CH685450A5 - Innenachsige Drehkolbenmaschine. - Google Patents

Description

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CH 685 450 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine innenachsige Drehkolbenmaschine für die Verdichtung von gasförmigen Medien, mit von einem gemeinsamen Gehäuse dichtend umschlossenen, um feststehend angeordnete Achsen rotierenden Läufern, die durch gegenseitigen Eingriff zwischen sich Arbeitsräume mit veränderlicher Grösse bilden, wobei sich am Umfang des kreiszylindrischen, die Läufer einschlies-senden Gehäuseraumes Ein- und Auslassöffnungen befinden, die die Arbeitsräume mit zu Ein-und Auslassstutzen des Gehäuses hin führenden Ein- und Auslasskanälen verbinden und wobei zur Drucksteuerung zwischen dem Einlass- und Auslasskanal eine ein Steuerelement aufweisende Strömungsverbindung vorhanden ist.

Drehkolbenmaschinen für gasförmige Medien sind für sehr hohe Drehgeschwindigkeiten ihrer Läufer geeignet, so dass sie bei kleinen Abmessungen hohe Leistungen bringen können. Dies ist durch die Lagerung ihrer Läufer um feststehend angeordnete Drehachsen möglich. Die hohen Läufergeschwindigkeiten führen jedoch zu einer erheblichen Geräuscherzeugung, da das zuströmende gasförmige Medium plötzlich auf die hohe Drehgeschwindigkeit der Läufer beschleunigt, komprimiert und anschliessend wieder auf die Abströmgeschwindigkeit verzögert wird. Zur Geräuscherzeugung tragen auch ungleichförmige Strömungsführungen und plötzliche Umlenkungen des Gasstroms in den Ein- und Auslasskanälen bei, die besonders durch bekannte Ausführungsformen von Einrichtungen zur Drucksteuerung gegeben sind.

Durch die EP-A 0 290 864 ist eine Drehkolbenmaschine der eingangs genannten Art bekannt, deren zueinander parallelen Ein- und Auslassstutzen für die Drucksteuerung durch einen Querkanal miteinander verbunden sind, der durch ein Steuerelement verschliessbar ist. Die Strömungsführung über diesen U-förmig verlaufenden Querkanal weist vier rechtwinkelige Strömungswiderstand und Geräusch erzeugende Umlenkungen auf und führt zu einem verstärkten Geräuschpegel, da in ihm über seine Länge eine schwingende Gassäule vorhanden ist. Ausserdem führt diese Gestaltung einer Einrichtung zur Drucksteuerung zu einem vergrösserten Bauvolumen der Drehkolbenmaschine.

Weiterhin ist durch die DE-A 3 911 541 eine Einrichtung zur Steuerung einer Drehkolbenmaschine bekannt, die eine zusätzliche, um das Maschinengehäuse herumführende Rückführungsleitung aufweist, deren zuströmseitiges Ende durch eine Steuerwalze abgesteuert wird. Die Rückführung eines Teils des Gasstroms auf die Ansaugseite der Drehkolbenmaschine ist folglich mit einer scharfen Um-lenkung und einem langen Weg der Strömung verbunden. Diese Art der Drucksteuerung führt folglich zu erheblichen Strömungsverlusten, zu einer Geräuscherzeugung über die Länge dieser Rückführungsleitung und zur Vergrösserung des für die Drehkolbenmaschine insgesamt benötigten Einbauraumes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine der eingangs genannten Art zu finden, die mit geringem konstruktiven Aufwand, ohne Vergrösserung des Einbauraumes der Maschine eine verlust- und geräuscharme Steuerung des Druckes in dem Auslassstutzen ermöglicht.

Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt erfin-dungsgemäss dadurch, dass die Ein- und Auslassstutzen in Richtung parallel zur Drehachse der Läufer zueinander versetzt am Gehäuse angeordnet sind, mindestens einer der Ein-und Auslasskanäle bogenförmig, den kreiszylindrischen Gehäuseraum bis zu dem zugehörigen Ein- oder Auslassstutzen hin umschliessend, dem anderen Kanal (6, 5) angenähert ist, wobei die Strömungsverbindung mit dem Steuerelement im Bereich dieser Annäherung angeordnet ist.

Die folgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Radialschnitt durch eine erfindungs-gemässe innenachsige Drehkolbenmaschine in einer die Achse des Auslassstutzens enthaltenden Ebene,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Drehkolbenmaschine nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Gehäuses der Drehkolbenmaschine nach Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine teilweise axialgeschnittene Seitenansicht, quer zur Achsrichtung des Maschinengehäuses nach Fig. 3 und

Fig. 5 und 6 Darstellungen der Drehkolbenmaschine entsprechend Fig. 1 mit zwei anderen Ausführungen ihrer Steuereinrichtung.

Es versteht sich, dass die Erfindung an jeder Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art verwirklicht werden kann. Die Literatur zeigt zahlreiche Beispiele solcher Maschinen.

Der kreiszylindrische Gehäuseraum 11, in dem die Läufer 1, 2 rotieren, hat auf zwei radial einander gegenüberliegenden Seiten je eine durch die Drehbewegung der Läufer 1, 2 in Umfangsrichtung grössenveränderliche Öffnung, die die Zu- und Abströmöffnung 3, 4 bilden und somit die Verbindung zu dem Zu- und Abströmkanal 5, 6 herstellen. Fig. 1 zeigt, wie die Zu- und Abströmöffnung 3, 4 unmittelbar durch die Drehbewegung der Läufer 1, 2 abgesteuert werden. Somit werden in jeder Bewegungsphase die Zu- und Abströmkanäle 5, 6 radial nach innen jeweils zumindest teilweise durch die im Querschnitt kreisbogenförmige Umfangsflä-che 7 eines der Eingriffsteile 8, 9, 10 des Aussen-läufers 2 begrenzt.

Die Zu- und Abströmkanäle 5, 6 der Maschine umschliessen bogenförmig diese Öffnungen 3, 4 und somit auch den dem Bewegungsraum der Läufer 1, 2 entsprechenden kreiszylindrischen Gehäuseraum 11, so dass das Gas in Drehrichtung der Läufer 1, 2 angenähert tangential zu- und abströmt. Diese Strömungsführung ist nicht nur strömungstechnisch vorteilhaft, sondern sie ermöglicht auch eine raumsparende Bauweise der Maschine. Eine kompakte Bauweise ist erforderlich, um die Drehkolbenmaschine in den Motorraum eines Kraftfahrzeuges einbauen zu können, so dass sie dort zum

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Aufladen der Verbrennungsluft eingesetzt werden kann.

Um die die Läufer 1, 2, bzw. deren Bewegungsraum teilweise umschliessenden Zu- und Abströmkanäle 5, 6 zur Realisierung der Erfindung einander anzunähern und entsprechend einen nachteiligen, langgestreckten Verbindungskanal für eine Strömungsverbindung zur Drucksteuerung zu vermeiden, werden diese bzw. ihre sich unmittelbar in tangentialer Richtung anschliessenden Stutzen 12, 13 sich in verschiedenen Ebenen kreuzend aneinander vorbeigeführt. Die somit vorgenommene axiale Versetzung der Stutzen aus einer üblichen axialen Mittelposition führt vorteilhaft auch zu einer abgestuften Länge und unterschiedlichen axial gerichteten Krümmung von vorzugsweise vorgesehenen, nebeneinander verlaufenden Teilkanälen 5a, 5b, 5c der Ein- und Auslasskanäle 5, 6. Diese ergeben sich durch radial zu den Drehachsen der Läufer 1, 2 gerichtete, wandbildende Trennrippen 17, 18, entsprechend der Darstellung der Fig. 4.

Die in der Darstellung nicht sichtbaren Teilkanäle 6a, 6b, 6c des gegenüberliegenden Kanals 6 sind durch entgegengesetzte Krümmung ihrer Trennrippen entgegengesetzt gekrümmt, so dass die Ablenkung der Strömung bei gleicher, quer zur Maschinenachse gerichteten Ansicht anstatt von links nach rechts, von rechts nach links gerichtet ist und sich entsprechend verschieden lange Strömungswege bis zu dem zugehörigen Anschlussstutzen 12, 13 ergeben.

Die Aufteilung des Gasstromes in Teilkanäle (6a, 6b, 6c) auf der Ausströmseite der Maschine, unmittelbar angrenzend an die Läufer 1, 2 und ihre Wiedervereinigung im Bereich des Anschlussstutzens 13 führt, ebenso wie die Aufteilung und Wiedervereinigung des Gasstromes auf der Einlassseite der Drehkolbenmaschine, durch die unterschiedlich langen Strömungswege und entsprechend unterschiedlich lange Laufzeiten der Schallwellen, zu einer wesentlichen Geräuschminderung, unmittelbar am Entstehungsort der Geräusche innerhalb der Drehkolbenmaschine.

Die Steuerung des Gasdruckes im Auslasskanal 6 erfolgt ebenfalls in unmittelbarer Nähe der Geräuscherzeugung durch eine Strömungsverbindung 19 und ein in dieser vorgesehenes Steuerelement 20, 21 oder 22, die in dem Bereich an der dem Gehäuseraum 11 zugekehrten Seite des Auslasskanals 6 angeordnet sind, an dem er sich mit seinem Auslassstutzen 13 aufgrund seines erfindungsge-mässen Verlaufs in grösster Annäherung über den Einlasskanal 5 hinwegerstreckt. Dieser Bereich liegt auf der die Zuströmseite bzw. dem Einlasskanal 5 aufweisenden Seite einer Mittelebene 24 der Drehkolbenmaschine, in der sich die Drehachsen 25, 26 des inneren Läufers 1 und des äusseren Läufers 2 befinden.

Die Strömungsverbindung 19 ist durch ein die Umfangsrichtung des Auslasskanals 6 zu derjenigen des Einlasskanals 5 hin fortsetzendes kurzes Kanalstück gebildet. Auf diese Weise erfolgt ein der Strömungsrichtung entsprechendes kreisförmiges Kurzschliessen zwischen beiden dieser Kanäle 5 und 6, durch das eine hinsichtlich Strömungsverlusten und Geräuscherzeugung optimale Lösung gegeben ist. Die Strömungsverluste sind minimal, da in geöffneter Position des Steuerelementes 20 bis 22 ebenfalls keine starke Umlenkung der Strömung erfolgt. Die Geräuschminderung ist optimal, da die Druckwellen in den Gasströmen sich durch den Kurzschluss der Strömungen zwischen Zu- und Abströmseite unmittelbar in Nähe der Läufer 1, 2 aufheben, bzw. in dem sie sich nicht in längeren Gehäuseteilen oder Verbindungskanälen geräuscherzeugend auswirken können, wie es beispielsweise bei der genannten Ausführung gemäss der DE-A 3 911 541 gegeben ist. Ausserdem wird durch die erfindungsgemässe Bauweise eine Vergrösserung des Gehäuses der Drehkolbenmaschine bzw. ihres gesamten, benötigten Einbauraumes vermieden.

Bei der Ausführung und Anordnung des Steuerelementes 20 nach Fig. 1 und 2 in Form einer zu den Läuferachsen 25, 26 parallelen Steuerwalze ist lediglich für die seitlich äussere Lagerung der Steuerwalze ein kurzer Lagerstutzen 28 vorgesehen, und ein Wellenzapfen 29, der die Verbindung mit einer nichtdargestellten Steuermechanik herstellt, ragt seitlich aus dem Maschinengehäuse heraus.

Wie die Aufsicht auf die Drehkolbenmaschine nach Fig. 2 zeigt, wird ein durch den Pfeil 30 angedeuteter Teil der Strömung bei Annäherung an den Auslassstutzen 13 mit axialer Strömungskomponente zu diesem hingeführt. Nach Passieren der Strömungsverbindung 19 wird ein Teil der Strömung mit umgekehrter axialer Komponente in Richtung des Pfeiles 31 auf die axiale Breite des Einlasskanals 5 zurückgeführt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das Steuerelement 21 als Tellerventil ausgeführt, und auf der dem Ventilteller gegenüberliegenden Seite des Auslasskanals 6 ragt aus dem Maschinengehäuse der zugehörige Betätigungsschaft 32 heraus.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 erfolgt die Drucksteuerung durch Rückführung eines Teils des komprimierten bzw. geförderten Gases aus dem Auslasskanal 6 in den Zuströmkanal 5 hinein durch ein als Drosselklappe ausgeführtes Steuerelement 22. Auch bei diesem Beispiel ragt ein die Klappe 22' tragender Wellenzapfen seitlich aus dem Maschinengehäuse heraus. Ausserdem ist auf der dem Steuerelement 22 gegenüberliegenden Seite des Auslasskanals 6 ein Montagedeckel 33 befestigt, der die Montage der Klappe 22' erleichtert.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Innenachsige Drehkolbenmaschine für die Verdichtung von gasförmigen Medien, mit von einem gemeinsamen Gehäuse dichtend umschlossenen, um feststehend angeordnete Achsen rotierenden Läufern (1, 2), die durch gegenseitigen Eingriff zwischen sich Arbeitsräume mit veränderlicher Grösse bilden, wobei sich am Umfang des kreiszylindrischen, die Läufer (1, 2) einschliessenden Gehäuseraumes (11) Ein- und Auslassöffnungen (3, 4) befinden, die die Arbeitsräume mit zu Ein- und Auslassstutzen (12, 13) des Gehäuses hin führenden Ein- und Auslasskanälen (5, 6) verbinden und wobei zur Drucksteuerung zwischen dem Einlass- und

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Auslasskanal (5, 6) eine ein Steuerelement (20-22) aufweisende Strömungsverbindung (19) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Auslassstutzen (12, 13) in Richtung parallel zur Drehachse der Läufer zueinander versetzt am Gehäuse angeordnet sind, mindestens einer der Ein-und Auslasskanäle (5, 6) bogenförmig, den kreiszylindrischen Gehäuseraum (11) bis zu dem zugehörigen Ein- oder Auslassstutzen (12, 13) hin um-schliessend, dem anderen Kanal (6, 5) angenähert ist, wobei die Strömungsverbindung (19) mit dem Steuerelement (20-22) im Bereich dieser Annäherung angeordnet ist.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (20-22) in axialer Richtung seitlich versetzt im Gehäuse der Drehkolbenmaschine gelagert ist, so dass es in Strömungsrichtung vor dem Auslassoder Einlassstutzen (12, 13) angeordnet ist.

3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- und Auslasskanal (5, 6) bogenförmig den kreiszylindrischen Gehäuseraum (11) bis zu dem zugehörigen, sich in tangentialer Richtung anschliessenden Ein- oder Auslassstutzen (12, 13) hin umschliessen, so dass ihre sich in den zugehörigen Ein- und Auslassstutzen (12, 13) fortsetzenden und in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeiführenden Strömungswege in der Nähe des Gehäuseumfangs sich gegenseitig überkreuzen.

4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (19) in dem Bereich an der dem Gehäuseraum (11) zugekehrten Seite des Auslasskanals (6) angeordnet ist, an dem er sich mit seinem Auslassstutzen (13) in grösster Annäherung über den Einlasskanal (5) hinwegerstreckt, wobei sich dieser Bereich auf der den Einlasskanal (5) aufweisenden Seite einer Mittelebene (24) der Drehkolbenmaschine befindet, in der sich die Drehachsen (25, 26) des inneren Läufers (1) und des äusseren Läufers (2) erstrecken.

5. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Achsen des Ein- und Auslassstutzens (12, 13) unter einem von ihnen eingeschlossenen Winkel von mehr als 90° sich kreuzend aneinander vorbeiführen, wobei dieser Winkel die Mittelebene der Drehkolbenmaschine einschliesst.

6. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung (19) eine die Kreisbogenform des Auslass- und Einlasskanals (6, 5) fortsetzende bogenförmige oder tangentiale Richtung hat.

7. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kanäle (5, 6) durch in Strömungsrichtung verlaufende Trennrippen (17, 18) in Teilkanäle (5a, 5b, 5c) unterteilt ist, so dass die Strömungswege zwischen den Teilkanälen (5a, 5b, 5c) bis zu ihrer Vereinigung im Bereich des zugehörigen Ein- oder Auslassstutzens (12, 13) gekrümmt und verschieden lang sind.

8. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die achsparallel gemessene Breite der Öffnungen (3, 4) mehr als doppelt so gross ist als der innere Durchmesser eines der Anschlussstutzen (12, 13).

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