer 35f wird von der inneren Umfangsfläche 36a des ersten Nockenrings 36, der äußeren Umfangsfläche 41b der ersten festen Achse 4c, Drehschiebern 5a, 5b, dem ersten Flansch 12 und dem dritten Flansch 49 gebildet. Eine zweite Fluidkammer 35g wird von der inneren Umfangsfläche 37a des zweiten Nockenrings 37, der äußeren Umfangsfläche 41c der zweiten festen Achse 4d, Drehschiebern 5c, 5d, dem zweiten Flansch 43 und dem dritten Flansch 49 gebildet. Beim Drehen des Rotornockenrings 3 wird das Volumen der ersten Fluidkammer 35f und der zweiten Fluidkammer 35g größer oder kleiner. Die erste feste Achse 4c und die zweite feste Achse 4d hat zwei Sätze von je drei Einlässen 15a. Der erste Flansch 12 und der zweite Flansch 43 haben jeweils zwei Auslässe 16. Fluid tritt durch den Einlass 141 der Einlassabdeckung 14 ein und strömt durch einen Zwischeneinlass 143 des zweiten Flansches 43 in eine Kommunikationsnut 7 der zweiten festen Achse 4d. Ein Teil des Fluids in der Kommunikationsnut 7 kommuniziert mit dem Einlassloch 46a der zweiten festen Achse 4d, dem Einlassloch 46a des dritten Flansches 49 und dem Einlassloch 46a des ersten Flansches 12. Der andere Teil des Fluids kommuniziert mit dem Einlassloch 46b der zweiten festen Achse 4d, dem Einlassloch 46b des dritten Flansches 49 und dem Einlassloch 46b des ersten Flansches 12. Das Fluid, das in die Einlasslöcher 46a, 46b der zweiten festen Achse 4d eingetreten ist, fließt durch die sechs Einlässe 15a der zweiten festen Achse 4d in die zweite Fluidkammer 35g. Das Fluid, das in die Einlasslöcher 46a, 46b der ersten festen Achse 4c eingetreten ist, fließt durch die sechs Einlässe 15a der ersten festen Achse 4c in die erste Fluidkammer 35f. Das Fluid in den Fluidkammern 35f, 35g strömt von den insgesamt vier Auslässen 16 durch das Auslassloch 12b des ersten Flansches 12 und das Auslassloch 43c des zweiten Flansches 43, fließt zusammen und wird am Auslass 13a der Auslassabdeckung 13 ausgestoßen.
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Neunte Ausgestaltung
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Ein mit einem Generator einstückig ausgebildeter Expander, der in 27 gezeigt wird, hat im Rotornockenring 3 oder dem Nockenring 31 drei Einlässe 15a, 15b, 15c. Der erste Flansch 12 und die Auslassabdeckung 13 sind einstückig ausgebildet. Der zweite Flansch 43 und die Einlassabdeckung 14 sind einstückig ausgebildet und eine Einlasstrommel 8 ist bereitgestellt, so dass sie mit der äußeren Umfangsfläche des Nockenrings 31 in Kontakt ist. Hochdruckfluid wird durch den Einlass 141 der Einlassabdeckung 14 angesaugt und nach dem Ansaugen in den drei Fluidkammern 35a, 35b, 35c entspannt, um durch einen Zwischeneinlass 143a oder 143b, der in der Einlasstrommel 8 angeordnet ist, die mit dem zweiten Flansch 43 einstückig ausgebildet ist, und durch den Einlass 15a, 15b oder 15c des Nockenrings 31 hindurch zu strömen, wodurch der Rotornockenring 3 gedreht wird und Energie erzeugt wird, während das Hochdruckfluid in Niederdruckfluid umgewandelt wird. Das Fluid, das in den Fluidkammern 35a, 35b, 35c in Niederdruckfluid umgewandelt wurde, verläuft durch die sechs Auslässe 16 der festen Achse 4, zwei Auslasslöcher 47a, 47b und die Kommunikationsnut 7 hindurch und wird aus Auslass 13a der Auslassabdeckung 13 ausgestoßen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011-280560 [0001]
- JP 2011-117391 [0003]
