EP1984600A1 - Einstellbarer segmentverdränger - Google Patents

Einstellbarer segmentverdränger

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Publication number
EP1984600A1
EP1984600A1 EP07726401A EP07726401A EP1984600A1 EP 1984600 A1 EP1984600 A1 EP 1984600A1 EP 07726401 A EP07726401 A EP 07726401A EP 07726401 A EP07726401 A EP 07726401A EP 1984600 A1 EP1984600 A1 EP 1984600A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
segmentverdränger
displacement elements
elements
displacer
segment
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07726401A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Eckgold
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP1984600A1 publication Critical patent/EP1984600A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/22—Rotary-piston machines or engines of internal-axis type with equidirectional movement of co-operating members at the points of engagement, or with one of the co-operating members being stationary, the inner member having more teeth or tooth- equivalents than the outer member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
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    • F01C1/3441—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F01C1/3442—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution
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    • F01C1/3445—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the vanes having the form of rollers, slippers or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F01C21/0818—Vane tracking; control therefor
    • F01C21/0827—Vane tracking; control therefor by mechanical means
    • F01C21/0845—Vane tracking; control therefor by mechanical means comprising elastic means, e.g. springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C11/00—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations
    • F04C11/001—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations of similar working principle

Definitions

  • the invention relates to a segment displacer comprising
  • a housing in which a cylindrical hollow body is arranged with a cylinder wall, which forms a cylinder chamber,
  • the cylindrical hollow body is arranged in a relative to the housing movable slide, which varies depending on the position of the slider, the volume of the space segments.
  • Segment displacers generally include a stator, a cylindrical hollow body having in its longitudinal axis a rotor, i. an axis of rotation encloses.
  • the axis of rotation usually runs longitudinally through the cylindrical hollow body.
  • Radially mounted displacement elements on the rotation axis divide the cylinder chamber into space segments.
  • the displacers are simple surfaces, but other geometric bodies are also used for technical reasons.
  • the displacer elements are made to rotate with the rotation axis.
  • Liquid gas mixtures pass through an inlet and are discharged again through an outlet, such a segment displacer can be used for example as a pump.
  • a segment displacer can be used for example as a pump.
  • the pressures can be regulated accordingly.
  • Such pumps are also used as hydraulic pumps throughout the vehicle and machine area.
  • rotary vane pumps there are also known rotary vane pumps.
  • one or more, usually radially arranged guides are incorporated into the rotor.
  • These guides sit the rotary valve.
  • These slides divide the space between stator and rotor into several space segments.
  • the rotary valves can move in the guides. They are usually attached by a in the bottom of the slot
  • Wankel engine internal combustion engine is a segment displacer.
  • This Wankel engine also referred to as a rotary piston engine, is an internal combustion engine in which reversal-free movement of a so-called rotary piston, which is arranged on an eccentric shaft, revolves in a trochoid housing and at the same time rotates about its own axis.
  • the contour of the rotary piston consists of three flattened circular arcs and looks like a Reuleaux triangle. The corners are standing constantly in contact with the Trochoid housing and thus form three independent work spaces.
  • DE 10 2004 035 743 A1 discloses a variable displacement pump with a displaceable cam ring, in which there is a rotatable drive shaft with a rotor.
  • the rotor has slots formed radially of the drive shaft for holding
  • the rotor blades are held radially movable and lie on
  • the cam ring can be compared to the rotor with hydraulic
  • Movements are moved to vary the capacity of the positive displacement pump.
  • EP 0 398 377 B1 describes a rotary hydraulic pump as a combination of vane pump and centrifugal pump.
  • a sliding contour ring is provided, in which a rotor rotates with wings. The wings abut the contour ring and are guided by radial slots in the rotor radially movable. By shifting the contour ring, the pumping power of the vane pump can be changed.
  • a pressure medium motor which is designed as a rotary valve motor with a displaceable rotor cylinder and a rotor rotatably mounted therein.
  • a pressure medium In radial recesses of the rotor slide are arranged radially movable.
  • the motor By introducing a pressure medium, the motor is driven. In this case, the speed can be controlled by moving the rotor cylinder.
  • the object of the invention is therefore to provide a Segmentverdränger that optimally exploits the available volume during operation.
  • the volumes of the space segments should be able to be changed in a simple and cost-effective manner.
  • Space segments are coupled via exchange links.
  • the invention is based on the principle of combining two movements.
  • the volume generated by the displacer elements is coupled to the volumes which arise in the guide of the displacer elements via suitable exchange connections.
  • the total available volume of the segment displacer according to the invention is optimally utilized. Even at relatively low speeds you get, in the case of a pump, a relatively high pump power. In this way a changeable parameter is present, with which not only the place of the
  • Space segments changed by the rotation, but in addition the volumes of the space segments can be varied. This opens up the possibility of gases, Liquids or liquid gas mixtures with additional volume on the one hand to compress or relax.
  • a preferred embodiment of the subject invention also results from the fact that the exchange connections are arranged in a housing cover.
  • exchange connections can be realized in a simple manner.
  • exchange connections which are formed for example as suitable holes or channels in the housing cover, the different volumes can be coupled together.
  • the erf ⁇ ndungsdorfen segment displacer connect the exchange connections depending on the position of the displacement in the cylindrical hollow body, the space segments with the variable cavities. Depending on the position of the displacement elements, the corresponding cavities are assigned to the individual space segments and connected to one another. This ensures that only certain volumes are coupled together at defined times via the exchange links.
  • the exchange connections are controlled via a valve control. This ensures that very precise times for a coupling of the different volumes can be produced.
  • guiding and / or holding means are provided on the axis of rotation, in which the displacement elements are movably guided and / or held.
  • the displacement elements are in a single operation of the Segmentverdrfiters in radial movements
  • a displacement element with the guide or holding means forms a space segment wall. These space segments rotate about the axis of rotation. Centrifugal forces ensure, when the rotation axis rotates, that the displacer elements are pressed against the cylinder inner wall along the positive guide. This effect on the seal is also assisted in the pressure region of the space segments by the pressure prevailing in the space segment being transmitted via the exchange connections to the variable cavities. Thus, the displacer with this pressure of the pressure range against the cylinder inner wall pressed.
  • the displacement elements seal the space segments against each other. The displacer elements are held in a radial position.
  • Displacer provided against the cylinder inner wall.
  • the tensioning means are then designed as spring elements.
  • the spring elements are, for example, in suitable spring channels of
  • the displacer elements are arranged symmetrically about the axis of rotation.
  • the axis of rotation there is no imbalance in the rotation.
  • three displacement elements may be arranged in a star shape around the axis of rotation.
  • a preferred embodiment of the invention results by providing an inlet and / or outlet in the cylindrical hollow body.
  • an inlet and / or outlet in the cylindrical hollow body.
  • the valve control can control both the inlet and outlet timing, as well as the inlet and outlet.
  • the segment displacer can be so, for example, as in accordance with an advantageous embodiment is proposed to use as a pump.
  • a relatively small hydraulic pump can be realized, which achieves particularly high pressures.
  • the segment displacer according to the invention thereby finds applications, for example, in automobiles, aircraft or other machines. Because of the simplicity, both the manufacturing costs and the dimensions and the weight are to be kept relatively low when comparing the segment displacer according to the invention with comparable devices.
  • segment displacer is not used as a pump, it can be formed according to a further advantageous embodiment as an internal combustion engine.
  • the segment displacer according to the invention itself can serve as a drive. Depending on the position of the slide, gases, liquids or liquid gas mixtures can be compressed with little effort to high pressures or correspondingly relax.
  • a particularly advantageous variant of the segment displacer according to the invention is obtained by providing an actuator for the movable slide.
  • the actuator such as an electric motor with a suitable gear moves the slider in the desired position.
  • the actuator on a control control that automatically controls the position of the slide. This may in particular be a processor-controlled control control.
  • segment displacer means for positive guidance of the displacer elements are provided.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram in a schematic section of a segment displacer according to the invention, in which the slide in a
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a schematic section of a segment displacer according to the invention, in which the slider is set in an end position.
  • Fig. 3 shows a schematic diagram of a housing cover of an inventive
  • FIG. 1 a schematic section of an inventive segment displacer 10 is shown as a schematic diagram.
  • the segment displacer 10 comprises a housing 12 in which a slider 14 is arranged.
  • the slider 14 has a push element 16, which protrudes from an opening 18 of the housing 12. With the help of the pushing element 16, the slider 14 can be moved in the housing 12.
  • the housing 12 has sufficient free space for movement 19 for the slider 14.
  • the slider 14 and the pusher 16 are in the present figure in a starting position and are shown crosshatched.
  • a cylindrical hollow body 20 is further arranged.
  • the side of the cylindrical hollow body 20 becomes the cylinder wall 22 - consequently, the inner side is referred to as the cylinder inner wall 24.
  • a cylinder chamber 26 is formed.
  • This cylinder chamber 26 encloses a rotation axis 28 on which radial displacement elements 30, 32, 34, 36 are arranged.
  • the rotation axis 28 is rotatably supported in suitable bearings 38 of the housing 12.
  • the bearings 38 are indicated only as dashed lines.
  • the rotation axis 28 has in the present exemplary embodiment a square arrangement 40 as a base 42 for the displacement elements 30, 32, 34, 36. At the corners of the square arrangement 40 guide elements 44 are provided. The displacement elements 30, 32, 34, 36 are movably guided between the guide elements 44. The displacement elements 30, 32, 34, 36 are tensioned with clamping means, which are designed as spring elements 46. The spring elements 46 are arranged in holes 48 of the displacement elements 30, 32, 34, 36. The contact surfaces of the displacement elements 30, 32, 34, 36 with the cylinder inner wall 24 close tight. Optionally, suitable sealants known to those skilled in the art may be used to produce the seal.
  • the rotation axis, as well as the abovementioned components arranged on the rotation axis 28 and rotating with the rotation axis 28 are referred to below as rotation bodies 49.
  • the displacers 30, 32, 34, 36 further divide the cylinder chamber 26 into space segments 50, 52, 54, 56. In the starting position, as shown in Fig. 1, all space segments 50, 52, 54, 56 have the same Volume.
  • the displacement elements 30, 32, 34, 36 seal all space segments 50, 52, 54, 56 against each other.
  • the guide elements 44 leave the displacement elements 30, 32, 34, 36 sufficient movement space 58, so that they can move between the guide elements 44.
  • the movement space 58 forms a variable cavity 55.
  • the guide elements 44 and displacement elements 30, 32, 34, 36 form between the rotation axis 28 and cylinder inner wall 24 respectively surfaces which are also designed to be dense.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram in a schematic section of the segment displacer 10, in which the slider 14 is set in an end position. Insofar as the constituents correspond to FIG. 1, the reference numerals are retained.
  • the position of the rotation axis 28 with respect to the housing 12 has not changed.
  • the slide 14 is displaced into an end position into the movement space 19, arrow 62.
  • the displacement of the slide 14 by means of the push element 16 causes the space segments 50, 52, 54, 56 to vary in size. While the space segments 52, 54 increase their volume in their currently imaged area, the space segments 50, 56 decrease correspondingly in the opposite region of the rotation body 49.
  • the displacement elements 30, 32, 34, 36 are movably arranged between the guide elements 44, so that they always tightly nestle upon rotation of the rotary body 49, even when moving the slider 14, to the cylinder inner wall 24.
  • FIG. 3 shows a housing cover 59 of a segment displacer 10 according to the invention with exchange connections 57.
  • the exchange connections 57 couple the space segments 50, 52, 54, 56 respectively to the corresponding variable cavities 55.
  • the housing cover 59 seals the housing 12 of the segment displacer 10 so that only couplings between the volumes can be made via the exchange connections 57.
  • the adjustable segment displacer 10 can now be used e.g. Increase the compression pressure or lower it on the corresponding opposite side.
  • Liquids, gases or liquid gas mixtures, which are located in the space segments 50, 52, 54, 56 behave accordingly.
  • the simple way to increase the pressure by the slide 14 is actuated, for example, be used in hydraulic pumps.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Segmentverdränger (10) mit einem Gehäuse (12), in dem sich ein zylinderförmiger Hohlkörper (20) befindet. Eine Rotationsachse (28) ist in dem Gehäuse (12) drehbar gelagert. Radial an der Rotationsachse (28) sind Verdrängerelemente (30, 32, 34, 36) vorgesehen. Der Hohlkörper (20) umschließt axial die Rotationsachse (28) mit den Verdrängerelementen (30, 32, 34, 36), welche somit den Raum zwischen Zylinderwand und Rotationsachse (28) in Raumsegmente (50, 52, 54, 56) unterteilen und abdichten. Der Hohlkörper (20) ist in einem gegenüber dem Gehäuse (12) beweglichen Schieber (14) angeordnet. Je nach Stellung des Schiebers (14) variiert das Volumen der Raumsegmente (50, 52, 54, 56). An der Rotationsachse (44) vorgesehene Führungs- und/oder Halterungsmittel (44) führen die Verdrängerelemente (30, 32, 34, 36) beweglich. Die Führungs- und/oder Haltemittel (44) bilden mit den Verdrängerelementen (30, 32, 34, 36) variable Hohlräume (55), welche mit den Raumsegmenten (50, 52, 54, 56) über Austauschverbindungen (57) gekoppelt sind.

Description

Patentanmeldung
Roland Eckgold Wiesenweg 1 42553 Velbert
Einstellbarer Segmentverdränger
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Segmentverdränger umfassend
a) ein Gehäuse, in dem ein zylinderförmiger Hohlkörper mit einer Zylinderwand angeordnet ist, welche eine Zylinderkammer bildet,
b) eine Rotationsachse, welche in dem Gehäuse drehbar gelagert ist,
c) Verdrängerelemente, welche radial an der Rotationsachse vorgesehen sind, wobei
d) der zylinderförmige Hohlkörper die Rotationsachse mit den
Verdrängerelementen axial umschließt, und wobei
e) die Verdrängerelemente den Raum zwischen der Zylinderwand und Rotationsachse in Raumsegmente unterteilen und abdichten
f) der zylinderförmiger Hohlkörper in einen gegenüber dem Gehäuse beweglichen Schieber angeordnet ist, welcher je nach Stellung des Schiebers das Volumen der Raumsegmente variiert. Beschreibung
Segmentverdränger enthalten im Allgemeinen einen Stator, einen zylinderförmigen Hohlkörper, der in seiner Längsachse eine einen Rotor, d.h. eine Rotationsachse, umschließt. Die Rotationsachse verläuft dabei üblicherweise längs durch den zylinderförmigen Hohlkörper. Auf der Rotationsachse radial angebrachte Verdrängerelemente unterteilen die Zylinderkammer in Raumsegmente. Oft sind die Verdrängerelemente einfache Flächen, aber andere geometrische Körper werden aus technischen Gründen ebenfalls verwendet. Die Verdrängerelemente werden mit der Rotationsachse zur Rotation gebracht. Indem Flüssigkeiten, Gase bzw.
Flüssigkeitsgasgemische durch einen Einlass gelangen und durch einen Auslass wieder abgegeben werden, kann ein solcher Segmentverdränger beispielsweise als Pumpe eingesetzt werden. Durch die geeignete Verwendung von Ventilen am Einlass und/oder am Auslass können die Drücke entsprechend geregelt werden. Solche Pumpen werden auch als Hydraulikpumpen im gesamten Fahrzeug und Maschinenbereich verwendet.
Stand der Technik
Es sind ferner Drehschieberpumpen bekannt. Bei den Drehschieberpumpen sind ein oder mehrere, meist radial angeordnete Führungen in den Rotor eingearbeitet. In diesen Führungen sitzen die Drehschieber. Diese Schieber unterteilen den Raum zwischen Stator und Rotor in mehrere Raumsegmente. Um die Abstandsänderung zwischen Rotor und Stator während eines Umlaufes auszugleichen, können sich die Drehschieber in den Führungen bewegen. Sie werden meist durch eine im Grund des Schlitzes angebrachte
Feder gegen die Innenwand des Stators gedrückt.
Auch bei dem als Wankelmotor bekannten Verbrennungsmotor handelt es sich um einen Segmentverdränger. Dieser auch als Kreiskolbenmotor bezeichnete Wankelmotor ist ein Verbrennungsmotor, bei dem umkehrfreie Bewegung eines so genannten Kreiskolbens, der - auf einer Exzenterwelle angeordnet - in einem Trochoidgehäuse kreist und gleichzeitig um seine eigene Achse rotiert. Die Kontur des Kreiskolbens besteht aus drei abgeflachten Kreisbögen und sieht wie ein Reuleaux-Dreieck aus. Die Ecken stehen ständig in Kontakt mit dem Trochoidgehäuse und bilden so drei unabhängige Arbeitsräume.
Die DE 10 2004 035 743 Al offenbart eine variable Verdrängerpumpe mit einem verschiebbaren Nockenring, in dem sich eine drehbare Antriebswelle mit einem Rotor befindet. Der Rotor weist radial zur Antriebswelle ausgebildete Schlitze zum Halten von
Rotorschaufeln auf. Die Rotorschaufeln werden radial beweglich gehalten und liegen am
Nockenring an. Der Nockenring kann gegenüber dem Rotor mit hydraulischen
Vorrichtungen verschoben werden, um die Förderleistung der Verdrängerpumpe zu variieren.
Die EP 0 398 377 Bl beschreibt eine Rotationshydraulikpumpe als Kombination aus Flügelzellenpumpe und Zentrifugalpumpe. Bei der Flügelzellenpumpe ist ein verschiebbarer Konturring vorgesehen, in dem sich ein Rotor mit Flügeln dreht. Die Flügel liegen am Konturring an und werden durch radiale Schlitze im Rotor radial beweglich geführt. Durch Verschieben des Konturrings lässt sich die Pumpleistung der Flügelzellenpumpe verändern.
In der DE 24 25 091 Al wird ein Druckmittelmotor offenbart, welcher als Drehschiebermotor mit einem verschiebbaren Rotorzylinder und einem darin drehbar angeordneten Rotor ausgestaltet ist. In radialen Ausnehmungen des Rotors sind Schieber radial beweglich angeordnet. Durch Einleiten eines Druckmittels wird der Motor angetrieben. Dabei lässt sich die Drehzahl durch Verschieben des Rotorzylinders regeln.
Die DE 198 40 791 Al beschreibt eine Flügelzellenpumpe bzw. einen Flügelzellenmotor mit einem verschiebbaren Hubkolben, welcher einen zylinderförmigen Hohlraum beinhaltet. In dem Hohlraum befindet sich ein drehbar gelagerter Rotor mit radial angeordneten Flügeln. Die Flügel werden radial beweglich von dem Rotor geführt. Je nach hydraulisch einstellbarer Position des Hubkolbens lässt sich bei einem Betrieb als Pumpe die Förderleistung und Förderrichtung verändern. Entsprechend wird bei einem
Betrieb als Motor mit einem Druckmittel die Drehzahl und Drehrichtung durch Verschieben des Hubkolbens geregelt. Nachteilig an den bekannten Flügelzellenpumpen mit einem verschiebbaren Ring ist deren große Komplexität mit entsprechend hohe Herstellungskosten. Zudem sind die Räume um den Ring teilweise druckfrei und begünstigen daher Leckverluste. Auch die bekannten Segmentverdränger mit einem Schieber sind kompliziert aufgebaut und nutzen im Betrieb nur einen Teil der Hohlräumen in dem Segmentverdränger.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Segmentverdränger zu schaffen, der im Betrieb optimal das zur Verfügung stehende Volumen ausnutzt. Dabei sollten sich die Volumina der Raumsegmente auf einfache und kostengünstige Art verändern lassen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Segmentverdränger der eingangs genannten Art
g) Führungs- und/oder Halterungsmittel an der Rotationsachse vorgesehen sind, in denen die Verdrängerelemente beweglich geführt sind, wobei die
Führungs- und/oder Halterungsmittel in Zusammenwirken mit den Verdrängerelementen variable Hohlräume bilden, welche mit den
Raumsegmenten über Austauschverbindungen gekoppelt sind.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, zwei Bewegungsabläufe zu kombinieren. Zur Veränderung der Volumina der Raumsegmente des Segmentverdrängers wird das Volumen, das durch die Verdrängerelemente erzeugt wird, mit den Volumina, welche in der Führung der Verdrängerelemente entstehen, über geeignete Austauschverbindungen gekoppelt. Hierdurch wird das insgesamt zur Verfügung stehende Volumen des erfindungsgemäßen Segmentverdrängers optimal ausgenutzt. Schon bei relativ geringen Drehzahlen erhält man, im Fall einer Pumpe, eine relativ hohe Pumpleistung. Auf diese Weise ist ein veränderbarer Parameter vorhanden, mit dem nicht nur der Ort der
Raumsegmente durch die Rotation verändert, sondern zusätzlich die Volumina der Raumsegmente variiert werden können. Dies eröffnet die Möglichkeit Gase, Flüssigkeiten bzw. Flüssigkeitsgasgemische mit zusätzlichem Volumen einerseits zu komprimieren bzw. zu entspannen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ergibt sich zudem dadurch, dass die Austauschverbindungen in einem Gehäusedeckel angeordnet sind. Auf diese
Weise lassen sich die Austauschverbindungen durch einfache Weise realisieren. Durch Austauschverbindungen, die beispielsweise als geeignete Bohrungen bzw. Kanäle in dem Gehäusedeckel ausgebildet sind, lassen sich die verschiedenen Volumina miteinander koppeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfϊndungsgemäßen Segmentverdrängers verbinden die Austauschverbindungen je nach Stellung der Verdrängerelemente im zylinderförmigen Hohlkörper, die Raumsegmente mit den variablen Hohlräumen. Je nach Stellung der Verdrängerelemente werden die entsprechenden Hohlräume den einzelnen Raumsegmenten zugeordnet und miteinander verbunden. Dadurch wird gewährleistet, dass nur bestimmte Volumina zu definierten Zeitpunkten über die Austauschverbindungen miteinander gekoppelt werden. Vorzugsweise werden dabei die Austauschverbindungen über eine Ventilsteuerung gesteuert. Dadurch wird erreicht, dass ganz exakte Zeitpunkte für eine Kopplung der verschiedenen Volumina hergestellt werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Segmentverdrängers sind Führungs- und/oder Halterungsmittel an der Rotationsachse vorgesehen, in denen die Verdrängerelemente beweglich geführt und/oder gehalten sind. Die Verdrängerelemente werden in einem Arbeitsvorgang des Segmentverdrängers in radiale Bewegungen zur
Achse gezwungen. Dabei bildet jeweils ein Verdrängerelement mit den Führungs- bzw. Haltemitteln eine Raumsegmentwand. Diese Raumsegmente rotieren um die Rotationsachse. Fliehkräfte sorgen bei Rotation der Rotationsachse dafür, dass die Verdrängerelemente entlang der Zwangsführung gegen die Zylinderinnenwand gedrückt werden. Dieser Effekt zur Dichtung wird im Druckbereich der Raumsegmente auch dadurch unterstützt, dass der Druck, der in dem Raumsegment herrscht, über die Austauschverbindungen auf die variablen Hohlräume übertragen wird. Damit werden die Verdrängerelemente mit diesem Druck des Druckbereichs gegen die Zylinderinnenwand gepresst. Die Verdrängerelemente dichten die Raumsegmente so gegeneinander ab. Die Verdrängerelemente werden in einer radialen Position gehalten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Spannungsmittel zwischen Verdrängerelementen und Rotationsachse zum Andrücken der
Verdrängerelemente gegen die Zylinderinnenwand vorgesehen. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass eine Dichtigkeit zwischen der Raumsegmenten auch dann noch gewährleistet ist, wenn nur noch geringe Fliehkräfte bei langsamer Rotation der
Rotationsachse oder keine Fliehkräfte vorhanden sind. In einem solchen Fall würde die Dichtigkeit der Raumsegmente gegeneinander ggf. ausbleiben. Die Spannungsmittel sorgen nunmehr dafür, dass immer ausreichender Anpressdruck zur Zylinderinnenwand hin vorhanden ist.
Vorzugsweise sind die Spannungsmittel dann als Federelemente ausgebildet. Die Federelemente werden beispielsweise in geeigneten Federkanälen der
Verdrängerelemente geführt.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Segmentverdrängers, sind die Verdrängerelemente symmetrisch um die Rotationsachse angeordnet. Damit kommt es bei der Rotation zu keiner Unwucht. Beispielsweise können drei Verdrängerelemente im Schnitt sternförmig um die Rotationsachse angeordnet sein.
Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung ergibt sich, indem ein Einlass und/oder Auslass in dem zylinderförmigen Hohlkörper vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme können z.B. Flüssigkeiten und/oder Gase zu- bzw. abgeführt werden. Dabei erweist sich als vorteilhaft, wenn der Ein- bzw. Auslass über eine Ventilsteuerung gesteuert wird. Die Ventilsteuerung kann sowohl den Ein- bzw. Auslasszeitpunkt, als auch die Ein- bzw. Auslassmenge steuern.
Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Segmentverdrängers wird die
Rotationsachse mit Hilfe eines Antriebs angetrieben. Dadurch drehen sich die Verdrängerelemente mit den dazugehörigen Raumsegmenten. Der Segmentverdränger lässt sich so beispielsweise, wie entsprechend einer vorteilhaften Ausführung vorgeschlagen wird, als Pumpe verwenden. Damit kann beispielsweise eine relativ kleine Hydraulikpumpe realisiert werden, die besonders hohe Drücke erzielt. Der erfindungsgemäße Segmentverdränger findet dadurch beispielsweise Anwendungen bei Automobilen, Flugzeugen oder sonstigen Maschinen. Wegen der Einfachheit sind dabei sowohl die Herstellungskosten als auch die Ausmaße und das Gewicht relativ gering zu halten, wenn man den erfindungsgemäßen Segmentverdränger mit vergleichbaren Vorrichtungen vergleicht.
Sofern der Segmentverdränger nicht als Pumpe verwendet wird, lässt er sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung auch als Verbrennungsmaschine ausbilden. Damit kann der erfindungsgemäße Segmentverdränger selbst als Antrieb dienen. Je nach Stellung des Schiebers lassen sich Gase, Flüssigkeiten bzw. Flüssigkeitsgasgemische mit wenig Aufwand zu hohen Drücken komprimieren bzw. entsprechend entspannen.
Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Segmentverdrängers erhält man dadurch, indem ein Stellantrieb für den beweglichen Schieber vorgesehen ist. Der Stellantrieb, beispielsweise ein Elektromotor mit einem geeigneten Getriebe bewegt den Schieber in die jeweils gewünschte Stellung. Vorteilhafterweise weist der Stellantrieb eine Regelsteuerung auf, die die Stellung des Schiebers automatisch regelt. Dies kann insbesondere eine prozessorgesteuerte Regelsteuerung sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Segmentverdrängers sind Mittel zur Zwangsführung der Verdrängerelemente vorgesehen. Durch diese Maßnahme werden die Verdrängerelemente während der Rotation in einer Bahn gehalten, die die Verdrängerelemente immer gegen die
Zylinderinnenwand führt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche sowie den Zeichnungen mit den dazugehörigen Beschreibungen. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt als Prinzipskizze in einem schematischen Schnitt einen erfindungsgemäßen Segmentverdränger, bei dem der Schieber in einer
Ausgangsstellung eingestellt ist.
Fig. 2 zeigt als Prinzipskizze in einem schematischen Schnitt einen erfindungsgemäßen Segmentverdränger, bei dem der Schieber in einer Endstellung eingestellt ist.
Fig. 3 zeigt als Prinzipskizze einen Gehäusedeckel eines erfindungsgemäßen
Segmentverdrängers mit Austauschverbindungen.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
In Fig. 1 wird als Prinzipskizze in einem schematischen Schnitt ein erfindungsgemäßer Segmentverdränger 10 gezeigt. Der Segmentverdränger 10 umfasst ein Gehäuse 12, in dem ein Schieber 14 angeordnet ist. Der Schieber 14 verfügt über ein Schubelement 16, welches aus einer Öffnung 18 des Gehäuses 12 herausragt. Mit Hilfe des Schubelements 16 kann der Schieber 14 in dem Gehäuse 12 bewegt werden. Das Gehäuse 12 verfügt dazu über ausreichend freien Bewegungsraum 19 für den Schieber 14. Der Schieber 14 und das Schubelement 16 befinden sich in vorliegender Abbildung in einer Ausgangsstellung und sind kreuzschraffiert dargestellt.
In dem Schieber 14 ist weiterhin ein zylinderförmiger Hohlkörper 20 angeordnet. Die Seite des zylinderförmigen Hohlkörpers 20 wird Zylinderwand 22 - konsequenterweise wird die Innenseite mit Zylinderinnenwand 24 bezeichnet.
Durch den zylinderförmigen Hohlkörper 20 in dem Schieber 14 wird eine Zylinderkammer 26 gebildet. Diese Zylinderkammer 26 umschließt eine Rotationsachse 28, auf der radial Verdrängerelemente 30, 32, 34, 36 angeordnet sind. Die Rotationsachse 28 ist drehbar in geeigneten Lagern 38 des Gehäuses 12 gelagert. Die Lager 38 sind nur als gestrichelte Linien angedeutet.
Die Rotationsachse 28 weist im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel eine Vierkantanordnung 40 als Sockel 42 für die Verdrängerelemente 30, 32, 34, 36 auf. An den Ecken der Vierkantanordnung 40 sind Führungselemente 44 vorgesehen. Die Verdrängerelemente 30, 32, 34, 36 sind zwischen den Führungselementen 44 beweglich geführt. Die Verdrängerelemente 30, 32, 34, 36 sind mit Spannmitteln, welche als Federelemente 46 ausgebildet sind, gespannt. Die Federelemente 46 sind dazu in Bohrungen 48 der Verdrängerelemente 30, 32, 34, 36 angeordnet. Die Kontaktflächen von den Verdrängerelementen 30, 32, 34, 36 mit der Zylinderinnenwand 24 schließen dicht. Gegebenenfalls lassen sich geeignete, dem Fachmann bekannte Dichtungsmittel zur Herstellung der Dichtheit verwenden. Die Rotationsachse, sowie die oben genannten, an der Rotationsachse 28 angeordneten Bestandteile und mit der Rotationsachse 28 rotieren, werden nachfolgend als Rotationsköper 49 bezeichnet.
Die Verdrängerelemente 30, 32, 34, 36 unterteilen ferner die Zylinderkammer 26 in Raumsegmente 50, 52, 54, 56. In der Ausgangsstellung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, verfügen alle Raumsegmente 50, 52, 54, 56 über das gleiche Volumen. Die Verdrängerelemente 30, 32, 34, 36 dichten alle Raumsegmente 50, 52, 54, 56 gegeneinander ab. Die Führungselemente 44 belassen den Verdrängerelementen 30, 32, 34, 36 ausreichen Bewegungsraum 58, so dass sie sich zwischen den Führungselementen 44 bewegen können. Der Bewegungsraum 58 bildet einen variablen Hohlraum 55. Die Führungselemente 44 und Verdrängerelemente 30, 32, 34, 36 bilden zwischen Rotationsachse 28 und Zylinderinnenwand 24 jeweils Flächen, die ebenfalls dicht ausgestaltet sind.
Bei Rotation des Rotationskörpers 49 werden die Raumsegmente 50, 52, 54, 56 in Rotationsrichtung, Pfeil 60 verdrängt. Die Raumsegmente 50, 52, 54, 56 behalten in der Ausgangsstellung des Schiebers 14 gegenüber dem Gehäuse 12 immer das gleiche
Volumen. In Fig. 2 wird eine Prinzipskizze in einem schematischen Schnitt des Segmentverdrängers 10 dargestellt, bei dem der Schieber 14 in einer Endstellung eingestellt ist. Soweit die Bestandteile mit der Fig. 1 übereinstimmen, werden die Bezugszeichen beibehalten.
Wie in dieser Abbildung zu sehen ist, hat sich die Lage der Rotationsachse 28 gegenüber dem Gehäuse 12 nicht geändert. Der Schieber 14 ist hingegen in eine Endstellung in den Bewegungsraum 19 verschoben, Pfeil, 62. Durch die Verschiebung des Schiebers 14 mittels Schubelement 16 werden die Raumsegmente 50, 52, 54, 56 unterschiedlich groß. Während die Raumsegmente 52, 54 in ihrem derzeitig abgebildeten Bereich ihr Volumen vergrößern, verkleinern sich entsprechend die Raumsegmente 50, 56 im entgegengesetzten Bereich des Rotationskörpers 49. Die Verdrängungselemente 30, 32, 34, 36 sind beweglich zwischen den Führungselementen 44 ausgelegt, so dass sie sich immer bei Rotation des Rotationskörpers 49, auch beim Verschieben des Schiebers 14, an die Zylinderinnenwand 24 dicht anschmiegen.
Fig. 3 zeigt einen Gehäusedeckel 59 eines erfindungsgemäßen Segmentverdrängers 10 mit Austauschverbindungen 57. Die Austauschverbindungen 57 koppeln die Raumsegmente 50, 52, 54, 56 jeweils mit den entsprechenden variablen Hohlräumen 55. Der Gehäusedeckel 59 schließt das Gehäuse 12 des Segmentsverdrängers 10 dicht ab, sodass nur noch Kopplungen zwischen den Volumina über die Austauschverbindungen 57 erfolgen können.
Durch die unterschiedlich einstellbaren Volumina der Raumsegmente 50, 52, 54, 56 lässt sich mit dem einstellbaren Segmentverdränger 10 nunmehr z.B. Kompressionsdruck erhöhen bzw. auf der entsprechenden Gegenseite absenken. Flüssigkeiten, Gase bzw. Flüssigkeitsgasgemische, die sich in den Raumsegmenten 50, 52, 54, 56 befinden, verhalten sich entsprechend. Die einfache Art den Druck zu erhöhen, indem der Schieber 14 betätigt wird, kann beispielsweise bei Hydraulikpumpen ausgenutzt werden.

Claims

Patentansprüche
Segmentverdränger (10) umfassend
a) ein Gehäuse (12), in dem ein zylinderförmiger Hohlkörper (20) mit einer Zylinderwand (22) angeordnet ist, welche eine Zylinderkammer (26) bildet,
b) eine Rotationsachse (28), welche in dem Gehäuse (12) drehbar gelagert ist,
c) Verdrängerelemente (30, 32, 34, 36), welche radial an der Rotationsachse (28) vorgesehen sind, wobei
d) der zylinderförmige Hohlkörper (20) die Rotationsachse (28) mit den
Verdrängerelementen (30, 32, 34, 36) axial umschließt, und wobei
e) die Verdrängerelemente (30, 32, 34, 36) den Raum zwischen der Zylinderwand und Rotationsachse in Raumsegmente (50, 52, 54, 56) unterteilen und abdichten,
f) der zylinderförmiger Hohlkörper (20) in einen gegenüber dem Gehäuse (12) beweglichen Schieber (14) angeordnet ist, welcher je nach Stellung des Schiebers (14) das Volumen der Raumsegmente (50, 52, 54, 56) variiert,
dadurch gekennzeichnet, dass
g) Führungs- und/oder Halterungsmittel (44) an der Rotationsachse (28) vorgesehen sind, in denen die Verdrängerelemente (30, 32, 34, 36) beweglich geführt sind, wobei die Führungs- und/oder Halterungsmittel (44) in
Zusammenwirken mit den Verdrängerelementen (30, 32, 34, 36) variable Hohlräume (55) bilden, welche mit den Raumsegmenten (50, 52, 54, 56) über Austauschverbindungen (57) gekoppelt sind.
2. Segmentverdränger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Austauschverbindungen (57) in einem Gehäusedeckel (59) angeordnet sind.
3. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschverbindungen (57) je nach Stellung der Verdrängerelemente (30, 32, 34, 36) im zylinderförmigen Hohlkörper (20), die Raumsegmente (50, 52, 54, 56) mit variable Hohlräumen (55) verbindet.
4. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilsteuerung die Austauschverbindungen steuert.
5. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Spannungsmittel (46) zwischen Verdrängerelemente (30, 32, 34, 36) und Rotationsachse zum Andrücken der Verdrängerelementen (30, 32, 34, 36) gegen die Zylinderinnenwand.
6. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmittel als Federelemente (46) ausgebildet sind.
7. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerelemente (30, 32, 34, 36) symmetrisch um die Rotationsachse (28) angeordnet sind.
8. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass und/oder Auslass in den zylinderförmigen Hohlkörper (20) vorgesehen ist.
9. Segmentverdränger (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Ventilsteuerung den Ein- bzw. Auslass steuert.
10. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Antrieb zum Antreiben der Rotationsachse (28) mit den Verdrängerelementen (30, 32, 34, 36) zur Rotation.
11. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Segmentverdränger (10) als Verbrennungsmaschine ausgebildet ist.
12. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Segmentverdränger (10) als Pumpe ausgebildet ist.
13. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellantrieb für den beweglichen Schieber (14) vorgesehen ist.
14. Segmentverdränger (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb eine Regelsteuerung aufweist.
15. Segmentverdränger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Zwangsführung für die Verdrängerelemente (30,
32, 34, 36) vorgesehen sind.
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