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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringmaschine
für Fluid
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und insbesondere eine Flüssigkeitsringmaschine, die
ein Rotormittel wie beispielsweise ein Schaufelrad aufweist, das
exzentrisch relativ zu dem Gehäuse
drehbar ist und einen positiven Transport von Fluid gewährleistet.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum positiven Transport
von Fluid gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Der Fachmann kennt verschiedene Flüssigkeitsringpumpen,
die für
Anwendungen gängig
sind, die sich auf den Transport von Fluid oder auf das Pumpen beziehen,
wie beispielsweise für
Verfahren und Vorrichtungen der chemischen Industrie, der Papierherstellungsindustrie
oder der Lebensmittelindustrie oder für Pumpvorgänge in Kraftwerken, Abwasseranlagen
oder ähnlichen
Anlagen. Die bekannten Flüssigkeitsringpumpen
weisen normalerweise ein stationäres
Gehäuse
sowie ein Schaufelrad oder einen Rotor auf, der bezüglich des
Gehäuses
exzentrisch drehbar ist. Das Schaufelrad wird mittels eines externen
Motors, normalerweise mittels einer elektrischen Maschine, gedreht.
Die anliegenden 1a und 1b werden im Hinblick auf
den Stand der Technik in Bezug genommen.
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Diese ungefähr 60 Jahre alte Flüssigkeitsringpumpe
ist sehr populär
geworden, insbesondere aufgrund ihres relativ einfachen Aufbaus
und ihrer großen
Verlässlichkeit
im Gebrauch. Der Nachteil der Lösung
war jedoch die schwache Effizienz (ungefähr 40%) und die schlechte Einstellbarkeit.
Die schwache Effizienz ist hauptsächlich ein Ergebnis der Tatsache,
dass, wenn das Schaufelrad den Flüssigkeitsring dreht, ungefähr die Hälfte der
Energie des Antriebsmotors verbraucht wird, um die Reibung zwischen
dem Ring und der inneren Oberfläche
(dem inneren Umfang) des Gehäuses
zu überwinden.
Außerdem
erzeugt dies Erosion in dem Gehäuse
und einen ungleichmäßigen Strom
sowie ein Spritzen. Die Reibungsarbeit verursacht auch ein Erhitzen
der Pumpe und auch ein Erhitzen der zu pumpenden Flüssigkeit.
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In Bezug auf den Stand der Technik
wird Bezug genommen auf die US-Patentschrift US-4050851, die eine
herkömmliche
Flüssigkeitsringkompressorpumpenanordnung
vorschlägt
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und
eine neue Lösung
für eine
Flüssigkeitsringpumpe
zu schaffen sowie ein Verfahren für einen positiven Fluidtransport.
Die Lösung
gemäß der Erfindung schafft
beispielsweise eine Flüssigkeitspumpe,
die eine Effizienz hat, die im Vergleich zu den herkömmlichen
Lösungen
wesentlich verbessert ist.
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Ein Ziel der Erfindung ist es auch,
eine Flüssigkeitsringpumpe
und ein Verfahren zum Transportieren von Fluid zu schaffen, womit
eine bessere Einstellbarkeit als bei der bekannten Lösung erzielt
wird.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, eine
Lösung
zu schaffen, mit der die Größe des Antriebsmotors
eines drehbaren Aktors, wie beispielsweise eines Shaufelradmittels,
einer Speiseschraube etc., reduziert werden kann.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, eine
Lösung
zu schaffen, mit der das Erhitzen der Maschine und das Erhitzen
des zu transportierenden Fluids reduziert werden kann.
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Ein Ziel der Erfindung ist eine Lösung, die
einen Aktor mit integrierter elektrischer Maschine und Getriebe
schafft.
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Die Erfindung basiert auf der Idee,
dass der Gehäuseteil
einer Flüssigkeitsringmaschine,
das Planetengetriebe, die Speiseschraubenstruktur etc. drehbar angeordnet
ist. Das Gehäuseteil
kann vorzugsweise so angeordnet sein, dass es ein hohles Rotormittel
einer elektrischen Maschine bildet, das auf gewünschte Art und Weise bezüglich des
eigentlichen, innerhalb des Gehäuses
vorgesehenen Schaufelrads oder ähnlichen
drehbaren Teils gedreht wird. Diese erfinderische Idee wird erleichtert
durch das Begreifen der Tatsache, dass bei einer elektrischen Maschine
der elektrische Fluss nur zu der Oberflächenschicht des Rotors hindurchdringt,
wobei der Kernbereich des Rotors nur einen kleinen Einfluss auf
den Betrieb der Maschine hat.
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Genauer gesagt ist die Flüssigkeitsringmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung hauptsächlich
dadurch gekennzeichnet, dass in den anliegenden Ansprüchen 1 bis
6 und insbesondere in den kennzeichnenden Bereichen des unabhängigen Anspruchs
1 offenbart ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hauptsächlich dadurch
gekennzeichnet, was in den anliegenden Ansprüchen 7 bis 10 offenbart ist,
und insbesondere durch die kennzeichnenden Bereiche des Anspruchs
7.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist
der Aktor, wie beispielsweise eine Flüssigkeitsringmaschine, ein
Schaufelradmittel auf, das mittels einer externen Antriebsvorrichtung
gedreht wird und das mit Lagern relativ zu dem Körper der Maschine gelagert
ist. Außerdem
weist die Vorrichtung ein drehbares Gehäusemittel auf, das exzentrisch
relativ zu dem Schaufelradmittel angeordnet ist. Die Drehung des
hohlen Gehäusemittels
wird von einer Anordnung sichergestellt, gemäß der ihre Schale als Rotor
dient. Statormittel, die den Rotor umgeben, sind am Körper der
Maschine angebracht. In diesem Kontext wird Bezug genommen auf die
Patentveröffentlichung
DE 36 41 142 C2 ,
die in ihren
1 und
2 ein
Beispiel eines hohlen Rotors offenbart.
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Es ist möglich, die Rotormittel mit
verschiedenen Mitteln zu versehen, die ihren Betrieb erzielen, wie
beispielsweise Kurzschlussringe aus Kupfer oder Aluminium oder mit
einem sogenannten Läuferkäfig oder
einer Läuferwicklung.
Demzufolge können
die Statormittel beispielsweise sogenannte geformte Statorzähne aufweisen,
ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird.
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Die gängigen Versorgungsanordnungen, Dichtungen
und Lager der unterschiedlichen Drehwellen können auf an sich bekannte Art
und Weise implementiert werden, beispielsweise können die Lager Kugel- oder
Gleitlager sein, und die Dichtungen können Kastendichtungen sein,
und sie werden daher nicht genauer erläutert.
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Der von dem Gehäuse geschaffene Rotor kann
mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Schaufelrad gedreht werden,
aber die Geschwindigkeit kann auch unterschiedlich sein. Die Drehgeschwindigkeiten
dieser beiden Elemente können auch
separat einstellbar sein, wodurch der Geschwindigkeitsunterschied
dazwischen einstellbar wird. Dies ermöglicht eine gute Einstellbarkeit
der Maschine, da die Anzahl der unterschiedlichen Geschwindigkeiten
und/oder der Unterschiede in den Geschwindigkeitsvariationen wesentlich
höher wird.
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Spürbare Vorteile werden erzielt
gemäß der Erfindung.
Beispielsweise ist der Effizienzkoeffizient einer Flüssigkeitsringmaschine
spürbar
verbessert aufgrund eines wesentlich bemerkenswerten Absinkens des
Einflusses der Reibung. Der Anstieg in der Temperatur, der durch
die Reibungsarbeit erzeugt wird, sinkt wesentlich, außerdem sinkt
die Energieanforderung, und so ist es möglich, eine kleinere Antriebseinrichtung
für die
Drehung des Schaufelrads zu verwenden, was einen wesentlichen Einfluss
hinsichtlich der Anschaffung- und Betriebskosten der Einrichtung
hat. Das Absinken der Energieanforderungen wird auf ungefähr 50% geschätzt. Die
Außendurchmesser
der Flüssigkeitsringmaschine
sind immer noch gemäßigt, wenn
die erzielten Vorteile in Betracht gezogen werden. Außerdem sinken
die Erosion des inneren Umfangs des Gehäuses sowie das Spritzen wesentlich
ab oder werden sogar vollständig eliminiert.
Mit der Erfindung ist es möglich,
eine wesentlich kompakte Struktur zu schaffen, wie beispielsweise
einen Aktor, der eine elektrische Maschine und eine Getriebeeinrichtung
beinhaltet.
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Im Folgenden werden die vorliegende
Erfindung und ihre weiteren Ziele und Vorteile beschreiben, und
zwar auf beispielhafte Art und Weise mit Bezug auf die anliegenden
Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen.
Die nun folgende beispielhafte Beschreibung der Erfindung soll die
Erfindung jedoch nicht auf die bestimmten in diesem Zusammenhang
offenbarten Formen begrenzen, sondern die vorliegende Erfindung
soll alle Modifikationen, Alternativen und Ähnlichkeiten abdecken, die
im Bereich der vorliegenden Erfindung enthalten sind, wie er von
den anliegenden Ansprüchen
definiert ist. Der Ausdruck "Flüssigkeitsringpumpe",
der in der beispielhaften Ausführungsform
verwendet wird, soll außerdem
alle Flüssigkeitsringmaschinen
umfassen, die mit dem oben erläuterten
grundlegenden Prinzip arbeiten und für einen positiven Transport
von Fluids, wie beispielsweise unterschiedlichen Flüssigkeiten,
Gasen etc. verwendet werden.
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Die 1a und 1b offenbaren eine herkömmliche
Flüssigkeitsringpumpe
von der Seite und vom Ende her gesehen.
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Die 2a und 2b offenbaren eine Ausführungsform
der Flüssigkeitsringmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
ein Leitungsdiagramm des Durchdringens des elektrischen Flusses
zu Rotoren, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
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Die 1a und 1b offenbaren Schnitansichten
von der Seite und vom Ende her einer herkömmlichen Flüssigkeitsringpumpe mit einem
stationären Gehäuse 1 und
einem Schaufelrad 2, das innerhalb des Gehäuses mittels
Lagern exzentrisch gelagert ist. Das zu pumpende Fluid tritt entlang
eines Einlasskanals 4 ein, wie mittels eines Pfeils 3 gekennzeichnet,
und wird durch einen Auslasskanal 5 entfernt, wie mittels
eines Pfeils 6 gekennzeichnet. Der Flüssigkeitsring, der entlang
des inneren Umfangs des Gehäuses 1 mittels
des Schaufelrads 2 gedreht wird, ist mit 7 bezeichnet.
Die externe Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt), die die Drehung
zur Verfügung
stellt, wie beispielsweise eine elektrische Maschine, ist an der
Welle des Schaufelrads 2 auf an sich bekannte Art und Weise
angekoppelt.
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Die 2a und 2b offenbaren die Struktur der
Flüssigkeitsringmaschine
gemäß der Erfindung entsprechend.
Ein an sich bekanntes Schaufelradmittel 2, das mittels
einer externen Antriebsvorrichtung in Drehung versetzt wird, ist
mittels Lagern 18 an dem Körper 12 drehbar angeordnet.
Ein Gehäuseteil 11 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist auch drehbar an dem Körper 12 mittels Lagern 16 angebracht.
Der Gehäuseteil 11 ist
von Statormitteln 14 umgeben, die an dem Körper 12 angebracht
sind und eine an sich bekannte Struktur haben, die aus Statorplatten
besteht.
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Eine Saugöffnung oder Einlassöffnung 14 und
eine Auslassöffnung 5 auf
der Druckseite sind auch offenbart. Im Beispiel der 2 sind
diese vorgesehen durch Verwenden der Halterungen 15 der Lager 16,
die an dem Körper 12 angebracht
sind. Die notwenigen Dichtungen, beispielsweise 17, können an
sich bekannte Kastendichtungen, Lippendichtungen, etc. sein, die
zum Abdichten dienen. Das Beispiel offenbart auch eine Lösung zum
Positionieren der Saugöffnung 4 und
der Auslassöffnung 5 des
Fluids relativ zu der Mittelachse 21 so, dass sie um ungefähr 180° entfernt
voneinander innerhalb des Rotors 11 angeordnet sind. Dies
ist jedoch nicht die einzige mögliche
Lösung.
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Gemäß einer Lösung beträgt der Durchmesser des Schaufelradrotors
an den Enden der Schaufeln ungefähr
250 mm, der Durchmesser des Innenumfangs 13 des Rotors
ist ungefähr
300 mm. Die Dicke der Rotorschale kann beispielsweise ungefähr 15–40 mm betragen.
Der Außenumfang
des Körpers 12 der
Maschine beträgt
in dem Beispiel ungefähr 520
mm.
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Der Flüssigkeitsring, der einen wesentlichen Teil
des Betriebs der Maschine bildet, ist mit 7 bezeichnet.
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Die Anordnung ist vorzugsweise so,
dass der Gehäuseteil 11 mittels
Lagern zentral relativ zu dem Körper 12 gelagert
ist, wobei die Achsenlinie 20 die Mittellinie des Rotormittels 11 bildet.
Das Schaufelradmittel 2 wird mittels Lagern exzentrisch
relativ zu dem Körper 12 entlang
einer anderen Mittellinie 21 gelagert, wobei es so exzentrisch
mittels der Lager relativ zu dem Gehäuseteil 11 ebenfalls
gelagert ist. Andere Anordnungen sind jedoch auch möglich, und war
hier wichtig ist, ist, dass sowohl der Gehäuseteil 11, der einen
Rotor bildet, als auch das Schaufelradmittel 2 drehbar
sind und exzentrisch relativ zueinander angeordnet sind.
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Die Zeichnung offenbart auch ein
vorteilhaftes weiteres Merkmal, gemäß dem der hohle Rotor 11 gemäß der Erfindung
mit einem Kurzschlussring 22 versehen ist, der vorzugsweise
beispielsweise aus Kupfer sein kann, aus Aluminium oder einem ähnlichen
Material mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit.
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Das Leitungsdiagramm der 3 verdeutlicht das Phänomen, das
die Erfindung ermöglicht, nämlich das
Durchdringen eines elektrischen Flusses zu aus unterschiedlichen
Materialien hergestellten Rotoren in einem Nennpunkt eines Motors,
wobei I = 90 A, Uv = 123 V, 400 Hz. Die
Stärke
des Flusses als T-Wert ist auf der vertikalen Achse aufgetragen, und
die Tiefe y des Punkts, der untersucht wird, ist auf der horizontalen
Achse in cm aufgetragen. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist
das Absinken der Stärke
des Durchdringens des Flusses mit unterschiedlichen Materialien
wesentlich gering von der Tiefe von 2 cm aus und anschließend. Nach
einem tiefen Wert von 3 cm kann gesagt werden, dass der Einfluss
der Flussdurchdringung nicht mehr wichtig ist. So setzt die Flussdurchdringung
keine spezifischen Schranken für
die Verwendung eines hohlen Rotors mit einer Wanddicke von ungefähr 2 cm. Selbst
dünnere
oder dickere Wände
können
verwendet werden. Die dünnere
Wand kann jedoch in manchen Fällen,
abhängig
von dem Material, einen nachteiligen Einfluss auf die Eigenschaften
des Motors, wie beispielsweise auf seinen Wirkungsgrad haben.
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Wie sich aus dem Diagramm ergibt,
gibt es keine wesentlichen Unterschiede bei der Durchdringung der
Flüsse
der unterschiedlichen Materialien. Die VACOVER- und Fe
520-Stahlmaterialien
sind jedoch geringfügig
besser als der MOC 315-Stahl, aber selbst dieser erfüllt die
Anforderungen, die für
das Material des Rotormittels 11 der vorliegenden Erfindung
gelten.
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Der Betrieb der Flüssigkeitsringmaschine 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung weist das Drehen des Schaufelradrotors 2 mittels
einer externen Antriebseinrichtung auf eine per se bekannte Art
und Weise auf. Außerdem
wird der Gehäuseteil 11,
der so angeordnet ist, dass er einen hohlen Rotor einer elektrischen
Maschine bildet, auch gedreht. Der Betrieb des Gehäuseteils 11,
der dazu angeordnet ist, als Rotormittel zu arbeiten, entspricht
dem Betrieb eines an sich bekannten hohlen Rotors einer elektrischen
Maschine und wird daher hier nicht mehr genauer erläutert. Die
Drehgeschwindigkeiten der Rotoren 2 und 11 können gleich
sein, aber es ist auch möglich,
einen gewünschten
Unterschied der Geschwindigkeiten vorzusehen. Das Rotormittel 2 kann auch
auf eine nicht drehende Stufe gesetzt werden oder sich frei drehen.
Falls der Gehäuseteil 11 nicht gedreht
wird, wird die Maschine 10 als herkömmliche Flüssigkeitsringpumpe arbeiten.
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Das zu transportierende Fluid, wie
beispielsweise eine Flüssigkeit
oder ein Gas, tritt in den Gehäuseteil 11 durch
einen Einlasskanal 4 ein und wird aufgrund eines Anstiegs
in dem Druck/Transporteffekt, verursacht durch das Schaufelrad 2,
durch eine Auslassöffnung 5 in
der Druckseite auf per se bekannte Art und Weise ausgelassen. Der
wesentliche Unterschied bezüglich
des Standes der Technik ist, dass auch die innere Schale 13 des
Gehäuseteils 11 nun
drehbar ist, wodurch das Ausgestalten und der Aufbau der Kanäle 4 und 5,
beispielsweise hinsichtlich der Abdichtung, sich von den herkömmlichen
Anordnungen unterscheidet.
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Das gleiche Prinzip, gemäß dem der
drehbare Gehäuseteil
auch den Rotorteil einer elektrischen Maschine bilden kann, kann
auch in verschiedenen anderen Anwendungen verwendet werden, wie
beispielsweise bei Planetengetrieben, unterschiedlichen Speiseschrauben
etc., ohne dass die grundlegenden Prinzipien der Erfindung verlassen
werden. Was wichtig ist, dass gemäß der Erfindung das Aktorelement
in einem hohlen Raum angeordnet sein kann, welcher Raum von Statormitteln
gedreht werden kann, die um die äußere Oberfläche des
Gehäuseteils
dieses Aktors herum vorgesehen sind. Nur als Beispiel kann erwähnt werden,
dass die Größe der integrierten
Anordnungen einer elektrischen Maschine und eines Getriebes wesentlich
klein werden, während
sie eine gute Einstellbarkeit haben werden.
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Mittels der Erfindung werden daher
eine Vorrichtung und ein Verfahren geschaffen, womit eine spürbare Verbesserung
im Bereich der Flüssigkeitsringmaschinen
erzielt worden ist, insbesondere hinsichtlich der Effizienz und
der Einstellbarkeit.
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Die oben genannten Beispiele der
Ausführungsformen
der Erfindung begrenzen den Bereich der Erfindung, der mittels der
Ansprüche
definiert ist, in keiner Weise.