DE19616880A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Förderung eines Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Förderung eines Mediums in einem geschlossenen Fördergehäuse, durch konzentrisch sich in Mantellaufbahnen drehenden Rotationskolben.

Das ganze Gebiet der Förderung von Medien kann auf verschiedene Weise eingeteilt werden. Die Haupteinteilung ist in Bezug auf Medien als flüssige, also im wesentlichen inkompressible Medien, sowie kompressible, gasförmige Medien. Werden bei den gasförmigen Medien höhere Drücke verlangt, so spricht man von Verdichtern oder Kompressoren, z.Bsp. Kolbenkompressoren. Bei Flüssigkeiten spricht man von Saug- und/oder Druckpumpen. Einer der bekanntesten Pumpentypen ist die Zahnradpumpe. Eine Abwandlung davon ist die Schraubenpumpe, welche das Medium durch ineinandergreifende Gewindegänge fördern. In der Praxis gibt es unzählige Applikationen, wobei in der Mehrzahl der Fälle sich meistens ein besonderes konstruktives Konzept für die jeweilige Applikation durchgesetzt hat. Dabei fand vorgängig oft über Jahre ein Optimiervorgang in Bezug auf Druckverhältnisse, Durchsatzmengen und dem spezifischen Medium statt. Ein weiteres Problemgebiet sind die Regelung der Fördermenge sowie die eigentlichen Regelpumpen. Für Regelsysteme werden zumindest bei höheren Drücken Pumpen verwendet, die über eine ganze Umdrehung eine definierte Fördermenge haben, wie dies bei Kolbenpumpen und Zahnradpumpen der Fall ist. Handelt es sich lediglich um eine Mengendosierung können neben der Drehzahl-Durchsatzfunktion zusätzlich gesteuerte Ventile eingesetzt werden. Wird jedoch eine sehr hohe Regelgenauigkeit verlangt wird die Hauptregelfunktion vor allem durch gesteuerte Präzisionsventile sichergestellt, vor allem wenn sowohl der Druck wie die Menge kritische Größen sind. Die Mehrleistung der Pumpe wird in diesem Fall zurück in einen Ansaugbehälter geleitet. Der Entscheid für die konkrete Vorrichtung liegt in der Erfüllung eines ganzen Pflichtenheftes, wobei z.Bsp. in der verarbeitenden Industrie, sei es für chemische Stoffe oder für Nahrungsmittel sehr häufig auch eine leichte Reinigungsmöglichkeit aller Innenräume verlangt wird.

Der Erfinder hatte sich die Aufgabe gestellt, ein neues Bewegungsprinzip zu finden, das zumindest im Grundkonzept einen einfachen Aufbau aufweist, verschiedenste Anwendungen erlaubt, insbesondere aber auch mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und für viele Applikationen eine optimalere Erfüllung des ganzen Pflichtenheftes erlaubt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch die Zusammenarbeit von wenigstens zwei "eckigen" synchron und gleichsinnig drehenden Rotationskolben gefördert wird. Vorzugsweise sind wenigstens zwei wechselweise arbeitende Förderkanäle nutzbar, so daß eine zumindest angenähert stetige Förderung erreichbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei "eckige" synchron, gleichsinnig und konzentrisch um die je eigene Achse drehende Rotationskolben und die Mantellaufbahnen entsprechende kreiszylindrische Formen aufweisen.

Besonders bevorzugt werden die Rotationskolben rotations­ symmetrisch gebildet und entsprechend gelagert. Mit rotationssymmetrisch soll ausgesagt werden, daß bezüglich den Drehachsen die Kolbenform zwei oder mehr identische bzw. symmetrische Abschnitte aufweisen. Die jeweiligen Berührungslinien liegen auf einer übereinstimmenden Kreislaufbahn. Die äußere Form eines Rotationskolbens weist bevorzugt zwei oder drei herausstehende Ecken bzw. Kanten auf, die alle über gleiche, geometrisch definierte Bogenformen verbunden sind. Wesentlich ist ferner, daß die Rotationskolben sich gleichsinnig und synchron in der jeweils zugehörigen konzentrischen Mantellaufbahn drehen. Im Falle einer "dreieckigen" Rotationskolbenform hat diese eine große Ähnlichkeit mit dem Kolben eines Wankelmotores. Der Unterschied liegt darin, daß sich bei dem Wankelmotor jeweils nur ein einziger Rotationskolben mit exzentrisch verlaufender Drehachse in entsprechenden Mantellaufbahnen bewegt.

Die neue Erfindung erlaubt eine ganze Anzahl besonders vorteilhafter Ausgestaltungen. Das Medium wird, insbesondere bei inkompressiblem Medium, über Öffnungen im Mantel des Fördergehäuses zu- und abgeführt. Dies erlaubt die Führung des Mediums in dem feststehenden Fördergehäuse. Im einfachsten Falle arbeiten zwei Kolbenpaare zusammen. Auf den selben angetriebenen Drehachsen können aber auch mehr als zwei in Längsrichtung versetzt angeordnete Kolbenpaare bzw. Kolbengruppen angeordnet und z.Bsp. parallel oder in Serie betrieben werden. Dadurch läßt sich eine zusätzliche Vergleichsmäßigung der Förderwirkung erzielen, gegenüber entsprechend längeren Kolben.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird das Medium durch wenigstens drei "eckige", vorzugsweise rotationssyznmetri­ sche, synchron und gleichsinnig drehende Rotationskolben gefördert. Die Rotationskolben sitzen auf Hohlwellen, wobei das Medium durch Öffnungen in den Rotationskolben durch die Hohlwelle bzw. Hohlwellen zu- und/oder abgeführt wird. Die Förderung des Mediums findet in dem sich in Umfangsrichtung verändernden Raum zwischen den Rotationskolben und der Mantellaufbahn oder über innere Steuerrohre statt. Werden drei oder mehr zusammenarbeitende Rotationskolben verwendet, so wird zwischen den Rotationskolben ein sich mit der Kolbendrehung vergrößernder oder verkleinernder Förderraum ausgenützt. Hier wird das Medium über Steuerrohre geleitet. Es ist ferner möglich, daß die Rotationskolben gleichsinnig sowohl im Uhrzeiger- wie im Gegenuhrzeigersinn angetrieben werden, zur Umkehr der Förderrichtung. Dies erlaubt die Umkehrbewegung für Regelzwecke zu benutzen und in beiden Richtungen den notwendigen Druckaufbau zu erzeugen, oder aber daß die Umkehrbewegung zur Energierückgewinnung wenigstens in einer Förderrichtung verwendet wird. Da die Rotationskolben erfindungsgemäß rotationssymmetrisch ausgebildet werden, spielt es keine Rolle, auf welche Seite sie drehen, vorausgesetzt sie drehen sich in jedem Fall gleichsinnig. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das neue Verfahren als Gasmotor arbeiten, wobei vorgelagert eine Brenn- und/oder Zündkammer angeordnet wird. Die Kompressionsenergie wird hier zum Antreiben der vorzugsweise drei oder mehr Rotationskolben benutzt. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist diese zwei, zwei- oder dreieckige Rotationskolben auf, wobei die Zu- und Abführöffnungen in dem Mantel des Fördergehäuses angeordnet sind, derart, daß im Verlaufe einer Umdrehung jedes Rotationskolbens zwei gesonderte, vorzugsweise wieder zusammenführbare Zu- und Abführöffnungen nutzbar sind. Vorzugsweise drei Rotationskolben sitzen dabei konzentrisch auf Hohlwellen, wobei die Zu- und/oder Abführöffnungen in den Rotationskolben bzw. der Hohlwelle sowie Öffnungen von stillstehenden Steuerrohren mit geometrisch genau festgelegten Öffnungen angeordnet sind. Weisen die Rotationskolben eine "dreieckige" Grundform auf, so bilden die drei Rotations­ kolbenecken ein gleichseitiges Dreieck, wobei der Abstand von Kolbenecke zu Kolbenecke dem Abstand der Rotationskolbenachsen zueinander entspricht, und der Radius des Bogens über den Kolbenecken auch dem Abstand der Drehkolbenachsen entspricht, so daß der Abstand vom Kolbenmittelpunkt zum Kolbeneck dem Umkreisradius des von den Kolbenecken gebildeten, gleichseitigen Dreiecks entspricht. Bevorzugt weist hier die Vorrichtung mehr als zwei Rotationskolben auf, wobei der Achsenabstand korrespondierender Kolben dem Abstand Kolbeneck zu Kolbeneck entspricht. Weisen dagegen die Rotationskolben eine "zweieckige" Grundform auf, so ist der Abstand von dem einen Kolbeneck zum anderen gleich dem Abstand der Rotationskolbenachsen mal die Wurzel von 2, wobei der Radius des Bogens über den beiden Kolbenecken gleich dem Rotationskolbenachsabstand entspricht. Ist die Anzahl der Rotationskolbenachsen mehr als zwei und der Achsenabstand korrespondierender Kolben gleich dem Abstand von Kolbeneck zu Kolbeneck geteilt durch die Wurzel von 2, so bilden die Verbindungslinien der Rotationskolbenachsen Quadrate oder gleichschenklige, rechtwinklige Dreiecke.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung können die Rotationskolben "verdreht" sein, indem die Kolbeneckkanten nicht mehr parallel zur Rotationskolbenachse steht, sondern derart die Mantellaufbahn "berührt", daß das eine Ende der Kolbeneckkante vor- oder nachläuft, derart, daß der Selbstsynchronisationseffekt der Kolbeneckkanten verstärkt und die Gleichmäßigkeit der Förderung in den Totlagen durch die versetzte Anordnung der Kolbenöffnungen optimiert wird. Bei allen Ausgestaltungen ist es ferner möglich daß alle Rotations­ kolbenachsen mit einem Synchronisations-Exzenter an gleicher Stelle ausgerüstet sind, wobei diese Synchronisations-Exzenter alle miteinander derart drehgelagert verbunden sind, so daß nebst dem Synchronisationsgetriebe für die Rotationskolbenachsen und dem Selbstsynchronisationseffekt der Kolbeneckkanten, ein zusätz­ licher, hochpräziser Synchronisationseffekt entsteht. Idealisiert bze. theoretisch sind die Ecken der Kolben messerschneidenartig ausgebildet. Stumpfe Ecken müssen mit Versuchen und auch allfälligen Dichtkanten gesucht werden. Bei einfacheren Anwendungen kann auch Spiel zwischen den Kolben vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten dargestellt. Es zeigen:

die Fig. 1-1b einen Querschnitt einer Vorrichtung mit drei Folgestellungen von zwei dreieckigen Rotationskolben mit reiner Mantelführung des Mediums;

die Fig. 2-2i zehn Folgestellungen des Rotationskolbens ent­ sprechend den Fig. 1-1b;

die Fig. 3 und 3e zwei Folgestellungen von zwei dreieckigen Rota­ tionskolben mit Mediumführung über Steuerrohr;

die Fig. 4 und 4a den prinzipiellen Aufbau einer einfachen Vor­ richtung mit zwei dreieckigen Rotationskolben;

die Fig. 4b-4f fünf Folgestellungen einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 und 4a mit Mantelführung des Mediums;

die Fig. 4g-4l fünf Folgestellungen von einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 und 4a mit Mediumführung über Steuer­ rohr;

die Fig. 5-5i zehn Folgestellungen von zwei zweieckigen Rota­ tionskolben mit reiner Mantelführung des Mediums;

die Fig. 6-6g acht Folgestellungen von drei dreieckigen Rota­ tionskolben mit Mediumführung über Steuerrohre und Mantelführung;

die Fig. 7 und 7a schematisch eine zweistufige Pumpe oder Kom­ pressionsstufe und Dekompressionsstufe für Gasmotor;

die Fig. 8 perspektivisch eine Prinzipdarstellung von drei dreieckigen Rotationskolben, welche über ein Plane­ tengetriebe angetrieben sind;

die Fig. 9 analog zu der Fig. 7 eine zweistufige Anordnung für Pumpen, Motoren etc.;

die Fig. 10 eine dreistufige Pumpe;

die Fig. 11 und 11a zusammenarbeitende Kolben mit "verdrehter" Form der Rotationskolben;

die Fig. 12 und 12a dreieckige Rotationskolben mit Zu- und Ab­ führöffnungen durch Kolben;

die Fig. 13-13d das Zusammenspiel von drei dreieckigen Rota­ tionskolben mit je einer gemeinsamen Drehachse in einer Ebene;

die Fig. 14-14c vier Folgestellungen von vier zweieckigen Ro­ tationskolben mit Mediumführung über Steuerrohre.

In der Folge wird nun auf die Fig. 1 bis 1b Bezug genommen, welche eine Fördervorrichtung mit zwei zusammenarbeitenden dreieckigen Rotationskolben 1 und 2. Jeder Rotationskolben weist drei, je 120° umfassende Kolbenabschnitte 3, 4 und 5 auf, welche identisch und dadurch rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Jeder Kolbenabschnitt weist je eine vorstehende Ecke 6, 7 und 8 auf, welche über eine größere, gekrümmte Fläche 9, 9′ und 9′′ verbunden sind. Die Krümmungen errechnen sich aus der gleichsinnigen Rotationsbewegung beider Rotationskolben 1 und 2. Jeder der Rotationskolben dreht sich um eine Drehachse M¹ resp. M², wobei das geschlossene Fördergehäuse 10 zwei je konzentrisch zu der Drehachse M¹ resp. M² angeordnete zylindrische Mantellaufbahnen 11 resp. 12 aufweist. Beide Rotationskolben drehen sich bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 bis 1b im Uhrzeigersinn. Am geschlossenen Fördergehäuse 10 sind Zu- resp. Abführöffnugnen 13, 14, 15, 16 angeordnet. Die Mediumzwangsförderung findet nun wie folgt statt. In der Fig. 1a sind zwei Flächenteile I und II mit entgegengesetzter Schraffur markiert. In der Fig. 1 ist das Flächenteil I um den Teil F⁻ reduziert und ist deshalb mit I bezeichnet. In der Fig. 1b ist das Flächenteil I in der maximalen Größe und entspricht dem Raum, gebildet durch die äußere gekrümmte Fläche 9′′ des Rotationskolbens 1 sowie der inneren Mantellaufbahn 11. Das Flächenteil II hat die maximale Größe in der Fig. 1, ist bereits verkleinert in der Fig. 1a und ist vollständig aufgehoben in Fig. 1b. Wenn man von dem kleinen Flächenteil F⁻ absieht, findet zwischen der Stellung Fig. 1 und der Fig. 1b eine graduelle Reduktion der Gesamtfläche (FI + FII) statt. Diese totale Flächen- bzw. Volumenreduktion entspricht dem theoretischen Fördervolumen über einem Sechstel einer Umdrehung der beiden Rotationskolben 1 und 2. Die Fig. 1 hält eine Totpunktsituation fest, bei der über die Zu- resp. Abführöffnungen 13, 14, 15 und 16 keine Bewegung stattfindet. Gleichzeitig zeigt die Fig. 1 die Startphase des Ausstoßes des Mediums über die Abführöffnung 16, was in Fig. 1a mit 16⁺ sowie dem Pfeil 17 markiert ist. Die Fig. 1 ist ebenso die Startphase für den Beginn des Einlasses des Mediums über die Öffnung 13, was in der Fig. 1a mit 13⁻ bezeichnet wird. Entsprechend füllt sich gemäß Fig. 1a das sich vergrößernde Volumen III , und erreicht die maximale Größe III in der Position gemäß Figur Ib. Wird die gleichsinnige Bewegung der Rotationskolben 1 und 2 von der Position in der Figur Ib fortgesetzt, so übernimmt die Abführöffnung 14 die Funktion der Öffnung 16, was in der Fig. 1b mit 14(⁻) angedeutet ist. Gleichzeitig beginnt die Öffnung 15(⁻) nach Fig. 1b, die Ansaugfunktion die bisher die Öffnung 13 hatte, zu überlassen. Damit findet bei fortgesetzter gleichsinniger Bewegung der beiden Rotationskolben 1 und 2 sechs mal pro Umdrehung einen Wechsel der Zuführung statt von 13 zu 15 resp. der Abführung von 16 zu 14 und umgekehrt. Aus den bisherigen Ausführungen ergibt sich, daß bei Umkehr des Bewegungssinnes der beiden Rotationskolben 1 und 2 in den Gegenuhrzeigersinn die Förderrichtung sofort umgekehrt wird. Die neue Lösung weist gegenüber einer Zahnradpumpe mehrere Vorteile auf. So ist dank den stark vereinfachten äußeren Rotationskolbenformen bei geeignetem Bau z.Bsp. der leichten Entfernung eines Deckels die Reinigung einfacher. Es findet insbesondere kein Quetschvorgang für das Medium statt wie bei der Zahnradpumpe in dem Zahneingriff, so daß die entsprechenden Verluste wegfallen. Die Strömungsführung läßt sich in beiden Umlaufrichtung idealer gestalten und damit der Wirkungsgrad erhöhen. Alle Übergänge können sanft gestaltet werden, ganz besonders wenn die Rotationskolben vorwärts- oder rückwärts "verdreht" sind gemäß Fig. 11 und 11a, damit läßt sich die Stetigkeit der Förderung erhöhen. Das Konzept ist weniger fremdkörperempfindlich als Zahnradpumpen.

In den Fig. 2 bis 2i ist die selbe Vorrichtung mit Mantelführung des Mediums in fünf, und anschließend auf der rechten Blatthälfte in nochmals fünf Folgeschritte dargestellt. In den Fig. 2 kommt der Wechsel der Zu-Abführung noch klarer zum Ausdruck. Je nach Applikation können die Zu- und Abführleitungen über Gehäuse bzw. Deckelteile oder über Rohrverbindungen zusammengeschlossen werden.

Aus den Fig. 3 und 3a ist ersichtlich, daß das Medium anstatt über den Mantel auch durch die Rotationskolben 1 resp. 2 resp. über Steuerrohre geführt werden kann. In den Rotationskolben wird dafür zusätzlich je ein bevorzugt stillstehendes Steuerrohr 20 resp. 21 angeordnet, welche genau definierte Überleitöffnungen 64 aufweisen, so daß nur in vorgegebenen Stellungen der Rotationskolben die Öffnungen frei gegeben werden, z.Bsp. entsprechend Fig. 12 und 12a.

Die Fig. 4 und 4a zeigen einen einfachen Aufbau einer erfindungsgemäßen Pumpe, die als Saug- und/oder Druck- oder Regelpumpe einsetzbar ist. Ein Pumpenkörper 30 ist direkt an einem Antriebsmotor 31 angeflanscht. Über eine Antriebswelle 32 wird ein Planetengetriebe 33 angetrieben, welches über zwei Planetenräder 34 und 35 direkt die Achsen 36 und 37 die beiden Rotationskolben 1 und 2 gleichsinnig antreiben. Der ganze Pumpenkörper 30 kann so aufgebaut werden, daß z.Bsp. über eine Trennebene TD nur ein Deckel 38 oder aber bei einer Trennebene TP das ganze Pumpengehäuse 10 montiert bzw. demontierbar ist. Die ganze Lagerung sowie Abdichtung der beiden Rotationskolben bzw. der Achsen 36 und 37 kann so ausgeführt werden, wie es bei Zahnradpumpen üblich ist. Bei einfachsten Pumpen genügt eine einfache Lagerung bei größeren Leistungen wird bevorzugt zweifach gelagert. Bei allen Ausführungen auch den nachfolgend beschriebenen ist es möglich, je nach spezifischen Anforderungen Ventile anzuordnen, sei es einfache Auf-, Zu-, Rückschlag- oder Regelventile. Ferner kann auch der Antriebsmotor nach den besonderen Anforderungen gewählt werden. Für Regelzwecke kann ein entsprechend regelbarer Motor z.Bsp. ein Servomotor eingesetzt werden. Die Fig. 4b bis 4f zeigen fünf Stellungen der Rotationskolben mit Mantelführung des Mediums. Die Fig. 4g bis 4l fünf analoge Stellungen mit Mediumführung über Steuerrohre.

Die Fig. 5 bis 5i zeigen eine besonders einfache Ausgestaltung der Rotationskolben 40, 41, welche ebenfalls gleichsinnig in entsprechend koaxial ausgebildeten Mantellaufbahnen 42, 43 in dem Fördergehäuse 44 angeordnet sind. Die Zu- und Abführöffnungen 45, 46, 47 und 48 sind durch die Geometrie der hier zweieckig ausgebildeten Rotationskolben 40, 41 gegebenen Form bzw. der besonderen Verdrängungsformen an anderer Stelle angeordnet. Zwei Öffnungen 45, 47 sind je beidseits einer Mittellinie gegengleich angeordnet. Die Öffnungen sind in etwa in einer Geraden X, X′ welche die untere Berührungslinie Bx, Bx′ der zwei Mantellaufbahnen 42, 43 sowie dem Drehmittelpunkt M des jeweiligen Rotationskolbens. Die Verdrängungsvolumen IV, V usw. verhalten sich analog wie bei den Fig. 1 bis 1b schon beschrieben wurde. Auch bei der Lösung gemäß Fig. 5 findet ein Wechselspiel in Bezug der wirksamen Zu- und Abführöffnungen statt, allerdings nur vier mal pro einer vollen Umdrehung der beiden Rotationskolben, wie mit entsprechenden Pfeilen angedeutet ist.

In der Folge wird nun auf die Fig. 6 bis 6g Bezug genommen, welche eine Vorrichtung mit drei dreieckigen Rotationskolben 50, 51 und 52 darstellt. In den Hohlwellen der zwei Rotationskolben 51 und 52 befinden sich die stillstehenden zwei Steuerrohre 54 und 55 mit definiert angeordneten Überleitöffnungen 64. Die Steuerrohre können gleichzeitig, bei geeigneter Materialwahl die Lagerkörper für die Rotationskolben 50, 51, 52 sein. Dieses Konzept beinhaltet zwei verschiedenartige Medienführungen. Eine äußere Mantelführung sowie eine innere über Steuerrohre. Die Fig. 6 zeigt eine Totlage der drei Rotationskolben. Die Vorrichtung weist drei Mantelabführungen 56, 57 und 58, ferner drei Mantelzuführungen 59, 60 und 61 auf. Bei dem gezeigten Beispiel sind nur die Steuerrohre 54 und 55 für die Förderung des Mediums mit einer zentralen Bohrung 62 resp. 63 ausgerüstet. Die Fig. 6a zeigt eine erste Folgestellung nach der Stellung gemäß Fig. 6. Im Bereich der Mantelführung sind die drei Mantelabführungen 56, 57 und 58 aktiv. Durch eine entsprechende Verkleinerung der Außenräume VI, VII und VIII wird das Medium abgeführt. Gleichzeitig wird ein zentraler Pumpraum IX bei fortgesetzter Drehbewegung drei Rotationskolben stetig vergrößert, von der Fig. 6 = Null bis zu der Fig. 6d mit der maximalen Größe. Das Medium wird dazu von der zentalen Bohrung 63 über eine Führungsöffnung 64 des stillstehenden Steuerrohres 55 geführt und über den Kanal 65 des Rotationskolbens 52 in den zentralen Rumpraum IX geleitet. Die Verbindung der Führungsöffnung 64 in den zentralen Pumpraum IX ist nur während einem kleinen Bereich zu dem Kanal 65 offen, wie aus den vier gezeigten Folgestellungen der Fig. 6 bis 6c entnehmbar ist. In der Fig. 6d ist die Verbindung der zentralen Bohrung 63 mit dem zentralen Pumpraum wieder gesperrt. In der Fig. 6d bis zur Fig. 6g findet ein Mediumausstoß statt, über den Kanal 67 die Führungsöffnung 64, 66 in die zentrale Bohrung 62, 63 des Steuerrohres 54. Gleichzeitig wird in den Fig. 6d bis 6g Medium über die drei Mantelzuführungen 59, 60 und 61 angesaugt. Die Verbindung der einzelnen Zu- und Abführungen ist nicht gezeigt, kann sich jedoch nach der jeweiligen Aufgabenstellung richten. Es ist aber auch denkbar, daß z.Bsp. nur ein gemeinsamer Auslauf, jedoch drei Abführungen oder umgekehrt verwendet werden. Dies eröffnet ganz neue Konzepte, da die Pumpe selbst Ansaug- oder Abführteiler sein kann, was für viele Parallelverbrauchsstellen, oder verschiedene Ansaugstellen ausnützbar ist. Wichtig ist, daß die jeweiligen Öffnungen auch in der Größe aufeinander abgestimmt angeordnet sind.

Die Fig. 7 zeigt im Unterschied zu der Fig. 4 eine Vorrichtung mit je drei zusammenarbeitenden Rotationskolben entsprechend der Fig. 6. Der Antrieb kann in beiden identisch ausgeführt sein. Ein weiterer Unterschied zeigt die Fig. 7 darin daß die dargestellte Vorrichtung zwei stufig ausgebildet ist, einer ersten Verdichtstufe 70 sowie einer zweiten Verdichterstufe 71 resp. einer Verdichterstufe 71 sowie einer Expansionsstufe 70. Handelt es sich um ein inkompressibles Medium, so werden die zwei Stufen im Prinzip identisch ausgebildet. Handelt es sich aber um ein kompressibles Medium, so wird entsprechend der Länge 11, zu 12 eine Volumenverkleinerung für die zweite Stufe 71 vorgesehen.

Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen modellmäßig die bewegten Teile von drei verschiedenen Ausgestaltungen. In der Fig. 8 ist das Zusammenspiel von drei dreieckigen Rotationskolben 50, 51 und 52 mit je den entsprechenden Hohlwellen (55, 56) gezeichnet. Der Antrieb erfolgt über ein bekanntes Planetengetriebe. Die Längen­ proportionen sind zur besseren Übersichtlichkeit verzeichnet. Die Fig. 9 zeigt die bewegten Teile entsprechend der Fig. 7 jedoch eine doppelstufige Vorrichtung mit einfacherem Antrieb über ein zentrales Ritzel 72. Der Antrieb richtet sich nach der konkreten Applikation wie Drehzahl, Leistung, Größe, Antriebsart usw. die Fig. 10 zeigt eine 3-stufige Lösung mit den Stufen 80, 81 und 82.

Die Fig. 11 und 11a zeigen ein Beispiel für das Zusammenspiel von drei dreieckigen Rotationskolben 90, 91, 92 resp. 91′, 91′ sowie 92′ mit vor- oder rückläufigen Kolbenecken, damit werden für die Rotationskolben in Bezug auf die Zu- und Abführöffnungen Totstellen vermieden bzw. optimiert. Es ist ferner auch möglich, die Übergangsöffnungen im Gehäuse vor- und rückläufig wirksam anzuordnen.

Die Fig. 12 und 12a zeigen zwei Rotationskolben mit unterschiedlichen Auslaßöffnungen. In der Fig. 12 ist jeder Kolbenecke nur je eine längsschlitzförmige Öffnung zugeordnet. Dagegen sind in der Fig. 12a an jeder Ecke je zwei kurze Öffnungen 96, 97 angebracht. Die konkrete Auswahl und Formgebung und Größe richtet sich nach der Art der Betriebsweise resp. der Steuerbarkeit der einzelnen Räume. In Drehrichtung gesehen hat die der Kolbeneckkante vorlaufende Kolbenöffnung immer aufnehmende, und die der Kolbeneckkante nachlaufende Kolbenöffnung immer abgebende Funktion des Mediums, wenn also die Öffnung Kolben/Hohlwelle über den offenen Teil des Steuerrohres fährt.

Das neue Förderkonzept gestattet ferner eine Vielzahl von Ausgestaltungen, wie mit den Fig. 13 und 14 nur angedeutet ist. Die Fig. 13 zeigt drei dreieckige Kolben deren Achse in einer gemeinsamen Ebene liegen. Der Gedanke liegt darin, daß es bestimmte Situationen geben kann, bei denen eine Pumpe gemäß Fig. 13 eine optimalere Lösung ergibt. Es sind auch beliebige andere Konfigurationen denkbar 5er, 6er Rotoren in räumlicher Anordnung usw. wobei die Antriebe entsprechend gelöst werden müssen.

Die Fig. 14 zeigt ein einfaches Beispiel einer vierer Konfiguration, wobei nur der Ansaug in einem zentralen Raum in verschiedenen Folgepositionen dargestellt ist. Bei Nutzung des zentralen Ansaugraumes wird bevorzugt das Medium über Steuerrohre ein- bzw. ausgeführt.

Die Kontaktstelle der Rotationskolben kann bei allen Ausführungen in abgedichteter Form oder berührungslos erfolgen. Die bauliche Gestaltung der Abdichtung richtet sich nach den besonderen Anforderungen ebenso die Frage der Größe und Drehzahl. Das neue Konzept ergibt in jedem Fall wie bei einer Zahnradpumpe eine Zwangsförderung durch jeweils geschlossene Kammern. Die Schärfe der Eckkanten muß durch Versuche ermittelt werden. Es ist auch denkbar, daß leicht einfedernde Dichtkanten verwendet werden.

Die Rotationskolbenmaschine bildet und/oder verkleinert Volumen durch Drehbewegung in gleicher Richtung von "dreieckigen" oder "zweieckigen", synchronisierten Rotationskolben. Einerseits dient die Rotationskolbenmaschine dem Transport und/oder der Bewegung von Gasen und/oder Flüssigkeiten, durch Saug- und/oder Druck­ wirkung arbeitend, anderseits nutzt die Rotationskolbenmaschine bewegte Gase und/oder Flüssigkeiten dazu, eine Drehbewegung zu erzeugen. Die Arbeitsweise besteht darin, daß synchron, in gleicher Richtung sich drehende Rotationskolben, in leichter Berührung oder berührungslos drehen, daß immer gleichzeitig Volumen vergrößert und verkleinert wird. Das Zu-, Abfließen und/oder Überströmen erfolgt durch das Steuerrohr, das in der hohlen Rotationskolbenachse liegt, wobei das Steuerrohr sich selbst nicht dreht, oder durch Öffnungen in der Mantellaufbahn, oder durch die Seitenteile "à la Drehschieber". Durch die Wahl der Rotationskolbeneinheiten hinsichtlich ihrer einzelnen oder stufigen Anordnung, ihrer Zahl, ihrer Kombination, ihrer Dimensionierung, ihrer Steuerung für das Öffnen, das Schließen und/oder Überströmen, kann die Rotationskolbenmaschine verwendet werden: Dampfmaschine, Ersatz für herkömmliche Turbinenarten, Hydraulikmotor/-pumpe, Hydrogetriebe, Alternative zu bekannten Ladersystemen wie Rootsgebläse, Turbolader etc., Verdichter, Kompressor, Saugmaschine für Gase und/oder Flüssigkeiten, Pumpe, Verbrennungsmaschine etc. die Besonderheit dieser Rotationskolben­ maschine ist: die Kompaktheit, die Einfachheit, der Rundlauf, die Vielseitigkeit der Bauweisen und Anwendung, die wenigen Bauteile, die Drehmomentaufnahme und -abgabe je nach Bauart über die ganze Drehbewegung hinweg.

Claims (18)

1. Verfahren zur Bewegung eines Mediums durch Rotationskolben welche konzentrisch sich in Mantellaufbahnen eines geschlossenen Fördergehäuse drehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch die Zusammenarbeit von wenigstens zwei "eckigen", vorzugsweise rotationssymmetrischen, synchron und gleichsinnig drehenden Rotationskolben gefördert wird, wobei besonders vorzugsweise wenigstens zwei wechselweise arbeitende Förderkanäle nutzbar sind, so daß eine zumindest angenähert stetige Förderung erreichbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium, insbesondere inkompressibles Medium, über Öffnun­ gen im Mantel des Fördergehäuses zu- und abgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch wenigstens drei "eckige" vorzugsweise rotationssymmetrische, synchron und gleichsinnig drehende Rota­ tionskolben gefördert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolben auf Hohlwellen sitzen, wobei das Medium durch Öffnungen in den Rotationskolben/Hohlwellen sowie durch Öffnungen eines stillstehenden Steuerrotores zu- und/oder abgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolben gleichsinnig sowohl in Uhrzeiger- wie in Gegenuhrzeigersinn antreibbar sind zur Umkehr der Förderrichtung.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrbewegung für Regelzwecke benutzt und in beiden Richtungen der notwendige Druckaufbau erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrbewegung zur Energierückgewinnung wenigstens in einer Förderrichtung verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Gasmotor betreibbar ist.

9. Vorrichtung zur Förderung eines Mediums in einem geschlossenen Fördergehäuse durch drehbeweglich, sich in konzentrischen Mantel­ laufbahnen drehenden Rotationskolben, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei eckige, vorzugsweise rotations­ symmetrische, synchron und gleichsinnig drehende Rotationskolben und die entsprechenden Mantellaufbahnen eine kreiszylindrische Form aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und/oder Abführöffnungen für das Medium, insbesondere für inkompressible Medien im Mantel des Fördergehäuses angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei, zwei- oder dreieckige Rotationskolben aufweist, wobei die Zu- und Abführöffnungen in dem Mantel des Fördergehäuses angeordnet sind, derart, daß im Verlaufe einer Umdrehung jedes Rotationskolbens gesonderte, vorzugsweise wieder zusammenführbare Zu- und Abführöffnungen nutzbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens drei Rotationskolben aufweist, welche konzentrisch auf Hohlwellen sitzen, wobei die Zu- und/oder Abführöffnungen in Rotationskolben/Hohlwellen sowie konzentrisch angeordneten, sillstehenden Steuerrohren angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolben eine "dreieckige" Grundform aufweisen, wobei die drei Rotationskolbenecken ein gleichseitiges Dreieck bilden und der Abstand von Kolbenecke zu Kolbenecke dem Abstand der Rotationskolbenachsen zueinander entspricht, und der Radius des Bogens über den Kolbenecken auch dem Abstand der Drehkolbenachsen entspricht, so daß der Abstand vom Kolbenmittelpunkt zum Kolbeneck dem Umkreisradius des von den Kolbenecken gebildeten, gleichseitigen Dreiecks entspricht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehr als zwei Rotationskolben aufweist, wobei der Achsabstand korrespondierender Kolben dem Abstand Kolbeneck zu Kolbeneck entspricht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolben eine "zweieckige" Grundform aufweisen, wobei der Abstand von dem einen Kolbeneck zum anderen dem Abstand der Rotationskolbenachsen mal die Wurzel von 2 ist, und der Radius des Bogens über den beiden Kolbenecken gleich dem Rotations­ kolbennachsabstand entspricht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und Anordnung der Rotationskolbenachsen mehr als zwei und der Achsabstand korrespondierender Kolben dem Abstand von Kolbeneck zu Kolbeneck geteilt durch die Wurzel von 2 ist, wobei die Verbindungslinien der Rotationskolbenachsen Quadrate oder gleichschenklige, rechtwinklige Dreiecke bilden.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolben "verdreht" sind, indem die Kolbeneckkante nicht mehr parallel zur Rotationskolbenachse steht, sondern derart die Mantellaufbahn "berührt", daß das eine Ende der Kolbeneckkante vor- oder nachläuft, derart, daß der Selbstsynchronisationseffekt der Kolbeneckkanten noch verstärkt und der schädliche Raum durch die versetzte Anordnung der Kolbenöffnungen optimiert wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rotationskolbenachsen mit einem Exzenter an gleicher Stelle ausgerüstet sind, wobei diese Exzenter alle miteinander derart drehgelagert verbunden sind, so daß nebst dem Synchroni­ sationsgetriebe für die Rotationskolbenachsen, und dem Selbst­ synchronisationseffekt der Kolbeneckkanten, ein zusätzlicher, hochpräziser Synchronisationseffekt entsteht.