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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von in einem Fluid enthaltener Energie mit einem Gehäuse, das einen Arbeitsraum, wenigstens einen Ölraum, eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist, wenigstens zwei im Gehäuse drehbar gelagerten Rotoren, die jeweils wenigstens zwei Flügel aufweisen, wobei die Drehachsen der Rotoren achsparallel zueinander angeordnet sind, und wobei die Rotoren gegenläufig und mit gleicher Drehzahl betreibbar sind.
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen mit einem Gehäuse, das einen Arbeitsraum, wenigstens einen Ölraum, eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist, mit wenigstens zwei im Gehäuse drehbar gelagerten Rotoren, die jeweils wenigstens zwei Flügel aufweisen, wobei die Drehachsen der Rotoren achsparallel zueinander angeordnet sind, und wobei die Rotoren gegenläufig und mit gleicher Drehzahl betreibbar sind, bekannt. Derartige Vorrichtungen werden üblicherweise als Pumpen zur Förderung von Gasen oder Flüssigkeiten eingesetzt und sind auch unter den Bezeichnungen „Drehkolbenpumpe” oder „Drehkolbengebläse” bekannt. Eine typische Drehkolbenmaschine ist beispielsweise aus der
DE 100 37 966 C1 bekannt.
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Bekannte Drehkolbenmaschinen eignen sich üblicherweise gut zur Förderung von Gasen oder Flüssigkeiten. Hierzu werden Drehkolbenmaschinen häufig von einem Motor angetrieben. Sie nehmen also Energie auf bzw. „verbrauchen” Energie. Vorteile von Drehkolbenmaschinen sind beispielsweise ihre hohe Fördermenge und – im Gegensatz zu Hubkolbenmaschinen – ihr vibrationsarmer Betrieb. Nachteilig an Drehkolbenmaschinen ist jedoch, dass sie regelmäßig nur eine sehr geringe Druckdifferenz zwischen Fluideintritt und Fluidaustritt erreichen können. Als Folge der geringen Druckdifferenzen entstehen in Drehkolbenmaschinen regelmäßig auch keine hohen Temperaturdifferenzen. Drehkolbenmaschinen eignen sich daher zwar zur Förderung von Fluiden, jedoch weniger zur Kompression bzw. Dekompression von Fluiden.
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Ebenso wenig eignen sich bekannte Drehkolbenmaschinen als Strömungsmaschinen, die nicht zur Förderung von Fluiden eingesetzt werden, sondern die einem strömenden Fluid Energie entziehen sollen, um sie in mechanische und/oder elektrische Energie umzuwandeln. Mit anderen Worten werden Drehkolbenmaschinen bisher zwar als Energie aufnehmende Pumpe, nicht jedoch als Energie abgebende Turbine eingesetzt. Dies liegt vor allem daran, dass beim Betrieb von Turbinen aus thermodynamischen Gründen eine hohe Temperatur- und/oder Druckdifferenz zwischen Eintritt und Austritt erforderlich ist, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Wie bereits zuvor erwähnt, sind bekannte Drehkolbenmaschinen jedoch gerade nicht auf hohe Druck- und Temperaturunterschiede ausgelegt. Insbesondere sind die Dichtungen bekannter Drehkolbenmaschinen nicht auf hohe Druck- und Temperaturunterschiede ausgelegt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene und zuvor näher dargestellte Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sie sich als Strömungsmaschine zur Energiegewinnung, insbesondere als Turbine, eignet.
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Bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen dem Arbeitsraum und dem Ölraum wenigstens ein Dichtsystem angeordnet ist.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich zunächst durch ein Gehäuse aus, das einen Arbeitsraum, wenigstens einen Ölraum, eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist. Vorzugsweise sind sowohl die Eintrittsöffnung als auch die Austrittsöffnung mit dem Arbeitsraum verbunden, so dass ein Fluid durch die Eintrittsöffnung in den Arbeitsraum eintreten kann und anschließend durch die Austrittsöffnung wieder aus der Vorrichtung austreten kann. Der wenigstens eine Ölraum ist hingegen vorzugsweise von dem Arbeitsraum getrennt. Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse mehrere Ölräume umfasst. Beispielsweise können zwei Ölräume vorgesehen sein, die an den Enden der Rotoren angeordnet sind, um dort angeordnete Wälzlager zu schmieren. Das Gehäuse kann mehrteilig ausgebildet sein. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich weiterhin durch wenigstens zwei im Gehäuse drehbar gelagerte Rotoren aus, die jeweils wenigstens zwei Flügel aufweisen. Die Drehachsen der Rotoren sind achsparallel zueinander angeordnet und die Rotoren sind gegenläufig und mit gleicher Drehzahl betreibbar. Vorzugsweise sind die Rotoren durch Zahnräder, insbesondere durch Stirnräder mit Geradeverzahnung, synchronisiert. Die Synchronisation durch Stirnräder hat den Vorteil, dass ein sehr präziser Gleichlauf der Rotoren erreichbar ist, wodurch die Flügel der Rotoren sehr exakt ineinander greifen können. Zudem wird durch Zahnräder automatische eine Drehrichtungsumkehr erreicht. Durch die Geradeverzahnung werden Axialkräfte vermieden, so dass beispielsweise auch der Einsatz von Zylinderrollenlagern zur Lagerung der Rotoren möglich ist.
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Um die Vorrichtung auch bei hohen Druck- und Temperaturdifferenzen einsetzen zu können, ist eine besonders gute Abdichtung zwischen Arbeitsraum und Ölraum erforderlich. Denn Schmierstoff, der – beispielsweise zur Schmierung von Wälzlagern – in den Ölraum gefüllt wurde, darf nicht in den Arbeitsraum eintreten und das den Arbeitsraum durchströmende Arbeitsmedium verunreinigen. Um dies zu verhindern, sieht die Erfindung vor, dass zwischen dem Arbeitsraum und dem Ölraum wenigstens ein Dichtsystem angeordnet ist. Unter einem Dichtsystem wird die Kombination aus wenigstens zwei Dichtelementen verstanden. Die Dichtelemente können durch weitere Elemente ergänzt werden, die beispielsweise zur Positionierung der Dichtelemente dienen. Vorzugsweise ist an jeder Verbindungsstelle zwischen einem Ölraum und dem Arbeitsraum ein derartiges Dichtsystem angeordnet, so dass bei mehreren Ölräumen und/oder mehreren Verbindungsstellen pro Ölraum insgesamt auch mehrere Dichtsysteme vorgesehen sein können.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtsystem wenigstens eine Stopfbuchsdichtung umfasst. Eine Stopfbuchsdichtung dient der berührenden Abdichtung eines Raumes, der zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Teilen liegt; es handelt sich demnach um eine dynamische, berührende Dichtung. Stopfbuchsdichtungen sind besonders einfach und robust aufgebaut: Das – häufig ringförmige – Dichtelement wird in einen ringförmigen Raum zwischen Welle und Nabe geschoben („gestopft”) und in axialer Richtung zusammengepresst, so dass es sich in radialer Richtung ausdehnt und sowohl mit der Welle als auch mit der Nabe in Kontakt steht. Vorzugsweise ist die Stopfbuchsdichtung aus einem Geflecht aus Kohlenstofffasern oder aus einem Geflecht aus Kunststofffasern, beispielsweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen) oder Aramidfasern hergestellt. Auch Kombinationen dieser Materialien sind möglich.
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Zu dieser Ausgestaltung wird weiter vorgeschlagen, dass die Stopfbuchsdichtung einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Der Querschnitt soll im nicht eingebauten Zustand trapezförmig sein. Eine Dichtung mit rechteckigem Querschnitt ändert die Form ihrer Querschnittsfläche, wenn sie ringförmig um eine abzudichtende Welle gelegt wird. Die Änderung sieht derart aus, dass die Dichtung in ihrem radial äußeren Bereich – aufgrund der dort auftretenden Dehnung – schmaler wird während die Dichtung in ihrem radial inneren Bereich – aufgrund der dort auftretenden Stauchung – breiter wird. Eine derartige Dichtung hat im eingebauten Zustand eine sehr ungleichmäßige Druckverteilung und daher eine unbefriedigende Dichtwirkung. Durch trapezförmige Querschnitte kann die beschriebene Veränderung der Querschnittsfläche kompensiert werden, so dass im eingebauten Zustand eine nahezu rechteckige, insbesondere quadratische Querschnittsfläche erreicht wird. Dies hat eine besonders vorteilhafte Druckverteilung und somit eine besonders zuverlässige Abdichtung zur Folge. Der trapezförmige Querschnitt kann im nicht eingebauten Zustand beispielsweise in seinem radial äußeren Bereich breiter sein als in seinem radial inneren Bereich.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Dichtsystem einen Laternenring umfasst. Ein Laternenring dient dem Zweck, Leckagen aus dem Dichtsystem abzuführen oder benachbarten Dichtelementen Schmier- bzw. Kühlflüssigkeit zuzuführen. Dies kann über wenigstens einen in dem Gehäuse vorgesehenen Kanal erfolgen, vor dessen Auslass der Laternenring montiert ist. Ergänzend kann in dem Gehäuse im Bereich des Laternenrings eine umlaufende Nut zur Verteilung der zu- oder abzuführenden Stoffe vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Laternenring aus Kunststoff, beispielsweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen) hergestellt.
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Zu dieser Lehre wird weiter vorgeschlagen, dass der Laternenring zwischen zwei Stopfbuchsdichtungen angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann der Laternenring zwei benachbarte Dichtungen gleichzeitig mit Schmier- bzw. Kühlflüssigkeit versorgen oder von zwei benachbarten Dichtungen gleichzeitig Leckagen abführen. Dies hat den Vorteil, dass auf die Bohrung einer zusätzlichen Reihe von Kanälen verzichtet werden kann.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtsystem einen Radialwellendichtring umfasst. Bei einem Radialwellendichtring handelt es sich ebenfalls um ein dynamisches, berührendes Dichtelement zur Abdichtung eines Raumes zwischen relativ zueinander rotierenden Teilen, beispielsweise zwischen einer Welle und einer Nabe. Radialwellendichtringe weisen eine Dichtlippe auf, die von einer umlaufenden Feder radial auf die Welle gedrückt wird. Auf diese Weise wird eine besonders zuverlässige Abdichtung erreicht.
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Zu dieser Ausbildung wird weiter vorgeschlagen, dass der Radialwellendichtring axial außerhalb der Stopfbuchsendichtung angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Radialwellendichtring dichter an dem Ölraum angeordnet ist als die Stopfbuchsendichtung. Vorzugsweise ist der Radialwellendichtring unmittelbar an dem Ölraum angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Radialwellendichtring mit seiner offenen Seite dem Ölraum zugewandt sein kann. Auf diese Weise kann der erhöhte Innendruck des Ölraumes auf den Radialwellendichtring einwirken und die Dichtlippe besonders fest auf die Welle pressen und somit die Dichtwirkung erhöhen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Laufbuchse vorgesehen, auf der die Stopfbuchsdichtung und/oder der Laternenring und/oder der Radialwellendichtring angeordnet sind. Die Laufbuchse kann – beispielsweise durch einen Presssitz – fest mit der Rotorwelle verbunden sein und somit eine Lauffläche für die Dichtungen darstellen. Aufgrund der Relativbewegung zwischen der Laufbuchse und den Dichtungen des Dichtsystems werden hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Laufbuchse gestellt. Die hohe Oberflächenqualität kann auf der kleinen Laufbuchse jedoch einfacher erreicht werden als auf der Welle selbst. Zudem schonen die Laufbuchsen die Welle vor Verschleiß und können bei zu hohem Verschleiß einfach ausgetauscht werden.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist ein Dichtringgehäuse vorgesehen, in dem die Stopfbuchsdichtung und/oder der Laternenring und/oder der Radialwellendichtring angeordnet sind. Durch das Dichtringgehäuse wird eine sichere und genaue Positionierung der Bestandteile des Dichtsystems, beispielsweise des Radialwellendichtrings oder der Stopfbuchsdichtung, erreicht. Insbesondere kann das Dichtringgehäuse eine Adapterfunktion übernehmen und Dichtelemente unterschiedlicher Größe zwischen Welle und Nabe positionieren. Das Dichtringgehäuse kann wenigstens einen Kanal und ergänzend eine umlaufende Nut zur Versorgung eines Laternenringes aufweisen.
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Die zuvor beschriebene Vorrichtung sowie ihre vorteilhaften Weiterbildungen sind besonders dazu geeignet, als Turbine und insbesondere zum Antrieb eines Generators zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet zu werden. Aufgrund der zuvor detailliert beschriebenen strukturellen Merkmale der Vorrichtung eignet sie sich für hohe Druck- und Temperaturdifferenzen und somit für einen Einsatz als Turbine. Idealerweise wird die mechanische Energie der drehenden Rotoren durch einen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Beispielhaft kann die Vorrichtung zur Energiegewinnung bei Dampf- oder Gasnetzen eingesetzt werden, da derartige Netze meist ohnehin unterschiedliche Druckstufen aufweisen und daher an einigen Stellen eine Reduzierung des Druckes erfolgen muss. An genau diesen Stellen kann das Fluid durch die zuvor beschriebene Vorrichtung geleitet werden und die vorgenommene Absenkung des Druckes zur Energiegewinnung genutzt werden. Dementsprechend kann die Vorrichtung als Entspannungsvorrichtung betrieben werden, die dazu eingerichtet ist, einen Druck eines in die Eintrittöffnung der zuvor beschriebenen Vorrichtung einströmenden Fluids, welches beispielsweise ein gasförmiges Arbeitsmittels darstellen kann, zu reduzieren und hierbei zumindest einen Teil der bei der Druckreduzierung freigesetzten Energie durch Entspannung des Fluids in mechanische Energie umzuwandeln. Bei dieser Verwendung können als Arbeitsmedien sowohl Wasser (insbesondere in Gestalt von Wasserdampf), als auch organische Medien eingesetzt werden. Beim Einsatz von Wasser als Medium haben sich Druckdifferenzen von bis zu 8 bar und Temperaturen von etwa 200°C als geeignet erwiesen. Bei organischen Medien wurden mit Druckdifferenzen von bis zu 5 bar und Temperaturen von etwa 160°C gute Ergebnisse erzielt. Der Einsatz von organischen Medien kann beispielsweise im Rahmen von OCR-Prozessen („Organic Rankine Cycle”) erfolgen.
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Die zuvor beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise als Drehkolbenmaschine zur Entspannung des Fluids verwendet werden, wobei sich die Drehkolbenmaschine, welche auch als Wälzkolbengebläse oder Rootsgebläse bezeichnet werden kann, nach dem Prinzip der äußeren Verdichtung arbeitet, so dass das Fluid keine Entspannung durch Volumenänderung in der geschlossenen Arbeitskammer der Drehkolbenmaschine erfährt, sondern gegen den Anlagengegendruck ausgeschoben wird. Die Entspannung des Arbeitsmittels erfolgt daher beim Drehkolbengebläse beispielsweise durch den Austritt des Fluids an der Austrittsöffnung der Vorrichtung.
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Die zuvor beschriebene Vorrichtung und ihre vorteilhaften Weiterbildungen können bei hohen Druckdifferenzen eingesetzt werden. Zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung der Vorrichtung kann eine Druckdifferenz von wenigstens 5 bar, insbesondere von wenigstens 10 bar vorhanden sein. Auch bei Druckdifferenzen von 15 bar hat die beschriebene Vorrichtung zuverlässig gearbeitet.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht die Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung in einem der folgenden Netze vor: Dampfnetz, Kohlensäurenetz, Druckluftnetz, und Erdgasnetz.
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Dementsprechend kann das Fluid beispielsweise Wasserdampf, Kohlensäure, Druckluft oder Erdgas darstellen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung von in einem Fluid enthaltener Energie in einer perspektivischen Ansicht,
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2 die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 1 in geschnittener Darstellung entlang der in 1 eingezeichneten Schnittebene II-II, und
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3 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Umwandlung von in einem Fluid enthaltener Energie.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Umwandlung von in einem Fluid enthaltener Energie in einer perspektivischen Ansicht. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 2 auf, von dem in 1 nur eine Hälfte dargestellt ist. Das Gehäuse 2 kann entlang einer vertikal verlaufenden Trennebene 3 in zwei Teile geteilt werden. Die Trennebene 3 weist mehrere Durchgangslöcher 4 auf, über die die beiden Hälften des Gehäuses 2 – etwa durch Schrauben – miteinander verbunden werden können. Zusätzlich können die beiden Teile des Gehäuses 2 miteinander verklebt werden, um die Dichtigkeit des Gehäuses 2 im Bereich der Trennebene 3 zu erhöhen. Das Gehäuse 2 weist an seiner Oberseite eine Eintrittsöffnung 5 und an seiner Unterseite eine Austrittsöffnung 6 (in 1 verdeckt) zum Ein- bzw. Ausströmen eines Fluids auf. Im seinem Inneren weist das Gehäuse 2 einen Arbeitsraum 7 auf, der im Querschnitt die Form von zwei sich überlagernden Kreisen hat. In dem Arbeitsraum 7 sind zwei Rotoren 8 angeordnet, deren Drehachsen 9 achsparallel zueinander verlaufen. Jeder der in 1 dargestellten und insoweit bevorzugten Rotoren 8 weist drei Flügel 10 auf. Jeder der Flügel 10 ist an seinem radial außen liegenden Bereich mit einer Dichtleiste 11 ausgerüstet. Die Dichtleiste 11 berührt bei einer Rotation der Rotoren 8 die Innenwand des Arbeitsraumes 7 bzw. die Oberfläche des jeweils anderen Rotors 8.
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In 1 ist erkennbar, dass einer der beiden Rotoren 8 an einem seiner Enden eine Antriebswelle 12 aufweist. Die Antriebswelle 12 kann durch eine in 1 nicht dargestellte Öffnung aus dem Gehäuse 2 herausgeführt werden, um dort einen – in 1 nicht dargestellten – Generator anzutreiben. Die Verbindung zu dem Generator kann über eine Nut-Feder-Verbindung erzeugt werden, wozu die Antriebswelle 12 eine Nut 13 aufweist. Die Rotoren 8 weisen an beiden Enden angrenzend an die Flügel 10 zylindrische Bereiche 14 auf. Die Flügel 10 der Rotoren 8 weisen Stirnflächen 15 auf, bei denen es sich um ebene Flächen handelt, die senkrecht zur Drehachse 9 des jeweiligen Rotors 8 verlaufen. Die zylindrischen Bereiche 14 dienen der Lagerung der Rotoren 8 in dem Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 weist zudem einen Öleinfüllstutzen 16 mit einer Entlüftungsschraube 17 sowie ein Schauglas 18 zur Kontrolle des Ölstands auf (nur in 2 dargestellt).
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2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 aus 1 in geschnittener Darstellung entlang der in 1 eingezeichneten Schnittebene II-II. 2 erlaubt also einen Blick von oben in das Gehäuse 2 hinein. Die bereits im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Bereiche der Vorrichtung 1 sind in 2 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Das Gehäuse 2 ist in 2 vierteilig ausgebildet und umfasst die beiden an der Trennebene 3 verbundenen Teile 2.1 und 2.2 sowie die beiden stirnseitig montierten Teile 2.3 und 2.4. Beide Rotoren 8 sind nebeneinander in dem Gehäuse 2 gelagert, wobei die Drehachsen 9 der beiden Rotoren 8 achsparallel angeordnet sind. Die Rotoren 8 sind über Lager 19 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert. Die Lager 19 sind auf beiden Seiten der Flügel 10 auf den zylindrischen Bereichen 14 der Rotoren 8 angeordnet und werden am Gehäuse 2 abgestützt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Lagern 19 um Zylinderrollenlager. Zum Schutz vor Verunreinigungen der Lager 19 können axial außen neben den Lagern 19 Schleuderscheiben auf den Rotoren 8 montiert sein.
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Neben jedem Lager 19 ist ein Dichtsystem 20 angeordnet. Durch das Dichtsystem 20 entsteht im Gehäuse 2 auf beiden Seiten des Arbeitsraumes 7 jeweils ein Ölraum 21, der zur Schmierung der Lager 19 Öl enthält. Das Dichtsystem 20 verhindert, dass Öl aus einem der Ölräume 21 in den Arbeitsraum 7 gelangt. Bei der in 2 dargestellten Vorrichtung 1 umfasst das Dichtsystem 20 einen Radialwellendichtring 22, eine erste Stopfbuchsdichtung 23, eine zweite Stopfbuchsdichtung 24 und einen Laternenring 25. Der Radialwellendichtring 22 ist – vom Zentrum des Rotors 8 aus gesehen – axial außen angeordnet. In axialer Richtung weiter innen folgt die erste Stopfbuchsdichtung 23. Es folgt der Laternenring 25. In axialer Richtung ganz innen ist die zweite Stopfbuchsdichtung 24 angeordnet. Die erste Stopfbuchsdichtung 23 und die zweite Stopfbuchsdichtung 24 weisen einen trapezförmigen Querschnitt auf, was jedoch im – in 2 dargestellten – eingebauten Zustand nicht erkennbar ist. Der Laternenring 25 ist mit wenigstens einem in das Gehäuse gebohrten Kanal 26 verbunden, über den Leckagen abgeführt und Schmier- bzw. Kühlmittel zugeführt werden können. Weiterhin ist eine Laufbuchse 27 vorgesehen, auf der der Radialwellendichtring 22, die beiden Stopfbuchsdichtungen 23, 24 und der Laternenring 25 montiert sind. Zudem kann – anders als in 2 dargestellt – auch das Lager 19 auf der Laufbuchse 27 montiert sein. Die Laufbuchse 27 ist, etwa durch einen Presssitz, fest mit dem Rotor 8 verbunden. Ferner ist ein Dichtringgehäuse 28 vorgesehen, in dem der Radialwellendichtring 22, die beiden Stopfbuchsdichtungen 23, 24 und der Laternenring 25 montiert sind. Die Laufbuchse 27 ist demnach radial innerhalb des Dichtsystems 20 angeordnet, während das Dichtringgehäuse 28 radial außerhalb des Dichtsystems 20 angeordnet ist.
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Zwischen den Stirnflächen 15 der Rotoren 8 und den unmittelbar benachbarten Bauteilen, in diesem Fall den neben den Dichtsystemen 20 angeordneten Gehäusestirnseiten, ist ein Axialspiel 29 ausgebildet. Als Axialspiel 29 wird der geringste Freiraum in axialer Richtung zwischen der Stirnfläche des Flügels 10 und dem Gehäusestirnteil bezeichnet. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Axialspiel 29 im Bereich zwischen 0,01 mm und 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 0,2 mm herausgestellt. In entsprechender Weise ist zwischen den Flügeln 10 der Rotoren 8 und der Innenwand des Arbeitsraums 7 ein Radialspiel 30 ausgebildet. Als Radialspiel 30 wird der geringste Freiraum zwischen dem Rotor 8 und der Innenwand des Arbeitsraumes 7 in radialer Richtung bezeichnet. Dies kann der Abstand zwischen dem Flügel 10 und der Innenwand oder – wenn die Flügel 10 Dichtleisten 11 aufweisen – der Abstand zwischen den Dichtleisten 11 und der Innenwand sein. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Radialspiel 30 im Bereich zwischen 0,01 mm und 0,2 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 0,1 mm herausgestellt.
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Die Antriebswelle 12 des in 2 oben dargestellten Rotors 8 wird durch eine Öffnung 31 aus dem Gehäuse herausgeführt. Im Bereich dieser Öffnung 31 ist eine Dichtung 32 angeordnet, die das Gehäuse 2 gegenüber der drehbar gelagerten Antriebswelle 12 abdichtet. Bei der Dichtung 32 kann es sich um einen Radialwellendichtring handeln, der ggf. mit einem Haltering ergänzt wird. An dem der Antriebswelle 12 gegenüberliegenden Ende weist jeder Rotor 8 ein Zahnrad 33 auf. Die beiden Zahnräder 33 sind identisch gebaut und greifen ineinander, so dass beide Rotoren 8 mit der gleichen Drehzahl und gegenläufiger Drehrichtung betrieben werden. Durch die Zahnräder 33 werden also beide Rotoren 8 synchronisiert.
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3 zeigt schließlich eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Umwandlung von in einem Fluid enthaltener Energie. Auch hier sind diejenigen Bereiche der Vorrichtung 1, die bereits im Zusammenhang mit 1 und/oder 2 beschrieben wurden, mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Im Betrieb drehen sich die Rotoren 8 der Vorrichtung 1 wie durch die Pfeile in 3 dargestellt. Ein Fluid, also ein Gas, ein Dampf oder eine Flüssigkeit, wird aufgrund eines Druckunterschieds durch die Eintrittsöffnung 5 in das Gehäuse 2 gepresst und versetzt die Rotoren 8 in eine Drehung. Im weiteren Verlauf wird das Fluid zwischen zwei benachbarten Flügeln 10 des Rotors 8 eingeschlossen weiter durch das Gehäuse 2 gepresst. Schließlich wird das Fluid durch die Austrittsöffnung 6 aus dem Gehäuse 2 ausgeschoben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 2.1, 2.2, 2.3, 2.4
- Gehäuseteil
- 3
- Trennebene
- 4
- Durchgangsloch
- 5
- Eintrittsöffnung
- 6
- Austrittsöffnung
- 7
- Arbeitsraum
- 8
- Rotor
- 9
- Drehachse
- 10
- Flügel
- 11
- Dichtleiste
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Nut
- 14
- zylindrischer Bereich
- 15
- Stirnfläche
- 16
- Öleinfüllstutzen
- 17
- Entlüftungsschraube
- 18
- Schauglas
- 19
- Lager
- 20
- Dichtsystem
- 21
- Ölraum
- 22
- Radialwellendichtring
- 23
- erste Stopfbuchsdichtung
- 24
- zweite Stopfbuchsdichtung
- 25
- Laternenring
- 26
- Kanal
- 27
- Laufbuchse
- 28
- Dichtringgehäuse
- 29
- Axialspiel
- 30
- Radialspiel
- 31
- Öffnung
- 32
- Dichtung
- 33
- Zahnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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