DE2409232A1

DE2409232A1 - Rollkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2409232A1
Application number: DE2409232A
Authority: DE
Inventors: Joseph Rueedi; Oskar Vielmo; Franz Weinhandl
Original assignee: Nova Werke AG
Current assignee: Nova Werke AG
Priority date: 1973-03-29
Filing date: 1974-02-27
Publication date: 1974-10-10
Also published as: FR2223570A1; ZA741973B; BR7402459D0; JPS49129215A; IT1009386B; CH567187A5; AU6723974A; FR2223570B3; ES424697A1

Description

On.-mG. EUGEN MAIER 9 L Π Q 9 1 ?

ΡΠΛΜΘ. ΕΟΚΗΛΠΟ WOLF

PATCiJTAf- JVVÄLTE

Δ 11 ίο« 7 STUTTGART 1

25. Februar 1974 ^CHEKSTR. 1_&I TL,L 242761-2

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NOVA-WERKE AG, Vogelsangstrasse, 8307 Effretikon / Illnau

Schweiz

RoI!kolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Rollkolbenmaschine, insbesondere einen Rollkolbenverdichter mit einem bezüglich seiner Antriebswelle exzentrisch gelagerten Rollkolben und einem frei drehbar im RoIlkolben angeordneten und auf einem exzentrischen Teil der Welle sitzenden Laufring, der entweder exzentrisch oder zentrisch ausgebildet ist und entweder frei drehbar auf diesem Teil der Welle gelagert ist oder durch eine verstellbare Lagerung in eine exzentrische Lage gegenüber diesem Teil verschiebbar und in dieser Lage fixierbar ist, ferner mit einem durch mindestens eine Feder gegen den Kolben gedrückten Trennschieber,

Solche Rollkolbenverdichter sind seit langem bekannt. Bei den bekannten Bauarten muss zur 'Abdichtung des Rollkolbenmantels im Gehäuse der Ansaugluft eine verhältnismässig grosse Oelmenge beigegeben werden. Diese kann zwar teilweise in einem Oelausscheider aus der geförderten Druckluft ausgeschieden und dem Verdichter wieder zugeführt werden. Mit zunehmendem Verschleiss der Lagerstellen, also mit grosser werdendem Lagerspiel, vergrössert sich aber die für die Abdichtung benötigte Oelrnenge beträchtlich.

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Da Rollkolbenverdichter keinen schädlichen Raum wie Hubkolbenverdichter besitzen, der automatisch ein zu hohes Ansteigen des Druckes verhindert, sind bekannte Rollkolbenverdichter mit Ueberdruckventilen ausgerüstet, um sie vor Ueberlast zu schützen.

Die Erfindung bezweckt diese Nachteile zu beheben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Rollkolbenverdichter zu schaffen, bei welchem das durch Verschleiss verursachte Spiel •zwischen dem Rollkolben und dem Gehäuse entweder automatisch ausgeglichen wird oder von Hand ohne Demontage des Verdichters behoben werden kann, und bei welchem keine zusätzlichen Ventile für die Druckbegrenzung notwendig sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Verbindungslinie der Wellenachse mit der Achse des exzentrischen Teils einen Winkel mit der Verbindungslinie der letztgenannten Achse mit der Mittelachse des Exzenterringes bildet, der zwischen

der
70 und 110 liegt, derart, dassVRollkolben anliegend auf der Innenwand des Verdichtergehäuses abrollt und bei Erreichung eines bestimmten Abhebedruckes der seinerseits einer Abhebelage des Kolbens im Gehäuse entspricht, von der Gehäusewand abgedrückt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der als Exzenterring ausgebildete Laufring frei drehbar im Rollkolben und auf dem exzentrischen Teil der Welle gelagert ist, und dass auch die Achse der Welle versetzt zur Achse der Gehäusebohrung im Verdichtergehäuse angeordnet ist. Bei dieser Ausbildung verändert sich der Winkel CoC) während des Umlaufes, wobei der Kolben im Bereich der Auslassöffnung stärker an die Wand der Gehäusebohrung gedrückt wird, um dem grösseren Verdichtungsdruck in diesem Bereich entgegenzuwirken.

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Dadurch wird erreicht, dass der Anpressdruck des Rollkolbens gleichmässig über dem Gehäuseumfang verteilt wird. Durch geeignete Wahl des erwähnten Winkels und der Exzentrizitäten der Welle und des Laufringes wird erreicht, dass der Rollkolben bei Ueberschreiten eines bestimmten Druckes von der Gehäusewand abgedrückt wird. Durch diese automatische Druckbegrenzung wird der Verdichter vor Ueberlastung geschützt, ohne dass ein zusätzliches Überdruckventil benötigt wird. Es ist auch möglich. Verdichter für verschiedene Enddrücke auszulegen.

Die beschriebenen und weiteren Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Rollkolbenverdichters sind in der Zeichnung dargestellt und werden anhand derselben näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Ro11kolbenVerdichters,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Verdichter nach Fig. 1,

Fig. 3a und Fig. 3b eine schematische-Darstellung des Einflusses der Exzentrizität von Welle und Laufring ohne exzentrische Versetzung der Welle im Gehäuse,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Wirkung einer Versetzung des Gehäuses gegenüber der Wellenachse,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Welle und den Rollkolben einer zweiten Ausführungsform des Verdichters,

Fig. Ba und Bb einen Quer- und Längsschnitt durch die Welle und den Rollkolben einer dritten Ausführungsforni des Verdichters,

Fig. 7a und Fig. 7b einen Quer- und Längsschnitt durch die Welle und den Rollkolben einer vierten Ausführungsform des Verdichters und

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Fig. 8 eine schematische Darstellung des cinflusses der Exzentrizität von Welle und Laufring zum Zeitpunkt des Abhebens^ , ohne Versetzung der Wellenachse.

Der Rollkolbenverdichter nach den Fig. 1 und 2 weist ein aus zwei Seitenteilen 1, 2 und einem Mittelstück 3 bestehendes Gehäuse auf. In den Seitenteilen 1, 2 ist eine Welle 4 mit einem exzentrischen mittleren Teil 5 gelagert. Auf dem exzentrischen Teil 5 ist drehbar ein ebenfalls exzentrischer Laufring 6 gelagert, und auf diesem sitzt drehbar ein Rollkolben 8, der mit seiner Mantelfläche die Innenwand des Gehäuseteiles 3 längs einer Linie berührt. Die Gleitfläche zwischen dem Laufring 6 und dem Rollkolben 8 ist als Gleitlager 7 dargestellt. Es könnte aber auch ein Wälzlager vorgesehen sein. Der Arbeitsraum 9 des Verdichters ist durch einen Trennschieber 10 unterteilt, der durch eine Feder 11 über einen Bolzen 12 gegen den Rollkolben 8 gedruckt wird. Die Luft wird durch den Einlass E auf der einen Seite des Trennschiebers. 10 angesaugt und durch eine Ausnehmung 13 auf der anderen Seite des Trennschiebers über ein Druckventil 14 in den Auslass A weggedrückt.

In den Fig. 1 und 2 sind die Mittelachslinien der Welle 4 mit 15, des exzentrischen Teils 5 der Welle mit 16 und des exzentrischen Laufringes 6 mit 17 bezeichnet. Die entsprechenden Radien der drei Teile tragen die Bezeichnung R,r, ^16' ^unc' ^17* In der Fig. 1 ist ferner die Verbindungslinie der Achsen 15 und 16 mit 18 und die Verbindungslinie der Achsen 16 und 17 mit 19 bezeichnet. Diese beiden Verbindungslinien 18, 19 schliessen einen Winkel oC ein, der zusammen mit der Grosse der beiden Exzentrizitäten von Welle und Laufring massgebend ist für die Kraft, mit welcher der Rollkolben bei seinem Umlauf bei einem bestimmten Förderdruck ge-gen die Gehäusewand gedrückt wird. Je grosser der Winkel oC ist, um so grosser wird die Andruckkraft. Durch die Anordnung des exzentrischen Laufringes 6 wird somit erreicht, dass

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der Rollkolben B ohne Spiel umläuft, wodurch eine gute Abdichtung bei einem geringen Schmierölverbrauch erzielt wird.

Die Fig. 3a und 3b zeigen in grösserem Massstab und in schematischer Darstellung die Lage des Rollkolbens B, wenn er sich im oberen Totpunkt und in einer in der Drehrichtung D um 270 Grad versetzten Stellung befindet. Der Winkel oC zwischen den Linien 18 und 19 bleibt während der vollen Umdrehung des Rollkolbens gleich. Um eine angemessene Anpresskraft zu erzielen, soll der Winkel c£ zwischen 70 Grad und 110 Grad liegen und vorzugsweise etwa 90 Grad betragen. Die winkelmässige Lage der beiden Linien 18, 19 zueinander zeigt schaubildlich die sogenannte "Kniehebelwirkung", die durch die beiden Exzentrizitäten erz.ielbar ist.

Der effektive Anpressdruck des Rollkolbens 8 gegen die Wand des Gehäuses 3 wird bei einem gegebenen Gegendruck in der Förderleitung vom Verdichtungsdruck im Raum 9 bestimmt. Der Anpressdruck ist somit kurz nach der Einlassöffnung E am grössten, da der Verdichtungsdruck noch klein ist, und wird immer kleiner je mehr sich der Kolben der Auslassöffnung A nähert, da die verdichtete Luft bestrebt ist, den Kolben von der Wand wegzudrängen . Durch eine zusätzlich gegenüber der Gehäusemitte versetzte Lagerung der Welle 4 kann der Anpressdruck des Kolbens 8 durch Veränderung des Winkels oC während des Umlaufes des Kolbens beeinflusst werden.

Dies ist in der Fig. 4 schematisch dargestellt. Sie zeigt den Rollkolben 8 in zwei um 180° zueinander versetzten Lagen, wobei die Wellenachse 15 gegenüber de Gehäusemittelachse 15a um das Mass V versetzt aufgezeichnet ist. Aus der Lage der Linien 18, 19 bzw. der Winkel oC "ist deutlich zu erkennen, dass der Rollkolben in der strichpunktiert gezeichneten Lage kurz vor der Auslassöffnung A infolge der verstärkten "Kniehebelwirkung" (grösserer Winkel oC )

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stärker angepresst wird und daher dom Verdichtungsdruck entgegenwirkt.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Verdichters, bei der der Rollkolben θ ebenfalls automatisch spielfrei gegen die Wand des Gehäuses 3 gedrückt wird. Die einzelnen Teile sind gleich wie in Fig. 1 bezeichnet. Der Laufring 6 sitzt hier mit etwas Spiel S auf dem exzentrischen Teil 5 der Welle. Im Bereich der grössten Exzentrizität des Laufringes 6 ist in einer Ausnehmung 20 des Teils 5 eine Rolle 21 angeordnet, üie auch in eine Ausnehmung 22 des Laufringes B hineinragt. Die Ausnehmung 22 weist Schrägflächen von grösserem Radius als der Radius der Rolle 21 auf, so dass der Laufring bei einer relativen Verdrehung der Welle durch Auflaufen an der Rolle 21 infolge des Spiels S eine radiale Verschiebung erfährt und dadurch den Rollkolben B gegen die Gehäusewand drückt. Das Spiel S wird zweckmässig auf etwa 0,3 mm begrenzt. Selbstverständlich könnten auch Schrägflächen am Wellenteil 5 angeordnet sein.

Die Fig. 6a und 6b zeigen eine Ausführungsform des Rollkolbenverdichters mit einem exzentrischen Laufring 6, der zwecks Nachstellung des Rollkolbens 8 auf dem exzentrischen Teil 5 der Welle 4 gelöst und verdreht und dann wieder auf dem Teil 5 festgeklemmt werden kann. Der Laufring 6 sitzt praktisch spiellos auf dem Wellenteil 5. In diesem sind in drei radialen Bohrungen verschiebbare Klemmstifte 23 gelagert. Die Welle 4 enthält eine axiale Bohrung 24, in der ein Druckbolzen 25 angeordnet ist, der mit einer konischen Spitze 25a zwischen die drei Klemmstifte 23 greift. Der Druckbolzen 25 ist mit einem Gewinde 25b in die Welle 4 eingeschraubt und mittels einer Stellmutter 26 gesichert. Zum Ein- bzw. Nachstellen des Rollkolbens 8 wird der Druckbolzen 25 etwas gelöst, wodurch die Klemmstifte 23 den Laufring 6 freigeben. Wird nun die Welle 4 in Pfeilrichtung gedreht, was am zweckmässigsten im unteren Totpunkt des Rollkolbens 8 geschieht, da dieser dort

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durch den federbelasteten Trennschi&bar 10 an die Gehäusewand gepresst wird, so verdreht sich der Laufring 6 auf dem Teil 5, bis kein Spiel zwischen Rollkolben B und Gehäusewand vorhanden ist. Nun wird der Druckbolzen 25 wieder eingeschraubt und gesichert. Die Klemmstifte 23 fixieren nun den Laufring 6 in der neuen Einstellage. Die äussere Stirnfläche der Klemmstifte 23 und die Innenfläche des Laufringes B können mit einer feinen Verzahnung oder Riffelung versehen sein, um in geklemmtem Zustand die Haftung zu vergrössern. Anstelle eines Druckbolzens 25 könnte auch ein Zugbolzen mit einerm Ziehkeil zum Festklemmen der Klemmstifte 23 verwendet werden.

Die Figuren 7a, 7b zeigen eine Ausführungsform eines Rollkolbenverdichters mit einem zentrisch ausgebildeten Laufring 6, die ebenfalls ein automatisches Nachstellen von etwa auftretendem Spiel zwischen Rollkolben B und Gehäusewand ermöglicht. Zu diesem Zweck sitzt der Laufring B mit etwas Spiel S auf dem exzentrischen Teil. 5'der Welle 4. Im Teil 5 ist ein radial verschiebbarer Klemmstift 2B gelagert, der in eine Ausnehmung Ba- des Laufringes eingreift. Der Klemmstift 28 liegt mit einer Schrägfläche 28a auf einer Schrägfläche 29a eines Keilbolzens 29 an, der in einer axialen Bohrung 30 der Welle 4 sitzt und durch Druckfeder 31, z.B. eine Tellerfeder, vorgespannt ist. Bei einem Verschleiss des Rollkolbens β bzw. der Gehäusewand wird dadurch der Rollkolben um die Grosse des Spiels S automatisch nachgestellt.

Da Rollkolbenverdichter keinen schädlichen Raum aufweisen zur automatischen Begrenzung des Enddruckes, wie zum Beispiel bei Hubkolbenverdichtern, muss ein Ueberlastschutz vorgesehen-sein. In der Fig. 8 ist schematisch dargestellt, wie der Winkel oC und die Verteilung der Exzentrizitäten der Welle und des Laufringes zusammen wirken damit der Rollkolben bei einem bestimmten Förderdruck von der Gehäusewand abgehoben wird.

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Die jeweilige Lage des Kolbens 8 in bezug auf das Gehäuse 3 wird durch einen Drehwinkel oj definiert.

In der Fig. 8 ist die Mittellinie des Trennschiebers 10 mit 50 bezeichnet und die Berührungslinie des Kolbens am Gehäuse mit Die Verbindungslinie der Wellenachse 15 und der Berührungslinie 52 ist mit 51 bezeichnet. Der Drehwinkel O-> wird durch die Mittellinie 50 und die Verbindungslinie 51 eingeschlossen. Die Drehrichtung der Wellenachse ist mit D bezeichnet. Der Winkel ⁰^ wird zweckmässig zwischen 90 und 110 gewählt.

Die gewünschte Druckbegrenzung, beispielsweise 35 atü, entspricht einer bestimmten Lage des Rollkolbens in bezug auf das Gehäuse, indiesem Fall mindestens annähernd einem Drehwinkel OJ von 310

Die Verteilung der Exzentrizitäten von Welle und Laufring sind konstruktiv so festgelegt, dass im Zeitpunkt des Abhebens bei einem

ο - Druck

Drehwinkel oJ von 310 ein resultierender^Kraftvektor P, herrührend von dem durch 35 atü belasteten Kolben, gerade mit der Verbindungslinie 19 zusammenfällt. Im unmittelbar nächsten Zeitpunkt hat der Kolben diese unstabile Lage überschritten und hebt sich von der Gehäusewand ab, wodurch der Förderdruck nicht mehr weiter ansteigen kann. Durch Wahl anderer Verteilungen der Exzentrizitäten von Welle und Laufring innerhalb des zweckmässigen Bereichs des Winkels«^ von 90 bis 110 , können Rollkolbenverdichter für verschiedene Enddrucke ausgelegt werden. Beispielsweise entspricht die Abhebelage eines für 7 atü ausgelegten Rollkolbenverdichters einem Drehwinkel von 250 .

Da der Kolben 8 bei den Ausführungsformen mit automatischem Ausgleich des Spiels dauernd gegen die Wand des Gehäuseteils 3 gedrückt wird, entsteht am Gehäusespalt, der den Trennschieber 10 enthält, bei jedem Umlauf des Kolbens 8 ein leichtes schlagartiges Geräusch. Dieses kann beträchtlich reduziert werden, wenn der

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Trennschieber mindestens teilweise mit einer Abrundung 33' versehen ist, die dem Radius der Gehäusebohrung entspricht, und wenn gleichzeitig der Trennschieber 10 in seiner oberen Totpunktlage gegen Anschläge anliegt. Als solche Anschläge können die in Fig. 2 dargestellten Stellschrauben 34 dienen, die mittels Stellmuttern 35 fixierbar sind.

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Claims

Ansprüche :

1.) Rollkolbenmaschine, insbesondere Rollkolbenverdichter mit einem bezüglich seiner Antriebswelle exzentrisch gelagerten Rollkolben und einem frei drehbar im Rollkolben angeordneten und auf einem exzentrischen Teil der Welle sitzenden Laufring, der entweder exzentrisch oder zentrisch ausgebildet ist und entweder frei drehbar auf diesem Teil der Welle gelagert ist oder durch eine verstellbare Lagerung in eine exzentrische Lage gegenüber diesem Teil verschiebbar und in dieser Lage fixierbar ist, ferner mit einem durch mindestens eine Feder gegen den Kolben gedrückten Trennschieber, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinie (18) der Wellenachse (15) mit der Achse (16) des exzentrischen Teils (5) einen Winkel CoC) mit der Verbindungslinie (19) der letztgenannten Achse (16) mit der Mittelachse (17) des Exzenterringes (6) bildet, der zwischen 7G° und 110° liegt, derart, dass der Rollkolben (8) anliegend auf der Innenwand des Verdichtergehäuses (3) abrollt und bei Erreichung eines bestimmten Abhebedruckes,der seinerseits einer Abhebelage des Kalbens im Gehäuse entspricht, von der Gehäusewand abgedrückt wird.

2. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1, mit exzentrisch ausgebildetem Laufring (6), der drehbar auf dem exzentrischen Teil (5) der Welle (4) sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Achse (15) der Welle (4) versetzt zur Achse (15a) der Gehäusebohrung im Verdichtergehäuse(3) gelagert ist (Fig. 4) ,

3. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Exzenterring ausgebildete Laufring (6) mit Spiel (5) auf dem exzentrischen Teil (5) der Welle (4) gelagert ist, dass

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ferner im Bereiche der grössten Exzentrizität ces Laufringes •(6) zwischen dem exzentrischen Teil (5) und dem Laufring (6) ein Rollkörper (21 angeordnet ist, wobei mindestens der Laufring (6) oder der exzentrische Teil (5) schräge Auflaufflächen für den Rollkörper (21) aufweisen, zum Zwecke, bei einer relativen Verdrehung zwischen den beiden Teilen (5 bzw. B) eine exzentrische Versetzung des Laufringes (6) zu erzielen CFig. 5)

4. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrisch ausgebildete Laufring (6) mit Spiel (S) auf dem exzentrischen Teil (5) der Welle (4) sitzt, und dass im exzentrischen Teil (5) mindestens ein radial verschiebbarer Klemmstift (28) gelagert ist, der sich einerseits am Laufring (B) und anderseits an einem Spannkeil (29, 29a) stützt, der unter der Wirkung einer vorgespannten Feder (31) steht (Fig. 7a, 7b).

5. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1, mit exzentrisch ausgebildetem Laufring (6), der drehbar auf dem exzentrischen Teil (5) der Welle (4) sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass im exzentrischen Teil (5) radial verschiebbare Klemmstifte (23) gelagert sind, die sich einerseits am Laufring (B) und anderseits an einer konischen Fläche (25a) eines Druck- oder Zugbolzens (25) abstützen, der sich in einer axialen Bohrung der Welle (4) erstreckt und von aussen axial verstellbar und fixierbar ist (Fig. Ba, Bb).

6. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung des Laufringes (6) und die äussere Stirnfläche der Klemmstifte (23) mit einer als Verdrehsicherung ausgebildeten, z.B. verzahnten oder gerändelten Oberfläche versehen sind.

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7. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, "dass die jeweilige Lage des Kolbens C8) in bezug auf das Gehäuse (3) definiert ist durch einen Drehwinkel (UJ), der gebildet ist durch eine Mittellinie (50) des Trennschiebers (10) und eine Verbindungslinie (51) der Wellenachse (15) mit einer Berührungslinie (52) des Kolben am Gehäuse, dass der Winkel (ei. ) zwischen 90° und 110° liegt, dass die Abhebelage des Kolbens

(B) einer Grosse des Drehwinkels ( OJ ) zwischen 250 und 310 .entspricht, derart dass zum Zeitpunkt des Abhebens ein resultierender Druckkraftvektor (P), herrührend aus dem vom Druck belasteten Kolben (8) in.der Abhebelage,mindestens annähernd mit der Verbindungslinie (19) zusammenfällt, deren Richtung in bezug auf das Gehäuse zum Zeitpunkt des Abhebens durch die Verteilung der Exzentrizitäten des exzentrischen Teils (5) der Welle und des Laufringes (6) bestimmt ist (Fig. 8).

8. Rollkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschieber (10) in seiner oberen Totpunktlage gegen einstellbare Anschläge (34) anliegt.

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