CH676870A5

CH676870A5 -

Info

Publication number: CH676870A5
Application number: CH4779/88A
Authority: CH
Inventors: Fritz Spinnler
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1991-03-15
Also published as: EP0376026A1; JPH02223689A

Description

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CH 676 870 A5

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Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine für kompressible Medien mit wenigstens einem in einem feststehenden Gehäuse angeordneten spiralartigen Förderraum und mit einem diesem Förderraum zugeordneten spiralartigen Verdrängerkörper, der auf einem gegenüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer derart gehalten ist, dass während des Betriebes jeder seiner Punkte eine von den Umfangswänden des Förderraumes begrenzte Kreisbewegung ausführt, und dessen Krümmung gegenüber derjenigen des Förderraumes so bemessen ist, dass er die inneren und äusseren Umfangswände des Förderraumes an jeweils mindestens einer beim Betrieb kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie nahezu berührt, wobei zur Führung des Läufers gegenüber dem Gehäuse eine gegenüber einer ersten Exzenteranordnung mit Abstand angeordnete zweite Exzenteranordnung vorgesehen ist, deren im Gehäuse gelagerte Führungswelle mit der Hauptwelle der ersten Exzenteranordnung zwangsschlüssig verbunden ist,

Stand der Technik

Verdrängermaschinen der Spiralbauart sind beispielsweise durch die DE-C 2 603 462 bekannt. Ein nach diesem Prinzip aufgebauter Verdichter zeichnet sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung des beispielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch bestehenden gasförmigen Arbeitsmittels aus und könnte daher unter anderem auch für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen mit Vorteil herangezogen werden. Während des Betriebes eines solchen Kompressors werden entlang der Verdrängerkammer zwischen dem spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper und den beiden Umfangswänden der Verdrängerkammer mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich von dem Einlass durch die Verdrängerkammer hindurch zum Auslass hin bewegen, wobei ihr Volumen ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementsprechend erhöht wird.

Eine Maschine der eingangs genannten Art ist bekannt aus der DE-A 3 313 000. Dadurch, dass zwei mit Abstand voneinander angeordnete Exzenteranordnungen vorgesehen sind, von denen eine über eine Antriebswelle antreibbar ist, ergibt sich eine statisch bestimmte Lagerung, die zudem bis auf die oberen und unteren Totpunkte der Läuferstellung eine zwangsweise Führung des Läufers sicherstellt Um nun auch in den Totpunktlagen des Läufers eine eindeutige Führung des Läufers zu erreichen, ist eine in dem Gehäuse gelagerte Führungswelle der zweiten Exzenteranordnung mit der Antriebswelle über einen Zahnriemenantrieb zwangsschlüssig verbunden.

Bei diesen bekannten Maschinen, die als Lader eingesetzt werden, wird die Hauptexzenterwelle in der Regel direkt über einen Riemen von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, meistens ein Verbrennungsmotor, angetrieben. Das Übersetzungsverhältnis von Motor zu Lader ist nach oben begrenzt durch den grösstmöglichen Durchmesser der Antriebsriemenscheibe auf der Kurbelwelle des Motors einerseits und durch den kleinstmöglichen Durchmesser der Riemenscheibe auf dem Lader andererseits. Dies bedeutet, dass bei Ottomotoren mit einer Nenndrehzahl von ca. 6000 U/min und einem maximalen Übersetzungsverhältnis von 2:1 Laderdrehzahlen von ca. 12 000 U/min resultieren. Diese Begrenzung der maximalen Ladedrehzahl führt zur Konstruktion von Ladern mit relativ grossem eingebautem Hubvolumen. Dieser Umstand, dass der Spi-railader im Vergleich zu andern mechanischen Verdichtem relativ gross baut, muss als Nachteil angesehen werden.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Verdrängungsmaschine der eingangs genannten Art eine Möglichkeit zur Drehzahlsteigerung zu schaffen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sowohl die Führungswelle als auch die Hauptwelle über ein gemeinsames Vorgelege-Getriebe angetrieben werden, wobei eine mit einer Riemenscheibe versehene Eingangswelle mit dem grösseren der Zahnräder bestückt ist und so zwischen der Führungswelle und der Hauptwelle im Innern des Gehäuses gelagert ist, dass das grosse Zahnrad permanent mit den Zahnritzeln auf der Hauptwelle und auf der Führungswelle im Eingriff ist.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass infolge der Drehzahlsteigerung mit einer Verdrängermaschine, welche ein relativ kleines Hubvolumen aufweist, in einen Bereich erhöhter Durchsätze vorgedrungen werden kann. Da das Getriebe zudem die Synchronisation von Führungswelle und Hauptwelle übernimmt, entfällt die bisherige Zahnriemenverbindung, die besonders bei hohen Drehzahlen eine Schwachstelle der Verdrängermaschine darstellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Gehäuseteils der Verdrängermaschine

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Läufers

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Verdrängermaschine.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Zwecks Erläuterung der Funktionsweise des Verdichters, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird auf die bereits genannte DE-C3 2 603 462 verwiesen. Nachstehend wird nur der für das Verständnis notwendige Maschinenaufbau und Prozessablauf kurz beschrieben.

Der Übersichtlichkeit wegen ist die Maschine in den Fig. 1 und 2 in demontierem Zustand gezeigt.

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Mit 1 ist der Läufer der Maschine insgesamt bezeichnet. An beiden Seiten der Scheibe 2 sind je zwei, um 180° zueinander versetzte, spiralförmig verlaufende Verdrängerköper angeordnet. Es handelt sich um Leisten 3, 3', die senkrecht auf der Scheibe 2 gehalten sind. Die Spiralen selbst sind im gezeigten Beispiel aus mehreren, aneinander anschliessenden Kreisbögen gebildet. Mit 4 ist die Nabe bezeichnet, mit welcher die Scheibe 2 auf einem Wälzlager 22 aufgezogen ist. Dieses Lager sitzt auf einer Exzenterscheibe 23, die ihrerseits Teil der Hauptwelle 24 ist. Mit 5 ist ein radial ausserhalb der Leisten 3, 3' angeordnetes Auge bezeichnet für die Aufnahme eines Führungslagers 25, welches auf einem Exzenterbolzen 26 aufgezogen ist. Dieser ist seinerseits Teil einer Führungswelle 27.

Am Spiralende sind in der Scheibe zwei Durchbrüche 6 vorgesehen, damit das Medium von einer Scheibenseite zur andern gelangen kann, beispielsweise um in einem nur einseitig angeordneten zentralen Auslass 13 (Fig. 3) abgezogen zu werden.

In Fig. 1 ist die in Fig. 3 links dargestellte Gehäusehälfte 7 des aus zwei Hälften 7, T zusammengesetzten, über Befestigungsaugen 8 zur Aufnahme von Verschraubungen miteinander verbundenen Maschinengehäuses gezeigt. 9 symbolisiert ein auf der Hauptwelle 24 aufgezogenes Zahnritzel, 10 ein auf der Führungsweile 27 aufgebrachtes Zahnritzel mit gleichem Durchmesser und gleicher Zähnezahl wie 9. Mit 16 ist das grössere Zahnrad des Vorgelege-Getriebes angedeutet, welches sich im gezeigten Fall mittig auf der Verbindungslinie der Achsen der beiden Ritzel 9 und 10 befindet.

11 und 11' bezeichnen die zwei jeweils um 180° gegeneinander versetzten Förderräume, die nach Art eines spiralförmigen Schlitzes in die beiden Gehäusehälften eingearbeitet sind. Sie verlaufen von je einem am äusseren Umfang der Spirale im Gehäuse angeordneten Einlass 12,12' zu einem im Gehäuseinneren vorgesehenen, beiden Förderräumen gemeinsamen Auslass 13. Sie weisen im wesentlichen parallele, in gleichbleibendem Abstand zueinander angeordnete Zylinderwände 14, 14', 15, 15' auf, die im vorliegenden Fall wie die Verdrängerkörper der Scheibe 2 eine Spirale von ca. 360® umfassen. Zwischen diesen Zylinderwänden greifen die Verdrängerkörper 3, 3' ein, deren Krümmung so bemessen ist, dass die Leisten die inneren und die äusseren Zylinderwände des Gehäuses an mehreren, beispielsweise an jeweils zwei Stellen nahezu berühren.

Den Antrieb und die Führung des Läufers 1 besorgen die zwei beabstandeten Exzenteranordnungen 23,24 resp. 26,27. Die Hauptwelle 24 ist in den Wälzlagern 17 und 18 gelagert. Sie ist an ihrem an-triebseitigen Ende mit einem Zahnritzel 9 versehen. Auf ihr sind Gegengewichte 20 angeordnet zum Ausgleich der beim exzentrischen Antrieb des Läufers entstehenden Massenkräfte. Die Führungswelle 27 ist innerhalb der Gehäusehälfte 7 in zwei Wälzlagern 28 eingelegt und trägt ebenfalls ein Zahnritzel 10 am antriebseitigen Ende. Die beiden Ritzel 9 und 10 befinden sich in der gleichen Vertikalebene.

Um in den Totpunktlagen eine eindeutige Führung des Läufers zu erzielen, sind die beiden Exzenteranordnungen 16 winkelgenau synchronisiert. Dies geschieht hier in Funktionsverschmelzung mit dem eigentlichen Antrieb und der gewünschten Übersetzung. Das grössere Zahnrad 16 des Vorlege-Ge-triebes ist ständig mit den Ritzeln 9 und 10 im Eingriff, befindet sich demnach in der gleichen Vertikalebene wie diese, und zwar zwischen der Führungswelle 27 und der Hauptwelle 24; somit befindet es sich im Innern des Gehäuses. Das Rad 16 ist auf eine Eingangswelle 21 aufgezogen, welche mit zwei Wälzlagern 29 in der Gehäusehälfte 7 gelagert ist. Die Eingangswelle 21 ist an ihrem aus der Gehäusehälfte 7 herausragenden Ende mit einer Keilriemenscheibe 19 für den Antrieb versehen.

Das Übersetzungsverhältnis wird demnach über die blosse Durchmesserwahl der beteiligten Zahnräder 16 resp. 9 und 10 bestimmt. Hierbei ist die gezeigte mittige Anordnung des Zahnrades 16 zwischen den Rädern 9 und 10 selbstverständlich nicht zwingend. Aus Platzgründen kann es sich als zweckmässig erweisen, die Eingangswelle 21 seitlich zur Verbindungslinie zwischen den Achsen der Führungswelle 27 und der Hauptwelle 24 zu verlegen.

Ein weiterer Vorteil dieser Antriebsart ist darin zu sehen, dass sich beim beschriebenen Parallelkurbelbetrieb keine erhöhten Anforderungen bezüglich Toleranzen der Zahnräder 9,'10 und 16 stellen. Der Spieleinfluss der Zahnräder auf die Winkellage des Verdrängerkörpers wird um ungefähr den Faktor A/E reduziert, wobei A den Abstand zwischen Eingangswellenachse und Hauptwellenachse darstellt und E die Exzentrizität bedeutet (Fig. 3). Hieraus ergibt sich, dass kostengünstige Serienge-triebe-Zahnräder verwendet werden können.

Anlässlich des Betriebes sorgt der Doppelexzenterantrieb dafür, dass alle Punkte der Läuferscheibe und damit auch alle Punkte der beiden Leisten 3, 3' eine kreisförmige Verschiebebewegung ausführen. Infolge der mehrfachen abwechselnden Annäherungen der Leisten 3, 3' an die inneren und äusseren Zylinderwände der zugeordneten Förderkammern ergeben sich auf beiden Seiten der Leisten sichelförmige, das Arbeitsmedium einschliessende Arbeitsräume, die während des Antriebs der Läuferscheibe durch die Förderkammern in Richtung auf den Auslass verschoben werden. Hierbei verringern sich die Volumina dieser Arbeitsräume und der Druck des Arbeitsmittels wird entsprechend erhöht.

Claims

Patentanspruch

Verdrängermaschine für kompressibie Medien mit wenigstens einem in einem feststehenden Gehäuse (7, 7') angeordneten spiralförmigen Förderraum (11,11') und mit einem dem Förderraum zugeordneten spiralförmigen Verdrängerkörper (1-4), der auf einem gegenüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer (1) derart gehalten ist, dass während des Betriebes jeder seiner Punkte eine von den Umfangswänden des Förderraumes begrenzte Kreisbewegung ausführt, und dessen Krümmung gegenüber derjenigen des Förderraumes so bemessen ist, dass er die inneren und äusseren Umfangswände des Förderraumes an jeweils minde-

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siens einer beim Betrieb kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie nahezu berührt, wobei zur Führung des Läufers gegenüber dem Gehäuse eine gegenüber einer ersten Exzenteranordnung (23, 24) mit Abstand angeordnete zweite Exzenteranordnung (26, 27) vorgesehen ist, deren im Gehäuse gelagerte Führungswelle (27) mit der Hauptwelle (24) der ersten Exzenteranordnung zwangsschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Führungswelle (27) als auch die Hauptwelle (24) über ein gemeinsames Vorgelege-Getriebe (9, 16,10) angetrieben werden, wobei eine mit einer Riemenscheibe (19) versehene Eingangswelle (21) mit dem grösseren (16) der Zahnräder bestückt ist und so zwischen der Führungswelle und der Hauptwelle im Innern des Gehäuses (7) gelagert ist, dass das grosse Zahnrad (16) permanent mit den Zahnritzeln (9) auf der Hauptwelte (24) und (10) auf der Führungswelte (27) im Eingriff ist.

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