DE19738132C2 - Multi-axis rotary body displacement machine - Google Patents

Multi-axis rotary body displacement machine

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DE19738132C2
DE19738132C2 DE1997138132 DE19738132A DE19738132C2 DE 19738132 C2 DE19738132 C2 DE 19738132C2 DE 1997138132 DE1997138132 DE 1997138132 DE 19738132 A DE19738132 A DE 19738132A DE 19738132 C2 DE19738132 C2 DE 19738132C2
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Description

Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschinen mit gleichsinnig rotierenden schraubenförmig gewundenen Verdrängungskörpern der gattungsgemäßen Bauart sind durch die FR 2 367 187 A1 bekannt. Da bisher nur parallelachsige Ausführungen nach diesem Prinzip bekannt waren, ließen sich höherverdichtende Maschinen aus Materialgründen kaum realisieren, weil der am Hochdruck-Ende nötige hohe Verwindungsgrad der Verdrängungskörper zu sehr dünnwandigen Formgebungen geführt hätte.Multi-axis rotary body displacement machines with helical rotating in the same direction spiral displacement bodies of the generic type are by FR 2 367 187 A1 known. Since previously only parallel-axis designs based on this principle were known, Hardly to realize higher compression machines for material reasons, because the one necessary at the high pressure end high degree of torsion of the displacement body would have resulted in very thin-walled shapes.

Die bisher bekannten gewinkeltachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschinen, entsprechend US 4 979 882 und DE 39 05 882 A1 weisen wegen des Mehrtaktprinzips, das aufgrund der fehlenden schraubenförmigen Verwindung der Verdrängungskörper nötig ist, einen pulsierenden Fluiddurchstrom und ein periodisch veränderliches Drehmoment auf, was zu Vibrationen und Geräuschemission führt.The previously known angular-axis rotary body displacement machines, corresponding to US 4 979 882 and DE 39 05 882 A1 have because of the multi-stroke principle that due to the lack of helical twisting of the displacement body is necessary, a pulsating fluid flow and a periodically changing torque, which leads to vibrations and noise emissions.

Die zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine mehrachsige Rotationskörper- Verdrängungsmaschine so auszugestalten, daß bei konstruktiver Einfachheit ein nichtpulsierender Fluidstrom, ein nichtpulsierendes Drehmoment, eine Abdichtung ohne Reibung und Verschleiß, sowie ein hoher Verdichtungsgrad erreicht werden. Dabei soll durch ausschließlich zentrische Drehbewegung und symmetrische Formgebung der Teile erreicht werden, daß keine oszillierenden Massenkräfte auftreten.The underlying task is therefore to create a multi-axis rotating body Designing the displacement machine so that it is non-pulsating with a simple design Fluid flow, a non-pulsating torque, a seal without friction and wear, as well as a high degree of compaction can be achieved. In this case, by means of exclusively centric rotary movement and symmetrical shape of the parts can be achieved that no oscillating mass forces occur.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Unteransprüchen.This object is achieved by the features of claim 1 in conjunction with the Subclaims.

Die üblicherweise bei mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschinen zur Bewegungs­ synchronisation der Verdrängungskörper verwendeten Zahnräder erhöhen die Dichtungsprobleme wegen ihres Spiels und haben die weiteren Nachteile des Verschleißes, der Reibung und der Geräuschentwicklung, weshalb gemäß Anspruch 2 vorgeschlagen wird, die Bewegung der Verdrängungs­ körper auf elektromagnetischem Wege mit einem elektronischen Getriebe zu synchronisieren.The usual for multi-axis rotary body displacement machines for movement Synchronization of the gears used increase the sealing problems because of their play and have the further disadvantages of wear, friction and  Noise, which is why it is proposed according to claim 2, the movement of the displacement to synchronize the body electromagnetically with an electronic gear.

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, weshalb gemäß Anspruch 3 vorgeschlagen wird, die Verdrängungskörper und/oder das Gehäuse an ihren spaltdichtungsbildenden Flächen mit einem leicht abschleifbaren Material zu beschichten, das sich im Betrieb der Maschine soweit abschleift, daß sich eine berührungsfreie Spaltdichtung mit minimaler Dichtspaltbreite bildet.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 high production costs, which is why it is proposed according to claim 3, the displacement body and / or the housing on its gap-sealing surfaces with an easily grindable material to coat that grinds so far during operation of the machine that there is no contact Gap seal with a minimal sealing gap width.

Auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen beziehen sich die Ansprüche 4 bis 11.Claims 4 to 11 relate to further advantageous configurations.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.

In der Zeichnung stellen dar:In the drawing:

Fig. 1: Gewinkeltachsige Ausführung mit drei Verdrängungskörpern Fig. 1: Angled-axis version with three displacement bodies

Fig. 2: Aneinanderreihung von fünf Verdrängungskörpern, wobei die Lage der Dichtkanten eines sechsten nicht eingezeichneten Verdrängungskörpers gestrichelt gezeichnet ist Fig. 2: Stringing together of five displacement bodies, the position of the sealing edges of a sixth displacement body, not shown, is shown in dashed lines

Fig. 3: Außenansicht einer kugelförmig geschlossenen Ausführung mit sechs Verdrängungskörpern Fig. 3: External view of a spherically closed version with six displacement bodies

Fig. 4: Axiale Aufsicht auf einen Verdrängungskörper Fig. 4: Axial view of a displacement body

Fig. 5: Ebener Schnitt durch einen Verdrängungskörper, senkrecht zur Achse an der Stelle maximalen Durchmessers geschnitten Fig. 5: Flat section through a displacement body, cut perpendicular to the axis at the point of maximum diameter

Fig. 6: Längsschnitt entlang der Achsen durch zwei aneinandergereihte Verdrängungskörper; Die dichtend eingeschlossenen Kammern wandern bei Drehung in axial-radialer Richtung. Fig. 6 is a longitudinal section along the axes by two concatenated displacement body; The tightly enclosed chambers move in rotation in the axial-radial direction.

Fig. 7: Zusammenwirken von vier Verdrängungskörpern dargestellt im sphärischen Schnitt Fig. 7: Interaction of four displacement bodies shown in a spherical section

Fig. 8: Radiallager nachdem Luftkissenprinzip Fig. 8: radial bearing according to the air cushion principle

Fig. 9: Fluiddynamisches Axiallager Fig. 9: Fluid dynamic axial bearing

Fig. 10: Schnitt durch den Lagerspalt des fluiddynamischen Axiallagers. Fig. 10: Section through the bearing gap of the fluid dynamic axial bearing.

Die neue mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine beruht auf dem Ineinandergreifen von drei bis sechs gleichartigen Verdrängungskörpern, die sich gleichsinnig und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um senkrecht zueinander stehende Achsen drehen. Die Arbeitsräume werden 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".The new multi-axis rotary body displacement machine is based on the meshing of three to six similar displacement bodies, which are in the same direction and with the same Rotate the angular velocity around axes perpendicular to each other. The workspaces will be not, as is usual with displacement machines, between a displacement body ("piston") and a fixed housing ("cylinder"), but between several centrically rotating ones Displacers included. The term "displacement body" becomes synonymous here used for the terms "engaging body" and the terms frequently used in patent specifications "Rotary piston".

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 Verdrängungs­ maschine 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 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 displacement machine typically works without a valve.

Soweit für die betreffende Anwendung sinnvoll, bestehen dichtende Übergänge zwischen den rotierenden Verdrängungskörpern und feststehenden Fluidenlaßrohren 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 outlet pipes and / or fluid outlet pipes.

Das sphärisch-zweidimensionale Zusammenwirken der Verdrängungskörper in der kugelförmig gewinkeltachsigen Ausführung (Fig. 7) ist an sich bekannt. Der Kern der Erfindung besteht darin, die Rotationskörper in Längsrichtung schrauben- bzw. schneckenförmig zu verwinden, so daß ein kontinuierlicher Fluiddurchstrom statt des üblichen Mehrtaktbetriebs möglich wird.The spherical, two-dimensional interaction of the displacement bodies in the spherical, angular-axis design ( FIG. 7) is known per se. The essence of the invention is to twist the rotating bodies in the longitudinal direction in a helical or helical manner, so that a continuous flow of fluid is possible instead of the usual multi-cycle operation.

Die sphärische 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 Winkel­ geschwindigkeit rotierende Koordinatensystem transformiert wird. Als Randbedingung ist dabei zu beachten, daß sich die Kanten der drei Verdrängungskörper, die jeweils einen Arbeitsraum umschließen sollen, genau in der Mitte zwischen den Verdrängungskörpern in diskreten Punkten fast berühren müssen.The spherical cross-sectional shape of the displacement body arises mathematically from the Arrangement of the axes and the number of sinker edges by the trajectory of the edges of a rotating displacer into that with the neighboring piston with the same angle speed rotating coordinate system is transformed. The boundary condition is too  note that the edges of the three displacement bodies, each enclosing a work area should almost touch exactly in the middle between the displacement bodies in discrete points.

Im Ergebnis läßt sich ein Kugelschnitt mit dem Achsenschnittpunkt als Zentrum durch die Verdrängungskörper in Kugelkoordinaten durch folgende parametrische Beschreibung darstellen oder zumindest approximieren:
As a result, a spherical section with the axis intersection as the center through the displacement bodies can be represented or at least approximated in spherical coordinates using the following parametric description:

teta = arccos(sqrt(2/3).cos(beta)),
phi = beta + arctan(sqrt(2).sin(beta)),
teta = arccos (sqrt (2/3) .cos (beta)),
phi = beta + arctan (sqrt (2) .sin (beta)),

wobei teta die geographische Breite auf der Schnittkugeloberfläche beschreibt, phi ist der Längengrad. 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:
where teta describes the latitude on the surface of the cut ball, phi is the longitude. 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 das 2-, 4- oder 8-fache erhöht werden. Die Achsen der angereihten Verdrängungskörper liegen jeweils auf einer Linie mit einem der anderen Verdrängungskörper, und zwar symmetrisch zum Achsenschnittpunkt. 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 Workrooms can be increased 2, 4 or 8 times. The axes of the displacers lie on a line with one of the other displacement bodies, symmetrically to Axis intersection. Since the arrangement of six displacement bodies is closed spherically, in this case, the working fluid on the high pressure side through axial holes through the Displacers are directed.

Die Fig. 7 erläutert den zeitlichen Verlauf des Zusammenwirkens von vier rotierenden Verdrängungs­ körpern, 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. 7 explains the temporal course of the interaction of four rotating displacement bodies, 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. 7 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, die Fluidansaugrate zeitlich konstant (d. h. nicht pulsierend) zu gestalten. Dazu muß der Verwindungsgrad im Ein- bzw. Auslaßbereich zum Kugeläußeren hin stark zunehmen, um einen konstanten Fluiddurchsatz zu erzielen.As can be seen in Fig. 7, the sealing closure of both working spaces is maintained in all angular positions of the displacement body. 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 making the fluid intake rate constant over time (ie not pulsating). For this purpose, the degree of twist in the inlet and outlet area towards the outside of the ball must increase sharply in order to achieve a constant fluid throughput.

Die Spitzen der Bogendreiecke in Fig. 7 entsprechen, dreidimensional betrachtet, den dichtenden schraubenförmig gewundenen Kanten der Verdrängungskörper. 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 arch triangles in FIG. 7, viewed in three dimensions, correspond to the sealing, helically wound edges of the displacement bodies. The spherical cross-sectional shape of the displacement body changes over the axis length in such a way that cuts lying further out result from cross-sections lying further inward by centric stretching with simultaneous rotation about the axis of rotation. 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.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.

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).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 are available (in the case of the sealing end must open on a spherically closed arrangement of six displacement bodies the high-pressure side between the drilled axle shaft and a pipe).

Die Form der Verdrängungskörper definiert ihr eingebautes Verdichtungsverhältnis. Das Verhältnis zwischen dem Verwindungsgrad im Fluideinlaßbereich und dem Verwindungsgrad im Auslaßbereich der Verdrängungskörper beeinflußt, wie stark das Arbeitsfluid beim Durchgang durch die Rotationskörper- Verdrängungsmaschine komprimiert bzw. expandiert wird. Außerdem beeinflußt das Verhältnis zwischen dem Abstand des Einlaßendes der Verdrängungskörper zum Achsenschnittpunkt und dem Abstand des Auslaßendes zum Achsenschnittpunkt das eingebaute Verdichtungsverhältnis. Das liegt daran, daß die Arbeitsräume, je weiter sie zum Kugelinneren gelangen, in radialer Richtung komprimiert werden.The shape of the displacement body defines their built-in compression ratio. The relationship between the degree of twist in the fluid inlet area and the degree of twist in the outlet area of the Displacer affects how much the working fluid passes through the rotating body Displacement machine is compressed or expanded. It also affects the relationship between the distance of the inlet end of the displacement body to the axis intersection and the distance of the The built-in compression ratio ends at the axis intersection. This is because the Workrooms, the further they get to the inside of the sphere, are compressed in the radial direction.

Die Arbeitsräume der mehrachsigen Rotationskörper-Verdrängungsmaschine 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 are non-contact Gap seals sealed to enable low-wear operation at high speed.

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:

  • - Durch die mögliche hohe Drehzahl ist die Fluid-Leckrate im Verhältnis zur gesamten Fluiddurchsatzrate klein.- Due to the possible high speed, the fluid leak rate is in relation to the total Fluid flow rate small.
  • - Wenn der Verwindungsgrad der Verdrängungskörper genügend hoch gewählt wird und sechs Verdrängungskörper gemäß Fig. 3 aneinandergereiht sind, entstehen mehrere hintereinander geschaltete Arbeitsräume und damit hintereinander geschaltete Dichtspalte. Fluid, das durch den ersten Dichtspalt entwichen ist, geht nicht ungenutzt verloren, sondern leistet im nächsten Arbeitsraum Expansionsarbeit. - If the degree of twist of the displacement body is chosen to be sufficiently high and six displacement bodies are lined up according to FIG. 3, several working spaces connected in series and thus sealing gaps connected in series are created. Fluid that has escaped through the first sealing gap is not lost unused, but does expansion work in the next work area.
  • - Die besonders leckkritischen Dichtspalte der Hochdruckseite sind aufgrund der sich zum Kugelinneren verjüngenden Formgebung der Verdrängungskörper sehr viel kürzer als die Dichtspalte der Niederdruckseite weiter außen.- The particularly leak-critical sealing gaps on the high pressure side are due to the Ball tapered shape of the displacement body is much shorter than that Sealing gaps on the low pressure side further out.

Um ein hohes Verdichtungsverhältnis zu erzielen, die Dichtungsverluste der Spaltdichtungen zu begrenzen, eine hohe Drehzahl/Leistungsdichte zu erzielen und Reibung/Verschleiß zu minimieren sind die folgenden Optimierungen für die erfolgreiche Nutzung der Innovation wesentlich.In order to achieve a high compression ratio, the sealing losses of the gap seals increase limit, to achieve a high speed / power density and to minimize friction / wear the following optimizations are essential for the successful use of the innovation.

Die mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine erfordert eine präzise Bewegungs­ synchronisation 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 requires 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 Kegelzahnrad 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. For example, a bevel 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. 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 Regeleinrichtung 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 regulates the movement synchronization of the displacement body electromagnetically. An electronic one Gear works for. B. so that on the rotating axle shafts of the displacement body Electric motors or generators and angle of rotation measuring devices are attached, with a electronic control device are connected. The rotation angle measuring device monitors the current angular position of the displacement body continuously and reports this to the control device, which corrects deviations from the target position of the displacement body with this information by  the electrical parameters of the current flowing through the electric motors or generators, regulates accordingly.

Besonders platzsparend läßt sich die elektromagnetische Bewegungssynchronisation implementieren, wenn die Generatoren (bei Kraftmaschinen-Anwendungen) bzw. Elektromotoren (bei Kompressoranwendungen) 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 (for engine applications) or electric motors (for Compressor applications) are housed inside the displacement body. This reduces the length of the axle shafts and the risk of bending vibrations of the axle shafts, d. H. the critical speed increases. Through the use of non-contact gap seals Vibrations of the displacement body must be avoided so that the Do not touch the sinker with 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 wirtschaftlicherer Ansatz, um die Geometrieabweichungen der Verdrängungskörper zu minimieren, ist es, die Endbearbeitung der Verdrängungskörper erst durch den Betrieb der fertig montierten Maschine erfolgen zu lassen, 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 Nachbarkörpers abgestreift werden. Im Laufe der Zeit verringert sich dadurch die Dichtspaltbreite selbständig in gewünschter Weise und die Leckverluste werden begrenzt.A more economical approach to minimize the geometry deviations of the displacement bodies, is to finish the displacement body only by operating the fully assembled machine to be done by the edges of the sinker with an easily sanded Grind the material-coated side surfaces of the neighboring displacers to the nominal size. Instead of or in addition to a prefabricated coating the displacement body can in the fluid suspended adhesive particles (aerosols, suspensions, emulsions, dust, mist, or mixtures  from such), can be introduced into the rotary body displacement machine, which is based on the Knock down the side walls of the displacer, provided they do not immediately hit the edges again of the neighboring body are stripped. This reduces the width of the sealing gap over time independently 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 den Fig. 8 bis 10, daß die Verdrängungskörper berührungsfrei gelagert sind, indem Fluiddruck nach dem fluidstatischen Luftkissenprinzip oder dem fluiddynamischen 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 are of course also applicable to the new displacement machine, storage of the displacement bodies by means of fluid pressure according to FIGS . 8 to 10 ensures that the displacement bodies are supported without contact, by fluid pressure after the fluid static Air cushion principle or the fluid dynamic 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. 8 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 Ränder 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 der 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 functioning of a fluid pressure bearing based on the air cushion principle is shown in FIG. 8 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. 9 und 10 am Beispiel eines Axiallagers 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. 9 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 . 9 and 10 using the example of an axial bearing. 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. 9, which generates additional compressive forces. 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, fluiddynamischer 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.Both functional principles, fluid dynamic dynamic pressure and air cushions, can be combined with the corresponding one Apply design to both axial and radial bearings. The air cushion principle works Independent of speed and 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.

Eine weitere Alternative ist 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.Another alternative is electromagnetic storage. 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.

Die für Anwendungen als Kraftmaschine bzw. Kompressor sinnvollen Außenläufer-Generatoren bzw. - Motoren lassen sich so ausführen, daß 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 können.The external rotor generators or - useful for applications as a motor or compressor Motors can be designed so that the gap between the displacement bodies as the external rotor and the stator of the motors or generators also represents the bearing gap, the storage being both  can be done by fluid pressure as well as electromagnetic. In the latter case, the windings of the Motors or generators designed and controlled so that they support axial and radial forces on the Can exert displacement.

Durch die vollkommene Symmetrie der kugelförmig geschlossenen Ausführung mit sechs Verdrängungskörpern übt der Druck des Arbeitsfluids keine radialen Kräfte auf das Lager aus. Die Radiallager können dadurch klein dimensioniert werden.Due to the perfect symmetry of the spherically closed version with six The pressure of the working fluid does not exert any radial forces on the bearing. The Radial bearings can be dimensioned small.

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.

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.

In Ausführungen mit vier bis sechs Verdrängungskörpern sind die Arbeitsräume immer paarweise vorhanden, wobei die Arbeitsräume eines Paares jeweils gegenphasig ansaugen bzw. ausstoßen. Dadurch wird das Pulsieren der Fluiddurchsatzrate stark verringert oder bei geeigneter Optimierung des Verwindungsgrades der Verdrängungskörper sogar behoben. Außerdem kann durch Optimierung des Verwindungsgrades auch die Winkelabhängigkeit des Drehmoments verringert oder behoben werden.In versions with four to six displacement bodies, the work rooms are always in pairs available, the working spaces of a couple sucking in or out in opposite phases. Thereby the pulsation of the fluid throughput rate is greatly reduced or with a suitable optimization of the  Degree of twist of the displacement body even fixed. In addition, by optimizing the The degree of torsion also reduces or eliminates the angular dependence of the torque.

Diese Optimierungen 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.These optimizations are best done using the three-zone process. The inlet zone is that axis section of the displacement body, within which the working spaces temporarily to Fluid inlet are open. Accordingly, the work rooms are temporarily located within the outlet zone in communication with the fluid outlet. The work spaces in the interim axis section are never open to the outside world. This zone is the compression or expansion zone.

Soll 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.If you want to make sure that the fluid intake rate is constant over time and independent of the angle of rotation, this applies only to the design of the degree of torsion in the Inlet zone. Accordingly, by optimizing the degree of twist in the outlet zone achieve that the fluid ejection rate becomes constant over time.

Soll nun 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. Als Randbedingung ist das gewünschte Kompressions- bzw. Expansionsverhältnis zu beachten, das natürlich ebenfalls vom Verlauf des Verwindungsgrades abhängt.It should now additionally be achieved that the torque exerted on the axle shafts is constant over time and is independent of the angle of rotation, the degree of twist of the displacement body is within the Optimize compression or expansion zone after the inlet and outlet zones already be stuck. The optimizations are best made using the evolutionary method of trial and error Computer aided, so the impact of any change on machine performance can be checked immediately. The desired compression or Expansion ratio to consider, which of course also depends on the course of the degree of twist.

Der mittlere freie Raum, der um die Achsenschnittpunkte einer geschlossenen Anordnung von sechs Verdrängungskörpern liegt, kann 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.The mean free space around the axis intersection of a closed array of six Displacers can be used as the combustion chamber of a heat engine with continuous Combustion can be used. In this case, fuel and oxidizing agent are removed by drilling fed through the displacement body, the fuel and the oxidizing agent in front of them Combustion can be used to cool the displacement body and thereby 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. Die Querschnittsform der Verdrängungskörper im Einlaßbereich und/oder Auslaßbereich kann jedoch 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. The cross-sectional shape of the Displacer in the inlet area and / or outlet area can, however, continuously in a circular Form are transferred in order to ensure a fluidly sealing transition to the entrance or To form outlet port a non-fluctuating opening. 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 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. For example, 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).

Der zu erwartende hohe Wirkungsgrad der Rotationskörper-Verdrängungsmaschine beim Einsatz als Wärmekraftmaschine kann durch folgende Maßnahmen zusätzlich verbessert werden:
The expected high efficiency of the rotary body displacement machine when used as a heat engine can be further improved by the following measures:

  • - Erhöhung des Expansionsverhältnisses auf mehr als 50 : 1 bei gleichzeitigem Einsatz von hochtemperaturfester Keramik für die Verdrängungskörper,- Increase the expansion ratio to more than 50: 1 while using high temperature resistant ceramics for the displacement bodies,
  • - Vorschaltung eines magnetohydrodynamischen (MHD) Generators, um zusätzliche Energie aus dem Heißgas zu gewinnen,- Upstream of a magnetohydrodynamic (MHD) generator to generate additional energy from the To win hot gas
  • - Verbrennung des Treibstoffes mit reinem Sauerstoff anstatt mit Luft zur Stickoxidvermeidung und zur Erhöhung der Heißgastemperatur.- Burning the fuel with pure oxygen instead of air to avoid nitrogen oxide and to increase the hot gas temperature.

Claims (11)

1. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine mit wenigstens drei gleichartigen, um je eine eigene Achse drehbaren Verdrängungskörpern, die mit jeweils gleichen Drehgeschwindigkeiten zentrisch um feststehende Achsen rotieren, wobei die Verdrängungskörper in der Art gleichsinnig rotieren, daß sich ihre Mantelflächen gegeneinander verschieben anstatt aufeinander abzurollen, und entlang ihres Mantels zwei Kanten haben, die sich als Schraubenlinien um die Rotationsachse winden, und die Kanten in jeder Arbeitsstellung mit den Mantelflächen der benachbarten Verdrängungskörper zur Arbeitsraumbegrenzung berührungsfreie Spaltdichtungen ausbilden, derart, daß sich bei der Rotation der Verdrängungskörper am Eintrittsende periodisch neue fluidansaugende Arbeitsräume bilden, die zeitweilig allseits durch die Mantelflächen mehrerer Verdrängungskörper umschlossen sind und im weiteren Verlauf der Rotation der Verdrängungskörper Arbeitsfluid expandieren, komprimieren oder ohne Volumenveränderung transportieren, um sich schließlich zum Austrittsende hin zu öffnen und das Arbeitsfluid auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachsen von jeweils drei Verdrängungskörpern senkrecht zueinander stehen und sich in einem Punkt schneiden, und daß die Arbeitsräume jeweils von drei Verdrängungskörpern begrenzt sind, wobei die Verdrängungskörper sich kegelschneckenartig zum Schnittpunkt ihrer Rotationsachsen hin verjüngen und ein Kugelschnitt mit dem Achsenschnittpunkt als Zentrum durch die Verdrängungskörper einem sphärischen Bogenzweieck ähnelt.1.Multi-axis rotary body displacement machine with at least three identical displacement bodies, each rotating about its own axis and rotating 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, and have two edges along their shell, which wind as helical lines around the axis of rotation, and the edges form contact-free gap seals in each working position with the outer surfaces of the adjacent displacement bodies to limit the working space, such that periodically new fluid-absorbing working spaces form at the inlet end when the displacement bodies rotate which are temporarily surrounded on all sides by the lateral surfaces of a plurality of displacement bodies and expand, compress or without working fluid as the rotation of the displacement bodies continues e Transport volume change to finally open towards the outlet end and expel the working fluid, characterized in that the axes of rotation of three displacement bodies are perpendicular to each other and intersect at one point, and that the working spaces are each delimited by three displacement bodies, the Displacers taper towards the intersection of their axes of rotation, and a spherical section with the axis intersection as the center resembles a spherical arch triangle through the displacers. 2. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Verdrängungskörper auf elektromagnetischem Wege mit einem elektronischen Getriebe synchronisiert wird, indem an jedem der rotierenden Achsschäfte der Verdrängungskörper Elektromotoren oder Generatoren und Drehwinkel-Meßvorrichtungen angebracht sind, die mit einer elektronischen Regeleinrichtung verschaltet sind, so daß die Drehwinkel-Meßvorrichtung die momentane Winkelstellung der Verdrängungskörper laufend überwacht und diese an die Regeleinrichtung meldet, 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.2. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1, characterized, that the movement of the displacement body in an electromagnetic way with a electronic transmission is synchronized by on each of the rotating axle shafts Displacers electric motors or generators and angle of rotation measuring devices are attached, which are connected to an electronic control device, so that the  Angle of rotation measuring device the current angular position of the displacement body continuously monitors and reports this to the control device, which uses this information to deviate from corrected the target position of the displacement body by the electrical parameters of the Current that flows through the electric motors or generators regulates accordingly. 3. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungskörper und/oder das Gehäuse an ihren spaltdichtungsbildenden Flächen aus einem leicht abschleifbaren Material bestehen, oder mit einem solchen beschichtet sind oder im laufenden Betrieb mit einem solchen beschichtet werden, derart daß sich die Verdrängungskörper beim Betrieb der Maschine gerade so weit abschleifen, daß sich eine berührungsfreie Spaltdichtung mit minimaler Dichtspaltbreite bildet.3. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 1 or 2, 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. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Elektromotoren oder Generatoren platzsparend im Inneren der Verdrängungskörper untergebracht sind, die die Verdrängungskörper antreiben bzw. von den Verdrängungskörpern angetrieben werden, derart, daß die Verdrängungskörper direkt mit dem Läufer des Elektromotors bzw. Generators verbunden sind oder einen Außenläufer bilden.4. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 3, characterized, that electric motors or generators save space inside the displacement body Are housed, which drive the displacers or from the displacers are driven such that the displacement body directly with the rotor of the electric motor or generator are connected or form an external rotor. 5. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungskörper schwebend durch Fluiddruck oder elektromagnetisch gelagert sind, indem ein Fluid unter Druck in die Lagerspalte gepreßt wird, wobei der Fluiddruck nach dem Luftkissenprinzip lagernde Kräfte auf die Verdrängungskörper ausübt, oder indem ein Fluid im Lagerspalt mit Hilfe der Verdrängungskörperbewegung nach fluiddynamischen Prinzipien einen lagernden Staudruck aufbaut, oder indem die Lagerkräfte auf elektromagnetischem Wege analog zur Magnetschwebebahn erzeugt werden, wobei ein Elektromagnet durch eine Regelelektronik so angesteuert wird, daß Abweichungen von der Sollage der Verdrängungskörper mit einer Meßvorrichtung erfaßt und über die Regeleinrichtung ausgeglichen werden, was bei Bedarf gleich zur Justage der Dichtspaltgeometrie genutzt wird, indem die Sollage der Verdrängungskörper elektronisch verstellt wird.5. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 4, characterized, that the displacement bodies are suspended by fluid pressure or electromagnetically, by forcing a fluid under pressure into the bearing gaps, the fluid pressure after the Air cushion principle exerts bearing forces on the displacement body, or by a fluid in the Bearing gap with the help of the displacement body movement according to fluid dynamic principles stored dynamic pressure builds up, or by the bearing forces in an electromagnetic way analogous to Magnetic levitation be generated, with an electromagnet by control electronics so is controlled that deviations from the target position of the displacement body with a  Measuring device detected and compensated for by the control device, which is the same if necessary is used to adjust the sealing gap geometry by the target position of the displacement body is electronically adjusted. 6. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Minimalkonfiguration von drei Verdrängungskörpern bis zu drei weitere Verdrängungskörper gleicher Form angereiht werden, in der Weise, daß die Rotationsachsen jeweils zweier Verdrängungskörper auf der gleichen Geraden liegen, wobei die Verdrängungskörper, die auf der gleichen Geraden liegen, symmetrisch zu beiden Seiten des Achsenschnittpunktes angeordnet sind.6. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of claims 1 to 5, characterized, that to the minimal configuration of three displacers up to three more Displacers of the same shape are lined up in such a way that the axes of rotation each two displacers lie on the same straight line, the displacers on lie on the same straight line, arranged symmetrically on both sides of the axis intersection are. 7. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere freie Raum, der um die Achsenschnittpunkte einer geschlossenen Anordnung von sechs Verdrängungskörpern liegt, als Brennraum einer Wärmekraftmaschine mit kontinuierlicher Verbrennung genutzt wird, wobei die Zufuhr von Treibstoff und Oxidationsmittel durch Bohrungen durch die Verdrängungskörper erfolgt.7. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 6, 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. 8. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aneinanderreihung von vier bis sechs Verdrängungskörpern erreicht wird, daß Arbeitsräume ausschließlich paarweise vorhanden sind, wobei die beiden Räume eines Paares gegenphasig ansaugen und ausstoßen, um das Pulsieren der Fluiddurchsatzrate zu verringern.8. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 6 or 7, characterized, that by lining up four to six displacers 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. 9. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verwindungsgrad der Verdrängungskörper sich so über deren Länge ändert, daß die Fluidansaugrate und/oder Fluidaussstoßrate der gesamten Anordnung zeitlich annähernd konstant und vom Drehwinkel unabhängig ist.9. Multi-axis rotary body displacement machine according to claim 8, 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. 10. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verwindungsgrad der Verdrängungskörper sich so über deren Länge ändert, daß das auf die Achsen ausgeübte Drehmoment zeitlich annähernd konstant und vom Drehwinkel unabhängig ist.10. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of the preceding claims, 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. 11. Mehrachsige Rotationskörper-Verdrängungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Verdrängungskörper im Einlaßbereich und/oder Auslaßbereich stetig entlang des Achsverlaufs in eine kreisrunde Form übergeführt wird, um einen strömungsgünstigen dichtenden Übergang zum Ein- bzw. Auslaßstutzen zu ermöglichen.11. Multi-axis rotary body displacement machine according to one of the preceding claims, 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 along the axis in order to create a streamlined to enable a sealing transition to the inlet or outlet nozzle.
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