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Die
Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter.
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Bei
einem Seitenkanalverdichter oder auch Gasringverdichter wird ein
zu verdichtendes Gas in mindestens einem ringartigen Seitenkanal
mittels eines rotierenden und von einem Antriebsaggregat angetriebenen
Laufrads in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzt und
dabei von einem Ansaugstutzen zu einem Druckstutzen verdichtet.
Das am Ansaugstutzen angesaugte Gas wird aufgrund des im Seitenkanal
rotierenden Laufrads mitgerissen, dabei in die schraubenlinienförmige Bewegung in
Umfangsrichtung versetzt und nach annähernd 360° wieder über den Druckstutzen ausgestoßen. Der
Seitenkanalverdichter kann sowohl als Kompressor als auch als Vakuumpumpe
eingesetzt werden. Der Seitenkanalverdichter ist aufgrund seines
einfachen Verdichtungsprinzips sehr robust und wird vorzugsweise
für solche
Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf hohe Volumenströme des Gases
ankommt. Besondere Vorteile des Seitenkanalverdichters sind seine
Wartungsfreiheit, die ölfreie
Verdichtung, ein niedriges Geräusch
und seine hohe Lebensdauer.
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Der
Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters hängt u.a. entscheidend von der
Wahl der Geometrie des Seitenkanals sowie von einer definierten und
möglichst
turbulenzfreien Strömungsführung ab. Im
Hinblick auf eine geeignete Strömung
im Seitenkanal ist die Oberflächengüte der Wandungsbereiche des
Seitenkanals von wesentlicher Bedeutung. Eine hohe Oberflächengüte bei komplexer
Seitenkanalgeometrie lässt
sich oftmals nur durch spezielle Nachbearbeitungsverfahren oder
komplexe Herstellungsschritte verwirklichen, wodurch die Herstellungskosten
hoch sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine komplexe Seitenkanalgeometrie
mit einer hohen Oberflächengüte bei geringen
Herstellungskosten zu ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch einen Seitenkanalverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Der Seitenkanalverdichter weist ein in einem Gehäuse angeordnetes
und um eine axiale Drehachse rotierbar gelagertes Laufrad auf, welches
eine Mehrzahl von Laufradschaufeln umfasst, die in einem durch das
Gehäuse
gebildeten Arbeitsraum, dem Seitenkanal, angeordnet sind. Der Arbeitsraum
weist eine komplexe Geometrie auf und es ist – in Axialrichtung betrachtet – eine Hinterschneidung
ausgebildet. Das Gehäuse
umfasst ein Gehäusegrundteil,
einen vorderen Gehäusedeckel sowie
zur Ausformung der Hinterschneidung zumindest ein Einlegeteil.
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Geometrien
mit Hinterschneidungen lassen sich herstellungstechnisch in der
Regel nur sehr aufwändig
herstellen. Denn bei Gießverfahren
mit wieder verwendbaren Gießformen
ist die Ausbildung von Hinterschneidungen aufgrund des notwendigen
Entformungsvorgangs nicht möglich.
Derartige Hinterschneidungen müssten
durch aufwändige
Nachbearbeitungsschritte, wie beispielsweise spanende Verfahren,
eingearbeitet werden.
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Durch
die spezielle Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters mit dem Einlegeteil
wird der besondere Vorteil erzielt, dass eine Hinterscheidung erst
durch das Einlegeteil ausgebildet wird, so dass die restlichen Gehäuseteile
einfach und kostengünstig
herstellbar sind. Insgesamt ist hierdurch ein Seitenkanalverdichter
mit hohem Wirkungsgrad bei geringen Herstellungskosten ermöglicht.
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Zweckdienlicherweise
sind hierbei zumindest das Gehäusegrundteil
und der Gehäusedeckel Druckgussteile,
die sich aufgrund des Druckgussverfahrens in hohen Stückzahlen
kostengünstig
herstellen lassen. Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit, auch
das Einlegeteil als Druckgussteil auszubilden. Alternativ hierzu
ist dieses beispielsweise als ein geformtes Blechteil, oder als
ein Kunststoffspritzgussteil ausgebildet.
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Im
Hinblick auf eine möglichst
einfache Ausgestaltung des Einlegeteils ist dieses als zumindest weitgehend
umlaufender Einlegering ausgebildet. Der Einlegering ist hierbei
um die axiale Drehachse umlaufend angeordnet. Unter zumindest weitgehend umlaufend
wird hierbei insbesondere verstanden, dass der Einlegering beispielsweise
um einen Winkelbereich von etwa 330° umläuft und lediglich im Bereich
zwischen einem Druck- und Saugstutzen und einem zwischen diesen
angeordneten Unterbrecher des Seitenkanalverdichters unterbrochen
ist. Im Bereich zwischen Saugeinlass und Druckauslass ist auch der
Seitenkanal unterbrochen.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung ist der Einlegering als ein Spreizring
ausgebildet, weist also eine in radialer Richtung wirkende Federkraft
oder Elastizität
auf, so dass er selbsttätig
ohne weitere Befestigungsmittel in radialer Richtung gegen den Gehäusedeckel
und/oder das Gehäusegrundteil
verspannt ist. Durch diese Maßnahme
ist zugleich eine definierte radiale Lage des Einlegerings sichergestellt.
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Um
eine definierte Lage des Einlegeteils auch während des Betriebs zu gewährleisten
ist das Einlegeteil zweckdienlicherweise am Gehäusegrundteil und/oder am Gehäusedeckel
befestigt. Die Befestigung erfolgt hier beispielsweise über Schweißen, über Befestigungsstifte
oder Befestigungsschrauben. Die Befestigung erfolgt zusätzlich oder
alternativ auch über
eine Verrastung oder eine Schnappverbindung mit dem Gehäusegrundteil
und/oder dem Gehäusedeckel.
Auch besteht die Möglichkeit,
das Einlegeteil über
einen Presssitz zu befestigen. Durch die Befestigung ist die Lage
des Einlegeteils sowohl in radialer als auch in axialer Richtung
zuverlässig
und unverrückbar
festgelegt.
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Alternativ
oder ergänzend
zu Montagezwecken ist gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung vorgesehen, dass das Einlegeteil insbesondere
zwischen dem Gehäusegrundteil
und dem Gehäusedeckel
mit Hilfe eines in axialer Richtung wirkenden Federelements eingespannt
ist. Dieses Federelement ist hierbei insbesondere ein Metallband
oder ein Gummiring. Vorzugsweise ist es daher zugleich auch als
ein zumindest weitgehend umlaufendes und nahezu ringartiges Dichtelement
ausgebildet.
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Das
Gehäusegrundteil
und der Gehäusedeckel
sind üblicherweise
entlang einer senkrecht zur axialen Drehachse orientierten Teilungsebene
getrennt. Zweckdienlicherweise ist das Einlegeteil nur auf einer
Seite der Teilungsebene angeordnet, also entweder auf der Seite
des Gehäusegrundteils
oder der des Gehäusedeckels,
so dass nur eines dieser beiden Teile für die Aufnahme des Einlegeteils
ausgebildet zu sein braucht.
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Im
Hinblick auf eine einfache Montage und zugleich eine genaue Lagepositionierung
der axialen Lage ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass eine
Begrenzungsseite des Einlegeteils in der montierten Endstellung
in der Teilungsebene liegt und sich daher mit dieser Begrenzungsseite
am zweiten Teil, vorzugsweise am Gehäusedeckel, abstützt bzw. gegen
den Gehäusedeckel über das
Federelement gepresst ist.
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Vorzugsweise
umfasst das Einlegeteil im Querschnitt gesehen eine Grundseite und
arbeitsraumseitig einen sich in Radialrichtung erstreckenden Steg
mit zwei seitlichen Flanken, die jeweils einen Teilwandungsbereich
des Arbeitsraums bilden. Um eine möglichst gleichmäßig und
turbulenzfreie Strömungsführung im
Seitenkanal zu ermöglichen, fluchten
die Flanken des Stegs jeweils mit den angrenzenden Teilwandungsbereichen
des Arbeitsraums, welche vom Gehäusegrundteil
bzw. vom Gehäusedeckel
gebildet sind. Die Flanken des Stegs gehen also ansatzlos und kantenfrei
und damit homogen in das Gehäusegrundteil
bzw. in den Gehäusedeckel über. Das
Einlegeteil umfasst daher beidseitig am Steg zwei Oberflächenbereiche
des Arbeitsraums. Insgesamt wird durch das Einlegeteil daher in
einfacher Art und Weise die Ausgestaltung eines doppelflutigen Seitenkanals
mit zwei über
das Einlegeteil zumindest bereichsweise getrennten Fluten ermöglicht.
Durch das Einlegeteil sind daher die beiden Fluten zwischen ihren
radialen Endbereichen zueinander räumlich getrennt, so dass sich
in der jeweiligen Flut eine abgegrenzte und definierte Strömung beim
Betrieb ausbildet, was sich auf den Gesamtwirkungsgrad positiv auswirkt.
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Zweckdienlicherweise
ist hierbei vorgesehen, dass die beiden Fluten jeweils eine elliptische Querschnittsgeometrie
aufweisen. Im Hinblick auf eine geeignete Strömungsführung sind die beiden Fluten
zueinander weitgehend abgegrenzt, d.h. ihre Querschnittsgeometrie
wird vollumfänglich
oder nahezu vollumfänglich
bis auf notwendige oder bewusst gewählte Spalte vom insbesondere
dreiteiligen Gehäuse
sowie von einem Tragring des Laufrads gebildet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen jeweils in teilweise schematischen Darstellungen:
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1 eine
ausschnittsweise Querschnittsdarstellung eines zweiflutigen Seitenkanalverdichters im
Bereich des zweiflutigen Seitenkanals mit Blickrichtung in Umfangsrichtung
des Laufrads,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines als Einlegering ausgebildeten
Einlegeteils,
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3 eine
Explosionsdarstellung des Laufrads, des Einlegerings sowie des Gehäusegrundteils, wobei
diese drei Bauteile jeweils in ihrer Hälfte geschnitten dargestellt
sind und
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4 eine
ausschnittsweise und stark vereinfachte Querschnittsdarstellung
eines Seitenkanalverdichters im Bereich eines über ein Federelement axial
verspannten Einlegeteils.
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In
den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Der
in 1 ausschnittsweise dargestellte Seitenkanalverdichter
weist einen doppelflutigen, einen Arbeitsraum bildenden Seitenkanal 2 mit
zwei in Axialrichtung 4 benachbart zueinander angeordneten Fluten 2A, 2B mit
elliptischen Querschnitt auf. Der Seitenkanalverdichter umfasst
ein mehrteiliges Gehäuse,
das ein Gehäu segrundteil 6,
einen Gehäusedeckel 8 sowie
ein als Einlegering ausgebildetes Einlegeteil 10 umfasst.
Das Einlegeteil 10 weist eine Rückseite 10A sowie
arbeitsraumseitig einen sich in den Arbeitsraum erstreckenden Steg 10B mit
zwei seitlichen Flanken auf. Der Steg 10B trennt die beiden
Fluten 2A, 2B im radial äußeren Teilbereich des Seitenkanals 2 voneinander
und grenzt sie gegeneinander ab. Die beiden Flanken bilden jeweils
einen Innenwandteilbereich der jeweiligen Flut 2A, 2B.
Die Ausgestaltung des Einlegeteils 10 als nahezu geschlossener
Einlegering geht insbesondere auch aus der perspektivischen Darstellung
der 2 hervor.
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Im
Gehäuse
ist ein Laufrad 12 um eine sich in Axialrichtung 4 erstreckende
Drehachse rotierbar gelagert. Das Laufrad 12 wird über eine
hier nicht näher
dargestellte Antriebswelle und über
einen Antriebsmotor angetrieben. Das Laufrad 12 erstreckt sich
in Radialrichtung 14 und umfasst eine Laufradnabe 16,
an die sich ein Tragring 18 anschließt, auf dem in Umfangsrichtung
oder Drehrichtung des Laufrads 12 eine Vielzahl von Laufradschaufeln 20 angeordnet
sind. Der Tragring 18 übersteht
mit seiner Unterseite in Axialrichtung 4 beidseitig die
Laufradnabe 16. Er weist einen sich in Radialrichtung 14 erstreckenden
Trennsteg 22 auf, welcher die beiden Fluten 2A, 2B voneinander
trennt und gegeneinander abgrenzt. Zwischen dem Gehäuse und
dem Laufrad 12 befindet sich ein Spalt, welcher über eine
Dichtungsvorrichtung 24 abgedichtet ist. Diese ist mit
Schrauben 26 in Axialrichtung 4 fixiert.
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Die
elliptische Querschnittsfläche
der beiden Fluten 2A, 2B ist insgesamt begrenzt
und gebildet durch Innenwandteilbereiche der drei Gehäuseteile 6, 8, 10 sowie
des Trennstegs 22. Die Innenwandteilbereiche bilden daher
gekrümmte
Oberflächen
aus, um die elliptische Querschnittskontur zu erzeugen. Die Krümmungen
der Innenwandteilbereiche sind dabei derart gewählt und aufeinander angepasst, dass
die Wandungsbereiche möglichst
homogen und ansatzfrei ineinander übergehen. Die einzelnen Wandungsbereiche
sind daher im Wesentlichen fluchtend zueinander angeordnet.
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Der
Trennsteg 22 erstreckt sich in Radialrichtung 14 etwa über ¾ der Seitenkanalhöhe. In Radialrichtung 14 wird
der Trennsteg 22 durch den Steg 10B unter Freilassung
eines Spalts 28 weitergeführt. Die Spaltbreite ist dabei
ausreichend groß bemessen,
um in diesem Bereich ein Ansammeln von Staub oder Flusen zu vermeiden.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 1 ist das Einlegeteil 10 in eine Aussparung 30 im
Gehäusegrundteil 6 eingelegt.
Seine linke Stirn- oder Begrenzungsseite 10C fällt in eine
Teilungsebene 32 zwischen dem Gehäusegrundteil 6 und
dem Gehäusedeckel 8.
Im Ausführungsbeispiel
der 1 ist das Einlegeteil 10 über den
Gehäusedeckel 8 gegen
die Begrenzung der Aussparung 30 gepresst, so dass das
Einlegeteil 10 insgesamt zwischen den beiden Gehäuseteilen 6,8 ohne
weitere Hilfsmittel eingeklemmt ist. Durch diese Klemmbefestigung
ist ein Verrutschen des Einlegeteils in Axialrichtung 4 sicher vermieden.
Gleichzeitig ist das Einlegeteil 10 nach Art eines Spreizrings
ausgebildet, wie sich insbesondere aus 2 ergibt,
welcher eine in Radialrichtung 14 wirkende Federkraft oder
elastische Kraft aufweist, so dass durch diese Federkraft die Rückseite 10A gegen
die korrespondierende Anlage am Gehäusegrundteil 6 gepresst
wird. Dadurch ist die Lage des Einlegeteils 10 auch in
Radialrichtung 14 fixiert. Zur Klemmbefestigung in axialer
Richtung besteht die Möglichkeit,
im montierten Endzustand zwischen dem Gehäusedeckel 8 und dem
Gehäusegrundteil 6 im
Bereich der Begrenzungsseite 10C einen geringfügigen Spalt
zu belassen, so dass gewährleistet
ist, dass der Gehäusedeckel 8 mit
ausreichender Klemmkraft das Einlegeteil 10 einklemmt.
Der Gehäusedeckel 8 wird üblicherweise
mit Schrauben am Gehäusegrundteil
befestigt.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 1 ist das Einlegeteil 10 ausschließlich durch
ein Klemmen sowohl in Radialrichtung 14 als auch in Axialrichtung 4 gehalten.
Zusätzlich
oder alternativ erfolgt die Befestigung des Einlegeteils 10 durch
Schweißen,
Anschrauben od.dergl.
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Zum
Herstellen des Seitenkanalverdichters werden die einzelnen Teile
als separate Teile gefertigt. Die wesentlichen Teile sind das Gehäusegrundteil 6,
der Gehäusedeckel 8,
das Einlegeteil 10 sowie das Laufrad 12, die – bis auf
den Gehäusedeckel 8 – in 3 dargestellt
sind. Da zur Erreichung eines möglichst
hohen Wirkungsgrades die Maßhaltigkeit der
einzelnen Teile sowie eine hohe Oberflächengüte des Seitenkanals 2 von
entscheidender Bedeutung ist, werden die Teile in einem Druckguss-Verfahren als
Metall-Druckgussteile ausgebildet. Dieses Verfahren erlaubt die
Herstellung hoher Stückzahlen
zu geringen Kosten. Gleichzeitig wird durch das Herstellungsverfahren
bedingt eine hohe Oberflächengüte erzielt,
ohne dass aufwändige
Nachbearbeitungsschritte notwendig sind. Zudem ist eine sehr hohe Maßhaltigkeit
beim Druckguss-Verfahren erreichbar. Das Einlegeteil 10 kann
auch mit alternativen Herstellungsverfahren oder aus alternativen
Materialien hergestellt werden.
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Zum
Zusammenbau des Seitenkanalverdichters wird zunächst das Einlegeteil 10 in
Axialrichtung 4 in das Gehäusegrundteil 6 in
die vorgesehene Aussparung eingelegt. Das Einlegeteil läuft vollständig um
den Seitenkanal 2 um und wird lediglich durch einen in
der 3 ersichtlichen Unterbrecher 34 unterbrochen,
der zwischen einem hier nicht näher
dargestellten Saugeinlass und einem Druckauslass angeordnet ist.
Bevor der Gehäusedeckel 8 anschließend auf
das Gehäusegrundteil 6 aufgeschraubt wird,
wird das Laufrad 12 auf die hier nicht näher dargestellte
Antriebswelle aufgesteckt.
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In
der alternativen Ausgestaltung gemäß 4 ist zur
Positionierung und Fixierung des Einlegeteils 10 in Axialrichtung 4 ein
Federelement 36 vorgesehen, welches sich zum einen am Gehäusegrundteil 6 sowie
an einer rechten Begrenzungsseite 10D des Einlegeteils 10 abstützt und
dieses gegen den Gehäusedeckel 8 presst.
Das Federelement 36 ist hierbei vorzugsweise als ein umlaufender
Federring ausgebildet, beispielsweise ein Metallband oder auch ein
Gummiring, und übernimmt
zugleich eine Abdichtfunktion.
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In
den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen fluchtet die
linke Begrenzungsseite 10C des Einlegeteils 10 jeweils
mit der Teilungsebene 32. Alternativ hierzu besteht auch
die Möglichkeit, dass
das Einlegeteil 10 die Teilungsebene 32 überbrückt und
dass beide Gehäuseteile 6,8 eine
Aussparung 30 zur Aufnahme des Einlegeteils 10 aufweisen.
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- 2
- Seitenkanal
- 2A,
2B
- Fluten
- 4
- Axialrichtung
- 6
- Gehäusegrundteil
- 8
- Gehäusedeckel
- 10
- Einlegeteil
- 10A
- Rückseite
- 10B
- Steg
- 10C
- linke
Begrenzungsseite
- 10D
- rechte
Begrenzungsseite
- 12
- Laufrad
- 14
- Radialrichtung
- 16
- Laufradnabe
- 18
- Tragring
- 20
- Laufradschaufel
- 22
- Trennsteg
- 24
- Dichtungsvorrichtung
- 26
- Schraube
- 28
- Spalt
- 30
- Aussparung
- 32
- Teilungsebene
- 34
- Unterbrecher
- 36
- Federelement