DE2654991C3 - Drehschieberkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschieberkompressor mit einem zylindrischen Rotor, der eine Vielzahl ausfahrbarer Schieber aufweist, die in komplementären Schieberschlitzen aufgenommen sind, wobei der radial innere Abschnitt der Schieber einen konvexen Rand besitzt, mit dem ein elastisches Element in Eingriff bringbar ist, das ein Metallfederteil umfaßt.

Bei derartigen Drehschieberkompressoren ist der Rotor so montiert, daß seine Achse relativ zur Achse der Rotorkammer versetzt angeordnet ist. Dadurch wird ein im wesentlichen halbmondförmiger Gasarbeitsraum geschaffen. Der Rotor befindet sich in Gleitberührung mit einem Teil der Rotorkammerwand. Dieser Berührungspunkt trennt die Niedrigdruckseite von der Hochdruckseite. Eine Einlaßöffnung steht mit einer Seite des Gasarbeitsraumes in Verbindung; eine Auslaßöffnung kommuniziert mit der gegenüberliegenden Seite. Das Gas wird zwischen benachbarten Schiebern eingeschlossen und um die Kompressionszone herum geführt. Das Volumen jeder Tasche bzw. von jedem Abteil, das zwischen benachbarten Schiebern und den Rotor- und Rotorkammerflächen gebildet wird, wird zunehmend kleiner, während es sich der Auslaßöffnung nähert. Dadurch wird das darin eingeschlossene Gas komprimiert.

Ein Problem, auf das man beim Betrieb derartiger Kompressoren häufig trifft, besteht darin, daß die Schieberspitzen manchmal nicht unter allen Bedingungen in Berührung mit der zylindrischen Rotorkammerwand bleiben. Dies gilt insbesondere beim Anlaufvorgang, wenn sich der Rotor bei verhältnismäßig niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten bewegt. Die Zentrifugalkraft, die normalerweise die Schieber nach außen drückt, reicht nicht aus, das Vakuum zu überwinden, das erzeugt wird, wenn sich die Schieber von ihrer radial innersten Stellung zu dem Punkt bewegen, der direkt gegenüber dem Berührungspunkt liegt. Bisher fanden verschiedene Methoden Anwendung, um die Schieberspitzen in Berührung mit der Rotorkammerwand zu halten. Grundsätzlich können diese Methoden in zwei Kategorien eingeteilt werden: mechanische (beispielsweise Federn) und hydraulische oder pneumatische.

Ein eingangs beschriebener Kompressor ist aus der US-PS 33 76 825 bekanntgeworden. Bei diesem Kompressor ist eine Blattfeder zwischen dem konvex ausgebildeten Rand des radial inneren Abschnitts der Schieber und dem Boden des Schieberschlitzes angeordnet. Wenn sich der Kompressor im Ruhezustand befindet, drückt die Blattfeder den Schieber nach außen gegen die Rotorkammerwandung. Im Hochgeschwindigkeitsbetrieb werden die Schieber durch Zentrifugalis kräfte gegen die Rotorkammerwandung gedrückt, und die Blattfeder wird durch Einwirkung dieser Zentrifugalkräfte abgeflacht und gegen den inneren Schieberrand gepreßt, so daß r,ie ihre Stützwirkung für den Schieber verliert. Es ist offensichtlich, daß bei diesem bekannten Kompressor die Feder immer wieder über eine relativ große Distanz ausgelenkt wird, was für die ohnehin nur sehr begrenzte Lebensdauer der Blattfeder abträglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschieberkompressor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem das elastische Element eine verlängerte Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kompressor der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß ein elastomeres Teil auf seiner ganzen Länge mit dem Metallfederteil auf der vom Schieber abgewandten Seite verbunden ist, wobei das elastomere Teil einen Zwischenabschnitt aufweist, der normalerweise vom Boden des Schieberschlitzes Abstand hat und sich bei Berührung durch den Schieber in Richtung auf den Boden des Schieberschlitzes durchbiegen kann, und daß das elastische Element eine solche Steifigkeit besitzt, daß auch bei hohen Zentrifugalkräften die Stützwirkung für den Schieber im wesentlichen erhalten bleibt.

Die erhöhte Lebensdauer des elastischen Elementes beim erfindungsgemäß ausgebildeten Kompressor läßt sich im wesentlichen auf zwei Tatsachen zurückführen:

1. Die Auslenkung des Metallfederteiles wird minimal gehalten; und

2. durch die Verbindung des Metallfederteiles mit dem elastomeren Teil und durch die brückenartige Ausgestaltung der Elastomer-Metall-Verbundfedereinrichtung wird eine besonders gute Lastverteilung erzielt.

Des weiteren dämpft die Verschleißfläche, die von dem Metallfederteil gebildet wird, zusammen mit dem elastomeren Teil den Lärm während des Betriebs. Das elastische Element ist kompakt, billig einzubauen und erfordert keine besonderen Abwandlungen an herkömmlichen Kompressorteilen. Weitere Vorteile bestehen darin, daß keine Schmiermittelpumpe oder andere Vorrichtungen vorgesehen werden müssen, welche öl und/oder Kühlmittel sammeln und zu den Räumen unterhalb der Schieber verteilen müssen, da keine Hydraulik zum Ausfahren der Schieber verwendet wird. Das elastische Element sorgt außerdem für sofortige Pumpwirkung beim Starten, verhindert eine Rückwärtsdrehung beim Stillegen des Rotors, die oft durch Druckausgleich zwischen der Hochdruck- und Niederdruckseite des Rotors hervorgerufen wird, und führt zu niedrigeren Ausstoßgastemperaturen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

zeichnet sich dadurch aus, daß das elastomere Teil mit kugelig geformten Endabschnitten versehen ist, die in entsprechenden Ausnehmungen an den Enden von jedem Schieberschlitz angeordnet sind. Durch diese Anordnung werden Schwenkpunkte an den Enden des elastischen Elementes geschaffen, so daß diese Enden nicht am Boden des Schlitzes abradieren.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die US-PS 31 52 552 verwiesen, die einen Drehschieberkompressor betrifft, bei dem eine Blattfeder im wesentlichen in der gleichen Weise angeordnet ist, wie bei der vorstehend genannten US-PS 33 76 825, jedoch am Schieber selbst und nicht lose im Schieberschlitz angeordnet ist Die Befestigung kann mittels eines elastischen synthetischen Materials vorgenommen werden, in das "die Feder teilweise eingebettet ist. Diese Ausführungsform entspricht offensichtlich nicht dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verbundelement Des weiteren sei noch auf die US-PS 19 84 365 verwiesen, in der ein Drehschieberkompressor beschrieben ist, der in bezug auf die Ausbildung der Feder ebenfalls im wesentlichen der US-PS 33 76 825 entspricht, mit dem Unterschied, daß die Blattfeder hierbei andersherum im Schieberschlitz angeordnet ist Dabei besitzt die Feder zwar wie bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Zwischenabschnitt, der normalerweise vom Boden des Schieberschlitzes Abstand aufweist und sich bei Berührung durch den Schieber in Richtung auf den Boden des Schieberschlitzes durchbiegen kann; dieses Merkmal bezieht sich jedoch ausschließlich auf eine Blattfeder und kein Verbundelement

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Drehschieberkompressors;

F i g. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in F i g. 1;

F i g. 3 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab, der die Beziehung zwischen dem elastischen Element, dem Schieber und dem Schieberschlitz darstellt; F i g. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 in F i g. 3;

F i g. 5 einen Schnitt wie F i g. 4, in dem das elastische Element in voll ausgelenkter Stellung gezeigt ist; und

F i g. 6 einen Schnitt ähnlich F i g. 4, der eine weitere Ausführungsform eines elastischen Elementes zeigt.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Drehschieberkompressor von im vesentlichen herkömmlicher Bauweise gezeigt. Er besitzt ein Gehäuse 10, welches einen Zylinderblock 12 umfaßt. Dieser besitzt eine Kreisbohrung, die durch den Block hindurchläuft und so eine Zylinderwand 14, eine vordere Endplatte 16 und eine hintere Endplatte 18 bildet. Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich ein Rotor 20, der mit einer Antriebswelle 22 verbunden ist und von dieser angetrieben wird. Der Rotor ist innerhalb des Zylinders 14 exzentrisch gelagert, so daß er sich an einem Punkt 24 in enger Berührung mit der Zylinderwand 14 befindet. Dadurch wird ein halbmondförmiger Gasarbeitsraum oder ein Kompressionshohlraum 26 gebildet. Der Rotor ist mit einer Vielzahl von Schieberschlitzen 30 versehen, die jeweils eine Bodenfläche 32 aufweisen und Schieber 34 aufnehmen. Diese können sich innerhalb des zugehörigen Schieberschlitzes hin- und herbewegen, wobei ihre Außenränder 34a dauernd in Berührung mit der Zylinderwand 14 stehen. Es ist zu erkennen, daß die unteren Seiten von jedem Schlitz, der Bodenrand 34b der Schieber 34 und der Boden 32 des Schieberschlitzes 30 einen unterhalb der Schieber befindlichen Raum 35 begrenzen.

Das Ansauggas wird durch den Anschluß 36 und den Kanal 38 in den Komprsssionshohlraum 26 eingelassen. Das Gas wird durch eine Reihe von öffnungen 42 (in der Nähe des Berührungspunktes) ausgestoßen. Diese Ausstoßöffnungen sind durch blattförmige Auslaßventile 44 verschlossen, die durch Alischläge 45 begrenzt sind. Das Ausstoßgas strömt in eine Kammer 50 hinein und von dort in einen Kanal 52 in der hinteren Platte 18 und durch den Anschluß 54 nach außen.

Zwischen dem unteren Rand eines jeden Schiebers 34 und dem Boden 32 des zugehörigen Schieberschlitzes 30 ist ein elastisches Element 60 angeordnet Dieses umfaßt ein Metallfederteil 62 in Form einer flachen Feder, die aus Federstahl oder einer anderen geeigneten Legierung hergestellt ist. Die Legierung muß gute Verschleißeigenschaften aufweisen und einer großen Anzahl von Biegungen bei hohen Frequenzen ohne Ausfall widerstehen können. Mit dem Metallfederteil 62 ist ein elastomeres Teil 64 verbunden, das vergrößerte, kugelig geformte Endabschnitte 65 und einen Zwischenabschnitt 66 besitzt Der Zwischenabschnitt 66 weist im Vergleich zu den Endabschnitten einen verhäitnismäßig dünnen Querschnitt auf. Die kugelig geformten Endabschnitte 65 des elastomeren Teils 66 sitzer, in komplementären Ausnehmungen 67, die in den Enden der Schieberschlitze 32 ausgebildet sind. Durch diese Anordnung werden Schwenkpunkte an jedem Ende geschaffen, so daß die Enden des elastischen Elements 60 nicht am Boden des Schlitzes abradieren.

Wie aus F i g. 4 zu erkennen ist, ist der Bodenrand 346 von jedem Schieber gekrümmt Dadurch wird ein konvex verlaufender Rand gebildet, der mit dem flachen Mittelfederteil 62 des elastischen Elementes 60 in Berührung gelangt. Wenn die Schieber voll ausgefahren sind, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist, liegt das elastische Element 60 flach im gesamten Bereich des Schieberschlitzes. Zu diesem Zeitpunkt ist das elastische Element vollständig unbeansprucht; kein Abschnitt desselben steht unter Spannung oder Kompression.

Wie in F i g. 5 gezeigt, befindet sich das elastische Element 60 nach Berührung mit dem konvex geformten Rand 34ö des Schiebers in einem Zustand, in dem es im wesentlichen dieselbe Kontur wie der Bodenrand desselben einnimmt Das elastomere Teil wird nach unten gedrückt, so daß der Zwischenabschnitt 66 einen geringen Abstand vom Boden des Schieberschlilzes besitzt. Zu diesem Zeitpunkt drückt das elastische Element den Schieber nach oben gegen die Zylinderwand des Gehäuses. Dies führt zur unmittelbaren Pumpwirkung beim Anlaufen, noch bevor ausreichend Zentrifugalkräfte erzeugt sind, welche die Schieber in Berührung mit der Zylinderwand halten könnten.

In F i g. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines elastischen Elementes gezeigt. Da diese Ausführungsform viele gemeinsame Merkmale mit derjenigen hat, die anhand der F i g. 4 und 5 beschrieben wurde, werden zur Bezeichnung dieser gemeinsamen Merkmale dieselben Bezugsziffern verwendet.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 ist Sorge dafür getragen, daß der Schieber in bezug auf das elastische Element genau positioniert w^;rd. Hierzu kann im unteren Rand 34b des Schiebers 34 ein mittig gelegener Kerbenabschnitt 70 ausgebildet sein. Ein Vorsprung 72 mit komplementärer Form erstreckt sich in den Kerbenabschnitt 70 und verhindert eine seitliche Relativbewegung zwischen dem elastischen Element und dem Schieber. Gleichzeitig bleiben die Kompressions- und Ausfahrbewegungen, die für die erste

Ausführungsform beschrieben wurden, möglich.

Zur Herstellung des elastomeren Teils 64 kann eine Vielzahl elastomerer Materialien verwendet werden. Diese sollten jedoch gegenüber der Öl-Kältemittel-Umgebung resistent sein, in der s:ie bei dem Anwendungsgebiet Kühlung/Klimatisierung arbeiten müssen. Zu diesen Materialien gehören beispielsweise Urethan, Nitril, Epichlorhydrin und Silikonkautschukarten.

Hierzu 2 Blatl Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Drehschieberkompressor mit einem zylindrischen Rotor, der eine Vielzahl ausfahrbarer Schieber aufweist, die in komplementären Schieberschlitzen aufgenommen sind, wobei der radial innere Abschnitt der Schieber einen konvexen Rand besitzt, mit dem ein elastisches Element in Eingriff bringbar ist, das ein Metallfederteil umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastomeres Teil (46) auf seiner ganzen Länge mit dem Metallfederteil (62) auf der vom Schieber abgewandten Seite verbunden ist, wobei das elastomere Teil (64) einen Zwischenabschnitt (66) aufweist, der normalerweise vom Boden (32) des Schieberschlitzes (30) Abstand hat und sich bei Berührung durch den Schieber (34) in Richtung auf den Boden des Schieberschlitzes durchbiegen kann, und daß das elastische E'ement (60) eine solche Steifigkeit besitzt, daß auch bei hohen Zentrifugalkräften die Stützwirkung für den Schieber (34) im wesentlichen erhalten bleibt.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß· das elastomere Teil (64) mit kugelig geformten Endabschnitten (65) versehen ist, die in entsprechenden Ausnehmungen (67) an den Enden von jedem Schieberschlitz (30) angeordnet sind.