DE2029832B2 - Parallel- und aussenachsiger drehkolbenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betnffi einen parallel- und außenachsi p;n Drehkolbenverdichter mit einem Hauptrotor un< i.nem da:r.n zusammenwirkenden .Steuerrotor, welch Motoren in einem durch zwei einander schneidend llahrungen gebildeten mit stirnseitigen Ein- um Auslaßoifnungen versehenen Arbeitsraum rotieren um je eine Nabe mit einem Nanenteil mit praktisd konstantem Nabenradius und je einen von diesen Nabenradius radial abstehenden in Stirnansicht unsyrn metrischen Zahnkolben aufweisen, wobei der Hauptro torzahn mit einer konkaven Zahnflanke und eine konvexen Zahnflanke, der Steuerrotorzahn mit eine konkaven Zahnflanke und einer zweiten in die Nabi übergehenden Zahnflanke ausgebildet sind, und wöbe die Naben anschließend an der konkaven Zahnflanke j< eine Vertiefung für den Durchgang des Rotorzahns de: a n.deren Rotors aufweisen und die Auslaßöffnungen vor eier Steuerrotornabe gesteuert werden.

Hei bekannten Drehkolbenmaschinen vergleichbare! Gattung (GB-PS 7 52 437) besitzen die Naben dei Rotoren gleichen Durchmesser. Außerdem weisen die Zähne von Hauptrotor und Sieuerrotor etwa gleicht Form und Größe auf. Dadurch wird einerseits die Größe des Arbeiisraumes beschränkt und wird andererseits dit Lage der vom Steuerrotor gesteuerten Auslaßöffnun^ bestimmt sowie auch deren Größe reduziert. Diese Nachteile gelter auch für eine Ausführungsform, bei dei die Rotoren keine gesonderten Nabenteile aufweiser sondern die Naben von den weitergeführten und stärker gekrümmten Zahnflankcn p-biMct werden (DT-PS 7 34691).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehkolbenverdichter der eingangs genannten Art se zu verbessern, C iß er im Vergleich zu seiner F'örderraum- und Gehäuseabmessung einen sehr großen Förderstrom liefern kann. Dabei sollen die unmittelbaren Auslaßöffnungen aus dem Förderraum möglichst weit und somit die Strömungsgeschwindigkeit des Fördergases im Bereich der Auslaßöffnungen und -kanälc relativ niedrig sein. Darüber hinaus soll die L.änge der Dichtungslinien im Vergleich zum Hubraum der Maschine klein sein.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst. daT der praktisch konstante Steuerrotornabenra.dius (Radius des zylindrischen Nabenteiis) wesentlich größer, beispielsweise 1,5 mal so groß, als der praktisch konstante Hauptrotornabenradius (Radius des zylindrischen Nabenteils) ist und daß die vom Steuerrotornabcnteil gesteuerten Auslaßöffnungen sich in einen vom Stüiuerrotornabentetl überfahrenen Ringbereich der Arbeitsraumstirnwände erstrecken, welcher einen größeren Außenradius aufweist als der vom Hauptrotornabenteil überfahrene Ringbereich der Arbeitsraumstirnw linde.

Die erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu seilen, daß bei dem erfindungsgemäßen Drehkolbenverdichter die AuslaPöffniT.g verhältn^inäßig v-eit radial η ■ c:h außen verlagert ist und .!adurch auch genügend g^--:iß gewähl; werden kann, im Verdichtungsraum, der sit h vom Hauptrotor/ahn bis ..um Steuerrotorzahn er it reckt, stellt sich nur eine mäßige Gasgeschwindigkeit ein. Im übrigen hai das Synchronisierungsgetriebe wrgen der angegebenen Durchmesserverhältnisse bei

Jem erfindungsgemäßen Verdichter nur verhältnismäßig kleine Momente zu übertragen. Das wiederum erlaubt es, mit geringem Spiel zu arbeiten, verlustbringende Strömungen zu vermeiden und mit abdichtenden Farbüberzügen od. dgl. zn arbeiten. Auch kann der crfiiidungsgemäße Verdichter mit höherer Drehzahl betrieben und bei gleicher Leistung wie die bekannten Verdichte kleiner ausgebildet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichne:

Im folgenden wird die Erfindung anhar.J einer ledigiieh ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Drehkolbenverdichter mit einem Zahn an jedem Rotor;

F i g. 2 einen Schnitt, durch den Verdichter nach Fig.!, wobei die Rotoren jedoch in Stirnansicht dargestellt sind;

F i g. J einen Mittellängsschnitt durch den Verdichter entlang der Linie Hl-III nach Fig. 1;

Fi g. 4 eine Stirnansicht der Rotoren des Verdichters nach den Fig I bis 3;

F i g. 5 und 6 Stirnansichten mit mehr sehematiseher Darstellung der Roteren und mit den Konturen der den Arbeitsraum bildenden Gehäusebohrun2?n als Ansicht bei bestimmten Stellungen der Rotoren;

F i g. 7 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht des Drehkolbenverdichters mit den beiden Rotoren in einet Position, in welcher deren Zahnspitzen gerade aufeinandertreffen, wobei diese Rotoren gegenüber den <n den F ι g. - und 4 bis 6 dargestellten Rotoren etwas abgewandelt sind.

Bei dem in den F i g. 1 bis 7 dargestellten Drehkolbenverdichter- bzw. -kompressor handelt es sich um einen einstufigen Zahnkompressor mit einem Hauplrotor und einem Steuerrotor, welche jeweils einen Zahnkolben tragen. Die Maschine weist ein Maschinengehui.se auf, welches aus einem Gehäusemittelteil 1 mit zwei Stirndeckeln 2 und 3 besteht, we'che mittels Schraubbo!- zen 4 am Gehäusemittelteil 1 festgeschraubt sind. Dieses Gehäusemittelteil 1 hat zwei zylindrische, einander schneidende Bohrungen 5 und 6 mit parallelen Achsen, welche sich in einem bestimmten Winkelbereich schneiden. Die Bohrungen 5 und 6 sowie die Stirndecke! 2 und 3 bilden Arbeitskammern für einen Hauptrotor 7 und einen Steuerrolor 8, welche auf parallelen Wellen 9 bzw. 10 befestigt sind, die ihrerseits drehbar in Lagern 11 in den Stirndeckeln 2 und 3 gelagert sind und mittels Zahnrädern 12 synchronisiert und gegen die Arbeitskammern im Kompressorgehäuse durch Dichtringe 13 abgedichtet sind. Das Kompressorgehäuse 1 besitzt einen Einlaßstutzen 14 und einen Auslaßstutzen 15, welche in Ebenen 16 und 17 enden, die rechtwinklig zueinander und parallel zu den Rotorachsen verlaufen. Ein Kanal 18 vom Einlaßkanal 14 führt durch die Stirndeckel 2 und 3 und das Gehäusemittelteil 1 zu Einlaßöffnungen der Arbeitskammer des Drehkolbenkompressors, welche aus einer radialen Einlaßöffnung 19 und zwei axialen Einlaßöffnungen 20 in jeweils einem Stirndccki·! bestehen. Der AuslaßMin/en 15 is; ijK·· einen AusiaHkanal 21 im Gehäu»e:i>ittc!;eil ί soivie :n den Stirndeckeln 2 und 3 '.vit zwei axi;'lr,: Auslaßöffnurigen 22, jeweils einer in jederü StiniJ.-iic-i, verbündt!;. Das KompressorgehäusemiueUctl ' im riftgekiihk und die Stirndeckel 2 und 3 werden von Flüssigkeit gekühlt und haben "'. diesem Zweck Kanäle 2.1 im die Kühlflüssigkeit sowie Kanäle 24 für den Durchlaß der Kühlflüssigkeit vom Getriebegehäuse 34. Der Huuptrotor 7 hat eine Nabe mit einem Hauptnabenteil 25 mit konstantem Radius, welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sich über einen Winkel von 225^C s des Umfanges der Hauptrotornabe erstreckt. Auüerdem trägt die Hauptrotornabe einen Hauptrotorzahn 26 welcher eine vordere konvexe Zahnflanke 28 aufweist, die über ein ebenes Teil 27 an das Flauptrotornabenteil 25 mit konstantem Radius angeschlossen ist. Die konvexe Zahnflanke 28 endet in der Zahnspitze 29. Die hintere Zahnflanke 30 des Hauptrotor, ahnes ist konkav ausgebildet und liegt unmittelbar im Anschluß an eine Vertiefung 31, welche in der Nabe ausgebildet ist und in das Hauptrotornabenteil 25

is übergeht. Außerdem besitzt der Hauptrotor 7 eine Aushöhlung 32, welche von einer öffnung 33 in der hinteren konkaven Zahnflanke 30 des Hauptrotor/ahnes aus verläuft, wobei diese Öffnung sich über den Hauptteil dieser Zahnflanke erstreckt. Diese Aushöh-

ιυ lung 32 ist derart ausgebildet, daß der Hauptrotor dynamisch und naturgemäß auch statisch ausgewuchtet ist.

Das Verhältnis zwischen dem konstanten Radius des Hauptroiornabenteiles 25 des Hauptrotors 7 und dem größten Radius, d.h. des radialen Abstandes der Zahnspitze 29 von der Rotordrehachse des Haüptrotorzahncs 26 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 35 : b0. Vorzugsweise ist der größte Radius des Hauptrotorzahnes 50 bis 100% größer als der

.10 konstante Radius des Hauptrotornabenteiles 25. Die Länge des Hauptrotors kann im wesentlichen gleich .iem maximalen Radius sein. Oie Erfindung beruht auf einer äuLSe st günstigen Ausnutzung des Volumens des Kompressorgehäuses. Außerdem wird ein günstiges

;,s Verhältnis zwischen der Gesamtlänge der Dichtungslinie und dem Hubraum der Maschine erreicht, wodurch die Leckverluste sehr niedrig gehalten werden können. Der Steuerrotor 8 hat eine Nabe mit einem Steuerrotornabenteil 35 mit konstantem Radius, welcher sich bei

ψ dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Winkel von 225' des Umfanges des Steuerrotors 8 erstreckt und mit dem Hauptrotornabenteil 25 mit konstantem Radius des Hauptrotors 7 zusammenwirkt und dicht an diesem Hauptrotornabenteil anliegt. Bei

4S Drehung der Rotoren weicht jedoch die Umfangsgeschwindigkeit des Hauplrolornabenteiles 25 von der Umfangsgeschwindigkeit des Steuerrotornabenteiles 35 ab. Dieser Unterschied verursacht eine nicht unerwünschte Abnutzung der Rotoroberflächen, wodurch

so sich ein gutes Dichtungsspiel ergibt. Der Steuerrotor weist einen Steuerrotorzahn 36 mit einer vorderen konkaven Zahnflanke 37 auf, welche durch die Spitze 29 des Hauptrotorzahnes 26 während der Bewegung dieser Spitze von der Spitze 38 des Steuerrotorzahnes 36 zur

ss Wurzel des Steuerrotor/ahnes 36 erzeugt wird. Die konkave Zahnflanke 37 des Steuerrotorzahnes 36 geht am Zahnfluß in einen Teil 39 über, welcher eine Umhüllungslinie einer Gruppe von Kreisen dargestellt, die durch die die konvexe Zahnflanke 28 des

<>p Hauptrotorzahnes 26 am Steuerrotor erzeugt wird. Das Teil 39 geht über einen Teil 40 in das Steuerrotornabenteil 35 über, wobei dieses Teil 40 durch das Teil 27 des Mauptrotorzahnes 26 erzeugt wird und infolgedesset eine Einhüllende einer Gruppe von Linien ist. Der

<>·< Sipuerrotorzahn 36 besitzt, ein kreisbogenförmiges Fei 41 ,in seiner Spitze, welches von der Spitze Ϊ8 de; Zahnes aus in die Zahnflanke 42 des Steuerrotorzahne; 36 übergeht, die tangential zum Steuerrotornabenteil 3?

verläuft und innerhalb gewisser Grenzen jede geeignete Form besitzen kann, da sie keine Dichtung mit dem Hauptrotor bilden muß. Die Spitzen 38 und 29 der Rotorzähne können auch, wie Fig. 7 zeigt, abgerundet sein, so daß sie nicht so schnell beschädigt werden und eine bessere Abdichtung mit dem entsprechenden zusammenwirkenden Teil des anderen Rotors bilden. Die Spitze 38 des Steuerrotorzahnes des kreisbogenförmigen Teiles 41 und die Zahnflanke 42 erzeugen die konkave Zahnflanke 30 des Hauptrotorzahnes 26 und die Vertiefung 31 in der Hauptrotornabe, doch brauchen diese Teile, welche sich über einen Winkel von 45° der Rotoren erstrecken, keine Dichtung miteinander zu bilden.

Da der Steuerrotor ebenfalls asymmetrisch ist, hat er ,₅ in gleicher Weise wie der Hauptrotor eine Aushöhlung 43, welche von einer Öffnung 44 in der Zahnflanke 42 des Steuerrotorzahnes in den Steuerrotor hineinläuft. Die effektive Höhe des Steuerrotorzahnes beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 1/3 der effektiven Höhe des Hauptrotorzahnes. Durch diese Anordnung und diese Beziehung zwischen den Höhen der Zähne ist es möglich, die Auslaßöffnungen so breit auszuführen, daß die Luft- oder Gasgeschwindigkeit in diesen Öffnungen innerhalb annehmbarer Grenzen bleibt, so daß die Strömungsgeschwindigkeiten dadurch niedrig gehalten werden. In gleicher Weise wird eine geeignetere Gasgeschwindigkeit in den Kanälen, welche den Rotor im Kompressorgehäuse umgeben, erreicht.

Um diese Wirkungsweise der Maschine eindeutiger und klarer erläutern zu können, werden in den Fig.; und 6 die Rotoren in den Positionen dargestellt, welch< sie einnehmen, wenn die Kompression beginnt (Fig. 5 bzw. wenn die Abgabe beginnt (F i g. 6). F i g. 7, welchf die Abwandlung mit den abgerundeten Rotorspitzer darstellt, zeigt auch die Position der Rotoren in derr Augenblick, in welchem die Spitzen 2 und 38 einandei treffen. Der dem Steuerrotorradius entsprechend« Abstand zur Dichtungslinie zwischen der Spitze 29 unc der Zahnflanke 37 sollte in allen Stellungen der Rotorer größer sein als der Abstand zur Dichtungslinie zwischer der konvexen Zahnflanke 27, 28 und dem Nabenteil 40 so daß das durch den Druck des Arbeitsmediums auf der Steuerrotorzahn 36 erzeugte Drehmoment stets positiv ist. Die Drehrichtung der Rotoren ist in den Fig. 1, 2, f und 6 durch Pfeile angedeutet und ist bei den F i g. 4 unc 7 die gleiche. F i g. 7 zeigt die Rotoren in der Position welche sie einnehmen, wenn die Spitzen 29 und 38 der Rotorzähne gerade beginnen, zusammenzuwirken wobei die Zahnspitze 29 beginnt, an der konkaver Zahnflanke 37 des Steuerrotorzahnes 36 dicht anliegenc entlangzulaufen, v^obei das Spiel an der Zahnspitze 29 ir F i g. 7 stark übertrieben dargestellt ist. Um die Abdichtung rund um die Rotoren zu verbessern, könner die konvexen Oberflächen der Rotoren vorzugsweise mit einem Überzug aus einem Material versehen sein welches teilweise abgenutzt werden kann, beispielsweise mit einem Farbüberzug. Die Innenseiten der Stirndeckel 2, 3 der Zylinderbohrungen 5, 6, welche zu den Rotoren hinweisen, können ebenfalls mit einem derartigen Überflächenüberzug versehen werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   I. Parallel- und außenachsiger Drehkolbenverdichter mit einem Hauptroior und einem damit zusammenwirkenden Steuerrotor, welche Rotoren in einem durch zwei einander schneidende Bohrungen gebildeten und mit stirnseitigen Ein- und Auslaßöffnungen \ ersehenen Arbeitsraum rotieren und je eine Nabe mit einem Nabenteil mit praktisch konstantem Nabenradius und je einen von diesem Nabenteil radial abstehenden in Stirnansicht unsymmetrischen Zahnkolben aufweisen, wobei der Haupirotorzahn mit einer konkaven Zahnflanke und einer konvexen Zahnflanke, der Steuerroiorzahn mit einer konkaven Zahnflanke und einer zweiten in die Nabe übergehenden Zahnflanke ausgebildet sind, und wobei die Naben anschließend an der konkaven Zahnflanke je eine Vertiefung für den Durchgang des Rotorzahnes des anderen Rotors aufweisen und die Auslaßöffnungen von der Steuerrotornabe gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der praktisch konstante Steuerrotornahenradius (Radius des zylindrischen Nabenteils) wesentlich größer, beispielsweise 1,5 mal so groß, als der praktisch konstante Hauptrotornabenradius (Radius des zylindrischen Nabenteils) ist und daß die vom Steuerrotornabenteil (35) gesieuerten Auslaßöffnungen (22) sich in einen vom Steuerrotornabenteil (.35) überfahrenen Ringbereich der Arbeitsraum-Stirnwände erstrecken, welcher einen größeren Außenradiiis aufweist ;.is der vom Haupirotornabenteil (25) überfahrene Ringbereich der Arbeitsraumstirnwände.
2. 2. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem größten Radius des Hauptrotorzahnes (26) und dem Radius des Hauptrotornabenteils (25) größer ist als der Unterschied zwischen dem größten Radius des Steuerrotorzahnes (36) und dem Radius des Steuerrotornabenteils(35).
3. 3. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Radius des Hauptrotorzahnes (26) um 50 bis 100% größer ist als der Radius des Hauptrotornabenteils (25) mit konstantem Radius des Hauptrotors (7).
4. 4. Drehkolbenverdichter nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptrotornabenteil (25) mit konstantem Radius der Nabe des Hauptrotors (7) sich über einen Winkel von !80 bis 250° des Umfanges des Hauptrotors (7) erstreckt und in die konvexe Zahnflanke (28) des Hauptrotorzahnes (26) mit einem ebenen Teil (27) übergeht, welches einerseits in eir.e konvexe Zahnflanke (28) ausläuft, welche praktisch bis zum größten Radius des Hauptrotorzahnes(26) reicht.
5. 5. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 1. da.· durch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem größten Radius des Hauptrotorzahnes. (26) und dem Radius der Har.ptrotornabe (25) etwa dreimal so groß ist wie aer L nterschied zwischen dem größter· Radius des Steuerrotorzahnes ί 36) und dem Radius der Su:uerrotornabe(35).
6. 6. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichne!, daß der Unterschied zwi· sehen dem größten Radius des Hauptroiorzahneii (26) und dem Radius der Hauptrotornabe (25) zwei bis dreimal so groß ist. wie der Unterschied zwischen

   dem größten Radius des Sieuerrotorzahnes (36) un dem Radius der Steuerroiornabe (35).