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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Fördern
eines Fluids oder zum Antrieb durch ein Fluid. Bei dem Fluid kann
es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit
handeln. Insbesondere handelt es sich bei der Vorrichtung zum Fördern eines
Fluids um einen Kompressor. Bei der Vorrichtung zum Antrieb durch
ein Fluid handelt es sich insbesondere um einen Verbrennungsmotor.
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Die Vorrichtung umfaßt einen
Kolben, der in einem Arbeitsraum alternierend beweglich gelagert ist.
Der Arbeitsraum kann von einem Gehäuse gebildet werden oder in
einem Gehäuse
vorhanden sein. Der Kolben ist relativ zu dem Arbeitsraum beweglich. Er
kann in dem Arbeitsraum bzw. Gehäuse
alternierend beweglich gelagert sein. Es ist allerdings auch die
kinematisch umgekehrte Anordnung möglich, in der der Kolben feststeht
und das Gehäuse
oder ein Teil des Gehäuses
gegenüber
dem Kolben alternierend beweglich gelagert ist.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus
der
WO 99/22118 bekannt.
Bei dieser Vorrichtung, insbesondere einem Kompressor oder einer
Brennkraftmaschine, ist die Bewegung des Kolbens mittels eines Lagers,
insbesondere eines Präzisionslagers,
geführt.
Das Lager bzw. Präzisionslager
befindet sich außerhalb
des Arbeitsraums (Zylinders, Zylinderraums, Brennraums). Der Kolben
ist drehbeweglich gelagert. Das Fluid wird durch die Bewegung des Kolbens
angesaugt und verdichtet, wobei der Kolben eine alternierende bzw.
oszilierende Drehbewegung durchführt.
Dabei ist der Kolben dichtungsfrei gegenüber der Innenwand des Arbeitsraums
geführt.
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Eine einer ersten Stirnfläche des
Kolbens zugewandte erste Zylinderwand ist von einem Rückschlagventil
durchsetzt. Eine einer zweiten Stirnfläche des Kolbens zugewandte
zweite Zylinderwand ist ebenfalls von einem Rückschlagventil durchsetzt. In
dem Kolben ist eine Durchgangsbohrung vorhanden, in der zwei Rückschlagventile
vorgesehen sind. Während
des Betriebs der Vorrichtung wird die Durchgangsbohrung des Kolbens
durchströmt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
verbesserte Vorrichtung der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst,
daß in
dem Kolben eine Kühleinrichtung vorgesehen
ist, die von dem Fluid durchströmt
wird. Die Kühleinrichtung
ist derart vorgesehen, daß sie von
dem Fluid durchströmbar
ist. Sie wird beim Betrieb der Vorrichtung von dem Fluid durchströmt. Das Fluid
wird dadurch gekühlt,
wodurch sich der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind
in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Kolben
drehbeweglich gelagert ist. Der Kolben kann allerdings auch längsbeweglich
gelagert sein.
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Die Kühleinrichtung umfaßt vorzugsweise ein
Rohr mit Kühlrippen,
ist also vorzugsweise als Rippenrohr ausgestaltet.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung
ist gekennzeichnet durch einen Ventilator zum Kühlen der Vorrichtung. Dabei
kann es sich um einen Axialventilator handeln.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen
erläutert.
In der Zeichnung zeigt
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1 einen
Kompressor während
der Ansaugbewegung,
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2 den
Kompressor am Ende der Ansaugbewegung,
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3 den
Kompressor während
der Verdichtungsbewegung,
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4 den
Kompressor am Ende der Verdichtungsbewegung und am Anfang der Ansaugbewegung,
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5 den
Kompressor in einer der 2 entsprechenden,
vergrößerten Darstellung,
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6 den
Kompressor in einer der 3 entsprechenden,
vergrößerten Darstellung
und
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7 den
Kompressor in einer der 4 entsprechenden,
vergrößerten Darstellung.
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Der Kompressor umfaßt ein Gehäuse 1,
in dem ein Arbeitsraum vorgesehen ist. In dem Gehäuse 1 ist
ein Kolben 2 um eine Achse 3 alternierend drehbeweglich
gelagert. Der Kolben 2 umfaßt eine zentrale Scheibe, von
der sich ein erster Kolbenteil 4 und ein zweiter Kolbenteil 5 radial
nach außen
erstrecken. Die Kolbenteile 4, 5 bilden einen
Winkel von etwas weniger als 180° zueinander.
Zwischen den Kolbenteilen 4 und 5 umfaßt der Kolben 2 eine
Kühleinrichtung,
die als Rippenrohr 6 ausgestaltet ist. Das Rippenrohr 6 umfaßt ein zentrales
Rohr, das von dem Fluid durchströmbar
ist und bogenförmig
um die Achse 3 herum verläuft, und eine Vielzahl von
senkrecht zu dem Rohr und radial zur Achse 3 verlaufende
Rippen.
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Der koaxial zur Achse 3 verlaufende
Arbeitsraum umfaßt
einen ersten Arbeitsraum 7 zwischen dem ersten Kolbenteil 4 und
einem gegenüberliegenden
Wandteil 8 des Gehäuses 1 sowie
einen zweiten Arbeitsraum 9 zwischen dem zweitem Kolbenteil 5 und
dem weiteren Wandteil 10 des Gehäuses 1. Wie aus den
Figuren ersichtlich ist die radiale Erstreckung und damit das Volumen
des zweiten Arbeitsraums 9 ge ringer als die radiale Erstreckung
und damit das Volumen des ersten Arbeitsraums 7.
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Das Gehäuse 1 wird von einem
Ansaugkanal 11 durchsetzt, der von außen zum Wandteil 8 führt und
in dem ein Einlaßventil 12 angeordnet
ist, dessen Feder im Schnitt dargestellt ist. Der Einlaßkanal 11 führt zum
ersten Arbeitsraum 7. Ferner ist in dem Gehäuse 1 ein
Druckkanal 13 vorhanden, der von dem zweiten Arbeitsraum 9 ins
Freie führt
und in dem ein Druckventil 14 vorgesehen ist. Das Druckventil 14 liegt
in dem Wandteil 10. Das Ansaugventil 12 liegt
in dem Wandteil 8.
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Das erste Kolbenteil 4 ist
von einem Kanal 15 durchsetzt, in dem ein Druckventil 16 vorgesehen
ist, welches dem ersten Arbeitsraum 7 zugewandt ist. In dem
zweiten Kolbenteil 5 ist ein Kanal 17 vorhanden, in
dem ein Einlaßventil 18 vorgesehen
ist, das dem zweiten Arbeitsraum 9 zugewandt ist. Die Kanäle 15 und 17 sind
durch das Rippenrohr 6 miteinander verbunden.
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Im Betrieb wird der Kolben 2 zunächst im Uhrzeigersinn
bewegt, wie in 1 gezeigt.
Während
dieser Bewegung wird Luft durch den Einlaßkanal 11 und das
geöffnete
Einlaßventil 12 in
den ersten Arbeitsraum 7 gefördert. Am Ende des Ansaugvorgangs,
das in 2 gezeigt ist,
ist der erste Arbeitsraum 7 gefüllt.
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Wenn der Kolben 2 dann entgegen
dem Uhrzeigersinn bewegt wird, wie in 3 gezeigt,
schließt das
Einlaßventil 12 und öffnet das
Druckventil 16 im ersten Kolbenteil 4. Die im
ersten Arbeitsraum 7 vorhandene Luft strömt durch
den Kanal 15, das Rippenrohr 6, den Kanal 17 und
das geöffnete
Einlaßventil 18 in
den zweiten Arbeitsraum 9, der auf diese Weise gefüllt wird.
Dabei wird die Luft durch den als Rippenrohr 6 ausgebildeten
Zwischenkühler
gekühlt.
Am Ende dieser Bewegung, das in 4 gezeigt
ist, ist der zweite Arbeitsraum 9 vollständig mit
der Luft aus dem ersten Arbeitsraum 7 gefüllt, die
dabei verdichtet worden ist.
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Wenn jetzt ein neuer Arbeitszyklus
beginnt, der Kolben 2 also wieder in Richtung des Uhrzeigersinns
bewegt wird, wie in 1 gezeigt,
wird gleichzeitig die im zweiten Arbeitsraum 9 vorhandene
Luft durch das geöffnete
Druckventil 14 und den Druckkanal 13 ins Freie
gedrückt
und ausgeschoben.
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Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zum
Fördern
eines Fluids, insbesondere ein Kompressor bzw. ein Verdichter bzw.
eine Pumpe, geschaffen, deren Kolben 2 zentrisch im Gehäuse 1 gelagert
ist. Dabei kann ein rotierender Antrieb vorhanden sein, der in eine
oszilierende Bewegung des Kolbens 2 umgesetzt wird. Die
Luft strömt
durch den Einlaßkanal 11 in
dem Gehäuse 1 über das
Einlaßventil 12 in
den Zylinderraum 7 der ersten Stufe. Nach Umkehr der Bewegungsrichtung
erfolgt die Verdichtung in der ersten Stufe 7. Die Luft
wird über
das Druckventil 16 der ersten Stufe in den Zwischenkühler 6 und
durch das Einlaßventil 18 in
die zweite Stufe 9 geschoben. Nach erneuter Umkehr der
Bewegungsrichtung erfolgt die Verdichtung in der zweiten Stufe 9.
Bei Erreichen des Enddruckes wird die Luft über das Druckventil 14 der
zweiten Stufe 9 durch den Druckkanal 13 aus dem
Gehäuse 1 ausgeschoben.
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Die Vorrichtung umfaßt noch
einen Ventilator (in der Zeichnung nicht dargestellt), der einen
Luftstrom erzeugt, durch den die Vorrichtung gekühlt wird. Der Luftstrom überstreicht
insbesondere die Rippen des Rippenrohres 6. Der Ventilator
erzeugt insbesondere eine Luftströmung in axialer Richtung, also
in Richtung der Achse 3.