DE2029831A1 - Drehkolben Arbeitsmaschine - Google Patents

Description

2029831 Andrejewski & Honke Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski

.**·-. -χι. orr/N/mj Diplom-Ingenieur

Anwaltsakte: J54 970/Ti Dr.-Ing. Manfred Honke

Essen, den 12. Juni 1970 K«ttwie«r Straß· 36 (th )

Patentanmeldung Atlas Copoo Aktlebolag Macka / - Schweden - Drehkolben-Arbeitsmaschlne..

Gegenstand der Erfindung ist eine Drehkolben-Arbeitsmaschine, bestehend aus einem Maschinengehäuse mit einander schneidenden zylindrischen Bohrungen für einen Haupt- und einen Steuerrotor sowie Stirndeckeln mit axialem Ein- und Auslaß für ein elastisches Arbeitsmedium, wobei beide Rotoren jeweils einen Zahn an ihrer ein Teil mit praktisch konstantem Durchmesser aufweisenden Habe tragen, welcher beim Hauptrotor eine konkave Zahnflanke sowie eine in die Nabe übergehende konvexe zahnflanke und beim Steuerrotor wenigstens eine konkave zahnflanke sowie eine in die Habe Übergehend« zweite Flanke besitzt, während in der Habe des Hauptrotors neben der konkaven Flanke seines Zahnes eine vertiefung für den Durchgang des Zahnes des Steuerrotors und In der Nabe des

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Steuerrotors neben seiner konkaven zahnflanke ein® Vertiefung für den Durongang des H&uptrotorzahnes ausgebildet ist und beide synchron verdrehbaren Rotos^n «!©Wirt im Maschineng@häus@ gelagert sind, daß ihre zähne abdichtend an d®n Bohrungen, und d©n Stirndeckeln anliegen, wodurch ®in« zwangsläufige Verdrängung und VoluraenSnderung der di® Maschin® bei Jedem Arbeitstakt durchströmenden Mengen des Arbeitsmediums ©rai©2bar ist.

Die Aufgabe der Erfindung g@ht in epato? Lini© dahin, ©in© derartige Drehkolben-Arbeitsmasehin® In d@p Wis® auszubilden, daß ihr« Drehkolben oder Rotoren atatisch und dynamisch leicht ausgewuchtet werden können und die M&schin© als Ganges preiswert und einfach aufgebaut ist. Dabei soll die leistung der Maschine bei geringen Außenabioesantigen insbesonder® des Maschinengehäuses hoch sein, die Einlaß- und Auslafluffmffigen so groß wie möglich sein und die Strömungsgeschwindigkeit d®a Arb@itsmediums in der Maschine sowie in den Einiai- und Auslalöffnungen niedrig sein.

Gekennzeichnet ist ®±m egfiitdungseBnK&s Dreiikolbeii»Ärbeifesmasehine hauptsächlich dadurch« AmB sw«eks stafciseh@£° und dynamischer Auswuchtung des Hauptrotops auf sßimv Welle eins fen einer öffnung in der konkaven Flank© seines Zahnes in seine Nabe hineinreichende ·Aushöhlung ®nfcspr@eh®nd©i» Ausdehnung und aur statischen und dynamischen Auswuchttmg dles--Steuerfotors ©ine von einer öffnung in der Hinterflnai® ä1b®s Zahn®s in seine Nabe hineinreichende Aushöhlung -entsprechendes» Ausdehnung ausgebildet ist.

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Wenn auch die erflndungsgeaäSe D re hkolben-Arbeiten* sch ine in erster Lini· für den Einsatz als Kompressor bestimmt ist» so ist ihr Einsatz als Antriebsmaschine ebensogut möglich.

Im Folgenden werden die vorbeschriebenen und weiter· Merkmale der Erfindung anhand einer Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigen:

Pigur 1 eine Endansicht ein·β erfindungegeaKeeu Drehkolbenkonpreeaors alt eine« Zahn an jeden Rotor;

Figur 2 einen Schnitt durch den Kompressor aus Fig. *, wobei die Rotoren jedoch in einer Endansicht dargestellt sindi

Figur 3 einen Langsaxialsohnitt durch die Rotorachsen gemäfi der Linie III-III aus Pig. Ij

Figur 4 eine Endansicht des Hauptrotors und des mit ihm zusammenwirkenden Steuerrot or a der Maschine aus den Figuren 1 bis 3i

Figur 6 und 6 Einzelansichten in verkleinerteii Mafistabe

in etwas scheeatlsoher Darstellung der Rotoren und der Konturen der Zylinderbohrungen als Ansicht vom ein·η Ende der Rotoren zu Beginn der Kompression be zw. zu Beginn der Abgabe; und

Figur 7 eine der Figur 4 entsprechende Ansicht eines Drehkolbenkompressors alt den beiden Rotren in einer Position, in welcher deren zahnspitzen gerade

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aufeinandertreffen, wobei dies© Rotoren gegenüber den in den Figuren 2 und 4 bis 6 dargestellten Rotoren etwas abgewandelt sind.

Bei der in den Figuren 1-7 dargestellten Drehkolben-Arbeitsmaschine handelt es sich um eine» einstufigen Zahnkompressor mit einem Hauptrotor und einem Steuerrotor, welche jeweils einen Zahn tragen. Die Maschine besitzt ein Maschinengehäuse, welches aus einem mittleren Korapres sorge häuse 1 mit zwei S tirade ekeln 2 und 3 besteht, welch® mittels Schraubbolseja 4 am mittleren Kompressorgehäuse 1 festgeschraubt sind. Dieses Gehäuse 1 be» sitzt zwei zylindrische, einander schneidende Bohrungen 5 und 6 mit parallelen Achsen, welch® sich in eimern bestimmten Winkel schneiden,, Die Bohrungen 5 und 6 sowie die stirndeclesi 2 und 3 bilden Kammern für einen Haiaptrotor 7 und ©inen Steuerrotor 8, we lohe auf parallelen Wellen 9 bezw. 10 befestigt sind, welche ihrerseits drehbar in Lagern in d©n Stirndeck®In 2 und 3 ge» lagert sind und mittels einer Zahnredftb« ft ragung 12 synchronisiert und gegen die Arbeitskamnern im Gehäuse 1 durch Dichtringe 13 abgedichtet sind. Das Gehäuse I besitzt einen Einlagkanal 14 und einen Auslaßkanal 15, welch© in Ebenen 16 und 17 enden, die rechtwinklig zueinander und parallel zu den Rotorachsen verlaufen. Ein Kanal 18 warm Einlaßkanal 14 führt durch die Stirndeckel 2 und 3 und das Gehäuse 1 zu Einlaßöffnungen der ArbeitskamBier der Maschine, welche aus ©iner radialen Einlaiuffnung 19 und zwei axialen E inlftßöffnußgem 20 in Je wolle einem gfcimdeefcsl bestehen. Der Auelaßkan&l 15 ist über einen Ausl&Bkmn&l Sl im Gehäuse 1 und die Stirndeckel 2 und 3 nlt zwei axialen Ataelaßöffnungf^n 22 jeweils in einem stirndeck©! verbunden. Das ß@bäus©

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ist luftgekühlt und die Stirndeckel 2 und 3 werden von Flüssigkeit gekühlt und besitzen zu diesem Zweck Kanäle 23 für die Kühlflüssigkeit sowie Kanäle 24 für den Durchlaß der Kühlflüssigkeit vom Getriebegehäuse 34,

Der Hauptrotor 7 besitzt eine Nabe mit einem Teil 25 mit konstantem Radius, welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sich über einen Winkel von 225° des Urtfanges der Hauptrotornabe erstreckt. Außerdem trägt die Hauptrotornabe einen Zahn 26, welcher eine vordere konvexe Planke besitzt, die über ein ebenes Teil 27 das Nabenteil 25 mit konstantem Radius mit einem vorzugsweise kreisbogenförmigen Teil 28 verbindet, welches zur Spitze 29 des Zahnes verläuft. Die hintere Planke 30 des Haupt rotorzahne s ist konkav und liegt unmittelbar im Anschluß an eine Vertiefung 31* welche in der Nabe ausgebildet ist und in das Nabenteil 25 übergeht. Außerdem besitzt der Hauptrotor 7 eine Aushöhlung 32, welche von einer öffnung 33 in der hinteren konkaven Planke 30 des Hauptrotorzahnes aus verläuft, wobei diese öffnung sich über den Hauptteil dieser Planke erstreckt. Diese Höhlung 32 ist derart ausgebildet, daß der Hauptrotor dynamisch und naturgemäß auch statisch ausgeglichen ist.

Das verhältnis zwischen dem konstanten Radius des Mabentelles

25 des Hauptrotors und dem größten Radius des Hauptrotorzahnes

26 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 35 ί 60. Vorzugsweise ist der größte Radius des Hauptrotorzahnes 50 bis 100 % größer als der konstante Radius des Mabentelles 25 des Hauptrotors. Die Länge des Hauptrotors kann vorzugsweise im wesentlichen gleich dem maximalen Radius sein. Dit Erfindung

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beruht auf einer austrat günstigen Ausnutzung ä@& Yolmmns des Kompressorg©häus@s. Au§©rd@si wird tie günstiges verhältnis zwischen der OesÄmtlfeg® dö? Moktungslini® tassci dem Hubraum der Maschine erreicht, wodurch die teck^rlustQ sehr niedrig gehalten werden

Der stsuerrotor 8 toeeitst ®±n© Matee mit <&±mm Teil 35 mit konstantem RadiuSi welöliep BlQh fesi dem (Sargsst©lltsn AusfÜhrungsbeispiel über einen Wink»! von 225°' ö®s ürfaiigas d©g Steuerrotors erstreckt und mit d@ra Nab@nteil 25 s«ife konstant®» Radius des Hauptrotors susarasenwirScfc und disfefe an di©s©ia Teil ©nliegt. Bei Drehung der Rofcop©a weicht j©äoefe dl® Ui«rangsg®achwiiidigkeit des Haupt rot om&fee nt© iles 25 wsi dQF üiafsagsg©s©liifiiidigteit des SteuiBrrotornabenteiids 35 ab» Β1®β©^ lfeife®2»g©M©d verursacht eine nicht unerwünscht© ÄbaMfegwag ύ®τ· KofeosFQteffliefefnj, wodurch sich ein gutes Dislifewigsspi©! ©rgibfe,, D©f Stsessirrofeöi· besitzt einen Zahn 36 mife @in©r vorderen konfea^a Flaalaf 31$ w®l<stj@ dmrch die Spitze 29 d@s Zahn©as 26 d©3 HanpfewtOFS während der B®w®gimg dieser Spitz® von der gpitse 38 ä@s Ste^rro^opsAhnes ss«p Wurzel dieses Zahnes erssugt wii^S₀ Di© To^dQFflaafe© ö@s StStaerrotorzahnes 47 geht ara zatofisS in eii^n Teil 39 Über, Νβloher ein® Uiahüllungsliniö einer Gruppe wsm. lr®£e®n darstellt, die durch das kreisbogenförBii^ Teil 2B des HaupfepofeorgeiuuSs am stensx»- rotor erzeugt WiFd₉ DI® llAiälleigslini® 39 fptofc übe^ ein 'Teil 40 in das Nabenteil 35 üb@Fß woböl dies©® Tell ^Q äuroh das Teil 27 des H&uptrotorsatess ®s»s©«gt niM waö isif©leSid®ss3n ein® Einhüllende einer Grupps von- Edni©B tat* D®^ stenexrotopsalm 36 besitzt ein kseiebogtjafÖyBsige© T®ii 41 an ©eiiöp Spit»_s welches. von der Spitze 38 des ZateiB miis ia die Hint©FflaBte 42 um® ' Steuerrotorzfthnas übergeht, die tangential- zvm Mabanteil 33

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verläuft und innerhalb gewisser Grenzen jede geeignete Form besitzen kann, da sie keine Dichtung «it dem Hauptrotor bilden muß. Die spitzen 28 und 29 der ZKiine können auch, wie Fig. 7 zeigt, abgerundet sein, sodaS sie nicht so schnell beschädigt werden und eine besser· Abdichtung mit dem entsprechenden zusammenwirkenden Teil des anderen Rotors bilden. Die Spitze j58 des Steuerrotorzahnes de» kr*i »bogenförmigen Teiles 41 und die ' ■ , Hinterflanke 42 erzeugen die Hinterflftnke 50 des Hauptrotor- i

zahnes und die vertiefung 31 in der Hauptrotoniabe, doch brauchen diese Teile, welche »ich über einen Winkel von 45° der Rotoren erstrecken, keine Dichtung miteinander zu bilden.

Da der Steuerrotor ebenfalls asymmetrisch ist, besitzt er in gleicher weise wie der Hauptrotor ein® Aushöhlung 43, welch® von einer öffnung 44 in der -Hint· rf !Anke. 42 de« steuserrotorzahnes in den Steuerrotor hineinläuft, Di« effektive Höhe des Steuerrotorzahnes beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 1/3 der effektiven Höhe des Hauptrotorsahnes, Durch diese Anordnung und diese B»si©hung zwischen den Höhen der Zähne ist es möglich, die Auslasöffnungen so breit aus- m

zuführen, daß die Luft- oder Gasgeschwindigkeit in diesen öffnungen innerhalb annehmbarer Grenzen bleibt, sodafi die Strömungsgeschwindigkeiten dadurch niedrig gehalten werden. In gleicher weise wird eine geeigneter« Gasgeschwindigkeit in den Kanälen, welche den Rotor im Kompressorgehäuse umgeben, erreicht.

Um diese Wirkungsweise der Meusohin* eindeutiger und klarer er-, läutern zu können, wurden in den Figuren 5 und 6 die Rotoren In den Positionen dargestellt, welche el· einnehmen, wenn die Kompression beginnt (Fig· 5) besw. wenn die Abgabe beginnt (Fig.6)

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Figur 7, welch« die Abwandlung mit den abgerundeten Rotorspitzen darstellt, zeigt auch die Position der .Hoters in &®m Augenblick, in we lohen die Spitzen 29 und 38 einander treffen. Der dem Steuerrotorradius entsprechend® Abstand zur Diohtungslinie zwischen der Spitze 29 und der Flanke 37 sollte in allen Stellungen der Rotoren gröfler sein als der Abstand zur Diohtungsllnie zwieohen der konvexen Flanke 27, ?.S und dem Habenteil 40, sodaß das durch den Druck des Arbeitsmediums auf den Steuerrotorzahn erzeugte Drehmoment st©ta positiv ist. Die Drehrichtung der Rotren ist in den Figuren 1, 2, 5 und 6 durch Pfeile angedeutet und ist bei den Figuren 4 und f die gleiche. Figur zeigt die Rotoren in der Position, welche sei einnehmen, wenn die Spitzen 29 und 39 der Rot or zähne gerade beginnen, zusammenzuwirken, wobei die zahnspitze 29 beginnt, an d@r Fläche 37 des Zahnes 36 dloht anliegend entlangzulaufen, wobei das Spiel an der Zahnspitze 29 in Figur 7 stark übertrieben dargestellt ist. Un dl· Abdichtung rund uss die Rotoren zu verbessern» körnen die konvexen Oberflächen der Rotor» vorzugsweise mit einem Überzug aus einen Material versehen werden, welches teilweise abgenutzt werden kann, beispielsweise mit einem Farbüberzug« Die innen« selten der Stirndeokel der Zylinderbohrungen, welche enden Rotoren hinweisen, können ebenfalle mit einem derartigen Oberflächenüberzug versehen werden. '

Ansprüche«

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Claims (3)

1. 2Ü29831

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   Ansprüche.

   Drehkolben-Arbeitsmaschine, bestehend aus einen Maschinengehäuse mit einander schneidenden zylindrischen Bohrungen für einen Haupt- und einen Steuerrotor sowie Stirndeckeln mit axialem Ein- und Auslas für ein elastisches Arbeitsmedium, wobei beide · Rotoren jeweils einen Zahn an ihrer ein Teil mit praktisch konstantem Durchmesser aufweisenden Habe tragen, welcher beim Hauptrotor eine konkave Zahnflanke sowie eine in die Nabe übergehende *

   konvexe Zahnflanke und beim Steuerrotor wenigstens eine konkave ™

   Zahnflanke sowie eine in die Habe übergehende zweite Flanke besitzt, während in der Habe des Hauptrotors neben der konkaven Planke seines Zahnes eine Vertiefung für den Durchgang des Zahnes des Steuerrotors und in der Nabe des Steuerrotors neben seiner konkaven Zahnflanke eine vertiefung für den Durchgang des Hauptrotorzahnes ausgebildet 1st und beide synchron verdrehbaren Rotoren derart im Maschinengehäuse gelagert sind, daß ihre Zähne abdichtend an den Bohrungen und den Stirndeckeln anliegen, wodurch eine .awUMOtsläufige Verdrängung und Volumenänderung der die Maschine bei jedem Arbeitstakt durchströmenden Mengen des Arbeitsmediums erzielbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks statischer und dynamischer Auswuchtung des Hauptrotors (7) auf seiner M Welle (9) eine von einer öffnung (33.)-in der konkaven Planke (30) seines Zahnes (26) in seine Nabe hineinreichende Aushöhlung (32) entsprechender Ausdehnung und zur statischen und dynamischen Auswuchtung des Steuerrotors (8) eine von einer öffnung (44) in der Hinterflanke (42) seines Zahnes (36) in seine Nabe hineinreichende Aushöhlung (43) entsprechender Ausdehnung ausgebildet ist.
2. 2. Drehkolben-Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, däS der größte Radius des Hauptrotorzahne8 (26) um . 50 - 100 % größer ist als der Radius des Mabenteiles (25) mit

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   konstantem Radius des in der konkaven Flank© Hauptteil dieser Flaute
3. 3. Drehkolben zeichnet» daB deρ Hauptrotorzahn©s (2β) konstantem Radius 'ußa schied zwischen dem

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   öeB die öffnung (33). si eil übe ρ den

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   Patentanwalt· Dr. W. Andr*j»w*ki, Dr. M. Henke, 43 Essen, Kettwiger Straß·

   einer in einer Planke (50 bezw. 42) des jeweiligen Rotorzahnes (26 bezw. 56) ausgebildeten öffnung (>5 bezw. 44) und radialen Versteifungsrippen im Inneren bestehen.

   PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke.

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