DE2007880A1

DE2007880A1 - Rotary displacement machine

Info

Publication number: DE2007880A1
Application number: DE19702007880
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1970-02-20
Filing date: 1970-02-20
Publication date: 1971-09-02

Description

Rotationsverdrängungsmaschine Die Erfindung betrifft eine wahlweise als Kompressor, Vakuumpumpe, Expansionsmotor und dergleichen einsetzbare Rotationsvendrängungsmaschine mit in Gehäusebohrungen umlaufenden, zusammenwirkenden Rotoren. Rotary Displacement Machine The invention relates to an optional Rotary displacement machine usable as a compressor, vacuum pump, expansion motor and the like with rotating, cooperating rotors rotating in housing bores.

In Schraubenkompressoren, z. B. entsprechend dem USA Patent 2,287,716 sind die zusammenwirkenden Rotoren in Form von ineinandergreifenden Schrauben- oder Spiralprofilen ausgebildet. Infolge des erheblichen Axialdrucks müssen aufwendige Axialdrucklager vorgesehen werden. Nachteilig ist auch das Entstehen von sogenannten Einschlüssen des Arbeitsmittels, d. h. Stellen des z. B. gasförmigen Arbeitsmittels, die im Kompressor verbleiben und nicht über die Auslassöffnungen abgegeben werden. Ungünstig sind ferner die aufwendie profilierten, komplizierten Rotorflächen, die auf grosse Genauigkeit bearbeitet werden müssen. Ferner muss der Umlauf der beiden Rotoren sehr genau synchronisiert werden, und zwar für die gesamte Umdrehung um 3oO. Schliesslich muss zwischen den Rotoren ein grösserer Spielraum bleiber, um ein Festfressen der Spiral- oder Schraubenprofile zu vermeiden. Der gesamte Totraum, d. h. der für die Kompression usw. nicht ausgenützte freie Raum, ist verhältnismässig gross. Das ist besonders dann der Fall, wenn besondere Ableitungen für die Einschlüsse von Arbeitsmittel vorgesehen sind.In screw compressors, e.g. Corresponding to U.S. Patent 2,287,716 are the cooperating rotors in the form of interlocking screw or Spiral profiles formed. As a result of the considerable axial pressure, expensive Axial thrust bearings are provided. The development of so-called Inclusions of the work equipment, d. H. Place the z. B. gaseous working medium, which remain in the compressor and are not discharged through the outlet openings. The expenditures are also unfavorable profiled, complicated Rotor surfaces that have to be machined with great precision. Furthermore, the Circulation of the two rotors are very precisely synchronized, for the entire Rotation by 3oO. After all, there has to be more clearance between the rotors to prevent the spiral or screw profiles from seizing up. Of the total dead space, d. H. the free space not used for compression, etc., is relatively large. This is especially the case when there are special derivations are intended for the inclusion of work equipment.

Es ist bereits bekannt, einige dieser Nachteile durch aus einer Nabe mit einem einzelnen Zahn bestehende Rotoren zu beheben. Hierzu sei auf das USA Patent 2,097,0O7 hingewiesen.It is already known some of these disadvantages due to one hub to fix existing rotors with a single tooth. This is based on the USA patent 2,097,0O7 pointed out.

Auch hier ist aber der gesamte Totraum noch sehr rosts. Es wird also, z. B. beim Betrieb als Kompressor, ein erheblicher Teil des Arbeitsmittels zwar komprimiert, aber nicht abgegeben.Here, too, the entire dead space is still very rusty. So it will z. B. when operating as a compressor, a significant part of the work equipment compressed, but not released.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationsverdrängungsmaschine zu schaffen, in der der Totraum praktisch Null ist, Einschlüsse auf ein Mindestmass herabgesetzt werden, die Drosselverluste und Leckverluste gering sind, eine gute Abdichtung gegeben ist, und die einfach und mit grosszügigen Toleranzen hergestellt werden kein.The object of the invention is to provide a rotary displacement machine create, in which the dead space is practically zero, inclusions to a minimum are reduced, the throttle loss and leakage loss are small, a good one Sealing is given, and which is produced simply and with generous tolerances will not.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Zahn des ersten Rotors eine derart profilierte Fläche aufweist, dass das äussere Ende des Zahns des zweiten Rotors wahrend der Phase P der Rotorumdrehung iiber die konkave Profilfläche streicht, die Rotoren und das Gehäuse während dieser Phase eine während des Phasenfortschritts volumenveränderliche Rammer mit kleinerem Volumen als die Hauptkammer begrenzen, i'nd die in der Bohrungsendwand liegende Öffnung so geformt und angeordnet ist, dass sie mit der kleineren Kammer zumindest während eines Teils der Phase P in offener Verbindung steht.According to the invention the object is achieved in that the tooth of the first rotor has such a profiled surface that the outer end of the Tooth of the second rotor during phase P of the rotor rotation over the concave Profile surface strokes, the rotors and the housing during this phase one during the phase progression variable volume rammers with a smaller volume than the Limit the main chamber, i'nd the opening in the end wall of the bore is shaped in this way and is arranged to be with the smaller chamber during at least part of it the phase P is in open connection.

Weitere Ausgestaltungen und günstige Merkmale der Erfindung können der folgenden Beschreibung und den Unteransprüchen entnommen werden.Further refinements and favorable features of the invention can can be taken from the following description and the subclaims.

In den Zeichnungen zeigen Die Figuren I - VI die Verdrängungsmaschine in verschiedenen, aufeinanderfolgenden Rotoreinstellungen jeweils im Schnitt entlang der Schnittlinie I-I der Figur VII; die Figuren VII und VIII die Vorrichtung im Schnitt entlang den Schnittlinien VII-VII bzw. VIII-VIII der Figur I; die Figur IX schematisch die Eisbildung des Rotorenprofils; die Figur X perspektivisch einen Rotor der Vorrichtung der Figur I; die Figur XI und XII die Gehäuseendwand von innen gesehen einmal zur Verwendung mit Rotoren mit und einmal zur Verwendung von Rotoren ohne Einkerbung; die Figur XIII im Schnitt zwei mehrstückig, d. h. mit aufmontierten Zähnen ausgeführte Rotoren; die Figur XIV die Rotoren der Figur XIII entlang der Schnittlinie XIV-XIV; die Figur XV im Ijängsachnitt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung, in der beide Rotoren 1m 1800 phasenverschoben auf einer Welle laufen; die Figuren XVI - XVIII in schematischer Aufsicht verschiedene Rotorenprofile; die Figur XIX im Schnitt eine weitere Ausgestaltung mit vergrösserter Auslassfläche; die Figur XX im Schnitt eine weitere Ausgestaltung, in der Jeder Rotor zwei Zähne aufweist; die Figur XXI im Schnitt eine Ausbildung der Vorrichtung, in der der eine Rotor mit der doppelten Umdrehung ausgelegt ist, wie der zweite Rotor; die Figur XXII perspektivisch eine Rotorenausbildung, in der die Axialbreite der Nabe doppelt so gross ist wie die des Rotprzahns; die Figur XXIII im Schnitt eine weitere günstige Ausgestaltung der erfindungsgemässen Verdrängungsmaschine für ein Kompressionsverhältnis bis zu 3;5; die Figur XXIV schematisch die Ausbildung der Rotorenprofile der Ausgestaltung der Figur XXIII.In the drawings, Figures I-VI show the displacement machine in different, successive rotor settings, each in section along the section line I-I of Figure VII; Figures VII and VIII the device in Section along the section lines VII-VII or VIII-VIII of Figure I; The figure IX schematically the ice formation of the rotor profile; the figure X in perspective a rotor of the device of Figure I; Figures XI and XII the housing end wall Seen from the inside, once for use with rotors with and once for use of rotors without notch; the figure XIII in section two in several pieces, d. H. with mounted teeth rotors; Figure XIV the rotors of Figure XIII along the section line XIV-XIV; FIG. XV in the longitudinal section shows a further embodiment the device in which both rotors 1m 1800 run out of phase on one shaft; FIGS. XVI - XVIII show various rotor profiles in a schematic plan view; the FIG. XIX shows, in section, a further embodiment with an enlarged outlet area; the figure XX in section a further embodiment in which each rotor has two teeth having; the figure XXI in section an embodiment of the device in which the one The rotor is designed to rotate twice as much as the second rotor; the Figure XXII is a perspective view of a rotor design in which the axial width of the hub is twice as large as that of the red tooth; the figure XXIII in section another favorable configuration of the displacement machine according to the invention for a compression ratio up to 3; 5; the figure XXIV schematically the formation of the rotor profiles of the embodiment the figure XXIII.

Aufbau und Arbeitsweise der erfindungsgemässen Verdrängungsmaschine seien am Beispiel eines Kompressors erläutert. Ein erster Rotor 1 und ein zweiter Rotor 2 sind in den einander überschneidenden Bohrungen 3 und 4 des mit einer Endplatte 6 versehenen Gehäuses 5 drehbar gelagert. Die Rotoren bestehen aus Je einer Nabe 7, 8 und Je einem radial nach aussen reichenden Zahn oder Nockenflügel 9, 10, neben denen die Ausnehmung 11 bzw. 12 vorgesehen ist. Der Rotor wird über die Welle 13 in dem gezeigten Sinne (z. 3. im Uhrzeigersinne) angetrieben. Synchron hierzu aber gegenläufig erfolgt der Antrieb des Rotors 1 über das Synchronisationsgetriebe 14, 15 (s. Fig. VIII). Das Kompressionsmittel wird durch den Einlaß 16 eingeführt, komprimiert, und über die in den beiden Endwänden des Gehäuses vorgesehenen Auslässe 17 an den Sammelauslass 18 abgegeben.Structure and mode of operation of the displacement machine according to the invention are explained using the example of a compressor. A first rotor 1 and a second Rotor 2 are in the intersecting holes 3 and 4 of the with an end plate 6 provided housing 5 rotatably mounted. The rotors consist of one hub each 7, 8 and one tooth or cam wing 9, 10 each extending radially outward, next to which the recess 11 or 12 is provided. The rotor is over the shaft 13 driven in the sense shown (z. 3. clockwise). Synchronous to this, however the rotor 1 is driven in opposite directions via the synchronization gear 14, 15 (see Fig. VIII). The compression medium is introduced through inlet 16, compressed, and through the outlets 17 provided in the two end walls of the housing to the Collective outlet 18 released.

Zu Beginn eines vollen Arbeitsgangs sind die Arbeitskammern 19, 20 bereits mit dem Arbeitsmittel, z. 3. Gas auf Einlassdruckhöhe, vom vorhergehenden Arbeitsgang, gefüllt. In der Rotorstellung der Figur VI sind die Kammern geschlossen und die Kompression beginnt. Die Auslassöffnungen werden hierbei durch die Rotornabe 7 geschlossen gehalten. Nach Kompression auf die erforderliche Druckhöhe werden die Auslässe 17 durch die Ausnehmung 11 freigegeben und das komprimierte Arbeitsmittel kann abgegeben werden (vgl. Fig. 1). Der erste Rotor dient somit als Regelventil für die Abgabe des Arbeitsmittels über die Auslässe 17. In der Figur III beginnen die Rotoren ineinanderzugreifen; in diesem Zeitpunkt befindet sich in der zwischen den Rotoren gebildeten Kammer 21 noch ein erhebliches komp:-rimiertes Gasvolumen, das zur Vermeidung von Verlusten und im Hinblick auf optimale Leistung und optimalen thermischen Wirkungsgrad möglichst vollständig durch die Offnungen 17 abgeführt werden soll. Deshalb ist die Profilfläche N-O (Figur III) so geformt, dass die äussere Kante E des Zahns des zweiten Rotors rut abdichtend über die Fläche N-O streicht und dadurch praktisch das gesamte komprimierte Gasvolumen der Kammer 21 in die Auslassöffnungen 17 fördert.At the beginning of a full work cycle, the working chambers 19, 20 already with the work equipment, e.g. 3. Gas at inlet pressure level, from the previous one Operation, filled. In the rotor position of Figure VI, the chambers are closed and the compression begins. The outlet openings are here through the rotor hub 7 kept closed. After compression to the required pressure level the outlets 17 released through the recess 11 and the compressed working medium can be delivered (see. Fig. 1). The first rotor thus serves as a control valve for the delivery of the working medium via the outlets 17. Begin in FIG. III mesh the rotors; at this point in time is in the between The chamber 21 formed by the rotors still has a considerable compressed gas volume, this to avoid losses and with a view to optimal performance and optimal thermal efficiency dissipated as completely as possible through the openings 17 shall be. Therefore, the profile surface N-O (Figure III) is shaped so that the outer Edge E of the tooth of the second rotor rut strokes over the surface N-O in a sealing manner and thereby practically the entire compressed gas volume of the chamber 21 into the outlet openings 17 promotes.

Die Figur III zeigt die Rotoren in einer Stellung, in der die Kante E bereits über einen Teil der Fläche N-O gefahren ist.Figure III shows the rotors in a position in which the edge E has already driven over part of the area N-O.

Die Figur IV zeigt die Rotorenstellung kurz vor Abschluss des Arbeitshubs. Wie aus der Figur III und IV ersichtlich, wird praktisch das gesamte in der Kammer 21 befindliche Gas über die Auslässe 17 abgeführt; es verbleiben keinerlei Gaseinschlüsse, weil das im nachfolgenden beschriebene Rotorprofil zusammen mit besonders ausgestalteten tuslassöffnungen verwendet wird.FIG. IV shows the rotor position shortly before the end of the working stroke. As can be seen from Figures III and IV, practically everything is in the chamber 21 located gas discharged via the outlets 17; no gas inclusions remain, because the rotor profile described below together with specially designed outlet openings is used.

In d-er Rotorstellung der Figur V ist die Abgabe des Kompressionsgases beendet und die Rotoren nähern sich der Stellung zu Beginn eines neuen Arbeitsgangs.The discharge of the compression gas is in the rotor position of FIG finished and the rotors approach the position at the beginning of a new operation.

Erwähnt seien noch die nur in der Fig. I gezeigten Auswuchtlöcher 22, 23, 24, sowie die Kühlmittelbohrungen 25.The balancing holes only shown in FIG. 1 should also be mentioned 22, 23, 24 and the coolant holes 25.

Bei Verwendung als Expansionsmotor wird der beschriebene Arbeitsgang umgekehrt; das Druckmittel wird also durch die Offnung 17 eingeführt und verlässt die Vorrichtung entspannt durch die oeffnung 16.When used as an expansion motor, the described operation is vice versa; the pressure medium is thus introduced through the opening 17 and leaves the device relaxes through the opening 16.

Die Rotorprofile sind erfindungsgemäss derart ausgebildet, dass keine Gaseinschlüsse entstehen bzw. verbleiben, der Totraum praktisch Null ist, und eine ununterbrochene Abdichtungslinie erhalten wird. Das Profil beider Rotoren kann gleich sein, vorzugsweise aber ist es wie im Folgenden erläutert verschieden ausgestaltet. Der Zahn oder Nockenflügel 10 des zweiten Rotors setzt sich aus den beiden Kreisbogenprofilen C-D und D-E zusammen. Der Mittelpunkt des Kreisbogens D-E liegt bei B und erstreckt sich über einen endlichen Winkel, ist also begrenzt. Wird der Winkel α und der Bogen O-P auf Null verringert, so erhält man eine Rotorausbildung entsprechend der Figur XVIII. Günstiger ist aber ein begrenzten Bogen D-E, da geringere Leckverluste an den Zähnen entstehen, diese stärker ausgelegt werden können, und gegen Ende des Arbeitshubs die Druckverluste über die Auslassöffnungen geringer werden.According to the invention, the rotor profiles are designed in such a way that none Gas inclusions arise or remain, the dead space is practically zero, and one uninterrupted sealing line is obtained. The profile of both rotors can be the same but preferably it is as explained below different designed. The tooth or cam wing 10 of the second rotor is made up of the two circular arc profiles C-D and D-E together. The center of the circular arc D-E lies at B and extends over a finite angle, so it is limited. If the angle α and the arc O-P are reduced to zero, one obtains a Rotor training according to Figure XVIII. But a limited one is cheaper Elbows D-E, as there are less leakage losses on the teeth, these are more heavily designed and towards the end of the working stroke the pressure losses through the outlet openings decrease.

Der Bogen C-D liegt tangential zu dem begrenzten Bogen T)-E; sein Radius F liest mit dem Mittelpunkt G auf dem Teilkreis H, dessen Druchmesser dem der Nabe 8 gleich ist. Die durch die Kente K des ersten Rotors beschriebene Profilfläche C-J ist nicht genau kreisbogenförmig, aber annährend. In vielen Fällen kann die Profilfläche C-j einfach eine Verlängerung des Bogens O-D sein. Die Profilfläche E-L-M ist nur eine breite Raumfläche ohne Abdichtungsfunktion und braucht daher nicht auf grössere Genauigkeit bearbeitet zu werden. Die Kante E soll aber gerade und genau angeordnet sein, da sie die Fläche N-0 des ersten Rotors gut abdichtend bestreichen soll. The arc C-D is tangential to the limited arc T) -E; be Radius F reads with the center G on the pitch circle H, the diameter of which is the the hub 8 is the same. The profile surface described by the Kente K of the first rotor C-J is not exactly circular, but approximate. In many cases, the Profile surface C-j can simply be an extension of the arc O-D. The profile surface E-L-M is only a large area without a sealing function and therefore needs not to be machined to greater accuracy. The edge E should be straight and precisely positioned as it seals the surface N-0 of the first rotor well should coat.

Der Rpdius R des Kreisbogens P-K liegt mit der Mitte Q auf dem Teilkreis S und kann etwas grösser als der Radius F sein, so dass in der Stellung der Figur IV zwischen den Rotoren ein Spielraum bleibt.The Rpdius R of the circular arc P-K lies with the center Q on the pitch circle S and can be slightly larger than the radius F, so that in the position of the figure IV there remains a margin between the rotors.

Der Kreisbogen 0-P liegt mit der Mitte auf dem Punkt A (der Rotorachse) und ist tangential zu P-K und N-0.The center of the arc 0-P lies on point A (the rotor axis) and is tangent to P-K and N-0.

Die Profilfläche N-O entsteht durch die bei Umdrehung der Rotoren beschriebene Bahn der zweiten Rotorkante E; diese bestreicht die Fläche N-0 gut abdichtend. Die Kante E kann auch abgerundet Bein; die Profilfläche N-O wird dann entsprechend ausgebildet. Der Mittelpunkt des Kreisbogens BT-? liegt bei A. Die Profilfläche T-U ist nur eine Raumfläche ohne Abdichtfunktion und braucht daher nicht genau bearbeitet werden. Sie ist gerade, anstatt konvex wie die Profilfläche D-C-J des anderen Rotors, so dass der Zahn 9 ohne Gaaverdrängung oder Drosselung in die Ausnehmung 12 eingreifen kann.The profile surface N-O is created by the rotation of the rotors described path of the second rotor edge E; this covers the area N-0 well sealing. The edge E can also be rounded leg; the profile area is then N-O trained accordingly. The center of the circular arc BT-? is with A. Die Profile area T-U is only a room area without a sealing function and therefore needs cannot be edited precisely. It is straight instead of convex like the profile surface D-C-J of the other rotor, so that the tooth 9 without Gaa displacement or throttling can engage in the recess 12.

Die Bogen O-D und P-K können ohne Verschlechterung von wirklichen Kreisbögen etwas abweichen; solche Abweichungen liegen im Rahmen des Erfindungsgegenstandes.The arches O-D and P-K can be used without deterioration of real Arcs differ somewhat; such deviations are within the scope of the subject matter of the invention.

Die Rotoren sind zur Vermeidung von Vibration zweckmässigerweise um ihre Acheen dynamisch ausgewuchtet. Das kann z. B.The rotors are expediently around to avoid vibration their axes dynamically balanced. This can be B.

durch die gewichtsverringernden Löcher 22, 23, 24 in der gezeigten Lage und relativen Grösse erreicht werden, was durch Versuche und Berechnungen erhärtet wurde. Die Rotoren sind damit von selbst ausgewlchtet, so dass äussere Auswuchtgewichte unnötig werden, was billiger ist und ein Verbiegen der Welle verhindert. Gegebenenfalls können die Auswuchtlöcher auch mit angeschweissten Abschlussplatten 26 entsprechend Figur XIV versehen werden.through the weight reducing holes 22, 23, 24 in FIG Position and relative size can be achieved, which is confirmed by tests and calculations became. The rotors are balanced by themselves, so that external balancing weights become unnecessary, which is cheaper and prevents the shaft from bending. Possibly the balancing holes can also be made with welded-on end plates 26 accordingly Figure XIV to be provided.

Die Lage und geometrische Auslegung der Auslassöffnungen (zusammen mit der Ausbildung der Rotorprofile) sind in erster Linie dafür verantwortlich, dass die Verdrängungsmaschine ohne Einschlußstellen und mit einem sehr niedrigen, praktisch Null gleichkommenden Totraum arbeitet. Die Figur XII zeigt die Ausbildung der Auslassöffnungen, wenn die Einkerbungen 27 der Figur x fehlen. Die Linienführung V-W-X-Y-V begrenzt die in einer Abschlusswand der in dem Gehäuse vorgesehenen Bohrung angeordnete Auslassöffnung 28. Der Kreisbogen V-W begrenzt die Aussenkante der Öffnung; sein Mittelpunkt liegt bei A und sein Radius ist in der Regel um ein Bruchteil von 1 Inch (2,54 cm) kleiner, als der Radius der Rotornabe 7, so dass die Öffnung von dem Rotor überdeckt werden kann. Der Kreisbogen W-X bildet die hintere Flanke der Öffnung; sein Mittelpunkt liegt bei B, der Achse des zweiten Rotors. Der Radius 30 des Bogens Ww ist dem äusseren Radius des Zahns 10 des zweiten Rotors annähernd gleich. Der Kreisbogen X-Y bildet die innere Kante der Öffnung; sein Mittelpunkt liegt auf der Achse A und sein Radius 31 ist dem Radiils des Bogens O-P annähernd gleich, wodurch eine maximale Öffnungsfläche erhalten wird. Die Form der Vorderflanke Y-V ist nicht kritisch und kann auch eine Gerade anstatt einen Kreisbogen bilden. Da bei Erreichen des gewünschten Kompressionsdrucks aber die Auslassöffnung so resch wie möglich-offen sein soll, wird günstigerweise die-Vorderflgnke Y-V kreisbogenförmig ausgebildet, so dass sie mit dem Kreisbogen P-K des ernten Rotornrofils (Fig. IX) übereinstimmt.The position and geometric design of the outlet openings (together with the formation of the rotor profiles) are primarily responsible for that the displacement machine without inclusion points and with a very low, practically zero dead space works. Figure XII shows the training of the outlet openings if the notches 27 of the figure x are missing. The lines V-W-X-Y-V delimits the hole in an end wall of the hole provided in the housing arranged outlet opening 28. The circular arc V-W delimits the outer edge of the opening; its center is at A and its radius is usually a fraction of 1 inch (2.54 cm) smaller than the radius of the rotor hub 7 so that the opening of the rotor can be covered. The circular arc W-X forms the rear flank of the Opening; its center is at B, the axis of the second rotor. The radius 30 of the bow Ww is the outer one Radius of tooth 10 of the second Rotors almost the same. The circular arc X-Y forms the inner edge of the opening; its center lies on the axis A and its radius 31 is the radii of the arc O-P approximately equal, whereby a maximum opening area is obtained. Form the leading edge Y-V is not critical and can be a straight line instead of a straight line Form a circular arc. Since when the desired compression pressure is reached, however, the The outlet opening should be as open as possible, favorably the front wing Y-V formed in the shape of a circular arc, so that they harvest with the circular arc P-K of the Rotor profile (Fig. IX).

Wo reise können die die Seitenwand 32 des Rotors und der Ausnehmung 11 unterbrechenden Einkerbungen 27 vorgesehen sein. Gegen Ende des Arbeitshubs er Rotoren (Fig. II und III) nimmt die nicht überdeckte Fläche Her Auslassöffnungen immer mehr ab, so dass der Druckabfall über die Öffnungen 17 zunimmt. Die Einkerbungen vergrössern mm während dieser kritischen Zeitspanne den Durchflussquerschnitt. Die Einkerbungen stehen in Verbindung mit oder überdecken die zusätzlichen Flächen 33-34-35-Y (Fig. XI) der Auslassöffnungen. In der in den Fig. II und III gezeigten Stellung überlappen die Einkerbungen die Auslassöffnungen, so dass Arbeitsmittel durch die Einkerbungen fliessen kann, während in der Stellung ddr Figur IV, kurz vor Abschluss des Arbeitshubs, die Einkebungen von den Auslassöffni;tngen abgeschnitten sind.Where can the side wall 32 of the rotor and the recess travel 11 interrupting notches 27 may be provided. Towards the end of the working stroke he Rotors (Fig. II and III) take the uncovered area Her outlet openings more and more so that the pressure drop across the openings 17 increases. The notches increase mm the flow cross-section during this critical period. the Notches are in connection with or cover the additional surfaces 33-34-35-Y (Fig. XI) of the outlet openings. In the position shown in FIGS. II and III overlap the notches the outlet openings, so that working fluid through the Notches can flow while in the position ddr Figure IV, shortly before completion of the working stroke, the notches are cut off from the outlet openings.

Da die Einkerbungen den freien Raum an sich vergrössern, wird ihr Volumen im Vergleich zum Durchflussquerschnitt klein gehalten. Sie reichen daher nicht über Die ganze Roforbreite, vielmehr ist auf jeder Seite eiine Einkerbung vorgesehen (Fig. X), und sie sind ferner konisch ausgeführt. Eine gewisse Vergrösserung des freien Raums kann, wie überraschend festgestellt wurde, angesicht der erzielten Vorteile in vielen Fällen in Kauf genommen werden, besondere bei hoher Umdrehungszahl, wenn die Rotoren ziemlich breit ausgebildet sind. und wenn das Druckverhältnis niedrig ist. Beim Betrieb als Vakuumpumpe können die Einkerbungen entfallen.Since the notches enlarge the free space, you will Volume kept small compared to the flow cross-section. So they are enough not over the entire width of the rooftop, rather there is a notch on each side provided (Fig. X), and they are also made conical. A certain enlargement of the free space can, as was surprisingly found, in the face of the achieved Advantages are accepted in many cases, especially at high speeds, if the rotors are made quite wide. and when the printing ratio is low is. The notches can be omitted when operating as a vacuum pump.

Die Fläche der Einlassöffnungen muss einersehts gross genug sein, um Drosselverluste zu vermeiden. Andererseits soll zur Erzielung möglichst hoher Verdrängung der vom Einlass eingenommene Winkel möglichst klein sein. In der in den Fig.The area of the inlet openings must be large enough to avoid throttle losses. On the other hand, to achieve the highest possible Displacement of the angle occupied by the inlet should be as small as possible. In the in the fig.

XI und XII gezeigten Ausbildung sind die Gehäuseendwände bei 36 zurückgesetzt, um eine zusätzliche Einlassfläche zu schaffen. Ausserdem ist der Radialeinlass 16 der Fig. I voegesehen.XI and XII, the housing end walls are set back at 36, to create an additional inlet area. In addition, the radial inlet is 16 the Fig. I foreseen.

Die Kanten 32 und 38 sind so ausgebildet, dass sie in der Rotorenstellung der Fig. VI (Beginn der Kompression) mit den voreilenden Flanken der Rotorenzähne zusammenfallen. Dadurch wird ohne Beeinträchtigung maximaler Verdrängung eine grösstmögliche Einlassfläche erzielt. In der Rotorenstellung der Figur V verlässt der Zahn 9 des ersten Rotors die Ausnehmung 12 in dem zweiten Rotor, wobei die ausnehmung bereits die Einlassöffnung 36 in den Endwänden zu überlappen beginnt und mit niedrigen Verlusten durch diese gefüllt wird. Ohne diese Ausgestaltung müsste das Arbeitsmittel erst den windungsreichen Weg um die Rotoren herum zurücklegen. Die Folge wären starke Verluste an Kapazität und Wirkungsgrad, besonders bei höhere Geschwindigkeit.The edges 32 and 38 are designed so that they are in the rotor position VI (beginning of compression) with the leading flanks of the rotor teeth coincide. This results in the greatest possible displacement without impairing maximum displacement Inlet area achieved. In the rotor position of Figure V, the tooth 9 leaves the first rotor the recess 12 in the second rotor, the recess already begins to overlap the inlet opening 36 in the end walls and is filled with low losses through them. Without this configuration would have to the work equipment first cover the winding path around the rotors. The consequence would be heavy losses in capacity and efficiency, especially with higher ones Speed.

Weisen die Rotoren nur einen Zahn aiif, so ist die Belastung das Antriebsaggregate, z. B. des Elektromotors der Figur VII, unterschiedlich. Dieser Nachteil kann durch Anbringen eines Schwungrads 41 am Synchronisationsgetriebe 15 behoben werden. Es ist al so nicht mit der Antriebswelle sondern mit dem anderen Wellensystem umgekehrter Drehrichtung verbunden.If the rotors have only one tooth aiif, then the load is the drive unit, z. B. the electric motor of Figure VII, different. This disadvantage can be caused by Attaching a flywheel 41 to the synchronization gear 15 can be fixed. It is thus not the other way around with the drive shaft but with the other shaft system Direction of rotation connected.

Grösse und Auslegung des Schwungrades werden dabei so gewählt, dass das Produkt Wr² (W = Gewicht, r = Radius) gleich dem des Motors und der Kupplung ist. Damit erfolgt ein Drehkraftausgleich der gegensinnig rotierenden Gruppen und die auf- d;as' Fundament übertragene Drehkraft ist praktisch Null. Es wird also ein glatterer, vibrationsfreier Lauf erzielt. Gleichzeitig wird auch die Belastung des Synchronisationsgetriebes 14, 15 ausgeglichen, da ein Teil der Spitzendrehkraft für den angetriebenen Rotor vom Schwungrad geliefert wird, und nicht über des Synchronisationsgetriebe übertragen zu werden braucht. Eine andere mögliche Anordnung ist bei 42 angedeutet.The size and design of the flywheel are chosen so that the product Wr² (W = weight, r = radius) is equal to that of the motor and the coupling is. This results in a torque compensation of the oppositely rotating groups and the torque transmitted to the foundation is practically zero. So it will a smoother, vibration-free run is achieved. At the same time there is also the burden of the synchronization gear 14, 15 balanced because a part of the peak torque for the driven rotor is supplied by the flywheel, and not via the synchronization gear needs to be transferred. Another possible arrangement is indicated at 42.

An Stelle einer einstückigen Ausführung von Rotornabe und Zahn können die Zähne auch getrennt hergestellt und durch geeignete Mittel befestigt werden, vergl. die Zähne 43 und 44 der wiFltr XIII.Instead of a one-piece design of the rotor hub and tooth can the teeth are also made separately and secured by suitable means, compare teeth 43 and 44 of wiFltr XIII.

Für grosse Kapazitäten kann die Auslassfläche ohne unerwünschten Druckabfall in der in der Fig. XV gezeigten Weise verdoppelt werden. Es sind hier die vier Auslassöffnung 45, 46, 47 und 48 vorgesehen. Gleichzeitig sind die Rotoren um 180° phasenversetzt, so dass die Abgabe des Kompressionsmittels nich-t gleichzeitig, sondern um 1800 phasenverschoben erfolgt. Somit braucht die für beide Rotoren dienende Öffnung 49 nicht grösser zu sein, als bei Verwendung für nur einen Rotor. Gleichzeitig ist auch der Einlass des Arbeitsmittels glatter.For large capacities, the outlet area can be used without an undesirable pressure drop can be doubled in the manner shown in Fig. XV. There are four outlets here 45, 46, 47 and 48 are provided. At the same time the rotors are phase shifted by 180 °, so that the delivery of the compression medium is not at the same time, but around 1800 out of phase. The opening 49, which is used for both rotors, therefore needs not to be larger than when used for only one rotor. At the same time is also the inlet of the working fluid smoother.

Eine weitere Ausgestaltung der Rotoren ist in der Figur XVI gezeigt. Die Profilflächen U-T-N-O-P und D-E-L-M sind mit denen der Figur IX identisch. Der Kreisbogen D-Z hat den Radius 50 mit dem nicht auf dem Teilkreis liegenden Mittelpunkt 51. Der Kreisbogen D-Z ist mit dem Kreisbogen D-E tangential. Die Profilfläche 52-P ist eine unregelmässige Kurve und wird durch die Fläche D-Z bei Umdrehung der Rotoren beschrieben. Durch diese Rotoren wird, zusammen mit den Auslassöffnungen der Figur I eine Vorrichtung ohne Einschlüese, ohne Totraum (mit Ausnahme der Einkerbungen 27) und mit ununterbrochener Abdichtungslinie erzielt.Another embodiment of the rotors is shown in FIG. XVI. The profile surfaces U-T-N-O-P and D-E-L-M are identical to those of Figure IX. Of the The arc D-Z has the radius 50 with the center not lying on the pitch circle 51. The circular arc D-Z is tangential to the circular arc D-E. The profile surface 52-P is an irregular curve and is determined by the area D-Z when the rotors rotate described. Through these rotors, together with the outlet openings of the figure I a device without inclusions, without dead space (with the exception the notches 27) and achieved with an uninterrupted sealing line.

Der Radius 50 ist grösser als der Radius F in der Figur IX.The radius 50 is larger than the radius F in FIG. IX.

F ist gleich der Radialhöhe des Zahns susserhalb des Teilkreises. Wäre der Radius des Kreisbogens D-Z kleiner als die Radialhöhe des Zahne, so wäre die Abdichtungslinie unterbrochen. Wird der Kreisbogen D-Z gewählt, so muss sein Radius also gleich oder grösser als F sein.F is equal to the radial height of the tooth outside of the pitch circle. If the radius of the circular arc D-Z were smaller than the radial height of the tooth, it would be the sealing line interrupted. If the circular arc D-Z is chosen, it must be The radius must therefore be equal to or greater than F.

Eine weitere Ausgestaltung der Rotoren zeigt die Figur XVII.Another embodiment of the rotors is shown in FIG. XVII.

Die Profilflächen U-T-N-O-P und D-E-L-M sind mit deren der Figuren IX und tVI identisch. Die Fläche D-53 entspricht einer bei D an die Kurve D-E tangentialen, konvexen, nicht kreisförmigen Kurve. Die Radialhöhe des Zahns ist mit 54 bezeichnet. Für optimalen Betrieb soll 56 gleich oder grösser als 94 sein, da andernfalls die Abdichtung unterbrochen ist oder vor Abschluss des Arbeitshubs Einschlüsse auftreten können. Die Profilfläche 55-P i at eine durch die Kurve 53-D beim Umlauf der Rotoren beschriebene unregelmässige Kurve.The profile surfaces U-T-N-O-P and D-E-L-M are with those of the figures IX and tVI identical. The surface D-53 corresponds to a tangential at D to the curve D-E, convex, non-circular curve. The radial height of the tooth is denoted by 54. For optimal operation, 56 should be equal to or greater than 94, otherwise the Sealing is broken or inclusions appear before the end of the working stroke can. The profile surface 55-P i at one by the curve 53-D when rotating the rotors described irregular curve.

Verkleinert man in der Figur IX die Kreisbogen T-N, O-P und D-E bis auf Null, so erhält man die Rotorausbildung der Figur XVIII, die wie die übrigen Rotoren in dem Gehause der Figur I umlaufen und mit einem Totraum von Null und ohne Einschlüsse arbeiten.If one reduces the circular arcs T-N, O-P and D-E bis in FIG. IX to zero, the rotor configuration of Figure XVIII is obtained, which is the same as the rest Rotors in the housing of Figure I revolve and with a dead space of zero and without Inclusions work.

Bei gegebenem Rotordurchmesser kann die Fläche der Auslessöffnung durch die in der Figur XIX gezeigte Ausbildung vergrössert werder. Ibr äusserer Radius 57 ist grösser als die Teilkreise 58 und 59. Die Rotorprofile sind hier durch vier Kreisbogen gekennzeichnet, deren Mittelpunkte auf den Teilkreisen liegen.With a given rotor diameter, the area of the discharge opening be enlarged by the training shown in Figure XIX. Ibr outer Radius 57 is larger than the pitch circles 58 and 59. The rotor profiles are through here four arcs are marked, the centers of which lie on the partial circles.

Die Ausbildung der Figur XX zeigt Rotoren mit zwei Zähnen, die bei gewisser Nachteilen eine etwa um 20% grössere Verdrängung erzielen.The formation of Figure XX shows rotors with two teeth, which at Certain disadvantages achieve a displacement that is approximately 20% greater.

In der Ausgestaltung der Figur XXI ist die Umdrehungszahl den einen Rotors doppelt so gross wie die des anderen Rotors.In the embodiment of Figure XXI, the number of revolutions is the one Rotor twice as big as that of the other rotor.

Der Totraum ist vernachlässigbar klein und es entstehen keine Einschlüsse.The dead space is negligibly small and there are no inclusions.

Möglich ist auch die Ausbildung der Figur XXII, in der die Axialbreite 60 der Rotornabe etwas grösser als die Axialbreite 61 das Zahns ist. In diesem Fall muss die Gehäusebohrung zur Aufnahme der Nebenverlängerung abgesetzt sein. Dann kann der Radius der Aussenkante der Auslassöffnung dem des Rotorteilkreises gleich sein.It is also possible to form the figure XXII, in which the axial width 60 of the rotor hub is slightly larger than the axial width 61 of the tooth. In this case the housing bore must be offset to accommodate the secondary extension. then the radius of the outer edge of the outlet opening can be the same as that of the rotor pitch circle be.

Im Betrieb als Komnressor wird die nicht abgedeckte Fläche der Auslassöffnung 17 gegen Ende des Arbeitshubs immer kleiner (vgl. Fig. II und III). Vorsuche und Berechnungen haben gezeigt, dass bei Verwendung der Rotorausbildung der Figuren XXIII und XXIV höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten ünd/oder breitere Rotoren ohne übermässige Drosselverluste über die Öffnungen 17 möglich werden, wenn die Kompression 3,5 oder weniger beträgt.When operating as a compressor, the uncovered area becomes the outlet opening 17 smaller and smaller towards the end of the working stroke (see. Fig. II and III). Preliminary research and calculations have shown that when using the rotor training FIGS. XXIII and XXIV higher rotational speeds and / or wider Rotors without excessive throttle losses via the openings 17 are possible if the compression is 3.5 or less.

Bis auf die grössere Einlassöffnung 63 entspricht das Gehäuse 62 dem der Figur 1. Auch die Rotoren sind die gleichen, Jedoch ist der Bogenwinkel 65-66 des Zahns 64 und der Bogenwinkel 68-69 der Ausnehmung 67 grösser. Der zweite Rotor 70 beendet den Arbeitshub, während noch ein erheblicher Teil der Auslassöffnung 17 unbedeckt ist. In der Rotorstellung der Figur XXITI hat der-zweite Rotor 70 den Arbeitshub fast beendet, so dass nunmehr die Verdrängung (und der Durchfluss) abnehmen und der Druckverlust durch die Auslassöffnung 17 herabgesetzt wird. Die Aussenkante R bzw. 66 des zweiten Rotors fahrt abdichtend über die Zahnfläche des ersten Rotors.Except for the larger inlet opening 63, the housing 62 corresponds to the of Figure 1. The rotors are also the same, but the arc angle is 65-66 of the tooth 64 and the arc angle 68-69 of the recess 67 larger. The second rotor 70 ends the working stroke while a significant part of the exhaust port is still open 17 is uncovered. In the rotor position of FIG. XXITI, the second rotor 70 has the Working stroke almost ended, so that the displacement (and the flow) now decrease and the pressure loss through the outlet opening 17 is reduced. The outer edge R or 66 of the second rotor moves sealingly over the tooth surface of the first rotor.

Diese Phase ist mit P bezeichnet. Beim Betrieb als Kompressor beginnt die Phase P in der in den Figuren II oder XXIII gezeigten Rotorstellung und endet in etwa der Rotorstellung der Figur III. Die Rotorstellung IV liegt ausserhalb der Phase P.This phase is denoted by P. Starts when operating as a compressor the phase P in the rotor position shown in Figures II or XXIII and ends roughly the rotor position of Figure III. The rotor position IV is outside the Phase P.

Mit 21 und 71 sind die in der Rotorstellung der Fig. lT ri5d XXIII von den Rotoren und dem Gehäuse begrenzten Kammern bezeichnet. Obwohl das Volumen der Kammer 71 erheblich kleiner als das Volumen der Kammer 21 ist, ist der Durchflussquerschnitt durch die Auslassöffnungen 17 in beiden Fällen der gleiche. Das bedeutet, dass in der Ausgestaltung der wir.With 21 and 71 are those in the rotor position of Fig. LT ri5d XXIII designated by the rotors and the housing bounded chambers. Although the volume of the chamber 71 is considerably smaller than the volume of the chamber 21, the flow cross-section is through the outlet openings 17 the same in both cases. That means that in the design of we.

XXIII ein kleineres Volumen durch die gleiche, unabhädeckte Öffnungsfläche fliesst, so dass während dieser kritischen Periode die Drosselverluste geringer sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass wegen des grösseren Bogenwinkels der Ausnehmung 67 die unabgedeckte Durchflussfläche dadurch die Auslassöffnungen in den der Stellung der Figur XXIII vorausgebenden Rotorstellungen grösser ist. Ferner kann der Einlass 63 grösser ausgebildet werden (geringerer Strömungswiderstand). Trotzdem ist im Vergleich zur Ausbildung der Figur I die Abnahme der Gesamtverdrägung nur gering.XXIII a smaller volume due to the same, uncovered opening area flows, so that the throttling losses are lower during this critical period are. Another advantage is that because of the larger arc angle the recess 67, the uncovered flow area, thereby the outlet openings is greater in the rotor positions which precede the position in FIG. XXIII. Furthermore, the inlet 63 can be made larger (lower flow resistance). Nevertheless, compared to the formation of Figure I, there is a decrease in the overall displacement only slightly.

Der grössere Zahn 64 verlängert den Tieckweg und erhöht damit den Leckwiderstand.The larger tooth 64 extends the triangle path and thus increases the Leak resistance.

All diese Vorteile werden durch Vergrösserung des Bogenwinkels von Zahn und Ausnehmung des ersten Rotors erreicht.All of these advantages are achieved by increasing the arc angle of Tooth and recess of the first rotor reached.

Dagegen bleibt der zweite Rotor unverändert, da sonst die Gesamtverdrängung zu stark herabgesetzt wird.In contrast, the second rotor remains unchanged, otherwise the total displacement is reduced too much.

Zur Optimierung sollte der Bogen 65-66 so gross sein, dass nl Beginn der Phase P der zweite Rotor den Verdrängungshub fast beendet hat. Dies wird dadurch erreicht, dass der mit Delta bezeichnete, von allen Teilen des zweiten Rotors eingenommene Gesamtwinkel 650 beträgt (vgl. die Figur XXIV).For optimization, the arc 65-66 should be so large that nl start phase P the second rotor has almost finished the displacement stroke. This is because of this achieves that the designated with Delta, occupied by all parts of the second rotor Total angle is 650 (see FIG. XXIV).

Die Vorteile der Ausbildung gemass den Figuren XXIII und XXIV sind in der Regel auf eine Kompression von bis zu 3,5 beschränkt. Bei. höherer Kompression bzw. höherem Druckverhaltnis ist die Ausbildung entsprechend der Fir I meist vorteilhafter, d#a andernfalls die Maximalfläche der Öffnungen ]7 begrenzt ist.The advantages of training according to Figures XXIII and XXIV are usually limited to a compression of up to 3.5. At. higher compression or higher pressure ratio, the design according to Fir I is usually more advantageous, d # a otherwise the maximum area of the openings] 7 is limited.

Claims

Claims otationsverdrän.Pnsmaschine with two rotors in intersecting bores in a housing, each rotor consisting of a hub and at least one tooth extending radially from this, in the hub next to the tooth a recess is provided in which the tooth of the other Rotors intermittently engages, and the rotors with each other and with the housing form a main chamber displacing the working medium, an inlet and an outlet opening for the working medium is provided in the housing, at least one of these openings is located in a bore end wall and is periodically closed and released by a rotor is characterized in that the tooth (9) of the first rotor (1) has a surface profiled in such a way that the outer end of the tooth (10) of the second rotor (2) sweeps over the concave profile surface during phase P of the rotor rotation, the rotors and the housing during this phase one during the phase progression Boundary variable-volume chamber with a smaller volume than the main chamber, and the opening lying in the bore end wall is shaped and arranged so that it is in open communication with the smaller chamber at least during a part of the phase P. S. Rotary displacement machine according to claim 1, characterized in that the recess (II) in the first rotor hub (7) is profiled in such a way that the second rotor tooth can engage in it in a sealing manner. 3. Rotary displacement machine according to claim 2, characterized in that the two rotors have pitch circle of the same diameter, the second rotor tooth has a convex surface with the profile line C, which intersects the pitch circle of the second rotor at point D, the outer radial end of the second rotor tooth with the Bore wall seals off, an imaginary circle leads through the outer radial end of the second rotor tooth, the center of which lies on the axis of the second rotor, the outer radial end of line C intersects the circle made at point E, an imaginary radial line F intersects point E and the The axis of the second rotor connects and intersects the pitch circle of the second rotor at point G, with all points D, E and G lying in a common plane perpendicular to the axis of the second rotor, and the minimum distance between points D and G the distance between the points E and G are approximately the same. 4. Rotary displacement machine according to claim 2, characterized in that the profile on the outer radius of the second rotor tooth is formed by a limited circular arc, the center of which lies on the axis of the second rotor and which is tangential to the line a. 5. Rotary displacement machine according to claim 4, characterized in that the line C is an arc of a circle with a constant radius, the center Rif of which is the pitch circle of the second rotor. 6. Rotary displacement machine according to claim 1, characterized in that the recess in the first rotor hub is designed so that it seals with the second rotor tooth and the edge of the opening in the end wall of the bore corresponds to part of the circular path described by the outer radius of the second rotor . 7. Rotary displacement machine according to claim 1, characterized in that each rotor has only one tooth, the rotors are balanced by a hub hole which is attached in an angular position between the rotor tooth and a point diametrically opposite the recess. 8. Rotary displacement machine according to claim 1, characterized in that the diameter of the hub of the first rotor and the diameter of the hub of the second rotor is smaller than the pitch circle diameter of the second rotor, the outer radius of the opening in the end wall of the bore is greater than the pitch circle radius of the first rotor, and a profile surface on one side of the second rotor tooth outside the pitch circle is convex and inside the same is concave. 9. Rotary displacement machine according to claim 1, characterized in that the total angle assumed by all parts of the second rotor tooth is at least 5 °. 10. Rotary displacement machine according to claim 9, characterized in that the total angle occupied by all parts of the first rotor tooth is at least 150 smaller than that of the second rotor tooth. 11. Rotary displacement machine according to claim 1, characterized in that the first rotor is provided with a notch which interrupts the end face of this rotor and the recess provided in it, is arranged radially inward to this recess and which has the correspondingly shaped opening provided in the end wall of the bore periodically communicates. 12. Rotary displacement machine according to claim 1, characterized in that the one rotor is driven by a motor and the other rotor is coupled to a Schwungrsd. 13. Rotary displacement machine according to claim 12, characterized in that Wr2 is the same for all parts rotating in one sense and all parts rotating in the opposite sense.

1.4-. Rotary displacement machine according to claim 1, characterized in that that one opening is a low pressure opening and the other opening is a high pressure opening is, the low pressure port consists of two parts, the first through the radial wall the bore receiving the second rotor, while the second part guides the end walls both holes are interrupted, in turn, being cut by both.