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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenradmaschine, bestehend aus mindestens einem Paar zusammenwirkender männlicher und weiblicher Rotoren mit ineinander eingreifenden, schraubenlinienför- mig verlaufenden Kämmen und Nuten und einem mit Einlass und Auslass für das Arbeitsmittel versehenen Gehäuse mit Stirnwänden, zwischen denen die Rotoren gelagert sind. Diese bilden bei ihrer Umdrehung zusammen mit dem Gehäuse Kompressionskammern, von denen jede bei zwei zusammenwirkenden Rotoren kommunizierende Nutenräume umfasst und entcprechend derUmdrehung derRotoren ihr Volumen än- dert.
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mehr.
Dank der grossen Präzision bei der Herstellung der Rotoren und des Gehäuses ist einerseits zwischen den Rotoren selbst und anderseits zwischen den Rotoren und dem Gehäuse ein genau bemessenes Spiel vorgesehen, und um zu verhindern, dass sich die Rotoren während des Betriebes direkt berühren, wobei die Gefahr des Festfressens besteht, sind die Rotoren mit zusammenwirkenden Synchronisierungsrädern ausge- rilstet, so dass die Beibehaltung des erforderlichen Spieles gewährleistet ist. Bei diesen hohen Umdrehunggeschwindigkeiten muss zwischen dem Antriebsmotor, der ein Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor mit einer Drehzahl von etwa 3000 Umdr/min sein kann, einübersetzuugsgetriebe angeordnet werden, welches die Anlage vergrössert.
Bei direkter Kupplung zwischen einem derartigen Motor und einem Schraubenradkompressor der erwähnten Art wird anderseits das Entweichen des geförderten Mediums (Leckverluste) durch die Spielräume auf im Verhältnis zum Betrieb des Schraubenradmotors bei seiner normalen höheren Drehzahl sehr hohe Werte ansteigen, vorausgesetzt, dass eine gleiche Drucksteigerung besteht. Bei detniedrigerenDrehzahl kann jedoch iJl1 grossen und ganzen nur eine der Drehzahl entsprechende ge- ringere Luftmenge durch den Kompressor gefördert werden, wogegen die Leckverluste ungefähr dieselben sind wie bei einem Betrieb mit höherer Drehzahl.
Die Leckverluste bei der normalen hohen Drehzahl betragen nur einige Prozent, würden jedoch bei Betrieb mit der niedrigerenDrehzahl bis zu zirka 50% der Luftmenge ausmachen, die von dem Kompressor gefördert wird.
Die Erfindung bezweckt in erster Linie ein Schraubenradmaschine zu schaffen, die sich direkt von einem Elektromotor oder Verbrennungsmotor antreiben lässt und trotzdem mit minimalen Leckverlusten arbeitet. Durch Fortfall des Getriebes zwischen Motor und Schraubenradkompressor wird der Raumbedarf geringer, ausserdem wird der sonst bei hohen Drehzahlen durch den Kompressor erzeugte störende Lärm vermieden. Um die Leckverluste in annehmbaren Grenzen zu halten, arbeitetdieSchraubenradmaschine gemäss der Erfindung mit Schmiermitteldictu. ungen in den Spielräumen zwischen den Rotoren sowie s schen diesen und dem Gehäuse, wobei die zugeführte Flüssigkeit gleichzeitig auch als Kühlmittel dient.
Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, beiDrehkolbenverdichternDichtungs-und Schmierflüssigkeit in ständiger Strömung durch eine Düse in den Spalt zwischen den beiden Unrundkolben des Verdichters zu fördern, wobei die als Kapselpumpe ausgebildeten Antriebszahnräder verwendet wurden. Auch ist es bekannt, den einen Rotor unmittelbar durch den andern Rotor anzutreiben.
Für die Erfindung ist es jedoch kennzeichnend, dass die Maschine von dem Antriebsmotor unmittelbar, also mit einer wesentlichunter den üblichen Betriebsdrehzahlen liegenden Drehzahl, angetrieben und in ihren Arbeitsraum in an sich be-
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kannter Weise eine Flüssigkeit, beispielsweise Schmieröl, zum Zwecke der Dichtung und Kühlung eingebracht wird, wobei die Zuströmöffnungen für die unter Druck zugeführte oder eingesaugte Flüssigkeit im Bereich der auf der Hochdruckseite Hegenden Schnittlinie des Gehäuses liegen, die durch deren ein zusammenwirkendes Rotorpaar umschliessenden zylindrischen Mantelteile gebildet wird.
Die bei der Verdichtung entstehende Kompressionswärme wird von der Luft oder dem Gas, das in der Vorrichtung z. B. komprimiert wird, auf das Drucköl übertragen. Dies trifft besonders dann zu, wenn das Drucköl in äusserst feinverteilter Form zugeführt wird, so dass eine grosse Oberfläche für die Wärmeübertragung erhalten wird, wodurch der Verdichtungsprozess immer mehl einen isothcrmischen Verlauf annimmt, was zur Folge hat, dass weniger Leistung zur Verdichtung ein und derselben Luftmenge erforderlich ist.
In vielen Fällen kann der sonst hinter dem Kompressor angeordnete erforderliche Kühler für das
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zur Dichtung der Spielräume zwischen den Rotoren untereinander sowie zwischen den Rotoren und dem Mantel des Gehäuses sowie den Stirl1wänden wie auch zur Kühlung des Kompressors im Betrieb liefert, woDei die erwähnte Kühlung ausser der Kühlung der Arbeitsräolme auch der Kühlung der Rotoren in ihrem Inneren dient und gleichzeitig oder alternativ mit der Kühlung des Kompressorgehäuses verbunden werden kann.
Zur Kühlung des Kompressorgehäuses wird wenigstens der Mantel des Gehäuses und vorzugsweise auch die ai. der Auslassseite des Kompressors befindliche Stirnwand doppelwandig ausgeführt, wcbei die Druckflüssigkeit zum Zirkulieren durch die entsprechenden Hohlräume geb. acht wird.
Da bei diesem Kompressor durch Mischung des Gases und der Druckflüssigkeit da@ Arbeitsmedium grö- ssere Dichte als das Gas allein aufweist, kann ein relativ grosses Spiel im Kompressor für dieselbe Leckmenge wie bei einem trocken arbeitenden Kompressor verwendet werden, d. h., e.) können die extremen Ansprüche hinsichtlich der Präzision bei der Herstellung des Kompressors herabgesetzt werden, wodurch dessen Herstellung verbilligt wird.
Die sonst beitrock n arbeitenden Kompressoren des Schraubenradtypus erforderlichen Synchronisierungsvorrichtungen zwischen den Rotoren fallen fort, so dass auch hiedurch de. Kompressor veremzac11t und verbilligt wird.
Durch die Schmierung können die Rotoren direkt ineinander eingreifen, und die Wahl des Materials zur Herstellung der Rotoren wird dadurch freier. In gewöhnlichen Fällen bestehen die Rotoren von Schraubenradkompressoren aus Stahl, oft aus legiertem, vergütetem Stahl. Bei der Ausführung gemäss der Erfindung können die zusammenwirkendenRotoren vorzugsweise aus verschiedenen Materialien bestehen, z. B. der eine aus Stahl und der andere aus Bronze oder in einigen Fällen der eine aus einem metallischen Material und der andere aus Kunststoff.
Diese und weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale und damit zusammenhängende Vorteile sollen an Hand der in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden.
Fig. l zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch einen gemäss der Erfindung ausgeführten Schrauben- radkompressor. Fig. 2 zeigt in einem partiellen Querschnitt eine Einzelheit dieses Kompressors längs der Linie 2 - 2 in Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Stirnwand an der Auslassseite. Fig. 4 zeigt einen partiellen, vertikalen Längsschnitt einer modifizierten Ausführung des Rotorendes an der Auslassseite. Fig. 5 zeigt eine Teilansicht des Rotors in der Richtung b - 5 in Fig. 4. Fig. 6 zeigt einen vertikalen Längs- schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schraubenradkompressors gemäss der Erfindung. Fig. 7
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zeigt in einem Schnitt eine Einzelheit der Anordnung gemäss Fig. 7. Fig.
P zeigt in einem Teilschnitt, ähnlich dem in Fig. 6, eine modifizierte Gestaltung des SchraubenradkompressOtS gemäss der Erfindung und schliesslich veranschaulicht Fig. 10 schematisch eine komplette Anlage mit einem Schraubenradkompressor gemäss der Erfindung.
Der Schraubenradkompressor nach den Fig. l und 2 besteht aus zwei zusammenwirkenden Rotoren 20 und 22 (vgl. Fig. 2), von denen der eine, der "männliche" Rotor 20, mit konvexen Kämmen 24 und zwischenliegenden Nuten 26 versehen ist und mit dem andern Rotor zusammenarbeitet, nämlich mit dem"weib- lichen" Rotor 22, der mit konkaven Kämmen 28 und zwischenliegenden Nuten 30 versehen ist. Die Rotoren haben Achszapfen 32 und 34, die stirnseitig an den Stellen 36 und 38 am Gehäuse 40 des Kompressors gelagert sind, das im übrigen aus einem Mantel 42 besteht, der die Rotoren umschliesst. Die Stirnwand 36 ist als selbständiger Teil ausgeführt, wogegen die Stirnwand 38 aus einem Stück mit dem Mantel 42 hergestellt ist.
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schine komprimiert werden soll.
Im gezeigten Fall ist der Einlass 44 unten und der Auslass 46 in der ent- sprechenden Stirnwand am Gehäuse oder in deren Nähe angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht an diese Anordnung oder Gestaltung der Ein- und Auslässe gebunden, vielmehr können diese gemäss bekannten Prinzipien verändert werden.
Der Mantel 42 und die Stirnwände 36 und 38 sind doppelwandig ausgebildet. In die Hohlräume 48 dieser Wände wird Druckflüssigkeit von einer nicht dargestellten Dru'"kflüssigkeitsquelle eingeführt und sodann durch die Zufuhröffnungen 50,52 und bzw. oder 54 in den Arbeitsraum der Maschine eingespritzt.
Wie aus den Fig. l und 2 hervorgeht, kann die Druckflüssigkeit durch Einspritzöffnungen 50 eingeführt werden, die längs der auf der Hochdruckseite des Kompressors zwischen den beiden zusammenwirkenden Rotoren liegenden Schnittlinie 56 angeordnet sind, welche von den zylindrischen Mantelteilen 58 und 60 des Gehäuses 42 gebildet werden und längs der die Rotorkämme während ihres Umlaufes ineinander eingreifen. Die zugeführte Druckflüssigkeit wirkt während des Arbeitens des Kompressors als Schmierstoff bzw. Kühlmittel und wirkt überdies als Dichtungsmittel zwischen den Teilen der Rotoren, die während ihres Umlaufes in Eingriff miteinander gelangen.
Abgesehen von der Leckspalte zwischen den Rotoren dichtet sie auch die Leckspalten zwischen den Rotorkämmen uud denMantelteilen. sowie zwischen den Rotorenden und den Stirnwänden des Gehäuses.
Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, drehen sich die Rotoren derart gegeneinander, dass die den unteren Teilen der Maschine zugeführte Druckflüssigkeit durch die Drehung der Rotorkämme zum. Emporsteigen entlang der Mantelseiten des Gehäuses gebracht wird.
Statt durch die erwähnten Einspritzlöcher 50 an der Oberseite des Gehäuses kann die Druckflüssigkeit z. B. auch axial durch die Löcher 52 in der Stirnwand 36 an der Niederdruckseite der Maschine eingespritzt
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ist, wird die Druckflüssigkeit bei 54 direkt in den Einlass 44 eingespritzt. In andfin Fällen kann es zweckmässig sein, die Druckflüssigkeit durch die Zufuhröffnungen 62 (Fig. 2) zuzuführen, die längs einer Gera- den am entsprechenden zylindrischen Mantelteil des Gehäuses liegen, der im Bereich zwischen der Schnittlinie 56 auf der Hochdruckseite und der Ebene durch die Achsen des zusammenwirkenden Rotorpaares liegt. Die angeführten verschiedenen Möglichkeiten können jede für sich oder in verschiedenen Kombinationen zur Anwendung gelangen.
In Fig. l sind die Rotoren selbst mit einer Kühlung versehen. Der Rotor 20 ist mit einem Hohlraum 64 ausgestattet, wobei durch die Bohrung 66 im Achszapfen 34 das Kühlmittel mittels einer Zufuhrdüse 68 eingeführt wird. Von der Bohrung 70 im Achszapfen 32 gelangt das Kühlmittel durch die radialen Kanäle 72 zum Hohlraum 48 in den Gehäusewänden und wird von dort in den Arbeitsraum des Kompressors eingespritzt.
Wie ausFig. 3 hervorgeht, enthält die Stirnwand 38 an der Auslassseite eine Verceilungsnut 82 für die Druckflüssigkeit. Diese Nut besteht aus den Teilnuten 84 und 86, von denen jede für sich die untere Hälfte dsr entsprechenden Ausnehmungen 88 und 90 für dit Rotorachsen in der Stirnwand der Auslassseite 38 umschliesst, wobei eine mittlere Teilnut 92 die Teilnuten 84,86 und die Teilnuten 94 und 96 an der Aussenseite der entsprechenden Ausnehmung 88,90 vereinigt, die sich gegen die oberen Eckenpartien der Stirnwand erstrecken. Durch das untere und obere Loch 98 und 100 steht die Verbindungsnut mit dem Hohlraum 48 der Stirnwand 38, der mit Druckflüssigkeit gefüllt ist, in Verbindung. Von diesem Hohlraum werden dichtende und schmierende Mittel und zurückgeführt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Möglichkeit, um das Hochdruckende des Rotors von dem entsprechenden mit Druckflüssigkeit gefüllten Hohlraum der Stirnwand abzudichten und zu schmieren. Das Rotorende ist innerhalb der Nutenvertijfungen mit herausragenden, am besten ringförmigen Dichtungleisten 102 versehen, zwischen welche die Druckflüssigkeit von den Hohlräumen 48 mittels der Zufuhr- öffnungen 104 eingeführt wird.
Die Rotoren werden durch den ausgeübten Druck gegen die Stirnseite der Einlassseite gepresst, wobei der auf der Hochdruckseite frei hervorragende Achszapfen des Rotors mittels einer Anschlagmutter od. dgl. fest verriegelt ist. Diese Verriegeiungsvorrichtungen können durch Ausnutzung der Wirkung der Druckflüssigkeit in der Stirnwand 36 der Niederdruckseite zur Abstützung der Rotoren gegen axiale Verschiebung in Richtung gegen das Niederdruckende vermieden werden.
Die Fig. 6 - 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel, gemäss welchem in der Stirnwand 36 der Niederdruckseite eine Ringnut 106 angeordnet ist, in der sich ein Lagerring 108 befindet, dessen gegen das Rotorende weisende Oberfläche mit mehreren radialen Schmierspalten 110 versehen ist, die in der Umdrehungsrichtung am Rotor schmäler werden, wie dies in Fig. 8 mit einem Pfeil angegeben ist. Die besondere Form dieser Spalten ermöglicht die Erzeugung eines zusätzli-
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chen Druckes in der mit Kanälen von den Hohlräumen 48 in der Stirnwand 36 zugeführten Dickflüssigkeit.
Die Fig. 9 zeigt einen in der Stirnwand 44 (Fig. 6) verlegten Ringspalt 111, der für den geschilderten Dichtungs- und Entlastungszweck mit Druckflüssigkeit gefüllt wird.
Der Kompressor 112 in der Anlage gemäss Fig. M wird direkt von einem Elektromotor 114 angetrieben und das durch den Einlass 44 aufgenommene Medium wird in komprimiertem Zustand über den Druckstutzen 46 an die Verwendungsstelle abgegeben. In dem gezeigten Falle passiert das Druckmedium zu- nächst einen Separator 116 zur Abscheidung des Schmieröles, ehe es durch die Leitung 118 weitergeführt wird. Das Schmieröl wird aus einer Ölwanne 120 durch zwei Ölpumpen 122 und 124 entnommen und mit- tels der Leitungen 126 und 128, in denen je ein Kühler 130 bzw. J32 zwischengeschaltet ist, dem Kompressor zur Einspritzrng zugeführt. Das iw Kompressor abgeschiedene und das im Separator separierte Öl gelangt durch die Leitungen 134 und 136 wieder in die Ölwanne zurück.
In vieler Fällen kann auch Wasser als Schmier- und Dichtungsmittel mit ausgezeichnetem Ergebnis zur Verwendung kommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schraubenradmaschine, bestehend aus mindestens einem Paar zusammenwirkender männlicher und weiblicher Rotoren mit ineinander eingreifenden, schraubenlinienförmig verlaufenden Kämmen und Nuten und einem mit Einlass und Auslass für das Arbeitsmittel versehenen Gehäuse mit Stirnwänden, zwischen denen die Rotoren gelagert sind, wobei diese bei ihrer Umdrehung zusammen mit dem Gehäuse Kompres- sionskammern bilden, von denen jede bei zwei zusammenwirkenden Rotoren kommunizierende Nutenräu- me umfasst und entsprechend der Umdrehung der Rotoren ihr Volumen ändert, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine von dem Antriebsmotor unmittelbar, also mit einer wesentlich unter den üblichen Be- triebsdrehzahlen liegenden Drehzahl,
angetrieben und in ihren Arbeitsraum in an sich bekannter Weise eine Flüssigkeit, beispielsweise Schmieröl, zum Zwecke der Dichtung und Kühlung eingebracht wird, wo- bei die Zuströmöffnungen (50) für die unter Druck zugeführte oder eingesaugte Flüssigkeit im Bereich der auf der Hochdruckseite liegenden Schnittlinie (56) des Gehäuses liegen, die durch deren ein zusammen- wirkendes Rotorpaar umschliessenden zylindrischen Mantelteile (58,60) gebildet wird.