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 CH 676 870 A5

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Beschreibung description

Technisches Gebiet Technical field

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, The invention relates to a displacer for compressible media with at least one spiral-like conveying space arranged in a fixed housing and with a spiral-like displacer body associated with this conveying space, which is held on a disk-shaped rotor which can be driven eccentrically with respect to the housing in such a way that each of its points during operation is one of performs limited circular movement of the peripheral walls of the delivery chamber, and its curvature relative to that of the delivery chamber is dimensioned such that it almost touches the inner and outer peripheral walls of the delivery chamber on at least one sealing line that progresses continuously during operation, one opposite to guide the rotor relative to the housing a first eccentric arrangement at a distance from the second eccentric arrangement is provided, the guide shaft of which is mounted in the housing with the main shaft of the first eccentric arrangement is connected

Stand der Technik State of the art

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. Displacement machines of the spiral type are known for example from DE-C 2 603 462. A compressor constructed according to this principle is characterized by an almost pulsation-free conveyance of the gaseous working medium, which consists, for example, of air or an air / fuel mixture, and could therefore also be used advantageously for charging purposes of internal combustion engines, among other things. During the operation of such a compressor, several, approximately crescent-shaped working spaces are enclosed between the spiral-shaped displacement body and the two peripheral walls of the displacement chamber, which move from the inlet through the displacement chamber to the outlet, their volume constantly decreasing and the pressure of the work equipment is increased accordingly.

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. A machine of the type mentioned at the outset is known from DE-A 3 313 000. The fact that two eccentric arrangements which are arranged at a distance from one another, one of which can be driven via a drive shaft, results in a statically determined bearing arrangement, which in addition to the Upper and lower dead center of the rotor position ensures a positive guidance of the rotor In order to achieve clear guidance of the rotor even in the dead center positions of the rotor, a guide shaft of the second eccentric arrangement mounted in the housing is positively connected to the drive shaft via a toothed belt drive.

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. In these known machines, which are used as loaders, the main eccentric shaft is generally driven directly by a belt from the crankshaft of the internal combustion engine, usually an internal combustion engine. The transmission ratio from engine to loader is limited by the largest possible diameter of the drive pulley on the crankshaft of the engine on the one hand and by the smallest possible diameter of the pulley on the loader on the other. This means that petrol engines with a nominal speed of approx. 6000 rpm and a maximum gear ratio of 2: 1 result in supercharger speeds of approx. 12,000 rpm. This limitation of the maximum loading speed leads to the design of loaders with a relatively large installed stroke volume. This fact that the Spi-railader is relatively large compared to other mechanical compressors must be seen as a disadvantage.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Verdrängungsmaschine der eingangs genannten Art eine Möglichkeit zur Drehzahlsteigerung zu schaffen. The invention is therefore based on the object to provide a possibility for increasing the speed of a displacement machine of the type mentioned.

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. The object is achieved in that both the guide shaft and the main shaft are driven by a common countershaft gear, an input shaft provided with a pulley being equipped with the larger of the gear wheels and thus being mounted between the guide shaft and the main shaft in the interior of the housing is that the large gear is permanently engaged with the pinions on the main shaft and on the guide shaft.

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. The advantage of the invention can be seen in the fact that, as a result of the speed increase with a displacement machine which has a relatively small stroke volume, it is possible to penetrate into a range of increased throughputs. Since the gearbox also takes over the synchronization of the guide shaft and the main shaft, the previous toothed belt connection, which is a weak point of the displacement machine, especially at high speeds, is no longer required.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt: In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically. It shows:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Gehäuseteils der Verdrängermaschine Fig. 1 is a front view of a housing part of the displacement machine

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Läufers Fig. 2 is a front view of a runner

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Verdrängermaschine. Fig. 3 shows a longitudinal section through the displacement machine.

Weg zur Ausführung der Erfindung Way of carrying out the invention

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. For an explanation of the operation of the compressor, which is not the subject of the invention, reference is made to the already mentioned DE-C3 2 603 462. In the following, only the machine structure and process flow necessary for understanding are briefly described.

Der Übersichtlichkeit wegen ist die Maschine in den Fig. 1 und 2 in demontierem Zustand gezeigt. For the sake of clarity, the machine is shown in the disassembled state in FIGS. 1 and 2.

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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. The rotor of the machine is designated as a whole by 1. On both sides of the disk 2, two spiral-shaped displacers are arranged, which are offset by 180 ° to one another. These are strips 3, 3 'which are held vertically on the pane 2. In the example shown, the spirals themselves are formed from a plurality of circular arcs adjoining one another. 4 with the hub is designated with which the disc 2 is mounted on a roller bearing 22. This bearing sits on an eccentric disk 23, which in turn is part of the main shaft 24. 5 with a radially outside of the strips 3, 3 'arranged eye is designated for receiving a guide bearing 25 which is mounted on an eccentric bolt 26. This in turn is part of a guide shaft 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. At the spiral end, two openings 6 are provided in the disk so that the medium can pass from one disk side to the other, for example to be drawn off in a central outlet 13 (FIG. 3) which is only arranged on one side.

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. 1 shows the housing half 7 shown on the left in FIG. 3 of the machine housing which is composed of two halves 7, T and is connected via fastening eyes 8 for receiving screw connections. 9 symbolizes a sprocket mounted on the main shaft 24, 10 a sprocket applied to the guide shaft 27 with the same diameter and the same number of teeth as 9. The larger gear of the countershaft transmission is indicated by 16, which in the case shown is centered on the connecting line of the axes the two pinions 9 and 10 is located.

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. 11 and 11 'denote the two delivery spaces, each offset by 180 °, which are worked into the two housing halves in the manner of a spiral slot. They each run from an inlet 12, 12 'arranged on the outer circumference of the spiral in the housing to an outlet 13 provided in the interior of the housing and common to both delivery spaces. They have essentially parallel cylinder walls 14, 14', 15, 15 arranged at a constant distance from one another 'which, in the present case, like the displacer body of disk 2, comprise a spiral of approximately 360®. Between these cylinder walls, the displacers 3, 3 'engage, the curvature of which is dimensioned such that the strips almost touch the inner and outer cylinder walls of the housing at several, for example at two points.

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. The drive and the guide of the rotor 1 are provided by the two spaced-apart eccentric arrangements 23, 24, respectively. 26.27. The main shaft 24 is supported in the roller bearings 17 and 18. It is provided with a pinion 9 at its drive end. Counterweights 20 are arranged on it to compensate for the inertial forces arising when the rotor is eccentrically driven. The guide shaft 27 is inserted within the housing half 7 in two roller bearings 28 and also carries a pinion 10 at the drive end. The two pinions 9 and 10 are located in the same vertical plane.

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. In order to achieve clear guidance of the rotor in the dead center positions, the two eccentric arrangements 16 are synchronized with precise angles. This is done here by merging the functions with the actual drive and the desired translation. The larger gear 16 of the countershaft transmission is constantly in engagement with the pinions 9 and 10, and is therefore in the same vertical plane as this, namely between the guide shaft 27 and the main shaft 24; thus it is located inside the housing. The wheel 16 is mounted on an input shaft 21 which is mounted in the housing half 7 with two roller bearings 29. The input shaft 21 is provided at its end protruding from the housing half 7 with a V-belt pulley 19 for the drive.

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. The gear ratio is accordingly on the mere diameter selection of the gears 16 and 16 involved. 9 and 10 determined. Here, the shown central arrangement of the gear 16 between the wheels 9 and 10 is of course not mandatory. For reasons of space, it may prove expedient to move the input shaft 21 laterally to the connecting line between the axes of the guide shaft 27 and the main shaft 24.

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. Another advantage of this type of drive can be seen in the fact that in the parallel crank operation described there are no increased requirements with regard to tolerances of the gear wheels 9, 10 and 16. The play influence of the gear wheels on the angular position of the displacement body is reduced by approximately the factor A / E, where A represents the distance between the input shaft axis and the main shaft axis and E means the eccentricity (FIG. 3). This means that cost-effective series transmission gearwheels can be used.

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. On the occasion of the operation, the double eccentric drive ensures that all points of the rotor disc and thus also all points of the two strips 3, 3 'perform a circular displacement movement. As a result of the multiple alternating approaches of the strips 3, 3 'to the inner and outer cylinder walls of the associated delivery chambers, crescent-shaped work spaces enclosing the working medium result on both sides of the strips, which are displaced by the delivery chambers during the drive of the rotor disk in the direction of the outlet . The volumes of these working spaces are reduced and the pressure of the working fluid is increased accordingly.

Claims

Claim

Displacement machine for compressible media with at least one spiral-shaped delivery chamber (11, 11 ') arranged in a fixed housing (7, 7') and with a spiral-shaped displacement body (1-4) assigned to the delivery chamber, which is mounted on a disk-shaped rotor which can be driven eccentrically relative to the housing (1) is held in such a way that during operation each of its points executes a circular movement delimited by the peripheral walls of the delivery chamber, and its curvature with respect to that of the delivery chamber is dimensioned in such a way that the inner and outer peripheral walls of the delivery chamber

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It almost touches a sealing line that progresses continuously during operation, whereby a second eccentric arrangement (26, 27), which is arranged at a distance from a first eccentric arrangement (23, 24) and whose guide shaft (27) is mounted in the housing, is provided for guiding the rotor relative to the housing the main shaft (24) of the first eccentric arrangement is positively connected, characterized in that both the guide shaft (27) and the main shaft (24) are driven via a common countershaft gear (9, 16, 10), one with a pulley (19) provided input shaft (21) with the larger (16) of the gears and is mounted between the guide shaft and the main shaft in the interior of the housing (7) so that the large gear (16) permanently with the pinions (9) on the main worlds (24) and (10) on the guide worlds (27) is engaged.

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