DE1401422B - Außenachsige Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf außenachsige Rota- kannten Profilen werden und die Kantenwinkel am

tionskolbenmaschinen mit Kämmeingriff zwischen äußeren Nutrand stumpfer ausfallen, wodurch die

mindestens einem Rotor mit Spiralrippen und min- Gefahr einer Beschädigung dieser Kanten vermindert

destens einem Rotor mit Spiralnuten. wird. Da außerdem als Folge der Erfindung der

Derartige bekannte Rotationskolbenmaschinen 5 Durchmesser des Spiralnutenrotors gleich dem Teilwerden als Kompressoren oder Expansionsmaschinen kreisdurchmesser gewählt werden kann, wird die verwendet. Im folgenden wird der Rotor mit Spiral- lichte Weite der Blasspalte zwischen den benachbarrippen als »Spiralrippenrotor« oder »Rippenrotor« ten Nuten vermindert, was sich auch bei Maschinen und der mit Spiralnuten als »Spiralnutenrotor« oder mit Synchronisiergetrieben vorteilhaft auswirkt.
»Nutenrotor« bezeichnet. io Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach-

Die Rotorprofile solcher Rotationskolbenmaschi- stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es

nen haben das Merkmal gemeinsam, daß ein an der zeigt

Nutflanke des Spiralnutenrotors gelegener Punkt des Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Gehäuse

Flankenprofils als Erzeugende den Verlauf der ge- eines Rotationskolbenverdichters nach Linie I-I in

samten mitwirkenden Rippenflanke des Spiralrippen- 15 Fig. 2, jedoch ohne geschnittenen Spiralrippenrotor,

rotors oder wenigstens einen wesentlichen Teil der- Fig. 2 einen Querschnitt durch den Verdichter

selben bestimmt. Dieses Merkmal führt bei Maschi- nach Linie II-II in F i g. 1 mit Rotoren nach der Er-

nen ohne Synchronisiergetriebe, bei denen die gegen- findung,

seitige Mitnahme der Rotoren durch Berührung zwi- Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 2 in größerem

sehen den Rippen- und Nutflanken erfolgt, zu einem 20 Maßstab,

unverhältnismäßig großen Verschleiß an jenem Er- Fig. 4 eine Ausführungsform des erfindungsge-

zeugerpunkt des Spiralnutenquerschnitts im Vergleich mäßen Querschnitts einer Spiralnut mit den geome-

zu den übrigen Querschnittsbereichen, weil nur die- trischen Hilfsgrößen für sein Zustandekommen,

ser Punkt auf dem Flankenprofil des anderen Rotors Fig. 5 bis 10 den Kämmeingriff zwischen den Ro-

gleitet, während die übrigen Punkte des Spiralnuten- 25 toren im Normalschnitt zu den Rotorachsen in ver-

querschnitts nur vorübergehend in Berührung mit schiedenen Winkellagen,

der mitwirkenden Flanke des Spiralrippenprofils des Fig. 11 einen Querschnitt durch ein anderes Ausanderen Rotors gelangen und dabei allenfalls eine führungsbeispiel der Erfindung,
Abwälzbewegung ohne Gleiten ausführen. Fig. 12 eine Einzelheit aus Fig. 11 in größerem

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Gleiten nur 30 Maßstab.

eines bestimmten Bereichs der Spiralnuten auf der Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Verdichter Spiralrippenflanke zu vermeiden und den dadurch weist innerhalb eines Gehäuses 10 einen Spiralbedingten örtlichen Verschleiß der Spiralnutenflanke rippenrotor 12 und einen Spiralnutenrotor 14 auf, zu beseitigen. die sich im Kämmeingriff befinden. Die Rotoren 12,

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch 35 14 sind in den Stirnwänden 16, 18 des Gehäuses gelöst, daß zumindest ein an einem radial äußeren drehbar gelagert. Ein aus dem Gehäuse 10 heraus-Ende des in einer zu den Maschinenachsen senk- ragender Wellenstumpf 20 dient zum Antrieb des rechten Ebene liegenden Querschnitts jeder Spiral- Spiralrippenrotors 12, der seinerseits durch den nut beginnender Abschnitt durch einen Vektor er- Kämmeingriff den Spiralnutenrotor 14 antreibt,
zeugt ist, der vom Schnittpunkt eines von der Achse 40 Der Spiralrippenrotor 12 trägt vier spiralförmige dieses Rotors durch den radial innersten Punkt die- Rippen oder Kämme 22 mit konvexem Profil, die ses Spiralnutenquerschnitts verlaufenden Strahls mit sich außerhalb des Rotorteilkreises befinden, dem Teilkreis dieses Rotors ausgeht und dessen Der Spiralnutenquerschnitt enthält innerhalb seines Länge bei Verdrehung des erzeugenden Vektors vom Teilkreises sechs Spiralnuten 24 mit konkavem radial äußersten Punkt zum radial innersten Punkt 45 Querschnitt. Jedes Rippenprofil bzw. jeder Nutquerdieses Abschnitts stetig abnimmt, wobei das Spiral- schnitt wird durch den radial äußersten bzw. radial rippenprofil des anderen Rotors den von dem Spiral- innersten Punkt, in welchem sich die Rotorquernutenquerschnitt des gleichförmig mit diesem ge- schnitte in dem Augenblickszustand nach F i g. 3 gedrehten Rotors mit Spiralnutcn entwickelten Hüll- rade berühren, in eine vorauseilende Flanke 26 bzw. kurven entspricht. 50 28 und eine nacheilende Flanke 30 bzw. 32 unter-

Die erfindungsgemäße Ausbildung hat zur Folge, teilt, die bei dem ersten dargestellten Ausführungsdaß Nuten- und Rippenflanken der miteinander kam- beispiel jeweils spiegelsymmetrisch ausgebildet sind menden Rotoren während der gesamten Dauer des und im gesamten in Eingriff gelangenden Flanken-Kämmeingriffs oder wenigstens eines Teils davon bereich der erfindungsgemäßen Lehre folgen,
eine kombinierte Bewegung ausführen, die sich aus 55 Fig. 4 zeigt die geometrischen Zusammenhänge einer Abwälzbewegung und einer Gleitbewegung zu- für das Zustandekommen der erfindungsgemäßen sammensetzt, wobei letztere durch die unterschied- Flankenform des Spiralnutenrotors bei der vorausliche Länge der Profilabschnitte der Rippen- bzw. eilenden Nutflanke 28, während die nacheilende Nut-Nutflanken zwischen dem Eingriffsbeginn und dem flanke 32' zum Vergleich in herkömmlicher Form Eingriffende bedingt ist. Auf diese Weise verteilt sich 60 eingezeichnet ist. Die Drehachse des Rotors durchdas Gleiten bei jedem Rotor auf einen breiten Be- dringt die Querschnittsebene im Achspunkt 34, der reich der Profillänge, und die relative Gleitgeschwin- den Mittelpunkt des Teilkreises 36 bildet. Ein vom digkeit zwischen den im Kämmeingriff befindlichen Achspunkt 34 ausgehender Strahl S durch den radial Flanken beträgt nur einen Bruchteil der relativen innersten Punkt 38 des Nutquerschnitts schneidet in Glcitgeschwindigkeit bei den bekannten Profil- 65 seinem weiteren Verlauf den Teilkreis in einem Punkt formen. 40. Während die linke Nutflanke 32', die in F i g. 4

Die Erfindung bringt ferner den Vorteil mit sich, nach rechts bis zum Schnitt mit dem Teilkreis strich-

daß die Spiralnutcn erheblich breiter als bei den be- punktiert verlängert ist, durch einen vom Punkt 40

Claims (1)

1. 3 .4

   ausgehenden Radiusvektor r von gleichbleibender die am inneren Teil der Kammflanke des Rippen-Größe gebildet ist, nimmt der vom gleichen Punkt 40 rotors gleitet, worauf eine kurzzeitige Abdichtung aus die rechte Nutflanke 28 beschreibende Radius- längs der Gesamtbreite der Nut erfolgt und schließvektor ρ bei seiner Drehung vom radial äußersten Hch der Abdichtungspunkt zum anderen Ende des Punkt 42' am Teilkreis zum radial innersten Punkt 5 Kreisprofils der Nut überspringt. Im Fall des er-38 stetig an Größe ab. findungsgemäßen Profils, das durch einen wan-In den Fig. 5 bis 10 sind die Rotorprofile nach dernden Erzeugungspunkt gebildet wird, wandert Fig. 4 schematisch in mehreren verschiedenen rela- hingegen der Abdichtungspunkt 46 kontinuierlich tiven Winkellagen dargestellt. F i g. 5 zeigt die Lage, längs beider zusammenwirkender Flanken, wobei die in welcher der Scheitel 42 des Nutenrotors 14 eben io relative Gleitgeschwindigkeit zwischen den Flanken seine Abwälzbewegung am Boden 44 des Rippen- geringer ist als in den von einem Punkt erzeugten rotors 12 beendet hat, wobei die Scheitelkante des Wurzelteil des im wesentlichen kreisbogenförmigen Nutenrotors 14 im Abdichtungspunkt 46 abdichtend Profils. Auf diese Weise wird der auf der Reibung mit der Wurzel des Rippenrotorkammes 22 zusam- und der direkten Berührung beruhende Verschleiß menwirkt. Aus dieser Lage heraus setzen die Rotoren 15 vermindert und zugleich über die gesamten Flanken sodann ihre Umlaufbewegung in die in Fig. 6 ge- verteilt, anstatt wie bisher, auf die Randkanten des zeigte Lage fort, wobei der Abdichtungspunkt 46 Nutenrotors und auf den inneren von einem Punkt zwischen der Kammflanke des Rippenrotors 12 und erzeugten Teil des Rippenrotors beschränkt zu sein. der Nut des Nutenrotors 14 längs der Flanke des In den Fig. 11 und 12 ist ein weiteres Ausfüh-Kammes 22 des Rippenrotors sowie längs der Flanke 2° rungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei eine einer Nut des Nutenrotors wandert. Die Strecken, Injektionseinrichtung für Flüssigkeit (öl) vorgesehen welche der Abdichtungspunkt längs dieser beiden ist, die eipe Vorratskammer 48, der die Flüssigkeit Flanken wandert, sind verschieden, weil die eine von einer nicht gezeigten Druckquelle über eine EinFlanke innerhalb und die andere außerhalb des Teil- laßöffnung 51 zugeführt wird, umfaßt, und eine Vielkreises liegt, was bedeutet, daß die beiden Flanken 25 zahl von Injektionskanälen 52, welche die Vorratseine kombinierte Abwälz- und Gleitbewegung in be- kammer 48 mit dem Arbeitsraum verbinden. Der zug aufeinander auszuführen haben. Fig. 7 zeigt wesentliche Unterschied gegenüber dem Ausfüheine weitere Relativlage der beiden Rotoren, die rungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 besteht darin, daß noch deutlicher erkennen läßt, daß der Abdichtungs- die Rotoren ein anderes Flankenprofil aufweisen. Die punkt 46 kontinuierlich längs der beiden zusammen- 30 verschiedenen Flanken sind aus zwei Teilen zusamwirkenden Flanken wandert, dabei aber längs der mengesetzt, nämlich einem kreisbogenförmigen Teil Kammflanke des Rippenrotors zufolge der größeren und einem Teil, der nach einem wandernden Erzeu-Länge dieser Flanke eine höhere Wanderungsge- gungspunkt geformt ist, wobei der Nutenrotor, in schwindigkeit hat als längs der Nutenflanke des einer Querebene zu den Achsen der Maschine be-Nutenrotors. In F i g. 8 ist der Rippenrotorkamm 22 35 trachtet, mit einem kreisbogenförmigen Bodenteil in der Lage maximalen Eingriffs in die Rotornut 24 und geraden, kantennahen Teilen 56, 58 ausgeführt gelangt. Der Abdichtungspunkt 46 ist dann längs der ist, die an ihren Ansatzpunkten Tangenten zum kreis-Vorderflanken des Kammes 22 des Rippenrotors und förmigen Bodenteil bilden. Jede Kammflanke des der Nut 24 des Nutenrotors derart gewandert, daß Rippenrotors setzt sich aus einem kreisbogenförmi-L>r die Endpunkte dieser Flanken im gleichen Zeit- 40 gen Kuppenteil und einem nahe der Wurzel des punkt erreicht hat, d. h., der Scheitel des Rippen- Kammes liegenden Teil zusammen, der durch die gerotorkammes 22 bildet die Abdichtung am Boden raden Teile des Nutenprofils des Nutenrotors erzeugt des Nutenrotors. Gleichzeitig dichtet die Hinterflanke wird. Auf diese Weise wird der vom Kreisbogendes Rippenrotorkammes 22 über die Gesamtlänge profil her bekannte Vorteil, daß der äußere Teil des der Hinterflanke des Nutenrotors ab, was bekannt- 45 Rippenrotors gegenüber dem mitwirkenden Nutenlich ein Merkmal der Kreisbogenprofile ist. In Fig. 9 rohr keine Gleitbewegung ausführt, zugleich mit dem ist eine Relativlage der Rotoren dargestellt, in der weiteren Vorteil erzielt, daß die Gleitbewegung im sich die Rotoren um einen kleinen Winkel weiterge- Bereich der erzeugten Flanke zwischen der Scheiteldreht haben. Bei dieser Drehbewegung hat sich der kante der Nut und dem wurzelnahen Flankenteil des Abdichtungspunkt 46 zwischen den Rotoren sprung- 5° Kammes über einen größeren Teil der Flanken des haft zur hinteren Randkante des Nutenrotors bewegt, Kammes und der Nut verteilt wird. Ebenso wird auf wobei diese Kante nun eine Gleitbewegung ohne Ab- diese Weise vermieden, daß das öl an den Kammwälzung an dem inneren Flankenteil des Rippen- flanken durch die Nutenkanten weggeschabt wird; es rotors ausführt. In Fig. 10 ist schließlich eine Re- bildet sich hier ein keilförmiger Ölfilm aus, der gelativlage dargestellt, in welcher die Randkante des 55 eignet ist, die Reibung und damit den Verschleiß Mutenrotors die Wurzel der Flanke des Rippenrotor- zwschen den zusammenwirkenden Flankenteilen herkammes erreicht hat und in welcher der Scheitel 42 abzusetzen.

   des Kammes des Nutenrotors gerade seine Abwälz- Patentansprüche·
   bewegung am Boden 44 des Rippenrotors beginnt.

   Die Fig. 5 bis 10 erläutern sehr deutlich den Un- 60 1. Außenachsige Rotationskolbenmaschine mit

   icrschied zwischen Flanken, die durch einen wan- Kämmeingriff zwischen mindestens einem Rotor

   lcrnden Erzeugungspunkt erhalten werden, und mit Spiralrippen und mindestens einem Rotor

   l⁷lanken mit im wesentlichen kreisbogenförmigem mit Spiralnuten, dadurch gekenn zeich-

   Profil. Wie aus diesen Figuren erkennbar ist, besteht net, daß zumindest ein an einem radial äußeren

   in erheblicher Unterschied zwischen diesen beiden 65 Ende des in einer zu den Maschinenachsen scnk-

   'rofilcn. Im Fall der bekannten Kreisbogenprofile rechten Ebene liegenden Querschnitts jeder Spi-

   iegt der Abdichtungspunkt, radial betrachtet, zuerst ralnut (24) beginnender Abschnitt (28, 56, 58)

   in der vorderen Scheitelkante des Nutenrotors an, durch einen Vektor («) erzeugt ist, der vom

   Schnittpunkt (40) eines von der Achse (34) dieses Rotors (14) durch den radial innersten Punkt (38) dieses Spiralnutenquerschnitts verlaufenden Strahls (S) mit dem Teilkreis (36) dieses Rotors (14) ausgeht und dessen Länge bei Verdrehung des erzeugenden Vektors vom radial äußersten Punkt (42') zum radial innersten Punkt (38) dieses Abschnitts (28, 56, 58) stetig abnimmt, wobei das Spiralrippenprofil des anderen Rotors (12) den von dem Spiralnutenquerschnitt des gleichförmig mit diesem gedrehten Rotors (14) mit Spiralnuten (24) entwickelten Hüllkurven entspricht.

   2. Außenachsige Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (28, 56, 58) des Spiralnutenquerschnitts mindestens den überwiegenden Teil einer oder beider Querschnittshälften bildet.

   3. Außenachsige Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (28, 56) sich an der in Drehrichtung voreilenden Hälfte des Spiralnutenquerschnitts befindet.

   4. Außenachsige Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (28) des Spiralnutenquerschnitts durch eine Kurve zweiten Grades, z.B. eine Parabel oder Ellipse, gebildet ist.

   5. Außenachsige Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (56, 58) des Spiralnutenquerschnitts durch eine gerade Linie gebildet ist.

   6. Außenachsige Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gerade Linie durch die Rotorachse verläuft.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen