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Ii o m p r e s s o r
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Die Erfindung bezieht sich auf-einen Kompressor nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Ein solcher Kompressor weist umlaufende und hin- und hergehende
Teile auf. Im einzelnen erstreckt sich eine Welle ins Innere des Gehäuses in eine
zylinderförmige Kammer, die von zwei, im wesentlichen zueinander parallelen Wänden
begrenzt ist, und auf der Welle sitzt ein Roter in Form eines endlosen nockenförmigen
Vorsprungs. dessen Flanken in der Abwicklung ein sinusförmiges Profil zeigen, so
daß der Rotor zwei äußere Bäuche oder Gipfelkämme aufweist, die im dichtenden Gleitkontakt
mit den Seitenwandungen des Gehäuseraumes stehen. In dem Gehäuse ist ferner mindestens
eine bewegbare Wand vorgesehen, die in axialer Richtung gleiten kann. In der bewegbaren
Wand ist ein Schlitz vorgesehen, dessen Breite zur spielfreien Aufnahme des Rotors
dimensioniert ist. Wenn sich der Rotor dreht, wird die
bewegbare
Wand in Lings richtung verschoben.
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Der Erfindung liegt dieAufgabe zugrunde, einen Rotor der oberbegrifflichen
Art so auszugestalten, daß ein guter volumetrischer und energetischer Wirkungsgrad
erzielt wird. Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des EIauptanspruches
gelöst und durch die weiteren Maßnaiunen der Unteransprtiche gefördert.
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Im einzelnen weist der Rotor eine konstante Dicke in jeder durch die
Achse der Welle gelegten Ebene auf und arbeitet mit der Trennwand im Sinne der Bildung
zweier Kammern zusammen, die sich alternativ und zunehmend ausdehnen und zusammenziehen,
wenn sich die Welle dreht. über Einlaß- und Auslaß cinrichtungen unter Einschluß
von Ventilen wird ein komprcssives Strömungsmittel in jeder Kammer angesaugt und
unter Druck entlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zcichnung
bes>hrieben. Dabei zeigt: FIG. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform,
FIG. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei ein Rotor sich
in einer ersten Lage befindet, FIG. 3 ein zweiter Schnitt ähnlich dem in Fig. 2,
jedoch mit dem Rotor in einer zweiten Lage, FIG. 4 einen Querschnitt gemäß der Linie
4-4 in Fig. 1,
FIG. 5 eine vergrößerte Einzelheit gemäß Schnitt
5-5 in Fig. 4, FIG. 6 eine vergrößerte Einzelheit gemäß Ansicht 6-6 in FIG. 5, FIG.
7 eine vergrößerte Einzelheit gemäß Schnitt 7-7 in Fig. 3 bei entferntem Rotor,
FIG. 8 eine Abwicklung des Motors, FIG. 9 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform
der E:rfindung, FIG. 10 eine Ansicht von vorn (oder von hinten), FIG. 11 einen Schnitt
entlang der Linie 11-11 in Fig. 10, FIG. 12 einen Schnitt entlang der Linie 12-12
in Fig. 11, FIG. 13 einen Schnitt entlang der Linie 13-13 in Fig. 12 und FIG. 14
eine Einzelheit gemäß Schnitt 14-14 in Fig. 12.
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In allen Figuren ist ein Mantel 10 oder Gehäuse mit einem zentralen
Raum 11 vorgesehen. Das Manteleehäuse 10 wird von einer zylindrischen Wand begrenzt,
die eine Bohrung für den erwähnten zentralen Raum 11 sowie weitere seitliche Räume
12 und 13 bestimmt, die sämtliche auf der gleichen Achse liegen. Zur Trennung der
Räume sind Zwischenwände 14 und 15 vorgesehen, die sich quer zur Längsachse erstrecken
und mindestens den Durchmesser der Bohrung aufweisen Die seitlichen Räume 12, 13
werden nach außen hin durch Wände 16 bzw. 17 abgeschlossen, die jeweils eine nach
innen gerichtete Nabe 18 aufweist sen. Die Naben 18 dienen zur Aufnahme jeweils
eines Lagers 19 oder von Rollen zur Lagerung einer Welle 20, die entlang der Achse
der Räume 11 bis 13 läuft.
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Die Welle 20 wird von einem nicht gezeichneten Motor in gewünschter
Drehrichtullg angetrieben.
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Mit der Welle 20 ist eine Radnabe 24 länglicher Form fest verbunden1
die im Inneren des Mantelgehäuses 10 angeordnet ist und deren Endflächen mit den
Naben oder Lageraugen 18 in Kontakt stehen, um eine axiale Verschiebung zu verhindern.
Zwischen diesen Endflächen der Nabe 24 und den Lageraugen 18 können nicht dargestellte
Axial-Rollenlager vorgesehen sein, um die Reiblulgsverluste herabzusetzen. Im Inneren
des mittleren Raumes 11 ist die Radnabe 24 fest mit einem durchlaufenden Vorsprung
oder Rotor 25 in Form eines Nockens verbunden, der zwei seitliche Wände und einen
ringförmigen Umriß bzw. eine Krone aufweist. Die seitlichen Wände des Rotors 25
stehen senkrecht auf der zylindrischen Oberfläche der Radnabe und die axiale Lage
der Wandoberfläche ist eine Sinusfunktion der Winkelposition der Wand auf der Achse.
Die seitlichen Wände definieren in der Nähe der sich gegenüberstehenden Enden der
Radnabe 24 einen inneren und äußeren Gipfelkamm, die jeweils einen rechten Raum
R auf der einen Seite des Rotors und einen linken Raum L auf der anderen Seite bestimmen.
Der Rand oder die Krone des Rotors bzw. des Vorsprungs berührt die zylindrische
Wand der zentralen Kammer 11 in der Weise, daß eine sich bewegende Dichtverbindung
realisiert wird, während die äußeren Gipfelkämme des sinusförmigen Profils im dichten
Kontakt mit den inneren Wänden 14 und 15
stehen, so daß die jeweiligen
Räume R und L im Sinne zweier Kammern voneinander getrcnnt sind, deren Volumen sich
ständig ändert, wenn sich die Welle 20 dreht. Der Rotor bzw. der Vorsprung 25 weist
eine konstante vorbestimmte Dikke X (Fig. 8) in jeder Ebene parallel zur Achse der
Radnabe auf. Jedoch gerade wegen dieser sinusförmigen Gestaltung kann die Dicke
in einer Ebene senkrecht zu den Seitenwandungen sich ändern.
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Das Mantelgehäuse 10 nach Fig. 1 bis 5 weist ein hervorstehendes Teil
26 (Fig.
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4) auf, welches an einer Seite hervorragt und sich im wesentlichen
auf der ganzen Länge des Mantelgehäuses.10 erstreckt. Der Teil 26 ist hohl, und
zwar läuft dort eine Nut oder Aussparung 27, die auf der Innenseite der zylindrischen
Wand in der mittleren Kammer 11 mündet und die ähnliche Nuten oder Aussparungen
26 und 27 in den seitlichen Kammern 12 und 13 aufweist. Die drei Nuten fluchten
zueinander, jedoch sind die seitlichen Nuten 28 und 29 ein wenig tiefer als die
mittlere Nut 27 (Fig. 2, 3).
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In den Nuten 27 bis 29 läuft eine rechteckEdrmige, ebene Trennwand
30, die von ilmen liegenden und außen liegenden Rändern 31 bzw. 32 begrenzt wird,
die im wesentlichen parallel zueinander sind. Der äußere Rand 32 stützt sich am
Boden der Nut 27 ab, während ein kleiner Abstand zu dem Boden der Nuten 28 und 29
existiert. Das ganze dient dazu, das unter Druck stehende Strömungsmittel daran
zu hindern, von einer Seite der Trennwand in der mittleren Kammer zur anderen Seite
zu gelangeil, wobei aber die Reibverluste rnöglicllst gering sein sollen,
weshalb
der Spalt im Bereich der Nuten 28, 29 vorgesehen ist. Der innere Rand 31 der Trennwand
30 steht im Gleitkontakt mit der Nabe 24, und an dieser Stelle soll ebenfalls eine
Dichtung der unter Druck stehenden Flüssigkeit erfolgen.
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Die Trennwand wird durch einen Sc.hlitz 33 aufgetrennt, der sich vom
inneren Rand 33 nach dem äußeren erstreckt und die Saiten sowie den Rand des Rotors
bzw. Vorsprungs 25 im Gleitkontakt aufnimmt. Wie sich insbesonder aus Fig.
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6 ergibt, öffnen sich die Seiten des Schlitzes 33 fächerartig und
bilden schräge Flanken 34, die nach dem Inneren in zwei Kanten im spitzen Winkel
zulaufen.
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Die Kanten 35 weisen einen Kontaktabstand voneinander auf, der in
Fig. 7 mit X bezeichnet ist und der im wesentlichen der Dicke des Rotors 25 entspricht.
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Die Kanten liegen in der Mittclebene der Trennwand 30 und sie kommen
in Gleitkontakt mit den beiden Seiten des Rotors 25, wobei die Toleranzen genügend
eng gehalten sind, damit die mixer Druck stehencle Flüssigkeit nicht von der einen
Seite der Trennwand zur anderen gelangen kann.
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Die inneren Trelmxv.inde 14 und 15 weisen jeweils eine längliche Öffnung
36 (Fig. 7) auf, die zum Durchtritt der Trennwand 30 dient und zwei Verbindungen
bzw. Dichtungen 37 aufweist, die jeweils mit der obcren und unteren Seite der Trennwand
in Kontakt kommen. Bei den meisten Kompressoren mit be.weglichen Teilen weisen diese
beweglichen Teile einen Ölfilm oder dergleichen auf,
um den Abrieb
sowie die Wärmcentwicklung herabzusetzen. Auch bei der Erfinclung können die bewegten
Maschinenteile mit einem Ölfilm versehen sein, uln die Reibung sowie die \AJärmeentwicklung
herabzusetzen und gleichzeitig die Dielitheit zwischen den Teilen zu verbessern.
In diesem Sinne könnten die inneren Trennwände 14 und 15 passende Öffnungen 36 zur
Aufnahme der Trennwand 30 auRveisen, so daß diese mit einem Ölfilm und abgeclichtet
in der Öffnung 3G geführt ist, wobei man sich die Dichtungen 37 spart.
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Am entgegengesetzten Ende der zentralen Kammer 11 und auf jeweils
sich gegenüberstehenden Seiten des verdickten Teils 26 sind zwei Einlässe 38 und
39 (Fig. 1 und 4) vorgesehen, die in die mittlere Kammer Luft oder ein anderes kompressives
Strömungsmittel eintreten lassen. Die Enden der mittleren Kammer 11 weisen andererseits
auf beiden Seiten des verdickten Teils 26, aber den Einlässen 38 und 39 entgegengesetzt,
Auslässe 40 und 41 auf, durch die das komprimierte Strömungsmittel abströmen kann.
Jeder Einlaß 38 und 39 steht mit dem Inneren der mittleren Kammer 11 über eine Öffnung
42 in Verbindung, währentl Öffnungen 43 (Fig. 4) die Verbindung der Kammer mit den
Auslässen 40 und 41 herstellt. Jede Öffnung 43 weist ein bekanntes Rückschlagventil
44 auf, welches den Austritt der Lufl; aus der zentralen Kammer verhindert, bis
ein vorbestimmter Überdruck in den Druckkammern der Räume R und L erreicht ist.
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Es wird nunmehr Bezug auf Fig. 9 bis 14 genommen, welche die zweite
Ausführungsform der Erfindt'ug darstellt und zwei Trennwät0tle ?>o aufweist,
die zu
jeweils beiden Seiten der Welle 20 angeordnet sind (Fig.
14). Es sind demnach auch zwei verdickte Teile 26 vorgesehen, die sich an entgegengesetzten
Seiten des Mantelgehäuscs 10 befinden und jeweils eine Führung 45 aufweisen, die
jeweils eine der Trennwände 3G aufnehmen.
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Zwei erste Einlässe 38 (Fig. 12 und 11) sind an diametral entgegengesetzten
Stellen des Mantelgehäuses 10 angeordnet, und zwar jeweils in der Nähe der einen
Trennwand 30 und auf das jeweils eine Ende der zentralen Kammer gerichtet, um die
Verbindung zwischen dem Raum L und einer Quelle von kompressiblem Strömungsmittel
sicherzustellen. Es ist noch ein zweites Paar Einlässe 39 vorgesehen, die in Längsrichtung
zu den Einlässen 38 fluchten und am entgegengesetzten Ende der zentralen Kammer
angeordnet sind, um das zuströmende kompressible Strömungsmittel in den Raum R hineinzulassen.
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In gleicher Weise sind zwei erste Auslässe 40 an sich diametral gegentiberstehenden
Stellen des Mantelgehäuses 10 vorgesehen, und zwar gerichtet gegen das gleiche Ende
der zentralen Kammer wie die Einlässe 38, aber auf der anderen Seite der Trennwand
30, um die Verbindung zwischen dem Raum L und dem Äißeren des Mantelgehäuses herzustellen
. Ein zweites Paar von Aulässen 41 ist am anderen Ende der zentralen Kammer vorgesehen
und dient zur Verbindung des recllten Raumes R mit dem Äußeren. Jeder der Einlässe
38 und 39 ist mit
einem bekannten Einlaßventil 4G in Form einer
Klappe versehen, während die Auslässe 40 und 41 mit Klappen-Rückschlagventilen 44
versehen sind, die durch den Druck des Strömungsmittels gesteuert werden.
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Jeder der Räume R und L weisen vorzugsweise zwei Auslaßklappen 50
auf, die sich gegenüberstehen und die so lange geschlossen bleiben, wie die geforderte
Ladung des Kompressors gleich oder höher ist als die Kapazität dieses Kompressors.
Wenn dagegen die Kapazität höher ist als die Anforderung, treten die Klappen 50
in dem Augenblick in Wirkung, wenn der Druck im Inneren der mittleren Kammer einen
vorbestimmten Wert übersteigt, wonach das komprimierte Strömungsmittel in die Atmosphäre
oder die Zuführungsleitungen mit niedrigem Druck des Kompressors entlassen wird.
Jede der Klappen 50 weist einen Steuerkolben 51 auf, dessen inneres Ende ein Teil
52 mit reduziertem Querschnitt aufweist. Das Gehäus e 10 weist eine Bohrung 53 auf,
die sich in einer Bohrung mit größerem Durchmesser 54 fortsetzt, in welcher der
Kolben 51 jedes Klappenventils 50 gleitet. Das äußere Ende jeder Gegenbohrung 54
wird durch einen Stopfen 55 verschlossen, der auf diese Weise eine manometrische
Kammer 56 zum Kolben 51 zu begrenzt. Ein Auslaß fenster 57 durchdringt die Gehäusewand
10, und zwar im wesentlichen auf der Höhe des Kolbens 51 und wird normalerweise
von diesem Strömungsmittel dicht verschlossen.
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Im normalen Zustand, wenn der Kompressor läuft, wird Strömungsmittel
unter
bestimmtem Druck in jeder manometrischen Kammer 56 gehalten,
wodurch der entsprechende Kolben 51 gegen die zentrale Kammer 11 gedrängt wird und
das Ende mit dem reduzierten querschnitt genau in der Ebene der Innenseite der Trennwände
14 oder 15 liegt. Strömungsmittel unter Druck wird in die Kammern 56 über Leitungen
58 geschickt, die mit einer Pumpe 59 verbunden sind, welche wiederum auf dem Gehäuse
10 sitzt, und von der Welle 20 angetrieben wird. Wenn demnach der Kompressor in
Gang setzt, war die Pumpe 59 in Ruhe und deshalb war der Druck in den manometrischen
Kammern 56 verschwunden, so daß die Kolben 51 leicht in Längsrichtung in Richtung
auf Gegenbohrungen 54 verschoben sein können.
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Zu Beginn des Anlaufs füllt das Druckmittel die Räume R und L und
beginnt komprimiert zu werden, so daß der schwache Druck die Kolben 51 nach außen
mit Bezug auf die zentrale Kammer verschiebt, so daß die Austrittsfenster 57 frei
kommen. Deshalb tritt das gesamte Druckmittel, welches die Kammern erfüllt, durch
die Austrittsfenster aus und der Anlauf erfolgt somit gewissermaßen leer. Die Drehung
der Welle 20 führt zum Antrieb der Pumpe 59, die Druckmittel in die manometrischen
Kammern 56 fördert, so daß die Kolben 51 in Längsrichtung auf die zentrale Kammer
hin verschoben werden und den freien Austritt des Strömungsmittels schließlich blockieren,
Daraus folgt, daß nach Ablauf einer gewissen Zeit das in die Räume R und L eintretende
Strömungsmittel komprimiert und unter Druck durch die Klappen 44 gefördert wird.
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Aus der vorstehenden Erläuterung folgt weiter, daß die Auslaßflappen
50 als Sieherheitshähne fur den Fall wirken, daß ein Überdruck im Inneren des Kompressors
auftreten sollte.
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Während des Laufs des Kompressors wird die Welle 20 von dem entsprechenden
Motor angetrieben, so daß sich der Rotor oder Vorsprung 25 dreht, der wiederum die
Ilin- und ITer-Verschiebung der Zwischenwand oder Zwischenwände 30 im Inneren der
Nuten 27, 28, 29 bzw. der Führungen 45 bewirkt, und zwar im wesentlichen in Längsrichtung
mit Bezug auf das Gehäuse 10. Da die äußeren Seiten des Rotors Dichtverbindungen
im Gleitkontakt mit den inneren Wänden 14 und 15 darstellen, wird jeder Raum R oder
L in zwei Kammern unterteilt, und zwar in eine Druck- und eine Saugkammer mit variablem
Fassungsvermögen. Sobald der eine Rand des Rotors die Öffnung 42 des Einlasses 38
(Fig. 1 - 8) passiert hat, beginnt sich die Saugkammer des Raumes L aus zudehnen,
so daß Luft oder ein anderes Strömungsmittel durch den Einlaß in die Kammer fließt.
Gleichzeitig wird das in dem Raum L im Inneren der Druckkammer befindliche Strömungsmittel
wegen des Abschlusses durch den Rand des Rotors komprimiert. In dem die Welle 20
mit dem Rotor 25 weiter dreht, dringt das Strömungsmittel mit atmosphärischem Druck
in die Saugliclnllner des Raumes L ein, während das Strömungsmittel in der Druclckammer
weiterhin komprimiert wird. Wenn das komprimierte Ströinungs in ittel einen genügenden
Druck
zur Öffnung des entsprechenden Klappenventils 44 erreicht hat, tritt es aus der
Kammer aus, während noch die Saugkammer Strömungsmittel durch den Einlaß 38 ansaugt.
Die Förderung von komprimierten Strömungsmittel und der Zufluß von Strömungsmittel
bei atmosphärischem Druck jeweils aus der Druckkammer bzw. der Saugkammer des Raumes
L hält solange an, bis die Dichtung an der Extremstelle des Rotors vor dem Auslaß
40 vorbeigestrichen ist. In diesem Augenblick ist das gesamte Strömungsmittel der
Druckkammer des Raumes L verdrängt worden. Wenn die Dichtstelle am äußeren Rand
des Rotors durch den Spalt 33 hindurch gelangt, streicht er alsdann am Eintritt
38 vorbei und unterbricht den Zutritt-von Strömungsmittel in die Saugkammer, welche
alsdann zur Druckkammer wird. Gleichzeitig wird die Kammer, die zuvor Druckkammer
war, nunmehr zur Saugkammer, zu der das Strömungsmittel zugelassen wird. Bei dieser
Anordnung wird das unter atmosphärischem Druck stehende Strömungsmittel im wesentlichen
kontinuierlich in den betrachteten Raum hineingelassen, während das komprimierte
Strömungsmittel in intermittierender Weise gefördert wird. Während das Strömungsmittel
so in die Kammer des Raumes L hineingelassen, dann kompirmiert und dann verdrängt
wird, gleitet die Trennwand 30 in dem Gehäuse hin und her, während das Strömungsmittel
in den Raum R durch den Einlaß 39 strömt, dort komprimiert wird, dann durch den
Auslaß 41 verdrängt wird, und dies synchron zur Arbeitsweise des Raumes
Wic
aus Fig. 9 bis 14 ersichflich, werden die diametral entgegengesetzt angeordneten
Trennwände 30 in entgegengesetzten Richtungen verschoben, wie durch die Pfeile in
Fig. 14 angedeutct, was auf die sinusförmige Funktion zurückgeht, nach der der Vorsprung
oder Rotor 25 mit der Radnabe 24 verbunden ist. Sobald in Fig. 12 der äußere Gipfelkamm
des Raumes L vor dem Einlaß 38 vorbeigestrichen ist, wird die Kammer dieses Raumes,
die sich links von dem Gipfelkamm (oder Gipfelbauch) und der Wand 30 auf der entgegengesetzten
Seite des Gehäuses 10 befindet, zur Druckkammer,während die Kammer des gleichen
Raumes, die zwischen dem Einlaß 38 und der Trennwand zur Rechten des Gehäuses sitzt,
zur Saugkammer wird. Gleichzeitig kommt eine Verbindung der Kammer des Raumes L,
die unterhalb der Trennwand 30 sitzt, mit dem anderen Einlaß sowie gleichzeitig
mit dem Auslaß 40 zustande. Da jedoch die Kammer unterhalb der Trennwand in den
betrachteten Augenblicken nicht unter Druck steht, füllt sie sich einfach mit kompressivem
Strömungsmittel.
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Während der weiteren Drehung der Welle 20 nimmt das Volumen der Druckkammer
ab, so daß das darin eingeschlossenen Strömungsmittel komprimiert wird.
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Wenn ein vorbestimmter Druck erreicht ist, öffnet sich das entsprechende
Klap penventil 44, um das Herausströmen aus der Kammer zu ermöglichen. Sobald der
äußere Gipfelkamm (oder Gipfelbauch) des Raumes L den Spalt 33 der Trennwand passiert
hat, der sich auf der entgegengesetzten Seite des Gehäuses befindet,
kehrt
die Verschiebungsrichtung der beiden Trennwände 30 um, und sobald der Gipfelkamm
(oder Gipfelbauch) den Einlaß 38 auf der linken Seite der Fig. 12 passiert hat,
wird die untere Kammer des betrachteten Raumes zur Druckkammer, so daß das komprimierte
Strömungsmittel durch die untere Klappe 44 rechts in Fig. 12 herausgefördert wird.
Während der Rotor 25 auf diese Weise alternativ das Strömungsmittel in der oberen
und unteren Kammer des Raumes L komprimiert, arbeitet der Raum L auf der anderen
Seite der Nabe 24 im umgekehrten Sinn mit den Einlässen 39 und den Auslässen 41
zusammen, so daß das komprimierte Strömungsmittel gleichzeitig durch die Auslässe
40 und 41 strömt, die an entgegengesetzten Enden der zentralen Kammer sitzen, so
daß auf diese Weise im Inneren des Kompressors ein gewisser Zustand des Gleichgewichts
realisiert wird.