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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System für den Bau von Pumpen, Verdichtern
und Antriebsmotoren, das aus rotierenden Kammern und aus Kolben
besteht, die sich durch einen entsprechenden Mechanismus mit unterschiedlichen
und einander wechselweise entgegengesetzten Geschwindigkeiten innerhalb
einer offenen oder geschlossenen Struktur in der gleichen Richtung
bewegen.
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Das
neue System ist durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet.
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Die
Achsen jeder rotierenden Halbkammer drehen sich innerhalb einer
festen Struktur, die diese aufnimmt. Diese Struktur kann offen ausgeführt sein oder
einen hermetisch luftdicht verschlossenen Hohlraum aufweisen, der
nach Art eines Kurbelgehäuses wirkt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
trägt die Struktur
an der Stelle einen Ring, an dem sich die Öffnungen für den Eintritt und Ausstoß von Fluiden
befindet. Angrenzend an die seitlichen Wandungen gegenüber diesem
läuft jede
rotierende Halbkammer, um die Hauptkammer zu verschließen. Zumindest ein
Kolben, der an jeder Halbkammer angeordnet ist, dichtet einen Bereich
derselben und gleitet selbst in die andere rotierende Halbkammer,
um die Kammer in wenigstens zwei Hohlräume zu unterteilen. Wenn die
rotierenden Halbkammern durch einen entsprechenden Mechanismus von
wechselseitig entgegen gesetzten Geschwindigkeiten in Bewegung gesetzt werden
(Gleitarme, Exentergetriebe, elliptische Getriebe, Kegel mit Umlaufgetrieben,
etc.) variieren diese wechselweise die Volumina der Hohlräume der Halbkammern.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
arbeiten die beiden rotierenden Halbkammern völlig gegeneinander gestellt,
wobei jede davon vorzugsweise nahe am Schieber eine Öffnung besitzt,
die dem Einlass und dem Ausstoß von
Fluiden dient. Ein Ring auf der festen Struktur außerhalb
der rotierenden Halbkammern dichtet hinreichend ab, der die Einlass-
und Auslassöffnungen
trägt und
den Einlass und den Ausstoß der
Fluide wechselweise schließt und öffnet, wenn
die Öffnungen
der Halbkammern an diesen entlang gleiten.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
bildet eine der rotierenden Halbkammern den zentralen Körper und
eine der Wandungen der Hauptkammer, wobei die andere rotierende
Halbkammer den äußeren Teil
und die andere Wandung der Kammer bildet.
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Die
Struktur, innerhalb der die beiden Halbkammern arbeiten, kann geöffnet sein,
um eine freie Luftzirkulation zu ermöglichen oder diese ist ebenfalls
hermetisch abgedichtet, und beinhaltet ein Loch, in das Schmierstoff
und/oder Kältemittel
(etc.) bei verschiedenen Drücken
eingebracht werden können.
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Durch
Anwendung dieses neuen Systems ist es möglich, Kompressor- oder Saugpumpen
zu bauen oder andererseits Pumpen zu bauen, die mit der Bewegung
von Flüssigkeiten
oder Gasen, Verbrennungsmotoren oder Motoren arbeiten, die mit einer inneren
Wärme oder
der Kühlung
eines Fluids arbeiten oder die durch Fluiddruck betrieben werden,
etc..
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Erfindung und Stand der Technik
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Systeme
von Verdichtern oder Motoren, die mit zwei Rotoren mit zumindest
je einem Kolben arbeiten, sind bereits bekannt. Die beiden Rotoren
laufen innerhalb einer festen Kammer, durch die diese in wenigstens
zwei Hohlräume
unterteilt ist, die sich im Volumen durch eine Art Spezialmechanismus
(Gleitarme, Exentergetriebe, elliptische Getriebe oder Planetengetriebe,
etc.) verändern,
die diese bei wechselweise entgegen gesetzten Geschwindigkeiten
betreiben.
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Diese
Systeme weisen verglichen mit wechselweisen oder exzentrischen Rotationssystemen
erhebliche Probleme im Bereich der Abdichtung, der Erwärmung und
der Reibung auf. Diese Probleme sind es, die bis heute die Vermarktung
dieser Systeme verhindern.
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Die
bislang bekannten Ausführungen
basieren auf dem Prinzip, dass dann, wenn zwei Rotoren innerhalb
einer festen Kammer in Bewegung versetzt werden, in einem Teil dieser
Rotoren ein Schieber oder ein Kolben aufgenommen ist, der als Verschluss der
Kammer wirkt und diese in wenigstens zwei Hohlräume aufteilt. Gemäß einigen
Ausführungen
wirkt der Schieber ebenfalls teilweise über dem Körper des anderen Rotors. Die
vorliegende Erfindung hat eine rotierende Kammer zum Ziel, die aus
zwei rotierenden Halbkammern besteht, deren Zweck es ist, eine neue
Form der Konstruktion zu schaffen, die in verschiedenen grundlegenden
Bereichen über
bis heute bekannte Ausführungen
oder Systeme der Konstruktion von Motoren oder rotierenden Verdichtern
hinausgehen, und auf dem Prinzip der sich wechselweise ändernden
Geschwindigkeit der beiden Rotoren beruht.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind mit den folgenden grundlegenden
Punkten deutlich ausgeführt:
- 1) Abdichtung: Verringerung der Größe der Bereiche,
die abgedichtet werden, da jede rotierende Halbkammer eine feste
Dichtung des Loches aufweist und der Schieber oder der Kolben über die andere
Halbkammer nur gleitend wirkt, wodurch die abzudichtenden Bereiche
um bis 50% reduziert werden.
- 2) Reibung: Verringerung der Reibung, nicht nur wegen der geringeren
zu dichtenden Bereiche, sondern ebenfalls aufgrund der Bereiche
der anderen Halbkammer, in der sich der Schieber in einer Gleitrichtung
relativ zur Bewegung in der gleichen Richtung bewegt. Beispielsweise,
wenn sich einer der Rotoren in einem Bogen von 90° dreht, dreht
sich der andere in der gleichen Richtung über einen Bogen von 270°, wobei die
Relativbewegung zwischen den beiden Rotoren 180° beträgt. Wenn die gleiche Bewegung
ermöglicht wurde
bezüglich
einer festen Kammer, hätte
man eine Summe der Bewegungen entsprechend einem 360°-Bogen.
- 3) Erwärmung:
Bis heute erzeugen bekannte Ausführungen,
die die Funktion eines Verdichters oder die der Entspannung aufweisen,
die Wärme nur
auf der Seite der Kammer erzeugen und solche, die die Temperatur
auf der anderen Seite verringern (Saugen und Ausströmen). Diese
Tatsache begründet
eine unausgeglichene Ausdehnung, die die Dichtung gefährdet und
die Reibung vergrößert.
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Der
vorliegende Erfindungsgegenstand weist keine feste Kammer auf, in
der die Rotoren mit ihren zugeordneten Kolben laufen, und wechselt
zwischen verschiedenen Teilen der Kammer, jene, die die Wärme aufnehmen,
und jene, die gekühlt
sind, gleichen kontinuierlich und vollständig die Temperatur der Halbkammern
aus, wodurch eine thermische Deformation verhindert wird. Wenn die
Halbkammern innerhalb einer festen Struktur hinreichend abgedichtet
werden mit derselben Art eines Kältemittels,
kann dieses dazu beitragen, andererseits die Temperatur weiter auszugleichen.
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Neben
diesen drei entscheidenden Vorteilen der vorliegenden Erfindung,
die die Möglichkeiten schaffen,
das Prinzip von Rotoren zu verwenden, die bei verschiedenen und
wechselweise entgegen gesetzten Geschwindigkeiten in der Konstruktion
einer Einrichtung ohne Nachteile bewegt werden, ermöglicht es
bis heute, die systembedingten Vorteile verglichen zu den Systemen
mit wechselweise oder exzentrischen rotierenden Kolben zu vergleichen.
Weitere Vorteile werden in den Bereichen der Kühlung, der Schmierung und der
Abdichtung des gesamten Aufbaus und in der Konstruktion hervorgehoben.
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Die
feste Struktur, in der sich die Halbkammern bewegen, kann leicht
abgedichtet werden und eine Kühlflüssigkeit
kann in dieser eingebracht werden.
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Es
ist ebenfalls möglich
ein Schmiermittel einzubringen. Es kann durch geeignete Führungen fließen, das
durch Zentrifugalkraft oder durch einen Druck entsprechend den Kolben
in die Halbkammern geleitet wird.
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Andererseits
kann das Schmiermittel gekühlt werden,
um die ideale Arbeitstemperatur zu erreichen.
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Die
Abdichtung der Struktur, in der die Rotoren laufen, ermöglicht für die Bildung
eines Hohlraumes, in dem es möglich
ist, einen Druck aufzubauen, die Dichtung zwischen den Kammern einfacher durch
einen Fixierring zu erreichen, ebenso zwischen den Halbkammern,
um die Vorrichtung von der Umgebung abzuschirmen, in der diese betrieben
wird.
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Ein
weiterer Vorteil, der durch den Gebrauch der rotierenden Halbkammer
entsteht, ist, wenn die Größe der Gleitteile
des Kolbens auf 50% reduziert wird, so dass es möglich wird, eine längere Maschine oder
Verdichter mit einem durchgehend kleineren Durchmesser zu bauen,
wodurch die Vibrationen durch die Zentrifugalkraft verringert werden,
wodurch der Betrieb bei höheren
Geschwindigkeiten mit geringeren Vibrationen ermöglicht ist.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die
vorliegende Erfindung ist durch die anhängigen Zeichnungen verdeutlicht,
in denen
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1 eine
Draufsicht eines Verdichters zeigt, der durch zwei Halbkammern gebildet
ist, die innerhalb einer festen Struktur rotieren, wobei jede dieser
Halbkammern eine Achse mit diesen zugeordneten Armen aufweist, die
durch eine Verbindung mit einem Stangensystem mit Gleitlagerungen
in Bewegung versetzt sind.
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2 zeigt
eine Draufsicht eines Verdichters, der aus zwei Halbkammern gebildet
ist, die entgegen gesetzt zueinander angeordnet arbeiten.
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3 ist
eine Seitenansicht des gleichen Ausführungsbeispiels gemäß der Ansicht
in 2.
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4 zeigt
eine Draufsicht eines Verdichters, der aus zwei rotierenden Halbkammern
gebildet ist; eine dieser Halbkammer bildet eine Wandung und den
inneren Teil der Kammer und die andere rotierende Halbkammer bildet
die verbleibende Wandung und den äußeren Teil der Kammer.
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Kurze Beschreibung der Funktionsweise
basierend auf den Figuren
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Mit
dem Ziel der beispielhaften Darstellung und ohne Behinderung oder
Limitierung der vorliegenden Erfindung, wird das Gleiche in Bezug
auf die oben genannten Figuren beschrieben.
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Folglich
ist in 1 in einer Draufsicht ein Verdichter gezeigt,
der durch zwei rotierende Halbkammern 3 und 5 gebildet
ist, wobei jede von diesen einen Kolben 4 und 6 aufweist,
die durch eine Gleitbewegung in die andere Halbkammer eindringen.
Die Halbkammern 3 und 5 rotieren innerhalb einer
festen Struktur 1 mit einer Aussparung 2, die
ein Schmiermittel und/oder eine Kühlflüssigkeit enthalten kann. Die
Struktur 1 zeigt eine Art Ring 15 mit zwei Öffnungen
für den
Einlass und den Auslass 7 und 8, gegen die die
beiden Halbkammern 3 und 5 mit ihren zugeordneten
Dichtungen 10 und Dichtung 9 angrenzen, die zwischen
den beiden Halbkammern 3 und 5 wirkt. Jede Halbkammer
weist eine Achse mit jeweils zugeordneten Armen 11 und 12 auf,
die durch ein doppelt verbundenes Stangensystem 13, die
mit einem Antrieb verbunden sind, in Bewegung versetzt werden. Der
Mittelpunkt der doppelt verbundenen Stangenachsen ist beabstandet
zum Mittelpunkt der Achsen der die Bewegung übertragenden Arme 11 und 12 angeordnet,
was zur Verschiebung der Gleitlager 14 führt, die
die Länge
des Radius der Bewegungsübertragung
verändern,
die eine konstante Geschwindigkeit ändern in eine Bewegung von
sich ändernden wechselweise
entgegen gesetzten Geschwindigkeiten zwischen beiden rotierenden
Halbkammern. Bei einer Rotation auf diesem Wege bilden die Hohlräume zwischen
den beiden Kolben wechselweise größer werdende und kleiner werdende
Volumina, was die Funktion des Saugens und Ausstoßens ermöglicht.
Durch ihre Verlagerung öffnen
oder schließen die
Kolben die Öffnungen 7 und 8 des
Ringes 15, wodurch der Einlass oder der Auslass von Fluiden
ermöglicht
ist. Jede 360°-Drehung
der mit dem Motor verbundenen Stange entspricht zwei Saugvorgängen und
zwei Verdichtungsvorgängen
des vorliegenden rotierenden Verdichters.
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2 zeigt
eine Draufsicht eines Verdichters, der aus zwei Halbkammern gebildet
ist, die entgegen gesetzt zueinander arbeiten und jeweils eine Öffnung 17 und 18 aufweisen.
Ein Ring 16, angeordnet außerhalb beider Halbkammern
und der Teil der festen Struktur 1 ist, ermöglicht den
Einlass und den Auslass des Fluids, wenn jede Halbkammer in ihrer Verschiebebewegung
sich mit den Öffnungen 7 und 8 des
Ringes 16 deckt.
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3 zeigt
eine seitliche Ansicht des gleichen Ausführungsbeispiels, das in 2 gezeigt
ist.
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4 zeigt
eine Draufsicht eines Verdichters, der durch zwei rotierende Halbkammern
gebildet ist; wobei einer von denen, Nummer 3, eine der beiden Wandungen
und die Innenseite der Hauptkammer bildet und die andere, Nummer
5, die verbleibende Wandung und die Außenseite der Kammer bildet.
Die Dichtungen für
den Einlass und den Auslass werden durch den Ring 16 für die rotierenden Halbkammern 5 gebildet
und durch den Ring 19 für die
rotierenden Halbkammern 3 gebildet.