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Drehkolbenmascliine mit ineinander angeordneten Drehkolben Die Erfindung
betrifft Drehkolbenmaschinen mit exzentrisch ineinander angeordneten, miteinander
verzahnten Drehkolben, bei welchen das Arbeitsmittel stirnseitig durch den Gehäusedeckel
hindurch den von der Innenverzahnung des äußeren Drehkolbens und von der Außenverzahnung
des inneren Drehkolbens gebildeten Arbeitsräumen durch die seitlich zwischen den
Drehkolben sich bildenden öffnungen zugeführt wird.
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Drehkolbenmaschinen solcher Bauart bieten zahlreiche Vorteile, die
hier nicht weiter erläutert werden sollen; sie sind jedoch mit dem Nachteil beschränkter
axialer Länge ihrer Arbeitskammern behaftet, weil die stirnseitigen Ein- und Auslaßquerschnitte
nicht mit der Länge der Maschine wachsen. Jede Maßnahme, die die Strömungsverhältnisse
im Ein- und Auslaß bei gegebenen Querschnitten verbessert, erhöht auch die Wirtschaftlichkeit
der Maschine, sei es durch Verbesserung des Wirkungsgrades oder durch Erhöhung der
Fördermenge.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung der Einlaßverhältnisse,
und zwar an der Stelle des Übertrittes vom Einlaßstutzen in die Arbeitskammern oder
Zylinderräume. Das Arbeitsmittel tritt hier mit erheblicher Geschwindigkeit in die
Arbeitskammern ein und muß dabei die Stirnkanten der Drehkolbenkörper umströmen.
Die Größe der dabei auftretenden Energieverluste hängt stark von der Ausführung
dieser Kanten und von der Richtung, in der sie ausgeströmt werden, ab.
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Da die Kanten der konkaven Begrenzungsflächen zwischen den Zähnen
des inneren Drehkolbens keine besondere Funktion zu erfüllen haben, können sie ohne
weiteres abgerundet werden. Dies ist jedoch nicht oder nur in sehr beschränktem
Umfang bei den Kanten des äußeren Drehkolbens zulässig, weil andernfalls die Abdichtung
zwischen den einzelnen Arbeitskammern zu sehr beeinträchtigt werden würde.
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Es ist bei Drehkolbenmaschinen der eingangs genannten Bauart bereits
bekannt, den im stirnseitigen Gehäusedeckel angeordneten Einlaßstutzen für das Arbeitsmittel
zur Achse des inneren Drehkolbens geneigt verlaufen zu lassen. Hierdurch wird das
Arbeitsmittel zwar schon in einem gewissen Umfange in Richtung auf den inneren Drehkolben
zugeführt. Da der Einlaßstutzen jedoch in einer gemeinsamen Ebene mit der Achse
des Innendrehkolbens liegt, ist eine scharfe Umlenkung des Arbeitsmittels unvermeidlich.
Eine wesentliche Verbesserung der Einströmverhältnisse ist durch diese Maßnahme
nicht zu erreichen. Es wird daher angestrebt, die Zufuhr des Arbeitsmittels unter
Vermeidung von scharfen Umlenkungen möglichst von den Kanten des äußeren Drehkolbens
fort zu verlegen und die unvermeidlich dort verbleibende Zufuhr des Arbeitsmittels
unter möglichst geringer Strahlablenkung zu bewerkstelligen.
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Zu diesem Zweck zweigt erfindungsgemäß an der Oberseite der der Achse
des inneren Drehkolbens zugewendeten Hälfte des Einlaßstutzens ein gleichfalls im
Gehäusedeckel angeordneter Kanal ab, der schraubenförmig und annähernd konzentrisch
um die Achslinie des inneren Drehkolbens herumgeführt und mit seiner Austrittsöffnung
auf den im Bereich des inneren Drehkolbens liegenden Teil der Arbeitskammern gerichtet
ist. Dadurch wird ein Teil des Arbeitsmittels aus dem Einlaßstutzen durch den Kanal
der Arbeitskammer oder den Arbeitskammern im Bereich des inneren Drehkolbens zugeführt.
Infolge der guten Kantenabrundung des inneren Drehkolbens wird die Einströmung des
aus diesem Kanal in die Arbeitsräume eintretenden Arbeitsmittels nur wenig gestört.
Gleichzeitig unterliegt das einströmende Arbeitsmittel der Schleuderwirkung des
inneren Drehkolbens, so daß eine verbesserte Füllung der
Arbeitsräume
erfolgt. Da der schraubenförmig verlaufende Ringkanal in der Nähe der das Ende des
Einlasses steuernden Kante des Einlaßstutzens anschließt, also dort, wo die Arbeitskammern
infolge der sinusförmig verlaufenden Volumenänderung nur noch wenig Arbeitsmittel
aufnehmen,-sorgt er außerdem durch Verminderung der Stauwirkung für einen gleichmäßigeren
Zustrom und damit für eine geringere Geräuschentwicklung.
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Die Einström- und auch die Ausströmverhältnisse der Maschine können
noch dadurch verbessert werden, daß die Begrenzungsflächen zwischen den Zähnen des
inneren Drehkolbens in Achsrichtung entsprechend einer Parabel ausgeführt werden.
Die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Zylinderräume nimmt damit einen stetigeren,
Druckverluste herabsetzenden Verlauf. Verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
sind in den Zeichnungen am Beispiel eines 6 : 5 verzahnten Drehkolbenkompressors
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Drehkolbenmaschine, wobei
der Schnitt im Deckel durch den Saugstutzen gelegt ist; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt
durch den Gehäusedeckel entsprechend der Linie 11-II in Fig. 1; Fig. 3 und 4 zeigen
den gleichen Querschnitt, jedoch mit jeweils etwas abgeändertem Ringkanal. Wie aus
den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist der äußere Drehkolben 1 fliegend im Gehäuse
2 und der innere Drehkolben 3 mittels Zapfen 4 im Gehäusedecke15 gelagert. Der Gehäusedeckel
trägt den schräg zur Stirnwand geneigten Einlaßstutzen 6 und den zweckmäßigerweise
gleichfalls schräg zur Stirnwand geneigten Auslaßstutzen 7. An der inneren Hälfte
des Einlaßstutzens 6 schließt der Kana18 mit seiner Eintrittsöffnung9 an, führt
schraubenförmig um die Achse des inneren Drehkolbens 3 herum und ist mit seiner
Austrittsöffnung 10 auf die Arbeitskammern gerichtet, wobei die Öffnung
10 durch den in Fig. 2 und 3 im Schnitt gezeigten Wandteil 25 von
der Öffnung 9 getrennt ist.
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Die Arbeitskammern 11, 12, 13, 14 und 15 werden von
den in den Fig. 2 bis 4 durch gestrichelte Linien dargestellten Drehkolben 1 und
3 umschlossen. Bei der gleichsinnigen Drehung der Drehkolben um ihre Achsen vergrößern
bzw. verkleinern sich diese Räume entsprechend dem Sinussatz. Der Ansatz der Kanaleintrittsöffnung
9 am Einlaßstutzen 6 ist in Fig. 2 durch die strichpunktierte Linie 9a angedeutet.
In den Fig. 3 und 4 ist diese Linie der besseren Übersichtlichkeit halber fortgelassen.
Die oberhalb der Bildebene liegenden Umrißlinien der Ein- und Ausströmstutzen und
der Ringkanäle sind in den Fig. 2, 3 und 4 strichpunktiert dargestellt.
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Der Strömungsverlauf ist durch Pfeile angedeutet. Pfeil16 bezeichnet
den Eintritt des Arbeitsmittels in den Saugstutzen 6, während die Pfeile 17, 18
und 18 a den unmittelbaren Übertritt des Arbeitsmittels in die Arbeitskammern 11,
12 und 13 bezeichnen. Pfeil 19 deutet die im hinteren Teil auf der Innenhälfte des
Einlaßstutzens 6 anschließende Strömung an. Diese folgt dem - nur teilweise im Schnitt
dargestellten -schraubenförmig um die Achse des inneren Drehkolbens 3 herumgeführten
Ringkana18 und tritt am Ende des Kanals aus der Öffnung 10 in das obere Ende des
Saugstutzens wieder ein, um hier in die Arbeitskammern 11 und 12 zu strömen. Aus
dem Längsschnitt des inneren Drehkolbens 3 (Fig. 1) ist die parabolische Form der
zwischen den Zähnen liegenden Begrenzungsflächen 20 des inneren Drehkolbens ersichtlich.
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In Fig. 3 ist eine abgeänderte Form des Ringkanals dargestellt. Der
Kana121 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten nur dadurch, daß seine
Mündung 26 vom Einlaßstutzen 6 durch eine Wand 22 getrennt ist. Das durch den Kanal
strömende Arbeitsmittel kann also nicht in den Einlaßstutzen 6 zurückgelangen, sondern
strömt direkt in die Kammern 11 und 12. Eine gegenseitige störende Beeinflussung
der aus dem Einlaßstutzen und aus dem Ringkanal strömenden Gasmengen ist daher nicht
möglich.
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Eine weitere Abwandlung des schraubenförmigen Ringkanals zeigt Fig.
4. Die Mündung 27 des Kanals 23 ist zwar ebenfalls durch eine Wand 24 von
dem Einlaßstutzen 6 getrennt, jedoch ist die letzte Windung des Kanals als in sich
geschlossener Ring ausgebildet. Durch die strichpunktierte Linie 28 ist das hintere
Ende der Zwischenwand angedeutet, welche die Einströmöffnung des schraubenförmig
ausgebildeten vorderen Kanalabschnittes von dem ringförmig ausgebildeten Abschnitt
trennt. Das durch die Öffnung 9 in den Kanal hineingelangte Arbeitsmittel strömt
zum größten Teil in die Kammern 11, 12 ein, ein Rest wird aber immer wieder
im Ringkanal herumgeführt. Durch diese Maßnahme wird eine weitere Beruhigung des
niemals ganz stoßfreien Strömungsablaufs erzielt.