DE2226831A1 - Verdraengermaschine - Google Patents

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 30. Mai 1972 my. Name d. Anm.Eugenlus ζ M. Rylewski

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Verdrängermaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Fördern von Flüssigkeiten oder Druckmitteln und bezieht sich auf Verbesserungen bei solchen Maschinen, die sich als Pumpen, Motore, Verdichter und Antriebsmotore verwenden lassen.

In Bezug auf die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei Pumpen, das heisst bei Maschinen, die Flüssigkeiten fördern oder von diesen angetrieben werden, wie sie zum Beispiel bei der übertragung von Kräften (hydraulische übertragung) bei der übertragung von Flüssigkeiten und bei Umwälzen unter Druck angewendet werden, betrifft die vorliegende Erfindung in erster Linie Pumpen, die mit Schaufeln ausgerüstet sind, und bei denen die Flüssigkeit durch eine Einlassöffnung eines Stators eingelassen wird und durch die Schaufeln eines Rotors an einer Auslassöffnung ausgetrieben wird.

Bei den meisten bekannten Schaufelradpumpen verläuft der Stator in Umfangsrichtung, während der Rotor gegenüber dem Stator versetzt ist, und die Schaufeln sind gleitbar in Schlitzen des Rotors gelagert. Während der Drehung des Rotors führen die Schaufeln eine hin- und hergehende Bewegung aus, die darauf zurückzuführen ist, dass ihre Kanten am Stator anfliegen. Bei diesen Bauarten ist die Drehgeschwindigkeit auf einen verhältnismässig niedrigen Wert begrenzt, da eine Reibung insbesondere der Schaufeln in deren Führungen vorliegt, die sich rasch mit der Geschwindigkeit erhöht und da sich auch die Bedingungen verschlechtern, unter denen der Flüssigkeitseinlauf stattfindet.

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_:.._Ί,- j^v^ ORKatNAL 1NSPECTeD

Eine erfindungsgemäss ausgebildete volumetrische Pumpe vermeidet diese Schwierigkeiten und enthält einen Rotor, dessen Räder regelmässig um die Drehachse herum angeordnet sind und bei dem jedes Rad um eine zu seiner Ebene senkrechte Achse drehbar ist. Zum Austreiben der Flüssigkeit, die unter Druck gesetzt werden soll, weisen die Räder Schaufeln auf, die mit Kanälen im Stator zusammenwirken. Die in ümfangsrichtung verlaufenden Flächen des Stators entsprechen mindestens teilweise der in Ümfangsrichtung erfolgenden Bewegungsbahn einer Schaufeln während deren zusammengesetzter Bewegung, die sich aus der Rotordrehung gegenüber dem Stator er-, gibt, wie auch aus der Drehung des Schaufelrades um seine Drehachse. Eine Abdeckung der Kanäle ergibt sich durch das Zusammenwirken der neben den Kanälen nach innen abgebogenen Statoroberflächen mit einer hierauf abgestimmten Rotoroberfläche, von dem die Radschaufeln ausgehen und in die Kanäle eindringen.

Die Drehrichtung eines Schaufelrades um dessen Drehachse entspricht vorteilhafterweise der Bahn eines Kanales von dessen der Rotorachse zugekehrten zu dessen von der Rotorachse abgelegenen Ende, wobei die Auswirkungen der Zentrifugalkraft sich dabei vorteilhaft auf das Eintreten der Flüssigkeit in diesen Kanal und auf das Austreten der Flüssigkeit aus dem Kanal auswirken .

Jedes Schaufelrad enthält zweckmässig mehrere Schaufeln und die Stellung, in der sich eine Schaufel einem Kanal nähert, wird exakt durch einen andaen Kanal bestimmt, der eine andere Schaufel dieses Rades führt, wobei diese andere Schaufel mit dem anderen Kanal zusammenwirkt.

Ein Rotor weist vorzugsweise mehrere auf seiner Achse angeordnete Schaufelräder auf und zu Jedem Zeitaugenblick zirkulieren mehrere Schaufeln in den Kanälen des Stators.

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Infolge des völligen Fehlens von andren Bewegungen und infolge der ausgezeichneten Sogbedingungen kenn eine erfindungsgemässe Pumpe mit äusserst hohen Geschwindigkeiteil betrieben werden.

Der Ablauf aus der Pumpe ist regelmässig. Damit werden die Zubehöreinrichtungen vermieden, die häufig zum Steuern der Strömung am Auslass einer Schaufelpumpe erforderlich sind.

Die Konstruktion ermöglicht ein radiales Gleichgewicht, so dass sich hohe Drucke ohne Schwierigkeit erlangen lassen..

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet ein im allgemeinen scheibenförmiger Rotor auf seinen beiden Seiten, wobei jede Seite eine Reihe von Schaufelrädern trägt. Die Kombination ist damit ohne Verwendung besonderer Mittel axial ausgeglichen.

Die vorliegende Erfindung betrifft nicht nur angetriebene und als Pumpen arbeitende Maschinen, sondern auch als Motore arbeitende Maschine, wobei die Flüssigkeit eine Kraft auf die in den Kanälen untergebrachten Schaufeln ausübt, wobei die Schaufeln die sie tragenden Rotore wegen der Räder in Drehung versetzen.

Turboverdichter, das heisst sowohl Axial- wie auch ZentrifugalverdichterU, wie auch volumetrische Verdichter und schliesslich auch Kolben- , Schaufel- oder andere Verdichter weisen Nachteile auf, die sich bis heute nicht vermeiden Hessen.

Turboverdichter, die wegen ihrer hohen Drehgeschwindigkeiten grosse und viel Raum beanspruchende Untersetzungsgetriebe benötigen, lassen'hohe Verdichtungsverhältnisse nicht zu. In den meisten Fällen muss die Verdichtung über mehrere Stufen erfolgen. Der Wirkungsgrad dieser Turboverdichter ist weiter auch nur in einem sehr schmalen Bereich des Verhältnisses der Verdichtung

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gegenüber der Einströmgeschwindigkeit annehmbar.

Kolbenverdichter, die im Hinblick auf das erreichbare Verdichtungsverhältnis Vorteile bieten, sind langsam, klobig, schwer und geräuschvoll. Dies ergibt sich aus der hin- und hergehenden Bewegung ihrer Einzelteile. Die bekannten Schaufelverdichter, die recht kompakt sind, sind deshalb nachteilig, da sich die Schaufeln in den Rotorkanälen im Gehäuse verhältnismässig frei bewegen können und da die auf den Rotor ausgeübten Radialkräfte unsymmetrisch sind. Wegen der Auswirkungen der Zentrifugalkraft auf die Schaufeln ist die Reibung gross. Die hin- und hergehende Bewegung der Schaufeln in deren Kanälen verbietet hohe Drehgeschwindigkeiten, so dass sich eine unzureichende Füllung und ein geringer mechanischer Wirkungsgrad ergeben.

Ein erfindungsgemäss ausgebildeter Schaufelverdichter ermöglicht ein besseres Betriebsverhalten als die bekannten Schaufelverdichter. Dies gilt sowohl in Bezug auf die Drehgeschwindigkeit, in Bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit wie auch in Bezug auf das erreichbare Verdichtungsverhältnis.

Die durch die Zentrifugalkräfte hervorgerufene Reibung wird auf ein Minimum zurückgeführt. Eine Hin- und Herbewegung von Teilen wird vermieden. Eine solche Maschine ist schnell, kompakt, ruhig und ermöglicht weiter eine hohe Verdichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine angetriebene Maschine für kompressionsfähige Druckmittel oder auf einen Gasverdichter, wie auch auf eine Antriebsmaschine, obwohl sich die folgende Beschreibung zwecks Vereinfachung auf angetriebene Maschinen oder Gasverdichter beschränkt.

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Die vorliegende Erfindung liegt somit in einem Gasverdichter, der aus einem Rotor aus mehreren regelmässig um seine Drehachse verteilten Rädern besteht, wobei Jedes Rad um eine zu seiner Ebene senkrechte Achse drehbar ist. Die Schaufelräder enthalten Schaufeln, die zur Gasverdichtung mit im Stator vergesehenen Kanälen zusammenwirken. Ihre ümfangsflächen entsprechen der Bahn eines Teiles des Umfanges einer Schaufel während der zusammengesetzten Bewegung, die sich aus der Rotordrehung gegenüber dem Stator wie auch aus der Drehung der Schaufelräder um deren Drehachsen ergibt. Die Abdeckung der Kanäle ergibt sich aus der Zusammenwirkung der an den Kanälen nach einwärts abgebogenen Statoroberflächen mit einer hierzu komplementären Rotoroberfläche, von dem die Schaufeln eines Rades in den Kanal eintreten.

In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Drehrichtung eines Schaufelrades um dessen Drehachse der Bahn eines Kanales von dessen der Rotorachse zugekehrten Ende zu dessen von der Rotorachse abgelegenen Ende. In einer abgewandelten Ausführungsform treten die Schaufeln vom Umfang in Richtung auf den Mittelpunkt durch die Kanäle durch. Jedes Rad enthält mehrere Schaufeln und die Stellung einer sich einem Kanal nähernden Schaufeln wird genau durch einen anderen Kanal bestimmt, der eine andere Schaufel dieses Rades führt.

Ein Rotor enthält vorzugsweise mehrere auf seiner Achse angeordnete Schaufelräder und in jedem Zeitaugenblick zirkuliert eine Vielzahl von Schaufeln in den Kanälen des Stators.

Infolge des völligen Fehlens von hin- und hergehenden Bewegungen und infolge der ausgezeichneten Sogbedingungen lässt ein erfindungsgemäss ausgebildeter Verdichter äusserst hohe Betriebsgeschwindigkeiten zu.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet ein im allgemeinen schaufeiförmiger Rotor auf seinen beiden Seiten.

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Jede Seite trägt eine £a?e£ Reihe von Schaufelrädern.

Bei den meisten bekannten thermischen Maschinen wird das Arbeitsmittel zuerst verdichtet_a eine bestimmte Wärmemenge wird in das Arbeitsmittel eingeführt. In den meisten Fällen geschieht dies durch Verbrennung. Bei der Ausdehnung der heissen Gase wird dann Nutzarbeit gewonnen.

Bei volumetrische!! Maschinen von Kolben- oder Drehkolbenbauart ergibt sich ein unstetiger Betrieb. Dieser Betrieb ermöglicht weder eine vollständige Verbrennung noch eine hohe Verdichtung, was sowohl zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrades wie auch zum Erreichen eines günstigen Leistungsgewichtes erforderlich wäre. Die hin- und hergehende Bewegung zahlreicher Teile und die explosionsartig stattfindende Verbrennung führt weiter zu schweren, klobigen, geräuschvollen und unreine Abgase aufweisenden Motoren.

Bei den als Gasturbinen bekennten Maschinen ist der Arbeitsablauf stetig. Die unterse iledliehen Arbeitsphasen verlangen jedoch verschiedene Einzelheiten: die Verdichtung erfolgt in Axial- oder Zentrifugalverdichtern. Die Verbrennung erfolgt in einer Brennkammer und die Gasausdehnung findet entweder in einer Axial- oder in einer Zentrifugalturbine statt.

Bei Gasturbinen, bei denen eine praktisch vollständige Verbrennung stattfindet, lassen sich hohe Verdichtungen nur bei mehrstufigen Verdichtern wie auch bei mehrstufigen Turbinen erreichen. Dies macht die Herstellung sowohl umständlich wie auch teuer.

Bei niedrigen und auch bei mittleren Leistungen haben die bekannten Gasturbinen nur einen verhältnismässig nie8drigen Wirkungsgrad und das Leistungsgewicht ist schlecht. Es ist schlechter als bei volumetrischen Maschinen und die Gasturbinen eignen sich

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wegen ihrer niedrigen Elastizität und wegen fehlender Bremsleistung nicht zum Antrieb von Fahrzeugen.

Bei einem erfindungsgemäss ausgebildeten Gasmotor erfolgt die Expansion der heissen Gase in spiralartigen Kanälen des Stators und die Gase wirken auf Schaufeln ein, die während ihrer Verschiebung in den spiralartigen Kanälen eine, Dichtfunktion erfüllen und einen Teil der Räder bilden, die drehbar auf einem zum Stator koaxialen Rotor angeordnet sind. Die mechanische Leistung wird von der Rotorwelle abgenommen. Die Abdichtung der spiralartigen Kanäle ergibt sich durch die Zusammenwirkung der gebogenen Oberflächen des Stators mit den Oberflächen des Rotors.

Die vorliegende Erfindung letrifft somit eine Maschine, bei der die einer Brennkammer zugeleitete verdichtete Luft durch einen Verdichter zugeführt wird und die einen Stator mit spiralartigen Kanälen aufweist, die mit den Schaufeln der Räder eines Rotors zusammenarbeiten, wobei die Rotorwelle durch die Maschinenwelle angetrieben wird. Die Abdichtung der spiralartigen Kanäle ergibt sich durch das Zusammenwirken zwischen den abgebogenen Flächen des Stators und den Flächen des Rotors.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeiten die Schaufelräder während eines Teils der Bewegung ihrer Schaufeln mit den spiralartigen Kanälen eines ersten Stators zusammen, wobei Luft verdichtet wird, und während eines anderen Teiles der Bewegungsbahn arbeiten die Schaufelräder mit den spiralartigen Kanälen eines zweiten Stators zusammen, der mit heissen Gasen gespeist wird, die bei der Vertrennung entstehen, an der die zuvor verdichtete Luft teilgenommen hat. Die Schaufelräder gehören damit sowohl zum Kompressor wie auch zur Gasturbine.

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Die erfindungsgemässe Maschine weist sämtliche Vorteile der bekannten volumetrischen Maschinen und der bekannten Gasturbinen auf, ohne deren Mängel aufzuweisen.

Da sie im Prinzip eine volumetrische Maschine ist, ermöglicht die erfindungsgemässe Maschine in einer einzigen Stufe und ohne eine hin- und hergehende Bewegung kontinuierlich ein hohes Verdichtungsverhältnis .

Die Temperatur der der erfindungsgemässen Turbine zugeführten Gase kann höher als bei bekannten Gasturbinen liegen, da sie bessere Kühlmöglichkeiten für den Stator wie auch für den Rotor ermöglicht und weil auf den Rotor selbst geringere Kräfte ausgeübt werden.

Infolge der stetigen Verbrennung hat die erfindungsgemässe Maschine einen hohen Wirkungsgrad und ein günstiges Leistungsgewicht wie auch eine hohe Elastizität. Sie eignet sich daher zum Antrieb von Kraftfahrzeugen. Bei hohen Verdichtungen ergibt sich eine im wesentlichen vollständige Verbrennung, so dass die pro Leistungseinheit vorhandene Luftverschmutzung weit geringer als bei bekannten thermischen Maschinen ist. Zusätzlich arbeitet die erfindungsgemässe Maschine mit einem sehr niedrigen Geräuschpegel, so dass sie sich auch bei strengen Umweltschutzbedingungen einsetzen lässt.

Die erfindungsgemässe Maschine kann sowohl in einem offenen wie auch in einem geschlossenen Kreis arbeiten.

Aligaben und Vorteile der Erfindung werden zum Teil ausgeführt oder ergeben sich zum Teil von selbst oder werden auch bei der Durchführung der Erfindung zur Kenntnis gebracht.

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Die Erfindung liegt in den neuen Teilen, Konstruktionsausführungen, Kombinationen und Verbesserungen die Jetzt gezeigt und beschrieben werden.

Kurz gefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit eine positive Verdrängermaschine, die sieh als Pumpe, Motor, Verdichter oder Antriebsmaschine verwenden lässt.

In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Stator vorgesehen, auf dem unter gegenseitigem Abstand mehrere spiralartige Rippen ausgebildet sind, die zwischen sich eine gleiche Anzahl von spiralfirmigen Nuten begrenzen. Die Rippen treten in in ümfangsrichtung liegenden gleichen Abständen aus dem Umfang des Stators aus. Ein Rotor ist drehbar und koaxial zum Stator angeordnet und weist mehrere vorzugsweise senkrecht zu seiner Drehachse verlaufende verhältnismässig schmale Schlitze auf. Jeder Schlitz trägt ein ' Schaufelrad, das um eine von der Drehachse des Rotors unabhängige Achse drehbar ist. Jedes Schaufelrad besteht aus mehreren Schaufeln, die von der Vorderseite des Rotors ausgehen und gleitbar und gleichzeitig abgedichtet in den Spiralnuten des Stators aufgenommen sind, in denen sie bei Drehung des Rotors zirkulieren. Die Vorderseite des Rotors weist einen konvex gebogenen ringförmigen Abschnitt auf, der mit einer zugehörigen ringförmigen konkaven Oberfläche arbeitet und dichtend an dieser anliegt, die ihrerseits auf den Aussenkanten der auf dem Stator, ausgebildeten Spiralrippen vorgesehen ist. Wenn Rotor und Stator in dichtendem Eingriff miteinander stehen, begrenzt der konvex abgebogene vordere ringförmige Abschnitt des Rotors zusammen mit dem Boden jeder Spiralnute einen in sich abgeschlossenen Kanal, der eine stetig veränderliche Tiefe aufweist. Von der Mittelöffnung bis zum Aussenumfang des Stators nimmt diese Tiefe progressiv zu oder ab.

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Bis heute wurde das Verhältnis und der Gradient der Verdichtung oder Expansion des Druckmittels in Schaufelradmaschinen ausschliesslich durch Änderungen in der Quergeschwindigkeit erzielt, die sich aus der Differenz in den Halbmessern ergibt, in welchen die Schaufeln in ihrer Bewegung vom Einlass zum Auslass in Ββτ zug auf die Rotationsachse angeordnet sind. Der mit Maschinen dieser Konstruktion erzielbare Betrag der Änderung von Verdichtung oder Expansion wird damit durch die für die Maschine verfügbaren körperlichen Abmessungen begrenzt. Diese bisher bekannten Konstruktionen sind somit in ihrer Anwendung begrenzt, da sich der Verdichtereinlass immer am grösseren Durchmesser und der Auslass für das verdichtete Gas am kleineren Durchmesser befinden muss und da sich der Einlass bei Expansion ganz ähnlich immer am kleineren Durchmesser und der Auslass für die expandierten Gase am grösseren Durchmesser befinden müssen, was auf die Volumendifferenz der kompremierbaren Druckmittel zurückzuführen ist, Eine solche Konstruktion kann weiter auch nicht als Pumpe betrieben werden, da die spiralförmigen Schaufeln dem durchtratenden Druckmittel einen bestimmten Verdichtungsgradienten aufzwingen und da eine Pumpe einen konstanten Durchfluss haben muss.

Die kontinuierlich progressiv veränderliche Tiefe der bei der erfindurigsgemäsEen Konstruktion vorgesehenen Spiralnuten ergibt einen zusätzlichen Parameter zur Änderung sowohl des Verhältnisses wie auch des Gradienten der Verdichtung oder Expansion, so dass sich hohe Verdichtungen oder Expansionen bei beliebigen Geschwindigkeiten erzielen lassen, was bei den bisher bekannten mit rotierenden Schaufeln arbeitenden Maschinen ohne besonderen Aufwand und verwickelte Konstruktion nicht möglich war. Durch Anordnung der drehbar montierten Schaufelräder im Rotor und der spiralartigen Kanäle im Stator lässt sich die erfindungsgemässe Konstruktion auch weitaus vielseitiger anwenden, sei es als Turbine, Pumpe, Verdichter oder hydraulischer Motor mit positiver Verdrängung oder in einer Kombination dieser Maschinenarten und dies mit einer einzigen oder auch zwei Arbeits-Stufen. Bei jeder dieser Anwendungen ist die Lage der Einlasse

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und Auslässe sowohl bei Verdichtung wie auch bei- Expansion nicht auf eine bestimmte Lage am Umfang der Maschine beschränkt.

Bei einer beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung, die von besonderem Interesse ist, sind zwei ßotore unter gegenseitigem Abstand auf der gleichen Vielle befestigt. Jeder Rotor arbeitet mit einem Stator zusammen, der in"der zuvor genannten Weise ausgebildet ist. D.s in den ersten Stator eingeleitete Gas wird durch die in diesem umlaufenden Schaufelräder des Verdichterrotors verdichtet und anschliessend einer in der Mitte gelegenen Brennkammer zugeführt, in der das verdichtete Gas mit Treibstoff vermischt und gezündet wird. Die Verbrennungsgasβ expandieren in die spiralartigen -Kanäle -ies zweiten Stators und drücken dabei gegen die Schaufelräder des in diesem umlaufenden Turbinenrotors ₉ so dass dieser damit angetrieben und damit auch der Verdichterrotor angetrieben wird.

In einer anderen Ausführungsform, die als kombinierte Turbine und Verdichter vorgesehen ist, wird ein einziger Rotor verwendet. Die Rückseite dieses Rotors ist in der gleichen Meise aufgebaut wie dies zuvor für dessen Vorderseite beschrieben wurde. Dieser Rotor arbeitet auf einer Seite mit einem Verdichterstätor und auf der Aussenseite mit einem Turbinenstator zusammen. Bei dieser Konstruktion verdichten die SchaufelräderÜas eintretende Gas auf einer Rotorseite und werden ihrerseits durch die auf der anderen Rotorseite expandierenden Verbrennungsgase angetrieben, so dass damit auch der Rotor angetrieben wird.

Es leuchtet ein, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende Einzelbeschreibung beide -nur als Beispiel und zur Erläuterung der Erfindung dienen und die Erfindung in keinem Fall einschränken.

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Am Beispieljäer in der Zeichnung gezeigten Aus führ ungs formen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine Ansicht, teilweise von der Seite und teilweise im Axialschnitt, einer erfindungsgemässen Verdrängermaschine,

Figur la eine schematische Ansicht einer erfindungsgemässen Kombination aus einem Verdichter und einem Gasmotor,

Figur 2 eine Ansicht eines Rotors auf derjenigen Seite, die der Seite gegenüber liegt, von der die Schaufeln ausgehen,

Figur 3 ein Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Figur 2, Figur h ein Schnitt entlang der Schnittlinie 4-4 in Figur 3, Figur 5 eine vergrö'sserte Seitenansicht eines Schaufelrades,

Figur 6 ein Schnitt entlang der Schnittlinie 6-6 in Figur 5, jedoch in grösserem Maßstab,

Figur 7 eine Ansicht ähnlich Figur 6, jedoch von einer anderen Ausführungsform,

Figur 8 ein Schnitt entlang der Schnittlinie 8-8 von Figur 5, jedoch in einem vergrössWerten Maßstab,

Figur 9 eine schematische Darstellung in der Perspektive eines Stators und eines Rotors, die beide voneinander getrennt sind,

Figur 10 eine Vorderansicht des Stators,

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Figur 11 ein Teilschnitt durch einen- durch den Rotor verdeckten Statorkanal,

Figur 12 eine schematische Ansicht in vergrössertem Maßstab der miteinander zusammenwirkenden Teile von Rotor und Stator,

Figur 13 eine schematische Darstellung der.abgewickelten Flanken oder Seitenwände eines Kanals,

Figur 14 eine schematische Darstellung einer abgewinkelten Flanke oder einer Seitenwand eines Kanals,

Figur 15 ein Teilschnitt in vergrössertem Maßstab der zwischen Stator und Rotor vorgesehenen Dichtung,

Figur 16 eine Teildarstellung in der Perspektive einer anderen * Ausfuhrungsform eines Schaufelrades,

Figur 17 eine geschnittene Darstellung der in Figur 16 gezeigten Schaufel,

Figur 18 eine Teilansicht in der Perspektive einer Schaufel gemäss einenanderen Ausführungsform,

Figur 19 eine schematische Vorderansicht eines Schaufelradsystemes für eine andae Ausführungsform,

Figur 20 eine "Teilansicht im Profil, in der Abwicklung und im vergrössertem Maßstab des in Figur 19 gezeigten Schaufelrades,

Figur 21 eine schematische Teildarstellung des in den Figuren 19 - 20 gezeigten Schaufelradsystemes mit dem Stator,

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CIl iy V yi id S ^ ^

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Figur 22 eine schematische Vorderansicht eines Rotors mit einer anderen Form der Schaufelräder,

Figur 23 eine Ansicht im Axialschnitt einer anderen Ausführungsform einer Maschine gemäss der vorliegenden Erfindung,

Figur 24 eine Teildarstellung in vergrössertem Maßstab der beiden miteinander zusammenwirkenden Schaufelräder für die Ausführungsform gemäss Figur 23,

Figur 25 eine Ansicht ähnlich Figur 23 mit der Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Maschine,

Figur 25a eine Ansicht ähnlich Figur 25 mit der Darstellung des Betriebes der Maschine als Gasturbine,

Figur 26 eine aufgeschnittene schematische Darstellung der Statoren mit den Kanälen und des Rotors mit den Schaufelrädern für die Ausführungsform nach Figur 25,

Figur 27 eine Ansicht ähnlich den Figuren 23 und 25, jedoch einer noch anderen Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung,

Figur 28 eine schematische Darstellung des Stators mit den Kanälen und des Rotors mit den Schaufelrädern für die Ausführungsform nach Figur 27,

Figur 29 eine schematische Darstellung im Axialschnitt einer noch anderen Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung,

Figur 30 eine Darstellung von der Seite, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemässen Konstruktion in einer Ausführungsform als Verdichter,

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Figur 31 eine Seitenansicht, teilweise is Cshnitt und teilweise schematisch, eines erfindungsgemässen Verdichters mit mehreren Stufen,

Figur 32 eine schematische Darstellung einer Gasturbine und eines Verdichters gemäss der. vorliegenden Erfindung,

Figur 33 eine Ansicht ähnlich Figur 32 einer anderen Ausführungsform dieser Anordnung,

Figur 3^ eine schematische Teilansieht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verdichters,

Figur 35 eine Ansicht ähnlich Figur 32 einer noch anderen Ausführ ungs form,

Figur 36 eine Ansicht im Schnitt entlang ά einer Axialebene eines Rotors für eine weitere Ausführungsform und

Figur 37 eine Teilansicht im Schnitt entlang einer Querebene im grösseren Maßstab des in Figur 36 gezeigten Rotors.

In den Zeichnungen wird die erfindungsgemässe Verdrängermaschine dargestellt, wobei Figur 1 einen Stator 20 mit einem zylinderischen Körper 21 zeigt, der sich zu der Scheibe 22 verbreitert. Der zylinderische Körper 21 weist eine Axialbohrung 23 auf, die eine Leitung oder ein Rohr 24 zum Eintritt des Arbeitsmittels aufnimmt, das bei Betrieb als Verdichter unter Druck gesetzt wird, und zum Eintritt von der unter Druck abzugebenden Flüssigkeit, falls dieMaschine als Pumpe arbeitet. Jenseits einer Schulter.25 bildet die Oberfläche 26 der Bohrung 23 die Innenwand des Rohres 2k und läuft in einen kegelstumpfförmigen Einlass 27 für eine Kammer 28 aus, die zwislien dem Stator 20 und einem Gehäuse 29 liegt, das seinerseits einen Rotor 30 aufnimmt.

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Die Ausbildung des Motors weist einen Verdichter 5fl und einen Motor 512 ansich (Figur la) auf, die ähnliche Konstruktionen darstellen.

Das mit dem Stator 20 koaxiale Gehäuse 29 ist an diesem mit Bolzen 31 befestigt, die durch Bohrungen 32 in den Stator 20 durchtreten und mit Gewindebohrungen 33 im Gehäuse 29 zusammenwirken. Die Aussenfläche des Gehäuses 29 bildet die Aussenfläche des Stators und das Gehäuse 29, das scheibenförmig ausgebildet ist, läuft in einen zylinderischen Körper 35 aus, der koaxial zum Stator 21 liegt.

Das Gehäuse 29 weist eine nach innen abgebogene Innenfläche auf, die eine ringförmige Auslasskammer 37 bildet, die als ein Spiralgehäuse ausgebildet ist, in dem eine Bohrung 38 beginnt und nach aussen durch ein Auslassrohr 39 forgesetzt wird. Die nach innen abgebogene Innenwand 36 des Gehäuses 29 wird durch eine ebene Oberfläche 41 forgesetzt, die der ebenen Oberfläche

42 eines allgemein zylinderischen Körpers 43 des Rotors 30 unmittelbar gegenüber liegt (Figur 2). Der Körper 43 ist an einer Rotorwelle 44 befestigt. Diese wird durch Lager 45 im Gehäuse 29 gehalten. Das Lager 45 liegt in einer Aussparung 46 im Körper 35 des Gehäuses 29.

Die Innenwand 47 (Figur 3)des Rotorkörpers 43, die der Aussenseite 42 gegenüber liegt und parallel zu dieser verläuft, liegt an der ebenen Oberfläche 48 einer Rotorscheibe 49 an. Der Körper

43 ist mit der Scheibe 49 durch Bolzen 51 verbunden, die in Bohrungen 52 des Körpers 43 liegen und in Gewindebohrungen 53 der Scheibe 49 eingeschraubt sind.

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Pigur 2 zeigt deutlich, dass vier sich diametral gegenüberliegende Schlitze 56.,, 56₂, 56, und 56^, die in Umfangsrichtung gleichmassig um die Achse 57 verteilt sind, die dem Rotor 30, dem Stator 20 und dem Gehäuse 29 zugeordnet ist, über die aus dem Körper 43 und der Scheibe 49 gebildete Anorndung verlaufen. Diese Schlitze werden durch parallele ebene Oberflächen 58 und 59 gebildet, die parallel zu der Achse 57 liegen und symmetrisch auf jeder Seite einer durch die Achse 57 durchtretenden Mittelebene 61 angeordnet sind.

Jeder Schlitz 56 nimmt ein verhältnismässig dünnes Schaufelrad 62 auf, dessen parallele ebene Seiten 63 und 64 den H ebenen Seiten 58 und 59 des Schlitzes 56 (Figur 4) unmittelbar gegenüberliegen. Das Rad 62 ist um eine Achse 71 drehbar und wird durch ein glattes Lager 65 drehbar im Rotorkörper 30 gehalten.

Ein Schaufelrad 62 weist vorzugsweise acht gleichmässig um seine Achse 71 (Figur 5) verteilt angeordnete Schaufeln 69 auf. Die Schaufeln 69 sind in sehr einfacher Weise durch in umfangsrichtung angeordnete Einschnitte oder Zähne im Rad 62 ausgebildet. Jede Schaufel wird durch Längsseiten 72 und 73 und eine Vorderseite 74 begrenzt.

Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform sind die Seiten 72 und 73 linear und parallel zu der durch die Achse 71 durchtretenden Mittellinie 75 der Schaufel. Die Seite 74 ist bogenförmig^uSsvorteilhaft ein zur Achse 71 zentrierter* Kreisbogen

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Zwischenzahnräume 78, die durch die Böden 79 begrenzt werden, sind zwischen den Zähnen 69 ausgebildet.

Die Längsseiten 72 und 73 einer Schaufel sind vorzugsweise abgerundet, wie dies durch die gebogenen Linien 8l und 82 in Figur 6 gezeigt wird.

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Bei der anderen in Figur 7 gezeigten Ausführungsform sind die 72 und 73 abgeschrägt, wie dies durch die geneigten Flächen 83,84 und 85 sowie 86 dargestellt wird, die von jeder Seite der Kanten 87 und 88 ausgehen.

Auch die Vorderseiten 74 der Schaufeln 89 sind zweckmässig abgerundet, wie dies in Figur 8 bei 89 gezeigt wird.

Der Durchmesser der Schaufelräder 82 , das heisst der Kreisbogen 76, ist gross genug, so dass die Schaufeln von der inneren Vorderseite 77 der Rotorscheibe 49, die der Seite 42 gegenüber liegt, austreten.

Die dem Rotor 30 gegenüberliegende Arbeitsfläche des Stators 20 enthält ein mit dem Gehäuse 29 zusammenwirkendes Ringteil 90. Dieses ist mit vier spiralartigen Kanälen 91a, 91b, 91c und 91d ausgebildet (siehe Figuren 9 und 10), die miteinander identisch und in regelmässigen Winkelabständen um die Achse 57 verteilt sind, die dem Stator 20_s dem Gehäuse 29 und dem Rotor 30 gemeinsam ist.

Die Einlasse 92a-92d der Kanäle 91a-91d liegen auf einem Kreisbogen 93 dort, wo die öffnung des sich erweiternden Abschnittes«! 27 endet. Die Auslässe 94a - 94d der Kanäle 91a-91d liegen auf einem Kreisbogen 95 _Ä der auf der Oberfläche des mit dem Gehäuse 29 zusammenarbeitenden Stators 20 ausgebildet ist.

Ein für den Stator typischer Kanal 91a ist in Figur 11 dargestellt. Er wird begrenzt durch einen Boden 96, eine innere Seitenwand 97» die der Achse 57 zugekehrt ist, eine äussere Seitenwand 98, die von der Achse 57 weiter als die Innenwand 97 entfernt ist und die mit der Bahn der verschiedenen Punkte auf dem Umfang einer Schaufel zusammenfällt. Die Bewegung ergibt sich durch die Zusammenfassung der Drehung des Rotors 30 um die Achse 57 und die Drehung des Rades 62 mit der Schaufel um die Radachse 71.

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Während der Drehung des durch seine Welle *U angetriebenen Rotors 30 arbeitet die Seite 73 mit der Aussenr.lanke 98 des Kanales 91a zusammen, während sich die Schaufel 69 eines Rades 62 dem Kanal nähert. Beim Forfeang der Drehbewegung des Rotors 30 dreht sich das Rad 62 weiter um seine Achse 71 und die Seite 73 beschreibt eine Bahn, die der der Aussenflanke 98 des Kanales 91a ist. Die Vorderseite Ik bewegt sich entlang des Bodens 96 des Kanales und die Seite 72 der Schaufel 69 beschreibt die Bahn der Innenflanke des Kanales 91· Am Auslass des Kanales 91a verlässt die Seite 73 der Schaufel 69 zuerst die Aussenflanke 98. Dann entfernt sich die Vorderseite Jk allmählich vom Boden 96 des Kanales, während die verschiedenen Teile den Kreis 95 kreuzen und schliesslich rutscht die Seite 72 der Schaufel 69 von der Innenflanke 97 des Kanales weg.

Die Aussenflanke 98 eines Kanales, zum Beispiel der Kanal 91a, und die Innenflanke 97 des Kanales in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors, in diesem Fall des Kanales 91b, beschreibt eine Rippe 101a - d, die damit zwischen den beiden Kanälen liegt. Die Oberseiten 102 der Rippen 101 sind ein Teil einer nach innen abgebogenen Oberfläche, die auf die Arbeitsfläche 97 des Rotors 30 abgestimmt ist. Die ringförmige Arbeitsfläche 77 ist breit genug, um mit den verschiedenen Kopfflächen 102 der verschiedenen Rippen 101 in Berührung zu stehen, mit denen sie in enger gleitender Wirkverbindung steht.

Die Arbeitsfläche 77 ist ein Teil einer Umdrehungsfläche, die durch eine um die Achse 57 rotierende und Enden 104 und I05 aufweisende Kurve 103 (Figur 12) erzeugt wird. Die Böden 96 der Kanäle 91a-91d sind Teile der Oberfläche § eines Drehkörpers der Achse 57, der durch Drehung eines Kreisbogens 76 um die Achse 57 erzeugt wird, wobei der Mittelpunkt 71 des Kreises auch der Mittelpunkt der Achse eines Rades 62 ist. Wenn die Maschine als Pumpe dient, sind die Kontur und die Lage der Kurve 103 so gewählt, dass die Arbeitsfläche 77 und der Drehkörper 76 Kanäle 91a-91d begrenzen, deren Tiefe, das heisst der parallel zu den Flanken gemessene Abstand zwischen dem Boden 96 des Kanales und dem der Arbeitsfläche 77 des Rotors

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i k,

gegenüberliegenden Teil umgekehrt proportional ist zu dem Abstand des Querschnittes der Drehachse 57 des Rotors.

Es wird nun Bezug genommen auf Figur 13, die die abgewickelte Aussenflanke eines typischen Kanals zeigt. Die Aussenflanke 98 eines Kanals, wie zum Beispiel des Kanals 91a, grenzt entlang einer Kante 151 an den Boden 96 an. Entlang einer Kante 152 grenzt sie an die Oberseite 102 der Rippe 101 an. Die Einlassseite 153 beginnt entlang des Kreises 93. Die Höhe der Planke, die ein Maximum am Einlass ist, wo sie gleich der Länge der Kante 153 1st, nimmt allmählich in Richtung zum ümfangsauslass entlang des. Kreises 95 ab, wo sie der Länge der Kante 15¹J gleich ist, die das Ende 155 der Oberkante 152 mit dem Ende 156 der Unterkante 151 verbindet.

Die Innenflanke (Figur lH) des gleichen Kanals 91a beginnt entlang des Kreises 93 an einem Punkt 157 in einem Winkelabstand von dem Punkt, an dem die Seite 153 beginnt, und wird durch eine Seite 159, die Verbindungskante 161 mit dem Boden 96 und durch die Verbindungskante I62 mit der Oberseite 102 der Rippe 101 bestimmt. Die Höhe der Flanke 97 kann man als gleich ansehen mit der Länge der parallel zu der Kante 159 verlaufenden Pigmente, deren Enden an den Kanten 162 beziehungsweise I6I liegen. Diese Höhe nimmt konstant ab von der Innenseite 159 der Flanke bis zu deren Aussenseite 163. Die Kontur der Innenflanke 97 ist jedoch praktisch identisch mit der Kontur der Aussenflanke 98.

Der wirksame Bereich jedes Kanales 91a- 91d, in den die Schaufel 69 das Arbeitsmittel hereindrückt ist derjenige, in dem die beiden Längskanten 72 und 73 der Schaufel mit der Innenflanke 97 und der Aussenflanke 98 zusammenwirken. In Figur 13» die das abgewickelte Profil der Innenflanke zeigt, liegt der wirksame Abschnitt zwischen den beiden Linien 16¹J und I65, die durch die Seite 159 der Innenflanke 97 und die Seite 15*1 der Aussenf lanke 98 durchtreten.

In W dem Wirkungs- oder Arbeitsbereich des Kanals kann die Geschwindigkeit der durch die Schaufel angetriebenen Arbeitsmittelströmung in jedem Zeitaugenblick als proportional zu der Höhe der in ge-

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strichelten Linien eingezeichneten Kurve 166 angesehen werden, deren Ordinaten die Durchschnittswerte der Ordinaten der Kurve 152 und der Kurve 162 darstellen. In jedem Zeitaugenblick ist die Geschwindigkeit der durch eine Schaufel in einem Kanal vorbewegten Strömung damit proportional der Geschwindigkeit, mit der sich die Schaufel 69 im Kanal bewegt. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Rotorwelle 44 ist diese Geschwindigkeit damit proportional zum Abstand der Schaufel von der Rotorachse 57. Die Kurve 103, die die Umdrehungsfläche erzeugt, auf der die Oberseiten 102 der Rippen 101 liegen und die mit der Fläche 77 des Rotors 40 zusammenwirken ist so gewählt, dass an jedem Punkt der Kurve 106 das Produkt aus der Ordinate dieser Kurve -diese Ordinate ist der Durchschnittswert der Ordinaten der Punkte auf den gleichen Abzissen der Kurven 152 und 162- und der linearen Geschwindigkeit der Schaufel an diesem Punkt eine Konstante ist, wenn die Maschine als Pumpe arbeitet, und vorteilhafterweise fortschreitend abnimmt, während sich die Kurve von ihrem Anfang zu ihrem Ende erstreckt, das heisst, von links nach rechts der Figur 3, wenn die Maschine als Kompressor oder Turbine arbeitet.

Sofort beim Eintritt der Schaufel 69 in einen Kanal, zum Beispiel den Kanal 91a, arbeitet die Längsseite 73 zuerst mit der Aussenflanke 98 zusammen, da sich die Längsseite 72 noch nicht in dem Kanal befindet, und die Vorderseite 74 befindet sich auf beiden Seiten des Kreises 93, von dem der Boden 96 ausgeht. Nachdem die Seite 72 die Innenflanke 97 erreicht hat, trennt die Schaufel 69 den Strom-abwärtigen Teil des Kanals 91a von der Kammer 28 ab, aufgrund der Zusammenwirkung der Seiten 72, 73 und 74 der Schaufel mit der Innenflanke 97 und der Aussenflanke 9% beziehungsweise dem Boden 96 des Kanals aufgrund der Zusammenwirkung des bogenförmigen Abschnittes, der den Kanal und einen Teil der Arbeitsfläche 77 des Rotors überdeckt, mit den Oberseiten 102 der Rippen 101, die die Kanäle bilden, und auch £i infolge der Tatsache, dass das Schaufelrad 62 mit nur minimalem freien Raum im Radialschlitz des Rotors montiert ist. Die Schaufel 69 setzt ihre Bewegung im Kanal 91a fort, dessen Vorderseite 74 mit dem Boden 96 und dessen Seite 73 mit der

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Aussenflanke 98 zusammenwirkt und dessen Seite 72 mit der Innenflanke 97 in Berührung steht. Hierzu werden die Flüssigkeit oder das Arbeitsmittel nach vorne gedrückt, bis die Längsseite 73 die Aussenflanke 98 verlässt. Dies entspricht demjenigen Teil der Kurve I62 der Figur 13, der rechts von der gestrichelten Linie I65 liegt. Die Schaufel 69 befindet sich auf dem letzten Teil ihrer Bewegung nur mit dem Boden 96 in Berührung und zwar mit einem sich allmählich verkleinernden Abschnitt ihrer Vorderseite 7^ und mit der Innenflanke 97 mit ihrer Seite 72 bis zu dem Augenblick, in dem die letztere den Kreis 95 erreicht und die Schaufel 69 den Kanal 9I des Stators 20 vollständig verlässt.

Während eine Schaufel, zum Beispiel die Schaufel 69„_D eines Rades

its

62 (Figur 9), zum Beispiel das Rad 62_ß mit dem Kanal 91a zusammenwirkt, rottet das Rad 62_ß um die Achse 71 und die Schaufel 69_2Bj die der Schaufel 69 folgt, nähert sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rades 62 der Arbeitsfläche des Stators 20. Es erreicht die Arbeitsfläche am Ausgangspunkt 92_ß des Kanals 91_D, wenn die Ebene des die Schaufeln enthaltenen Rades 62 sich in etwa in derjenigen Stellung befindet, die in Figur 9 in gestrichelten Linien angegeben wird. Dies entspricht exakt der gleichen Stellung, in der die Schaufel 69_1B die Arbeitsfläche des Stators am Ausgangspunkt 92. des Kanals 91. erreicht.

Der mit der Schaufel 69_2B zusammenwirkende Kanal 91_ß ist mit dem Kanal 91. identisch. Das Zusammenwirken der Schaufel 69_OD mit dem Kanal findet unter Bedingungen statt, die mit denjenigen identisch sind, die oben für das Zusammenwirken der Schaufel 69_1B mit dem Kanal 91. beschrieben wurden.

Bevor die Schaufel 69_lß des Rades 62_ß den Kanal 91_A verlässt, erreicht eine Schaufel &9*^ des Rades 62_A, das dem Rad 62_ß folgt, den Kanal 91. unter exakt den gleichen Bedingungen wie die Schaufel 69_1B des Rades 62_ß in diesem Kanal.

Während sich die Schaufel 69 in einem Kanal, zum Beispiel dem Kanal 91. vorbewegt, wird die in diesem Kanal enthaltene Flüssig-

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keit beziehungsweise das Arbeitsmittel durch die Vorbewegung der Schaufel ausgetrieben, wenn die letztere in dem Kanal einen Punkt erreicht, an dem ihre Längsseite 72 mit der Innenseite 97 zusammenwirkt. Die- Schaufel 69 schiebt sich in den Kanal unter gleichzeitiger Ausübung einer Dichtfunktion vor. Das heisst, dass abgesehen von gewissen Leckströmen Flüssigkeit oder Arbeitsmittel zwischen den Längsseiten 72 und 73 und der Innen- beziehungsweise Aussen$ flanke 97 beziehungsweise 98 des Kanals oder zwischen der Vorderseite 7H der Schaufel 69 und dem Boden 96 des Kanals nicht zurückströmen kann. Ebensowenig kann Flüssigkeit oder Druckmittel dadurch entweichen, dass sie über den Oberseiten 102 der Rippen 101 äi in dem Kanal vorläuft, mit dem die Arbeitsfläche 77 des Rotors 30 zusammenwirkt.

Wenn sieh zwei Schaufeln 69 von zwei aufeinanderfolgenden Rädern, die über ihre Längsseiten mit den Innen- und Aussenflanken oder Seibenwänden des Kanals zusammenwirken, in dem Kanal an Abschnitten befinden, die in Bezug auf die Achse 57 des Rotors um 90° auseinanderliegen, wird die Flüssigkeit oder das Arbeitsmittel, das sich hinter oder stromaufwärts von der ersten Schaufel, befindet, durch die zweite Schaufel nach vorne gedrückt. Wenn die Maschine als Pumpe oder Flüssigkeitsmotor dient, ist der Raum, der durch die erste Schaufel in dem Kanal während ihrer Bewegung belassen bleibt, konstant gleich dem Volumen, das durch die zweite Schaufel in dem Kanal vorgeschoben wird aufgrund der Gleichheit der Volumina, die von den Schaufeln durch die Kanäle gedrückt werden trotz der verschiedenen Tangentialgeschwindigkeiten, die vom Abstand von der Rotorachse abhängen, was sich aus der spiralartigen Gestalt der Kanäle ergibt, da die veränderliche Tiefe der Kanäle aus dem Profil des Bogens resultiert, wie dies vorstehend erörtert wurde.

Die Flüssigkeit wird damit ohne Druckstösse oder örtliche Unterdrücke gleichmässig abgegeben. Die Flüssigkeit oder das Druckmittel, das durch die Schaufeln ausgedrückt wird, die mit denjenigen Kanälen zusammenarbeiten, die ihren Auslässen am nahesten liegen, entweicht durch den Aussenauslass 9²J und wird damit unter Druck in den Raum 37 und von dort durch das Rohr 39 nach aussen abgegeben.

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BeI einer Verwendung der Maschine als Verdichter, Gasmotor oder Turbine und die Flüssigkeit komprimiert werden muss, ist der Raum, der von der ersten Schaufel während deren Bewegung belassen wird, in jedem Zeitaugenblick kleiner als das Volumen, das durch die zweite Schaufel in dem Kanal zusammengedrückt wird, Dies liegt an der Veränderung In der Tiefe der Kanäle bei gegebenen verschiedenen Lineargeschwindigkeiten der Schaufeln, die mit ihrem Abstand von der Rotorachse gemäss der Kugelform der Kanäle veränderlich sind, wo die Flüssigkeit expandiert werden soll, ist der vorstehend angegebene Raum natürlich In jedem Augenblick grosser.

Damit wird das Gas in der Leitung 39 gleichmässig zusammengedrückt und unter Druck abgegeben.

Der Druckverlust, der durch den sehr kleinen Raum eingeführt wird, der zwischen der flachen Seite 42 des Rotors 30 und der flachen Seite 41, die auf das Gehäuse 29 zeigt, besteht, reicht aus, um ein Dichtmittel einfacher Konstruktion verwenden zu können, damit die Welle 44 des Rotors 30 durch das Gehäuse 29 durchtritt.

Eine Leitung kann die Flüssigkeit oder das Arbeitsmittel aufsammeln, das den Ringraum zwischen der Welle 44 und dem Körper 35 des Gehäuses 29 erreicht, und diese Flüssigkeit entweder zum Einlassrohr 24 oder zu irgendeinem Punkt im Druckmittelkreis zurückführen, bevor es unter Druck gesetzt wird.

Bei eine» anderen Ausführung wird eine Platte in jeden Schlitz 56 eingeführt, wobei sich eine Seite über die Oberfläche 42 des Rotorkörpers erstreckt, eine Seite auf der Welle 44 ruht und eine kurvenförmige Seite, wie sie durch die gestrichelte Linie 54 in Figur 1 gezeigt wird, innerhalb eines kurzen Abstandes von der Bahn der Vorderselten 74 der Schaufeln des Rades, das in dem Schlitz aufgenommen 1st.

Bei der Ausführungs^form nach Figur 15 nimmt eine Nute 315 eine ähnlich geformte Dichtung 316 mit geringem Zwischenraum auf, wobei die Nute auf der Oberseite 311 einer Rippe 312 mit Kanälen auf jeder Seite angeordnet ist. Unter der Einwirkung einer elastischen Ein-

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richtung, wie zum Beispiel einer sehematisch bei 317 gezeigten Feder wird die Aussenseite 318 gegen die Arbeitsfläche 319 des Rotors 320 gedrückt und unterstützt damit die Abdichtung der Kammern, die durch die Schaufeln in den Kanälen 313 und 314 während ihrer Bewegung ausgebildet werden.

Es wird nun Bezug genommen auf die Figuren 16 und 17. Bei dieser Ausfuhrungsform wird ein Schaufelrad 331 durch zwei halbe miteinander zusammenwirkende Schaufelräder 332 und 333 gebildet, die beide halbe Schaufeln 334 beziehungsweise 335 aufweisen, die sich, um wenige Grade überlappen, wobei verdünnte Teile 336 und 337, die Oberflächen 338, 339, 340 und 3¹Il bilden, zwischen denen Federn angeordnet sind, sehematisch bei 3^2 und 3^3 gezeigt werden. Die Schaufel 344,die sich aus den vereinigten Halbschaufeln 33^ und 335 ergibt, hat das Profil einer Schaufel, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Längsseiten 346 und 347 werden Jedoch durch die Einwirkung der Federn 342 und 343 unter Druck an die Aussen- und Innenflanken eines Kanals angedrückt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Ausführungsform, bei der der Stator selbst eine Tendenz hat, die Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator zu gewährleisten, wobei der letztere in Längsrichtung frei verschiebbar in einem Statorkörper montiert ist und wobei elastische oder hydraulische Einrichtungen vorgesehen sind, um den Stator gegen den Rotor zu drücken.

Bei der Ausführungsform nach Figur 18 hat eine Schaufel 431 Längsseiten 432 und 433, die durch abgerundete Abschnitte 435 und 436 mit der Vorderseite 434 verbunden sind. Hierdurch wird es möglich, in einer Nute 43"? der Kante des Gehäuses ein faserförmiges Dichtsystem 438 unterzubringen, das sich durch Zusammenwirken mit den Innen- und Aussenflanken wie auch mit dem Boden des Kanals elastisch vom Schaufelkörper wegbewegt. Damit entsteht ein Effekt, der demjenigen ähnlich ist, der durch einen mit einem Zylinder zusammenwirkenden Kolbenring eines Motors erreicht wird.

Der Rotor und der Stator werden vorzugsweise mit der die Arbeitsfläche 77 aufweisenden Seite des Rotors zusammengesetzt, die der Arbeitsfläche des Stators.gegenüberliegt, wobei sich die Rotor-

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achse entlang der Statoraebse erstreckt. Wenn sich der Rotor in einer solchen Winkelstellung gegenüber dem Stator befindet, dass die Ebenen der Räder 62 senkrecht zu den Teilen der Mittellinien der Kanäle 61 liegen, die sie kreuzen, können die Schaufeln 69 der Räder einfach in den Kanälen 91 aufgenommen werden. Das Gehäuse 29 lässt sich dann so anordnen, dass es den Rotor 30 einschliesst und das Gehäuse und der Stator 20 können dann mit den Bolzen 31 verbunden werden.

Es wird nun Bezug genommen auf die Figuren 19 - 21. Bei dieser Ausführungsform enthält die Maschine ein Schaufelradystem 901, das sich aus dem Zusammenbau der beiden Räder 902 und 903 ergibt, wobei die Schaufel 902 Schaufeln 904 aufweist, die regelmässig versetzt und durch Abstände 905 voneinander getrennt sind. Im wesentlichen liegen die Schaufeln unter gleichen Winkelabständen. Das Rad 903, das im wesentlichen die gleiche Gestalt wie das Rad 902 aufweist, 1st in Winkelrichtung gegenüber diesen verschoben. Seine Zähne liegen somit den Zwischenräume"" 905 im Rad 902 gegenüber. Die Zwischenräume zwischen den Zähnen i'Cö liegen den Zähnen 90% des ersten Rades gegenüber.

Der Stator einsr solene Schaufelradsysterne aufweisenden Maschine hat verhältnismässig dünne Oberseiten 102. Figur 21 zeigt schematisch eine Schaufel 90^₃, die mit dem Kanal 91b zusammenwirkt, und eine Schaufel 906, die mit dem Kanal 91a zusammenwirkt.

Bei der Ausführungsform nach Figur 22 sind die Ebenen der Schaufelräder 421, anstatt radial orientiert zu sein, das helsst durch die Rotorachse durchzutreten, so geneigt, dass sie einen Kreis 422 berühren, dessen Mittelpunkt auf der Ach3e liegt, so dass der Winkel, den die Ebene einer in einem Kanal 91 liegenden Schaufel gilt der Tangente an der Mittellinie 423 des Kanales 91 einschliesst, konstant genügend weit ist. Das Zusammenwirken der Längsseiten 72 und 73 der Schaufeln mit den Flanken 97 und 98 des Kanals ist immer ausgezeichnet. Diese S Ausführungsform ist von besonderem Interesse, wenn eine grosse Anzahl von Kanälen 91 auf dem Stator 20 vorliegt, so dass eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird.

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Die erfindungsgemässe Pumpe hat eine besonders hohe Ausgangsleistung. Sie arbeitet ohne Schwingungen, völlig glatt, mit konstantem Druck und konstanter Ausgangsleistung. Diese Eigenschaften sind bei bekannten Schaufelradpumpen nicht bekannt. Ähnlich hat auch der E erfindungsgemässe Verdichter eine besonders hohe Ausgangsleistung. Er arbeitet ohne Schwingungen, völlig glatt und mit konstantem Druck und konstanter Ausgangsleistung. Dies sind Eigenschaften, die bei bekannten Schaufelradverdichertern unbekannt sind.

Bei einer anderen Ausführungsform arbeiten die Schaufelräder mit einem ersten Stator zusammen, wie er bei der Ausführungsform beschrieben wurde, und mit einem zweiten Stator, der in Bezug auf die Ebene der Drehachse der Schaufelräder symmetrisch zu dem ersten Stator angeordnet ist. Der Einlass des zweiten Stators nimmt Flüssigkeit oder Druckmittel auf, das vom ersten Stator abgegeben wurde. Die Maschine stellt damit eine zweistufige Pumpe oder einen zweistufigen Verdichter dar, die beide einen Schaufelradsatz aufweisen.

Es wird nun Bezug genommen auf die Figuren 23 und 24. Bei dieser Ausführungsform enthält ein Rotor 200 einen Ringkörper 201, von dem eine Frontseite 202 mit einem ersten Stator 203 und dessen anderen Frontseite 204 mit einem zweiten Stator 205 zusammenwirkt, wobei der Rotor 200 gegenüber einer mittleren Querebene 206 symmetrisch ist. Der Rotor 200 weist auf einer Seite der Mittelebene 206 eine erste Reihe von Schaufelrädern 207 und auf der anderen Seite der Mittelebene 206 eine zweite Reihe von Schaufelrädern 208 auf. Die Schaufelräder beider Reihen sind in gemeinsamen Schlitzen 214 des Rotors angeordnet. Ein Schaufelrad 207, das um seine Achse 209 verdrehbar ist, steht mit einem Schaufelrad 208 in Eingriff, das um seine eigene Achse 210 drehbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Zwischenzahnraum, der durch die sich gegenüberliegenden Längsseiten 211 und 212 (Figur 24) der Schaufeln oder benachbarter Zähne begrenzt wird, mindestens gleich der Breite eines Zahnes, das heisst dem Abstand zwischen zwei Längsseiten 211 und 213· Die Einlasse und 222 kanalisieren die Flüssigkeit oder das Druckmittel zu den Mittelzonen 223 und 224 der Statoren, wobei die Form der Räder bereits zuvor beschrieben wurde, und durch die Einwirkung der Schaufelräder 207 und 208 des Rotors wird die Flüssigkeit oder das Druck-

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mittel in Richtung auf eine gemeinsame am Umfang gelegene Ausgangsöffnung 225 gedrückt, wobei diese Öffnung in der Nähe der Mittelebene 206 liegt.

Bei dieser Ausführungsform, wird die Flüssigkeit oder das Druckmittel, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufeln eines Rades 207 oder 208 in den Zahnzwischenräumen befindlich ist, die getragen wird, wenn ein Rad um seine Achse 209 oder 210 in dem Schlitz 214 des Rotorkörpers 1*. rotiert, durch die ankommenden Schaufeln des Rades 208 oder 207 verdrängt, mit denen es in Eingriff steht, und .die abgegebene Flüssigkeit beziehungsweise das Druckmittel können dann nicht zu den Einlassen des Stators zurückgefördert werden.

Bei dieser Ausführungsform kommt ein perfektes Gleichgewicht in Axialrichtung hinzu. Der durch eine Anzahl von Schaufelrädern erzeugte Axialschub wird durch den Axialschub in umgekehrter Richtung ausgeglichen, der durch die Einwirkung der Schauf&räder der anderen Serie entsteht. Die Lager 226 und 227, die Teile der Schaufeln 228 und 229 tragen,die auf beiden Seiten des Rotorkörpers angeordnet sind, können damit von leichter und einfacher Konstruktion sein.

Bei Betrieb der Maschine als Pumpe oder Verdichter kann der Rotor an einem oder an beiden Enden der Rotorwelle angetrieben werden.

Bei einer anderen Ausführungsform bilden die Schaufelräder einer solchen Reihe Zwischen-zahnräume, die im Vergleich zu der Schaufelbreite verhältnismässig klein sind. Es sind die Schaufelräder dieser anderen Reihe, die Schaufeln mit geringen Breiten aufweisen, wobei die Zwischenzahnräume ausreichend breit sind, um die Schaufeln der ersten Schaufelradreihe aufzunehmen.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die Schaufelräder ähnlich denjenigen, die in den Figuren 19 - 21 gezeigt wurden.

Es wird nun Bezug genommen auf die Figuren 25 und 26. Bei dieser Ausführungsform enthält der Rotor 251 einen Rotorkörper 252 mit

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zwei Vorderseiten 253 und 254, die symmetrisch auf beiden Seiten einer quer verlaufenden Mittelebene 255 liegen. Die Schaufeln einer ersten Reihe von Schaufelrädern 256A, 256B, 256c und 256D gehen von der Vorderseite 253 aus, mit einer arbeitenden Umdrehungsfläche oder einem anderen geeigneten Teil. Die Schaufeln liegen in Schlitzen des Rotors 251 und arbeiten mit den Kanälen 264a -264d (Figur 26) eines ersten .Stators 257 zusammen, wie dieser zuvor beschrieben wurde. Die Flüssigkeit oder das Druckmittel treten bei 258 ein.

Die Schaufeln einer zweiten Reihe von Schaufelrädern 259A-259D gehen von der anderen Seite 254 des Rotors aus auch mit einer arbeitenden ringförmigen Umdrehungsfläche oder einem anderen geeigneten Teil. Die Schaufeln liegen in Schlitzen des Rotors 251 und ihre Ebenen halbieren praktisch die Ebenen der Schlitze der Schaufelräder 256. Die Schaufelnder Räder 259 arbeiten mit den Kanälen eines zweiten Rotors 261 zusammen, der in Bezug auf die Mittelebene 255 symmetrisch zum Stator 257 ist, dessen Kanäle 265a-265d jedoch in Winkelrichtung zu den Kanälen der Schaufeln des Rotors 257 versetzt sind.

Gemäss der Darstellung SÜÜiife die Versetzung 45°. Die Flüssigkeit oder das Druckmittel treten wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen in den Stator 26I bei 262 durch den Mittelteil ein.

Der Ablauf der Flüssigkeit oder des Druckmittels, was durch die . Einwirkung der mit den Rotoren 257 beziehungsweise 261 zusammenwirkenden Schaufelräder 256 und 259 bewirkt wird, erfolgt ausschließlich durch den Auslass 263 in der Nähe der Mittelebene 255 der Maschine.

Die Welle 264 des Rotors wird an ihren Enden in geeigneten Lagern 265 und 266 gehalten. Auch bei dieser Ausführungsform sind die auf den Rotorseiten entwickelten Axialschübe entgegengesetzt gerichtet und gleichen einander aus.

Der Betrieb der Ausführungsform nach den Figurn 25 und 26 als Tur-

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bine wird in den Figuren 25a-26 gezeigt. Luft tritt durch die Leitung 258 ein, erreicht den mittleren Teil 271 des ersten Stators 257j wird durch die Einwirkung der Schaufeln der Räder 2||a in den Kanälen 26*1 unter Druck gesetzt und dann in Umfangsrichtung in die Leitung 2β3 eingegeben, in der sie in Richtung auf eine nicht dargestellte Brennkammer weitergefördert wird.

Das Gemisch der Brenngase tritt durch eine Leitung 272, die von der Leitung 263 durch eine Trennwand 273 abgeteilt ist, und wird zum Umfang 274 des zweiten Stators 26l gefördert, wo die Gasexpansion ihre Auswirkungen auf die Schaufeln der Räder 259 hat, die mit den Kanälen 265 des Stators 26I zusammenwirken. Nach Beendigung der Expansion werden die die-Kanäle 265 im Mittelpunkt 275 des Stator" 261 verlassenden Gase durch die Auspuffleitung 262 abgeführt.

Bei anderen Ausführungsformen kann die Kühlung durch Umwälzen eines Arbeltsmittels erfolgen, das sslbst durch äussere Einrichtungen gekühlt wird. Die Schmierung erfolgt auf übliche Weise.

Es wird nun Beaug genommen auf" die Figuren 27 und 28. Bei dieser Ausführungsform enthält der Rotor 280 einen Körper 281 mit einer Vorderseite 282, von dem die Schaufeln der beiden Schaufelräder 283 und 284 ausgehen, die in einem Schlitz 285 aufgenommen sind.

Die Drehachsen 286 und 287 der Räder 283 und 284 liegen in einer Ebene, die senkrecht zu der Drehachse des Rotors liegt. Die Räder 283 und 284 wirken zusammen. Ihre Schaufeln 288 und 289 stehen in Eingriff miteinander.

Die Schaufeln 288 und 289 der Räder arbeiten mit den Kanälen 291a und 291b eines Stators 292 zusammen. Jeder Durchgang 291 erstreckt sich über eine Winkelspanne, die grosser als die Hälfte des Umfanges zwischen einem Einlassende 293 neben dem Einlass 294 für die Flüssigkeit oder das Druckmittel und einem Auslass 295 neben den Auslässen 296 und 297 für die abgegebene Flüssigkeit oder das Druckmittel ist, das an einem einzigen Auslass 298 aufgesammelt wird.

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Die Umdrehungsfläche 278 des Rotors arbeitet mit den nach innen abgebogenen auf sie abgestimmten Ob erflachen des Stators zusammen, die zum Unterstützen der Abdichtung an die Kanäle angrenzen.

Bei dieser Ausführungsform wird die in dem Zwischenzahnraum befindliche Flüssigkeit an einer Rückströmung zum Einlass gehindert.

Es wird nun Bezug genommen auf #Figur 29. Bei dieser Ausführungsform tritt Flüssigkeit in die Maschine durch.eine axiale Leitung 301 mit abnehmenden Querschnitt ein. Diese Leitung enthält einen Propeller 302, der auf die der Welle 303 des Rotors befestigt ist. Diese Anordnung ist genauso, wie sie in der US-PS 3 522 997 gezeigt wird. Die Anordnung ermöglicht, dass die Maschine mit einer sehr hohen Drehgeschwindigkeit von bis zu mehreren zehntausend Umdrehungen pro Minute angetrieben wird. Dabei bleiben gute Strömungseigenschaften der Flüssigkeit oder des Druckmittels am Einlass erhalten.

Bei der Ausführungsform nach Figur 30 wird ein Verdichter gezeigt, bei dem der Einlass 411 für das unter Druck zu setzende Gas am Umfang und bei dem der Auslass 412 im Mittelpunkt angeordnet sind. Die Welle 413 des Rotors wird durch Kugellager 415 und 4l6 durch ein am Gehäuse 410 befestigtes Lager 4l4 gehalten. Eine Abdichtung 417 ist zwischen der Welle 413 und dem Lager 4l4 angeordnet. Der Sog, der durch die Schaufeln 402 der Schaufelräder 405, die um Achsen 409 drehbar sind, auf das Gas an dem von der Rotorachse am meisten abgelegenen Punkt ausgeübt wird, ist wesentlich grosser als bei der Ausführungsform nach Figur 18, die den Vorteil einer grösseren Kompaktheit aufwies.

Schliesslich kann die Herabsetzung der Höhe der Kanäle 407 des Stators 401, die für die Verdichtung des Gases vorgesehen ist, weniger markant als bei den vorhergehenden AusführungsJbrmen sein. Die Kanäle haben somit auch noch an ihren Auslässen eine merkliche Höhe.

Bei der Ausführungsfcrm nach Figur 31 arbeitet ein Rad 451, das Schaufeln 452 aufweist und um die Achse 453. drehbar ist, mit den Kanälen 454 eines ersten Statorkörpers 455 zusammen, der um eine

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quer verlaufende Mittelebene 459 relativ zum ersten Körper symmetrisch angeordnet ist.

Der Rotorkörper 46l weist eine erste nach innen abgebogene Oberfläche 462 auf, die mit den Oberseiten 463 der Rippen 464 zusammenarbeitet, auf deren beiden Selten die Kanäle ^5Y" des ersten Statorkörpers 455 angeordnet sind. Der Rotorkörper 461.hat eine zweite nach innen abgebogene Oberfläche 462, die mit den Oberseiten 466 der Rippen 467 zusammenarbeitet, auf deren beiden Seiten die Kanäle 456 des zweiten Statorkörpers 457 liegen.

Die zu verdichtende Luft tritt durch einen axialen Einlass 477 ein, der durch ein Filter 478 geschützt werden kann.

Durch die Bewegung der Schaufeln 452 der Räder 451 in den Kanälen 454 des ersten Statorkörpers 455 wird Luft verdichtet und unter Druck in eine Leitung 472 gegeben, die die Luft zu einem üblichen nicht dargestellten Wärmetauscher fördert, wenn ihre Temperatur abgesenkt wird. Die gekühlte verdichtete Luft wird an einem Umfangs einlas si* 473 des zweiten Statorkörpers 457 eingeleitet und die Zusammenwirkung der Schaufeln 452 der Räder 451 mit den Kanälen 456 des zweiten Stators 457 erhöht den Druck der Luft welter, die dann durch einen zentrischen Auslass 474 ausgestossen wird, von dem ein Auslassrohr 475 abgeht. Einrichtungen 476 zum Abdichten der Oberfläche sind zwischen den Leitungen 472 und 473 am Umfang des Körpers 46l vorgesehen.

Die Welle 468 des Rotors kann eine Verlängerung 469 afweisen, auf der ein Propeller 471 befestigt ist. Dies wird in strichpunktierten Linien angezeigt.

Wie schon erwähnt wurde, hat die erfindungsgemässe Maschine für sich -512(Figur Ia)- eine Gestalt, die der des Verdichters ähnlich ist. Sie enthält einen Rotor 513, dessen Welle 514 sich entlang der Achse der Welle 44 des Rotors 30 des Verdichters 511 erstreckt und mit dieser integral ist. Schaufelräder 5l6, die in Rotorschlitzen angeordnet und um Achsen 517 drehbar sind, berühren einen Umfang, wobei die Mittellinie auf der Achse 518 mit der Welle 44 zusammenfällt und deren Verlängerung 514 vom Körper 515 des Rotors ausgeht. Die Schaufeln der Schaufelräder bewegen sich in spi-

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ralförmigen Kanälen eines Stators 520. Bei der dargestellten Ausführungsform liegen die Einlassenden der Kanäle am Umfang und der Auslass ist zentrisch angeordnet. Der Rotor 513 und der Stator 520 arbeiten über paarweise miteinander verbundene Umdrehungsflächen eng zusammen.

Die durch den Einlass 24 in den Verdichter 511 eintretende Luft wird bei Betrieb des Verdichters verdichtet. Das Verdichtungsverhältnis kann einen Wert erreichen, der über dem bekannter Gasverdichter liegt. Die durch die Leitung 39 austretende verdichtete Luft wird in eine Brennkammer 523 gegeben, über eine Einspritzeinrichtung wird Brennstoff in die Brennkammer gegeben. Falls es insbesondere zum Anlassen der Maschine erforderlich ist, kann eine Zündvorrichtung, wie eine Zündkerze 525 vorgesehen werden.

Die sich aus der Verbrennung ergebende Mischung, die eine hohe Temperatur aufweist, wird durch den am Umfang angeordBten Einlass 526 der Maschine 512 eingelassen und in den Kanälen des Stators 520 expandiert. Das Gemiah drückt auf die Schaufeln der Schaufelräder 516 und versetzt damit den Rotor 513 in Drehung. Die Leistung wird an der Rotorwelle 514 abgenommen. Die Rotorwelle dient auch zum Antrieb des Verdichters 511.

Es wird nun Bezug genommen auf die in Figur 32 gezeigte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Maschine einen Verdichter 6OI und die eigentliche Maschine 602. Diese sind von der gleichen allgemeinen Bauart, wie dies bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäss Figur la der Fall war. Bei dieser Ausführungsform, bei der die Räder 603 um die Achsen 6O4 drehbar sind, bewegen sich die Schaufeln 605 auf einer Seite in den spiralartigen Kanälen 606 des Stators 607 des Verdichters 601 und auf der anderen Seite in den spiralartigen Kanälen 608 des Stators 609 der Maschine 602. Der Körper 610 des Rotoräs hat auf einer Seite eine um dessen Drehachse 612 nach innen abgebogene erste Umdrehungsfläche 61I. Sie arbeitet mit den Oberseiten 613 der Rippen 6l4 zusammen, die nebeneinanderliegende Kanäle des Stators 607 abtrennen.

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Der Körper des Rotors 610 hat auf der anderen Seite, die dem Stator 609 der Maschine gegenüberliegt, eine weitere um die Achse nach innen abgebogene Umdrehungsfläche 615. Diese arbeitet mit den Oberseiten 616 der Rippen 617 zusammen, die an die Kanäle 608 des Stators 609 angrenzen und damit zur Abdichtung der Kanäle beitragen.

Die Form der nach innen abgebogenen Oberflächen 6II und 613 auf der einen Seite und die der nach innen abgebogenen Oberflächen und 616 auf der anderen Seite mögen voneinander abweichen. Dies hängt von den Verdichtungs- und Expansionsverfahren ab, die man in dem Verdichter 603. und in der Maschine 602 erreichen will.

Die Luft tritt zweckmässig durch einen zentrischen Einlass 621, der durch einen Schirm 622 geschützt ist, in den Verdiälter ein. Sie erreicht die Mittelöffnung des Stators 607 des Verdichters und wird durch die Bewegung der Schaufeln 605 der Räder 603 in den spiralartigen Kanälen 607 verdichtet und unter Druck durch eine am Umfang angeordnete Leitung 62k in eine Brennkammer 625 abgegeben.

Die besagte Kammer 625 stellt eine Büchse 626 dar, in äep die der Brennstoff durch ein Brennstoffsystem 627 eingeleitet wird. Das Gemisch aus Luft und Brennstoff, das durch ein Zündsystem 628 oder allein durch die durch den Druckanstieg bedingte Temperaturerhöhung gezündet wird, erzeugt Verbrennungsgase mit hoher Temperatur, die mit einem Teil der verdichteten Luft vermischt werden, nachdem sie dem Umfangsweg 629 der Kammer gefolgt sind.Das Verbrennungsgemisch erreicht über eine am Umfang angeordnete Eintrittsleitung 631 den Stator 609 der Maschine 602. Dort wird die innere Energie der heissen Gase zur üb ertragung der Bewegung ausgenutzt durch unmittelbare Einwirkung auf die Schaufeln 605 der Räder, die in den Kanälen 6Ο8 des Stators 609 angeordnet sind, auf dem diese Räder tragenden Rotor 610. Die Gase, die die Kanäle 6Ο8 im mittleren TEiI des Stators 609 verlassen, werden über eine Auspuffleitung 632 abgeführt.

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Die Leistung wird an der Welle 633 des in geeigneten Lagern 634 und 635" gehaltenen Rotors 6IO abgenommen.

Bei einer anderen Ausführungsform weist die Welle 633 eine in gestrichelten Linien dargestellte Verlängerung 636 auf, an der die Schaufeln 637 eines Induktors 638 befestigt sind, um die in den Verdichter 601 eingeleitete Luft vorzuverdichten.

Es wird nun Bezug genommen auf Figur 33» die eine andere insbesondere zum Antrieb einer Plugmaschine geeignete Ausführungsform zeigt. Diese Ausführungsform ist der in Figur 32 gezeigten Ausführungsform ähnlich mit der Ausnahme, dass die in geeigneten Lagern 645 gelagerte Welle 643 des Rotors an ihrem Ende einen Plugzeugpropeller 646 aufweist. Auch bei dieser Ausführungsform können die Abgase des Motors 602 in eine Leitung 647 eingeleitet und zum Antrieb durch Reaktion verwendet werden.

Figur 34 zeigt einen erfindungsgemäss aufgebauten Zusatzverdichter, der in eine Verbrennungskraftmaschine eingebaut werden kann. Der Verdichter enthält einen Rotor 701 mit einem Körper 702, der Schaufeln 704 trägt. Er ist um Achsen 703 drehbar_s Die Schaufeln 705 greifen in die spiralförmigen Kanäle 706 eines ersten Stators 707, und sie arbeiten auch mit den spiralförmigen Kanälen 708 eines zweiten Stators zusammen. Die Statore 707 und 709 sind symmetrisch zu einer quer liegenden Mittelebene 710 des Rotors 701 angeordnet. Der Rotor ist auf jeder Seite der Ebene 710 mit nach innen abgebogenen Oberflächen 711 beziehungsweise 712 ausgerüstet, die mit den Oberseiten der Rippen 713 und 714 zusammenwirken, die die benachbarten Kanäle 706 und 708 der Statore 707 beziehungsweise 709 voneinander trennen.

über eine Leitung 719 werden die Abgase der Maschine im mittleren Teil des Stators 707 zugeführt. Durch die Expansion der Gase in den Kanälen 706 werden die Schaufeln angetrieben, die den Rotor in Drehung versetzen, über die Leitung 715 werden die Gase am Auslass der Kanäle 706 ausgestossen.

Durch das Zusammenwirken der Schaufeln 705 der Räder 703 mit den Kanälen 708 des Stators 709 wird Luft von ausserhalb der Maschine

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am Umfang des Stators 709 über eine Leitung 716 angesaugt. In den Kanälen wird sie durch die Einwirkung der Schaufeln 705 verdichtet und unter Druck in die zentrische Leitung 717 einge&asen, die diese Gase der Maschine zuführt.

In Figur 35 wird eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäss ausgebildeten Rotationsgasmaschine gezeigt. Durch einen am Umfang angeordneten Einlass 801 eines Stators 802 erreicht die Luft einen Verdichter 803, der diesen Stator und Schaufelräder 804 eines Rotors 805 umfasst. Die Schaufeln 806 der Räder wirken mit spiralförmigen Kanälen 807 des Stators 802 zum Verdichten von Luft zusammen, die am Auslass dieser Kanäle durch eine zentrische Leitung 809 aufgesammelt wird, an die eine Sammelleitung 810 angeschlossen ist. Die Sammelleitung füh* die verdichtete Luft dem Eingang einer Verbrennungskammer 8II zu. Die Luft dringt teilweise in eine Büchse 812 ein, in die durch eine Zündkerze 814 gezündeter Brennstoff über die Düse 813 eingelassen wird. Die die Büchse 812 verlassenden Brenngase werden mit einem Teil der verdichteten Luft gemischt, die in dem Zwischenraum 816 umgewälzt wird. Das Gemisch wird dem mittleren Teil eines Stators 819 der Rotationsmaschine

817 a« zugeführt, die die gleichen Räder 8O4 mit Schaufeln 806 enthält. Es sind dies die gleichen Schaufeln, die auch mit den Kanälen

818 des Stators 819 zusammenwirken. Der Rotor 8O5 hat auf jeder Seite der mittleren Querebene 820 die nach innen abgebogenen Flächen 821 und 822, die mit den Oberseiten der Rippen 823 beziehungsweise 824 zusammenwirken und die einerseits an die Kanäle 807 des Stators 802 und andererseits an die Kanäle 8I8 des Stators 819 angrenzen. Durch die Expansion der heissen Gase in den Kanälen 8I8 werden die Schaufeln 806 vorgedrückt. Durch die diese Schaufeln umfassenden Räder 804 werden der Rotor 8O5 und die mit diesem verbundene Welle 825 in Drehung versetzt. Die Welle 825 wird in geeigneten Lagern 826 und 827 gehalten.

Bei diesen verschiedenen Ausführungsformen erkennt man, dass die Schaufeln während eines TEiles ihrer Verschiebung die Luft verdichten und während des anderen TEiles ihrer Verschiebung die Antriebskraft der heissen Gase aufnehmen. Die Schaufeln arbeiten damit ins-

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besondere im Hinblick auf ihre Kühlung unteijbptimalen Bedingungen. Jede Schaufel wird abwechselnd der Einwirkung der heissen Gase und der Einwirkung der verhältnismässig frischen.Luft ausgesetzt.

Es wird nun Bezug genommen auf die Figuren 36 und 37. Der Roro1> 950, wie er hier dargestellt ist, ist als einstückiger Körper 93L ausgebildet und weist auf einer seiner Vorderseiten eine nach innen abgebogene Umdrehungsfläche 953 auf, die mit den Oberseiten der Rippen der Statore zusammenwirkt, um damit die Abdichtung der Sttorkanäle zu gewährleisten. Ein Schaufelrad 955 arbeitet gleichzeitig mit den Kanälen des ersten Stators und mit den Kanälen des zweiten Stators zusammen. Beidieser Ausführungsform weist der Körper 951 des Rotors grosse Längsschlitze 95^ auf, die in regelmässigen Abständen in Winkelrichtung gegeneinander versetzt sind. Jeder Schlitz beherbergt ein Schaufelradsystem, Abgesehen vom Schaufelrad 955 mit seiner Welle 956 weist dieses System Dichtplatten 957 und 958 auf, die durch Federn 959 und 96O an die Radflächen ange* drückt werden. Die Federn werden . an ihren Enden durch Platten 961 und 962 abgestützt, die gegen die Flächen 963 und 964 der Schlitze gedrückt werden.

Nach dem Einsetzen der Radsysteme in die Schlitze werden die öffnungen der Schlitze mit einem Ring 965 abgedeckt, der mit Bolzen 966 am Körper 951 befestigt ist.

Es leuchtet ein, dass die Anzahl der Schaufelräder in einem Rotor wie auch die Anzahl der Schaufelräder eines Rades von der in den Zeichnungen dargestellten Anzahl abweichen kann. Die Form des Stators ist an dieäes Rades und der Schaufeln angepasst.

Die mit den Kanälen versehene Statoroberfläche kann auch eine eingeschlossene Form aufweisen, so dass die Schaufeln mit den Kanälen des Stators über einem Winkelbereich zusammenwirken, der grosser als die Bahn der Schaufelräder ist. In einer solchen Ausführungsform kann der Stator in mehreren Teilen aufgebaut werden, die entlang der Quer- oder Diametralebenen zusammengesetzt werden.

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Es leuchtet auch ein, dass sich die Erfindung auf eine Ausführungsform bezieht, in der die spiralartigen Kanäle in dem sich drehenden TEiI ausgebildet sind. Die Schaufelräder sind dann drehbar in dem ortsfesten Teil montiert.

Es leuchtet weiter ein, dass das mit den Kanälen der Maschine versehene Teil wie auch das mit den Schaufelrädern versehene Teil um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet sind.

Die verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung eignen sich weiter zum Betrieb als hydraulische Motore. Zum Beispiel wird bei der zuerst beschriebenen und in Figur 1 gezeigten Ausführungsform Flüssigkeit unter Druck durch das Rohr 24 in die Kammer 28 eingeleitet. Der durch die Flüssigkeit auf die Schaufeln 69 ausgeübte Druck, wobei die Schaufeln 69 in den Kanälen 91 angeordnet sind, versetzt den Rotor 30 in Drehung. Die Räder 62 mit den Schaufeln 69 rotieren um ihre Achsen 71. Die Flüssigkeit wird durch die Leitung 39 abgegeben, Ie sich vom Raum. 37 in das Gehäuse 29 erstreckt.

Die unter Druck stehende Flüssigkeit kann auch durch die Leitung 39 eingeführt werden und nach dem Antreiben des Rotors 30 unter Mitwirkung der Schaufeln 69 der Räder 62 durch das Rohr 24 ausgestossen werden.

Die Erfindung ist in ihren breiteren Aspekten nicht auf die im einzelnen hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Abweichungen im Rahmen der beifolgsiden Ansprüche sind zulässig, ohne dass dabei die Grundregeln der Erfindung verlassen oder deren Hauptvorteile geopfert werden.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims (1)

1. Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

   Anlage Aktenzeichen

   zur Eingabe vom JQ _{# Μ&±} ^J₂ my. Name d. Ann,. EUgeülUSZ M.

   R 81/2

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verdrängermaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung und/oder Expansion von-Arbeitsmitteln durch die Umlaufbewegung mindestens eines Schaufelglfedes in mindestens einem spiralförmigen Kanal erreicht wird, wobei das Schaufelglied Teil eines Schaufelrades ist, das Schaufelrad um seine eigene Achse drehbar montiert und in einem Schlitz untergebracht ist, der in einem ersten Teil der Maschine ausgebildet ist, die Schaufelräder in spiralartigen Umdrehungskanälen verschiebbar sind, die in einem zweiten Teil der Maschine ausgebildet sind, die spiralartigen Kanäle durch eine kombinierte Rotation der Glieder um eine Drehachse der Schaufelräder und durch die Drehung des ersten Teiles der Maschine in Bezug auf das zweite Teil der Maschine um die Hauptdrehachse der Maschine erzeugt werden, die Kanäle an ihren Oberseiten durch eine abgebogene Umdrehungsfläche des ersten Teiles der Maschine verschlossen sind, wobei diese Maschine die Schaufelräder aufnimmt, die abgebogene Umdrehungsfläche mit einer paarweise abgestimmten Umdrehungsfläche zusammenwirkt, die auf den Oberseiten der Seitenwände der Kanäle auf dem zweiten Teil der Maschine ausgebildet ist, so dass das Verhältnis und der Gradient der Verdichtung oder Expansion des durch die Kanäle strömenden Arbeitsmittels durch die Relativlage und -Form der zusammenwirkenden Umdrehungsflächen auf die Umdrehungsfläche übertragen wird, die durch die Drehung der Schaufelglieder um die Achse der Maschine erzeugt wird und durch die Differenz der Abstände der Schaufelglieder von der Hauptachse der Maschine an ihrem Eintritt in die spiralförmigen Kanäle und an ihrem Austritt aus den Kanälen.

   2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil der Maschine ein um die Hauptachse der Maschine rotierender Rotor und der zweite Teil ein Stator ist, der ortsfest ist.

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   3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mindestens ein Schaufelrad aufweist, das von seiner einen Seite ausgeht, und das die Schaufelglieder in mindestens einem spiralartigen Kanal verschiebbar sind, der in dem benachbarten Stator ausgebildet ist, dass die Umdrehungsoberflächen des Rotors und die Oberseiten der Seitenwände der Kanäle auf dem Stator in Bezug auf die unterschiedlichen Abstände der Kanäle von der Hauptachse der Maschine so angeordnet sind, dass das Volumenverhältnis der Strömung an jsdem Querschnittspunkt des Kanals konstant 1st.

   H. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zusammenwirkenden Umdrehungsoberfllächen des Rotors und auf den Oberseiten der Seitenwände der Kanäle auf dem Stator in Bezug auf die unterschiedlichen Abstände der Kanäle von der Hauptachse der Maschine so ausgebildet sind, dass sich eine kontinuierliche Veränderung des Volumenverhältnisses der Strömung ergibt, wenn sich die Schaufelglieder in dem Kanal verschieben.

   5. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der. Rotor mindestens ein Schaufelrad aufweist, die Schaufelglieder des Schaufelrades auf einer Seite des Rotors in mindestens einem spiralartigen Kanal des ersten Stators und auch auf der anderen Seite des Rotors in mindestens einem spiralartigen Kanal eines zweiten Stators verschiebbar sind, dass die miteinander zusammenwirkenden Umdrehungsflächen der ersten Seite des Rotors und auf den Oberseiten der Seitenwände des Kanals des ersten Stators und die entsprechenden zusammenwirkenden Umdrehungsoberflächen auf der anderen Seite des Rotors so gewählt sind, dass in Bezug auf die Abstände der Kanäle von der Hauptachse des Rotors und in Bezug auf die Undrehungsflache, die durch die Schaufelräder bei einer Drohung um die Hauptachse der Maschine erzeugt wird, so gewählt sind, dans das Volumenverhältnis der Strömung an jedem Querschnittspunkt des Kanals in sowohl dem ersten Stator wie auch in dom zweiten Stator konstant ist.

   6. Hai: 1 line nach Anspruch 5> dadurch gekennezeichnet, dass die zusammenwirkenden Umdrehun/rsflachen auf jeder Seite de« Rotors so

   3 ü Ο 8 0 7/0' BB

   gewählt sind, dass in Bezug auf die Abstände der Kanäle von der Hauptachse des Rotors und in Bezug auf die Umdrehungsoberfläche, • die durch die Schaufelräder bei Drehung um die Hauptatise der Maschine erzeugt wird, dasä Volumenverhältnis der Strömung zum Einlass zum Auslass des Kanales konstant veränderlich ist.

   7. Maschine nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor auf einer Seite mindestens ein mit dem ersten Stator zusammenwirkenden Schaufelrad und auf der anderen Seite mindestens ein mit dem zweiten Stator zusammenwirkendes Schaufelrad aufweist.

   8. Maschine nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet,dass zwei Rotore und vier Statore vorgesehen ,sind und jeder Rotor mindestens ein Schaufelrad aufweist, das mit den beiden Statoren zusammenwirkt.

   9. Maschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rotore und vier Statore vorgesehen sind, wobei jeder Rotor auf beiden Seiten mindestens ein Schaufelrad aufweist und jedes Schaufelrad mit einem Stator zusammenwirkt.

   10.Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor auf einer Seite mindestens ein Schaufelrad aufweist, das mit dem ersten Stator zusammenwirkt, und auf der zweiten Seite mindestens ein Schaufelrad, das mit dem zweiten Stator zusammenwirkt.

   11.Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rotore und vier Statore vorhanden sind, wobei jeder Rotor auf beiden Seiten mindestens ein Schaufelrad aufweist und jedes Schaufelrad mit einem Stator zusammenwirkt.

   12.Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotor mindestens ein Schaufelrad aufweist, das auf einer Selbe des Rotors mit einem Stator zusammenwirkt,injflem ein Druckmittel verdichtet wird, und a.uf der anderen Seite des Rotors das gleiche Schaufelrad mit einem zweiten Stator zusammenwirkt, in dem helsse Gase expandieren, und dass die heissen Gase den Verdichter antreiben und nutzbare Arbeit leisten, die an der Maschinen-

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   welle abgenommen wird.

   13·Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor auf jeder Seite mindestens ein Schaufelrad aufweist, das Schaufelrad auf einer Seite des Rotors mit einem erstenS-tator zusammenwirkt, in dem dasDruckmittel verdichtet wird, und dass das Schaufelrad auf der anderen Seite des Rotors mit einem zweiten Stator zusammenwirkt, wo heisse Gase expandieren, und dass die heissen Gase den Verdichterteil antreiben undnutzbare Arbeit leisten, die an der Maschinenwelle abgenommen wird.

   1^1.Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Rotor mindestens ein Schaufelrad aufweist, das mit mindestens einem Stator zusammenwirkt und ein Druckmittel verdichtet, und dass ein zweiter Rotor mindestens ein Schaufelrad aufweist, das mit mindestens einem anderen Stator zusammenarbeitet, um die heissen Gase zu expandieren, und dass die heissen Gase den Verdichter antreiben und nutzbare Arbeit an die Maschinenwelle abgeben.

   15.Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Rotor auf seinen beiden Seiten mindestens ein Schaufelrad aufweist, jedes Schaufelrad mit einem besonderen Stator zum Verdichten eines Arbeitsmittels zusammenarbeitet und ein zweiter Rotor auf seinen beiden Seiten mindestens ein Schaufelrad aufweist, Jedes Schaufelrad des zweiten Rotors mit den anderen besonderen Statoren zusammenwirkt zur Expansion der heissen Gase, und dass die heissen Gase den Kompres sort eil antMben und nutzbare Arbeit an die Maschinenwelle abgeben.

   l6.Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein die spiralartigen Kanäle aufweisendes Teil ein Rotor ist und mindestens ein die Schaufelräder tragendes Teil ein Stator ist.

   17.Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein die spiralartigen Kanäle aufweisendes Teil ein Rotor ist und mindestens ein die Schaufelräder tragendes Teil ein anderere Rotor ist, der in einem ortsfesten Gehäuse in Drehung versetzt wird,

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   18.Maschine nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen, in denen die Schaufelräder rotieren, gegenüber der Drehachse der Haschine geneigt sind.

   19.Maschinen nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelräder jeweils aus zwei sich gegenüberliegenden, identischen, längs-gerichteten Halbteilen aufgebaut sind.

   20.Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abdichteinrichtungen in der Oberseite der Seitenwände der Kanäle vorgesehen sind und mit dem Maschinenteil zusammenwirken, das^ die Schaufelräder trägt, um die Kanalabschnitte abzudichten.

   21.Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, um das die spiralartigen Kanäle aufweisende Teil mit demjenigen Maschinenteil in Eingriff zu drücken, das$ die Schaufelräder trägt.

   22.Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass Federn vorgesehen sind, um die Längsseiten der Schaufelglieder gegen die Seitenwände der Kanäle zu drücken.

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