DE2029832C3 - Parallel- und außenachsiger Drehkolbenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen parallel- und außenachsigen Rotationskolbenverdichter mit Haupt- und Steuerrotor, die in einem durch zwei einander schneidende Bohrungen gebildeten Arbeitsraum rotieren und je eine Nabe mit konstantem Nabenradius und einen von dieser radial abstehenden, in Stirnansicht unsymmetrischen Zahnkolben aufweisen, wobei der Hauptrotorzahn mit einer konkaven sowie einer konvexen Zahnflanke und der Steuerrotorzahn mit einer konkaven Zahnflanke und mit einer zweiten, in die Nabe übergehenden Zahnflanke ausgebildet sind, und die Naben je eine an die konkave Zahnflanke anschließende Vertiefung für den Durchgang des anderen Rotorzahns aufweisen, und mit durch die Steuerrotornabe gesteuerten stirnseitigen Auslaßöffnungen.

Bei bekannten Drehkolbenmaschinen vergleichbarer Gattung (GB-PS 7 52 437) besitzen die Naben der Rotoren gleichen Durchmesser. Außerdem weisen die Zähne von Hauptrotor und Steuerrotor etwa gleiche Form und Größe auf. Dadurch wird einerseits die Größe des Arbeitsraumes beschränkt und wird andererseits die Lage der vom Steuerrotor gesteuerten Auslaßöffnung bestimmi sowie auch deren Größe reduziert. Diese Nachteile gelten auch für eine Ausführungsform, bei der die Rotoren keine gesonderten Nabenteile aufweisen, sondern die Naben von den weitergeführten und stärker gekrümmten Zahnflanken gebildet werden (DE-PS 7 34 691).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehkolbenverdichter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er im Vergleich zu seiner is F^rderraum- und Gehäuseabmessung einen sehr großen Förderstrom liefern k^nn. Dabei sollen die unmittelbaren Auslaßöffnungen aus dem Förderraum möglichst weit und somit die Strömungsgeschwindigkeit des Fördergases im Bereich der Auslaßöffnungen und -kanäle relativ niedrig sein. Darüber hinaus soll die Länge der Dichtungslinien im Vergleich zum Hubraum der Maschine klein sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Radius des kreiszylindrischen Steuerrotornabenteils größer, beispielsweise 1,5 mal so groß wie der Radius des kreiszylindrischen Hauptrotornabenteils ist

Die erreichten Vt^eile sind insbesondere darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Drehkolbenverdichter die Auslaßöffnung verhältnismäßig weit radial nach außen verlagert ist und dadurch auch genügend groß gewählt werden kann. Im Verdichtungsraum, der sich vom Hauptrotorzahn bis zum Steuerrotorzahn erstreckt, stellt sich nur eine mäßige Gasgeschwindigkeit ein. Im übrigen hat das Synchronisierungsgetriebe wegen der angegebenen Durchmesserverhältnisse bei dem erfindungsgemäßen Verdichter nur verhältnismäßig kleine Momente zu übertragen. Das wiederum erlaubt es, mit geringem Spiel zu arbeiten, verlustbringende Strömungen zu vermeiden un,'¹- mit abdichtenden Farbüberzügen od. dgl. zu arbeiten. Auch kann der erfindungsgemäße Verdichter mit höherer Drehzahl betrieben und bei gleicher Leistung wie die bekannten Verdichter kleiner ausgebildet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Drehkolbenverdichters mit einem Zahn an jedem Rotor,

Fig.2 einen Schnitt durch den Verdichter nach Fi^. 1, wobei die Rotoren jedoch in Stirnansicht dargestellt sind,

F i g. 3 einen Mittellängsschnitt durch den Verdichter entlang der Linie III-II1 nach Fig. 1,

Fi g. 4 eine Stirnansicht der Rotoren des Verdichters nach den F i g. 1 bis 3,

Fig.5 und 6 Stirnansichten mit mehr schematischer Darstellung der Rotoren und mit den Konturen der den Arbeitsraum bildenden Gehäusebohrungen als Ansicht bei bestimmten Stellungen der Rotoren,

F i g. 7 eine der F i g. 4 entsprechende Ansicht des Drehkolbenverdichters mit den beiden Rotoren in einer Position, in welcher deren Zahnspitzen gerade aufeinandertreffen, wobei diese Rotoren gegenüber den in den Fig.2 und 4 bis 6 dargestellten Rotoren etwas abgewandelt sind.

Bei dem in den F i g. 1 bis 7 dargestellten Drehkolben-

verdichter handelt es sich um einen einstufigen Verdichter mit einem Hauptrotor und einem Steuerrotor, weiche jeweils einen Zahnkolben tragen. Die Maschine weist ein Maschinengehäuse auf, welches aus einem Gehäusemittelteil 1 mit zwei Stirndeckeln 2 und 3 besteht, welche mittels Schraubbolzen 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 bestimmien Winkelbereich schneiden. Die Bohrungen 5 und 6 sowie die Stirndeckel 2 und 3 bilden Arbeitskammern für einen Hauptrotor 7 und einen Steuerrotor 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, weiche in Ebenen 16 und 17 enden, die rechtwinklig zueinander und parallel zu den Rotorachsen verlaufen. Ein Kanal 18 führt vom Einlaßstutzen 14 durch die Stirndeckel 2 und 3 und das Gehäusemittelteil 1 zu Einlaßöffnungen der Arbeitskammer des Drehkolbenkompressors, weiche aus einer radialen Einlaßöffnung 19 und zwei axialen Einlaßöffnungen 20 in jeweils einem Stirndeckel bestehen. Der Auslaßstutzen 15 ist über einen Auslaßkanal 21 im Gehäusemittelteil 1 sowie in den Stirndeckeln 2 und 3 mit zwei axialen Auslaßöffnungen 22, jeweils einer in jedem Stirndeckel, verbunden. Das Kompressorgehäusemittelteil 1 ist luftgekühlt und die Stirndeckel 2 und 3 werden von Flüssigkeit gekühlt und haben zu diesem Zweck Kanäle 23 für die Kühlflüssigkeit sowie Kanäle 24 für den Durchlaß der Kühlflüssigkeit vom Getriebegehäuse 34. Der Hauptrotor 7 hat eine Nabe mit einem Hauptnabenteil 25 mit konstantem Radius, welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sich über einen Winkel von 225" des Umfanges der Hauptrotornabe erstreckt. Außerdem trägt die Hauptrotornabe einen Hauptrotorzahn 26, welcher eine vordere konvexe Zahnflanke 28 aufweist, die über ein ebenes Teil 27 an das Hauptrotornabenteil 25 mit konstantem Radius angeschlossen ist. Die konvexe Zahnflanke 28 endet an der Zahnspitze 29. Die hintere Zahnflanke 30 des Hauptrotorzahnes ist konkav ausgebildet und liegt unmittelbar im Abschluß an eine Vertiefung 31, welche in der Nabe ausgebildet ist und in das Hauptrotornabenteil 25 übergeht. Außerdem besitzt der Hauptrotor 7 eine Aushöhlung 32, welche »·οπ einer öffnung 33 in der hinteren konkaven Zahnflanke 30 des Hauptrotorzahnes aus verläuft, wobei diese Öffnung sich über den Hauptteil dieser Zahnflanke erstreckt. Diese Aushöhlung 32 ist derart ausgebildet, daß der Hauptrotor dynamisch und naturgemäß auch statisch ausgewuchtet ist.

Das Verhältnis zwischen dem konstanten Radius des Hauptrotomabenteiles 25 des Hauptrotors 7 und dem größten Radius, d. h. des radialen Abstandes der Zahnspitze 29 von der Rotordrehachse des Hauptrotorzahnes 26 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 35 :60. Vorzugsweise ist der größte Radius des Hauptrotorzahnes 50 bis 100% größer als der konstante Radius des Hauptrotomabenteiles 25. Die Länge des Hauptrotors kann im wesentlichen gleich seinem maximalen Radius seit·. Die Erfindung beruht auf einer äußerst günstigen Ausnutzung des Volumens des Kompressorgehäuses. Außerdem wird ein günstiges 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 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

ίο und dicht an diesem Hauptrotornabenteil anliegt Bei Drehung der Rotoren weicht jedoch die Umfangsgeschwindigkeit des Hauptrotomabenteiles 25 von der Umfangsgeschwindigkeit des Steuerrotornabenteiles 35 ab. Dieser Unterschied verursacht eine nicht unerwünschte Abnutzung der Rotoroberflächen, wodurch sich eine gute Dichtungswirkung 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 Jer Spitze 38 des Steuerrotorzahnes 36 zur Wurzel des Steuerrotorzahnes 36 .rzeugt wird. Die konkave Zahnflanke 37 des Steuern)ton ahnes 36 geht am Zahnfuß in einen Teil 39 über, welcher eine Umhüllungslinie einer Gruppe von Kreisen darstellt die durch die konvexe Zahnflanke 28 des Hauptrotorzahnes 26 am Snuerrotor erzeugt wird. Das Teil 39 geht über einen Teil 40 in das Steuerrotomabenteil 35 über, wobei dieses Teil 40 durch das Teil 27 des Hauptrotorzahnes 26 erzeugt wird und infolgedessen eine Einhüllende einer Gruppe von Linien ist Der Steuerrotorzahn 36 besitzt ein kreisbogenförmiges Teil 41 an seiner Spitze, welches von der Spitze 38 des Zahnes aus in die Zahnflanke 42 des Steuerrotorzahnes 36 übergeht die tangential zum Steuerrotornabenteii 35 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 F i g. 7 zeigt abgerundet sein, so daß sie nicht so schnell beschädigt werde« und eine bessere Abdichtung mit dem entsprechenden zusammenwirkenden Teil des anderen Rotors bilden. Die Spitze 38 des Steuerrotorzahnes 36 zusammen mit dem kreisbogenförmigen Teil 41 und der Zahnflanke 42 erzeugen die konkave Zahnflanke 30 des Hauptrotorzahnes 26 und die Vertiefung 31 in der Hayptrotornabe, 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

so 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 aer\ dargestellten Ausführungsbeispiel etwa '/3 der effektiven Höhe des Hauptrotorzahnes. Durch diese Anordnung und diese Beziehung zwischen dtn 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 F i g. 5 und 6 die Rotoren in den Positionen dargestellt, welche sie einnehmen, wenn die Kompression beginnt (Fig.5)

bzw. wenn die Abgabe beginnt (F i g. 6). F i g. 7, welche die Abwandlung mit den abgerundeten Rotorspitzen darstellt, zeigt auch die Position der Rotoren in dem Augenblick, in welchem die Spitzen 29 und 38 einander treffen. Der radiale Abstand von der Steuerrotordrehachse zur Dichtungslinie zwischen der Spitze 29 und der Zahnflanke 37 sollte in allen Stellungen der Rotoren größer sein als der radiale Abstand zur Dichtungslinie zwischen der konvexen Zahnflanke 27, 28 und dem Nabenteil 40, so daß das durch den Druck des Arbeitsmediums auf den Steuerrotorzahn 36 erzeugte Drehmoment stets positiv ist. Die Drehrichtung der Rotoren ist in den Fig. 1, 2, 5 und 6 durch Pfeile angedeutet und ist bei den Fig.4 und 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 konkaven Zahnflanke 37 des Steuerrotorzahnes 36 dicht anliegend entlanglaufen, wobei das Spiel an der Zahnspitze 29 in F i g. 7 stark übertrieben dargestellt ist. Um die Abdichtung rund um die Rotoren zu verbessern, können 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 Oberflächenüberzug versehen werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Parallel- und außenachsiger Rotationskolbenverdichter mit Haupt- und Steuerrotor, die in einem durch zwei einander schneidende Bohrungen gebildeten Arbeitsraum rotieren und je eine Nabe mit konstantem Nabenradius und einen von dieser radial abstehenden, in Stirnansicht unsymmetrischen Zahnkolben aufweisen, wobei der Hauptrotorzahn mit einer konkaven sowie einer konvexen Zahnflanke und der Steuerrotorzahn mit einer konkaven Zahnflanke und mit einer zweiten in die Nabe übergehenden Zahnflanke ausgebildet sind, und die Naben je eine an die konkave Zahnflanke anschließende Vertiefung für den Durchgang des anderen Rotorzahns aufweisen, und mit durch die Steuerrotornabe gesteuerten stirnseitigen Auslaßöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des kreiszyjindrischen Steuerrotornabenteils (35) größen beispielsweise 13 mal so groß wie der Radius des kreiszylindrischen Hauptrotornabenteils (25) ist

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Radius des Hauptrotorzahns (26) um 50 bis 100% größer ist als der Radius des kreiszylindrischen Hauptrotwrnabenteils (25).

3. Verdichter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kreiszylindrische Hauptrotornabenteil (25) einen Winkel von 180 bis 250° überdeckt und mit einem ebenen Teil (27) in die bis zur Spitze (29) des Hauptrotorzahns (26) reichende konvexe Zahnflanke (jS) übergeht

4. Verdichter nach Ansprach I, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem größten Radius des Hauptrotorzahns (26) und dem Radius der Hauptrotornabe (25) etwa dreimal so groß ist wie der Unterschied zwischen dem größten Radius des Steuerrotorzahns (36) und dem Radius der Steuerrotornabe (35).

5. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem größten Radius des Hauptrotorzahns (26) und dem Radius der Hauptrotornabe (25) zwei- bis dreimal so groß ist, wie der Unterschied zwischen dem größten Radius des Steuerrotorzahns (36) und dem Radius der Steuerrotornabe (35).