DE1503575C3 - Rotierender Verdrangungsverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Verdrängungsverdichter mit zwischen zwei rotierenden Seitenscheiben angeordneten, achsparallelen, zylindrischen Verdichtungskolben, die quer in radial gerichtete, mit U-förmigen Wänden versehene Verdichtungskammern eines drehbaren, zum Teil in den Bereich zwischen den Seitenscheiben dicht einfassenden Gegenläufers bzw. Zylinderträgers diesen dabei in der Drehbewegung mitnehmend nacheinander eindringen.

Eine Rotationskolbenmaschine der vorerwähnten Konstruktion ist als Brennkraftmaschine beschrieben worden (siehe die britische Patentschrift 354 882). Die zwischen den Seitenscheiben angeordneten Kolben sind dabei als rohrförmige, um entsprechende Achsen gelagerte Rollen oder als massive zylindrische Bolzen ausgebildet. In die jeweils durch einen Kolben abgeschlossenen Arbeitskammern wird durch eine Radialbohrung in der hohlen Achse des Gegenläufers oder durch Kanäle im Bereich dieser Achse Brennstoff eingespritzt, der zur Zündung gebracht wird, wenn die Kolben die Stelle des tiefsten Eingriffs in die Zylinder überlaufen. Die expandierten Verbrennungsgase entweichen radial nach außen aus den Arbeitskammern, wenn diese nach entsprechender Weiterdrehung wieder geöffnet werden. Nachdem bezüglich einer ähnlich aufgebauten Verdrängermaschine, bei der allerdings die Verdichtungskolben sternartig

ίο an Armen eines Kolbenträgers und nicht zwischen Seitenscheiben befestigt sind und die Verdichtungsbzw. Arbeitskammern durch an den Stirnseiten der beiden Rotoren anliegende Statorseiten wände seitlich abgeschlossen werden, schon auf die Verwendbarkeit dieser Maschine als Verdichter hingewiesen wird (siehe die französische Patentschrift 1 305 741), liegt es auf der Hand, daß auch eine Maschine der eingangs genannten Bauweise, bei der die Kolben zwischen Rotorseitenscheiben angeordnet sind, als Verdichter

so ausgebildet und verwendet werden könnte. Die Verwendungsmöglichkeit solcher Verdrängermaschinen als Brennkraftmaschinen hatte bisher ohnehin nur theoretische Bedeutung, praktische Bedeutung hat sie nicht erlangt.

Allerdings ist auch in der letztgenannten Vorveröffentlichung (französische Patentschrift 1 305 741) nur die Zufuhr von Kraftstoff in die Verdichtungs- bzw. Arbeitskammern klar erläutert, weiche dabei nahe der Drehachse des Zylinderträgers bzw. Gegenläufers in den Grund der Arbeitskammern über seitliche Bohrungen in den Statorwänden erfolgt. Dadurch wäre aber grundsätzlich schon die Anregung gegeben, daß bei der Verwendung einer solchen Maschine als Verdichter das verdichtete Gas über seitliche Öffnungen in den Gehäuseseitenwänden in der Nähe des Grundes der Verdichtungskammer, in der gerade der höchste Verdichtungsgrad erreicht worden ist, abgeführt werden könnte. Die Auslaßöffnung sollte aber wesentlich größer sein als die Weite eines Einlaßkanals für flüssige Brennstoffe. Würde sie in der Nähe der Achse oder Welle des Zylinderträgers liegen, so wäre kaum noch eine gute Abdichtung gegenüber der Rotor- oder Wellenlagerung möglich, es sei denn, man würde den Zylinderträger im Außendurchmesser sehr groß wählen.

Ferner wird auf eine als Flüssigkeitspumpe gedachte rotierende Verdrängermaschine der hier in Frage kommenden Bauart hingewiesen (siehe die USA.-Patentschrift 1456 694), bei welcher an dem einen Rotor die Kolben sternartig an Armen befestigt sind, der Zylinderträger jedoch mit bis zu seinem Umfang reichenden Seitenscheiben versehen ist. Hier gelangt die geförderte Flüssigkeit über Kanäle am Grund jeder der als Zylinder wirkenden U-förmigen Ausnehmung in eine Kammer an der einen Seitenscheibe des Zylinderträgers, wobei auch Rückschlagventile in diesen Kanälen vorgesehen sein können, und wird von dort durch eine Hohlwelle dieses Rotors abgeleitet. Es wäre kaum zweckmäßig, diese Art der Ableitung auch bei einem entsprechenden Verdichter anzuwenden, da bei starker Erwärmung des Fördergases auch das Lager für die Hohlwelle stark erwärmt würde und besondere Maßnahmen für eine Lagerkühlung oder Wärmeisolierung vorgesehen werden müßten.

Erwähnt sei noch, daß bei einer bekannten Dampfmaschine der hier in Frage kommenden Verdrängerbauart, bei der aber der Zylinderträger ähnlich wie ein innenverzahntes Außenzahnrad ausgebildet ist

und den Kolbenträgerrotor exzentrisch umgibt, wobei die Kolben sternartig an Armen dieses Rotors befestigt sind (siehe die österreichische Patentschrift 14 856), der antreibende Dampf über Kanäle in der Achse des Kolbenträgers und über Radialbohrungen in den Trägerarfnen, welche auch durch die Kolben hindurch führen, in die Arbeitskammern des Zylinderträgers gelangt, die gerade die Stellung des tiefsten Eingriffs eines Kolbens in die Kammer überlaufen haben. Auf einen Verdichter, bei dem die Kolben zwischen rotierenden Seiten scheiben angeordnet sind, kann eine solche Konstruktion aber nicht übertragen werden, ganz abgesehen davon, daß die Achse einen sehr großen Außendurchmesser haben müßte, wenn sie noch einen Kanal für die Abfuhr des verdichteten Gases aufnehmen sollte.

Aufgabe der Erfindung ist es; bei einer Maschine der eingangs erwähnten Art, die als Verdichter verwendet werden soll, einen günstigen Weg der Ableitung für das verdichtete Gas aus den Verdichtungskammern zu finden, bei dem nicht Wellenlager und t Stopfbuchsen einer übermäßigen Erwärmung durch dieses Gas ausgesetzt sind und der Ableitungskanal oder die Ableitungskanäle so weit ausgebildet werden können, wie dies am zweckmäßigsten ist.

Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einem solchen rotierenden Verdrängerverdichter die Verdichtüngskolben hohl ausgebildet sind und jeweils eine radial gerichtete, in die Verdichtungskammern mündende, durch ein Rückschlagventil verschließbare Querbohrung zur Ableitung des Fördermediums aus den Verdichtungskammern aufweisen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß auf den hohlen Verdichtungskolben Kolbenhülsen mit geringem Spiel angeordnet sind.

Um den Grad der Ungleichförmigkeit der Drehung der Rotoren möglichst gering zu halten, sollten fünf längs des Umfangs gleichmäßig verteilte Verdichtungskammern am Gegenläufer und fünf ebenfalls gleichmäßig am Umfang verteilte Verdichtungskolben zwischen den Seitenscheiben angeordnet sein.

Zur Verbesserung der Abdichtung können beiderseits der Verdichtungskammern auf den Stirnflächen des Gegenläufers Dichtungsnuten angeordnet sein, die im radial innen liegenden Bereich der Verdichtungskammern in diese einmünden. Ferner kann der Gegenläufer im Bereich zwischen den Verdichtungskammern radiale Aussparungen aufweisen, deren Kanten mit Abschrägungen versehen sind.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben; es zeigt

Fig. 1 die beiden Rotoren eines erfindungsgemäßen rotierenden Verdrängerverdichters schematisch im Querschnitt,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Rotoren nach Fig. 1, , ,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Gegenläufers.

Der Arbeitsrotor bzw. Kolbenträger des Verdichters nach der Zeichnung besteht aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Seitenscheiben la und Ib und diese miteinander verbindenden, zylindrisch geformten Verdichtungskolben 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, die zwischen den Seitenscheiben befestigt sind. Die Kolben 2a... 2e sind dabei mit einer der Scheiben, nämlich mit der Scheibe la, durch Einsetzen in entsprechende Ausnehmungen 11 verbunden. Es handelt sich insgesamt um fünf Kolben 2a...2e, die in gleicher Teilung und mit gleichem Radiälabstand zur Rotationsachse der Seitenscheiben angeordnet sind. Die Kolben sind jeweils von Kolbenhülsen 3 umgeben, die mit geringem Spiel auf diesen Kolben sitzen,.aber so angebracht sind, daß Drehbewegungen relativ zu den Kolben 2a... 2e nicht möglich sind. Die Hülsen können beispielsweise aus Messing oder einer anderen Legierung bestehen.

Der Arbeitsrotor mit den Scheiben la, Ib und KoI-ben 2a...2e arbeitet mit einem parallelachsig dazu angeordneten Gegenläufer 4 zusammen. Dieser auf einer nicht dargestellten Welle sitzende Gegenläufer 4 ist mit radial gerichteten Verdichtungskammern 5a.. .Se ausgerüstet, die wie die Kolben 2a... 2e mit gleicher Teilung angeordnet sind. Die Wände der Kammern 5a... Se sind gemäß F ig. 1 im Querschnitt etwa U-förmig, die Kammern dabei radial nach außen offen und mit den Zylindern eines normalen Hubkolbenverdichters vergleichbar. Der Gegenläufer 4 kann

ao somit auch als Zylinderträger bezeichnet werden. Ihre Abmessungen sind so gewählt, daß ihre lichte Weite a etwas kleiner als der Außendurchmesser der Hülsen 3 auf den Kolben ist. Dieser Dimensionsunterschied zwischen den Kolben und den Kammern hat den Zweck, Erweiterungen der Kammern in Folge Erwärmung während der Verdichterarbeit auszugleichen, so daß trotz der Wäfmeausdehnung noch eine ausreichende Abdichtung erzielt wird. _: Die Hülsen 3 sitzen wie erwähnt mit etwas Spiel, auf den Kolben 2a... 2e. Dadurch können Ungenauigkeiten, bei der Herstellung der Rotoren, wie Teilungsfehler usw., ausgeglichen werden, wobei die Hülse 3 dennoch weitgehend ihre zylindrische Form behalten wird. .

Fig. i zeigt eine Relativstellung des Arbeitsrotors la, Ib, 2a... 2e und des Gegenläufers 4 zueinander, bei welcher bei Rotordrehrichtung gemäß den Pfeilen 13 und 14 der Kolben 2a gerade in die zugeordnete Kammer 5a eingetreten ist, während der Kolben 2b die zugehörige Kammer 5 b gerade verläßt. Die Dimensionen der Scheiben la, Ib der Kolben 2a 2e

und des Gegenläufers 4 mit den Verdichtungskammern 5a... Se sowie die Achsabstände zwischen den Rotoren sind so gewählt, daß bei der Stellung gemäß Fig. 1 beide Kammern 5a und Sb noch vollständig durch Kolben verschlossen sind. An den axialen Enden, nämlich an den Stirnflächen 4a und 4b des Gegenläufers 4 werden die Kammern 5a und 5 b durch die mit entsprechender Passung anliegenden bzw. gleitenden Seitenscheiben la und Ib abgedichtet. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn insgesamt fünf Kolben 2a...2e und fünf Kammern 5a... 5e vorhanden sind. Der höchste Druck in einer Kammer, z. B. 5a, wird erreicht, wenn diese Kammer mit dem zugehörigen, tief in sie eingetauchten Kolben 2a sich genau zwischen den Drehachsen des Arbeitsrotors la...Se und des Gegenläufers 4 befindet.

Die sich bewegenden und ineinandergreifenden Teile des Verdichters bedürfen einer Schmierung mit

So Öl. So können z.B. während der Rotation der Scheiben la, Ib die Kolben 2a...2e nacheinander in ein in der Zeichnung nicht gezeigtes ölbad eintauchen, so daß die erforderliche ölmenge ständig mitgeführt wird. Das von den Scheiben la, Ib und den Kolben mitgeführte Öl wird während der weiteren Drehung zum Teil an den Gegenläufer abgegeben. Hier dient das öl einmal zur Schmierung der aneinanderliegenden Gleitflächen und zum anderen zur Abdichtung

der Verdichtungskammern 5α... Se, und zwar insbesondere im Bereich der Stirnflächen 4a, Ab des Gegenläufers 4, in dem dieser dichtend zwischen den Scheiben la, Ib gleiten muß.

Um eine gute ölzufuhr zu den Gleit- und Abdichtungsflächen der sich drehenden Teile zu erzielen, sind die berührenden Stirnflächen der Rotoren mit Abschrägungen versehen. So sind bei dem Gegenläufer im radial außen liegenden Bereich, und zwar entlang der Kanten von Aussparungen 12 Abschrägungen 6 an seinen beiden Stirnflächen 4a und 4b angeordnet (Fig. 3). Ferner sind die innen liegenden, halbkreisförmigen Kanten 7 der Kammern abgerundet. Während der Rotation wird durch diese Kanten 7 ständig öl von den Scheiben la, Ib abgestreift und den Kammern direkt zugeführt.

Weiterhin sind an den Stirnflächen 4a und Ab des Gegenläufers 4 beiderseits der Kammern 5a...Se Dichtungsnuten 8 vorgesehen, die im radial innen liegenden Bereich in die Kammern Sa...5e münden (Fig. 3), so daß während der Verdichtung in den-Dichtungsnuten 8 etwa der gleiche Druck herrscht wie in den Kammern 5a... 5e selbst. Dadurch werden die Gleitflächen, nämlich die Stirnflächen 4a und Ab im Bereich der Kammern 5a...Se ständig mit einem Gegendruck beaufschlagt, der die Dichtung verbessert.

Die Scheiben la und Ib und der Gegenläufer 4 sind jeweils mit zentrischen Bohrungen 16 bzw. 17 zur Aufnahme einer Welle (nicht dargestellt) versehen. Zur Verbesserung des Schmiereffektes sind die Bohrungen 16 bzw. 17 mit Äbschrägungen 9 bzw. 10 auf beiden Seiten versehen, die außerdem den Zweck haben, Stauchungen an den aneinandergleitenden Flächen der Scheiben la, Ib einerseits und des Gegenläufers 4 andererseits zu verhindern.

Durch die am Gegenläufer 4 angebrachten Aussparungen 12 wird nicht nur die Schmierung erleichtert, sondern auch das Eigengewicht des Gegenläufers verringert. Dies ist deshalb zweckmäßig, weil der Gegenläufer 4 während des Betriebes entsprechend den kinematischen Verhältnissen eine sich ständig verändernde Umfangsgeschwindigkeit erfährt.

ίο Bei Temperaturanstieg dehnen sich die Verdichtungskolben 2a...2e in Längsrichtung etwa in dem gleichen Maße wie der Gegenläufer 4, so daß insoweit keine Undichtigkeiten auftreten.

Die zu verdichtende Luft gelangt frei von außen her in die Verdichtungskammern 5a. ..Se. Zur Ableitung der auf Druck gebrachten Luft aus derjenigen Kammer, in die gerade ein Kolben tief eindringt, sind die Kolben 2a... 2e je mit einer zentrischen Bohrung 18 versehen, die über entsprechende Bohrungen 19,

so 20 in den Scheiben la, Ib und über Kanäle in nicht dargestellten Gehäuseteilen mit ebenfalls nicht gezeigten Entnahmeleitungen verbunden sind. Von den Bohrungen 18 führt dann je eine in den Fig. 1 und 2 nur schematisch dargestellte radiale bzw. Querboh-

S5 rung 22 mit einem Rückschlagventil 21 zur Kolbenaußenseite und zu einer entsprechenden öffnung in der Hülse 3. Das in jeder der Verdichtungskammern 5a... Se verdichtete Gas gelangt somit durch die öffnung der Hülse 3 und die Querbohrung 22 des zuge-

hörigen Kolbens 2a...2e unter Überwindung der Schließkraft des Rückschlagventils 21 in die Bohrung 18 des Kolbens und strömt von dort wie weiter oben erwähnt seitlich ab. Die Ableitungskanäle können dabei in der zweckmäßigsten Weite gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rotierender Verdrängerverdichter mit zwischen zwei rotierenden Seitenscheiben angeordneten achsparallelen zylindrischen Verdichtungskolben, die quer in radial gerichtete, mit U-förmigen Wänden versehene, Verdichtungskammern eines drehbaren, zum Teil in den Bereich zwischen den Seitenscheiben dicht einfassenden, Gegenläufers bzw. Zylinderträgers, diesen dabei in der Drehbewegung mitnehmend, nacheinander eindringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungskolben (2a bis 2e) hohl ausgebildet sind und. jeweils eine radial gerichtete, in die Verdichtungskammern (5a bis Se) mündende, durch ein Rückschlagventil (21) verschließbare Querbohrung (22) zur Ableitung des Fördermediums aus den Verdichtungskammern aufweisen.

2. Verdichter nach Anspruch 1," dadurch gekennzeichnet, daß auf den hohlen Verdichtungskolben (2a bis 2e) Kolbenhülsen (3) mit geringem Spiel angeordnet sind.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß fünf längs des LJmfangs gleichmäßig verteilte Verdichtungskammern (5a bis Se) am Gegenläufer (4) und fünf ebenfalls gleichmäßig am Umfang verteilte Verdichtungskolben (2a bis 2e) zwischen den Seitehscheiben (la, Ib) angeordnet sind.

4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Verdichtungskammern (5a bis 5e) auf den Stirnflächen (4a, 4b) des Gegenläufers (4) Dichtungsnuten (8) angeordnet sind, die im radial innen liegenden Bereich der Verdichtungskammern (5a bis 5e) in diese einmünden.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenläufer (4) im Bereich zwischen den Verdichtungskammern (5a bis 5e) Radiale Aussparungen (12) aufweist, deren Kanten mit Abschrägungen (6) versehen sind.