DE2531415A1 - Drehkolbenmaschine - Google Patents

Description

• Drehkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine, insbesondere einen Verdichter, mit einem Käfigrotor, der in einem mit Ein-und Auslaßöffnung en versehenen Außengehäuse drehbar gelagert und über den Umfang mit beabstandeten Ausnehmungen versehen ist, mit wenigstens einem innerhalb des Käfigrotors drehbar angeordneten Kämmrotor, der auf dem Außenumfang mit beabstandeten Zähnen versehen ist, die mit den Ausnehmungen des Käfigrotors in Kämmeingriff stehen, und mit einem Innengehäuse zwischen Käfig- und Kämmrotor.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Drehkolbenmaschine dieser Art eine zuverlässige Abdichtung insbesondere der Arbeitskammern vorzusehen.
• Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die abzudichten-l den Flächen wenigstens teilsweise mit einem Dichtwerkstoff beschichtet sind. Als Dichtwerkstoff wird vorzugsweise ein Weißmetnll verwendet, jedoch können auch andere Metalle vorgesehen werden, die gute Gleiteigenschaften haben, gutes Einlaufen gewährleisten und wenig Neigung zum Fressen haben, wie beispielsweise Bleilegierungen mit entsprechenden Zusätzen. Ebenso können geeignete Kunststoffe wie Teflon und dgl. vorgesehen werden.
• Durch eine derartige Beschichtung kann vor allem das erforderliche Spiel beispielsweise zwischen Rotoren und Gehäuse auf ein Minimum reduziert werden, ohne daß der Betrieb der Maschine gefährdet ist.
• Zur Abdichtung der Arbeitskammern beim Eingriff des Kämmrotors in den Käfigrotor werden zweckmäBigerweise die Seitenflächen der Stege des Käfigrotors durchgehend mit einer Dichtwerkstoffschicht versehen. Vorteilhafterweise ist diese Dichtlferkstoffschicht etwas über die Ränder der Seitenflächen an den Stegen gezogen, wobei dieser Randabschnitt zugleich zur Abdichtung der Umfangsflächen des Käfigrotors gegenüber dem Innen- und Außengehäuse verwendet werden kann. Zur Verbesserung der Abdichtung können aber auch mehrere die Arbeitskammer umgebende Dichtleisten in Form eines Dichtwerkstoffauftrags auf dem Innen-und Außenumfang des Käfigrotors vorgesehen werden.
• Die Ecken der Arbeitskammern können hinsichtlich einer einfachen Herstellung abgerundet ausgebildet sein, jedoch ist vor allem bei einer schraubenförmigen Ausgestaltung der Rotoren für eine gute Abdichtung der Arbeitskammern von Vorteil, wenn diese Ecken möglichst scharf ausgebildet sind. Um dies in einfacher Weise zu erreichen, werden die Ecken der Arbeitskammern hinterschnitten, wobei die Hinterschneidung mit einem Füllwerkstoff ausgefüllt wird. Dieser Füllwerkstoff kann beispielsweise aus einem Dichtwerkstoff bestehen oder mit der Dichtwerkstoffschicht überzogen sein.
• Zur verstärkten Abdichtung an den stirnseitigen Begrenzungsflächen der Arbeitskammern und/oder im Bereich der Lager der Rotoren kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine sich über den Umfang erstreckende Schicht aus Dichtwerkstoff in Form einer mit Dichtwerkstoff gefüllten Schale angeordnet werden, de zur Ausbildung einer Labyrinthdichtung entsprechende Vorsprünge gegenüberliegen. Bei den auftretenden Wärmedehnungen kann sich hierbei das Labyrinth in die entsprechend weiche und gute Einlaufeigenschaften aufweisende Dichtwerkstoffschicht eindrücken.
• Nach einer Weiterbildung kann zwischen zwei Labyrinthdichtungen eine Nut für eine Sperrflüssigkeit angeordnet und jeder Labyrinthdichtung ein Rückfördergewinde vorgeschaltet werden. Eine derartige Abdichtung kann beispielsweise bei bestimmten Betriebs medien zweckmäßig sein.
• Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Fig. 1 in einem schematischen Querschnitt einen Verdichter zeigt Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Käfigrotor des Verdichters.
• Fig. 3 zeigt den Außenumfang eines schraubenförmig ausgebildeten Käfigrotors in einer Abwicklung.
• Fig. 4 stellt eine Labyrinthdichtung im Querschnitt schematisch dar.
• Fig 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abdichtung.
• In Fig. 1 ist mit 1 ein Außengehäuse bezeichnet, das mit einem im Querschnitt sichelförmigen Innengehäuse 2 fest verbunden ist.
• Die beiden Bauteile 1 und 2 bilden das Gehäuse 3 des Drehkolbenverdichters, das auf dem Außenumfang mit einem Einlaßstutzen 4 und unmittelbar angrenzend mit einem Auslaßstutzen 5 versehen ist. Im Gehäuse 3 ist ein Käfigrotor 6 drehbar gelagert, der aus Endringen 8 und zwischen diesen verlaufenden Stegen 10 besteht und dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Außengehäuses 1 entspricht, während der Innendurchmesser des Kafigrotors dem Außendurchmesser des Innengehäuses 2 entspricht.
• In Achs- und Umfangsrichtung werden durch die Endringe 8 und die Stege 10 und in radialer Richtung durch die beiden Gehäuseteile 1 und 2 Arbeitsräume 9 begrenzt.
• Zwischen Innengehäuse 2 und Käfigrotor 6 ist im Gehäuse 3 ein Kämmrotor 7 drehbar gelagert, der mit zwei einander gegenüberliegenden Zähnen versehen ist. Dieser Kämmrotor 7 steht mit dem Käfigrotor 6 derart in Eingriff, daß die Außendurchmesser der beiden Rotoren einander tangieren. Längs dieser Berührungslinie der beiden Außendurchmesser verläuft die Trennwand zwische dem Einlaß- und dem Auslaßstutzen. In die Arbeitsräume 9, die zwischen den Stegen 10 des Käfigrotors ausgebildet sind und mit diesem umlaufen, greift vor Erreichen des Auslaßstutzens 5 der Kämmrotor 7 ein und verringert zum Komprimieren der geförderten Luft das Volumen der Arbeitskammer 9, während im Bereich des Einlaßstutzens 4 die Arbeitskammer 9 vom Kämmrotor 7 zum Ansaugen von Frischluft wieder freigegeben wird. Mit 11 ist ein Maschinenfuß und mit 12 sind Kühlrippen bezeichnet.
• Die Fig. 2 zeigt in einem Querschnitt des Käfigrotors auf den Seitenflanken der die Arbeitsräume 9 begrenzenden Stege 10 jeweils eine Weißmetallschicht 13, die sich über die gesamte Seitenfläche erstreckt und die beiden Ränder etwas übergreift.
• Bei einem etwas zu starken Auftrag des Weißmetalls kann der Kämmrotor 7 mit der scharfen Kante seines Zahnes an dieser Fläche entlanggleiten, ohne daß die Gefahr des Fressens besteht, da das Weißmetall entsprechend weich ist. Aufgrund der guten Notlauf- und Einlaufeigenschaften von Weißmetall oder einem entsprechenden Dichtwerkstoff können nach einer gewissen Einlaufzeit sehr geringe Toleranzen zwischen eingreifendem Kämmrotor 7 und Käfigrotor 6 erzielt werden, wodurch sich eine entsprechend gute Abdichtung der Arbeitskammern 9 ergibt.
• Um die Arbeitskammern 9 voneinander abzudichten, kann der Randabschnitt 14 der Weißmetallschicht 13 so ausgebildet werden, daß er einige hundertstel Millimeter über der Oberfläche des Innen-und Außenumfangs des Käfigrotors 6 vorsteht. Vorzugsweise werden jedoch eine oder mehrere die einzelnen Arbeitskammern 9 umgebende Dichtleisten 15 in Form eines Weißmetallauftrages vorgesehen,, welche zur Überbrückung des Normalspiels zwischen Käfigrotor und Gehäuse dienen. Wie die Fig. 7 zeigt, umgeben diese Dichtleisten 15 eine Arbeitskammer 9 vollständig.
• Während die flachen Ecken der Arbeitskammern 9 relativ einfach mit einer genauen Schnittlinie der angrenzenden Seitenflächen hergestellt werden können, ergeben sich insbesondere bei einem größeren Verwindungswinkel der Stege 10 spitze Ecken, die bei der Herstellung Schwierigkeiten bereiten, andererseits aber für eine gute Abdichtung der Arbeitskammer relativ zu dem eindringenden Kämmrotor 7 möglichst genau ausgebildet sein sollen.
• Zur Vermeidung der Herstellungsschwierigkeiten wird, wie die Fig. 3 zeigt, an den spitzen Ecken der Arbeitskammern eine abgerundete Hinterschneidung 16 vorgesehen, die mit einem Füllmaterial 17 so ausgekleidet wird, daß sich insgesamt eine spitz-; winklige Ecke ergibt. Dieses Füllmaterial 17 kann beispielsweise aus Dichtwerkstoff wie Weißmetall und dergleichen oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen, der mit der Weißmetallschicht 13 überzogen ist. Vorzugsweise wird bei schraubenförmiger Ausgestaltung der Rotoren die Hinterschneidung auf der Seite der Arbeitskammern vorgesehen, auf der sich keine Veri windung ergibt, so daß der Füllwerkstoff auch in Form einer Leiste ohne Schwierigkeiten eingelegt werden kann.
• Die Fig. 4 zeigt eine Abdichtung in Form einer Labyrinthdichtung die auf den Stirnseiten des Käfigrotors im Bereich der Endringe 8 oder auf einem Wellenansatz zur Abdichtung gegenüber einem Lager vorgesehen werden kann. Mit 18 ist eine mit Weißmetail gefüllte, ringförmige Schale bezeichnet, die beispielsweise auf den Innenumfang des Käfigrotors im Bereich eines Endringes 8 angeordnet ist. Ein Ring 19 mit zahnförmigen Vorsprüngen zur Ausbildung der Labyrinthdichtung liegt der Weißmetallfüllung der Schale 18 gegenüber, wobei dieser Ring 19 auf dem Außenumfang der kreisförmigen Stirnwand 20 des Innengenäuses 2 angeordnet ist, die mit einem Endring 8 im wesentlicheA in einer Ebene liegt. Dehnt sich während des Betriebs durch Erwärmung das Innengehäuse 2 bzw. dessen Stirnwand stärker aus als der Käfigrotor 6, so kann sich der Ring 19 mit den zahnför-; innigen Vorsprungen in das Weißmetall in der Schale 18 eindrücken das gute Einlaufeigenschaften hat. Hierdurch wird eine gute Abdichtung gewährleistet, ohne daß der Betrieb des Verdichters gefährdet würde.
• Um eine noch stärkere Abdichtung zu gewahrleisten, beispielsweise wenn aggressive Gase in dem Verdichter komprimiert werden sollen, werden nach Fig. 5 zwei Ringe 20 und 21 vorgesehen, von denen einer am Käfigrotor und der andere am Gehäuse angeordnet wird. Diese beiden Ringe 20 und 21 bilden etwa in der Mitte eine Nut 22 für eine Sperrflüssigkeit, beispielsweise Wasser, die durch nicht dargestellte Bohrungen in die Ringnut 22 eingeleitet werden kann. Beiderseits dieser Ringnut 22 ist jeweils eine Labyrinthdichtung 23 etwa der in Fig. 4 wiedergegebenen Ausgestaltung angeordnet, an die sich ein Rückfördergewinde 24 anschließt.
• Es kann auch eine aufwendigere Lösung vorgesehen werden, bei der die beiden Ringe 20 und 21 eine Ringnut bilden, die drucklos ist und aus der die Leckage durch radiale Bohrungen abgezogen werden kann, wobei eine solche Ringnut mit weiteren Ringnuten für eine Sperrflüssigkeit, mit Labyrinthdichtungen und mit Rückfördergevinden kombiniert werden kann.
• Während das Veißietall in der Schale 18 durch irgendeine geeignete mechanische Einrichtung, beispielsweise einen umgebördelten Rand der Schale 18fixiert werden kann, kann es auf den Stegen 10 des Käfigrotors galvanisch oder durch Diffusion in an sich bekannter Weise aufgebracht werden.
• Der WeiBsetallauftrag auf dem Umfang und den Seitenflanken des Käfigrotors beträgt jeweils nur einige hundertstel Millimeter, während der Veißietaliauftrag in der Labyrinthdichtung starker ausgebildet ist, so daß sich das Labyrinth eindrücken kann.
• Die Labyrtnthdichtungen können nur im Bereich der Lager auf der Rotorwelle vorgesehen sein, wahrend der Rotorumfang durch einen Weißmetallauftrag auf dem Innen- und Außenumfang gegenüber dem t Gehäuse abgedichtet ist. Zweckmäßigerweise werden Labyrinth dichtungen auch an den Lagerungen des Kämmrotors vorgesehen.
• Anstelle der beschriebenen Weißmetallschicht als Dichtwerkstoff kann auch ein anderer geeigneter Werkstoff wie z. B.
• ein Kunststoff vorgesehen werden.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Drehkolbenmaschine, insbesondere Verdichter, mit einem Käfigv rotor, der in einem mit Ein- und Auslaßöffnungen versehenen Außengehäuse drehbar gelagert und über den Umfang Bit wenigstens beabstandeten Ausnehmungen versehen ist, mitVeinem innerhalb des Käfigrotors drehbar angeordneten Kämmrotor, der auf dem Außenumfang mit beabstandeten Zähnen versehen ist, die mit den Ausnehmungen des Käfigrotors in Kämmeingriff stehen, und mit einem Innengehäuse zwischen Käfig- und Kämmrotor, dadurch gekennzeichnet, daß die abzudichtenden Flächen wenigstens teilweise mit einem Dichtwerkstoff beschichtet sind, der gute Einlauf- und Notlau: eigenschaften aufweist.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Arbeitskammern (9) die Seitenflächen der Stege (10) des Käfigrotors (6) durchgehend mit einer Dichtwerkstoffschicht (13) versehen sind.

3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtwerkstoffschicht (13) zu 3 ) mit einem Abschnitt (14) die Ränder der Seitenflächen der Stege (10) etwas übergreift.

4. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang des Käfigrotors (6) eine oder mehrere die Arbeitskammern (9) umgebende Dichtleisten in Form eines Dichtwerkstoffauftrags (14, 15) vorgesehen sind.

5. Drehkolbenmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken der Arbeitskammern (9) hinterschnitten sind und die Hinterschneidung (16) mit einem Füllwerkstoff (17) ausgefüllt ist.

6. Drehkolbenmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Endringen (8) und/oder im Bereich der Lager der Rotoren (6,7) eine sich über den Umfang erstreckende Schicht aus Dichtwerkstoff angeordnet ist, der zur Ausbildung einer Labyrinthdichtung Vorsprünge gegenüberliegen.

7. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Labyrinthdichtungen (23) eine Nut (22) für eine Sperrflüssigkeit angeordnet und jeder Labyrinthdichtung (23) ein Rückfördergewinde (24) vorgeschaltet ist.

8. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringnut zum Abziehen einer Sperrflüssigkeit vorgesehen ist, auf deren beiden Seiten jeweils ein Rückfördergewinde und eine Ringnut für eine Sperrflüssigkeit angeordnet ist, an die sich jeweils eine Labyrinthdichtung mit einem Rückfördergewinde anschließt.

9. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Labyrinthdichtung mit den zugeordneten Dichtungsbauteilen auf gesonderten Ringen (18, 19; 20, 21) ausgebildet sind.

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