DE1503663A1 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Paul WormBer Φ Qo., . Ztirioh

(Schweiz)

Rotationefcolbenmaeahine

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Erfindung besieht siofc auf «ine HotatioDskolbentiaacnine für gasförmige Mediec, nit eindeaten· swgi in eine· gemeinehmen Gehäuse dicht eingeschlossenen, ^t«inand*r zvmBgBläufig drehbaren Rotationskolben, deren Aobsen parallel zueinander verlaufen, wobei jeder Rotationskolben auβ einer Mebraabl von paarweise ineinandergreifenden Schöiben beetent.

Bei Kompressoren oder Gebläsen let es bereite bekannt« . »iteinander in Eingriff stehende Botationskolben acheiben-ί für ta ig auszubilden. Bei solchen sogenatrten Roots-Öebläeen .. erfolgt der Luftdurchsatz quer zu den flrehaoheen der Dreh« Irolben, so dass sich eolohe Verdiöhter zwar für grosse 3iuftraongen jc?doch nur für kleine Verdichtungsgrade eignen*

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t s sind auch Bereits Schraubenverdichter für Gase bzw.. Luft bekannt, bei denen zwei ineinandergreifende Schrauben vorhanden sind., deren Steigung sich gegen die Druckseite hin stetig verkleinert. Mit einem solchen Verdichter lassen sich zwar höhere Drucke erzeugen, hingegen ist die Schraubenherstellung mit veränderlicher Steigung äusserst schwierig, naraentlich unter Berücksichtigung des Umstandes, dass zwei solcher Schrauben »öglicbst spielfrei ineinander greifen sollen, um die Druckverluste klein asu halten.· .

Die au lösende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Rotationskolbenmaschine für verbaltnisraässig hohe Drucke au bauen und deren Rotationskolben einfach hergestellt werden können.

Me Erfindung mit welcher diese Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben 13 an ihres Umfang konisch sind und/oder in ihrer Breite gegen die Druckseite schmäler werden und auaserdeni zueinander winkelvtreetet sind.

Im Vergleich zu üblichen Schraubenkompressoren teit gleichbleibendem Gangquerscbnitt bzw. gleichbleibender Schraubenateigung über die ganze Schraubenlänge, welche gegen den Kesseldruck fördern, hat die erfindungsgemäese Rotationskolbenmaschine einen besseren Wirkungsgrad und erlaubt die. Erzeugung einer höheren Verdichtung. Dies ergibt sich daraus, d.aso der Druckanstieg über die ganse länge des Rotationskolbens

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verteilt wird, bo dase der Drucksprung von einer Windung zur anderen verhältuiewäBsig klein wird, da die Gesamt-Druckdifierenζ swischen Anfangs- und Endruok in eine Hehrzahl kleiner Sprünge zerfällt. Ein weiterer Vorteil beateht darin, dass eine solche Maschine ohne wesentliche Aenderungen auch als Motor eingesetzt werden kann, indem Druckluft, welche ihm auf der Druckseite zugeführt wird, entspannt und in Arbeit umgesetzt wird. ·

Dies eii.·seinen Scheiben lassen sich eerlesäasig mit UbIionen Bearbeitungsmethoden und Maschinen verbältnianÄeeig einfach und präzis herstellen.

In der Zeichnung sind Ausführungabeiap*lele des Zrfindungegegenatandes dargestellt.

Fig. 1 seigt eine Au sfUhrungaforv eltiev Rotationskolbenmaschine,bei der die Rotationskolben, aus einer Mehrzahl von Scheiben SEusaraaengeeetet eind,

Fig. 2 1st eine perspektivische, achewrtlscbt Aneicht «obrerer miteinander zusammenwirkender Soheibenpaare, .

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Fig. 3 seigt eine Stirnansicht einee SoheifeeOpaares, \_x ^h

bis 6 sind Ausschnitte aus zwei eich miteinander in Eingriff

befindlichen Scheiben, in verschiedenen 8Q9$2S/06*t ^8AD

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Pig. 7 -· 10 stellt ähnliche Ausschnitte dar, wie in den Fig. 4-6, jedoch mit abgerundeten Spitzen.

Sie Rotationskolben-Masebine getnäss Fig. 1, welche als Verdichter wirken soll, weist ein Gehäuse 1 auf, in dem sich ein Einlassstutzen 2 und ein Aualaesetutzen 3 für das zu komprimierende Gas, insbesondere Luft» befindet. Das Innere dieses Gehäuses 1 enhält zwei Rotationskolben 4, welche paarweise ineinander greifen , wobei der Aussenmantel des einen Rotationskolbens genau aber relativ-beweglich gegen den Kern des andern Rotationskolbens anliegt oder nahezu anliegt und umgekehrt. Die Rotationskolben beateben aus eioeelnio Bebeiben» deren Dicke Bit zunehwtodea Abstand von Einlassetutaen 2 nbnlnmt, was bewirkt, daee in Innern der Rotationskolben eine Kompression des Gases stattfindet.

Die Scheiben sitzen je auf einer Welle 6, deren Abstützung an beiden Enden im Gehäuse durch Lager 7 und 8 erfolgt. Die beiden Wellen 6 werden an ihrem einen Ende durch gleichgrosee Zahnräder 9, also mit gleicher Drohgeschwindigkeit aber entgegengesetzten Drehsinn, angetrieben. Diese Zahnräder 9 nüssen möglichst präzis und spielfrei hergestellt werden, damit die Rotationskolben untereinander'und gegenüber dem GeMuse berülirungsfrei und icit möglichst geringem Spiel arbeiten können· Für die Aufnahme des Axialechubea ist an den Wellen ein Bund 10 oder ein Axialdrucklager en eich

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bekannter-Konstruktion vorgeueLen. Der Antrieb erfolgt vota AolisstuiBHel 11 her, beispielsweise mittels einee Elektro- oder Verbrennungsmotors, Das Gehäuse 1 kann aweckmässigerweise mit üblichen Kühleinricbtungen, beispielsweise mit Hohlräumen für den Wasserdurchfluss versehen werden.

Die Rotationskolben bestehen je aus einer Mehrzahl von Scheiben 13, deren Ausgestaltung in den Pig. 1-3 näher erläutert ist. Bei gleichen Aussenkonturen haben diese Scheiben 13 unterschiedliche Dicke und können entweder tnit gleichem Versetzungswinkel zueinander angeordnet werden, oder aber unterschiedliche Verastzungewinkel aufweisen·' Unter Versetzungewinkel wird das Hase der Winkel-Verdrehung einer ersten Scheibe zu einer zweiten benachbarten Scheibe. verstanden, wie dies bei den Scheiben gemäse Fig. 2 dargestellt ist. Der Verteil des Rotationskolbens in Scheibenform liegt darin, dass die Herstellung weniger Schwierigkeiten bietet. Mit diesen Scheiben können eo&it unter Verwendung gleicher oder weitgehend gleicher Bauteile Verdichter unterschiedlicher Leistung serienwäasig zusammengestellt werden.

Es wäre auch m'dglich, dass die in Scheiben unterteilten Kolben zusätzlich oder an Stelle unterschiedlicher Scheibendioke in Porra eines Kegels ausgeführt würden, wobei der Kern ebenfallskegelförmig ist; der äuaeere und dor innere Kegel öffnen sich aber nach entgegengeeetztGn Seiten, d.h. der Auseen-

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<ies Kolbens nimmt ait zunehmend em Abstand vom Einl&saatutzen ab, v/äh3f!?nd dar Keradurohmesser mit zuneb«- aendea Ab3tand vom Einlassstutzan zunimmt. Auf diese Weise wird ebenfalls eine Verringerung des freien Gangquerechnit« tes mit aunehtiiendetfl Abstand vom Einlasestutzen erreicht.

Uw bei solchen Eotationakolben-Haschinen die Möglichkeit zu haben, das »iintrittevolumen bzw. die Fördermenge oder das Druckverhältnis- bzw. den Enddruck oder beides zu verändern, lca*in eine Hoguliereinrichtung vorhanden sein.

Würde nan für die Flanken der paarweise miteinander in Eingriff koamenden Scheiben, die für Zahnräder übliche Bvolventen-Föi*nj übernehmen, so würde bei der Drehung dieser Scheiben periodisch eine Oeffnung entstehen, duroh welche die Luft iu den nächsten Gang der anders Schraube entweichen könnte. ITm dies au verhüten, wird deshalb für die Außbildung der Schrauben-Flanken die Vorn eiaer verlängerten 3pis3'kloide gewählt. Diese Kurvenforro entsteht dadurch, dass - gemäas Fig. 3 - am üafang einer Scheibe mit dem 5-adius K ein Punkt angenootnen wird, «reicher-um- die Distanz 2 in eins zweite Scheibe mit gleiches'Ausgendurchmesser R ?3 ine inragt, oder andere ausgedrückt, der Punkt P befindet aich im Abstand r vom Zentrum der zweiten Scheibe. Palis sich nun beide Scheiben mit gleicher Geschwindigkeit aber entgegengesetztem Drehsinn drehen, beschreibt dieser Punkt P eine Kurve K auf der zweiten Scheibe, deren genaue fbrn

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aus Fig, 3 ersichtlich ist. Ba anderseits der Punkt P^f der weiten Scheibe ebenfalls in gleioher Weise um den gleiclien Betrag in die erste Scheibe hineinragt, beeohreibt auch dieser Punkt eine gleiche, jedoch spiegelbildlich verlaufende Kurve IC . Die einzelnen Stadien dar gegenseitigen Bewegung der beiden Scheiben sind in den Pig. 4-10 dargestellt.

PcIlθ dia Herstellung dieser Scheiben mit einer genügend größten Genauigkeit erfolgt, bewirkt dleee Flankenform S-heoretiach eine vollkommene Abdichtung am ganzen Umfang. Praktisch wird eich ein eehr geringer Luftspalt nicht vermeiden lassen, um eine metallische Berührung der relativ zueinander bewegten Teile zu vermeiden. Die Diobtmig in Längsrichtung der Kolben erfolgt dabei durch Winkel-Verse tsuug der einzelnen Scheiben. Bei der Drehung dieser Scheiben liegen die Hantelflachen der beiden Scheiben gegeneinander an, vorzugsweise unter Bildung eine» sehr geringen ■Luftspaltes,. d.h. die Durohmesser R der einen Scheibe wälzen •jfid verschieben eich auf den? Durchmeoser r der andern Scheibe ab und ungelrehrt. Infolge das zwangsläufigen Bewegungeäiitriebes der beiden Schrauben durch das Zahnradgetriebe braucht die durch die Epizykloidenform entstehende spitze Kante 20 lreine Kraft auf die andere Schraube zu übertragen.

Da eine solche spitze Kante 20 bei thermischen Maschinen r zn kühlen ist, v.ird sie dadurch vermieden, daea eine

Abrundung ωIt dem Radius J vorgenommen wird. Dieeer Radius ißt klein im Vergleich zum Radius E der Scheibe. Anstelle des bei Pig. 3 erwähnten Punktes wird nun einfach ein Kreis mit dem Radius % auf der andern Scheibe abgewälzt. Dadurch ent«· steht allerdings bei der Gehäusekante periodisch «in kleiner Spalt 18. Für Vakuumpumpen und andere Maschinen, die eine vollständige Abdichtung benötigen, muse die Ausbildung mit der spitzen Kante 20 gewählt werden; für Turbinen und andere thermisch belastet« Maschinen sues je nach Bedarf die er~ w&hntt etwas ftbgejftnaiUie Kante gewählt und der periodisch entstehende kleine Spalt.in Kauf genonaen werden. Da dieser Spalt aber vergleichsweise βehr-klein let und bei einer vollen Brebeog nur während eine· geringes Drehwinkele In Erscheinung tritt, kennen die deraue entstehenden Spaltverluete in Kauf genoamen werden. Die eineeinen Stadien des Bewegungsablaufes zwischen den beiden Scheiben sind in den Pig, 7-10 dargestellt.

Die drehsichere Befestigung der Scheiben 15 auf den Wellen 6 erfolgt Bweckmäasig durch Keilnuten, wobei die Relativlage der Keilnuten zugleich die gegenseitige Versetzung der Scheiben festlegt. Anstelle von Hutenöffnuogen 21 bisw.· Mehrkeil-.weiXtb !lessen eich auch andere drehsiohere Befestigungen ausführen, beispielsweise durch Mehrkantwellen oder tfellto mit polygonalem Querschnitt.

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von zwe.l miteLuarifiej? in Eingriff etehenden Rotationskolben Iröntion natürlich auch oine grosser© Zahl derselben vorgcaehen ae-in. Ferner körnen etutt K^ei auch mehrgängige Rotatiorsskolberj verv/endet werden.

Durch Zufuhr, von Druckluft odor Druckgas können diese Maschinen auch als Motor verwendet und aura Antrieb von Geräten einge setzt werden.. Der Binlaea des Druckgases erfolgt dann an der Stelle, die beim Kompressor dem Auslase-Stutzen entspricht. 'Tm Innern der Rotationskolben findet dann eine Entspannung des Druckgases 'unter, gleichzeitiger Energieabgfebe an den Rotoren statt.

BAD ORIGINAL

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Claims (4)

ft ft "υ a t e a t a η a ρ r ti c la e ML .JRc

1. !Rotationskolbenmaschine für gasförmige Medien, mit aindestens zwei in einem gemeinsamen Gehäuse dicht eingeschlossenen, miteinander zwangsläufig drehbaren Rotationskolben, deren Achsen parallel zueinander ver~ laufen, wobei jeder Rotationskolben aus einer Mehrzahl von paarweise ineinandergreifenden Scheiben besteht, dadurch gekennzeichnet, dasa die Scheiben (13) an ihrem Umfang konisch einä und/oder in ihrer Breite gegen die Druckseite schmäler werden und auseerdem zueinander winkelversetzt sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., dass die Scheiben (13) an ihren ineinandergreifenden Flanken mindestens angenähert als verlängerte Episjylcloiden ausgebildet eind.

3* Maschine nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenapitzen gerundet alnd.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekenn.-

α»-' zeichnet, dasa ;)ede Soheibe zwei sich diametral gegen-

φ Überliegende äussere und zwei sich diametral gegenüber-

^M liegende innere Mantelflächen aufweist, die je durch eine Φ Episykloide verbunden sind und die zwischen den Bpisykloiden m' liegenden Mantelflächen je Vreiß.b'ogenfSraif: abilöt oind mit Zentrum au£ der Ache® dee betreffenden Rotatious-

BADORiQjNAL

kolbene,

Pur Paul Wormser & Co., der Vertreter:

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