DE19738132A1

DE19738132A1 - Multi=element rotational compression machine

Info

Publication number: DE19738132A1
Application number: DE1997138132
Authority: DE
Inventors: Lutz Jaitner
Original assignee: Lutz Jaitner
Current assignee: JAITNER, LUTZ, 85399 HALLBERGMOOS, DE
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: DE19738132C2

Abstract

A multi-element compression machine has at least three elements rotating about fixed axles and with spiral interlocking surfaces which are out of contact to provide a minimum spacing. The elements rotate at a constant speed and generate new compression volumes which pass through the machine in a more laminar way that with conventional compression engines. No special seals are required for a high efficiency compression action.

Description

Problem

Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschinen mit gleichsinnig rotierenden Verdrängungskörpern haben sich bisher in der Praxis nicht durchsetzen können, obwohl deren Funktionsprinzip hohe Laufruhe und konstruktive Einfachheit versprechen. Dies liegt überwiegend an der technischen Schwierigkeit, die Verdrängungskörper gegeneinander abzudichten, ohne daß erhöhte Reibung und Verschleiß auftreten.Multi-axis rotary body displacement machines with rotating in the same direction So far, displacement bodies have not been able to prevail in practice, although their Functional principle promise smooth running and structural simplicity. This is mainly due to the technical difficulty to seal the displacement body against each other without increasing Friction and wear occur.

Außerdem weisen die bisher bekannten mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschinen einen pulsierenden Fluiddurchstrom und/oder ein periodisch veränderliches Drehmoment auf, was zu Vibrationen und Geräuschemission führt.In addition, the previously known multi-axis rotary body displacement machines have one pulsating fluid flow and / or a periodically changing torque leading to Vibrations and noise emissions leads.

Die üblicherweise zur Bewegungssynchronisation der Rotationskörper verwendeten Zahnräder erhöhen die Dichtungsprobleme wegen ihres Spiels und haben die weiteren Nachteile: Verschleiß, Reibung und Geräuschentwicklung.Increase the gears usually used to synchronize the movement of the rotating body the sealing problems because of their play and have the other disadvantages: wear, friction and Noise.

Um Rotationskörper-Verdrängungsmaschinen mit genügend dichten Spaltdichtungen herzustellen, müssen die Verdrängungskörper nach bisherigem Stand der Technik sehr maßgenau gefertigt sein, was zu hohen Produktionskosten führt.In order to manufacture rotary body displacement machines with sufficiently tight gap seals, the displacement body must be made very dimensionally according to the prior art, what to leads to high production costs.

Die hier offengelegte Innovation (Ansprüche 1 bis 22) löst die oben genannten Probleme.The innovation disclosed here (claims 1 to 22) solves the problems mentioned above.

solution a) Principle

Wie in Anspruch 1 dargelegt, beruht die neue mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine auf dem Ineinandergreifen mehrerer gleichartiger Verdrängungskörper, die sich gleichsinnig drehen. Die Arbeitsräume werden also nicht, wie bei Verdrängungsmaschinen üblich, zwischen einem Verdrängungskörper ("Kolben") und einem feststehenden Gehäuse ("Zylinder"), sondern zwischen mehreren zentrisch rotierenden Verdrängungskörpern eingeschlossen. Die Bezeichnung "Verdrängungskörper" wird hier synonym verwendet für die in Patentschriften häufig verwendeten Begriffe "Eingriffskörper" und "Rotationskolben".As set out in claim 1, the new multi-axis rotary body displacement machine is based on the interlocking of several similar displacement bodies that rotate in the same direction. The Workrooms are not, as is usual with displacement machines, between one Displacer ("piston") and a fixed housing ("cylinder"), but between several centrically rotating displacers included. The label "Displacement body" is used synonymously here for those frequently used in patent specifications Terms "engagement body" and "rotary piston".

Die Querschnittsform dieser Verdrängungskörper und ihr zweidimensionales Zusammenwirken in der Schnittebene (siehe Fig. 13 und 14) sind Stand der Technik. Weniger bekannt ist das sphärisch zweidimensionale Zusammenwirken der Verdrängungskörper in der kugelförmig gewinkeltachsigen Ausführung (Fig. 15), auf der die Ansprüche 7 bis 9 aufbauen.The cross-sectional shape of these displacement bodies and their two-dimensional interaction in the sectional plane (see FIGS. 13 and 14) are state of the art. Less well known is the spherically two-dimensional interaction of the displacement bodies in the spherical, angular-axis version ( FIG. 15) on which claims 7 to 9 are based.

Die Innovation nach Anspruch 1 besteht einerseits darin, die Rotationskörper in Längsrichtung schrauben- bzw. schneckenförmig zu verwinden, so daß ein kontinuierlicher Fluiddurchstrom statt des üblichen Mehrtaktbetriebs möglich wird. Andererseits geht die Innovation nach Anspruch 1 von der Erkenntnis aus, daß die Beschränkung auf berührungsfreie Spaltdichtungen für den verschleißarmen Betrieb bei hoher Drehzahl vorteilhaft ist, insbesondere in Kombination mit den in den Ansprüchen 2 bis 5 definierten Optimierungen zur Verringerung der Reibungs- und Leckverluste.The innovation according to claim 1 is the one hand, the rotating body in the longitudinal direction screw or helical twist, so that a continuous flow of fluid instead of usual multi-cycle operation is possible. On the other hand, the innovation according to claim 1 is based on Realized that the restriction to non-contact gap seals for the wear-resistant Operation at high speed is advantageous, especially in combination with those in claims 2 to 5 defined optimizations to reduce friction and leakage losses.

Die bei mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschinen üblicherweise nötige Abdichtung der Arbeitsräume durch feststehende Stirnwände und die darin eingelassenen Ein- und Auslaßventile (bzw. Öffnungen) werden bei der neuen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine ersetzt durch einen zeitweilig allseitigen Einschluß der Arbeitsräume durch die Verdrängungskörper, d. h. die neue Verdrängungsmaschine arbeitet typischerweise ventillos.The sealing of the usually necessary in multi-axis rotary body displacement machines Work spaces through fixed end walls and the inlet and outlet valves embedded in them (or Openings) are replaced by a temporary one in the new rotary body displacement machine all-round inclusion of the work spaces by the displacement body, d. H. the new The displacement machine typically works without a valve.

Soweit für die betreffende Anwendung sinnvoll bestehen dichtende Übergänge zwischen den rotierenden Verdrängungskörpern und feststehenden Fluideinlaßrohren und/oder Fluidauslaßrohren. As far as makes sense for the application in question, there are sealing transitions between the rotating ones Displacers and fixed fluid inlet pipes and / or fluid outlet pipes.

Basierend auf diesem einheitlichen Funktionsprinzip des allseitigen Arbeitsraumeinschlusses durch schraubenförmige Verdrängungskörper (Anspruch 1) ergeben sich zwangsläufig drei verschiedene Ausführungsarten der mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine, wie in den Ansprüchen 7 bis 13 und Fig. 1 bis 12 dargestellt.Based on this uniform functional principle of all-round work space inclusion by means of helical displacement bodies (claim 1), there are inevitably three different embodiments of the multi-axis rotary body displacement machine, as shown in claims 7 to 13 and FIGS. 1 to 12.

Die Querschnittsform der Verdrängungskörper ergibt sich mathematisch zwingend aus der Anordnung der Achsen und der Zahl der Verdrängungskörperkanten, indem die Trajektorie der Kanten eines rotierenden Verdrängungskörpers in das mit dem Nachbarkolben mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotierende Koordinatensystem transformiert wird. Als Randbedingung ist dabei zu beachten, daß sich die Kanten der drei oder vier Verdrängungskörper, die jeweils einen Arbeitsraum umschließen sollen, genau in der Mitte zwischen den Verdrängungskörpern in diskreten Punkten fast berühren müssen.The cross-sectional shape of the displacement body arises mathematically from the arrangement the axes and the number of the sinker edges by the trajectory of the edges of a rotating displacement body with the neighboring piston at the same angular velocity rotating coordinate system is transformed. As a boundary condition it should be noted that the Edges of the three or four displacement bodies, each of which should enclose a work area, exactly almost touch in the middle between the displacers in discrete points.

Die Form der Verdrängungskörper definiert ihr eingebautes Verdichtungsverhältnis, d. h. durch das Verhältnis zwischen dem Verwindungsgrad im Fluideinlaßbereich und dem Verwindungsgrad im Auslaßbereich der Verdrängungskörper ist festgelegt, wie stark das Arbeitsfluid beim Durchgang durch die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine komprimiert bzw. expandiert wird. Hat die Verwindung der Verdrängungskörper z. B. in den parallelachsigen Ausführungen eine konstante Steigung, ist das Verdichtungsverhältnis 1:1, weshalb sich diese Anordnung besonders gut für nicht komprimierbare Flüssigkeiten eignet. Bei der gewinkeltachsigen Ausführung beeinflußt außerdem das Verhältnis zwischen dem Abstand des Einlaßendes der Verdrängungskörper zum Achsenschnittpunkt und dem Abstand des Auslaßendes zum Achsenschnittpunkt stark das eingebaute Verdichtungsverhältnis. Das liegt daran, daß die Arbeitsräume, je weiter sie zum Kugelinneren gelangen, auch in radialer Richtung komprimiert werden.The shape of the displacer defines their built-in compression ratio, i. H. by the Relationship between the degree of twist in the fluid inlet area and the degree of twist in The outlet area of the displacement body determines how strong the working fluid is when it passes through the rotary body displacement machine is compressed or expanded. Has the twist of the Displacer z. B. in the parallel-axis versions a constant slope, that is Compression ratio 1: 1, which is why this arrangement is particularly good for non-compressible Liquids. The ratio also affects the angular-axis version between the distance of the inlet end of the displacement body to the axis intersection and the Distance of the outlet end to the axis intersection strongly affects the built-in compression ratio. It lies the fact that the working spaces, the further they get to the inside of the sphere, also in the radial direction be compressed.

b) Parallel-axis design with double-edged displacers

Die parallelachsige Ausführungsart mit zweikantigen Verdrängungskörpern ist in den Ansprüchen 12 und 13 definiert und in den Fig. 1, 2, 3 und 13 dargestellt. In dieser Ausführungsart gleicht oder ähnelt die Querschnittsfläche der Verdrängungskörper (senkrecht zu den Achse geschnitten) der Schnittfläche zweier gleichgroßer Kreise, deren Mittelpunkte den wurzel-aus-zwei-fachen Abstand ihres Radius haben (Bogenzweieck). Die Achsen sind in einem quadratischen Raster angeordnet, wobei der Achsenabstand benachbarter Verdrängungskörper gleich oder fast gleich dem Krümmungsradius der die Querschnittsfläche begrenzenden Kreisbögen ist. Jeweils vier Verdrängungskörper müssen zusammenwirken, um einen Arbeitsraum zu begrenzen. Durch Anreihung weiterer Verdrängungskörper kann die Zahl der Arbeitsräume willkürlich erhöht werden (Anspruch 13).The parallel-axis embodiment with double-edged displacement bodies is defined in claims 12 and 13 and shown in FIGS. 1, 2, 3 and 13. In this embodiment, the cross-sectional area of the displacement bodies (cut perpendicular to the axis) is the same as or equal to the sectional area of two circles of the same size, the centers of which are at the root-of-two-times the distance of their radius (arched triangle). The axes are arranged in a square grid, the distance between the axes of adjacent displacement bodies being equal to or almost equal to the radius of curvature of the circular arcs delimiting the cross-sectional area. Four displacement bodies each have to work together to limit a working space. The number of work spaces can be increased arbitrarily by adding additional displacement elements (claim 13).

Die Fig. 13 erläutert den zeitlichen Verlauf des Zusammenwirkens von sechs rotierenden Verdrängungs körpern nach Anspruch 13, dargestellt als ebener Schnitt senkrecht zu den Achsen. Von einem Teilbild zum in Pfeilrichtung nächsten haben sich alle sechs Verdrängungskörper um jeweils 22.5 Grad im Uhrzeigersinn weiter gedreht. Im linken oberen Teilbild ist rechts ein von den Verdrängungskörpern dichtend begrenzter Arbeitsraum zu sehen mit maximal expandierter Querschnittsfläche. Im Verlauf der Drehung der Verdrängungskörper öffnet sich links neben dem ersten Arbeitsraum ein zweiter Arbeitsraum, dessen Querschnittsfläche bis zum Maximalwert wächst (rechtes unteres Teilbild) und dann wieder abnimmt, während die Querschnittsfläche des rechten Arbeitsraumes stetig bis Null abnimmt (rechtes unteres Teilbild) und danach erneut bis zum Maximalwert anwächst. Nachdem die Verdrängungskörper sich um 180 Grad gedreht haben, gleicht die Stellung der Verdrängungskörper wieder der Ausgangsstellung. Die Querschnittsform der Arbeitsräume entspricht stets einem konkaven Bogenquadrat, deren Seitenflächen stets denselben Krümmungsradius haben. Fig. 13 explains the time course of the interaction of six rotating displacement bodies according to claim 13, shown as a flat section perpendicular to the axes. From one drawing to the next in the direction of the arrow, all six displacement bodies have rotated clockwise by 22.5 degrees each. In the upper left part of the picture on the right is a work space that is delimited by the displacement bodies and has a maximum expanded cross-sectional area. In the course of the rotation of the displacement bodies, a second work space opens to the left of the first work area, the cross-sectional area of which increases to the maximum value (lower right part) and then decreases again, while the cross-sectional area of the right work space steadily decreases to zero (right lower part) and then grows again up to the maximum value. After the displacers have rotated 180 degrees, the position of the displacers resembles the starting position. The cross-sectional shape of the workspaces always corresponds to a concave arc square, the side surfaces of which always have the same radius of curvature.

Wie man in Fig. 13 sehen kann, bleibt der dichtende Abschluß beider Arbeitsräume in allen Winkelstellungen der Verdrängungskörper erhalten. Die Summe der Flächeninhalte des linken und des rechten Arbeitsraumquerschnitts bleibt in allen Winkelstellungen der Verdrängungskörper gleich groß. Das heißt, die beiden Arbeitsräume saugen gegenphasig pulsierend an und stoßen gegenphasig pulsierend aus. Darauf beruht die Möglichkeit des Anspruchs 15, die Fluidansaugrate zeitlich konstant (d. h. nicht pulsierend) zu gestalten, indem man den Verwindungsgrad (Schraubensteigung) im Ein- bzw. Auslaßbereich der Achsenabschnitte der Verdrängungskörper konstant hält.As can be seen in FIG. 13, the sealing closure of both working spaces is retained in all angular positions of the displacement bodies. The sum of the areas of the left and right work area cross-sections remains the same in all angular positions of the displacement bodies. This means that the two workrooms suck in pulsing in opposite phases and expel in pulsing in opposite phases. This is the basis for the possibility of making the fluid suction rate constant over time (ie not pulsating) by keeping the degree of twist (screw pitch) constant in the inlet and outlet area of the axial sections of the displacement bodies.

Die Spitzen der Bogenzweiecke in Fig. 13 entsprechen, dreidimensional betrachtet, den dichtenden schraubenförmig gewundenen Kanten der Verdrängungskörper gemäß den Ansprüchen 1 und 12 und den Fig. 1 und 2. Die Querschnittsform der Verdrängungskörper ändert sich über die Achslänge nicht, lediglich die Winkelstellung verändert sich stetig. Die Verdrängungskörper haben die Form einer zweihäusigen Schraube mit über die Achslänge konstantem Radius und konstanter oder variabler "Gewinde"-Steigung.The tips of the arched ends in FIG. 13 correspond, viewed in three dimensions, to the sealing, helically wound edges of the displacement bodies according to claims 1 and 12 and FIGS. 1 and 2. The cross-sectional shape of the displacement bodies does not change over the axis length, only the angular position changes steadily. The displacers have the shape of a two-headed screw with a constant radius over the axis length and constant or variable "thread" pitch.

Bei der Drehung der Verdrängungskörper bilden sich periodisch an einem Ende der Verdrängungskörper nach außen geöffnete fluidansaugende Vertiefungen, deren Form zunächst einer vierseitigen Pyramide mit konkav gewölbten Flächen ähnelt. Im weiteren Verlauf der Drehung schließen sich die Vertiefungen zu Arbeitsräumen, deren Form einem Oktaeder mit konkav gewölbten Flächen ähnelt. Die Arbeitsräume wandern bei der Drehung der Verdrängungskörper in axialer Richtung. Kommen sie dabei in einen Achsenabschnitt mit abnehmender Gewindesteigung (d. h. höherem Verwindungsgrad) der Verdrängungskörper, so wird das Fluid in den Arbeitsräumen komprimiert. Entsprechend wird das Fluid expandiert bei zunehmender Steigung, d. h. abnehmendem Verwindungsgrad. Am Auslaßende der Verdrängungskörper öffnen sich schließlich die Arbeitsräume und stoßen ihren Fluidinhalt aus. Anwendungsabhängig können am Einlaßende oder am Auslaßende der Verdrängungskörper dichtende Übergänge zu fluidtransportierenden Einlaß- bzw. Auslaßrohren vorhanden sein.When the displacement bodies rotate, the displacement bodies periodically form at one end fluid-absorbing depressions open to the outside, the shape of which is initially a four-sided pyramid with concave surfaces. As the rotation continues, the depressions close to work rooms whose shape resembles an octahedron with concave surfaces. The work rooms migrate in the axial direction when the displacer rotates. Come in one Intercept with decreasing thread pitch (i.e. higher degree of twist) of the Displacement body, so the fluid is compressed in the work rooms. Accordingly, the fluid expands with increasing slope, i.e. H. decreasing degree of twist. At the outlet end of the Displacement bodies finally open up the work spaces and expel their fluid content. Depending on the application, the displacement body can seal at the inlet end or at the outlet end Transitions to fluid-transporting inlet and outlet pipes may be present.

c) Parallel-axis design with triangular displacement bodies

Die parallelachsige Ausführungsart mit dreikantigen Verdrängungskörpern ist in den Ansprüchen 10 und 11 definiert und in den Fig. 4, 5, 6 und 14 dargestellt. In dieser Ausführungsart gleicht oder ähnelt die Querschnittsfläche der Verdrängungskörper (senkrecht zu den Achse geschnitten) einem gleichseitigen Dreieck, bei dem die Seiten durch Kreisbögen ersetzt sind (Bogendreieck), deren Kreiszentrum die gegenüberliegende Ecke der Querschnittsfläche ist. Die Achsen sind in einem trigonalen Raster angeordnet, wobei der Achsenabstand benachbarter Verdrängungskörper gleich oder fast gleich dem Krümmungsradius der die Querschnittsfläche begrenzenden Kreisbögen ist. Jeweils drei Verdrängungs körper müssen zusammenwirken, um einen Arbeitsraum zu begrenzen. Durch Anreihung weiterer Verdrängungskörper kann die Zahl der Arbeitsräume willkürlich erhöht werden (Anspruch 11).The parallel-axis embodiment with triangular displacement bodies is defined in claims 10 and 11 and shown in FIGS. 4, 5, 6 and 14. In this embodiment, the cross-sectional area of the displacers (cut perpendicular to the axis) resembles an equilateral triangle, in which the sides are replaced by arcs (triangular arcs), the center of which is the opposite corner of the cross-sectional area. The axes are arranged in a trigonal grid, the distance between the axes of adjacent displacement bodies being equal to or almost equal to the radius of curvature of the arcs delimiting the cross-sectional area. Three displacement bodies must work together to limit a work area. The number of work spaces can be increased arbitrarily by adding further displacement bodies (claim 11).

Die Fig. 14 erläutert den zeitlichen Verlauf des Zusammenwirkens von vier rotierenden Verdrängungs körpern nach Anspruch 11, dargestellt als ebener Schnitt senkrecht zu den Achsen. Von einem Teilbild zum in Pfeilrichtung nächsten haben sich alle vier Verdrängungskörper um jeweils 15 Grad im Uhrzeigersinn weiter gedreht. Im linken oberen Teilbild ist rechts ein von den Verdrängungskörpern dichtend begrenzter Arbeitsraum zu sehen mit maximal expandierter Querschnittsfläche. Im Verlauf der Drehung der Verdrängungskörper öffnet sich links neben dem ersten Arbeitsraum ein zweiter Arbeitsraum, dessen Querschnittsfläche bis zum Maximalwert wächst (rechtes unteres Teilbild) und dann wieder abnimmt, während die Querschnittsfläche des rechten Arbeitsraumes stetig bis Null abnimmt (rechtes unteres Teilbild) und danach erneut bis zum Maximalwert anwächst. Nachdem die Verdrängungskörper sich um 120 Grad gedreht haben, gleicht die Stellung der Verdrängungskörper wieder der Ausgangsstellung. Die Querschnittsform der Arbeitsräume entspricht stets einem konkaven gleichseitigen Bogendreieck, deren Seitenflächen stets denselben Krümmungsradius haben. Fig. 14 explains the temporal course of the interaction of four rotating displacement bodies according to claim 11, shown as a flat section perpendicular to the axes. From one drawing frame to the next in the direction of the arrow, all four displacement bodies have rotated clockwise by 15 degrees each. In the upper left part of the picture on the right is a work space that is delimited by the displacement bodies and has a maximum expanded cross-sectional area. In the course of the rotation of the displacement bodies, a second work space opens to the left of the first work area, the cross-sectional area of which increases to the maximum value (lower right part) and then decreases again, while the cross-sectional area of the right work space steadily decreases to zero (right lower part) and then grows again up to the maximum value. After the displacers have rotated 120 degrees, the position of the displacers is again the same as the starting position. The cross-sectional shape of the workspaces always corresponds to a concave, equilateral triangle, the sides of which always have the same radius of curvature.

Wie man in Fig. 14 sehen kann, bleibt der dichtende Abschluß beider Arbeitsräume in allen Winkelstellungen der Verdrängungskörper erhalten. Die Summe der Flächeninhalte des linken und des rechten Arbeitsraumquerschnitts bleibt in allen Winkelstellungen der Verdrängungskörper gleich groß. Das heißt, die beiden Arbeitsräume saugen gegenphasig pulsierend an und stoßen gegenphasig pulsierend aus. Darauf beruht die Möglichkeit des Anspruchs 15, die Fluidansaugrate zeitlich konstant (d. h. nicht pulsierend) zu gestalten, indem man den Verwindungsgrad (Schraubensteigung) im Ein- bzw. Auslaßbereich der Achsenabschnitte der Verdrängungskörper konstant hält.As can be seen in FIG. 14, the sealing closure of both working spaces is retained in all angular positions of the displacement bodies. The sum of the areas of the left and right work area cross-sections remains the same in all angular positions of the displacement bodies. This means that the two workrooms suck in pulsing in opposite phases and expel in pulsing in opposite phases. This is the basis for the possibility of making the fluid suction rate constant over time (ie not pulsating) by keeping the degree of twist (screw pitch) constant in the inlet and outlet area of the axial sections of the displacement bodies.

Die Spitzen der Bogendreiecke in Fig. 14 entsprechen, dreidimensional betrachtet, den dichtenden schraubenförmig gewundenen Kanten der Verdrängungskörper gemäß den Ansprüchen 1 und 10 und den Fig. 4 und 5. Die Querschnittsform der Verdrängungskörper ändert sich über die Achslänge nicht, lediglich die Winkelstellung verändert sich stetig. Die Verdrängungskörper haben die Form einer dreihäusigen Schraube mit über die Achslänge konstantem Radius und konstanter oder variabler "Gewinde"-Steigung.The tips of the arch triangles in FIG. 14, viewed in three dimensions, correspond to the sealing, helically wound edges of the displacement bodies according to claims 1 and 10 and FIGS. 4 and 5. The cross-sectional shape of the displacement bodies does not change over the axis length, only the angular position changes steadily. The displacers have the shape of a three-head screw with a constant radius over the length of the axis and a constant or variable "thread" pitch.

Bei der Drehung der Verdrängungskörper bilden sich periodisch an einem Ende der Verdrängungskörper nach außen geöffnete fluidansaugende Vertiefungen, deren Form zunächst einer dreiseitigen Pyramide mit konkav gewölbten Flächen ähnelt. Im weiteren Verlauf der Drehung schließen sich die Vertiefungen zu Arbeitsräumen, deren Form einer dreiseitigen Doppelpyramide mit konkav gewölbten Flächen ähnelt. Die Arbeitsräume wandern bei der Drehung der Verdrängungskörper in axialer Richtung. Kommen sie dabei in einen Achsenabschnitt mit abnehmender Gewindesteigung (d. h. höherem Verwindungsgrad) der Verdrängungskörper, so wird das Fluid in den Arbeitsräumen komprimiert. Entsprechend wird das Fluid expandiert bei zunehmender Steigung, d. h. abnehmendem Verwindungsgrad. Am Auslaßende der Verdrängungskörper öffnen sich schließlich die Arbeitsräume und stoßen ihren Fluidinhalt aus. Anwendungsabhängig können am Einlaßende oder am Auslaßende der Verdrängungskörper dichtende Übergänge zu fluidtransportierenden Einlaß- bzw. Auslaßrohren vorhanden sein.When the displacement bodies rotate, the displacement bodies periodically form at one end fluid-absorbing depressions open to the outside, the shape of which is initially a three-sided pyramid with concave surfaces. As the rotation continues, the depressions close to work rooms whose shape resembles a three-sided double pyramid with concave surfaces. The working spaces move in the axial direction when the displacement bodies are rotated. Come thereby in an intercept with a decreasing thread pitch (i.e. higher degree of twist) Displacement body, so the fluid is compressed in the work rooms. Accordingly, the fluid expands with increasing slope, i.e. H. decreasing degree of twist. At the outlet end of the Displacement bodies finally open up the work spaces and expel their fluid content. Depending on the application, the displacement body can seal at the inlet end or at the outlet end Transitions to fluid-transporting inlet and outlet pipes may be present.

d) Angular-axis design with double-edged displacers

Die gewinkeltachsige Ausführungsart mit zweikantigen Verdrängungskörpern ist in den Ansprüchen 7, 8 und 9 genannt und in den Fig. 7 bis 12 und 15 dargestellt. In dieser Ausführungsart läßt sich ein Kugelschnitt (mit dem Achsenschnittpunkt als Zentrum) durch die Verdrängungskörper in Kugelkoordinaten durch folgende parametrische Beschreibung darstellen (oder zumindest approximieren):
The angular-axis embodiment with double-edged displacement bodies is mentioned in claims 7, 8 and 9 and shown in FIGS. 7 to 12 and 15. In this embodiment, a spherical section (with the axis intersection as the center) can be represented (or at least approximated) by the displacement bodies in spherical coordinates using the following parametric description:

teta = arccos(sqrt(2/3).cos(beta)),
teta = arccos (sqrt (2/3) .cos (beta)),

phi = beta + arctan(sqrt(2).sin(beta)),
phi = beta + arctan (sqrt (2) .sin (beta)),

wobei teta die geographische Breite auf der Schnittkugeloberfläche beschreibt, phi ist der Längengrad.where teta describes the latitude on the surface of the cut ball, phi is the longitude.

Der Hilfsparameter beta durchläuft den Wertebereich von -45 Grad bis +45 Grad, wodurch phi im Bereich von -90 Grad bis +90 Grad liegt. Für den phi-Wertebereich von +90 Grad bis +270 Grad gilt:
The auxiliary parameter beta runs through the value range from -45 degrees to +45 degrees, whereby phi is in the range from -90 degrees to +90 degrees. The following applies to the phi value range from +90 degrees to +270 degrees:

teta(phi) = teta(phi - 180 Grad).teta (phi) = teta (phi - 180 degrees).

Jeweils drei Verdrängungskörper müssen zusammenwirken, um einen Arbeitsraum zu begrenzen. Die drei Achsen dieser Verdrängungskörper sind rechtwinklig zueinander angeordnet und schneiden sich in einem Punkt. Durch Anreihung von weiteren 1, 2, oder 3 Verdrängungskörpern kann die Zahl der Arbeitsräume auf 2, 4 oder 8 erhöht werden (Anspruch 8). Die Achsen der angereihten Verdrängungskörper liegen jeweils auf einer Linie mit einem der anderen Verdrängungskörper, und zwar symmetrisch zum Achsenschnittpunkt. Mehr als drei Verdrängungskörper können nicht angereiht werden. Da die Anordnung aus sechs Verdrängungskörpern kugelförmig geschlossen ist, muß in diesem Fall das Arbeitsfluid der Hochdruckseite durch axiale Bohrungen durch die Verdrängungskörper geleitet werden.Three displacement bodies must work together to limit a work space. The three axes of these displacement bodies are arranged at right angles to each other and intersect one point. By adding further 1, 2, or 3 displacement bodies, the number of Working spaces can be increased to 2, 4 or 8 (claim 8). The axes of the lined up Displacement bodies are each in line with one of the other displacement bodies, namely symmetrical to the axis intersection. More than three displacement bodies cannot be added. Since the arrangement of six displacement bodies is closed spherically, this must be the case Working fluid of the high pressure side through axial bores through the displacement body.

Die Fig. 15 erläutert den zeitlichen Verlauf des Zusammenwirkens von vier rotierenden Verdrängungs körpern nach Anspruch 8, dargestellt als sphärischer Schnitt mit dem Achsenschnittpunkt als Zentrum. Von einem Teilbild zum in Pfeilrichtung nächsten haben sich alle vier Verdrängungskörper um jeweils 22.5 Grad im Uhrzeigersinn weiter gedreht. Im linken oberen Teilbild ist rechts ein von den Verdrängungskörpern dichtend begrenzter Arbeitsraum zu sehen mit maximal expandierter Querschnittsfläche. Im Verlauf der Drehung der Verdrängungskörper öffnet sich links neben dem ersten Arbeitsraum ein zweiter Arbeitsraum, dessen Querschnittsfläche bis zum Maximalwert wächst (rechtes unteres Teilbild) und dann wieder abnimmt, während die Querschnittsfläche des rechten Arbeitsraumes stetig bis Null abnimmt (rechtes unteres Teilbild) und danach erneut bis zum Maximalwert anwächst. Nachdem die Verdrängungskörper sich um 180 Grad gedreht haben, gleicht die Stellung der Verdrängungskörper wieder der Ausgangsstellung. Die Querschnittsform der Arbeitsräume ähnelt einem sphärischen gleichseitigen Bogendreieck mit konkaven Seiten. Fig. 15 explains the time course of the interaction of four rotating displacement bodies according to claim 8, shown as a spherical section with the axis intersection as the center. From one drawing to the next in the direction of the arrow, all four displacement bodies have rotated clockwise by 22.5 degrees. In the upper left part of the picture on the right is a work space that is delimited by the displacement bodies and has a maximum expanded cross-sectional area. In the course of the rotation of the displacement bodies, a second work space opens to the left of the first work area, the cross-sectional area of which increases to the maximum value (lower right part) and then decreases again, while the cross-sectional area of the right work space steadily decreases to zero (right lower part) and then grows again up to the maximum value. After the displacers have rotated 180 degrees, the position of the displacers resembles the starting position. The cross-sectional shape of the work rooms resembles a spherical equilateral triangle with concave sides.

Wie man in Fig. 15 sehen kann, bleibt der dichtende Abschluß beider Arbeitsräume in allen Winkelstellungen der Verdrängungskörper erhalten. Die Summe der Flächeninhalte des linken und des rechten Arbeitsraumquerschnitts bleibt in allen Winkelstellungen der Verdrängungskörper gleich groß. Das heißt, die beiden Arbeitsräume saugen gegenphasig pulsierend an und stoßen gegenphasig pulsierend aus. Darauf beruht die Möglichkeit des Anspruchs 15, die Fluidansaugrate zeitlich konstant (d. h. nicht pulsierend) zu gestalten. Anders als bei den parallelachsigen Ausführungen ist dies nicht erreichbar, indem man den Verwindungsgrad (Schraubensteigung) im Ein- bzw. Auslaßbereich der Achsenabschnitte der Verdrängungskörper konstant hält. In der gewinkeltachsigen Ausführung muß der Verwindungsgrad im Ein- bzw. Auslaßbereich zum Kugeläußeren hin stark zunehmen um einen konstanten Fluiddurchsatz zu erzielen. As can be seen in Fig. 15, the sealing closure of both working spaces is maintained in all angular positions of the displacement bodies. The sum of the areas of the left and right work area cross-sections remains the same in all angular positions of the displacement bodies. This means that the two workrooms suck in pulsing in opposite phases and expel in pulsing in opposite phases. The possibility of claim 15 is based on this to make the fluid suction rate constant over time (ie not pulsating). In contrast to the parallel-axis versions, this cannot be achieved by keeping the degree of twist (screw pitch) constant in the inlet and outlet area of the axis sections of the displacement bodies. In the angular-axis version, the degree of torsion in the inlet and outlet areas must increase sharply towards the outside of the ball in order to achieve a constant fluid throughput.

Die Spitzen der Bogendreiecke in Fig. 15 entsprechen, dreidimensional betrachtet, den dichtenden schraubenförmig gewundenen Kanten der Verdrängungskörper gemäß den Ansprüchen 1 und 7 und den Fig. 7 bis 10. Die sphärische Querschnittsform der Verdrängungskörper ändert sich über die Achslänge so, daß weiter außen liegende Schnitte durch zentrische Streckung bei gleichzeitiger Drehung um die Rotationsachse aus weiter innen liegenden Querschnitten hervorgehen. Die Verdrängungskörper haben die Form einer zweihäusigen Schraube mit kegelförmig über die Achslänge variierendem Radius und konstanter oder variabler "Gewinde"-Steigung.The tips of the arc triangles in Fig. 15 correspond, as viewed three-dimensionally, the sealing helically wound edges of the displacement body according to claims 1 and 7, and Figs. 7 to 10. The spherical cross-sectional shape of the displacement body varies along the axial length so that more external Cuts through central stretching while rotating around the axis of rotation result from cross-sections lying further inside. The displacement bodies have the shape of a two-headed screw with a cone-shaped radius that varies over the length of the axis and a constant or variable "thread" pitch.

Bei der Drehung der Verdrängungskörper bilden sich periodisch an einem Ende der Verdrängungskörper nach außen geöffnete fluidansaugende Vertiefungen, deren Form zunächst einer dreiseitigen Pyramide mit konkav gewölbten Flächen ähnelt. Im weiteren Verlauf der Drehung schließen sich die Vertiefungen zu Arbeitsräumen, deren Form einer dreiseitigen unsymmetrischen Doppelpyramide mit konkav gewölbten Flächen ähnelt. Die Arbeitsräume wandern bei der Drehung der Verdrängungskörper in axial radialer Richtung. Sofern dies nicht durch einen zum Kugeläußeren hin stark zunehmenden Verwindungsgrad kompensiert wird, wird das Fluid in den Arbeitsräumen stark komprimiert, je weiter diese bei der Drehung der Verdrängungskörper nach innen wandern. Entsprechend wird das Fluid bei umgekehrter Drehrichtung der Verdrängungskörper stark expandiert, je weiter die Arbeitsräume zum Kugeläußeren wandern. Am Auslaßende der Verdrängungskörper öffnen sich schließlich die Arbeitsräume und stoßen ihren Fluidinhalt aus. Anwendungsabhängig können am Einlaßende oder am Auslaßende der Verdrängungskörper dichtende Übergänge zu fluidtransportierenden Einlaß- bzw. Auslaßrohren vorhanden sein (Im Falle der kugelförmig geschlossenen Anordnung aus sechs Verdrängungskörpern muß der dichtende Abschluß auf der Hochdruckseite zwischen dem durchbohrten Achsschaft und einem Rohr erfolgen).When the displacement bodies rotate, the displacement bodies periodically form at one end fluid-absorbing depressions open to the outside, the shape of which is initially a three-sided pyramid with concave surfaces. As the rotation continues, the depressions close to work rooms, the shape of a three-sided asymmetrical double pyramid with concave curved surfaces resembles. The working spaces move axially when the displacement bodies rotate radial direction. Unless this is due to a strongly increasing towards the outside of the sphere The degree of torsion is compensated for, the fluid in the workrooms is strongly compressed the further these migrate inwards when the displacers rotate. Accordingly, the fluid is at Reverse direction of rotation of the displacer greatly expanded, the further the workspaces to Hiking outside of the ball. At the outlet end of the displacers, they finally open Work rooms and expel their fluid content. Depending on the application, at the inlet end or at Outlet ends of the displacer sealing transitions to fluid-transporting inlet or Exhaust pipes are available (in the case of the spherically closed arrangement of six The sealing seal on the high-pressure side must be between the pierced displacement bodies Axle shaft and a tube).

e) Optimizations for non-contact gap seals

Die Arbeitsräume der mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach Anspruch 1 sind durch berührungsfreie Spaltdichtungen abgedichtet, um einen verschleißarmen Betrieb bei hoher Drehzahl zu ermöglichen.The working spaces of the multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1 are through Non-contact gap seals sealed to ensure low-wear operation at high speed enable.

Die von Rotationskörper-Verdrängungsmaschinen mit Spaltdichtungen her bekannten Abdichtungsprobleme sind bei der neuen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine weitgehend entschärft:
The sealing problems known from rotary body displacement machines with gap seals are largely alleviated in the new rotary body displacement machine:

- Due to the possible high speed, the fluid leak rate is in relation to the total Fluid flow rate small.
- If the degree of twist of the displacement body is chosen sufficiently high and several Displacer according to claim 8, 11 or 13 are lined up, several arise in a row switched work rooms and thus sealing gaps connected in series. Fluid that flows through the the first sealing gap has escaped, is not lost unused, but performs in the next Workspace expansion work.
- The sealing gap width increasing manufacturing and adjustment tolerances can self-looping method can be compensated according to claim 3.
- There are no position deviations when the displacement bodies are synchronized through gear play when the movement of the displacer through an electronic Transmission is precisely controlled according to claim 2.
- Since the non-contact bearings according to claim 5 hardly wear mechanically, the sealing gap after a long period of use of the machine, not due to wear-related bearing play enlarged.
- In the angular-axis version according to claims 7 and 8, they are particularly leaky critical sealing gaps on the high pressure side due to the tapering towards the inside of the ball The shape of the displacement body is much shorter than the sealing gap on the low pressure side further out. As a result, the angular-axis design shows high Compression ratio not only compared to the parallel-axis versions described here lower leakage losses, but also compared to multi-axis rotating body Displacement machines of other types, such as. B. screw compressor.

Um die Dichtungsverluste der Spaltdichtungen zu begrenzen, eine hohe Drehzahl/Leistungsdichte zu erzielen und Reibung/Verschleiß zu minimieren sind die in den Ansprüchen 2 bis 5 definierten Optimierungen für die erfolgreiche Nutzung der Innovation wesentlich.To limit the sealing losses of the gap seals, a high speed / power density too achieve and minimize friction / wear are those defined in claims 2 to 5 Optimizations essential for the successful use of the innovation.

Die mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach Anspruch 1 erfordert eine präzise Bewegungssynchronisation der Verdrängungskörper, damit die Körper stets gleichsinnig und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotieren. Aufgrund der schmalen Dichtspaltbreite führen bereits geringste Gleichlaufabweichungen zu ungewollter Berührung/Beschädigung der Verdrängungskörper.The multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1 requires a precise Movement synchronization of the displacement body, so that the body always in the same direction and with the same Rotate angular velocity. Due to the narrow sealing gap width, even the smallest lead Synchronization deviations to unintentional contact / damage to the displacement body.

Die Bewegungssynchronisation der Verdrängungskörper läßt sich mit Hilfe eines Zahnradgetriebes realisieren. Z.B. kann auf jedem Achsschaft ein gleichgroßes Zahnrad angebracht werden. Diese Zahnräder müssen, wegen der gleichsinnigen Drehrichtung der Verdrängungskörper, über Zwischenzahnräder gekoppelt werden.The movement synchronization of the displacement body can be done with the help of a gear transmission realize. E.g. a gear of the same size can be attached to each axle shaft. This Gears must, because of the same direction of rotation of the displacement body Intermediate gears are coupled.

Ein derartiges Zahnradgetriebe neigt bei der gewünschten hohen Drehzahl zu Geräuschentwicklung, Vibrationen und Verschleiß. Der Verschleiß erhöht das ohnehin notwendige Zahnradspiel möglicherweise soweit, daß sich die Verdrängungskörper nach längerer Nutzungszeit der Maschine berühren und abschleifen, wodurch die Leckverluste zunehmen.Such a gear transmission tends to generate noise at the desired high speed, Vibrations and wear. The wear may increase the already necessary gear play to the extent that the displacement bodies touch after a long period of use of the machine and grind off, increasing the leakage losses.

Die Nachteile eines Zahnradgetriebes können durch ein "elektronisches Getriebe" vermieden werden, das die Bewegungssynchronisation der Verdrängungskörper elektromagnetisch regelt (Anspruch 2). Ein elektronisches Getriebe funktioniert z. B. so, daß an den rotierenden Achsschäften der Verdrängungskörper Elektromotoren oder Generatoren und Drehwinkel-Meßvorrichtungen angebracht sind, die mit einer elektronischen Regeleirrichtung verschaltet sind. Die Drehwinkel-Meßvorrichtung überwacht die momentane Winkelstellung der Verdrängungskörper laufend und meldet diese an die Regeleinrichtung, die mit dieser Information Abweichungen von der Sollstellung der Verdrängungskörper korrigiert, indem sie die elektrischen Kenngrößen des Stromes, der die Elektromotoren bzw. Generatoren durchfließt, entsprechend regelt.The disadvantages of a gear transmission can be avoided by an "electronic transmission" that the movement synchronization of the displacement body electromagnetically controls (claim 2). A electronic gear works e.g. B. so that on the rotating axle shafts Displacement body electric motors or generators and angle of rotation measuring devices attached are connected to an electronic control device. The rotation angle measuring device continuously monitors the current angular position of the displacement body and reports it to the Control device that uses this information to deviate from the target position of the displacement body corrected by the electrical parameters of the current of the electric motors or generators flows through, regulates accordingly.

Besonders platzsparend läßt sich die elektromagnetische Bewegungssynchronisation implementieren, wenn die Generatoren bzw. Elektromotoren gemäß Anspruch 4 im Inneren der Verdrängungskörper untergebracht sind. Dadurch verringert sich die Länge der Achsschäfte und die Gefahr von Biegeschwingungen der Achsschäfte, d. h. die kritische Drehzahl erhöht sich. Durch die Verwendung von berührungslosen Spaltdichtungen müssen Schwingungen der Verdrängungskörper unbedingt vermieden werden, damit sich die Verdrängungskörper nicht untereinander berühren.The electromagnetic movement synchronization can be implemented in a particularly space-saving manner, if the generators or electric motors according to claim 4 inside the displacement body are accommodated. This reduces the length of the axle shafts and the risk of Bending vibrations of the axle shafts, d. H. the critical speed increases. By the use of Contactless gap seals must absolutely avoid vibrations of the displacement body so that the displacement bodies do not touch each other.

Insbesondere bei Anwendungen, bei denen ein höchstmöglicher Wirkungsgrad erzielt werden soll, kommt der maßgenauen Fertigung der Rotationskörper-Verdrängungsmaschine eine Schlüsselrolle zu, da bereits relativ kleine Verbreiterungen des Dichtspalts zu beträchtlichen Leckverlusten führen können. Neben den bekannten spanabhebenden Bearbeitungsverfahren (z. B. Schleifen, Fräsen) könnte sich insbesondere bei keramischen Werkstoffen das in Halbleiterindustrie angewandte Ionenstrahlätzen bewähren. Zur laufenden Geometriekontrolle während und nach der Fertigung eignet sich die Laser-Interferometrie.Especially in applications where the highest possible efficiency is to be achieved the precise manufacture of the rotary body displacement machine plays a key role, as it already does relatively small widening of the sealing gap can lead to considerable leakage losses. In addition to the Known machining processes (e.g. grinding, milling) could be particularly useful for ceramic materials have proven the ion beam etching used in the semiconductor industry. For Laser interferometry is suitable for ongoing geometry control during and after production.

Durch die auf die Verdrängungskörper einwirkenden Fliehkräfte, die im Betrieb erfolgende Erwärmung und damit Wärmeausdehnung der Bauteile und wegen der Verformung durch den Fluiddruck weicht die berechnete Idealform der Verdrängungskörper von der Formgebung ab, die unter Fertigungsbedingungen erzielt werden soll. Diese Störfaktoren lassen sich durch Computersimulation (Finite-Elemente- Berechnung) im Voraus berechnen und in die Steuerung der Werkzeugmaschinen mit einbeziehen.Due to the centrifugal forces acting on the displacement body, the heating that occurs during operation and thus thermal expansion of the components and because of the deformation caused by the fluid pressure gives way calculated ideal shape of the displacement body from the shape, which under manufacturing conditions should be achieved. These disruptive factors can be solved by computer simulation (finite element Calculation) calculate in advance and include in the control of the machine tools.

Ein vermutlich wirtschaftlicherer Ansatz, um die Geometrieabweichungen der Verdrängungskörper zu minimieren, ist in Anspruch 3 beschrieben. Dabei erfolgt die Endbearbeitung der Verdrängungskörper erst durch den Betrieb der fertig montierten Maschine, indem die Kanten der Verdrängungskörper die mit einem leicht abschleifbaren Material beschichteten Seitenflächen der Nachbar-Verdrängungskörper auf Sollmaß abschleifen. Anstatt oder zusätzlich zu einer vorgefertigten Beschichtung der Verdrängungskörper können im Fluid suspendierte haftfähige Partikel (Aerosole, Suspensionen, Emulsionen, Staub, Nebel, oder Mischungen aus solchen), in die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine eingebracht werden, die sich an den Seitenwänden der Verdrängungskörper niederschlagen, sofern sie nicht gleich wieder durch die Kanten des Nachbarkolbens abgestreift werden. Im Laufe der Zeit verringert sich dadurch die Dichtspaltbreite selbständig in gewünschter Weise und die Leckverluste werden begrenzt. A probably more economical approach to the geometry deviations of the displacement bodies minimize is described in claim 3. The displacement bodies are then finished only by operating the fully assembled machine by using the edges of the displacers side surfaces of the neighboring displacement bodies are coated with an easily abradable material Grind the nominal size. Instead of or in addition to a prefabricated coating of the Displacement bodies can contain adhesive particles suspended in the fluid (aerosols, suspensions, Emulsions, dust, mist, or mixtures of such) into the rotary body displacement machine be introduced, which are reflected on the side walls of the displacement body, if they not be stripped off immediately by the edges of the adjacent bulb. Over time this automatically reduces the sealing gap width in the desired manner and the leakage losses are limited.

Aufgrund der möglichen hohen Drehzahl der mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine und den hohen Genauigkeitsanforderungen der Dichtspalte ist eine präzise und verschleißarme Lagerung der Verdrängungskörper sehr wichtig. Gegenüber den üblichen Techniken wie Kugel-, Wälz- und Gleitlager (die natürlich auch auf die neue Verdrängungsmaschine anwendbar sind) gewährleistet eine Lagerung der Verdrängungskörper durch Fluiddruck nach Anspruch 5 und Fig. 16 bis 18, daß die Verdrängungskörper berührungsfrei gelagert sind, indem Fluiddruck nach dem Luftkissenprinzip oder dem Staudruckprinzip Lagerungskräfte auf die Verdrängungskörper ausübt. Der Fluiddruck kann dabei von der Hochdruckseite des Arbeitsfluids abgezweigt werden oder durch die Bewegung der Verdrängungskörper im Lager selbst erzeugt werden. Das Lager wird vorzugsweise aus einem gleitfähigen Lagermaterial gefertigt damit in Betriebszuständen, in denen kein Fluiddruck vorhanden ist, der Achsschaft sicher im Lager "landen" kann ohne zu fressen.Due to the possible high speed of the multi-axis rotary body displacement machine and the high accuracy requirements of the sealing gaps, a precise and low-wear bearing of the displacement bodies is very important. Compared to the usual techniques such as ball, roller and slide bearings (which can of course also be applied to the new displacement machine), the displacement bodies are supported by fluid pressure according to claim 5 and FIGS . 16 to 18, so that the displacement bodies are mounted in a contact-free manner by reducing the fluid pressure the air cushion principle or the dynamic pressure principle exerts bearing forces on the displacement body. The fluid pressure can be branched off from the high-pressure side of the working fluid or generated by the movement of the displacement bodies in the bearing itself. The bearing is preferably made of a slidable bearing material so that in operating states in which there is no fluid pressure, the axle shaft can "land" safely in the bearing without eating.

Die Funktionsweise eines Fluiddrucklagers nach dem Luftkissenprinzip ist in Fig. 16 am Beispiel eines Radiallagers dargestellt. Die Figur ist der Deutlichkeit halber nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Unter hohem Druck stehendes Fluid wird durch feine Düsen, die den Durchfluß begrenzen, in napfförmige Verbreiterungen des Lagerspaltes gepreßt. Das Fluid entweicht über die als Dichtspalt ausgeführten Rander der Näpfe durch den Lagerspalt und wird durch breitere Kanäle zur Niederdruckseite abgeführt. Die lagernde Wirkung kommt dadurch zustande, daß die vom Fluiddruck auf den Achsschaft ausgeübten Kräfte stark von der Position des Achsschaftes relativ zum Lager abhängt. Entfernt sich der Achsschaft von einem Lagernapf, so kann das Fluidkissen fast ungehindert aus dem Napf entweichen während der Fluidzustrom durch die Düsen gedrosselt ist. In Folge verringert sich der Druck in diesem Napf. Gleichzeitig verringert sich die Dichtspaltbreite im gegenüberliegenden Napf, so daß der dort ansteigende Druck eine rücktreibende Kraft auf den Achsschaft ausübt.The operation of a fluid pressure bearing according to the air cushion principle is shown in FIG. 16 using the example of a radial bearing. The figure is not drawn to scale for the sake of clarity. Fluid under high pressure is pressed through fine nozzles, which limit the flow, into cup-shaped widenings of the bearing gap. The fluid escapes through the bearing gap via the edges of the cups, which are designed as a sealing gap, and is discharged through wider channels to the low-pressure side. The bearing effect is due to the fact that the forces exerted by the fluid pressure on the axle shaft strongly depend on the position of the axle shaft relative to the bearing. If the axle shaft moves away from a bearing cup, the fluid cushion can escape from the cup almost unhindered while the fluid flow through the nozzles is restricted. As a result, the pressure in this bowl decreases. At the same time, the width of the sealing gap in the opposite cup is reduced, so that the pressure rising there exerts a pushing-back force on the axle shaft.

Die Funktionsweise eines Fluiddrucklagers nach dem Staudruckprinzip ist in den Fig. 17 und 18 dargestellt. Die Figuren sind der Deutlichkeit halber nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Das Lager ist durch feine Gräben strukturiert, an die sich schiefe Ebenen anschließen, die dem Lagerspalt eine flache periodische Keilform verleihen. Bedingt durch Reibungsvorgänge im Fluid reißt der sich bewegende Achsschaft das Fluid in Bewegungsrichtung mit. Dadurch baut sich ein Staudruck in den Lagerspaltkeilen auf, der stark von der Lagerspaltbreite abhängt. Bei verringerter Lagerspaltbreite erhöht sich der Staudruck und es entsteht eine lagernde rücktreibende Kraft. Sind die Gräben schräg zur Bewegungsrichtung gestellt, so tritt zusätzlich eine spaltbreitenabhängige Pumpwirkung auf, die das Fluid entlang der Gräben fördert. In Fig. 17 wird auf diese Weise Fluid zur abgedichteten Lagermitte getrieben, das dort zusätzliche lagernde Druckkräfte erzeugt. Die Lagermitte kann als Gleitlager ausgeführt sein, um die axialen Lagerkräfte aufzufangen, solange die Drehzahl zu niedrig ist, um den Achsschaft "fliegen" zu lassen.The operation of a fluid pressure bearing according to the dynamic pressure principle is shown in FIGS . 17 and 18. For the sake of clarity, the figures have not been drawn to scale. The bearing is structured by fine trenches, which are followed by inclined planes that give the bearing gap a flat, periodic wedge shape. Due to friction processes in the fluid, the moving axle shaft entrains the fluid in the direction of movement. As a result, a dynamic pressure builds up in the bearing gap wedges, which depends strongly on the width of the bearing gap. If the width of the bearing gap is reduced, the dynamic pressure increases and a restoring driving force is created. If the trenches are set at an angle to the direction of movement, a pumping effect which is dependent on the gap width additionally occurs and which conveys the fluid along the trenches. In this way, fluid is driven to the sealed center of the bearing in FIG. 17, which generates additional bearing compressive forces there. The center of the bearing can be designed as a plain bearing to absorb the axial bearing forces as long as the speed is too low to "fly" the axle shaft.

Beide Funktionsprinzipien, Staudruck und Luftkissen, lassen sich bei entsprechender Ausgestaltung sowohl auf axiale als auch auf radiale Lager anwenden. Das Luftkissenprinzip arbeitet drehzahl- und drehrichtungsunabhängig, erfordert jedoch eine externe Fluidquelle. Das Staudruckprinzip ist selbstversorgend; die lagernde Wirkung setzt jedoch erst bei hohen Drehzahlen ein. Diese Prinzipien lassen sich auch in Kombination miteinander verwenden, weshalb Anspruch 5 keinen Unterschied macht, wie der Fluiddruck erzeugt wird.Both functional principles, dynamic pressure and air cushions, can be designed accordingly Apply to both axial and radial bearings. The air cushion principle works both speed and Independent of the direction of rotation, but requires an external fluid source. The dynamic pressure principle is self-sufficient; however, the bearing effect only begins at high speeds. These principles can also be used in combination with one another, which is why claim 5 makes no difference, how the fluid pressure is generated.

Als weitere Alternative nennt Anspruch 5 die elektromagnetische Lagerung. Diese arbeitet analog einer Magnetschwebebahn, d. h. ein Elektromagnet wird durch eine Regelelektronik so angesteuert, daß dieser lagernde Kräfte auf die Verdrängungskörper ausübt. Abweichungen von der Sollage der Verdrängungskörper werden mit einer Meßvorrichtung erfaßt und über die Regeleinrichtung ausgeglichen. Mit einer elektromagnetischen Lagerung läßt sich die Dichtspaltgeometrie einfach justieren, indem die Sollage der Verdrängungskörper auf elektronischem Wege verstellt wird.Claim 5 mentions electromagnetic storage as a further alternative. This works analogously to one Magnetic levitation, d. H. an electromagnet is controlled by control electronics so that it exerting bearing forces on the displacement body. Deviations from the target position of the Displacers are detected with a measuring device and via the control device balanced. With an electromagnetic bearing, the sealing gap geometry is easy adjust by electronically adjusting the target position of the displacement body.

Besonders interessant ist die Kombination der Ansprüche 4 und 5, indem der Spalt zwischen den Verdrängungskörpern als Außenläufer und dem Ständer der Motoren bzw. Generatoren zugleich den Lagerspalt darstellt, wobei die Lagerung sowohl durch Fluiddruck als auch elektromagnetisch erfolgen kann. Im letzteren Fall werden die Wicklungen des Motors bzw. Generators so gestaltet und angesteuert, daß sie lagernde axiale und radiale Kräfte auf den Verdrängungskörper ausüben kann. The combination of claims 4 and 5 is particularly interesting, in that the gap between the Displacement bodies as the external rotor and the stator of the motors or generators at the same time Bearing gap represents, the storage take place both by fluid pressure and electromagnetically can. In the latter case, the windings of the motor or generator are designed and controlled that it can exert bearing axial and radial forces on the displacement body.

In der kugelförmig geschlossene Ausführung mit sechs Verdrängungskörpern nach Anspruch 8 übt der Druck des Arbeitsfluids keine radialen Kräfte auf das Lager aus. Die Radiallager können dadurch klein dimensioniert werden.In the spherically closed version with six displacement bodies according to claim 8, the Pressure of the working fluid no radial forces on the bearing. The radial bearings can be small be dimensioned.

In dieser Ausführungsart lastet jedoch der Druck des Arbeitsfluids voll auf den Axiallagern. Ungünstigerweise gibt es dabei eine dynamische Instabilität zu beachten: Bewegt sich ein Verdrängungskörper axial von seiner Sollage weg auf das Lager zu, so vergrößert sich der Leckverlust in allen betroffenen Arbeitsräumen. Dabei entsteht in den äußeren Arbeitsräumen netto ein Zustrom von Fluid, da der von innen hinzukommende Leckstrom größer als der nach außen entweichende ist. Folglich vergrößern sich die axialen Druckkräfte auf das Lager, was tendenziell die Abweichung von der Sollage vergrößert. Dieser Rückkopplungseffekt wirkt sich besonders stark bei kleineren Drehzahlen aus.In this embodiment, however, the pressure of the working fluid is fully loaded on the thrust bearings. Unfortunately, there is dynamic instability to consider: move in Displacement body axially away from its target position towards the bearing, so the leakage loss increases all affected workrooms. This creates a net inflow of in the outer work rooms Fluid because the leakage current coming from inside is greater than the leakage current escaping to the outside. Hence the axial compressive forces on the bearing increase, which tends to deviate from the target position enlarged. This feedback effect has a particularly strong effect at lower speeds.

Damit die beschriebene dynamische Instabilität nicht zu axialen Schwingungen der Verdrängungskörper führt, müssen die Axiallager in einem sehr biegesteifen Rahmen bzw. Gehäuse montiert sein und die Lager müssen (besonders schwierig bei Fluiddrucklagern) eine sehr geringe Nachgiebigkeit haben. Physikalisch ausgedrückt, muß die (negative) Federkonstante der Arbeitsräume absolut kleiner sein als die (positive) Federkonstante des Lagers.So that the described dynamic instability does not lead to axial vibrations of the displacement bodies leads, the thrust bearings must be mounted in a very rigid frame or housing and the Bearings must (particularly difficult with fluid pressure bearings) have a very low flexibility. In physical terms, the (negative) spring constant of the work area must be absolutely less than the (positive) spring constant of the bearing.

f) Further design options

Die Form und Ausführung der Verdrängungskörper-Achsschäfte, das Maschinengehäuse, die an den Achsschäften angebrachten Motoren, Generatoren und Getriebe (falls vorhanden) und die dichtenden Übergänge (z. B. Labyrinthdichtungen) zwischen den Verdrängungskörper und den Einlaßrohren, Auslaßrohren und/oder Achsschäften sind in weiten Bereichen frei gestaltbar und werden deshalb an dieser Stelle nicht beschrieben und in den Zeichnungen nicht dargestellt.The shape and design of the displacer shaft, the machine housing attached to the Axle shafts attached motors, generators and gearboxes (if available) and the sealing Transitions (e.g. labyrinth seals) between the displacement body and the inlet pipes, Outlet pipes and / or axle shafts can be freely designed in a wide range and are therefore on not described here and not shown in the drawings.

Das aus dem Turbinenbau bekannte Prinzip der Ausgleichskolben und der zweiflutigen Anordnung kann für die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine genutzt werden, um die axial auf die Verdrängungskörper einwirkenden Kräfte zu kompensieren, d. h. nicht auf die Lager zu übertragen.The principle of compensating pistons and the double-flow arrangement known from turbine construction can for the rotary body displacement machine to be used axially on the displacement body to compensate for acting forces, d. H. not transferable to the camp.

Paart man gemäß Anspruch 14 durch Aneinanderreihung einer geeigneten Zahl von Verdrängungskörpern jeweils gegenphasig ansaugende bzw. ausstoßende Arbeitsräume, wird das Pulsieren der Fluiddurchsatzrate stark verringert oder gemäß Anspruch 15 sogar behoben.One pairs according to claim 14 by lining up a suitable number of displacement bodies work rooms sucking in or discharging in phase opposition, the pulsation of the Fluid throughput rate greatly reduced or even eliminated according to claim 15.

Die Optimierungen nach den Ansprüchen 15 und 16 geschehen am besten anhand des Drei-Zonen- Verfahrens. Die Einlaßzone ist derjenige Achsenabschnitt der Verdrängungskörper, innerhalb dessen die Arbeitsräume zeitweilig zum Fluideinlaß hin geöffnet sind. Entsprechend stehen die Arbeitsräume innerhalb der Auslaßzone zeitweilig mit dem Fluidauslaß in Verbindung. Die Arbeitsräume in dem dazwischen liegenden Achsenabschnitt stehen nie nach außen hin offen. Diese Zone ist die Kompressions- bzw. Expansionszone.The optimizations according to claims 15 and 16 are best done using the three-zone Procedure. The inlet zone is the intercept of the displacement body within which the Workrooms are temporarily open to the fluid inlet. The work rooms are positioned accordingly temporarily communicating with the fluid outlet within the outlet zone. The workrooms in the intermediate axis section are never open to the outside. This zone is the Compression or expansion zone.

Soll nach Anspruch 15 dafür gesorgt werden, daß die Fluidansaugrate zeitlich konstant und vom Drehwinkel unabhängig ist, so betrifft dies ausschließlich die Gestaltung des Verdrängungskörper- Verwindungsgrads in der Einlaßzone. Entsprechend läßt sich durch Optimierung des Verwindungsgrads in der Auslaßzone erreichen, daß die Fluidausstoßrate zeitlich konstant wird. Als Randbedingung geht ein, daß das Verhältnis zwischen dem mittleren Verwindungsgrad der Auslaßzone und dem mittleren Verwindungsgrad der Einlaßzone durch das gewünschte innere Verdichtungsverhältnis vorgegeben ist.Should be ensured according to claim 15 that the fluid intake rate constant over time and from Angle of rotation is independent, this only affects the design of the displacement body Degree of torsion in the inlet zone. Accordingly, by optimizing the degree of twist achieve in the outlet zone that the fluid ejection rate becomes constant over time. As a boundary condition that the ratio between the mean torsion of the outlet zone and the mean The degree of torsion of the inlet zone is predetermined by the desired internal compression ratio.

Soll nun nach Anspruch 16 zusätzlich erreicht werden, daß das auf die Achsschäfte ausgeübte Drehmoment zeitlich konstant und vom Drehwinkel unabhängig ist, so ist der Verwindungsgrad der Verdrängungskörper innerhalb der Kompressions- bzw. Expansionszone zu optimieren, nachdem die Einlaß- und die Auslaßzone bereits festliegen. Die Optimierungen werden am besten mit der Evolutionsmethode von Versuch und Irrtum computerunterstützt durchgeführt, so daß die Auswirkung jeder Änderung auf die Maschinenkenndaten sofort überprüft werden kann.Now should be achieved according to claim 16 in addition that that exerted on the axle shafts Torque is constant over time and is independent of the angle of rotation, so is the degree of twist To optimize displacers within the compression or expansion zone after the The inlet and outlet zones are already fixed. The optimizations are best done with the Evolutionary method of trial and error carried out computer-aided, so the impact every change to the machine's characteristic data can be checked immediately.

Nach Anspruch 9 kann der mittlere freie Raum, der um die Achsenschnittpunkte einer geschlossenen Anordnung von sechs Verdrängungskörpern liegt, als Brennraum einer Wärmekraftmaschine mit kontinuierlicher Verbrennung genutzt werden. Treibstoff und Oxidationsmittel werden in diesem Fall durch Bohrungen durch die Verdrängungskörper zugeführt, wobei der Treibstoff und das Oxidationsmittel vor ihrer Verbrennung zur Kühlung der Verdrängungskörper genutzt werden können und sich dabei nützlicherweise vorwärmen. According to claim 9, the mean free space around the axis intersection of a closed Arrangement of six displacement bodies lies as a combustion chamber of a heat engine continuous combustion. Fuel and oxidizer are used in this case supplied through holes through the displacement body, the fuel and the Oxidizing agents can be used to cool the displacement bodies before they are burned and preheat usefully.

Da die sich periodisch bildenden Einlaß- und Auslaßöffnungen zwischen den Verdrängungskörpern zeitlich in ihrem Querschnitt fluktuieren, kann es Probleme bereiten, einen strömungsgünstigen und dichtenden Übergang zu den Einlaß- bzw. Auslaßstutzen zu bilden. Nach Anspruch 17 kann jedoch die Querschnittsform der Verdrängungskörper im Einlaßbereich und/oder Auslaßbereich stetig in eine kreisrunde Form übergeführt werden, um für einen strömungsgünstigen dichtenden Übergang zum Ein- bzw. Auslaßstutzen eine zeitlich nicht fluktuierende Öffnung zu bilden. Zu diesem Zweck wird die eckige Querschnittform der Verdrängungskörper zum Ende hin mehr und mehr abgerundet; gleichzeitig werden die Seitenflächen immer stärker nach außen gewölbt, so daß der dichtende Abschluß zwischen benachbarten Verdrängungskörpern erhalten bleibt.Since the periodically formed inlet and outlet openings between the displacers fluctuating in time in their cross section, it can cause problems, a streamlined and to form a sealing transition to the inlet and outlet ports. However, according to claim 17 Cross-sectional shape of the displacement body in the inlet area and / or outlet area continuously into a circular shape can be converted in order to ensure a fluid and sealing transition to the to form an opening which does not fluctuate in time. For this purpose, the square Cross-sectional shape of the displacement body more and more rounded towards the end; become at the same time the side surfaces curved more and more outwards, so that the sealing closure between neighboring displacement bodies is preserved.

Die mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine kann nach Anspruch 18 auch als Tieftonlautsprecher genutzt werden. Die sich hin und her drehenden Verdrängungskörper bilden dabei eine virtuelle Membran mit potentiell unbegrenztem Hub. Für diese Anwendung eignet sich die parallelachsige Ausführung mit konstantem Verwindungsgrad der Verdrängungskörper besonders gut. Die Verdrängungskörper arbeiten auf einer Seite gegen ein vollständig oder teilweise geschlossenes Volumen (Lautsprecherbox) und emittieren auf der anderen Seite Schall ins Freie. Mit Hilfe einer Ansteuerelektronik und Elektromotoren, die die Amplitudenwerte eines ansteuernden Tonsignals in eine dazu proportionale Winkelbeschleunigung der Verdrängungskörper umsetzen, wird die Anordnung zur Schallerzeugung genutzt. Der Durchmesser der Verdrängungskörper und das Volumen der Lautsprecherbox können ohne akustische Nachteile sehr viel kleiner ausgeführt werden, als die Abmessungen gewöhnlicher Tieftonlautsprecher. Wird eine mehrachsige Rotationskörper- Verdrängungsmaschine nach Anspruch 14 z. B. zur Belüftung eines Personal Computers benötigt, so kann sie bei entsprechender Ansteuerung gleichzeitig Lautsprecherfunktionen mit übernehmen, wobei der Innenraum des Computers als Lautsprecherbox arbeitet.The multi-axis rotary body displacement machine can also according to claim 18 Woofer are used. The displacement bodies rotating back and forth form a virtual membrane with a potentially unlimited stroke. The is suitable for this application parallel-axis version with constant twist of the displacement body is particularly good. The displacers work on one side against a completely or partially closed one Volume (loudspeaker box) and on the other hand emit sound outside. With the help of a Control electronics and electric motors that convert the amplitude values of a driving sound signal into a to implement proportional angular acceleration of the displacement body, the arrangement for Sound generation used. The diameter of the sinker and the volume of the Loudspeakers can be made much smaller than that without acoustic disadvantages Dimensions of ordinary woofers. If a multi-axis rotating body Displacement machine according to claim 14 z. B. needed for ventilation of a personal computer, so can they take over loudspeaker functions at the same time with appropriate control, the Interior of the computer works as a speaker box.

Die Ansprüche 19 und 20 benennen die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten der neuen mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine. Dies schließt für Verdrängungsmaschinen typische Anwendungen wie Wärmekraftmaschinen implizit ein; ebenso für Verdrängungsmaschinen untypische Anwendungen wie Ventilatoren, Windkraftwerke, etc. Der hohe Durchsatz und die Geräuscharmut der neuen Maschine erschließen ihr nach Anspruch 21 Anwendungsfelder, bei denen der Rückstoß des aus der Verdrängungsmaschine austretenden Fluids technisch genutzt wird. Der Rückstoß kann z. B. für den Auftrieb oder Vortrieb eines Luftfahrzeuges oder Schiffes genutzt werden.Claims 19 and 20 specify the versatile application possibilities of the new multi-axis Rotary body extrusion machine. This includes typical for displacement machines Applications such as heat engines implicitly; likewise atypical for displacement machines Applications such as fans, wind power plants, etc. The high throughput and low noise of the new machine open up according to claim 21 fields of application in which the recoil of the the fluid exiting the displacement machine is used technically. The recoil can e.g. B. for the Buoyancy or propulsion of an aircraft or ship can be used.

Wirtschaftlich interessant ist die Möglichkeit nach Anspruch 22 das Bauvolumen (und damit die Kosten) von Kühlkörpern bzw. Wärmetauschern dadurch zu reduzieren, daß eine mehrachsige Rotationskörper- Verdrängungsmaschine zum Pumpen der zur Wärmeübertragung verwendeten Fluide durch den Wärmetauscher bzw. den Kühlkörper genutzt wird. Dies läßt sich mit den bisherigen Strömungs- und Verdrängungsmaschinen nicht auf geräuscharme Weise mit hohem Wirkungsgrad realisieren. Durch die neue Maschine wird es möglich, Kühlluft durch relativ enge Kanäle zwangszuführen um z. B. die heißen Stellen einer elektronischen Baugruppe platzsparend, geräuscharm und gezielt mit niedrigem Energieverbrauch zu kühlen. Economically interesting is the possibility according to claim 22, the construction volume (and thus the costs) of heat sinks or heat exchangers in that a multi-axis rotary body Displacement machine for pumping the fluids used for heat transfer through the Heat exchanger or the heat sink is used. This can be done with the previous flow and Do not implement displacement machines in a low-noise manner with high efficiency. Through the new machine, it is possible to force cooling air through relatively narrow channels to z. B. the hot ones Place an electronic assembly space-saving, low-noise and targeted with low To cool energy consumption.

Achieved advantages

Alle beweglichen Teile der neuen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine drehen sich zentrisch um feststehende Achsen. Aufgrund der symmetrischen Formgebung aller Teile bewegen sich diese unwuchtfrei. Deshalb treten beim Betrieb praktisch keine oszillierenden Massenkräfte auf.All moving parts of the new rotary body displacement machine turn centered fixed axes. Due to the symmetrical shape of all parts, they move unbalanced. Therefore, practically no oscillating mass forces occur during operation.

Durch Optimierung des Verwindungsgrads nach Ansprüchen 15 und 16 kann erreicht werden, daß das Fluid die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine mit konstanter Durchsatz:rate durchströmt, und daß das Drehmoment zeitlich konstant ist. Dies minimiert die Schallemission durch Auspuffgeräusche und die Vibrationen.By optimizing the degree of twist according to claims 15 and 16 it can be achieved that the Fluid flows through the rotary body displacement machine with constant throughput: rate, and that the Torque is constant over time. This minimizes the noise emissions caused by exhaust noise and Vibrations.

Da die Verdrängungskörper eine kompakte Form haben und das Fluid weniger turbulent als bei einer Strömungsmaschine fließen kann, neigt die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine kaum zu strömungsbedingter Schwingungserregung. Auch der von Turbinen her bekannte Lochsirenen-Effekt tritt nicht auf.Because the displacers have a compact shape and the fluid is less turbulent than one Fluid machine can flow, the rotary body displacement machine hardly tends to flow-related vibration excitation. The hole siren effect known from turbines also occurs not on.

Bei entsprechend sorgfältiger Ausführung wird die Laufruhe der neuen Rotationskörper- Verdrängungsmaschine daher die Laufruhe aller bisher bekannten Strömungs- und Verdrängungsmaschinen übertreffen.With appropriate care, the smoothness of the new rotating body Displacement machine therefore the smoothness of all previously known flow and Exceed displacement machines.

Insbesondere in Verbindung mit einem elektronischen Getriebe nach Anspruch 2 ermöglicht die neue Rotationskörper-Verdrängungsmaschine eine einfache Bauweise mit nur wenigen beweglichen Teilen. Bei Einsatz von berührungsfreien Lagern ist keine Schmierung (Ölkreislauf) erforderlich. Eine weitere Vereinfachung des Aufbaus entsteht, wenn die mit dem Fluid der Hochdruckseite in Verbindung stehenden Teile aus wärmefestem Material (z. B. Keramik) gefertigt sind, da dann auf eine Kühlung verzichtet werden kann. Durch den ventillosen Aufbau der Maschine ist keine Ventilsteuerung erforderlich.In particular in connection with an electronic transmission according to claim 2, the new Rotary body displacement machine a simple design with only a few moving parts. No lubrication (oil circuit) is required when using non-contact bearings. Another Simplification of the structure occurs when the fluid is connected to the high pressure side standing parts are made of heat-resistant material (e.g. ceramic), because then on cooling can be dispensed with. Due to the valveless construction of the machine, there is no valve control required.

Bei der gewinkeltachsigen Ausführung sind die am höchsten druck- und temperaturbelasteten Teile der Verdrängungskörper klein und liegen achsnah. Somit sind sie der Fliehkraft weniger stark ausgesetzt, als die Schaufelkränze einer Turbine.In the case of the angled-axis version, the parts that are subjected to the highest pressure and temperature are the Displacement bodies are small and close to the axis. They are less exposed to centrifugal force than the blade rings of a turbine.

Aufgrund ihres einfachen Aufbaus ist die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine klein und leicht bezogen auf die Leistung. Ihre hohe Laufruhe und die berührungslose Arbeitsraumabdichtung erlauben den Betrieb bei Drehzahlen bis nahe an der Fliehkraftgrenze. Dadurch übertrifft die Leistung der neuen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine bei gegebener Größe oder gegebenem Gewicht die Leistung der bisher bekannten Verdrängungsmaschinen deutlich. Modellrechnungen zu Folge kann die Leistungsdichte mehr als 200 Megawatt pro Kubikmeter erreichen inklusive Maschinengehäuse und Achslager.Because of its simple construction, the rotary body displacement machine is small and light based on performance. Their smooth running and the contactless sealing of the work area allow operation at speeds close to the centrifugal force limit. This outperforms the new one Rotary body displacement machine the performance of the given size or weight known displacement machines clearly. The power density can result from model calculations Reach more than 200 megawatts per cubic meter including the machine housing and axle bearing.

Die neue Rotationskörper-Verdrängungsmaschine kann problemlos (d. h. ohne Nachteile für den Wirkungsgrad) in ihrer Laufrichtung umgekehrt werden. Z.B. kann die Rotationskörper- Verdrängungsmaschine wechselweise mechanische Arbeit als potentielle Energie (Fluiddruck) speichern und bei Bedarf durch Laufumkehr wieder in mechanische Energie zurück verwandeln (Pumpspeicherwerk).The new rotary body displacement machine can easily (i.e. without disadvantages for the Efficiency) are reversed in their running direction. E.g. can the rotating body The displacement machine alternately stores mechanical work as potential energy (fluid pressure) and convert it back into mechanical energy if necessary by reversing the barrel (Pumped storage plant).

In Kombination mit einem elektronischen Getriebe (Anspruch 2), berührungsfreien Dichtungen und einem berührungsfreien Lager ergibt sich ein Aufbau, der frei von Verschleiß durch Abrieb ist und daher eine hohe Haltbarkeit aufweist.In combination with an electronic gear (claim 2), non-contact seals and A non-contact bearing results in a structure that is free from wear due to abrasion and therefore has a high durability.

Die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine neigt zur Selbstreinigung, d. h. mit dem Arbeitsmedium eingebrachte Schmutzpartikel, die auf den Verdrängungskörpern haften, werden durch die Bewegung der Verdrängungskörper wieder abgestreift und ausgeworfen. Die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine ist dadurch praktisch wartungsfrei. The rotary body displacement machine tends to self-clean, i.e. H. with the working medium introduced dirt particles, which adhere to the displacers, are caused by the movement of the The displacement body is stripped again and ejected. The rotary body extrusion machine is therefore practically maintenance-free.

Der zu erwartende Wirkungsgrad der Rotationskörper-Verdrängungsmaschine ist in einem weiten Drehzahl-, Last- und Leistungsbereich höher als bei den bisher bekannten Strömungs- und Verbrennungsmaschinen. Das hat folgende Gründe:
The expected efficiency of the rotary body displacement machine is higher in a wide speed, load and power range than with the previously known flow and combustion machines. The reasons are as follows:

- The energy conversion does not take place according to the flow principle but according to the Principle of displacement. The fluid is accelerated and swirled less so that the Flow losses are lower than in a turbomachine.
- The compression ratio can be chosen to be very high (more than 50: 1 with a single stage).
- When using the rotary body displacement machine as an internal combustion engine, this can Combustion gas can be expanded to ambient pressure (unlike today usual piston engines).
- The compact, smooth shape of the displacement body is very suitable for the use of Ceramic materials. This allows operation at high temperatures on the high pressure side, what improves the thermodynamic efficiency.
- The rotary body displacement machine comes because of the missing piston ring lubrication lighter without cooling. As a result, hardly any heat is extracted from the hot gas by heat conduction.
- With a suitable design (see above) the solid friction (and / or the Eliminate liquid friction with oil lubrication).
- Due to its continuous fluid throughput, the rotating body is suitable Displacement machine particularly good for combination with a magnetohydrodynamic (MHD) generator to generate additional energy from the hot gas.

Modellrechnungen zu Folge können die Energieverluste aufgrund der Fluidlecks der Spaltdichtungen mit vernünftigem Fertigungsaufwand kleiner als 2% gehalten werden bei mechanischen Ausgangsleistungen größer als 5 Megawatt.According to model calculations, the energy losses due to the fluid leaks in the gap seals can also reasonable manufacturing costs are kept below 2% with mechanical output larger than 5 megawatts.

Die neue Rotationskörper-Verdrängungsmaschine kann als schadstoffarmer Verbrennungsmotor mit kontinuierlicher innerer (siehe Anspruch 9) oder äußerer Verbrennung eingesetzt werden. Die Verringerung des Schadstoffausstoßes wird wie folgt erreicht:
The new rotary body displacement machine can be used as a low-pollution internal combustion engine with continuous internal (see claim 9) or external combustion. The reduction in pollutant emissions is achieved as follows:

- The emission of carbon dioxide and other substances is clear in relation to the energy generated reduced due to the higher efficiency.
- The continuous combustion (especially with external combustion) leaves the Combustion gas has more time to reach chemical equilibrium. This will decrease the proportion of partially burned pollutants (carbon monoxide, soot and partially burned Hydrocarbons).
- The temperature curve of the combustion process is better due to low nitrogen oxide emissions optimize, since rapid combustion (unlike the piston engine) is not important.

Die neue Rotationskörper-Verdrängungsmaschine kann durch die Formgebung und Anordnung der Verdrängungskörper in einem sehr weiten Bereich an das von der Anwendung benötigte Druckverhältnis angepaßt werden. Besonders die kugelförmig geschlossene Ausführung aus sechs senkrecht zueinander rotierenden Verdrängungskörpern (siehe Fig. 9) eignet sich für sehr hohe Verdichtungsverhältnisse (bis über 50 : 1). Die parallelachsigen Bauarten (Fig. 1 und 4) sind dagegen für Flüssigkeiten bzw. kleinere Verdichtungsverhältnisse (1 : 1 bis ca. 1 : 10) geeignet.The new rotary body displacement machine can be adapted in a very wide range to the pressure ratio required by the application due to the shape and arrangement of the displacement bodies. The spherically closed design, consisting of six displacement bodies rotating perpendicular to one another (see FIG. 9), is particularly suitable for very high compression ratios (up to over 50: 1). The parallel-axis types ( Fig. 1 and 4), however, are suitable for liquids or smaller compression ratios (1: 1 to about 1:10).

Diese Flexibilität erschließt der mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine neue Anwendungsfelder, die bisher weder von Verdrängungsmaschinen, noch von Strömungsmaschinen befriedigend erschlossen werden konnten:
This flexibility opens up new fields of application for the multi-axis rotary body displacement machine, which up to now could neither be satisfactorily developed by displacement machines nor by fluid flow machines:

- low-noise lift and propulsion element for vertical take-off aircraft,
- low-noise high-pressure blowers with high efficiency for heat exchangers and cooling (see also claim 22),
- Internal combustion engines with continuous combustion and a high compression ratio.

Examples of use

Das flexibel wählbare Verdichtungsverhältnis und ihre verschiedenen Ausführungsarten machen die Rotationskörper-Verdrängungsmaschine u. a. geeignet für:
The flexibly selectable compression ratio and its different designs make the rotary body displacement machine suitable for:

- drive motor for vehicles, ships, airplanes and systems of all kinds, including hybrid drives,
- Thrust generating propulsion device according to the recoil principle for aircraft, ships and Vehicles,
- recoil generating device for aircraft,
- wind power plants,
- blowers for wind tunnels for aerodynamic tests,
- gas, steam and water turbines for power plants,
- various types of heat engines,
- internal combustion engines with continuous internal or external combustion,
- Compressors / compressors for all kinds of gases (e.g. for refrigerators, compressed air generation and Gas liquefaction,
- heat pumps for heating systems,
- fans and cooling units for air conditioning,
- Low-noise high pressure blowers for cooling electronics,
- vacuum pumps, vacuum cleaners,
- pumps for liquids and gases,
- woofer.

Claims

1.Multi-axis rotary body displacement machine with at least three basically identical displacement bodies which can be rotated about their own axis and which rotate at the same rotational speed centrally around fixed axes, the displacement bodies rotating in the same direction in such a way that their lateral surfaces move against one another instead of rolling off one another, characterized in that the displacers have two or three edges along their shell which wind as helical lines around the axis of rotation, the radius and the slope of the helical lines not necessarily being constant over the axis length, and in that the edges in each working position with the outer surfaces of the adjacent displacement body to form contact-free gap seals in such a way that during the rotation of the displacement body periodically new fluid-suctioning working spaces are formed at the inlet end, which temporarily a On all sides, apart from a narrow sealing gap, are enclosed by the lateral surfaces of several displacement bodies and, as the rotation continues, the displacement bodies are expanded, compressed or transported without any change in volume in order to finally open towards the outlet end and expel the working fluid.

2. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1, characterized, that the movement synchronization of the displacement body takes place by electromagnetic means.

3. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1, characterized, that the displacement body and / or the housing on their gap-sealing surfaces consist of an easily grindable material, or are coated with such or in ongoing operation can be coated with such a way that the displacement body when operating the machine, grind just enough so that there is a contactless gap seal with a minimal sealing gap width.

4. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1, characterized, that electric motors or generators are housed inside the displacement body, the drive the displacement bodies or are driven by the displacement bodies, such that that the displacement body is directly connected to the rotor of the electric motor or generator are or form an external rotor.

5. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1, characterized, that the displacement bodies are supported by fluid pressure or electromagnetically.

6. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1 in connection with each possible combination of claims 2 to 5.

7. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 6, characterized, that the axes of rotation of three displacers are perpendicular to each other and in intersect one point, and that the workspaces each of three double edged Displacement bodies are limited, the displacement body being like a conical screw Taper the intersection of their axes of rotation and a ball cut with the axis intersection as a center resembles a spherical arch triangle due to the displacement bodies.

8. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 7, characterized, that up to three further displacement bodies of the same shape are lined up in such a way that the Rotation axes of two displacement bodies lie on the same straight line, the Displacers lying on the same straight line, symmetrical on both sides of the Axis intersection are arranged.

9. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 8, characterized, that the mean free space around the axis intersection of a closed arrangement of six displacement bodies, as the combustion chamber of a heat engine with continuous Combustion is used, with the supply of fuel and oxidant through drilling done by the displacement body.

10. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 6, characterized, that the axes of rotation of the displacers are parallel to each other, and that the Working spaces are each delimited by three triangular displacement bodies, the Cross-sectional area for a flat cut perpendicular to the axis of an equilateral triangle resembles.

11. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 10, characterized, that at the minimal configuration of three displacers an arbitrary number of others similar displacement body is lined up in a trigonal grid.

12. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 6, characterized, that the axes of rotation of the displacers are parallel to each other, and that the Working spaces are each delimited by four double-edged displacement bodies, the The cross-sectional area of a plane cut perpendicular to the axis resembles an arch triangle.

13. A multi-axis rotary body displacement machine according to claim 12, characterized, that at the minimal configuration of four displacers an arbitrary number of others similar displacement body is lined up in a square grid.

14. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 8, 9, 11 or 13, characterized, that by arranging a suitable number of displacers is achieved that Working rooms are only available in pairs, with the two rooms of a couple Aspirate and expel in phase to reduce the pulsation of the fluid flow rate.

15. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 14, characterized, that the degree of twist of the displacement body changes over its length so that the Fluid intake rate and / or fluid ejection rate of the entire arrangement is approximately constant over time and is independent of the angle of rotation.

16. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 15, characterized, that the degree of twist of the displacement body changes over its length so that the Axis applied torque is almost constant over time and is independent of the angle of rotation.

17. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 16, characterized, that the cross-sectional shape of the displacement body in the inlet area and / or outlet area is continuous is converted into a circular shape in order to create a fluidly sealing transition to To allow inlet and outlet ports.

18. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 14, characterized, that the displacer is rotated at a rapidly changing angular velocity be so that a pulsating fluid flow is generated for sound generation.

19. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 17, characterized, that the displacement machine is used to pump, convey or close a fluid accelerate.

20. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 17, characterized, that the displacement machine is used to extract the energy from the pressure difference between to transform two fluid reservoirs into mechanical work, or to by spending mechanical work to build up a fluid pressure difference.

21. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 20, characterized, that the recoil of the fluid emerging from the displacement machine is used technically.

22. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 17, characterized, that the displacement machine for pumping fluids through a heat exchanger or through a heat sink is used.