DE102009012368B4

DE102009012368B4 - Lader mit Auslassstegen zur Abstützung von Rotordichtleisten

Info

Publication number: DE102009012368B4
Application number: DE102009012368.7A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Prior
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: US20090232689A1; DE102009012368A1; US7845921B2

Abstract

Verdrängerlader, umfassend: ein Rotorgehäuse (40) mit einem Rotorhohlraum (42), der mit einem Paar von parallelen zylindrischen Bohrungen ausgebildet ist, die ineinander übergreifen, so dass ein Längshohlraum mit einer inneren Umfangswand (46) gebildet wird, der eine verengte Querschnittsform aufweist, wobei sich die Bohrungen wie bei einer ”8” überlappen; ein Paar von Verdrängerrotoren (12, 13), die auf parallelen Längsachsen (14, 15) innerhalb des Rotorhohlraums (42) drehbar sind, wobei die Rotoren (12, 13) verzahnte Drehkolbenflügel (16, 17) mit äußeren Spitzen (28), die entgegengesetzt angeordneten Abschnitten der inneren Umfangswand (46) und zusammenwirkenden Vertiefungen (18, 19) in den zugeordneten Rotoren (12, 13) drehbar gegenüber liegen, aufweisen und dazu dienen, Luft in Längsrichtung von einem Einlassende (58) zu einem Auslassende (44) des Hohlraums (42) zu fördern, wobei die Drehkolbenflügel (16, 17) der Länge nach Nuten (30) aufweisen, die sich entlang ihrer äußeren Kanten erstrecken und elastische Spitzendichtleisten (32) aufnehmen, die mit der Umfangswand (46) des Hohlraums (42) und den zusammenwirkenden Aussparungen in den Rotoren (12, 13) in Eingriff kommen, um die Rotorkammern abzudichten und den Pumpwirkungsgrad zu verbessern; eine dem Einlassende (58) des Hohlraums (42) benachbarte Lufteinlassöffnung in dem Gehäuse (40), um Luft in die Rotorkammern einzulassen; eine Luftauslassöffnung (52) in dem Gehäuse (40) durch die dem Auslassende (44) des Hohlraums (42) benachbarte Umfangswand (46), um Druckluft aus dem Hohlraum (42) abzulassen, wobei sich die Auslassöffnung (52) über einem verengten Abschnitt (48) des Hohlraums (42) in der Nähe des Auslassendes (44) des Hohlraums (42) erstreckt; und Abstützungsstege (60), die sich seitlich über der Auslassöffnung (52) in der Länge nach im Abstand angeordneten Intervallen erstrecken und Innenflächen (62) aufweisen, die den Formen der zugeordneten Bohrungsflächen (46) entsprechen, wobei die Stege (60) die Dichtleisten (32) halten, wenn sie mit den Rotoren (12, 13) über dem Umfang der Auslassöffnungsflächen, die durch die Stege (60) gebildet sind, rotieren, um eine nach außen gerichtete Bewegung und das Flattern der Dichtleisten (32) zu reduzieren, wenn sie sich über der Öffnung (52) bewegen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft einen Verdrängerlader für Luft wie beispielsweise Roots-Gebläse oder Schraubenverdichter, die für Lader von Kraftfahrzeugmotoren oder andere Zwecke verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gehört zum Stand der Technik, zum Aufladen von Verbrennungsmotoren und zur Bereitstellung von Druckluft für andere Zwecke Verdrängerlader einzusetzen, die Rotoren mit Drehkolbenflügeln aufweisen. Ein solcher als Kraftfahrzeuglader verwendeter Verdrängerlader kann ein Gehäuse mit einem Rotorhohlraum umfassen, in dem zwei parallele Rotoren mit verzahnten (ineinander greifenden) Drehkolbenflügeln rotieren, um Luft zu verdichten, die in ein Ende des Gehäuses angesaugt und durch eine Öffnung in der Wand des Hohlraums in der Nähe eines gegenüber liegenden Endes des Gehäuses abgegeben wird. Die Rotoren können durch den Motor mit Riemen über eine Riemenscheibe oder durch einen direkt mit den zwei Rotoren verbundenen Getriebezug angetrieben werden. Derartige Lader werden beispielsweise in den Druckschriften DE 100 37 966 C1 , US 7,226,280 B1 , US 2004/0 042 921 A1 , US 3,667,874 A und US 2,906,448 A beschrieben.
Lader reagieren sehr empfindlich auf Spiele. Engere Spiele zwischen den zwei Rotoren sowie zwischen den Rotoren und der Wand des Rotorhohlraums verbessern Durchfluss und Leistung, indem das Ausströmen von heißer Ladedruckluft zur Einlassseite reduziert wird. Probleme beim Verschleiß durch Reibung begrenzen die engsten praktischen Betriebsspiele, die möglich sind. Wahrscheinlicher ist es, dass Verschleiß durch Reibung bei ständigem Vollastbetrieb aus dem Wärmewachstum herrührt, das sich aus hohen Austrittstemperaturen der Luft ergibt. Rotorsitze beeinträchtigen im Allgemeinen die Wirksamkeit, ein Spiel beizubehalten und Verschleiß durch Reibung zu verhindern.
Bei Hochleistungs- und Rennmotoren werden manchmal an den Außenkanten der Rotoren entlang elastische Spitzendichtleisten eingesetzt, um die Spiele abzudichten und ein verbessertes Betriebsverhalten und eine verbesserte Leistung zu bewirken. Jedoch macht eine kurze Haltbarkeit im Allgemeinen diese Anwendungen zur Nutzung in Fahrzeugen allgemeiner Produktion ungeeignet. Solche Dichtleisten können aus PTFE oder anderen elastischen Werkstoffen hergestellt werden, die Zähigkeit und Haltbarkeit aufweisen. Jedoch können Betriebsbedingungen in der Rotorkammer zum Flattern und Verschleiß beitragen, was die Betriebslebensdauer der Dichtleisten verkürzt. Die Luftauslassöffnung von der Rotorkammer kann im Allgemeinen dreieckig sein, mit einer dem Auslassende des Gehäuses benachbarten Basis und winkligen Seiten, die zu einer im Abstand von der Basis des Dreiecks angeordneten Spitze entgegengesetzt zur Luftstromrichtung in dem Gehäuse führen. Bei Betrieb, wenn die Dichtleisten über die Auslassöffnung laufen, bewegen sie sich in ihren Schlitzen nach außen, was zum Flattern führt und ihre Nutzungsdauer verkürzen kann. Wenn jede Dichtleiste wieder den Mittelpunkt der Auslassöffnung erreicht, bewegt sie sich vom Gehäuseumfang zu der Aussparung oder Vertiefung zwischen den zugeordneten Drehkolbenflügeln und wird mit der Wahrscheinlichkeit erhöhten Verschleißes in ihre Nut zurück gedrückt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wartungszugänglichkeit und Lebensdauer von Dichtleisten für Roots-Gebläse und Schraubenverdichter-Lader zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Verdrängerlader gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die Erfindung reduziert das Flattern und den Verschleiß der Dichtleisten an der Auslassöffnung dadurch, dass in Längsrichtung im Abstand angeordnete Abstützungsstege vorgesehen sind, die sich seitlich über die Öffnung in Drehrichtung der Rotoren erstrecken. Die Abstützungsstege weisen Innenflächen auf, die mit den zugeordneten Bohrungen des Rotorhohlraums maschinell bearbeitet sind und so die Dichtleisten vibrationsfrei halten, wenn sie über die Abstützungsflächen laufen. Die Abstützung reduziert die Dauerbiegebeanspruchung der Dichtleisten und den sich daraus ergebenden Verschleiß an den Kanten der Auslassöffnung. Jede Dichtleiste berührt ein Abstützungssteg nur während einer nach innen gerichteten Bewegung zur Mitte der Öffnung hin, wo sich die maschinell bearbeiteten Bohrungen schneiden und die Dichtleiste sich in eine Vertiefung des dazugehörigen Rotors des Paares bewegt. Folglich wird die Breite der Abstützungsstege von den Außenkanten der Auslassöffnung zur Mitte, wo jede Dichtleiste den Kontakt mit ihrem entsprechenden Abstützungssteg verliert, schmaler gemacht, um den Verschleiß durch Kantenwirkung der Dichtleisten zu reduzieren.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen direkter verständlich, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist die bildhafte Ansicht einer Rotorgruppe mit verzahnten Rotoren, die erfindungsgemäße Dichtleisten für einen Lader aufweisen;
2 ist eine Stirnansicht in Richtung der Pfeile von der Linie 2-2 von 1, die die Ausführung von Dichtleiste und Nut darstellt;
3 ist eine bildhafte Ansicht in das Auslassende eines Gehäuses, die die Rotoren in einem Rotorhohlraum und quer verlaufende erfindungsgemäße Dichtleistenabstützungsstege zeigt; und
4 ist eine bildhafte Ansicht der oberen Gehäuseseite, die die quer verlaufenden Dichtleistenabstützungsstege über der dem Auslassende des Gehäuses benachbarten Auslassöffnung zeigt.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug zuerst auf 1 und 2 der Einzelteilzeichnungen gibt die Zahl 10 im Allgemeinen eine Rotorgruppe für einen Verdrängerlader vom bekannten Roots-Typ an. Die Gruppe umfasst Doppelrotoren 12, 13, die auf parallelen Achsen 14, 15 drehbar sind. Die Rotoren besitzen entgegengesetzt gerichtete, wendelförmige Drehkolbenflügel 16, 17 mit jeweils wechselnden Vertiefungen 18, 19, die in ihrer Gebrauchslage wie in einem Gehäuse verzahnt dargestellt sind. Die Rotation jeweils im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn wie in 1 der Zeichnungen durch Pfeile 20, 21 dargestellt, fördert Luft zwischen den Drehkolbenflügeln von einem Einlass 22 am entfernteren Ende 23 zu einem dem nahe gelegenen Ende 25 der Rotoren benachbarten Auslass 24, wie es in 1 gezeigt ist.
Die radialen äußeren Enden oder Spitzen 28 der auch in 2 dargestellten Rotordrehkolbenflügel 16, 17 sind mit T-Nuten 30 versehen, in denen elastische Spitzendichtleisten 32 gehalten sind, um Radialspiele zwischen den Rotoren und einem äußeren Gehäuse, in das die Rotorgruppe eingebaut werden kann, abzudichten. Jede Dichtleiste 32 besitzt einen T-förmigen Querschnitt mit einem Dichtungsabschnitt 34, der sich durch einen engen Teil ihres Schlitzes zum Dichtungseingriff mit einem Rotorhohlraum erstreckt, und einem Halteabschnitt 36, der in einem breiteren Teil des Schlitzes aufgenommen ist, um die Dichtleiste in ihrem Schlitz festzuhalten. Falls erwünscht, können die Dichtleisten 32 durch nicht dargestellte Federn nach außen in die in 2 gezeigte Stellung vorgespannt werden, oder können während einer Drehung auf eine Zentrifugalkraft angewiesen sein, um die Dichtleisten nach außen zu drücken. Die Dichtleisten können aus Polytetrafluorethylen (PTE) oder einem beliebigen anderen geeigneten Dichtungswerkstoff hergestellt sein.
3 zeigt die in einem Gehäuse 40 eingebaute Rotorgruppe 10, wobei das nicht dargestellte Steuergehäuse entfernt ist, um die Rotoren 12, 13 in einem Rotorhohlraum 42 durch das offene Auslassende 44 des Gehäuses zu zeigen. Der Rotorhohlraum 42 wird durch zwei parallele zylindrische Bohrungen gebildet, die ineinander übergreifen, um einen länglichen Hohlraum mit einer inneren Umfangswand 46 zu bilden, der eine verengte Querschnittsform 48 aufweist, wobei die Bohrungen, einer 8 ähnlich, ineinander übergreifen.
4 zeigt eine Draufsicht des Gehäuses 40 vom Auslassende 44. Eine obere Wand 50 des Gehäuses 40 ist mit einer dreieckförmigen Auslassöffnung 52 versehen, die dem Gehäuseauslassende 44 benachbart ein breiteres Ende 54 des Dreiecks aufweist, wobei die Spitze 56 des Dreiecks zum Einlassende 58 des Gehäuses gerichtet ist. Die Auslassöffnung 52 erstreckt sich seitlich über dem verengten Abschnitt 48 des Hohlraums 42 von einer kleinen Breite an der Spitze 56 zu einer großen Breite an dem breiteren Ende 54 in der Nähe des Auslassendes 44 des Gehäuses.
Bei einem Lader herkömmlicher Produktion ohne Rotordichtleisten kann die Auslassöffnung 52 ein einzelnes dreieckförmiges Loch sein. Werden jedoch Rotordichtleisten 32 verwendet, wie es für Rennzwecke oder andere Zwecke ausgeführt werden kann, ermöglicht das Hinwegtreten der Rotorspitzen 28 über die Öffnung 52, dass sich die Spitzendichtleisten 32 unter der Zentrifugalkraft in den Schlitzen 30 geringfügig nach außen bewegen. Diese werden anschließend durch Eingriff der Dichtleisten mit den Vertiefungen 18, 19 der zugeordneten Rotoren zurück geschoben, was einen erhöhten Verschleiß der Dichtleisten und einen möglichen frühen Ausfall verursacht. Das Ergebnis ist, dass die kürzere Lebensdauer der Dichtleisten sie für normale Fahrzeuganwendungen unbrauchbar macht.
Um die Lebensdauer von Spitzendichtleisten 32 zu erhöhen, die bei Laderanwendungen verwendet werden, ist die Auslassöffnung 52 mit Abstützungsstegen 60 versehen, die sich seitlich über die Öffnung 52 in der Drehrichtung der Rotorspitzen in der Länge nach im Abstand angeordneten Intervallen entlang der Öffnung 52 erstrecken. Die Stege 60 weisen Innenflächen 62 auf, die den Formen der zugeordneten Bohrungsflächen der Innenwand 46 entsprechen, so dass die Dichtleisten 32 in Abständen abgestützt werden, wenn sie sich mit den Rotoren über den Umfang der durch die Stege gebildeten Auslassöffnungsflächen 62 drehen. Dies reduziert die Bewegung der Dichtleisten 32 nach außen und das Flattern, wenn sie sich über die Auslassöffnung 52 hinweg bewegen, um mit den Vertiefungen 18, 19 der zugeordneten Rotoren in der Nähe des Mittelpunktes der Auslassöffnung 52 in Eingriff zu kommen.
Falls erwünscht, können die Breiten 64 der Steginnenflächen 62 von den seitlich äußeren Kanten 66 der Öffnung zu dem verengten Formabschnitt 48 des Hohlraums 42 nach innen abgeschrägt sein, um Kantenverschleiß der Dichtleisten zu reduzieren, wenn sie entlang der Steginnenflächen 62 zu dem Abschnitt mit verengter Form 48 laufen. Außerdem können die Breiten 68 der Stege 60 gleichermaßen mit den Breiten 64 ihrer Innenflächen 62 abgeschrägt sein, um das Gewicht der Struktur zu verringern. Wenn das Gehäuse ein Gussteil ist wie beispielsweise ein Aluminiumgussteil, können die Stege als Teil des Gussteils geformt und maschinell bearbeitet werden.
Bezugszeichenliste

10: Rotorgruppe
12: rechtsläufiger Rotor
13: linksläufiger Rotor
14: Parallelachse
15: Parallelachse
16: rechtsläufige Drehkolbenflügel
17: linksläufiger Drehkolbenflügel
18: rechtsläufige Vertiefungen
19: linksläufige Vertiefungen
20: Pfeil im Uhrzeigersinn
21: Pfeil entgegen dem Uhrzeigersinn
22: Einlass
23: entfernteres Ende
24: Auslass
25: nahe gelegenes Ende
28: Rotorspitzen
30: T-Nuten
32: Spitzendichtleisten (2)
34: Dichtungsabschnitt
36: Halteabschnitt
40: Gehäuse
42: Rotorhohlraum
44: Gehäuseauslassende
46: innere Umfangswand
48: Abschnitt mit verengter Form
50: obere Wand
52: Auslassöffnung
54: breiteres Ende
56: Scheitelpunkt
58: Einlassende des Gehäuses
60: Abstützungsstege
62: Innenflächen
64: Breiten der Steginnenflächen
66: Öffnungskanten
68: Breiten der Stege

Claims

Verdrängerlader, umfassend: ein Rotorgehäuse (40) mit einem Rotorhohlraum (42), der mit einem Paar von parallelen zylindrischen Bohrungen ausgebildet ist, die ineinander übergreifen, so dass ein Längshohlraum mit einer inneren Umfangswand (46) gebildet wird, der eine verengte Querschnittsform aufweist, wobei sich die Bohrungen wie bei einer ”8” überlappen; ein Paar von Verdrängerrotoren (12, 13), die auf parallelen Längsachsen (14, 15) innerhalb des Rotorhohlraums (42) drehbar sind, wobei die Rotoren (12, 13) verzahnte Drehkolbenflügel (16, 17) mit äußeren Spitzen (28), die entgegengesetzt angeordneten Abschnitten der inneren Umfangswand (46) und zusammenwirkenden Vertiefungen (18, 19) in den zugeordneten Rotoren (12, 13) drehbar gegenüber liegen, aufweisen und dazu dienen, Luft in Längsrichtung von einem Einlassende (58) zu einem Auslassende (44) des Hohlraums (42) zu fördern, wobei die Drehkolbenflügel (16, 17) der Länge nach Nuten (30) aufweisen, die sich entlang ihrer äußeren Kanten erstrecken und elastische Spitzendichtleisten (32) aufnehmen, die mit der Umfangswand (46) des Hohlraums (42) und den zusammenwirkenden Aussparungen in den Rotoren (12, 13) in Eingriff kommen, um die Rotorkammern abzudichten und den Pumpwirkungsgrad zu verbessern; eine dem Einlassende (58) des Hohlraums (42) benachbarte Lufteinlassöffnung in dem Gehäuse (40), um Luft in die Rotorkammern einzulassen; eine Luftauslassöffnung (52) in dem Gehäuse (40) durch die dem Auslassende (44) des Hohlraums (42) benachbarte Umfangswand (46), um Druckluft aus dem Hohlraum (42) abzulassen, wobei sich die Auslassöffnung (52) über einem verengten Abschnitt (48) des Hohlraums (42) in der Nähe des Auslassendes (44) des Hohlraums (42) erstreckt; und Abstützungsstege (60), die sich seitlich über der Auslassöffnung (52) in der Länge nach im Abstand angeordneten Intervallen erstrecken und Innenflächen (62) aufweisen, die den Formen der zugeordneten Bohrungsflächen (46) entsprechen, wobei die Stege (60) die Dichtleisten (32) halten, wenn sie mit den Rotoren (12, 13) über dem Umfang der Auslassöffnungsflächen, die durch die Stege (60) gebildet sind, rotieren, um eine nach außen gerichtete Bewegung und das Flattern der Dichtleisten (32) zu reduzieren, wenn sie sich über der Öffnung (52) bewegen.
Lader nach Anspruch 1, bei dem die Breiten (64) der Innenflächen (62) der Stege (60) von seitlich nach außen gerichteten Kanten der Öffnung (52) nach innen zu dem verengten Abschnitt (48) des Hohlraums (42) abgeschrägt sind, um Kantenverschleiß der Dichtleisten (32) zu reduzieren, wenn sie sich entlang der Steginnenflächen (62) zu dem verengten Abschnitt (48) bewegen.
Lader nach Anspruch 2, bei dem die Breiten der Stege (60) in gleicher Weise mit den Breiten (64) ihrer Innenflächen (62) abgeschrägt sind, um das Gewicht der Struktur zu minimieren.
Lader nach Anspruch 2, bei dem die Luftauslassöffnung (52) allgemein dreieckig ist, wobei sie eine dem Auslassende (44) des Gehäuses (40) benachbarte Basis und winklige Seiten aufweist, die zu einer Spitze (56) führen, die im Abstand von der Basis des Dreiecks entgegengesetzt zur Richtung des Luftstroms angeordnet ist.
Lader nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse (40) ein Gussteil ist und die Stege (60) als Teil des Gussteils ausgebildet und maschinell bearbeitet sind.