WO2013068531A2 - Regelbarer flügelkompressor - Google Patents

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WO2013068531A2 PCT/EP2012/072266 EP2012072266W WO2013068531A2 WO 2013068531 A2 WO2013068531 A2 WO 2013068531A2 EP 2012072266 W EP2012072266 W EP 2012072266W WO 2013068531 A2 WO2013068531 A2 WO 2013068531A2
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    • F04C23/001Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle

Definitions

  • the invention relates to the following named embodiments of controllable wing compressors according to type and preamble of claim 1 and has the advantages that compact design innovations an energy-efficient speed-adjustable Nachellen for pressure maintenance and for compressing gaseous fluids is enabled, but also a variable promotion of liquid Technically fluids.
  • e-mobility can be meaningfully speed-controlled and energy-saving the energy requirements for an innovative air conditioning in vehicles, especially in electric vehicles with the adjustable wing compressor realize.
  • the pressure required in each case can be adjusted continuously between zero and maximum with a controllable input speed.
  • Similar vane compressors or vane pumps are only comparable comparable to be held about DE 3629199 C2 or DE 10200406055 AI.
  • These vane cell units have a pump housing on which a rotor is driven by means of a drive shaft and driven in rotation.
  • the rotor has a circumferentially distributed number of grooves on the run and aligned mainly radially to the pivot point and the axis of rotation of the rotor and in each of which sliding wings are hereinafter called sliding blocks out.
  • the pump housing is designed with an eccentrically positioned inner wall designed to the rotor circumference of the sliding blocks with their outer end surfaces.
  • the housing is spatially limited on both sides with end faces and closed.
  • a controllable wing compressor with actually arcuately curved wings, which seen at the rear end in the direction of rotation with their circular bolt-like shape as a joint in the evenly distributed holes on the rotor are positioned articulated.
  • advantageous embodiments and embodiments of the controllable wing compressor according to the invention are given.
  • the existing hinge holes are evenly distributed on the circumference of the rotor and provided with a partial opening required for this purpose to the outside, in which forced the partial openings must be generally smaller than the diameter of the hinge pin, to prevent leakage of the hinge pin in the radial direction.
  • the circular arc-shaped wings can scissors-like unfold with their wing outer surfaces to the linear leaning against the inner housing wall and back to the absolute zero position of the segmentally formed recesses distributed on the peripheral surface of the rotor again.
  • a number of radial blind holes corresponding to the number of vanes on the circumference of the rotor are used to accommodate compression springs, which act on the inner arc of the wing with spring pressure seen at a distance from the right side to the axis of rotation in the direction of rotation.
  • Fig.l a controllable wing compressor in a simplified representation in a cross section along the line BB, the situation of the delimitation between the suction and pressure area at the bottom dead center.
  • a controllable vane compressor in a simplified representation in a cross section along the line C-C with representation of the mechanical seals used.
  • FIG 4 shows an individual view of the rotor with a view of the partial openings on the joint bores, on the blind bores of the compression springs and view of a plane-side annular groove for inserting the mechanical seal.
  • FIG. 5 shows an individual view of a sliding ring.
  • FIG. 6 is a detail view of a wing shown in perspective.
  • FIG. 7 shows a controllable wing compressor according to a first embodiment as a single-flow five-cell variable wing compressor.
  • FIG. 8 shows a controllable wing compressor according to a second exemplary embodiment as a double-flow seven-cell controllable wing compressor.
  • 9 shows a variable wing compressor according to a second embodiment as a double-flow seven-cell variable blade compressor in a simplified representation in a cross section along the line DD with representation and arrangement of the compression spring, the drive shaft with positive connection, the plane used mechanical seals in the rotor and a hidden view of the Suction groove and suction hole.
  • FIG. 10 shows a controllable wing compressor according to a second embodiment as a double-flow controllable wing compressor in a simplified representation with respect to and function of the elliptical inner housing wall.
  • FIG. 11 shows a controllable wing compressor according to a third exemplary embodiment as a single-winged controllable wing compressor in a sectional view with a housing cover, which essentially represents the present invention of a single-winged wing compressor.
  • FIG. 12 is a sectional view, which is essentially the 1st cylinder of a third embodiment as a multi-cylinder, single-leaf variable vane compressor represented with suction, open suction, closed pressure channel and the fluid flow of the medium.
  • Fig. 13 is a sectional view showing substantially the second cylinder of a third embodiment as a multi-cylinder, single-leaf variable-displacement compressor with suction bore, closed suction channel, opened Studentsström- and pressure channel and the fluid flow of the medium through the common accumulation chamber to the pressure outlet.
  • Fig. 14 shows an axially retractable retaining wing in perspective with control mechanisms according to a third embodiment as a single-wing controllable wing compressor in a simplified representation.
  • FIG. 15 shows an annular piston with a combination of the arcuate segmental recess, the partially radially opened joint bore and the plane-side slide ring receptacle as a perspective for a controllable wing compressor according to a third exemplary embodiment as a single-wing controllable wing compressor.
  • FIG. 16 shows a sliding ring with circular section-like recess on the outer circumference in perspective for a controllable wing compressor according to a third
  • Embodiment shown as a single-leaf variable vane compressor. 17 shows a longitudinal sectional view, which essentially represents a third embodiment as a multi-cylinder, single-leaf variable vane compressor.
  • FIGS. 1 to 7 show a controllable compact vane compressor which is preferably used for energy-efficient and regulated subsequent conveying, for pressure maintenance and for compressing gaseous fluids, but also permits variable delivery of liquid fluids, such as in air-conditioning systems refrigeration systems.
  • the variable vane compressor comprises of a one-piece housing 10, which is spatially delimited ge ⁇ closed with a cover 50, but which can also be designed in several parts and with a drive shaft ll, the closed into the housing 10 hineinragt.
  • Das housing 10 has two inner housing end walls 12 and 13, through which seen from the view in the axial direction of the rotation axis 14 and the drive shaft 11 closed chambers 17 are delimited.
  • a rotor 15 rotationally fixed via a positive connection 16 of the drive shaft 11 centrally in the direction of rotation 28 about the rotation axis 14 rotatably supported periphery of the rotor 15 are a number of pivot holes 18 evenly distributed with partial openings 19 configured and open to the outside.
  • the wings 20 can be inserted with their hinge pin 21 in the axial direction and position like an articulation.
  • the circular arc-shaped wings 20 are up to the chamfer 22 with their arcuate wing outer surfaces 35 to the inner housing wall 23 open like a scissor-like movable and return to the absolute zero position at the bottom dead center 24 in the segmentally formed recesses 25 of the peripheral surface of the rotor 15 again.
  • the in-wall housing wall 23 of the housing 10 is positioned eccentrically to the rotational axis 14 of the rotor 15 and circular to its center (M) ausgestaltet.
  • Die wings 20 abut with their radially outer wing outer surfaces 35 in constant linear alignment 22 on the inwandigen housing wall 23 and slide Due to the offset (e) and the eccentrically arranged position of the in-wall housing wall 23 with center M to the central axis of rotation 14 of the rotor 15 resulting scissor-like chambers 17 with variable volume of space.
  • a number of radial blind bores 26 corresponding to the number of wings 20 on the circumference of the rotor 15 are used to receive compression springs 27, which act at a distance 51 right side to the rotation axis 14 in the direction of rotation 28 seen the arcuate inner arc 29 of the wings 20 with spring pressure. It is only a minimum spring pressure selected, but must be sufficient to keep the wings 20 even at a standstill and when starting the variable vane compressor with its arcuate wing outer surfaces 35 in linear alignment 22 on the inwan ⁇ ended housing wall 23 of the housing 10.
  • the flow direction arrows 38 show the control situation of the fluid dynamics at the pressure groove 39 with the pressure outlet 40, the suction groove 41 visible with the suction hole 42 in the compressor interior.
  • Fig.7, Fig.8 and Fig.11 the controllable vane compressor according to a first, second and third embodiment is shown, in which the articulated vane structure in principle corresponds to that in the first embodiment.
  • the pressure groove 39 and the pressure outlet 40 is disposed in the peripheral region of the in-wall housing wall 23 in which the volume content of the chambers 17 is reduced again in the pressure region 36 and displaces the pumped fluid via the pressure groove 39 in the pressure output 40.
  • the joint holes 18 center the Wing 20 with its hinge pin 21 in the axial direction einpendelnd with distributed lateral sliding friction itself, when in the operating state of the variable wing compressor, the wing side surfaces 47 sliding circumferential gas-tight Abdichtspalte and chambers 17 to the inwandigen housing wall 23 and the housing end walls 12 and 13 form.
  • the rotor 15 is mounted axially displaceably on the drive shaft 11 and centered in the operating state by the laterally sliding sealing rings 32 in the axial direction einpendelnd to the housing end walls 12 and 13 with non-contact columns 48 on the Rotorplanzans.
  • Die circular arc-shaped wings 20 are also at rest or standstill of the controllable wing compressor constantly pressurized at its inner arc 29 with a minimum spring pressure of the compression springs 27, wherein at
  • FIGS. 8 to 10 show a double-flow controllable vane compressor with a one-piece housing 100, which is closed spatially delimited by a cover 150, but can also be designed in several parts and with a drive shaft 111 which is exact with its axis of rotation 114 protrudes centrally into the housing interior.
  • a rotor 115 is rotatably and positively 116 rotatably supported by the drive shaft 111 in the direction of rotation 128 about the rotation axis 114.
  • a number of articulated wings 120 are evenly distributed, which open like scissors and can be returned to their absolute zero position in their segmental recesses 125.
  • the center of the housing 100 is congruent with the axis of rotation 114 of the drive shaft 111, the Innikstofftechnikyak and the circumferential center of the elliptical housing inner wall 123 and surrounded by this.
  • Positioned and evenly distributed wings 120 have in the folded state of the zero position exactly the wing outer diameter corresponding to that of the inscribed circle of the elliptical housing inner wall 123, on which two wings 120 alternately gas-tight in the direction of rotation 128 along sliding linearly and thereby two identically designed working spaces 151 and 152 create. Due to the configuration of the two-sided annular grooves 131 on the flat sides of the rotor 115, a permanent separation of the two working chambers 151 and 152 is produced with sliding ring seals 132 used slidingly and sealingly also on the plan side.
  • the wings 120 bear with their radially outer wing outer surfaces 126 in constant alignment 122 on the elliptical housing inner wall 123 and slide on this sealingly in the direction of rotation 128 along. Due to the elliptical deflections from the smallest incircle 129 to the largest
  • Perimeter radius 130 and back, scissors-like chambers 144 of variable volume will result.
  • the spring pressure or dynamic pressure at the elliptical housing inner wall 123 linearly adjacent and rotating in the direction of rotation 128 wings 120 and the sliding sliding side seals 132 divide when rotating the rotor 115 in the direction of rotation 128, the working spaces 151 and 152 in suction 144 and displacement cells 124 with variable volume, the suction inlet 142 and the suction 141 in the area of
  • Suction cells 144 and the pressure outlet 140 and the pressure groove 139 in the region of the displacement cells 124 are inwardly positioned in the housing inner wall 123.
  • the suction cells 144 fill with fluid as the cell volume increases up to the maximum deflection of the wings 120, then transport and displace the fluid with the decreasing displacement cells 124 pressure-increasing to the zero point on the pressure groove 139th to the pressure output 140.
  • FIGS. 11 to 17 show a single-blade controllable vane compressor of the cited type, in which the separation of working chambers in a simple, compact design without significant frictional forces, without tilting or tilting of the separating elements, is achieved in an energy-efficient manner even at high speeds and system pressures .
  • Fig.12 a basically identical wing compressor is shown, but as a multi-cylinder engine.
  • the single-leaf vane compressor has the following features that the vane by two joints 221,222 at the vane ends for a stationary 222 innwandig in the housing 200, the second positionally variable 221 connected to the annular piston 215 is configured and in the operating state working spaces 251 in chambers 226 with variable volume divided and thus identifies a wing compressor with a one-piece housing 200, which is closed spatially bounded with a cover 210, but may also be formed in several parts and with a drive shaft 211, which protrudes axially with its axis of rotation exactly centered in the housing interior.I
  • a roller bearing 230 ring piston 215 is eccentrically supported by an eccentric 227.

Abstract

Der erfindungsgemäße regelbare Flügelkompressor hat die Vorteile, daß eine Druckbeaufschlagung der innenliegenden kreisbogenförmigen Flügelflächen durch den gewählten minimalen Federdruck, der auch im Stillstand wirkt und ein flächenbezogener Staudruck, welcher sich direkt beim Anfahren im untersten Drehzahlbereich auf die relative großen Flügelinnenflächen aufbaut,und ein ausreichender Innendruck auf die abdichtenden Flügelelemente gegen die innere Umfangsgehäusewand erzeugt wird, welcher sich bei Steigerung der Drehzahl proportional noch erhöht. Durch die gelenkartige Befestigung der Flügelelemente ist ein Kippen oder Verkanten völlig ausgeschlossen. Bei dem Aufbau des Flügelkompressors wird eine Leckage infolge von beiderseits eingefügten Gleitringdichtungen am Rotor radial nach innen verhindert. Ein regelbarer Flügelkompressor weisttatsächlich kreisbogenförmig gekrümmten Flügelauf, welche am hinteren Ende in Drehrichtung gesehen mit ihrer kreisförmig bolzenartigen Formgebung als Gelenk in den am Rotor gleichmäßig verteilten Bohrungen gelenkartig positioniert sind.

Description

Regelbarer Flügelkompressor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft nachfolgend benannte Ausführungsbeispiele von regelbaren Flügelkompressoren nach Art und Gattung des Anspruchs 1 und hat erfindungsgemäß die Vorteile,daß durch kompakte konstruktive Neuerungen ein energieeffizientes drehzahlregelbares Nachfördern zur Druckerhaltung und zum Verdichten von gasförmigen Fluiden ermöglicht wird, die aber auch eine variable Förderung von flüssigen Fluiden technisch hergibt. Für die zur Zeit aktuelle E- Mobilität läßt sich hiermit sinnvoll drehzahlgeregelt und energiesparend der Energiebedarf für eine innovative Klimatisierung in Fahrzeugen, speziell in Elektrofahrzeugen mit dem regelbaren Flügelkompressor realisieren. Der jeweils benötigte Druckbedarf kann mit einer regelbaren Antriebsdrehzahl stufenlos zwischen Null und Maximum auf oder abgeregelt werden.
Ähnliche Flügelzellenverdichter bzw. Flügelzellenpumpen sind nur bedingt vergleichbar entgegenzuhaltende etwa die DE 3629199 C2 oder die DE 10200406055 AI. Diese Flügelzellenaggregate weisen ein Pumpengehäuse auf/m dem ein Rotor mittels Antriebswelle getragen und rotierend angetrieben wird. Der Rotor weist eine am Umfang verteilte Anzahl Nuten auf die hauptsächlich radial zum Drehpunkt und zur Drehachse des Rotors verlaufen und ausgerichtet sind und in denen jeweils verschiebbare Flügel nachfolgend Gleitsteine genannt geführt sind. Das Pumpengehäuse ist mit einer exzentrisch positionierten Innenwand zum Rotorumfang ausgestalteten der die Gleitsteine mit ihren äußeren Endflächen anliegen. Das Gehäuse ist beidseitig mit Stirnflächen räumlich begrenzt und geschlossen. Bei Rotation des Rotors werden durch seine exzentrische Positionierung zur Gehäuseinnenwand zwischen den Gleitsteinen sich vergrößernde bzw. verkleinernde Förderräume gebildet,zwischen denen das zu fördernde Fluid unter Druckanstieg vom Saugbereich bis hin zum Druckbereich transportiert wird. Die Gleitsteine werden dabei infolge der Fliehkraft durch Rotation an der Gehäuseinnenwand anliegend gehalten,jedoch beim Anfahren oder im unteren Drehzahlbereich werden keine oder nur geringe Anpressdrücke erzielt,was zu einem lückenhaften oder unzureichenden Förderstrom führt.Bei den genannten Aggregaten besteht die Möglichkeit über besondere Mittel und Vorkehrungen mit dem selbst erreichten Systemdruck die innere Gleitsteinfläche zu beaufschlagen und zusätzlich zur Fliehkraft einen höheren Anpreßdruck zu erreichen. Nachteilig hierzu ist die relativ kleine innere Grundfläche der Gleitsteine,die eine flächenbezogene Drucksteigerung nur unwesentlich verbessert. Bei Betriebsdrehzahl und Förderung werden jeweils bei den ausgefahrenen Gleitsteinen die axialverlaufenden Kammerflächen mit dem vorhandenen Systemdruck beaufschlagt und belastet,was zum Kippen und Verkanten der Flügel und zu vorzeitigem Verschleiß führen kann.
Diese Aufgabe wird in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 22 gelöst und hat erfindungsgemäß die Vorteile,daß eine Druckbeaufschlagung der innenliegenden kreisbogenförmigen Flügelflächen durch den gewählten minimalen Federdruck,der auch im Stillstand wirkt und ein flächenbezogener Staudruck,welcher sich direkt beim Anfahren im untersten Drehzahlbereich auf die relativ großen Flügelinnenflächen aufgebaut, ein ausreichender Innendruck auf die abdichtenden Flügelelemente gegen die innere Umfangsgehäusewand erzeugt wird,welcher sich bei Steigerung der Drehzahl proportional noch erhöht.Durch die gelenkartige Befestigung der Flügelelemente ist ein Kippen oder Verkanten völlig ausgeschlossen. Bei dem Aufbau des Flügelkompressors wird eine Leckage infolge von beiderseits eingefügten Gleitringdichtungen am Rotor radial nach innen verhindert.Ein regelbarer Flügelkompressor mit tatsächlich kreisbogenförmig gekrümmten Flügeln,welche am hinteren Ende in Drehrichtung gesehen mit ihrer kreisförmig bolzenartigen Formgebung als Gelenk in den am Rotor gleichmäßig verteilten Bohrungen gelenkartig positioniert sind. In weiteren Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausbildungen des erfindungsgemäßen regelbaren Flügelkompressors angegeben. Geometrisch entsprechend sind die vorhandenen Gelenkbohrungen am Umfang des Rotors gleichmäßig verteilt und mit einer hierzu erforderlichen Teilöffnung versehen nach außen offen, bei den zwangsweise die Teilöffnungen generell kleiner als die Durchmesser der Gelenkbolzen sein müssen, um ein Austreten der Gelenkbolzen in radialer Richtung zu verhindern. Durch so ausgestaltete Umfangsbohrungen am Rotor lassen sich die
Flügel mit ihren Gelenkbolzen in Axialrichtung einschieben und gelenkartig positionieren. Entsprechend dieser Ausgestaltung lassen sich die kreisbogenförmigen Flügel scherenartig mit ihren Flügelaußenflächen bis zur linearen Anlehnung an die innere Gehäusewand aufklappen und zurück in die absolute Nullstellung der segmentar dafür ausgebildeten Aussparungen verteilt auf der Umfangsfläche des Rotors wieder zurückführen. Eine Anzahl radialer Sacklochbohrungen entsprechend der Anzahl Flügel am Umfang des Rotors dienen zur Aufnahme von Druckfedern,welche jeweils mit Abstand rechtsseitig zur Drehachse in Drehrichtung gesehen die Innenbogen der Flügel mit Federdruck beaufschlagen. Es ist nur ein minimaler Federdruck gewählt,der jedoch ausreichend sein muß um die Flügel im Stillstand und beim Anfahren des regelbaren Flügelzellenkompressors mit ihren kreisbogenförmigen Flügelaußenflächen in linearer Anlehnung an der inwandigen Gehäusewand des Gehäuses zu halten. Durch die Ausgestaltung der beidseitigen Ringnuten an den Planseiten des Rotors sind seitlich Gleitringe eingesetzt,welche mit Hilfe von innenliegend eingelegten Ringaxialfedern oder O-Ringen die stirnseitigen äußeren Planflächen der Gleitringe mit dem Rotor umlaufend gleitend und abdichtend gegen die inneren Gehäusestirnwände gegengehalten werden. Durch kreisabschnittartige Aussparungen am äußeren Umfang der Gleitringe in Anzahl der Gelenkbolzenbolzen werden diese gleichzeitig als Mitnehmer und zur Abgrenzung der jeweiligen Kammern genutzt,wodurch eine Leckage radial nach innen vermieden wird.
Die Erfindung wird nachfolgend an den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 erläutert und anhand von Zeichnungen dargestellt . Es zeigen
Fig.l einen regelbaren Flügelkompressor in vereinfachter Darstellung in einem Querschnitt entlang der Linie B-B die Situation der Abgrenzung zwischen Saugbereich und Druckbereich am unteren Totpunkt. Fig.2 einen regelbaren Flügelkompressor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt entlang der Linie A-A mit Situation der Fluid- dynamik an der Saugnut und am Verdichtereingang.
Fig.3 einen regelbaren Flügelzellenkompressor in vereinfachter Darstellung in einem Querschnitt entlang der Linie C-C mit Darstellung der eingesetzten Gleitringdichtungen.
Fig.4 eine Einzeldarstellung des Rotors mit Ansicht auf die Teilöffnungen an den Gelenkbohrungen,auf die Sacklochbohrungen der Druckfedern und Ansicht auf eine planseitige Ringnut zum einfügen der Gleitringdichtung.
Fig.5 eine Einzeldarstellung eines Gleitrings.
Fig.6 eine Einzeldarstellung eines perspektivisch dargestellten Flügels.
Fig.7 einen regelbaren Flügelkompressor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels als einflutigen fünfzellig regelbaren Flügelkompressors.
Fig.8 einen regelbaren Flügelkompressor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel als zweiflutigen siebenzellig regelbaren Flügelkompressor. Fig.9 einen regelbaren Flügelkompressor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel als zweiflutigen siebenzellig regelbaren Flügelkompressor in vereinfachter Darstellung in einem Querschnitt entlang der Linie D-D mit Darstellung und Anordnung der Druckfeder, der Antriebswelle mit formschlüssiger Verbindung, den planseitig eingesetzten Gleitringdichtungen im Rotor und eine verdeckte Ansicht auf die Saugnut und Saugbohrung.
Fig.10 einen regelbaren Flügelkompressor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel als zweiflutigen regelbaren Flügelkompressor in vereinfachter Darstellung mit Bezug und Funktion zur elliptischen Gehäuseinnenwand.
Fig.11 einen regelbaren Flügelkompressor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel als einflügeliger regelbarer Flügelkompressor in Schnittansicht mit Gehäuseabdeckung, die im wesentlichen schematisch die vorliegende Erfindung eines einflügeligen Flügelkompressor darstellt.
Fig.12 eine Schnittansicht, die im wesentlichen den 1. Zylinder eines dritten Ausführungsbeispiel als mehrzylindrigen, einflügelig regelbaren Flügelkompressors mit Saugbohrung, geöffnetem Saugkanal, geschlossenem Druckkanal und die Fluidströmung des Mediums darstellt.
Fig.13 eine Schnittansicht, die im wesentlichen den 2. Zylinder eines dritten Ausführungsbeispiel als mehrzylindrigen, einflügelig regelbaren Flügelkompressors mit Saugbohrung, geschlossenem Saugkanal, geöffnetem Überström,- und Druckkanal und die Fluidströmung des Mediums durch die gemeinsame Kumulierungskammer zum Druckausgang darstellt.
Fig.14 einen axial einschiebbaren Halteflügel in Perspektive mit Steuermechanismen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel als einflügeliger regelbarer Flügelkompressor in vereinfachter Darstellung dargestellt.
Fig.15 einen Ringkolben mit Kombination der kreisbogenförmigen segmentaren Aussparung, der teilweise radial geöffneten Gelenkbohrung und der planseitigen Gleitringaufnahme als Perspektive für einen regelbaren Flügelkompressor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel als einflügeliger regelbarer Flügelkompressor dargestellt.
Fig.16 einen Gleitring mit kreisabschnittartiger Aussparung am äußeren Umfang in Perspektive für einen regelbaren Flügelkompressor gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel als einflügeliger regelbarer Flügelkompressor dargestellt. Fig.17 eine Längsschnittansicht, die im wesentlichen ein drittes Ausführungsbeispiel als mehrzylindrigen, einflügelig regelbaren Flügelkompressors darstellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels 1
In den Fig.l bis Fig.7 ist ein regelbarer kompakter Flügelkompressor dargestellt,der vorzugsweise zum energieeffizienten und geregelten Nachfördern, zur Druckerhaltung und zum Verdichten von gasförmigen Fluiden zum Einsatz kommt,aber auch eine variable Förderung von flüssigen Fluiden ermöglicht,wie in Klimaanlagen oder Kälteanlagen. Der regelbare Flügelkompressor weist ein einteiliges Gehäuse 10 aus,das mit einer Abdeckung 50 räumlich umgrenzt ge¬ schlossen ist,das aber auch mehrteilig ausgebildet sein kann und mit einer Antriebswelle ll,die in das Gehäuse 10 hineinragt.Das geschlossene Gehäuse 10 weist zwei innere Gehäusestirnwände 12 und 13 auf,durch welche aus Sicht in Achsrichtung der Drehachse 14 und der Antriebswelle 11 gesehen geschlossene Kammern 17 abgegrenzt sind. Innerhalb der Kammern 17 wird ein Rotor 15 drehfest über eine formschlüssige Verbindung 16 von der Antriebswelle 11 zentrisch in Drehrichtung 28 um die Drehachse 14 rotierend getragenem Umfang des Rotors 15 sind eine Anzahl Gelenkbohrungen 18 gleichmäßig verteilt mit Teilöffnungen 19 ausgestaltet und nach außen offen. In die Gelenkbohrungen 18 lassen sich die Flügel 20 mit ihren Gelenkbolzen 21 in axialer Richtung einschieben und gelenkartig positionieren. Entsprechend dieser Ausgestaltung sind die kreisbogenförmigen Flügel 20 bis zur Anlehnung 22 mit ihren kreisbogenförmigen Flügelaußenflächen 35 an die innere Gehäusewand 23 scherenartig beweglich aufzuklappen und in die absolute Nullstellung am unteren Totpunkt 24 in die segmentar dafür ausgebildeten Aussparungen 25 der Umfangsfläche des Rotors 15 wieder zurückführen. Die inwandige Gehäusewand 23 des Gehäuses 10 ist exzentrisch zur Drehachse 14 des Rotors 15 positioniert und kreisförmig zu ihrem Mittelpunkt (M) ausgestaltet.Die Flügel 20 liegen mit ihren radial äußeren Flügelaußenflächen 35 in ständiger linearer Anlehnung 22 an der inwandigen Gehäusewand 23 an und gleiten an dieser abdichtend in Drehrichtung 28 entlang.Auf Grund des Versatzes (e) und der exzentrisch angeordneten Position der inwandigen Gehäusewand 23 mit Mittelpunkt M zur zentrischen Drehachse 14 des Rotors 15 ergeben sich scherenartige Kammern 17 mit veränderlichem Raumvolumen. Eine Anzahl radialer Sacklochbohrungen 26 entsprechend der Anzahl Flügel 20 am Umfang des Rotors 15 dienen zur Aufnahme von Druckfedern 27,welche jeweils mit Abstand 51 rechtsseitig zur Drehachse 14 in Drehrichtung 28 gesehen die kreisbogenförmigen Innenbogen 29 der Flügel 20 mit Federdruck beaufschlagen. Es ist nur ein minimaler Federdruck gewählt,der jedoch ausreichend sein muß um die Flügel 20 auch im Stillstand und beim Anfahren des regelbaren Flügelzellenkompressors mit ihren kreisbogenförmigen Flügelaußenflächen 35 in linearer Anlehnung 22 an der inwan¬ digen Gehäusewand 23 des Gehäuses 10 zu halten. In die beidseitigen Ringnuten 31 an den Planseiten des Rotors 15 sind seitlich Gleitringe 32 eingesetzt, welche mit Federkraft von innenliegend eingelegten Ringaxialfedern oder O-Ringen 33 die stirnseitigen äußeren Planflächen der Gleitringe 32 gegen die inneren Gehäusestirnwände 12 und 13 mit dem Rotor 15 umlaufend gleitend und abdichtend gegengehalten werden. Durch kreisabschnittartige Aussparungen 34 am äußeren Umfang der Gleitringe 32 in Anzahl der Gelenkbolzen 21 werden diese gleichzeitig als Mitnehmer und zur Abgrenzung der jeweiligen Kammern 17 genutzt,wodurch eine Leckage radial nach innen vermieden wird. Der untere Totpunkt 24 trennt im Zusammenspiel mit der Drucknut 39 und der Saugnut 41 durch die an ihm gleitenden Flügelaußenlächen 35 den Druckbereich 36 vom Saugbereich 37. Mit Darstellung der Fließrichtungspfeile 38 wird die Steuersituation der Fluiddynamik an der Drucknut 39 mit dem Druckausgang 40,der Saugnut 41 mit der Saugbohrung 42 im Kompressorinnenraum sichtbar. In Fig.7 , Fig.8 und Fig.11 ist der regelbare Flügelkompressor gemäß einem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der gelenkige Flügelaufbau im Prinzip dem im ersten Ausführungsbeispiel entspricht.Mit Änderungen bei einer stärker ausgelegten Flügeldicke können axial federnd beaufschlagte Dichtleisten in die Flügelseitenflächen 47 eingearbeitet werden und am flachen Ende der kreisbogenförmigen Flügel 20 Zylinderrollenlager 43 zum Einsatz kommen,wobei die umlaufenden Lagerumfangsflächen 45 der Zylinderrollenlager 43 sich mindestens in gleicher Höhe bewegen oder nur minimal sich aus der Flügelaußenfläche 35 der Flügel 20 hervorheben.Jeweils beim Einfahren in den Druckbereich 36 über den oberen Totpunkt 44 rollen die Zylinderrollenlager 43 an der inwandigen Gehäusewand 23 umlaufend bis zum Ausfahren aus dem Druckbereich 36 am unteren Totpunkt 24 entlang und heben sich beim
Durchfahren des Saugbereichs 37 der inwandigen Gehäusewand 23 wieder davon ab. Im Stillstand des regelbaren Flügelkompressors oder auch im Ruhezustand ist die Federkraft der Druckfedern 27 weiterhin aktiv und hält sämtliche Flügel 20 mit ihren kreisbogenförmigen Flügelaußenflächen 35 ständig in linearer Anlehnung 22 an die inwandige Gehäusewand 23. Bei Drehung der Antriebswelle 11 in Drehrichtung 28 um die ortsfeste Drehachse 14 wird der Rotor 15 mit der formschlüssigen Verbindung 16 in Rotation versetzt. Durch den Versatz e von der Drehachse 14 des Rotors 15 zum exzentrischen Mittelpunkt M der kreisförmig inwandigen Gehäusewand 23 werden durch die umlaufenden linearen Anlehnungen 22 der Flügel 20 mit ihren kreisbogenförmigen Flügelaußenflächen 35 jeweils abgetrennte Kammern 17 gebildet,welche sich im Saugbereich 37 von Null bis Maximum scherenartig öffnen und im Druckbereich 36 vom Maximum bis auf Null wieder verkleinern. Die Saugnut 41 und die Saugbohrung 42 ist im Gehäuse 10 in der inwandigen Umfangsfläche der Gehäusewand 23 im Saugbereich 37 angeordnet, durch welche sich die Kammern 17 mit dem angesaugten Fluid füllen. Die Drucknut 39 und der Druckausgang 40 ist in dem Umfangsbereich der inwandigen Gehäusewand 23 angeordnet in dem sich im Druckbereich 36 der Rauminhalt der Kammern 17 wieder verkleinert und das geförderte Fluid über die Drucknut 39 in den Druckausgang 40 verdrängt.In den Gelenkbohrungen 18 zentrieren sich die Flügel 20 mit ihren Gelenkbolzen 21 in axialer Richtung einpendelnd mit verteilter seitlicher Gleitreibung selbst,wenn im Betriebszustand des regelbaren Flügelkompressors die Flügelseitenflächen 47 gleitend umlaufende gasdichte Abdichtspalte und Kammern 17 zu der inwandigen Gehäusewand 23 und zu den Gehäusestirnwänden 12 und 13 bilden. Der Rotor 15 ist auf der Antriebswelle 11 axial verschiebbar aufgesteckt und zentriert sich im Betriebszustand durch die seitlich gleitend abdichtenden Gleitringe 32 in axialer Richtung einpendelnd zu den Gehäusestirnwänden 12 und 13 mit berührungsfreien Spalten 48 an den Rotorplanflächen selbst.Die kreisbogenförmigen Flügel 20 werden auch im Ruhezustand oder Stillstand des regelbaren Flügelkompressors ständig an ihrem Innenbogen 29 mit minimalem Federdruck der Druckfedern 27 mit Druck beaufschlagt, wobei sich bei
anfahrendem Betrieb mit aufbauendem Staudruck innerhalb des Kompressors eine zusätzliche Druckbeaufschlagung 49 proportional zum jeweiligen Systemdruck aufbaut.Mit axial in die Flügelseitenflächen 47 eingefügten und mit Flachfedern oder endlichen O-Ringsträngen beaufschlagten Dichtleisten 52 ist bei Bedarf eine zusätzliche Seitenabdichtung der Flügel 20 möglich. Beschreibung des Ausführungsbeispiels 2
In den Fig.8 bis Fig.10 ist ein zweiflutiger regelbarer Flügelkompressor mit einem einteiligen Gehäuse 100 dargestellt, der mit einer Abdeckung 150 räumlich umgrenzt geschlossen ist, aber auch mehrteilig ausgebildet sein kann und mit einer Antriebswelle 111, die axial mit ihrer Drehachse 114 exakt mittig in den Gehäuseinnenraum hineinragt. Innerhalb des Gehäuses 100 wird ein Rotor 115 drehfest und formschlüssig 116 von der Antriebswelle 111 in Drehrichtung 128 um die Drehachse 114 rotierend getragen. Am Umfang des Rotors 115 sind eine Anzahl gelenkartig positionierte Flügel 120 gleichmäßig verteilt, welche sich scherenartig aufklappen und wieder bis zur absoluten Nullstellung in ihre segmentaren Aussparungen 125 zurückführen lassen. Das Zentrum des Gehäuses 100 ist deckungsgleich mit der Drehachse 114 der Antriebswelle 111, dem Inkreismittelpunkt und dem Umkreismittelpunkt der elliptischen Gehäuseinnenwand 123 und von dieser umgeben. Die am Umfang des Rotors 115 gelenkartig
positionierten und gleichmäßig verteilten Flügel 120 weisen im eingeklappten Zustand der Nullstellung exakt den Flügelaußendurchmesser aus, der dem des Inkreises der elliptischen Gehäuseinnenwand 123 entspricht, an welcher jeweils zwei Flügel 120 im Wechsel gasdicht in Drehrichtung 128 linear entlanggleiten und dadurch zwei identisch ausgebildete Arbeitsräume 151 und 152 schaffen. Durch die Ausgestaltung der beidseitigen Ringnuten 131 an den Planseiten des Rotors 115 wird mit eingesetzten Gleitringdichtungen 132 umlaufend gleitend und abdichtend auch planseitig eine ständige Trennung der zwei Arbeitsräume 151 und 152 hergestellt. Die Flügel 120 liegen mit ihren radial äußeren Flügelaußenflächen 126 in ständiger Anlehnung 122 an der elliptischen Gehäuseinnenwand 123 an und gleiten an dieser abdichtend in Drehrichtung 128 entlang. Auf Grund der elliptischen Auslenkungen vom kleinsten Inkreis 129 bis zum größten
Umkreisradius 130 und zurück ergeben sich scherenartige Kammern 144 mit veränderlichem Raumvolumen. Die mit Federdruck oder Staudruck an der elliptischen Gehäuseinnenwand 123 linear anliegenden und in Drehrichtung 128 umlaufenden Flügel 120 und die planseitig gleitenden Gleitringdichtungen 132 unterteilen bei Rotation des Rotors 115 in Drehrichtung 128 die Arbeitsräume 151 und 152 in Ansaugzellen 144 bzw. Verdrängungszellen 124 mit veränderlichem Volumen, wobei der Saugeingang 142 und die Saugnut 141 im Bereich der
Saugzellen 144 und der Druckausgang 140 und die Drucknut 139 im Bereich der Verdrängungszellen 124 inwandig in der Gehäuseinnenwand 123 positioniert sind. Bei Rotation des Rotors 115 um die Drehachse 114 in Drehrichtung 128 füllen sich die Ansaugzellen 144 mit Fluid bei wachsendem Zellenvolumen bis zur größten Auslenkung der Flügel 120, transportieren und verdrängen dann das Fluid mit den sich verkleinernden Verdrängungszellen 124 drucksteigernd bis zum Nullpunkt über die Drucknut 139 zum Druckausgang 140.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels 3
In den Fig.11 bis Fig.17 ist ein einflügeliger regelbarer Flügelkompressor der genannten Gattung dargestellt, bei dem die Trennung von Arbeitskammern im Betriebszustand in einfacher kompakter Bauart ohne nennenswerte Reibkräfte, ohne Kippen oder Verkanten der Trennelemente auch bei hohen Drehzahlen und Systemdrücken energieeffizient erreicht wird. In der Fig.12 ist ein im Prinzip gleicher Flügelkompressor dargestellt, jedoch als Mehrzylindermaschine.
Der einflügelige Flügelkompressor weist nachfolgend die Merkmale aus,daß der Trennflügel durch Doppelgelenke 221,222 an den Trennflügelenden zum einen stationär 222 innwandig im Gehäuse 200,zum zweiten positionsmäßig veränderlich 221 mit dem Ringkolben 215 verbunden ausgestaltet ist und im Betriebszustand Arbeitsräume 251 in Kammern 226 mit veränderlichem Raumvolumen unterteilt und somit einen Flügelkompressor mit einem einteiligen Gehäuse 200 ausweist,das mit einer Abdeckung 210 räumlich umgrenzt geschlossen ist,aber auch mehrteilig ausgebildet sein kann und mit einer Antriebswelle 211,die axial mit ihrer Drehachse exakt mittig in den Gehäuseinnenraum hineinragt.Innerhalb des Gehäuses 200 wird ein rollengelagerter 230 Ringkolben 215 außermittig von einem Exzenter 227 getragen. Mit Versatz e zum Mittelpunkt 214 der zentrischen Drehachse 214 auf der Antriebswelle 211 wird der Exzenter mit der formschlüssigen Verbindung 216 in Drehrichtung 228 um die Drehachse 214 bewegt, was bewirkt,daß der nicht rotierende Ringkolben 215 mit seiner äußeren Umfangsfläche eine linear abdichtend gleitende relative Umlaufbewegung 229 innerhalb des Gehäuses 200 an der kreisförmig zentrischen Gehäuseinnenwand 223 ausführt.Am Umfang des Ringkolbens 215 ist eine Anzahl gelenkartig positionierter Trennflügel 220 verteilt,welche sich im Betriebszustand zwangsweise scherenartig aufklappen und wieder bis zur absoluten Nullstellung in ihre segmentare Aussparungen 225 zurückführen lassen. In den beiden Ringnuten 231 an den Planseiten des Ringkolbens 215 sind seitliche Gleitringe 232 eingesetzt,welche mit Federkraft von innenliegend eingelegten Ringaxialfedern oder O-Ringen 233 die stirnseitigen Planflächen der Gleitringe 232 gegen die inneren Gehäusestirnwände 235,236 mit dem Ringkolben 215 relativ umlaufend gleitend und abdichtend gegengehalten werden. Durch kreisabschnittartige Aussparungen 234 am Umfang der Gleitringe 232 in Anzahl der Gelenkbolzen 221 werden diese gleichzeitig als Mitnehmer und zur Abgrenzung der Arbeitskammem 251 genutzt,wodurch eine Leckage radial nach innen vermieden wird.Auf Grund der exzentrischen Auslenkung e des Ringkolbens 215 mit seiner linear gleitenden Abdichtung 229 an der inwandigen Gehäuseinnenwand 223 ergibt sich bei Drehung der Antriebswelle 211 in Drehrichtung 228 eine Aufteilung der Arbeitsräume 251 in Ansaugzellen 226 bzw. Verdrängugszellen 224 mit veränderlichem Volumen,wobei der Saugeingang 242 mit Ansaugventil im Bereich der Ansaugzellen 226 und der Druckausgang 240 mit Rückschlag- oder Flatterventil im Bereich der Verdrängungszellen 224 inwandig in der Gehäuseinnenwand 223 positioniert sind. Bei Drehung der Antriebswelle 211 in Drehrichtung 228 ergibt sich eine Aufteilung des Arbeitsraumes 251 in Ansaugzelle 226 und Verdrängungszelle 224 mit veränderlichem Raumvolumen,wo durch die saugseitige Raumvergrößerung der Ansaugzelle 226 der entstandene Unterdruck das zu fördernde Fluid in den Saugeingang 242 zur Saugbohrung 253 über den Saugkanal 254 in die Ansaugzelle 226 ansaugt, gleichzeitig aber durch die druckseitige Raumverkleinerung in der Verdrängungszelle 224 das zu fördernde Fluid durch den entstandenen Überdruck in der Verdrängungszelle 224 und im Überströmkanal 257 vorverdichtet und bei Öffnung zum Druckkanal 255 in die Kumulierungskammer 260 verdrängt wird, wo es sich mit dem Fluid der anderen Zylinder vermengt und mit Hochdruck durch den gemeinsamen Druckausgang 240 pulsationsarm den Flügelkompressor verlässt.
Soweit sinnvoll, können die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste 1
10 Gehäuse 39 Drucknut
11 Antriebswelle 40 Druckausgang
10 Gehäusestirnwand 41 Saugnut
11 Gehäusestirnwand 42 Saugbohrung
12 Drehachse 43 Umlaufendes Rollenlager
13 Rotor 44 Oberer Totpunkt
14 Formschlüssige Verbindung 45 Lagerumfangsfläche
15 Kammer 47 Flügelseitenfläche
16 Gelenkbohrung 48 berührungsfreie Spalte
17 Teilöffnung 49 Druckbeaufschlagung
18 Flügel 50 Abdeckung
19 Gelenkbolzen 51 Abstand
0 Anlehnung e Versatz
1 Inwandige Gehäusewand M Mittelpunkt
2 Unterer Totpunkt
3 Segmentare Aussparung
4 Sackloch bohrung
5 Druckfeder
6 Drehrichtung
7 Kreisbogenförmiger
Innenbogen
1 Ringnut
2 Gleitring
3 0-Ring,Axialfederring
4 Gleitringaussparung
5 Flügelaußenfläche
6 Druckbereich
7 Saugbereich
8 Fließrichtungspfeil Bezugszeichenliste 2
100 Gehäuse
111 Antriebswelle
114 Drehachse
115 Rotor
116 Formschlüssige Verbindung
120 Flügel
121 Gelenkbolzen
122 Anlehnung
123 Elliptische Gehäuseinnenwand
124 Verrdrängungszelle
125 segmentare Aussparung
126 Flügelaußenbogen
127 Druckfeder
128 Drehrichtung
129 Inkreisradius
130 Umkreisradius
131 Ringnut
132 Gleitringdichtung
133 O-Ring, Axialfederring
139 Drucknut
140 Druckausgang
141 Saugnut
142 Saugeingang
144 Kammer, Ansaugzelle
149 innere Gehäusestirnwand
150 Abdeckung
151 Arbeitsraum
152 Arbeitsraum Bezugszeichenliste 3
200 Gehäuse 229 relative Umlaufbewegung
201 Umfangsfläche 230 Rollenlager
202 äusserer Kreisbogen 231 Gleitringaufnahme
203 Innerer Kreisbogen 232 Gleitring
210 Abdeckung 233 O-Ring bzw. Ringaxialfeder
211 Antriebswelle 234 kreisabschnittartige
214 Drehachse Aussparung
215 Ringkolben 240 Druckausgang
216 formschlüssige Verbindung 241 Trennwand
218 Gelenkbohrung 242 Saugeingang
219 Teilöffnung 251 Arbeitsraum
220 Halteflügel e Versatz
221 Gelenkkolben,veränderlich 253 Saugbohrung
222 Gelenkkolben,Steuerkolben, 254 Saugkanal
stationär 255 Druckkanal
223 Gehäuseinnenwand 256 Flatterventil
224 Verdrängungszelle 257 Überströmkanal
225 segmentare Aussparung 258 Saugstutzen
226 Ansaugzelle 259 Druckstutzen
227 Exzenter 260 Kumulierungskammer
228 Drehrichtung 262 Fluidströmung

Claims

Patentansprüche
1. Regelbarer Flügelkompressor mit einem einteiligen oder mehrteiligen exzentrischen Gehäuse (10) dadurch gekennzeichnet , daß sich auf Grund des Versatzes (e) und der kreisförmig inwandigen Gehäusewand (23) mit Mittelpunkt (M) zur Drehachse (14) des Rotors (15) scherenartige Kammern (17) mit veränderlichem Raumvolumen bilden , einer Antriebswelle (14) , auf der ein Rotor (15) drehfest formschlüssig (16) positioniert ist und um die Drehachse (14) in Drehrichtung (28) zum Umlauf gebracht wird , wobei der Rotor (15) am Umfang gleichmäßig verteilt eine Anzahl Gelenkbohrungen (18) ausweist , die ausgestaltet radial nach außen offen , aber zwangsweise mit Teilöffnungen (19) ausgestaltet sind , die generell kleiner als die Durchmesser der Gelenkbolzen (21) sind und in den Gelenkbohrungen (18) die axial eingeschobenen Flügel (20) mit ihren Gelenkbolzen (21) gelenkartig positionieren , sich radial mit ihren kreisbogenförmigen Flügelaußenflächen (35) in linearer Anlehnung (22) gleitend an der inwandig kreisförmigen Gehäusewand (23) in Drehrichtung (28) bis zum erreichen des oberen Totpunktes (44) scherenartig öffnen und beim Einfahren in den Druckbereich (36) sich wieder scherenartig zusammenschieben bis sie in der absoluten Nullstellung im unteren Totpunkt (24) in die radial am Umfang des Rotors (15) gleichmäßig verteilten segmentar ausgebildeten Aussparungen (25) wieder einklappen,der axial aufgesteckte Rotor (15) innerhalb der kreisförmigen Gehäusewand (23) mit Mittelpunkt (M) und dem Versatz (e) mit der Antriebswelle (11) formschlüssig (16) verbunden um die ortsfest zentrische Drehachse (14) rotiert,sich Flügel (20) mit ihren kreisbogenförmigen Flügelaußenflächen (35) an der Gehäusewand (23) und zwischen den Gehäusestirnwänden (12,13) mit ihren Flügelseitenflächen (47) abdichtend gleitend in Drehrichtung (28) bewegen , durch welche sich volumenartig veränderliche Kammern (17) bilden, Fluid ansaugen und vom Saugbereich (37) über den oberen Totpunkt (44) mit den sich wieder verkleinernden Kammern (17) in den Druckbereich (36) transportieren, das Fluid im Saugbereich (37) durch die Saugbohrung (42) und die Saugnut (41) ansaugt und im Druckbereich
(36) über die Drucknut (39) drucksteigernd in den Druckausgang (40) nach
außen wieder verdrängt .
2. Regelbarer Flügelkompressor dadurch gekennzeichnet , daß sich ein zweiflutiger regelbarer Flügelkompressor mit einem einteiligen Gehäuse (100) darstellt, der mit einer Abdeckung (150) räumlich umgrenzt geschlossen ist, aber auch mehrteilig ausgebildet sein kann und mit einer Antriebswelle (111), die axial mit ihrer Drehachse (114) exakt mittig in den Gehäuseinnenraum hineinragt,innerhalb des Gehäuses (100) einen Rotor (115) drehfest und formschlüssig (116) mit der Antriebswelle (111) in Drehrichtung (128) um die Drehachse (114) rotierend trägt, am Umfang des Rotors (115) eine Anzahl gelenkartig positionierter Flügel (120) gleichmäßig verteilt aufweist, welche sich scherenartig aufklappen und wieder bis zur absoluten Nullstellung in ihre segmentaren Aussparungen (125) zurückführen lassen, wobei das Zentrum des Gehäuses (100) deckungsgleich mit der Drehachse (114) der Antriebswelle (111), dem Inkreismittelpunkt und dem Umkreismittelpunkt der elliptischen Gehäuseinnenwand (123) und von dieser umgeben ist und die am Umfang des Rotors (115) gelenkartig positionierten und gleichmäßig verteilten Flügel (120) im eingeklappten Zustand der Nullstellung exakt den Flügelaußendurchmesser aufweisen, der dem des Inkreises der elliptischen Gehäuseinnenwand (123) entspricht, an welcher jeweils zwei Flügel (120) im Wechsel gasdicht in Drehrichtung (128) linear entlanggleiten und dadurch zwei identisch ausgebildete Arbeitsräume (151) und (152) schaffen, durch die Ausgestaltung der beidseitigen Ringnuten (131) an den Planseiten des Rotors (115) mit eingesetzten Gleitringdichtungen (132) umlaufend gleitend und abdichtend auch planseitig eine ständige Trennung der zwei Arbeitsräume (151) und (152) hergesteilen und die Flügel (120) mit ihren radial äußeren Flügelaußenflächen (126) in ständiger Anlehnung (122) an der elliptischen Gehäuseinnenwand (123) abdichtend in Drehrichtung (128) an dieser entlanggleiten, auf Grund der elliptischen Auslenkungen vom kleinsten Inkreis (129) bis zum größten Umkreisradius (130) und zurück sich scherenartige Kammern (144) mit veränderlichem Raumvolumen ergeben,werden die mit Federdruck oder Staudruck an der elliptischen Gehäuseinnenwand (123) linear anliegenden und in Drehrichtung (128) umlaufenden Flügel (120) und die planseitig gleitenden
Gleitringdichtungen (132) unterteilen bei Rotation des Rotors (115) in Drehrichtung (128) die Arbeitsräume (151) und (152) in Ansaugzellen (144) bzw.
Verdrängungszellen (124) mit veränderlichem Volumen, wobei der Saugeingang
(142) und die Saugnut (141) im Bereich der Saugzellen (144) und der Druckausgang (140) und die Drucknut (139) im Bereich der
Verdrängungszellen
(124) inwandig in der Gehäuseinnenwand (123) positioniert sind und bei
Rotation
des Rotors (115) um die Drehachse (114) in Drehrichtung (128) sich die Ansaugzellen (144) mit Fluid bei wachsendem Zellenvolumen bis zur größten Auslenkung der Flügel (120) füllen und transportieren, dann das Fluid mit den sich
verkleinernden Verdrängungszellen (124) drucksteigernd bis zum Nullpunkt über
die Drucknut (139) zum Druckausgang (140) verdrängen.
3. Regelbarer Flügelkompressor dadurch gekennzeichnet , daß der
kompakt als Ein,- oder Mehrzylindermaschine genannte einflügelige
Flügelkompressor so gestaltet ist,daß die Arbeitskammern auch bei hohen Drehzahlen und Systemdrücken energieeffizient ohne nennenswerte Reibung ein
Fördern, Nachfördern zur Druckerhaltung,ein Verdichten von gasförmigen
Fluiden
in stationären oder mobilen Kälte,- und Klimaanlagen,aber auch variable, drehzahlregelbare Förderungen von flüssigen Fluiden dahingehend ausführt,daß im
Betriebszustand eine einfache Trennung von Arbeitsräumen (251) und Kammern
(224) und (226) mit veränderlichem Raumvolumen unterteilt nachfolgend die Merkmale ausweist, daß der Halteflügel (220) durch Doppelgelenke (221,222) an
den Halteflügelenden zum einen stationär (222) innwandig im Gehäuse (200),zum
zweiten positionsmäßig veränderlich (221) mit dem Ringkolben (215) verbunden
ausgestaltet ist und somit einen einflutigen Flügelkompressor mit einem einteiligen
Gehäuse (200) ausweist das mit einer Abdeckung (210) räumlich umgrenzt geschlossen ist,aber auch mehrteilig ausgebildet sein kann und mit einer Antriebswelle (211),die axial mit ihrer Drehachse (214) exakt mittig in den Gehäuseinnenraum hineinragt,innerhalb des Gehäuses (200) ein mit Rollenlager
(230) gelagerter Ringkolben (215) außermittig von einem Exzenter (227) getragen
wird und mit Versatz (e) zum Mittelpunkt (214) der zentrischen Drehachse
(214)
auf der Antriebswelle (211) wird der Exzenter (227) mit der formschlüssigen Verbindung (216) in Drehrichtung (228) um die Drehachse (214) bewegt,was bewirkt,daß der nicht rotierende Ringkolben (215) mit seiner äußeren
Umfangsfläche eine linear abdichtend gleitende relative Umlaufbewegung
(229)
innerhalb des Gehäuses (200) an der kreisförmig zentrischen Gehäuseinnenwand
(223) ausführt und pro Zylinder am Umfang des Ringkolbens (215) jeweils nur ein
doppelgelenkiger Halteflügel (220) nur mit dem Gelenkbolzen (221) gelenkartig positioniert ist,welcher sich im Betriebszustand permanent zwangsweise scherenartig aufrichtet und wieder bis zur absoluten Nullstellung in die zugehörige
segmentare Aussparung (225) zurückklappen und wieder bis zum absoluten Nullpunkt zusammenschieben lässt und ein neues Spiel beginnt.
4. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die
Saugnut (41) und die Saugbohrung (42) im Gehäuse (10) in der inwandigen Umfangsfläche der Gehäusewand (23) im Saugbereich (37) angeordnet ist und die
Drucknut (39) und der Druckausgang (40) im Gehäuse (10) in der inwandigen
Umfangsfläche der Gehäusewand (23) im Druckbereich (36) angeordnet ist.
5. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl radialer Sacklochbohrungen (26) entsprechend der Anzahl Flügel (20) am Umfang des Rotors (15) gleichmäßig verteilt sind und mit Abstand
(51)
rechtsseitig zur Drehachse (14) in Drehrichtung (28) gesehen positioniert und
mit Druckfedern (27) bestückt sind .
6. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mit
vorab festgelegtem minimalem Federdruck die kreisbogenförmigen Innenbogen
(29) der Flügel (20) ausreichend beaufschlagt und aktiv sein müssen,um auch
im Stillstand oder beim Anfahren des Kompressors die Flügelaußenflächen (35) ständig in gleitender linearer Anlehnung (22) an der kreisförmig inwandigen Gehäusewand (23) des Gehäuses (10) abdichtend zu halten .
7. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in
den beidseitigen Ringnuten (31) an den Planseiten des Rotors (15) seitliche Gleitringe (32) eingesetzt sind , welche mit axialer Federkraft von innenliegend
eingelegten Ringaxialfedern oder O-Ringen (33) die stirnseitigen Planflächen der Gleitringe (32) ständig gegen die inneren Gehäusestirnwände (12,13) mit
dem Rotor (15) in Drehrichtung (28) umlaufend gleitend und abdichtend gegengehalten werden und mit kreisabschnittartigen Aussparungen (34) am äußeren Umfang in Anzahl der Flügel (20) ausgestaltet sind , dabei gleichzeitig
die Gelenkbolzen (21) als Mitnehmer nutzen, zur Abgrenzung der jeweiligen Kammern (17) dienen und eine Leckage radial nach innen vermeiden.
8. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß am
unteren Totpunkt (24) an der inwandigen Gehäusewand (23) im Zusammenspiel mit der Drucknut (39) und der Saugnut (41) in Drehrichtung (28) die
linear gleitenden kreisbogenförmigen Flügelaußenflächen (35) den Druckbereich
(36) vom Saugbereich (37) trennen .
9. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei
einem dritten Ausführungsbeispiel am flachen Ende der kreisbogenförmigen Flügel (20) umlaufende Zylinderrollenlager (43) zum Einsatz kommen, welche
mit ihren umlaufenden Lagerumfangsflächen (45) der Zylinderrollenlager
(43)
sich mindestens in gleicher Höhe oder nur minimal außerhalb der Flügelaußenfläche (35) der Flügel (20) bewegen und hervorheben.
10. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich
die Flügel (20) in den Gelenkbohrungen (18) mit ihren Gelenkbolzen (21) in axialer Richtung einpendelnd bei beidseitig verteilter Gleitreibung selbst zentrieren, wenn im Betriebszustand des regelbaren Flügelzellenkompressors die
Flügelseitenflächen (47) gleitend umlaufende gasdichte Abdichtspalte und
Kammern
(17) zu der kreisförmig inwandigen Gehäusewand (23) und zu den Gehäusestirnwänden (12 , 13) bilden und der Rotor (15) drehfest formschlüssig (16), aber
axial auf der Antriebswelle (11) verschiebbar aufgesteckt ist, sich im
Betriebszustand mit den äußeren Seitenflächen der Gleitringe (32) gleitend dichtend an den
seitlichen Gehäusestirnwänden (12,13) einpendelt und den Rotor (15) mit berührungsfreien Spalten (48) zu den beiden Rotorplanflächen axial selbst zentriert.
11. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet ,daß r
regelbare Flügelkompressor sowohl als Vakuumpumpe,Förderpumpe oder t
spezifischen Änderungen in gegenläufiger Drehrichtung auch als Volumen- zähler,Pneumatik oder Hydraulikmotor zum Einsatz kommt.
12. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet ,daß sich
der regelbare Flügelkompressor zweiflutig darstellt und die Saugnut (141) und der Saugeingang (142) im Gehäuse (100) in der elliptischen Gehäuseinnenwand
(123) im Bereich der Ansaugzellen (144), die Drucknut (139) und der Druckausgang (140) im Bereich der Verdrängungszellen (124) angeordnet
13. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet ,daß sich
eine Anzahl radialer Sacklochbohrungen entsprechend der Anzahl Flügel (120) am Umfang des Rotors (115) gleichmäßig verteilt und mit Druckfedern (127) bestückt sind.
14. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß mit
vorab festgelegtem minimalem Federdruck die Innenbogen der Flügel (120) ausreichend beaufschlagt und aktiv sein müssen, um auch im Stillstand oder beim Anfahren des Kompressors die Flügelaußenflächen (126) ständig in gleitender linearer Anlehnung (122) an der elliptischen Gehäuseinnenwand
(123) des Gehäuses (100) abdichtend zu halten.
15. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß in den beidseitigen Ringnuten (131) an den Planseiten des Rotors (115) seitliche Gleitringe (132) eingesetzt sind, welche mit axialer Federkraft von innenliegend eingelegten Ringaxialfedern oder O-Ringen (133) die stirnseitigen Planflächen der Gleitringe (132) ständig gegen die inneren Gehäusestirnwände (149) mit dem Rotor (115) in Drehrichtung (128) von den Gelenkbolzen (121) umlaufend mitgenommen und gleitend abdichtend gegengehalten werden und eine Leckage radial nach innen vermeiden.
16. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß sich
die Flügel (120) mit ihren Gelenkbolzen (121) in axialer Richtung einpendelnd bei
beidseitig verteilter Gleitreibung selbst zentrieren, wenn im Betriebszustand des
regelbaren Flügelkompressors umlaufende gasdichte Abdichtspalte und Kammern
(124) und (144) zu den inneren Gehäusestirnwänden (149) bilden und der Rotor
(115) drehfest formschlüssig (116), aber axial auf der Antriebswelle (111) verschiebbar aufgesteckt ist, sich im Betriebszustand mit den äußeren Seitenflächen der Gleitringe (132) gleitend dichtend an den Gehäusestirnwänden
(149) einpendelt und den Rotor (115) mit berührungsfreien Spalten zu den Rotorplanflächen axial selbst zentriert.
17. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß auf Grund der exzentrischen Auslenkung (e) des Ringkolbens (215) mit seiner linear gleitenden Abdichtung (229) an der inwandigen Gehäuseinnenwand (223) sich
bei Drehung der Antriebswelle (211) in Drehrichtung (128) eine Aufteilung der
Arbeitsräume (251) in Ansaugkammern (226) bzw. Verdrängungskammern (224)
mit veränderlichem Raumvolumen ergibt,wobei der Saugeingang (242) mit Ansaugventil im Bereich der Ansaugkammern (226) und der Druckausgang (240)
mit Rückschlag- oder Flatterventil (256) im Bereich der Verdrängungskammern
positioniert sind und bei Antrieb der Antriebswelle (211) in Drehrichtung (228)
sich die Ansaugkammern (226) mit Fluid bei wachsendem Kammervolumen bis zur
maximalen Füllung füllen,transportieren und verdrängen dann das Fluid drucksteigernd in die sich wieder verkleinernden Verdrängungskammern (224) bis
zum erreichen des Nullpunkts zum Druckausgang (240).
18. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet , daß der kompakt als Ein,- oder Mehrzylindermaschine genannte einflügelige Flügelkompressor so gestaltet ist,daß mit der durchgehenden Saugbohrung (253) gleichzeitig sämtliche Zylinder mit dem angesaugten Medium versorgt werden können,was deshalb hierfür nur den einen planseitigen Saugeingang (242) und Ansaugstutzen (258) an der Gehäuseabdeckung (210) erforderlich macht.
19. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet , daß pro
Zylinder jeweils im Ansaugbereich (226) ein Saugkanal (254) radial zwischen Saugbohrung (253) und Ansaugzelle (226) als Verbindungsdurchgang ausgestaltet
ist.
20. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder jeweils im Verdrängungsbereich (224) ein Überströmkanal (257) als teilweise Ringnut am äußeren Umfang des Steuerkolbens (222) ausgestaltet ist.
21. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder jeweils im Druckbereich (224) ein Druckkanal (255) zwischen der Umfangsfläche des Steuerkolbens (222) und der Kumulierungskammer (260) ausgestaltet ist.
22. Regelbarer Flügelkompressor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Druckkanäle (255) aller Zylinder in die gemeinsame Kumulierungskammer (260) münden,in dem die Kumulierungskammer (260) als Sammelbecken aller druckseitig geförderten Fluide ausgestaltet ist und das angesammelte Fördermedium vermengt und mit Hochdruck pulsationsarm mit dem einzigen gemeinsamen Druckstutzen (259) zum einzigen Druckausgang (240) leitet.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen
PCT/EP2012/072266 2011-11-11 2012-11-09 Regelbarer flügelkompressor WO2013068531A2 (de)

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