DE102018103446A1

DE102018103446A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids

Info

Publication number: DE102018103446A1
Application number: DE102018103446.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2019-08-22
Also published as: WO2019158489A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids (1) mit einem kreiszylinderartigen Arbeitsraum (2), wenigstens zwei in dem Arbeitsraum (2) vorgesehenen Verdrängerelementen (6) und wenigstens zwei jeweils beabstandet zueinander angeordnete durch die Mantelfläche (4) des Arbeitsraums (2) hindurchgeführte Ein- und Auslassöffnungen (5), wobei der Arbeitsraum (2) bis auf die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) fluiddicht abgeschlossenen ist, und die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) sich jeweils zwischen der Mittelachse (7), der Mantelfläche (4) und den Grundflächen (3) des Arbeitsraums (2) erstrecken sowie an der Mantelfläche (4), an den Grundflächen (3) und aneinander an der Mittelachse (7) anliegen den Arbeitsraum (2) fluiddicht segmentierend anliegen und unabhängig voneinander um die Mittelachse (7) des Arbeitsraums (2) rotierbar angetrieben sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids mit einem kreiszylinderartigen Arbeitsraum, wenigstens ein in dem Arbeitsraum vorgesehenem Verdrängerelement und wenigstens eine durch die Mantelfläche des Arbeitsraums hindurch geführte Ein- und Auslassöffnung. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen des Fluids mit dem kreiszylinderartigen Arbeitsraum, dem in dem Arbeitsraum vorgesehenen Verdrängerelement und der durch die Mantelfläche des Arbeitsraums hindurch geführten Ein- und Auslassöffnung.
Hintergrund der Erfindung
Vorrichtungen und Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in der Regel als Kompressoren und/oder Pumpen bezeichnet. Aufgrund ihrer diskontinuierlichen, häufig richtungswechselnden Bewegungen und einhergehenden Reibungen verzeichnen die bekannten Kompressoren und/oder Pumpen jedoch hohe Energieverluste. Zwar benötigen sogenannte Gebläse- und/oder Förderpumpen nur einen Bruchteil der Energie von Druckpumpen, sind in ihrer Förderleistung jedoch begrenzt. In typischen Anwendungsfällen der Industrie und umwelttechnischen Anlagen werden häufig Druckbereiche benötigt, die knapp oberhalb der Kompressionsleistung eines Ventilators oder einer Förderpumpe liegen, jedoch weit unterhalb der eines Kompressors oder einer Druckpumpe. In der Folge werden häufig konventionelle Kompressoren oder Druckpumpen verwendet und verlustreich heruntergeregelt.
Beschreibung der Erfindung
Ausgehend von dieser Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids anzugeben, welches gegenüber den zuvor beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren das Fluid wesentlich energieeffizienter verdichten und/oder verdrängen kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids mit einem kreiszylinderartigen Arbeitsraum gelöst, wenigstens zwei in dem Arbeitsraum vorgesehenen Verdrängerelementen und wenigstens zwei beabstandet zueinander angeordnete durch die Mantelfläche des Arbeitsraums hindurch geführte Ein- und Auslassöffnungen, wobei der Arbeitsraum bis auf die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen fluiddicht abgeschlossen ist, und die wenigstens zwei Verdrängerelemente sich jeweils zwischen der Mittelachse, der Mantelfläche und den Grundflächen des Arbeitsraums erstrecken sowie an der Mantelfläche, an den Grundflächen und aneinander an der Mittelachse den Arbeitsraum fluiddicht segmentierend anliegen und unabhängig voneinander um die Mittelachse des Arbeitsraums rotierbar angetrieben sind.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass mittels der wenigstens zwei Verdrängerelemente das Fluid einerseits durch die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen angesaugt, verdichtet und verdrängt werden kann, ohne dass dazu im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Kompressoren und Pumpen Ein- und Auslassventile benötigt werden. In Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit der wenigstens zwei Verdrängerelemente lässt sich ein Verdichtungsverhältnis und/oder Fördervolumen des Fluids variabel steuern. Im Betrieb der Vorrichtung entstehen besonders wenig Geräusche beim Fördern des Fluids. Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Kompressoren und Pumpen ist die Vorrichtung durch wesentlich geringere mechanische und energetische Verluste beim Verdichten und/oder Verdrängen des Fluids gekennzeichnet. Da im Wesentlichen nur drei Bauteile benötigt werden, nämlich im einfachsten Fall der Arbeitsraum sowie zwei Verdrängerelemente, zeichnet sich die Vorrichtung durch eine mechanisch sehr einfache und robuste Bauweise wie damit einhergehende geringe Herstellungskosten aus.
In einer exemplarischen Anwendung mit zwei Verdrängerelementen und zwei Ein- und Auslassöffnungen lässt sich eines der beiden Verdrängerelemente zwischen den beiden Ein- und Auslassöffnungen ortsfest anordnen, während das andere der beiden Verdrängerelemente um die Mittelachse eine Rotationsbewegung einer annähernd vollständigen Umdrehung vollzieht. Durch die Rotationsbewegung wird durch eine der beiden Ein- und Auslassöffnungen Fluid in den Arbeitsraum hinein gesaugt, während in dem Arbeitsraum befindliches Fluid durch die andere der beiden Ein- und Auslassöffnungen ausgestoßen wird. Ebenso können beide Verdrängerelemente insbesondere beabstandet zueinander im Wesentlichen gleichzeitig mit kontinuerlicher oder diskontinuierlicher Geschwindigkeit rotieren. Schließlich lässt sich durch Verschließen eines der beiden Ein- und Auslassöffnungen durch eines der beiden Verdrängerelemente und Rotieren des anderen der beiden Verdrängerelemente in dem Arbeitsraum befindliches Fluid verdichten sowie durch die andere der beiden Ein- und Auslassöffnungen, welche nicht durch das Verdrängerelement verschlossen ist, Fluid in den Arbeitsraum einsaugen. Sofern im Folgenden von zwei Verdrängerelementen und/oder zwei Ein- und Auslassöffnungen gesprochen wird, ist jeweils auch die Mehrzahl umfasst, sofern dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Der Arbeitsraum ist bevorzugt als Kreiszylinder und/oder ringhohlraumförmig ausgeführt und/oder kann aus Metall, Kunststoff und/oder einem Verbundwerkstoff gestaltet sein. Der Arbeitsraum ist bevorzugt als Hohlkörper und insbesondere als gerader Kreiszylinder ausgestaltet. Bevorzugt erstrecken sich die Grundflächen, auch Deckflächen genannt, parallel und beabstandet zueinander und begrenzen die sich dazu rechtwinkelig weg erstreckende Mantelfläche. Die Mittelachse erstreckt sich bevorzugt senkrecht zu den Grundflächen und parallel zu der Mantelfläche. Die Ein- und Auslassöffnungen können als Durchlässe mit einem Durchmesser einiger Millimeter bis hin zu einigen Zentimetern ausgeführt sein. Der Arbeitsraum ist durch die Mantelfläche sowie die beiden Grundflächen begrenzt. Die Verdrängerelemente liegen bevorzugt berührend an der Mantelfläche und an den beiden Grundflächen an, um den Arbeitsraum fluiddicht zu unterteilen. Ebenso können die Grundflächen durch die Verdrängerelemente und der Arbeitsraum röhrenartig gestaltet sein, so dass eine radiale Abdichtung des Arbeitsraums durch die Verdrängerelemente bewirkt wird. Bei zwei Verdrängerelementen weist der Arbeitsraum zwei durch die Verdrängerelemente gegeneinander abgedichtete Volumina als Arbeitsraumsegmente auf. Die wenigstens zwei Verdrängerelemente erstrecken sich bevorzugt jeweils fluiddicht zwischen der Mittelachse, der Mantelfläche und den Grundflächen des Arbeitsraums. Zudem liegen wenigstens zwei Verdrängerelemente bevorzugt an der Mantelfläche, an den Grundflächen und aneinander an der Mittelachse an, um derart den Arbeitsraum fluiddicht zu segmentieren.
Grundsätzlich lassen sich die wenigstens zwei Verdrängerelemente im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns rotieren. Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist jedoch vorgesehen, dass die wenigstens zwei Verdrängerelemente ohne Richtungsumkehr nur in eine Rotierrichtung angetrieben sind. Durch Rotieren der wenigstens zwei Verdrängerelemente ohne Richtungsumkehr entstehen im Betrieb der Vorrichtung besonders wenig Geräusche und mechanische Verluste. Zudem lässt sich bei zwei Ein- und Auslassöffnungen die eine Ein- und Auslassöffnung nur als Einlassöffnung zum Einsaugen des Fluids in den Arbeitsraum und die andere Ein- und Auslassöffnung nur als Auslassöffnung zum Ausstoßen des Fluids aus dem Arbeitsraum verwenden.
Als Fluid lässt sich grundsätzlich jedes beliebige flüssige und/oder gasförmige Medium mit der Vorrichtung verdichten und/oder verdrängen bzw. fördern. Die vorgeschlagene Vorrichtung lässt sich besonders vorteilhaft bei Anforderungen mit Drücken bis zu 4, 6, 8 oder 10 bar verwenden, wobei Anwendungsbereiche in der Industrie, im Anlagenbau, in der Medizintechnik und vielen weiteren Einsatzgebieten denkbar sind. Insbesondere lässt sich die Vorrichtung und ein nachfolgend beschriebenes Verfahren besonders vorteilhaft beim Vertangeln einzelner Filamente zum Herstellen von Textilien und entsprechend dazu verwendeten Maschinen einsetzen.
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids mit einem kreiszylinderartigen Arbeitsraum, wenigstens zwei in dem Arbeitsraum vorgesehenen Verdrängerelementen oder wenigstens zwei jeweils beabstandet zueinander angeordnete durch die Mantelfläche des Arbeitsraums hindurch geführte Ein- und Auslassöffnungen, wobei der Arbeitsraum bis auf die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen fluiddicht abgeschlossen ist, und die wenigstens zwei Verdrängerelemente sich jeweils zwischen der Mittelachse, der Mantelfläche und den Grundflächen des Arbeitsraums erstrecken sowie an der Mantelfläche, an den Grundflächen und aneinander an der Mittelachse den Arbeitsraum fluiddicht segmentierend anliegen, mit dem Schritt: Rotieren der wenigstens zwei Verdrängerelemente unabhängig voneinander um die Mittelachse des Arbeitsraums insbesondere durch wenigstens einen Motor.
Vorteile und Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich für den Fachmann in Analogie zu der zuvor beschriebenen Vorrichtung.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung oder des Verfahrens sind die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen ventilfrei ausgeführt. Durch Verschließen und Öffnen der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen mittels der wenigstens zwei Verdrängerelemente lassen sich ansonsten bei Pumpen oder Kompressoren notwendige Ventile einsparen, so dass durch die vorgeschlagene Vorrichtung und das Verfahren Fluid in wesentlich wartungsarmer Weise verdichtet und/oder verdrängt werden kann.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung oder des Verfahrens sind die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen jeweils durch eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente verschließbar. Durch Verschließen einer der Ein- und Auslassöffnungen durch eines der Verdrängerelemente lässt sich durch Rotieren eines anderen Verdrängerelements in dem Arbeitsraum befindliches Fluid gegen das die eine der Ein- und Auslassöffnungen verschließende Verdrängerelement verdichten. Derart bildet die Vorrichtung oder das Verfahren eine Pumpe und/oder einen Kompressor aus. Im Rahmen dieser Weiterbildung ist denkbar, dass die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen jeweils durch eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente nicht nur vollständig, sondem nur zum Teil verschließbar sind. Bei einem teilweisen Verschließen lässt sich Fluid durch Rotieren des Verdrängerelement einerseits komprimieren und andererseits bereits während der Komprimierens komprimiert durch eine der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen entweichen lassen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung oder des Verfahrens sind die wenigstens zwei Verdrängerelemente jeweils zwischen zwei der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen anordenbar. Derart lässt sich der Arbeitsraum in beispielsweise zwei Arbeitsraumsegmente unterteilen, in dem eines der Verdrängerelemente ortsfest zwischen den zwei Ein- und Auslassöffnungen angeordnet wird. Durch Rotieren des zweiten Verdrängerelementes wird Fluid durch eines der beiden Ein- und Auslassöffnungen in das erste Arbeitsraumsegment eingesaugt und durch das andere der beiden Ein- und Auslassöffnungen aus dem zweiten Arbeitsraumsegment ausgestoßen. Wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen können unmittelbar nebeneinander angeordnet sein, so dass genau ein Verdrängerelement zwischen den wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen anordenbar ist. Ebenso können wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen jeweils um 45°, 90° oder 135° versetzt zueinander angeordnet sein. Ferner können an der Mantelfäche in Längserstreckung der Arbeitsraums eine Mehrzahl Ein- und Auslassöffnungen angeordnet sein.
Grundsätzlich können die wenigstens zwei Verdrängerelemente verschiedenartig ausgebildet sein. Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung oder des Verfahrens erstrecken sich die wenigstens zwei Verdrängerelemente jeweils zwischen der Mittelachse, der Mantelfläche und den Grundflächen des kreiszylinderartigen Arbeitsraums rechteckartig. Bevorzugt weisen die wenigstens zwei Verdrängerelemente eine flächige und/oder ebene Erstreckung auf. Die Verdrängerelemente können aus einem Kunststoff, aus einem Verbundwerkstoff oder aus Metall ausgeführt sein. Besonders bevorzugt sind die Verdrängerelemente aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellt, um besonders langlebig und wartungsarm zu sein. An der Mantelfläche und/oder an den Grundflächen liegen die Verdrängerelemente insbesondere berührend an, dass eine Fluiddichtigkeit gegeben ist, jedoch die Verdrängerelemente innerhalb des Arbeitsraum rotierbar sind. Bevorzugt sind an der Mantelfläche und/oder den Grundflächen zugewandten Rändern der Verdrängerelemente eine Dichtung, insbesondere eine Dichtlippe, vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung oder des Verfahrens sind die wenigstens zwei Verdrängerelemente als Flügel nach Art eines Propellers, einer Schaufel und/oder einer Schraube, insbesondere nach Art einer Verdrängerschaufel ausgestaltet. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt, wenn sich die wenigstens zwei Verdrängerelemente jeweils um die Mittelachse herum erstrecken, so dass den Grundflächen zugewandte Ränder der wenigstens zwei Verdrängerelemente gegenüberliegend zu der Mittelachse angeordnet sind und sich in Verlängerung zueinander erstrecken. Derart erstreckt sich der der einen Grundfläche des Arbeitsraums zugewandte Rand des Verdrängerelements in Verlängerung des anderen der anderen Grundfläche des Arbeitsraums zugewandten Rands. Durch eine solche Ausgestaltung lässt sich eine mögliche Unwucht beim Rotieren des Verdrängerelements minimieren oder gänzlich vermeiden.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung oder des Verfahrens sind wenigstens zwei Servo-, Schritt-, und/oder Steppermotoren zum Antreiben der wenigstens zwei Verdrängerelemente vorgesehen, wobei die Servo-, Schritt- und/oder Steppermotoren die wenigstens zwei Verdrängerelemente insbesondere diskontinuierlich oder kontinuierlich und/oder mechanisch unabhängig voneinander antreiben. Die Motoren können als Hohlwellenmotoren und/oder gegenüberliegend zueinander an dem Arbeitsraum abgewandten Seiten der Grundflächen angeordnet sein. Bevorzugt sind die Verdrängerelemente in Verlängerung ihrer Mittelachse durch die Grundflächen hindurchgeführt und an die Motoren bewegungsgekoppelt angeschlossen. Hohlwellenmotoren können an der gleichen dem Arbeitsraum abgewandten Seite einer der beiden Grundflächen vorgesehen sein. In diesem Fall ist bevorzugt, dass die durch die Grundfläche hindurchgeführte Mittelachse des einen Verdrängerelemente innerhalb der Mittelachse des anderen Verdrängerelements geführt ist, damit die beiden Verdrängerelemente unabhängig voneinander rotierbar sind. Bevorzugt ist eine Steuerung vorgesehen, durch welche die Motoren mittels einer entsprechenden Logik bewegungsgekoppelt ansteuerbar sind, um beispielsweise Sequenzen von ortsfesten Halten eines der Verdrängerelemente, Rotieren des anderen Verdrängerelementes um annähernd eine Umdrehung, Vorrücken beider Verdrängerelemente, damit das nachlaufende Verdrängerelement die Position des zuvor ortsfest gehaltenen Verdrängerelements einnehmen kann, und so weiter durchzuführen.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: Anordnen eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente zwischen zwei der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen und Rotieren wenigstens eines der anderen wenigstens zwei Verdrängerelemente. Durch insbesondere ortsfestes Anordnen eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente zwischen zwei der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen lässt sich der Arbeitsraum in wenigstens zwei Arbeitsraumsegmente unterteilen. Durch Rotieren wenigstens eines der anderen wenigstens zwei Verdrängerelemente wird einerseits Fluid durch eine der Ein- und Auslassöffnungen in eines der Arbeitsraumsegmente eingesogen und andererseits Fluid aus einem anderen Arbeitsraumsegment durch eine andere Ein- und Auslassöffnung ausgestoßen. Durch eine solche Weiterbildung lassen sich verschiedene Kompressionen in den Arbeitsraumsegmenten erreichen, wobei das Ansaugen des Fluids in das eine Arbeitsraumsegment und Verdichten des Fluids in dem anderen Arbeitsraumsegment gleichzeitig erfolgt.
In einer anderen bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: Verschließen eines der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen durch eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente und Rotieren wenigstens eines der anderen wenigstens zwei Verdrängerelemente. Durch Rotieren wenigstens des Verdrängerelements wird Fluid in dem Arbeitsraum gegen die verschlossene Ein- und Auslassöffnung und das andere, die Ein- und Auslassöffnung verschließende und damit feststehende Verdrängerelement komprimiert. In einer Kombination der beiden zuvor beschriebenen Weiterbildungen können ein Verdichtungsverhältnis und Fördervolumen der in den Arbeitsraumsegmenten befindlichen Fluide kontinuierlich durch entsprechende Ansteuerung der die Verdrängerelemente antreibenden Motoren angepasst werden. Beispielsweise lässt sich der Arbeitsraum zunächst durch eine schnelle Rotationsbewegung mit Fluid füllen und danach eine anschließende, kontinuierlich steigende Verdichtung erzeugen, um einen sogenannten Boosterbetrieb zu realisieren.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung oder des Verfahrens sind vier, sechs, acht oder zwölf Verdrängerelemente vorgesehen, welche in gleichmäßigem Abstand um die Mittelachse herum angeordnet sind. Bevorzugt sind, bezogen auf die Mittelachse, gegenüberliegende Verdrängerelemente bewegungsgekoppelt, beispielsweise einstückig ausgeführt. Durch Vorsehen von wenigstens vier Verdrängerelemente, welche jeweils paarweise bezogen auf die Mittelachse gegenüberliegend angeordnet sind, lassen sich möglicherweise auftretende Unwuchten beim Rotieren der Verdrängerelemente vermeiden.
Grundsätzlich existieren wie zuvor beschrieben verschiedene Möglichkeiten zum Ausbilden der wenigstens zwei Verdrängerelemente. Nach einer ganz bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung oder des Verfahrens bilden die wenigstens zwei Verdrängerelemente jeweils einen Teil der Mittelachse aus. Dazu sind die wenigstens zwei Verdrängerelemente bevorzugt einstückig mit der Mittelachse ausgebildet und/oder bildet jedes Verdrängerelement einen anteiligen Teil der Mittelachse aus. Weiter bevorzugt ist zwischen jeweils zwei Verdrängerelementen ein Lager vorgesehen, beispielsweise ein Gleitlager, durch welches die durch die Verdrängerelemente ausbildete Teile der Mittelachse gegeneinander rotierbar gelagert sind und/oder aneinander anliegen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung oder des Verfahrens ist wenigstens ein Drucksensor eingerichtet zum Messen des Drucks an einer der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen vorgesehen. Der Drucksensor ist insbesondere ausgeführt, Drücke bis zu 4, 6 oder 10 bar zu messen. Bevorzugt ist an jeder Ein- und Auslassöffnung ein Drucksensor vorgesehen. Bevorzugt ist die Steuerung ausgeführt, durch Bewegen der Verdrängerelemente ein Verhältnis eines insbesondere mittels des Drucksensors gemessenen Ausgangsdruckes an der Auslassöffnung relativ zu einem mittels des Drucksensors gemessenen Eingangsdruck an der Einlassöffnung zu steuern.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verwenden der Vorrichtung oder des Verfahrens zum Tangeln eines in einem Verwirbelungskanal laufenden Fadens, wobei die Auslassöffnung an eine in den Verwirbelungskanal mündende Luftzuführöffnung angeschlossen ist. Der Verwirbelungskanal und die Luftzuführöffnung sind bevorzugt in einem Düsenblock rechtwinklig zueinander oder einen Winkel < 90° einschließend schräg zueinander angeordnet. Weiter bevorzugt weist der Düsenblock eine Mehrzahl beabstandeter Luftzuführöffnungen auf, die an ihrem einen Ende jeweils in den Verwirbelungskanal münden und an ihrem anderen Ende mit insbesondere einzelnen Auslassöffnungen der Vorrichtung verbunden sind. Mittels der durch die Vorrichtung oder das Verfahren erzeugter pulsierender Luft als Fluid, die durch die Luftzuführöffnung auf den Faden gerichtet wird, werden Filamente des Fadens verwirbelt, so dass Knoten entstehen. Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zeichnet sich die vorgeschlagene Vorrichtung und das Verfahren dadurch aus, dass bessere Knotenzahlen bei weniger Luftverbrauch erreicht werden.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen

1 eine schematische Radialschnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine weitere schematische Radialschnittansicht der Vorrichtung gemäß 1,
3 eine noch weitere schematische Radialschnittansicht der Vorrichtung gemäß 1,
4 eine schematische Radialschnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 eine schematische perspektivische Ansicht zweier Verdrängerelemente der Vorrichtung gemäß 1 bis 3 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine schematische Axialschnittansicht der Vorrichtung gemäß 1 bis 3, und
7 eine schematische Radialschnittansicht der Vorrichtung gemäß 1 bis 3 zur Tengelung für Filamentgarne.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbespiele
1 bis 3 zeigen eine Vorrichtung zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids 1 mit einem kreiszylinderartigen Arbeitsraum 2 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Radialschnittansicht, während 6 die Vorrichtung in Axialschnittansicht zeigt. Der kreiszylinderartige Arbeitsraum 2 ist beidseitig begrenzt durch gegenüberliegende, sich parallel zueinander erstreckende Grundflächen 3 sowie einer sich zwischen den Grundflächen 3 und senkrecht zu diesen erstreckenden Mantelfläche 4. Durch die Mantelfläche 4 des Arbeitsraums 2 sind zwei ventilfrei ausgeführte Ein- und Auslassöffnungen 5 hindurchgeführt, welche beabstandet jedoch beanachbart zueinander angeordnet sind. Bis auf die zwei Ein- und Auslassöffnungen 5 ist der Arbeitsraum fluiddicht abgeschlossenen.
In dem Arbeitsraum 2 sind zwei Verdrängerelemente 6 vorgesehen, welche sich jeweils zwischen der Mittelachse 7 des kreiszylinderartigen Arbeitsraums 2, der Mantelfläche 4 und den Grundflächen 3 erstrecken, wie auch aus 6 zu erkennen ist. Die Verdrängerelemente 6 liegen jeweils an der Mantelfläche 4, an beiden Grundflächen 3 sowie aneinander an der Mittelachse 7 an, um derart den Arbeitsraum 2 fluiddicht in zwei Arbeitsraumsegmente 8, 9, dargestellt in 2, zu segmentieren.
Während das in 6 oben gezeigte Verdrängerelement 6 die linke hälftige Mittelachse 7 ausbildet, wird die rechte hälftige Mittelachse 7 durch das unten gezeigte Verdrängerelement 6 gebildet. Entsprechend ist im rechten Teil gegenüber dem linken Teil des oben gezeigten Verdrängerelements 6 im Bereich der Mittelachse 7 eine Aussparung vorgesehen, die durch die rechte hälftige Mittelachse 7 des unten gezeigten Verdrängerelements 6 ausgefüllt ist. Das in 6 unten gezeigte Verdrängerelement 6 ist analog gestaltet, wobei die Verdrängerelemente an der Mittelachse 7 mittels eines Gleitlagers verbunden sind. Die Verdrängerelemente 6 können sich, dargestellt in 6, jeweils nach Art eines Rechtecks flächig und eben erstrecken, wobei sich in 6 die beiden Verdrängerelemente 6 hinsichtlich ihrer Oberflächen parallel zueinander erstrecken.
Ebenso können, dargestellt in 5, die beiden Verdrängerelemente 6 als Flügel nach Art eines Propellers und/oder einer Schaufel ausgestaltet sein. Dabei erstrecken sich die zwei Verdrängerelemente 6 jeweils um die Mittelachse 7 herum derart, dass die jeweiligen den Grundflächen 3 zugewandten, gegenüberliegenden Ränder 10 der Verdrängerelemente 6 gegenüberliegend zu der Mittelachse 7, diese mittig einfassend, angeordnet sind und sich in Verlängerung zueinander erstrecken. Im vorderen rechten Bereich der 5 ist das Vorbeschriebene zu erkennen, dass das links gezeigte Verdrängerelement 6 einstückig Mittelachse ausgebildet ist, während das rechts gezeigte Verdrängerelement 6 an der im Bildervordergrund gezeigten Mittelachse 7 des links gezeigten Verdrängerelements 6 anliegt.
Die beiden Verdrängerelemente 6 sind unabhängig voneinander um die Mittelachse 7 des Arbeitsraums 2 rotierbar angetrieben, wozu seitlich neben den Grundflächen 3 in jeweiliger Verlängerung der Mittelachse 7, ersichtlich in 6, jeweils ein Servo-, Schritt-, Hohlwellen- oder Steppermotor 11 vorgesehen ist. Im Falle eines Hohlwellenmotors ist die Mittelachse 7 des einen Verdrängerelementes 6 durch die Mittelachse 7 des anderen Verdrängerelementes 6 hindurchgeführt. Ebenso ist es denkbar, den Motor 11 innerhalb der Verdrängerelemente 6 vorzusehen.
1 zeigt eine erste Stellung der innerhalb des Arbeitsraums 2 rotierbar gelagerten Verdrängerelemente 6. Das in der Figur links gezeigte Verdrängerelement 6 ist zwischen den beiden Ein- und Auslassöffnungen 5 durch den zugeordneten Motor 11 ortsfest gehalten. Das rechts gezeigte Verdrängerelement 6 liegt berührend an dem links gezeigten Verdrängerelement 6 an, so dass das erste Arbeitsraumsegment 8 nonexistent ist und nur das zweite Arbeitsraumsegment 9 existiert. Zudem verschlißt das rechts gezeigte Verdrängerelement 6 die rechte Ein- und Auslassöffnung 5.
Ausgehend von dieser Position wird das rechts gezeigte Verdrängerelement 6 für einen Pumpbetrieb der Vorrichtung im Uhrzeigersinn wie in 2 gezeigt mittels des zugeordneten Motors 11 rotiert, während das links gezeigte Verdrängerelement 6 weiterhin durch den zugeordneten Motor 11 ortsfest gehalten bleibt. Durch die Rotation bedingt vergrößert sich das Volumen des ersten, in der 2 rechts gezeigten ersten Arbeitsraumsegmentes 8, während sich das Volumen des in 2 links gezeigten zweiten Arbeitsraumsegmentes 9 gegenüber dem in 1 gezeigten Volumen entsprechend verkleinert. Durch die rechts gezeigte Ein- und Auslassöffnung 5 wird Fluid in das erste Arbeitsraumsegment 8 eingesaugt, während in dem zweiten Arbeitsraumsegment 9 befindliches Fluid aus der links gezeigten Ein- und Auslassöffnung 5 ausgestoßen wird.
Ausgehend von der in 2 gezeigten Position der Verdrängerelemente 6 rotiert das in 2 rechts gezeigte Verdrängerelement 6 weiter im Uhrzeigersinn und stößt alles in dem zweiten Arbeitsraumsegment 9 befindliche Fluid aus der links gezeigten Ein- und Auslassöffnung 5 aus, bis es die in 3 gezeigte, annähernd senkrechte Position einnimmt. In dieser annähernd senkrechten Position kommt das zuvor rotierende Verdrängerelement 6 berührend an dem zuvor orstfesten Verdrängerelement 6 zu liegen und verschließt die links gezeigte Ein- und Auslassöffnung 5. In dieser in 3 gezeigten Position der Verdrängerelemente 6 ist das erste Arbeitsraumsegment 8 maximal vergrößert, während das zweite Arbeitsraumsegment 9 non-existent ist. Zwischen der in 1 und 3 gezeigten Position hat das in 1 rechts gezeigte Verdrängerelement 6 eine nahezu vollständige Umdrehung als Zykluszeit gemacht.
Beide Verdrängerelemente 6 rotieren nun gemeinsam aus der in 3 gezeigten Position in die in 1 gezeigte Position und das in 3 links befindliche Verdrängerelement 6 verbleibt ortsfest in der in 1 gezeigten Position, während das davon rechts befindliche, voreilende Verdrängerelement 6 wie zuvor beschrieben eine annähernd vollständige Umdrehung zu rotieren beginnt und sich das zuvor Beschriebene wiederholt.
Für einen Kompressionsbetrieb ist es in Abwandlung des zuvor Beschriebenen und ausgehend von der Stellung der Verdrängerelemente 6 in 3 möglich, dass das in 3 links gezeigte Verdrängerelement 6 in seiner die links gezeigte Ein- und Auslassöffnung 5 verschließenden Position ortsfest durch den zugeordneten Motor 11 gehalten wird, während das in 3 rechts gezeigte Verdrängerelement 6 durch den zugeordneten Motor 11 im Uhrzeigersinn rotiert wird. Nachdem das rechts gezeigte Verdrängerelement 6 die rechts gezeigte Ein- und Auslassöffnung 5 passiert hat, strömt Fluid durch die rechts gezeigte Ein- und Auslassöffnung 5 in das erste Arbeitsraumsegment 8 ein, nicht gezeigt.
Da die links gezeigte Ein- und Auslassöffnung 5 weiterhin durch das in 3 links gezeigte Verdrängerelement 6 verschlossen ist, kann in dem zweiten Arbeitsraumsegment 9 befindliches Fluid nicht aus dem Arbeitsraum 2 ausströmen und wird komprimiert. Erst durch Öffnen der links gezeigten Ein- und Auslassöffnung 5 durch Rotieren des in 3 links gezeigten Verdrängerelements 6 kann das komprimierte Fluid aus dem zweiten Arbeitsraumsegment 9 austreten. Zum Messen des Drucks an den Ein- und Auslassöffnungen 5 können an diesen Drucksensoren 12, gezeichnet in 1, vorgesehen sein.
4 zeigt eine Weiterbildung der zuvor beschriebenen Vorrichtungen, bei der gegenüberliegend an dem Arbeitsraum 2 jeweils zwei Ein- und Auslassöffnungen 5 sowie innerhalb des Arbeitsraums 2 vier Verdrängerelemente 6 vorgesehen sind, um mögliche Unwuchten zu vermeiden. Jeweils zwei, gegenüberliegende Verdrängerelemente 6 sind insbesondere bewegungsgekoppelt und unterteilen den Arbeitsraum 2 fluiddicht in vier Arbeitsraumsegmente 8, 9, wobei jeweils zwei im Hinblick auf die Mittelachse 7 gegenüberliegende Arbeitsraumsegmente 8, 9 ein insbesondere gleich großes Volumen aufweisen. Die in 4 gezeigte Vorrichtung lässt analog zu dem zuvor zu 1 bis 3 Beschriebenen betreiben, wobei die Zykluszeit jedoch eine annähernd halbe Umdrehung beträgt.
7 zeigt eine schematische Radialschnittansicht der Vorrichtung gemäß 1 bis 3 zur Tangelung für Filamentgarne. Ein Faden 13 läuft in einem röhrenartigen Verwirbelungskanal 14 eines Düsenblocks. Senkrecht zu dem Verwirbelungskanal 14 ist eine röhrenartige Luftzuführöffnung 15 vorgesehen, die mit ihrem einen Ende in dem Verwirbelungskanal 14 mündet und mit ihrem anderen Ende an die Auslassöffnung 5 der zuvor beschrieben Vorrichtung angeschlossen ist. Durch die Luft als Fluid 1 fördernde Vorrichtung wird in dem Verwirbelungskanal 14 eine turbulente Strömung erzeugt. Der Querschnitt der Luftzufuhröffnung 15 liegt im Bereich von 0,5 bis 3 mm und die Vorrichtung erzeugt einen Luftdruck im Bereich von 0,5 bis 5 bar. Die in den Verwirbelungskanal 14 geförderter Luft verwirbelt Filamente des Fadens 13, so dass „Knoten“ entstehen. Die Anzahl der Knoten ist abhängig vom Druck und von der Pulsfrequenz der von der Vorrichtung erzeugten Fluidströmung. Üblicherweise entstehen 25 Knoten pro Meter Faden 13 bei einer Fadengeschwindigkeit von 3200 bis 5500 Meter pro Minute in dem Verwirbelungskanal 14. Durch durch die Vorrichtung in einfacher Weise erzeugte pulsierende Luft können bessere Knotenzahlen erreicht und der Luftverbrauch beim Erzeugen der Knoten gesenkt werden. Dazu können in dem Verwirbelungskanal 14 eine Mehrzahl Luftzufuhröffnungen 15 vorgesehen, die jeweils mit einzelnen Auslassöffnungen 5 der Vorrichtung verbunden sind.
Im Ergebnis wird durch die Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren eine Pumpe und/oder ein Kompressor bereitgestellt, dessen mindestens zwei Verdrängerelemente 6 bzw. Förderschaufeln innerhalb eines gemeinsamen Arbeitsraumes 2 variabel gegeneinander beabstandet werden können und der ohne Ventile betreibbar ist. Die im Stand der Technik durch Ventile ausgeführte Funktion wird durch die als Förderschaufeln ausgestalteten Verdrängerelemente 6 ausgeübt, die durch wie zuvor beschriebenes abwechselndes Rotieren einerseits das Fluid fördern und/oder verdichten und andererseits die Ein- und Auslassöffnungen 5 zum Ansaugen und/oder Austreten des Fluids öffnen und/oder verschließen können. Derart zeichnet sich die Vorrichtung und das entsprechende Verfahren durch äußerst geringe Reibungsverluste und Langlebigkeit aus, so dass auch Verwendungen als Blutpumpe zur Unterstützung bei einer Herzschwäche denkbar sind.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele, die im Rahmen der Ansprüche auf vielfältige Weise modifiziert und/oder ergänzt werden können. Jedes Merkmal, das für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann eigenständig oder in Kombination mit anderen Merkmalen in einem beliebigen anderen Ausführungsbeispiel genutzt werden. Jedes Merkmal, dass für ein Ausführungsbeispiel einer bestimmten Kategorie beschrieben wurde, kann auch in entsprechender Weise in einem Ausführungsbeispiel einer anderen Kategorie eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

Fluid	1
Arbeitsraum	2
Grundfläche	3
Mantelfläche	4
Ein- und Auslassöffnung	5
Verdrängerelement	6
Mittelachse	7
Erstes Arbeitsraumsegment	8
Zweites Arbeitsraumsegment	9
Rand	10
Motor	11
Drucksensor	12
Faden	13
Verwirbelungskanal	14
Luftzuführöffnung	15

Claims

Vorrichtung zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids (1) mit einem kreiszylinderartigen Arbeitsraum (2), wenigstens zwei in dem Arbeitsraum (2) vorgesehenen Verdrängerelementen (6) und wenigstens zwei jeweils beabstandet zueinander angeordnete durch die Mantelfläche (4) des Arbeitsraums (2) hindurchgeführte Ein- und Auslassöffnungen (5), wobei der Arbeitsraum (2) bis auf die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) fluiddicht abgeschlossenen ist, und die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) sich jeweils zwischen der Mittelachse (7), der Mantelfläche (4) und den Grundflächen (3) des Arbeitsraums (2) erstrecken sowie an der Mantelfläche (4), an den Grundflächen (3) und aneinander an der Mittelachse (7) den Arbeitsraum (2) fluiddicht segmentierend anliegen, und unabhängig voneinander um die Mittelachse (7) des Arbeitsraums (2) rotierbar angetrieben sind.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, mit wenigstens zwei Servo-, Schritt- und/oder Steppermotoren (11), insbesondere ausgeführt als Hohlwellenmotoren, zum Antreiben der wenigstens zwei Verdrängerelemente (6), wobei die Servo-, Schritt- und/oder Steppermotoren (11) die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) insbesondere diskontinuierlich oder kontinuierlich und/oder mechanisch unabhängig voneinander antreiben.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) ohne Richtungsumkehr nur in eine Rotierrichtung angetrieben sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) ventilfrei ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) jeweils durch eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) verschließbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) jeweils zwischen zwei der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) anordenbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) sich jeweils zwischen der Mittelachse (7), der Mantelfläche (4) und den Grundflächen (3) des kreiszylinderartigen Arbeitsraums (2) rechteckartig erstrecken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) als Flügel nach Art eines Propellers, einer Schaufel und/oder einer Schraube ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) jeweils um die Mittelachse (7) herum erstrecken, so dass den Grundflächen (3) zugewandte Ränder (10) der wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) gegenüberliegend zu der Mittelachse (7) angeordnet sind und sich in Verlängerung zueinander erstrecken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) jeweils einen Teil der Mittelachse (7) ausbilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit vier Verdrängerelementen (6), welche in gleichmäßigem Abstand um die Mittelachse (7) herum angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Drucksensor (12) eingerichtet zum Messen des Drucks an einer der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5).
Verfahren zum Verdichten und/oder Verdrängen eines Fluids (1) mit einem kreiszylinderartigen Arbeitsraum (2), wenigstens zwei in dem Arbeitsraum (2) vorgesehenen Verdrängerelementen (6) und wenigstens zwei jeweils beabstandet zueinander angeordnete durch die Mantelfläche (4) des Arbeitsraums (2) hindurchgeführte Ein- und Auslassöffnungen (5), wobei der Arbeitsraum (2) bis auf die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) fluiddicht abgeschlossenen ist, und die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) sich jeweils zwischen der Mittelachse (7), der Mantelfläche (4) und den Grundflächen (3) des Arbeitsraums (2) erstrecken sowie an der Mantelfläche (4), an den Grundflächen (3) und aneinander an der Mittelachse (7) den Arbeitsraum (2) fluiddicht segmentierend anliegen, mit dem Schritt: Rotieren der wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) unabhängig voneinander um die Mittelachse (7) des Arbeitsraums (2).
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei die wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) ohne Richtungsumkehr nur in eine Rotierrichtung angetrieben sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, mit dem Schritt: Anordnen eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) zwischen zwei der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) und Rotieren wenigstens eines der anderen wenigstens zwei Verdrängerelemente (6).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, mit dem Schritt: Verschließen eines der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) durch eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) und Rotieren wenigstens eines der anderen wenigstens zwei Verdrängerelemente (6).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) ventilfrei ausgeführt sind und mit dem Schritt: Verschließen wenigstens einer der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) durch eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente (6).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, mit dem Schritt: Anordnen eines der wenigstens zwei Verdrängerelemente (6) zwischen zwei der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, mit dem Schritt: Messen eines Drucks an einer der wenigstens zwei Ein- und Auslassöffnungen (5) mittels eines Drucksensors (12).
Verwenden einer Vorrichtung oder eines Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Tangeln eines in einem Verwirbelungskanal (14) laufenden Fadens (13), wobei die Auslassöffnung (5) an eine in den Verwirbelungskanal (14) mündende Luftzuführöffnung (15) angeschlossen ist.