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"Rotationskompressor" Die Erfindung betrifft einen Rotationskompressor
für Gas in sogenannter Kapselwerkbauart, der sich wesentlich von den bisher bekannten
Rotationsompressoren unterscheidet.
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32i den bekannten Rotationskompressoren wird die Verdichtung ormalerweise
dadurch erreicht, daß ein exzentrisch in einem Zylinder gelagerter Rotor, welcher
mit radial verschiebbaren und über die Zylinderfläche streifenden Flügeln ausgerüstet
ist, ein gewisses Gasvolumen von der Ansaugkammer in die Verdichtungskammer fördert.
Es ist bekannt, daß die beweglichen Flügel einem starken Verschleiß unterworfen
sind, welcher aufgrund der Reibung zwischen den Flügeln und der Sylinderwand und
der dabei entstehenden Wärme auftritt.
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andere Kompressoren in Kapselwerkbauart, welche mit Zahnrädern oder
besonders ausgebildeten Rotoren arbeiten, weisen eine oder mehrere Zylinderkammern
auf. Diese Kompressorenart
hat den Nachteil, daß mit ihr schwerlich
hohe Verdichtungsverhältnisse erreicht werden und daß aufgrund der Ausbildung der
Rotoren ein hoher Energieverbrauch auftritt. Die erforderliche Genauigkeit bei der
Fertigung der Rotoren bringt weitere Kosten mit sich. Auch diese Rotorenelemente
sind einem starken Verschleiß unterworfen, da die Dichtung zwischen den Rotoroberflächen
und der Zylinderwand durch gegenseitigen Kontakt erreicht wird, wodurch Abrieb und
Wärmeentwicklung auftritt.
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Die Erfindung hat zum Ziel, diese Mängel und Nachteile bei Rotationskompressoren
in Eapselwerkbauart dadurch zu vermeiden, daß die Reibungsarbeit vermindert wird,
daß keine Schwierigkeiten bestehen, hohe Druckverhältnisse zu erreichen, indem der
schädliche Raum des Rotationskompressors vermindert wird, und daß ferner die Rotoren
in der Art ausgestaltet sind, daß sie starken mechanischen Belastungen standhalten.
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Ein weiterer Zweck der vorstehenden Erfindung besteht darin, einen
Rotationskompressor der genannten Art zu bauen, der mit hohem Wirkungsgrad arbeitet
und der mit einem geeigneten Ventilsystem ausgerüstet ist, welches die Vorverdichtung
des Gases erlaubt, bevor das Gas in die Druckkammer gefördert wird, wodurch sich
ein gleichmäßiges Verdichtungsdiagramm ergibt.
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Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, daß der erfindungsgemäße
Rotationskompressor ein Paar Rotationskolben aufweist, welche sich mit gleicher
Geschwindigkeit zueinander drehen, daß diese Rotationskolben derart ausgebildet
und im Zylindergehäuse derart angebracht sind, daß gleichzeitig mindestens eine
Ansaugkammer bzw. mindestens eine Verdichtungskammer gebildet werden, daß für jede
Ansaugkammer eine Öffnung auf der Ansaugseite sowie für jede Verdichtungskammer
eine Öffnung auf der Verdichtungsseite vorgesehen ist
und daß die
Öffnung auf der Verdichtungsseite mit mindestens einem Ventil in Verbindung steht.
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Die zwei Rotationskolben sind gleichartig geformt und werden von zwei
HaLbzylindern gebildet, welche unterschiedlichen Durchmessers sind. Die beiden Rotationskolben
werden vom Zylindergehäuse getragen. Ferner sind die Kolben in der Art montiert,
daß die zylindrischen Oberflächen immer in einer bestimmten Lage zueinander stehen.
Die Stellung der beiden Rotationskolben zueinander ist in der Art gewählt, daß dem
größeren Durchmesser des einen Kolbens der kleinere Durchmesser des anderen Kolbens
gegenübersteht und umgekehrt.
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Der erfindungsgemäße Rotationskompressor kann anstelle eines erinzigen
Kolbenpaares mehrere Rotationskolben aufweisen, die auf der gleichen Äntriebswelle
montiert sind, welche gleicher zeitig eine für die notwendige Schmierung sorgende
Ölpumpe antreiben kann.
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Der Erfindungsgegenstand wird nun näher beschrieben und in den Zeichnungen
durch ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt dep Kompressor in einem Schnitt durch die Rotationskolben,
Fig. 2 zeigt den Enspressor mit den Antriebsorganen bei geschnittenem Gehäusedeckel,
Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4a, 4b, 4c und 4d zeigen
schematisch vier Stellungen der Rotationskolben während des Kompressorbetriebes.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung hat der Kompressor ein Kolbenpaar
PS und Pd, welches sich in einer Kammer C dreht Die Kammer C ist derart ausgestaltet,
daß die Teile mit großem Durchmesser R dicht an ihr anliegen. Die Kammer C befindet
sich in einem Stück D, welches im Gehäuse E untergebracht it. -4-
Der
linke Rotationskolben P8 wird direkt von der Welle 1 angetrieben, welche mit einem
Motor (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Welle 1 wird an den zwei Enden des
Kolbens P8 von zwei Wälzlagern 2 getragen, welche zur Kammer C hin vollkommen abgedichtet
sind. Die Welle 1 trägt auf ihrem dem Eintritt in das Gehäuse E gegenüberliegendem
Ende ein Zahnrad 38 , welches mit einem anderen Zahnrad 3d kämmt. Die Welle des
Zahnrades 3d treibt den Rotationskolben Pd an. Die Kolben P5 und Pd laufen mit gleicher
Winkelgeschwindigkeit. Der Kolben Pd wird ebenfalls von zwei Wälzlagern 4 getragen.
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Das Zahnradgetriebe weist ein weiteres Zahnrad 5 auf, welches mit
dem Zahnrad 31d kämmt. Über das Zahnrad 5 wird eine Welle angetrieben (nicht dargestellt),
welche das Ventil V (Fig. 1) steuert. Die Funktion des Ventils V wird später noch
beschrieben.
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Die Form der gleichartigen Kolben P9 und Pd kann der Fig. 1 und den
Figuren 4a, 4b, 4c und 4d entnommen werden. Die Kolben bestehen aus einem Halbzylinder
62 mit dem größeren Radius R und einem diametral dazu angeordneten Halbzylinder
6" mit dem Radius r. Beim Übergang des kleineren Radius r in den größeren Radius
R ist ein Halbzahn 7 vorgesehen, der an dem entsprechenden Gegenzahn angreift. Die
Rotationskolben PS und Pd sind derart zueinander angeordnet, daß sie mit gleicher
Geschwindigkeit zueinander laufen und daß der größere Durchmesser R des einen Kolbens
immer mit dem kleineren Durchmesser r des anderen Kolbens in Verbindung steht.
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Diese Stellung zwischen den Kolben kann Fig. 1 entnommen werden, in
welcher sich die Kolben gerade in der Lage befinden, in der zwei Halbzahne 7 aneinander
anliegen. Aus Fig. 1 kann ferner entnommen werden, daß die Kolben P5 und Pd aus
einem einzigen Stück bestehen. Natürlich besteht die Möglichkeit, die Kolben in
zwei getrennten Stücken zu fertigen und zwar das Element 6' getrennt von Element
6", oder aber die Welle 1 wird zusammen
mit einem der Elemente 6'
oder 6 gefertigt, worauf dann das fehlende Stück in geeigneter Weise befestigt wird.
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In Fig. 1 ist mit 8 die Ansaugöffnung und mit 9 die mit der Verdichtungsseite
in Verbindung stehende Auslaßöffnung bezeichnet. Die Auslaßöffnung 9 wird von dem
Ventil V Uberwacht.
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Die Arbeitsweise des Kompressors soll nun mit Hilfe der Figuren 4a,
4b, 4c und 4d beschrieben werden. In den genannten Figuren ist das zu verdichtende
Medium mit Punkten dargestellt, die sich bis in die Ausströmleitung 9 erstrecken.
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Das sich in der Ansaugphase unter atmosphärischem Druck befindliche
Medium wird nicht besonders angedeutet, daher erscheinen in den Zeichnungen die
ansaugenden Räume weiß.
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Es sei darauf hingewiesen, daß vorerst bei der Beschreibung der Arbeitsweise
auf das Ventil V nicht eingegangen wird.
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Somit können die Ansaug und die Verdichtungsphase genauer beschrieben
werden. Der erfindungsgemäße Gegenstand verhält sich wie eine Pumpe, mit welcher
erhdhte Lruokverhältnisse unabhängig vom Ventil erreicht werden können.
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Die in Fig. 4a gezeigte Winkelstellung der Kolben wird als sogenannte
Anfangsstellung angenommen. Der feststehende Teil D ist mit Bezugszeichen 0 versehen,
und auf den zwei Kolben angebrachte zeile weisen auf das Bezugs zeichen 0.
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Der vom Gehäuse D umschlossene Hohlraum, der den linken Kolben P5
aufnimmt, ist in zwei Kammern Ca8 und Ccs unterteilt, d.h. in eine Ansaugkammer
für den linken Kolben (cis) und in eine Verdichtungskammer für den Kolben (cd8).
Die Kammer 0as steht in Verbindung mit der Ansaugöffnung 8 (immer geöffnet).
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Da das Volumen dieser Kammer 0as während der Drehung der Rotationskolben
zunimmt, stellt sich ein Ansaugvorgang gemäß dem Pfeil a ein. Zu diesem Zeitpunkt
herrscht in der Kammer
Cas atmosphärischer Druck. Aus diesem Grunde
ist, wie bereits erwähnt, diese Kammer Cas in den Zeichnungen weiß dargestellt.
Die andere Kammer Ccs befindet sich in der Verdichtungsphase, da das Kammervolumen
abnimmt und das verdichtete Medium in Richtung des Pfeiles f, fc in die Auslaßöffnung
9 strömt. Wie bereits erwähnt, ist das verdichtete Gas der Kammer Ccs und der Auslaßöffnung
9 in der Zeichnung punktiert dargestellt.
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Was die vom rechten Kolben Pd begrenzte Kammer Cad anbelangt, so befindet
sich diese unter atmosphärischen Druck, da die Verdichtungephase noch nicht begonnen
hat.
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Aus Fig. 4b kann entnommen werden, daß sich die Kolben vom Bezugszeichen
0 um 450 weiterbewegt haben. Es ist ersichtlich, daß der Hohlraum um den linken
Kolben nicht mehr in zwei Kammern unterteilt ist, wie dies bei der vorhergehenden
Phase der Fall war, sondern es ist nur eine einzige Ansaugkammer Cas vorhanden,
welche mit der Ansaugleitung 8 in Verbindung steht. Die vom rechten Kolben Pd begrenzte
Kammer Ccd beginnt gerade in ihrem Volumen abzunehmen, und es tritt daher eine Verdichtung
des Mediums ein, welches sich bis in die Leitung 9 erstreckt.
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Aus der Kolbenstellung der Fig. 4b geht deutlich hervor, daß durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Rotationskolben gleichzeitig mindestens eine
Verdichtungekammer und eine Ansaugkammer gebildet werden.
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In Fig. 4c werden die Rotationskolben in einer gegenüber: dem Anfangspunkt
O um 1350 geschwenkten Stellung gezeigt. Aus Fig. 4c geht hervor, daß für den linken
Kolben P8 die gleichen Verhältnisse vorherrschen wie in Fig. 4b dargestellt, da
die Kammer Cas, obwohl die Ansaugphase beendet ist, das Medium noch unter atmosphärisohem
Druck hält (die Verdichtungsphase hat noch nicht begonnen). Der rechte Kolben Pd
begrenzt hingegen
eine Ansaugkammer C ad und eine Verdichtungskammer
C cd.
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In Fig. 4d werden die Rotationskolben in einer Stellung gezeigt, welche
gegedffber dem Punkt 0 der Fig. 4a um 1800 geschwenkt ist. Diese Stellung ist symmetrisch
entgegengesetzt zu der nach Fig. 4a. Daher treten die gleichen Verhältnisse auf
wie in der Ausgangsstellung gemäß Fig. 4a. Die Verhältnisse, die vorher für den
linken Kolben galten, gelten nun beim rechten Kolben. Der linke Kolben begrenzt
eine Kammer Ca8, in der sich das Medium unter atmosphärischem Druck befindet, wogegen
der rechte Kolben zwei Kammern begrenzt und zwar eine Ansaugkammer Cd sowie eine
Verdichtungskammer Ccd Bei der folgenden Drehung der Rotationskolben um 1800 werden
die bereits beschriebenen Phasen wiederholt, jedoch sind diese spiegelbildlich vertauscht.
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Wie bereits erwähnt, wurde in den Figuren 4a, 4b, 4c und 4d sowie
in der Beschreibung nicht auf das in der Leitung 9 vorgesehene Ventil V eingegangen.
Dies geschah aus Gründen der Übersichtlichkeit, denn dieses Ventil V gehört ebenfalls
zur vorstehenden Erfindung und es ist ausschlaggebend für das gute Arbeiten des
Kompressors.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ventil V wird über Hilfsvorrichtungen
von außen her gesteuert. Genannte Vorrichtungen (nicht dargestellt) sind mit der
Hauptwelle verbunden und daher dreht sich das Ventil V entsprechend den beiden Rotationskolben.
Das Ventil kann in unterschiedlicher Art gesteuert werden, auch kann die Ausführungsform
des Ventiles variieren.
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Selbstverständlich kann als Ventil jede bisher bekannt gewordene geeignete
Ausführungsform zum Einsatz gelangen.
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Die Stellung des Ventiles, d.h. sein Öffnen bzw. sein Schließen ist
abhängig von der entsprechenden Winkelstellung
der beiden Rotationskolben.
Betrachtet man die Fig. 4a, so wird deutlich sichtbar, daß sich das Ventil-V soeben
geschlossen hat. Genauer gesagt erfolgt das Schließen des Ventils V in dem Moment,
in dem die Kammer 0cs mit der Kammer Cad in Verbindung tritt.
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In Fig. 4b ist das Ventil V vollständig geschlossen,und das Ventil
ist am weitesten von seinem Öffnungspunkt entfernt.
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Inzwischen wird der vom rechten Kolben begrenzte Hohlraum zur Verdichtungskammer
Ccd. Das Volumen dieser Kammer wird vermindert, doch das Ventil bleibt geschlossen.
Dies ist während einer Kolbendrehung von ca. 900 der E'all..Während dieser Drehung
erfolgt eine Vorverdichtung des Mediums, bevor dieses in die Leitung 9 einströmt.
Das Einströmen des Mediums in die Leitung 9 erfolgt in dem Augenblick, in dem das
Ventil V öffnet wie in der Stellung nach Fig. 4c. In Fig. 4c wird eine Stellung
dargestellt, in der die Rotationskolben gegenüber der in Fig. 4b dargestellten Stellung
um 900 versetzt sind.
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Das Ventil V bleibt geöffnet,bis die Rotationekolben von der Stellung
nach Fig. 4c in die Stellung nach Fig. 4d übergehen. In dieser Figur wird ersichtlich,
daß das Ventil V gerade in Schließstellung übergegangen ist. Dies erfolgt genau
zu dem Zeitpunkt, in welchem die Kammer Ccd mit der Kammer Ca9 in Verbindung tritt.
Die Kammer Cas beginnt nun bei geschlossenem Ventil V mit der Verdichtung des Mediums
und für den linken Kolben wiederholt sich nun die Phasen, welche für den rechten
Kolben bereits beschrieben wurden.
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Es sei bemerkt, daß die im Beispiel beschriebenen Winkel des Ventile
V nicht als absolut konstante Werte anzusehen sind.
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Ebenso ändert sich die Winkelbewegung der Rotationskolben, hauptsächlich
in der Phase der Vorverdichtung (im beschriebenen Beispiel wurden die Rotationskolben
um ca. 900 gedreht).
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Diese Winkeländerung hängt von verschiedenen Faktoren ab, z.B.
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der Viskosität des Mediums oder dessen Temperatur. Natürlich sind
die Winkelwerte auch abhängig von der vorhandenen Zahl der Ansaugkammern sowie von
der vorhandenen Zahl der Verdichtungskammern. Die Anordnung mehrerer Kolben liegt
immer noch im Schutzbereich der vorstehenden Erfindung.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform weist der Kompressor für Jeden
Rotationskolben und dem entsprechenden Gehäuseteil nur einen Hohlraum auf. Somit
kann nur eine Ansaugkammer und eine Verdichtungskammer gehildet werden. Selbstverständlich
können die Rotationskolben auch derart ausgebildet sein, daß sie mehrere Paare von
Ansaug- und Verdichtungskammern aufnehmen.
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Auch das Gehäuse E ist in der Ärt ausgestaltet, daß es in Achsrichtung
verlängert werden kann. Dies gilt ebenso für die Welle 1, die den linken Kolben
antreibt,sowie für die Welle, die den rechten Kolben trägt. In diesem Fall wUrden
die Zahnräder 3s 3d und 5 abgenommen und auf die Wellenverlängerung aufgesetzt werden.
Somit ergibt sich die Möglichkeit, ein weiteres Kolbenpaar aufzusetzen, dessen Winkelstellung
von der des ersten Eolbenpaares abweicht. Die Welle 1 kann anders angebracht werden,
d.h. sie kann von der entgegengesetzten Seite in das Gehäuse E eindringen.
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Ferner kann im Gehäuse eine Schmierpumpe oder es können mehrere Schmierpumpen
untergebracht werden, wodurch die erforderliche Schmierung und Kühlung der Rotationskolben
gewährleistet wird.