Rotationsmaschine zur Kompression oder Expansion eines gasförmigen Mediums Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine R.otationsmasehine mit einem Ge- liäuse und darin eingeschlossenen Rotoren, welche zusammenwirkende Gänge und Nuten Haben, welches Gehäuse mit einem Mantelteil die Rotoren einschliesst und mit. Einlass und Auslass versehen ist.
Die vorliegende Rota tionsmaschine ist für Kompression oder Ex pansion eines gasförmigen Mittels bestimmt, und es sind besonders geeignete Ausführungs formen einer Rotationsmaseliine beabsichtigt, die als Niederdruckkompressor arbeiten.
Nach der gewöhnlichen Ausbildung der Rotationsinasehinen der vorliegenden Art be stehen die Rotoren aus ein und demselben Material, und gewöhnlich ist, auch das Mate rial des Gehäuses dasselbe. Wein, wie es ge wöhnlich der Fall ist, der Mantel des Gehäu ses und die Stirnwände als getrennte Teile Hergestellt sind, treten beträchtliche Seliwie- rigkeiten beim Zusammenbau dieser Teile und bei der Einstellung der Teile mit.
der erfor derliehen Genauigkeit auf, und trotz der nrössten Genauigkeit bei der Herstellung ist eine genaue Zentrierung der Rotoren in den Bohrungen des Mantels für die Rotoren und die erforderliche Parallelität zwischen den Rotoraxen schwierig zu verwirklichen. Die Herstellung wird auch sehr kompliziert, teuer und zeitraubend.
Sogar wenn die Rotoren und ihre Bohrun gen in dem Gehäuse sehr genau hergestellt sind, können Zentrierfehler und eine gewisse Abweichung von der Parallelität zwischen den Rotoraxen auftreten. Dies hat ein Anfressen zwischen den Rotoren zur Folge. Es wurde ge funden, dass die Gefahren für ein solches An fressen behoben werden können, wenn die Rotoren von gegenseitig -unterschiedlichen hZa- terialien gemacht. werden. Demgemäss kann zum Beispiel der männliche Rotor aus einem Kunststoff oder einem mit einem geeigneten Bindemittel gebundenen Fasermaterial beste lien, und der weibliche Rotor kann aus Metall, vorteilhaft Stahl, bestehen.
Es ist natürlich möglich, den männlichen Rotor aus Metall und den. weiblichen Rotor aus Nichtmetall her zustellen..
Gemäss einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung werden die Rotoren in L'bereinstimmung mit den Grundsätzen ge baut, welche in der L SA-Pat.entschrift 2622787 angegeben sind, gemäss denen die Gänge des männlichen Rotors von konvexem Quer schnitt sind und wenigstens fast. ganz ausser halb des Teilkreises des männlichen Rotors lie gen, und die Gänge des weiblichen Rotors konkave Flanken haben und wenigstens fast ganz innerhalb des Teilkreises des weiblichen Rotors liegen.
Ferner sind die Profile der Gänge von solcher Krümmung, dass bei Dre hung der Rotoren die äusserste Stelle jedes konvexen Ganges des männlichen Rotors in Dichtungsberührung mit den Wänden der zu- sannnenwirkenden Lit des weiblichen Rotors an einer Stelle innerhalb des Teilkreises des weiblichen Rotors kommt.
Gemäss einer abge änderten Ausbildung, welche in der erwähn ten Patentschrift auch beschrieben -ist, liegen die Hauptteile der Gänge des männlichen Ro tors ausserhalb des Teilkreises des männlichen Rotors und sind von wenigstens annähernd symmetrischem, konvex gekrümmtem Profil, und deren kleinere! Teile liegen innerhalb des Teilkreises des männlichen Rotors und sind von wenigstens annähernd symmetrischem, konkav gekrümmtem Profil, und die Haupt teile der Gänge des weiblichen Rotors liegen innerhalb des Teilkreises des weiblichen Ro tors und sind von wenigstens annähernd sym metrischem, konkav gekrümmtem Profil,
und die kleineren Teile dieser Gänge liegen ausser halb des Teilkreises des weiblichen Rotors und sind von wenigstens annähernd symmetri schem, konvex gekrümmtem Profil. Für wei tere Einzelheiten hinsichtlich der Profile wird auf die erwähnte Patentschrift verwiesen. Die Ausbildungen der Profile der Gänge und Nu ten der Rotoren nach dieser Patentschrift sind besondicps für die vorliegende Art von Rota tionsmaschinen passend, und in gewissem Aus mass kann gesagt werden, dass sie unerlässlich sind, um die befriedigende Wirkungsweise der Rotationsinasehinen zu gewährleisten oder diese Wirkungsweise überhaupt zu ermögli chen.
Die Konstruktion der Rotationsmaschine gemäss der Erfindung kann in verschiedenen Beziehungen vereinfacht und billiger gemacht werden. Bei einem solchen vereinfachten Auf bau wird der weibliche Rotor durch den männ lichen Rotor bloss durch das Eingreifen der (länge des männlichen Rotors in die Nuten des weiblichen Rotors angetrieben. Dadurch kann das Synehronisiergetriebe, das sonst unerlä.ss- lieh ist, damit. der weibliche Rotor mit, dem männlichen Rotor ohne Anfressen läuft, weg gelassen werden.
Weitere Vereinfachungen im Vergleich mit bekannten Konstruktionen gehen aus der beiliegenden Beschreibung von Aus-. Führungsformen der Erfindung hervor, welche in der beiliegenden Zeiehnüng beispielsweise als für Niederdruekkompressoren geeignete Rotationsmaschinen gezeigt sind.
Fig.1 ist ein senkreehterLängsschnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 2 einer Rotations maschine.
Fig.2 ist eine Stirnansicht derselben Ro tationsmaschine nach der Linie 2-2 der Fig. 1 gesehen.
Fig. 3 ist ein horizontaler Längsschnitt der gleichen Rotationsmaschine nach der Linie 3-3 der Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Seitenansicht derselben lIa- sehine, teilweise im Schnitt.
Fig. 5 ist ein horizontaler Längsschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. <B>7</B> einer abgeän derten Rotationsmaschine.
Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5, und Fig. 7 ist ein senkrechter Längsschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6 derselben Ro- tationsinaschine.
Die in Fig. 1 bis 4 gezeigte Rotat.ions- masehine besitzt ein Gehäuse 10 mit einem Mantel 12 und einer damit. aus einem Stück bestehenden Stirnwand 14. Die Aussenseite des Mantels ist mit Kühlrippen 16 versehen. Im Mantel sind zwei Bohi-tingen 18 und 20 vorhanden, die sieh längs der Linien 22 und 24 schneiden, und die Bohrungen für einen männlichen Rotor 28, der mit vier schrauben förmigen, an den Flanken konvexen Gängen 26 versehen ist, und einen weiblichen Rotor 32 bilden, der mit sechs schraubenförmigen, an den Flanken konkaven Gängen 30 versehen ist.
Die Wirkungsweise solcher Schrauben rotationsmaschinen ist als dem Fachmann be kannt vorausgesetzt und wird hier nicht im einzelnen beschrieben.
Der männliche und der weibliche Rotor ?8 bzw. 32 bestehen je aus einer Büchse 34 bzw. 36, welche jede auf einer Achse 38 bzw. 40 gelagert ist. Jede Achse ist mit. ihrem einen Ende 42 in der Stirnwand 14 in einer Boh rung 14 befestigt. Die Stirnwand 14 besitzt. verstärkte Teile 46 um die Achsenden 42. Die Achsenden sind mit Gewinde versehen und werden mittels Muttern 48 durch Einschrau ben gegen die Verstärkungen 46 der Stirn- wand festgehalten, wobei die Achsen 38, 40 auf cler Innenseite der Bohrungen 44 der Stirnwand einen Anschlag 50 bilden.
Die Rotorbüchsen 34 und 36 sind auf La gern gelagert, welche auf den Achsen 38, 40 aufgebracht sind und zum Beispiel aus Kugel lagern oder, wie im vorliegenden Beispiel, aus einem Kugellager 52 und einem Rollenlager 54 bestehen, woben das erstere am Nieder druckende und das letztere am Hochdruck ende der Rotationsmaschine liegt. Die Lager 52, 54 sind durch eine Distanzhülse 56 ge trennt.
Um die Rotorbüehsen 34, 36 auf den :Achsen 38, 40 gegen Gleiten festzuhalten, sind Haltemuttern 58 auf die freien Enden 60 der Achsen aufgeschraubt und ruhen gegen die Kugellager 52, und Halteringe 62 aus Stahl oder ähnlichem Material sind in die Enden der Rotorbiiehsen 34, 36 gegenüber der Stirnwand 14 eingelassen.
Der Haltering 62 der männlichen Rotorbüehse und der Halte ring der weiblichen Haltebüchse sind mittels Schrauben 66 befestigt. Die Halteringe 62 die- iten auch als Teile einer Dichtung, und zwi schen ihnen und der Stirnwand l.4 sind Dich tungsringe, 68 angeordnet.
Die von der Stirnwand 1.4 entfernten En den der Rotorbüehsen 34, 36 sind durch Kap pen 70 bzw. 72 abgedeckt, wobei die Kappe 70 des männlichen Rotors mittels Schraubenbol zen 64 und die Kappe: 72 des weiblichen Ro tors mittels Bolzen 74 befestigt ist. Die Kappe 70 des, männlichen Rotors besteht aus einem Stück mit einer Welle 76, welche durch eine zentrale Bohrung 78 der Achse 38 hindurch geht, die den männlichen Rotor trägt und wel- ehe als Antriebswelle für den männlichen Ro tor dient. Der weibliche Rotor wird durch den männlichen Rotor bloss durch das Eingreifen der Gänge des männlichen Rotors in die Nu ten des weiblichen Rotors angetrieben.
Die Rotorbüchsen bestehen aus verschie denen Materialien, und die Büchse 34 des männlichen Rotors kann aus einem Kunst stoff oder aus gepresstem, mit einem geeigne ten Bindemittel gebundenem Fasermaterial bestehen, wie z. B. Asbest, Glas- oder Stein wolle, das mit einem geeigneten Kunstharz wie Phenolaldehydkunststoff oder Silikon kunststoff zusammengepresst ist, während die Büchse 36 des weiblichen Rotors aus Metall oder Legierung, vorteilhaft Stahl oder ähn lichem Material, besteht.
Bei dem dargestellten Beispiel der Rota tionsmaschine als Niederdnickkompressor bil det das Gehäuse einen radial-axial sich er streckenden Auslass 80. Der Einlass der Rota tionsmaschine wird durch das offene Ende 82 des Mantels 14 gebildet, und zur Verhinde rung einer direkten Verbindung zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen ist eine Deck platte 84 mittels Bolzen 86 am offenen Man telende befestigt, welches demgemäss die Man telöffnung wenigstens so weit bedeckt;
dass die Einlass- und Auslassöffnungen nicht direkt verbunden sind, jedoch nicht mehr als eine axiale Öffnung am Einlass oder der Nieder druckseite verbleibt. Der Einlass 82 ist dem gemäss durch die innere Kontur der Rotor bohrungen 18, 20 und die Randprofile 88, 90, 92 der Deckplatte bestimmt.
Dadurch, dass das Gehäuse mit nur einer Stirnwand für das Abstützen der Rotoren gegenüber dem Gehäuse bei ihrem einen Ende versehen. ist, kann das Gehäuse und diese Stirnwand aus einem Stück hergestellt wer den, oder, wenn es aus gewissen Gründen ein facher ist, sie als getrennte Teile herzustellen, werden diese getrennten Teile miteinander zu einer Einheit verbunden, bevor die Bohrun- gen des Mantels und die zur Aufnahme der Tragachsen 38, 40 dienenden Bohrungen der Stirnwand bearbeitet werden, welche Bearbei tung in ein und derselben Einspannung er folgt, so dass eine genaue Zentrierung und Parallelität der Tragachsen gewährleistet wird.
Da die von der Stirnwand entfernten Rotorenden frei in einer entsprechenden Man telbohrung endigen, treten auf dieser Seite keine Zentrierungsprobleme auf. Die sonst bei der Koordinierung der Zentrierung an einer Stirn-wand mit der Zentrierung an der andern Stirnwand auftretenden Schwierigkeiten sind somit beseitigt.
Dem. Zwischenraum zwischen jeder Rotor büchse und der entsprechenden Tragachse wird ein Schmiermittel von der Aussenseite am Stirnwandende der Maschine her über einen Nippel 94 zugeführt, der an einen Kanal 96 der Achse angeschlossen ist. Das über- sehüssige Sehmiermittel kann durch Zentri- fugalwirkung durch einen Spalt zwischen der Rotorbüehse und der Lageraehse für diese entweichen.
Im vorliegenden Fall ist die Ro- torbüclise an dem gegen die Stirnwand des Gehäuses anliegenden Ende an dem Haltering 62 befestigt, welcher gegen die Stirnwand des Gehäuses mittels eines Dichtungsringes 68 ab dichtet, der in die Stirnwand des Gehäuses eingelassen ist. Zwischen dem Haltering 62 und einer Verbreiterung der Welle ist ein Spiel zum Entweichen des überflüssigen Schmiermittels vorgesehen, das von. dem Zwi schen rauen zwischen der Rotorbüchse und der zugehörigen Lager aehse herausgesehleudert wird.
Dieses überschüssige Sehmiermittel ent- weieht endlich durch einen Auslasskanal in der Stirnwand (vgl. Fig. 1). Die beschriebene Anordnung für die Schmierung ermöglicht eine reichliche Sehmierung ohne Gefahr der Wärmeleitung von der R.otorbüchse zur Büeh- sentraöaehse mittels Schmiermittel, das den grösseren Teil des Zwischenraumes zwischen den Teilen ausfüllt.
Die Anordnung gewähr leistet ausserdem eine reichliche Schmierung der Lager für die Rotorbüchsen.
Für den Antrieb der Welle 76 des männ- liehen Rotors kann eine Transmissionsscheibe vor-esehen sein. Bei dem gezeigten Beispiel besteht diese Scheibe aus einer Riemenscheibe 98, welche auf einem Kugellager 100 bzw. einem Rollenlager 102 gelagert ist, die auf dem aus der Stirnwand 14 herausragenden Ende 104 der den männlichen Rotor abstützenden .@ chse 38 angeordnet sind. Eine Haltemutter 06 sichert die Lager 100 und 102, zwischen welehen sich eine Distanzhülse 108 befindet.
Die Riemenscheibe 98 besitzt an ihrem innern Ende einen Anschlag 110, der gegen das Rol lenlager 102 ruht, und an ihrem äussern Ende ist mittels Bolzen 112 ein Flansch 114 einer Seheibe 116 befestigt, die auf dem äussern, nicht zvlindrisehen Ende 118 der Antriebs welle angeordnet ist. Bei der in F'ig. 5 bis 7 gezeigten Rota.tions- maschine besteht der männliche Rotor aus einer Büchse 120, z.
B. aus mit Kunststoff ge- bundeneim Fasermaterial, die auf einer Welle 122 zum Beispiel aus Stahl angeordnet ist und mittels einer Schraube 124 auf einem Planseh 126 der Welle befestigt ist. Der weibliche Rotor 128 ist. ganz aus Stahl hergestellt, und die beiden Wellen- bzw. Achsenden 130 der Rotoren sind in Kugellagern 132 gelagert, die in Naben 134 von Stirnplatten 136 des Cre- bäuses angeordnet sind, wobei die Stirnplat ten 136 mittels Schrauben 138 und Stiften 140 an Flanschen 142 des Mantels 144 des Gehäu ses befestigt sind.
Die Naben 134 sind durch Kappen 146 abgedeckt, und am einen Ende i-18 der männlichen Rotoifielle, das sich durch die entsprechende Stirnplatte erstreckt, ist eine Riemenscheibe 150 befestigt. Auch in die sem Fall wird der weibliche, Rotor somit. nur durch den männlichen Rotor ohne Zwischen fügung von Synehronisiergetrieben unmittel bar angetrieben. Der Mantel 144 ist auf sei ner Unterseite mit einem Fuss 152 versehen, und in der horizontalen Ebene erstrecken sieh ein Einlass 154 und ein Auslass <B>156</B> in radial- axialer Richtung.
Die Konstruktion der neuen Rotat.ions- masehinekann in verschiedener Hinsicht ge ändert werden, ohne: vom fiesen der Erfin dung abzuweichen. So kann zum Beispiel die Rotationsmasehine mit mehr als zwei Rotoren versehen werden, oder es kann eine andere Anzahl von Gängen gewählt werden, als es auf den gezeigten Rotoren der Fall ist. Der metallische Rotor kann eine gehärtete Ober fläche, z. B. eine chromplattierte, aufweisen.