DE102004057991B4

DE102004057991B4 - Gehäuseschale, Laufrad sowie Seitenkanalverdichter

Info

Publication number: DE102004057991B4
Application number: DE102004057991.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Hartung; Dr. Müller Ingo
Original assignee: TNI MEDICAL AG
Current assignee: TNI MEDICAL AG, DE
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: DE102004057991A1

Abstract

Gehäuseschale (2, 52, 85, 102, 105) für einen Seitenkanalverdichter mit: mindestens drei ringförmigen Dichtstellen (21); und mindestens zwei ringförmigen Vertiefungen mit je einem Unterbrecher (41, 42, 43; 53, 54, 55, 56), die im Zusammenwirken mit einem Laufrad (3, 83, 103) zwischen je zwei benachbarten Dichtstellen (21) einen Kanal (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) bilden, wobei die ringförmigen Vertiefungen von den Unterbrechern abgesehen bezüglich einer gemeinsamen Symmetrieachse rotationssymmetrisch sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass des Ersten und der Einlass des Zweiten von zwei benachbarten ringförmigen Vertiefungen (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) von einer Ebene durch die Symmetrieachse geschnitten wird, wobei die Gehäuseschale (52) eine Verbindung (57, 58, 59) zwischen zwei benachbarten ringförmigen Vertiefungen aufweist, wobei die Verbindung die ringförmige Dichtstelle (21) zwischen den beiden benachbarten ringförmigen Vertiefungen unterbricht und so den Auslass einer Ersten der beiden ringförmigen Vertiefungen mit dem Einlass einer Zweiten der beiden benachbarten ringförmigen Vertiefungen (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) verbindet.

Description

Das Gebiet der Erfindung sind Verdichter, insbesondere Seitenkanalverdichter sowie Gehäuseschalen und Laufräder für Seitenkanalverdichter.
Die vom gleichen Anmelder am 12.10.2004 eingereichte Patentanmeldung ”Seitenkanalverdichter sowie Gehäuseschalen und Laufrad hierfür” ( DE 10 2004 049 613 A1 ) wird hierin durch Bezugnahme eingeschlossen.
Bei einem Seitenkanalverdichter schließen ein Gehäuse und ein Laufrad einen Kanal ein. Auf dem Laufrad sind Schaufeln angebracht, die in den Kanal hineinragen, diesen jedoch nicht vollständig ausfüllen. Insofern könnte das Laufrad auch zutreffend als Schaufelrad bezeichnet werden. In Drehrichtung des Laufrads gesehen ist ein Einlass zum Kanal vor einem Auslass vom Kanal vorgesehen. Der Kanal umfasst zwei Bereiche, nämlich einen, der von den Schaufeln des Laufrades durchlaufen wird, und den Seitenkanal, der nicht von den Schaufeln durchlaufen wird. Zwischen Ein- und Auslass ist ein Unterbrecher vorgesehen, der den Seitenkanal verschließt. Die wirksame Länge des Unterbrechers muss etwas länger als ein Schaufelabstand sein. Die Grenzfläche zwischen dem Seitenkanal und dem Rest des Kanals ist häufig eine Ebene senkrecht zur Drehachse des Laufrads oder ein Kegelmantel, dessen Achse mit der Drehachse des Laufrads zusammenfällt.
Durch den Einlass tritt ein Fluid, häufig ein Gas, insbesondere Luft in den Kanal ein. Ein Teil der Fluidmoleküle wird durch eine Schaufel in tangentialer Richtung mitgerissen. Aufgrund der Fliehkraft werden die betrachteten Fluidmoleküle auch radial nach außen beschleunigt und fließen so aus der Schaufel in den Seitenkanal hinaus. Dort werden sie in Richtung des Laufrads umgelenkt und erfahren durch das Laufrad eine weitere Beschleunigung. Die Fluidmoleküle werden also auf einer torusförmig gebogenen Schraubenbahn vom Einlass zum Auslass gefördert, wobei der Druck im Fluid ansteigt. Der Unterbrecher soll die Fluidmenge minimieren, die vom Auslass zum Einlass geschleppt wird.
Aus der DE 42 39 814 C2 ist ein geräuschreduzierter Seitenkanalverdichter bekannt. Die Geräuschreduzierung wird dadurch erreicht, dass die Einlassöffnung einen Durchlassquerschnitt aufweist, der sowohl kleiner als der Querschnitt des Einlassstutzens als auch kleiner als der Querschnitt des Seitenkanals ist. Der Übergang zwischen den unterschiedlichen Querschnitten verläuft kontinuierlich. 1 dieser Schrift zeigt ein Gehäuse, das außen Rippen aufweist.
Die DE 26 10 273 C3 beschäftigt sich mit der Optimierung des Verhältnisses von Schaufelzellenvolumen zur Summe von Schaufelvolumen plus Schaufelzellenvolumen. Hierdurch wird die über den Unterbrecher geschleppte Gasmenge verringert und so der Wirkungsgrad verbessert.
Die DE 199 55 955 A1 beschäftigt sich ebenfalls mit einer Verbesserung des Wirkungsgrads einer Seitenkanalmaschine. Die konstruktiven Änderungen betreffen lediglich die Schaufeln.
Die WO 00/68577 A1 (= EP 1 177 384 A1 ), die die Priorität der DE 199 21 785 A1 beansprucht, beschäftigt sich ebenfalls mit der Verbesserung des Wirkungsgrads einer Seitenkanalmaschine. Zu diesem Zweck werden eine Reihe von Labyrinthdichtungen zur Abdichtung des Spalts zwischen Laufrad und Gehäuse offenbart.
Aus den Druckschriften DE 876 283 B sowie der DD 237 533 A5 sind weiterhin Förderpumpen bekannt, bei denen in einer Gehäuseschale mehrere konzentrisch angeordnete Vertiefungen eingearbeitet sind, welche zusammen mit in Laufkörpern angeordneten Schaufelkränzen Förderkanäle zur Förderung eines Fluids bilden. Zur Erzielung eines hohen Druckunterschiedes ist hierzu der Auslass einer ringförmigen Vertiefung mit dem Einlass der folgenden ringförmigen Vertiefung verbunden.
Seitenkanalverdichter werden derzeit beispielsweise von der Rietschle Thomas GmbH + Co. KG oder der GUT Gesellschaft für Umwelttechnologie mbH angeboten.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen kompakteren Seitenkanalverdichter sowie eine Gehäuseschale und ein Laufrad hierfür anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Ausbildung mehrerer Kanäle zwischen einer Gehäuseschale und einem Laufrad eines Seitenkanalverdichters führt zu dieser kompakten Bauweise. Die Kanäle können vorteilhafterweise flexibel eingesetzt werden. Eine Serienschaltung der Kanäle führt zu einer erhöhten Druckdifferenz. Im Parallelbetrieb kann ein Kanal zur Förderung eines Kühlmediums eingesetzt werden, um den Seitenkanalverdichter von innen heraus zu kühlen. Dabei wird das Kühlmedium vorteilhafterweise im Leerlauf, also ohne Aufbau einer nennenswerten Druckdifferenz gefördert.
Die Anbringung der Unterbrecher benachbarter Kanäle in unterschiedlichen Zylindersektoren führt zu einer gleichmäßigeren Belastung der Antriebswelle des Laufrads und ermöglicht in vorteilhafter Weise, den Auslass eines Ersten Kanals in der Nähe des Einlasses eines Zweiten Kanals zu positionieren.
Erfindungsgemäß werden der Auslass des Ersten und der Einlass des Zweiten von zwei benachbarten Kanälen von einer Ebene durch die Drehachse des Laufrades geschnitten, somit ist der Abstand zwischen diesem Auslass und diesem Einlass optimal kurz, sodass an einer Verbindung zwischen diesem Auslass und diesem Einlass optimal wenig Druck abfällt.
Weiterhin ist erfindungsgemäß die Integration einer Verbindung zwischen dem Auslass des Ersten und dem Einlass des Zweiten von zwei benachbarten Kanälen in die Gehäuseschale vorgesehen, weil eine solche Verbindung optimal kurz ist. Darüber hinaus ist sie betriebswirtschaftlich sinnvoll, weil sie zur Einsparung externer Bauteile wie Anschlussstücke oder Verbindungsschläuche führt.
Es ist vorteilhaft, das Fluid von innen nach außen zu fördern, also den Einlass mit dem innersten Kanal und den Auslass mit dem äußersten Kanal zu verbinden, weil äußere Kanäle aufgrund der größeren Bahngeschwindigkeit der Laufradschaufeln einen größeren Differenzdruck erzeugen.
Die Anordnung der Kanäle in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Laufrads sorgt für Materialeinsparung, weil sowohl die Gehäuseschale als auch das Laufrad näherungsweise scheibenförmig ausgeführt werden können.
Die Gruppierung zweier benachbarter Kanäle zu einem Kanalpaar und die achsensymmetrische Anordnung der Unterbrecher, Ein- und Auslässe hinsichtlich der Drehachse des Laufrads, sodass insbesondere diese beiden Einlässe und diese beiden Auslässe je einen 180° Grad Winkel hinsichtlich der Drehachse des Laufrads einschließen, sorgt dafür, dass sich die von den beiden benachbarten Kanälen erzeugten Drehmomente senkrecht zur Drehachse optimal kompensieren.
Es wurde oben erwähnt, dass es vorteilhaft ist, das Fluid von innen nach außen zu fördern. Bei Gasen nimmt mit zunehmendem Druck das Volumen und damit der Volumenstrom in einem Verdichter ab. Deshalb ist es vorteilhaft, den Kanalquerschnitt und damit die Schaufelgröße der Kanäle von innen nach außen entsprechend der Druckzunahme im geförderten Medium zu reduzieren.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen, vierkanaligen Seitenkanalverdichter;
2 eine Untersicht des in 1 gezeigten Seitenkanalverdichters;
3 ein Laufrad des in 1 dargestellten Seitenkanalverdichters;
4 eine perspektivische Ansicht der dem Laufrad zugewandten Gehäuseseite;
5 eine Draufsicht auf die dem Laufrad zugewandte Seite einer zweiten Ausführungsform einer Gehäuseschale für einen mehrstufigen Seitenkanalverdichter;
6 eine Detailansicht des Bereichs Z in 5;
7 eine perspektivische Ansicht der dem Laufrad zugewandten Gehäuseseite des in 5 gezeigten mehrstufigen Seitenkanalverdichters;
8 eine dritte Ausführungsform eines mehrkanaligen Seitenkanalverdichters;
9 eine vierte Ausführungsform eines mehrkanaligen Seitenkanalverdichters; und
10 eine perspektivische Ansicht des Laufrads des in 9 gezeigten Seitenkanalverdichters.
1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen, vierkanaligen Seitenkanalverdichter 1. In der Literatur gibt es die Ausdrücke ein- und zweiflutig (z. B. WO 00/68577 A1 ). Bei einem zweiflutigen Seitenkanalverdichter sind die beiden Kanäle miteinander verbunden und können deshalb nur parallel betrieben werden. Deshalb scheint der Ausdruck flutig ungeeignet zur Beschreibung dieser Erfindung zu sein. Um anzudeuten, dass bei dieser Erfindung die Kanäle gegeneinander gedichtet sind, wird der Ausdruck ”kanalig” verwendet.
Seitenkanalverdichter 1 besteht aus einer Gehäuseschale 2 und einem Laufrad 3, das von einem Motor 4 angetrieben wird. Ein Deckel 5 ist mit Schrauben 6 an einem äußeren Rand von Gehäuseschale 2 befestigt. Zwischen Deckel 5 und dem äußeren Rand kann eine nicht dargestellte Dichtung vorgesehen sein. Die Gehäuseschale 2 kann Kühlrippen 7 aufweisen.
Gehäuseschale 2 und Laufrad 3 bilden vier Kanäle, die mit den Bezugszeichen 8, 9, 10 und 11 von innen nach außen durchnummeriert sind. Es handelt sich also um einen vierkanaligen Seitenkanalverdichter. Der mittlere Abstand der Kanäle von der Drehachse des Laufrads nimmt von innen nach außen zu, wobei es unerheblich ist, wie die Querschnittfläche eines Kanals genau gemittelt wird, um den mittleren Abstand zu berechnen.
Zwischen je zwei Kanälen sowie innerhalb des innersten Kanals 8 ist eine Dichtstelle mit einer in der 10 2004 049 613.7 beschriebenen Totvolumenkammer 21 vorgesehen. Die Anzahl der Dichtstellen ist also um 1 größer als die Anzahl der Kanäle. Eine solche Dichtstelle kann auch außerhalb des äußersten Kanals 11 vorgesehen sein. Letztere Dichtstelle ist die Kritischste, also die mit der größten Lässigkeit, weil sie den längsten Umfang abdichten muss. Der gegen Gehäuseschale 2 gedichtete Deckel 5 baut einen Gegendruck auf, um den Druckabfall an der kritischsten Dichtstelle gering zu halten und hierdurch deren Lässigkeit zu reduzieren.
Beispielhaft sind Auslass 13 von Kanal 8 und Einlass 14 zu Kanal 9 geschnitten dargestellt.
2 zeigt eine perspektivische Untersicht des in 1 dargestellten Seitenkanalverdichters. Man erkennt Einlässe 12, 14, 16 und 18, Auslässe 13, 15, 17 und 19, Kühlrippen 7 sowie Befestigungsösen 20. Der Auslass des Inneren ist in der Nähe des Einlasses des Äußeren von zwei benachbarten Kanälen angeordnet, sodass dieser Auslass über ein kurzes Schlauchstück mit diesem Einlass verbunden werden kann. Mit anderen Worten werden dieser Auslass und dieser Einlass von einer Ebene durch die Drehachse des Laufrads geschnitten. Pfeile deuten in 2 die Drehrichtung von Laufrad 3 an.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Laufrads 3. Es sind vier konzentrische Schaufelkränze für die Kanäle 8, 9, 10 und 11 mit Schaufeln 31 dargestellt. Die vier Schaufelkränze sind rotationssymmetrisch zur Drehachse von Laufrad 3 angeordnet, wobei die Brechung dieser Rotationssymmetrie durch die einzelnen Schaufeln vernachlässigt wird. In 3 sind die Schaufeln 31 in den vier Schaufelkränzen ohne Winkelversatz angeordnet, sodass eine Ebene durch die Drehachse von Laufrad 3 und vier Schaufeln aus je einem der vier Schaufelkränze gelegt werden kann.
Es sind aber auch unterschiedliche Anzahlen von Schaufeln in den Schaufelkränzen möglich. Insbesondere dann, wenn das Laufrad als Druckgußteil hergestellt wird, gibt es eine untere Grenze für die Wandstärke. Aus der DE 26 10 273 C3 ist bekannt, dass das Verhältnis von Schaufelzellenvolumen zu Schaufelvolumen die Fördereigenschaften beeinflusst, wobei dünne Schaufeln zu einem hohen Druck führen. Deshalb kann es einer anderen Ausführungsform sinnvoll sein, das Verhältnis von Schaufelzellenvolumen zu Schaufelvolumen in allen Schaufelkränzen konstant zu halten, was bei konstanter Schaufeldicke, also konstantem Schaufelvolumen, zu einer umso geringeren Anzahl von Schaufeln führt, je weiter innen der entsprechende Schaufelkranz liegt. Da auch die Bahngeschwindigkeit der Schaufeln die Fördereigenschaften beeinflusst, wird das Optimum zwischen einer konstanten Schaufelanzahl in allen Schaufelkränzen und einem konstantem Verhältnis von Schaufelzellenvolumen zu Schaufelvolumen in allen Schaufelkränzen liegen.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der dem Laufrad zugewandten Seite von Gehäuseschale 2. Man erkennt vier ringförmige Vertiefungen, die einen Teil der Wände der Kanäle 8, 9, 10 sowie 11 bilden. Da zwischen liegen die Dichtstellen, die als berührungsfreie Dichtungen in Form von Totvolumenkammern 21 ausgeführt sind. Darüber hinaus sind Unterbrecher 41, 42 und 43 in den Kanälen 8, 9 bzw. 10 dargestellt. Der Unterbrecher in Kanal 11 ist durch den Rand von Gehäuseschale 2 verdeckt. Vor und nach jedem Unterbrecher ist ein Loch für einen Ein- und Auslass dargestellt. Jeder Unterbrecher befindet sich in einem unterschiedlichen Zylindersektor. Von den Unterbrechern abgesehen, sind die vier ringförmigen Vertiefungen rotationssymmetrisch zur Drehachse des Laufrads.
5 zeigt eine Draufsicht auf die dem Laufrad zugewandte Seite einer zweiten Ausführungsform einer Gehäuseschale. Ähnlich wie in 4 erkennt man die berührungsfreien Dichtstellen zwischen den Vertiefungen, die einen Teil der Wände der Kanäle bilden. Auch die Unterbrecher 53, 54, 55, und 56 sowie die Befestigungsösen 20 sind dargestellt. Es ist nur ein Einlass 50 zum innersten Kanal und ein Auslass 51 vom äußersten Kanal vorgesehen. Zwischen den Kanälen befinden sich Verbindungen 57, 58 und 59. Jede Verbindung verbindet zwei nebeneinander liegende Kanäle und schaltet diese in Serie. Pfeile markieren den Weg des geförderten Fluids vom innersten Kanal zum äußersten Kanal. Durch die Serienschaltung mehrerer Kanäle kann eine höhere Druckdifferenz erzielt werden. Aufgrund der Kürze der Verbindungen fällt an diesen praktisch kein Druck ab. Außerdem ist das Integrieren der Verbindungen in die Gehäuseschale kostengünstiger als das Herausführen und Verbinden der Ein- und Auslässe.
Das Fluid wird also von den inneren Kanälen zu den äußeren Kanälen gefördert. Da der Druck im Fluid von Kanal zu Kanal ansteigt, der Volumenstrom also entsprechend abnimmt, kann der Querschnitt der Kanäle und die Schaufelgröße in den Kanälen von innen nach außen entsprechend der Zunahme des Absolutdrucks im Fluid abnehmen. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in den Kanälen näherungsweise konstant gehalten.
Durch eine Umkehrung der Drehrichtung des Laufrads kann das Fluid auch von dem äußersten Kanal zum innersten Kanal gefördert werden, was aber im Augenblick von den Erfindern als weniger vorteilhaft angesehen wird. In diesem Fall würde der Kanalquerschnitt und die Schaufelgröße von außen nach innen entsprechend der Zunahme des Absolutdrucks abnehmen. Vorteilhaft hieran ist, dass die innerste Dichtstelle weniger als halb so lang wie die äußerste Dichtstelle ist und somit eine geringere Lässigkeit aufweist. Um die Funktionen von gedichtetem Deckel 5 nachzuahmen, kann eine zusätzliche, nicht dargestellte Dichtstelle nah an der Achse von Laufrad 3 vorgesehen sein. Eine solche Dichtstelle wäre noch einmal deutlich kürzer.
6 zeigt eine Detaildarstellung vom Bereich Z in 5, also von Verbindungen 57 sowie Unterbrechern 53 und 54.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht der in 5 dargestellten Gehäuseschale. Hier ist die räumliche Form der Verbindungen und Unterbrecher besser zu erkennen.
8 zeigt eine dritte Ausführungsform eines mehrkanaligen, genauer achtkanaligen, Seitenkanalverdichters 80. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den bisherigen Ausführungsformen im Wesentlichen dadurch, dass Deckel 5 durch eine obere Gehäuseschale 85 ersetzt wurde. Entsprechend weist Laufrad 83 sowohl auf seiner Unterseite als auch auf seiner Oberseite Schaufelkränze auf, die die Luft in den oberen Kanälen 88, 89, 90, 91 fördern. Gehäuseschale 2 und obere Gehäuseschale 85 können Kühlrippen 7 aufweisen. Auslass 93 vom oberen inneren Kanal 88 sowie Einlass 98 zum oberen äußeren Kanal 91 sind geschnitten dargestellt. Darüber hinaus sind Auslass 99 von Kanal 91 sowie Einlässe 96, 94 und 92 zu Kanälen 90, 89 bzw. 88 erkennbar.
Bei dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Dichtstellen um zwei größer als die Anzahl der Kanäle, weil es bei dieser Ausführungsform zwei Gruppen vom Kanälen gibt, nämlich eine unterhalb und eine oberhalb von Laufrad 83.
In einer weiteren Ausführungsform, die eine Kombination der in 8 sowie 5 bis 7 dargestellten Ausführungsformen darstellt, kann Gehäuseschale 2 durch eine Gehäuseschale 52 ersetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch die obere Gehäuseschale 85 mit Verbindungen ausgerüstet werden, sodass auch die obere Gehäuseschale lediglich einen Einlass und einen Auslass aufweist.
Der Parallelbetrieb der unteren Kanäle 8, 9, 10 und 11 zusammen mit den oberen Kanälen 88, 89, 90 und 91, der gegenüber den in 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen lediglich die geförderte Fluidmenge verdoppelt, erscheint aufgrund der erforderlichen präzisen Fertigung und exakten Montage von oberer Gehäuseschale 85 sowohl gegenüber Laufrad 83 als auch gegenüber Gehäuseschale 2 nicht preiswert, aber technisch möglich.
Sinnvoll ist sicherlich eine Serienschaltung aller acht Kanäle zur Erhöhung der Druckdifferenz unter Beibehaltung einer kompakten Baugröße. Um hier die Druckdifferenz zwischen den beiden äußeren Kanälen 11 und 91 und damit den Druckabfall an der längsten Dichtstelle nicht zu groß werden zu lassen, sollten diese beiden Kanäle, genauer der Einlass des einen mit dem Auslass des anderen verbunden werden. Eine solche Verbindung kann auch in Gehäuseschale 2 und obere Gehäuseschale 85 integriert sein.
Sinnvoll ist auch eine Serienschaltung von weniger als acht Kanälen, wobei die verbleibenden Kanäle ein Kühlfluid wie beispielsweise Umgebungsluft beispielsweise im Leerlauf fördern.
Die vierte, in 9 dargestellte Ausführungsform eines Seitenkanalverdichters 100 ist eine Abwandlung der in 8 dargestellten Ausführungsform. Laufrad 103 sowie Gehäuseschale 102 und obere Gehäuseschale 105 sind so modifiziert, dass die Schaufeln im äußeren Kanal 111 ähnlich wie bei zweiflutigen Seitenkanalverdichtern etwa einen Viertelkreis darstellen.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht von Laufrad 103. Deutlich erkennbar sind 3 Schaufelkränze mit Halbkreisschaufeln 124 sowie die beiden äußeren Schaufelkränze mit Viertelkreisschaufeln 125.
Auch bei der in 9 und 10 dargestellten Ausführungsform eines Seitenkanalverdichters 100 können Einlässe und Auslässe durch in Gehäuseschalen 102 und 105 integrierte Verbindungen ersetzt werden, um Kanäle in Serie zu schalten.
Schließlich sei noch erwähnt, dass jeder Kanal bei den dargestellten Ausführungsformen ein Drehmoment
senkrecht zur Drehachse des Laufrads auf die Laufradachse überträgt. Dieses Drehmoment
wird im folgenden als Kippmoment bezeichnet. Es rührt daher, dass der Druck in der auslassseitigen Hälfte eines Kanals größer als der Druck in der einlassseitigen Hälfte des Kanals ist. Das Kippmoment
kann als Integral über die xy-Ebene berechnet werden, wobei die Drehachse in Richtung der z-Achse und durch den Ursprung verläuft:
Hierbei bezeichnet das Kippmoment in der xy-Ebene, r →(x, y) einen Ortsvektor zu einem Flächenelement dxdy, r →_z einen Einheitsvektor in Richtung der z-Achse und p(x, y) den Druck am Ort r →(x, y). Da nur Drehmomentanteile in der xy-Ebene betrachtet werden, brauchen nur Kraftanteile in z-Richtung e →_zp(x, y)dxdy bei der Berechnung des Kreuzprodukts berücksichtigt werden. Wenn für die Betrachtung der Momente der Druck in einem Kanal in radialer Richtung konstant angenommen wird, kann das Doppelintegral in eine Summe über die n Kanäle und ein Integral über den Winkel φ umgeformt werden. Dabei ist c_k eine Konstante, die den inneren und äußeren Radius des Kanals k berücksichtigt, p_k(φ) der Druck beim Winkel φ im Kanal k und e →_r(φ) ein Einheitsvektor in radialer Richtung. p_k(φ) wird unter anderem durch die Winkelposition des Unterbrechers in Kanal k bestimmt.
Ziel kann es bei einigen Ausführungsformen sein, den Betrag des Kippmoments durch geeignete Positionierung der Unterbrecher zu minimieren:
Zu diesem Zweck können benachbarte Kanäle zu Kanalpaaren gruppiert werden und die Ein- und Auslässe der beiden Kanäle eines Kanalpaars jeweils einen 180°-Winkel bezüglich der Drehachse des Laufrads einschließen.
Bei vier Kanälen wäre die optimale Anordnung zur Minimierung des Kippmoments 0°, 180°, 180°, 0° jeweils für Einlässe, Auslässe und Unterbrecher. Bei dieser Anordnung heben sich die verbleibenden Kippmomente des inneren und äußeren Kanalpaars weitgehend auf. Eine Anordnung 0°, 180°, 90°, 270° ist etwas schlechter. Bei drei Kanälen würde man die Einlässe, Auslässe und Unterbrecher so anordnen, dass je zwei Einlässe, 2 Auslässe und zwei Unterbrecher einen Winkel von 120° einschließen. Eine Anordnung 0°, 180°, 180° der Unterbrecher bei drei Kanälen ist auch nicht schlecht, wenn die Radien der Kanäle sehr unterschiedlich sind, da in diesem Fall der Betrag der von den einzelnen Kanälen gelieferten Kippmomente von außen nach innen stark abnimmt. Bei fünf Kanälen würde man eine Anordnung von 0°, 144°, 288°, 72°, 216° wählen.
Eine serielle Förderung des Fluids von innen nach außen und eine Reduzierung des Kanalquerschnitts von innen nach außen unterstützt die Kompensation der Kippmomente, weil der äußere Kanal eines Kanalpaars aufgrund der größeren Bahngeschwindigkeit der Schaufeln eine höhere Druckdifferenz erzeugt, die aufgrund des geringeren Kanalquerschnitts auf eine kleine Fläche wirkt. Es kann also auch der Kanalquerschnitt und/oder die Position der Totvolumenkammern, die über ck in die Formel (1) eingehen, zur Minimierung des Kippmoments eingesetzt werden.
Als gefördertes Fluid kommt vor allem Luft, aber auch andere Gase oder Flüssigkeiten in Frage.
Die Erfindung wurde zuvor anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Für einen Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Deshalb wird der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt.
Bezugszeichenliste

1: Seitenkanalverdichter
2: Gehäuseschale
3: Laufrad
4: Motor
5: Deckel
6: Schraube
7: Kühlrippe
8, 9, 10, 11: Kanal Einlass
12, 14, 16, 18: Einlass
13, 15, 17, 19: Auslass
20: Befestigungsöse
21: Totvolumenkammer
31: Schaufeln
41, 42, 43: Unterbrecher
50: Einlass
51: Auslass
52: Gehäuseschale
53, 54, 55, 56: Unterbrecher
57, 58, 59: Verbindung
80: Seitenkanalverdichter
83: Laufrad
85: obere Gehäuseschale
88, 89, 90, 91: Kanal
92, 94, 96, 98: Einlass
93, 99: Auslass
100: Seitenkanalverdichter
102: untere Gehäuseschale
103: Laufrad
105: obere Gehäuseschale
111: äußerer Kanal
124: Halbkreisschaufel
125: Viertelkreisschaufel
Z: Bereich

Claims

Gehäuseschale (2, 52, 85, 102, 105) für einen Seitenkanalverdichter mit: mindestens drei ringförmigen Dichtstellen (21); und mindestens zwei ringförmigen Vertiefungen mit je einem Unterbrecher (41, 42, 43; 53, 54, 55, 56), die im Zusammenwirken mit einem Laufrad (3, 83, 103) zwischen je zwei benachbarten Dichtstellen (21) einen Kanal (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) bilden, wobei die ringförmigen Vertiefungen von den Unterbrechern abgesehen bezüglich einer gemeinsamen Symmetrieachse rotationssymmetrisch sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass des Ersten und der Einlass des Zweiten von zwei benachbarten ringförmigen Vertiefungen (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) von einer Ebene durch die Symmetrieachse geschnitten wird, wobei die Gehäuseschale (52) eine Verbindung (57, 58, 59) zwischen zwei benachbarten ringförmigen Vertiefungen aufweist, wobei die Verbindung die ringförmige Dichtstelle (21) zwischen den beiden benachbarten ringförmigen Vertiefungen unterbricht und so den Auslass einer Ersten der beiden ringförmigen Vertiefungen mit dem Einlass einer Zweiten der beiden benachbarten ringförmigen Vertiefungen (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) verbindet.
Gehäuseschale gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Unterbrecher (41, 42, 43; 53, 54, 55, 56) benachbarter ringförmiger Vertiefungen (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) in unterschiedlichen Zylindersektoren bezüglich der Symmetrieachse befinden.
Gehäuseschale gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand der ersten ringförmigen Vertiefung von der Symmetrieachse kleiner als der mittlere Abstand der zweiten ringförmigen Vertiefung von der Symmetrieachse ist.
Gehäuseschale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Vertiefungen (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) von einer Ebene senkrecht zur Symmetrieachse geschnitten werden.
Gehäuseschale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Vertiefungen (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) von einem Kegelmantel geschnitten werden, dessen Symmetrieachse mit der Symmetrieachse der ringförmigen Vertiefungen zusammenfällt.
Gehäuseschale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseschale eine Vielzahl von ringförmigen Vertiefungen aufweist, wobei je zwei benachbarte ringförmige Vertiefungen zu einem Vertiefungspaar zusammengefasst werden, wobei die beiden Einlässe jedes Vertiefungspaars bezüglich der Symmetrieachse etwa einen 180°-Winkel einschließen und wobei die beiden Auslässe jedes Vertiefungspaars bezüglich der Symmetrieachse etwa einen 180°-Winkel einschließen.
Seitenkanalverdichter mit: einer Gehäuseschale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6; und einem Laufrad (3, 83, 103) mit mindestens zwei ringförmig angeordneten Schaufelkränzen, das gegenüber der Gehäuseschale (2, 52, 85, 105) so drehbar gelagert ist, dass je ein Schaufelkranz zusammen mit einer ringförmigen Vertiefung einen Kanal bildet und die drei ringförmigen Dichtstellen (21) der Gehäuseschale mit den drei Dichtstellen (21) des Laufrades zusammenwirken und die Kanäle (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) gegeneinander pneumatisch isolieren.
Seitenkanalverdichter gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Kanal (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) dadurch in Serie geschaltet sind, dass der Auslass (13, 15, 17) des ersten Kanals mit dem Einlass (14, 16, 18) des zweiten Kanals (8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91, 111) verbunden (57, 58, 59) ist, wobei der mittlere Abstand des ersten Kanals von der Drehachse kleiner als der mittlere Abstand des zweiten Kanals von der Drehachse ist.
Seitenkanalverdichter gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittfläche des ersten Kanals größer als die Querschnittfläche des zweiten Kanals ist.
Seitenkanalverdichter gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal ein Kühlfluid fördert.