DE3006269A1 - Rotationsverdichter oder -motor - Google Patents

Description

Beschreibung;

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei Rotationsvorrichtungen, die in den US-Patentschriften 3 101 700 und 3 176 908 geoffenbart sind, und zwar vom 27. August 1963 bzw. 6. April 1965, welche jeweils den Titel "Rotationsverdichter oder -motor" aufweisen. Aus diesem Grunde ist der Inhalt der obengenannten Druckschriften ausdrücklich durch Bezugnahme in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung mit aufgenommen.

In jeder der bekannten Vorrichtungen befindet sich ein £ Ausnehmungen und ein mit Vorsprüngen vorsehener Rotor bzw* Läufer, und die beiden Läufer sind in einer Kammer eines. Gehäuses derart angebracht, daß sie zueinander Ende '_ an Ende angeordnet um Drehachsen rotieren, die einander spitzwinklig schneiden. Die Läufer stehen betrieblich _: auch miteinander sowie mit der Wand der Kammer in Eingriff, um einen ringförmigen Arbeitsschacht oder eine Arbeits-Nebenkammer zu bilden, welche an ihrem Umfang durch einen Abschnitt der Wand begrenzt ist. Zusätzlich weisen bei diesen älteren Veröffentlichungen die Ausnehmungen an dem mit Ausnehmungen versehenen Läufer an ihrem Umfang Enden auf, die durch einen Abschnitt der Wand der Kammer ver-^: schlossen sind, und die Ausnehmungen und die Schaufeln der Läufer stehen miteinander unter Winkelabständen bezüglich der gegenüberliegenden Endflächen der Läufer derart in betrieblichem Eingriff, daß sie die Nebenkammer in eine Reihe radial ausgerichteter Zellen unterteilen, welche mit den Abständen zwischen jeweils zwei Schaufeln und Ausnehmungen zusammenfallen. Die Endflächen sind zusätzlich derart angepaßt und miteinander in Beziehung gebracht, daß, wenn die Läufer gemeinsam gedreht werden, die Flächen

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wechselweise zwischen entgegengesetzten Winkelstationen aufeinander zulaufen und voneinander weglaufen, an welchen sie bis zu einem Höchstwert auseinanderlaufen bzw. bis zum gegenseitigen Zusammentreffen zusammenlaufen. Dies hat die Wirkung, daß die *"eilen zyklischen Ansaug- und Verdichtungstakten an den entgegengesetzten Seiten der Nebenkammer ausgesetzt sind, und es befindet sich ein Paar öffnungen bzw. Schlitze im Gehäuse, von welchen sich der eine in die Einlaßseite der Nebenkammer öffnet, um den Zellen Strömungsmittel zuzuführen, und sich der andere nach außen von der Verdichtungsseite der Nebenkammer derart öffnet, daß Strömungsmittel von den Zellen abgegeben wird.

Jede der bekannten Vorrichtungen leidet unter der Tatsache, daß, während es erwünscht ist, mindestens den Auslaßschlitz in der Nähe der Winkelstation anzuordnen, an welcher die Flächen der Läufer bis zum gegenseitigen Zusammentreffen zusammenlaufen, anzuordnen, um das Verdichtungsverhältnis der Vorrichtung zu idealisieren, wobei diese Stelle den Nachteil aufweist, daß sie nicht viel Raum für die öffnung bietet; wo es nicht möglich oder erwünscht ist, die danebenliegende Endwand der Kammer als zusätzliche oder alternative Stelle für den Schlitz, zu verwenden, ist die wirksame Fläche der öffnung oft derart begrenzt, daß sie den Arbeitsdruck, das Verdichtungsverhältnis und/oder die Drehzahl der Vorrichtung ernsthaft einschränkt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung.ist es, die Beschränkungen zu entfernen, welche diesbezüglich auf den bekannten Vorrichtungen lasten. D.h. das Ziel dieser Erfindung ist es, die verfügbare Schlitzfläche insbesondere am Auflaßabschnitt des Zyklus zu erhöhen. Die älteren Vorrichtungen konnten lediglich einen Auslaß vom engen, stromabwärtsgelegenen Ende der Zellen liefern. Die vorliegende Erfindung trifft eine Vorkehrung zum gleichzeitigen Auslassen aus den beiden Enden der Zelle, wodurch die verfügbare Schlitzfläche verdoppelt wird. Dies wird nur dann möglich, wenn

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die Schaufel und ihre Ausnehmung derart konstruiert sind, daß sie an der einen Seite eine Abdichtung und an der entgegengesetzten Seite der Schaufel einen offenen Kanal zur entsprechenden Zelle bilden. Wurde dies erst einmal verwirklicht, dann ist es möglich, eine Öffnung vorzusehen, ausweicher die verdichtete Luft aus der sich verkleinernden Zelle austreten kann, und zwar durch einen Kanal bzw. Durchlaß zwischen Schaufel und Ausnehmung sowie in den Auslaßschlitz.

Bei einer Vorrichtung dieser Art ist es wesentlich, eine Abdichtung zwischen den Zellen vorzusehen, welche durch die Läufer gebildet sind, und zwar lediglich während des Verdichtungsteils des Zyklus; dies ist nicht während des Ansaugteils des Zyklus erforderlich. Es ist auch wesentlich, zu verstehen, daß die dünne ^:Endkante oder Spitze der Schaufel die Abdichtung zwischen den Zellen bildet. Da die Wände der Zellen während der Verdichtung zusammenlaufen, bewegt sich die Dichtungsiinie zwischen den Zellen von der äußeren Kante oder Mündung- der Ausnehmung bis zum Boden oder geschlossenen Ende der Ausnehmung, wenn die Schaufel in die Ausnehmung hineinbewegt wird.

Ein anderes Ziel ist es, eine Einrichtung und eine Technik dieser Art vorzusehen, wobei irgendein verdichtetes Strömungsmittel, das in den Ausnehmungen verbleibt, wenn sich nebeneinanderliegende Zellen bis über den Auslaßschlitz hinaus bewegen, expandieren kann,= . um die verbleibende Energie freizusetzen, die hierin enthalten ist, welche somit der Verwendung zugeführt werden kann, statt einen Verlust zu bilden. Andere Ziele umfassen die Bereitstellung einer Einrichtung und Technik dieser Art, wobei die Ausnehmungen in dem mit Nuten versehenen Läufer mit Strömungsmittel im Bereich der Einlaßöffnung gespeist werden können, um einer Neigung entgegenwirken zu können, gemäß deren ein Unterdruck-Betriebszustand in den Ausnehmungen auftritt, wenn sich die Schaufeln aus diesen zurückziehen.

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Ein noch weiteres Ziel ist es, einen Rotationsverdichter vorzusehen, welcher dem Typ nach ineinandergreifende Schaufeln und Ausnehmungen aufweist, wobei dieser einen in hohem Umfang verringerten Kopfraum aufweist.

Gemäß der Erfindung werden diese Ziele und Vorzüge dadurch verwirklicht, daß man Kanäle oder Schlitze im oben erwähnten Wandabschnitt der Kammer vorsieht, welche den Zellen und den entsprechenden Endöffnungen der entsprechenden Ausnehmungen im Umfang des mit Nuten versehenen Läufers an der einen Seite der Nebenkammer betrieblich gegenüberliegen. Die Ausnehmungen, welche mit dem Schlitz an dieser Seite der Nebenkammer in Verbindung stehen, stehen auch durch Kanäle zwischen den Schaufeln und der Nut-Seitenwand in Verbindung, um Strömungsmittel den Zellen zuzuführen oder von diesen zu entziehen, wenn sie mit Strömungsmittel versorgt werden oder Strömungsmittel entzogen wird, in Abhängigkeit von der Rotationslage innerhalb der Nebenkammer, an welcher die Ausnehmung und der Schlitz angeordnet sind.

Der Kanal kann mit der öffnung durch eine Verteilleitung an dem Gehäuse in Verbindung stehen, welche mit dem Schlitz verbunden ist, oder der Schlitz kann mit der Ausnehmung dadurch in Verbindung treten, daß man den Schlitz in Drehrichtung des Läufers verlängert. In jedem Falle ist der Kanal oder der Schlitz vorzugsweise winklig in Bezug auf den Umfang des mit Ausnehmungen versehenen Läufers in Drehrichtung derart verlängert, daß er sich zwischen Winkelstationen erstreckt, welche durch mindestens den Abstand zwischen jeweils zwei Schaufeln und Ausnehmungen voneinander getrennt sind. Die bevorzugte Anordnungsstelle der Schlitze ist derart, daß der Einlaßschlitz an dem Punkt enden wird, wo die Zellen, die zwischen den Läufern gebildet und gegeneinander durch die Schaufeln abgetrennt sind, eine Höchstmenge an Luft oder Gas enthalten, wobei der Anfangspunkt des Einlaßschlitzes dort liegt, wo das

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Volumen der Zellen um ein gewisses, bestimmtes Maß verringert wurde und nun zunimmt. In den Zeichnungen ist der Anfangspunkt des Auslaßschlitzes an einer Stelle gezeigt, welche eine 50%ige Verringerung im Volumen oder der Kapazität der oben erwähnten Zellen ergeben hätte. Bevorzugt wird der Auslaßschlitz einige wenige Grad von der Linie der engsten Annäherung zwischen den Läusfern entfernt enden, und der Einlaßschlitz wird erst einige wenige Grad jenseits derselben Linie der engsten Annäherung beginnen. Bevorzugt ist der Einsatzschlitz weit zu den Schaufeln und Schaufelausnehmungen vom obenerwähnten Anfangspunkt aus bis zu einem Unterbrechungspunkt offen, und zwar kurz vor der Stelle, an welcher das enthaltene Volumen beginnt, sich zu verkleinern.

Es kann festgestellt werden, daß die Schaufeln, soweit sie die Zellen gegeneinander während des Verdichtungstaktes des Zyklus abtrennen, an einer Seite der Ausnehmung abdichten und zur Bildung eines Kanales zu einer Zelle an der gegenüberliegenden Seite der Schaufel derart offen sind, daß die Ausnehmung eine Verlängerung der Zelle wird. So betrachtet, wird der Druck in der Ausnehmung der gleiche sein wie der Druck in der Zelle, von welcher sie eine Verlängerung ist. Wenn, die Abdichtung zwischen den Zellen ständig an der Oberkante der Schaufel vorliegt, dann kann die Auslaßöffnung verlängert werden oder ein Kanal derart vorgesehen werden, daß er die Zellenverlängerung erreicht, welche tatsächlich die Ausnehmung der nachfolgenden Schaufel ist; und wenn der Kanal oder der verlängerte Schlitz nicht unter eine Linie fällt, die von der Oberkante der Schaufel beschrieben wird, dann wird verdichtete Luft oder verdichtetes Gas in den Schlitz austreten, kann aber nicht zurück in die nächste, nachfolgende Zelle ausströmen, welche nicht den Auslegungsdruck erreicht, bevor sie nicht um eine Zellenlänge weitergedreht wurde.

Der Kanal oder die Schlitzverlängerung über das Ausnehmungs-

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gehäuse hinweg kann derart beschrieben werden, daß sie sich nach hinten zur nachfolgenden Schaufelausnehmung einer Zelle erstreckt (zwei aufeinanderfolgende Schaufeln definieren das Ausmaß einer Zelle), und zwar von einem Punkt gegenüber dem Beginn des Auslaßschlitzes im Schaufelgehäus° ausgehend, wobei die Breite des Kanals oder der Schlitzverlängerung zwischen einer Linie vorliegt, die von den geschlossenen Enden der Schaufelausnehnungen beschrieben wird, sowie einer Linie, die von der End-Dichtkante der Schaufel beschrieben wird. Wurde eine Zelle erst einmal in eine Lage gedreht, in welcher der Auslegungsdruck erreicht wurde und der Ausstoßvorgang begonnen wurde, liegt keine weitere Notwendigkeit vor, eine Abdichtung zwischen dieser Zelle und der Zelle vor ihr herzustellen, da beide mit dem Auslaßschlitz in Verbindung stehen.

Ein einzigartiges Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die-iEormen der jeweiligen Schaufel und Ausnehmungen nicht nur einen Ergänzungs- bzw. Neben-Auslaßkanal von der Zone des sich verringernden Volumens zwischen den gegenüberliegenden Endflächen von Schaufel- und Ausnehmungsläufer bilden- : wobei dieser Bereich die Haupt-Verdichtungskammer oder Zelle bildet, sondern die Erfindung verringert ferner auch noch den Kopfraum zwischen Schaufel und Ausnehmung an der Auslaßstation mit größter Verdichtung. D.h., irgend"ein Spalt zwischen der stromabwärtsgelegenen Seite einer Schaufel und der stromabwärtsgelegenen Wand einer Ausnehmung an der Stelle der höchsten Verdichtung wird unvollständig verdichtete und nicht ausgestoßene Restluft hinterlassen, welche nicht zur Nutzleistung beiträgt. Durch die unsymmetrische Ausbildung von Schaufel und Ausnehmung sowie durch entsprechende Volumina wird dieser Kopfraüm verringert. Ferner sind die Schaufeln und Ausnehmungen nit sich ständig verbreiternden Wänden oder Seiten ausgebildet, ausgehend vom jeweiligen geschlossenen Ende einer Ausnehmung und der Spitze einer Schaufel, um während der Herstellung

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den Gußvorgang zu erleichtern.

Gemäß einem besonderen Aspekt betrifft die Erfindung eine Verbesserung bei den Rotationseinrichtungen/ die in den US-Patentschriften 3 101 700 und 3 176 908 geoffenbart sind, in welchen gemeinsam gedehte, mit Schaufeln und Ausnehmungen versehene Läufer mit gegenseitig in Eingriff stehenden Schaufeln und Ausnehmungen wechselweise zusammenlaufen und auseinanderstreben/ wobei die Schaufeln und Endflächen der Läufer Zellen zwischen jeweils zwei Schaufeln und Ausneaaujagen bildes^ wslctos affelisöHaesi &asang~ nai Verdich tungstakten an den gegeaü&arliegeiiSea Sotatiossgosifeioass

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Fig. 1 eine teilweise geschnittene Perspektivansicht eines Verdichters, der Ausnehmungen sowohl an der Einlaß- als auch an der Kompressionsseite der Nebenkammer verwendet, wobei die Ausnehmungen mit den Schlitzen an ihren jeweiligen Seiten durch öffnungen in die Nebenkammer hinein in Verbindung stehen, wie dies oben erläutert wurde,

Fig. 2 ein vertikaler Querschnitt durch den Verdichter, welcher mit den WinkelStationen zusammenfällt,

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an welchen die Stirnflächen des mit Schaufeln sowie des mit Ausnehmungen versehenen Läufers um einen Höchstwert auseinanderlaufen bzw. bis zum gegenseitigen Zusammentreffen zusammenlaufen,

Fig. 3 die Ansicht eines schematischen Teilschnitts längs Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 die Ansicht eines Teilschnitts längs Linie 4-4 in Fig. 5/

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Betätigungsmechanismus im Verdichter, wenn die Läufer hierin einen vollen Rotationszyklus durchlaufen,

Fig. 6 eine Perspektivansicht eines anderen Verdichters, der Kanäle an beiden Seiten des Gehäuses verwendet, wobei die Ausnehmungen mit den jeweiligen Schlitzen durch Kanäle am Gehäuse in Verbindung stehen, welche mit den Schlitzen verbunden sind, wie oben erläutert ist,

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Betätigungsmechanismus im letztgenannten Verdichter in Fig. ähnlich der Darstellung, die in Fig. 5 gezeigt ist, wobei aber die Läufer um 22 1/2° vorangedreht sind, und

Fig. 8A und 8B jeweils eine schematische Zeichnung, welche eine Schaufel in einer Ausnehmung zeigt, die sich dem oberen Totpunkt nähert bzw. dort befindet.

Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen; es ist ersichtlich, daß das Gehäuse 2 des Verdichters in Fig. 1 bis 5 ein Paar einseitig offener, pfannenförmiger Metallgußteile 4 und 6 (Fig. 2) aufweist, welche aufeinander zuweisend umgekehrt sind und übereinander angeordnet sind, um zwischeneinander eine Kammer 8 (Fig. 1) zu bilden. Die ümfangswand 9 (Fig. 2) der Kammer ist teilweise im Vertikalschnitt kugelig. Die Kammer ist allerdings sonst im Querschnitt teilweise trapezförmig, da das untere Gehäuseteil 6 spitzwinklig zu seiner Achse 14 verkürzt ist, und

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die beiden Teile sind unter demselben Winkel zusammengefügt, der ihre jeweiligen Achsen 14 und 16 in ähnlicher Weise zueinander geneigt sein läßt. Die jeweiligen Querschnitte der oberen und unteren Enden der Kammer sind ebenfalls dahingehend unterschiedlich, daß die Endwand 10 der Kammer, die vom oberen Teil 4 begrenzt ist, eine Labyrinthdichtung trägt, während die Endwand 12, die vom unteren Teil 6 begrenzt ist, im Querschnitt konisch ist und an ihrer Mitte am Scheitel des Kegels eine flache Aufnahme 18 trägt.

An der Außenseite des Gehäuses weisen beide Gehäuseteile vorsprungartige, axiale Verlängungen 20 und 22 auf (Fig. 2), welche um ihre Endöffnungen herumgebildet sind, obwohl die obere Verlängerung 20 etwas länger ist als die Verlängerung 22 am unteren Teil. Beide Verlängerungen weisen Verstärkungszwickel 24 auf, welche rund um diese Verlängerungen aufrecht stehend angeordnet sind, und beide Verlängerungen weisen Ansenkungen bzw. Anbohrungen 26, 28, 30, 32 auf, welche hierin zur Aufnahme von Lagern ausgebildet ist, wie noch erläutert werden soll. Zusätzlich weisen die Gehäuseteile Flansche 34 und 36 an ihren Rändern auf, und die Flansche sind mit aufeinander ausgerichteten Löchern 38 ausgestattet, welche zum Zusammenschrauben der Teile bei ihrer Verbindung verwendet werden, wie gezeigt ist. An einer Seite der Verbindung ist ein Paar Schlitze 40 und 42 (Fig. 4 und 5) im Rand des unteren Teils ausgebildet. Die Schlitze weisen zueinander einen Abstand auf und sind durch Sammelleitungen 44 und 46 begrenzt (Fig. 1, 3 und 4), welche in das untere Teil eingegossen sind und mit Stutzen 48 an ihren äußeren Enden zur Verschraubung der Sammelleitungen mit außenliegenden Einrichtungen (nicht gezeigt) versehen sind.

Der Arbeitsmechanisinus des Verdichters umfaßt einen mit Vertiefungen versehenen Rotor bzw. Läufer 50 und einen mit Schaufeln versehenen Rotor bzw. Läufer 52 (Fig. 1 und 2).

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Die Läufer sind an den jeweils inneren Enden zweier Wellen 54 und 56 (Fig. 2) befestigt, welche drehbar in den Verlängerungen 20, 22 der Gehäuseteile an deren einander schneidenden Achsen 14, 16 getragen sind. Die inneren Enden der Wellen sind mit Flanschen 54· und 56· versehen, und die Wellen ^ind drehbar in Lagerungspaaren 58, 60, 62 und 64 gelagert, welche in den Anbohrungen 26, 28, 30, 32 der Verlängerungen sitzen und zwischen den jeweiligen Flanschen der Welle, einem Paar von Zwischenhülsen 66 und 68 hieran und einem Paar Muttern 70 und 72 eingespannt sind, welche auf die außenliegenden Enden der Wellen aufgeschraubt sind. Die Läufer sind in der Mitte hohl und sind rund um die jeweils innen liegenden Enden der Wallen herumliecjend angeordnet und sind mit Kopfschrauben an den jeweils nach innen gewandten Stirnflächen der Flansche 54 · und 56^! angeschraubt. Die innen liegenden Enden der Wellen tragen auch einander entsprechende Kegelräder 74 tnd 76, und «ie Kegelräder stehen miteinander in den Höhlungen 78 und CO der Läufer in Eingriff. Die Läufer stehen indessen,, wie gezeigt* Ende an Ende zusamnenwirkend miteinander in Eingriff/ so daß sie gemeinsam drehbar sind, wenn eins der Weilen um ihre Achse herum angetrieben wird; zu diesem Zweck ist die Welle 54 des Aufnahmenläufers bzw. vertieften Läufers 50 nach außen bis über die vor Sprungart ige Verlängerung 20 hierfür hinaus verlängert, so daß sie außerhalb des Gehäuses angetrieben werden kann. Die andere Welle 56 bildet innerhalb ihrer Verlängerung einen Wellenstumpf, und Deckel 82 und 83 sind auf die Enden der Verlängerungen aufgebracht, um diese abzudecken, wobei der Deckel 82 eine Öffnung aufweist, um die Welle 54 durchzulassen, wie dies gezeigt ist.

Der mit Ausnehmungen versehene Läufer 50 ist in seiner Gestalt scheibenförmig (Fig. 1 bis 3) und weist eine Aufnahme 86 (Fig. 2) in seiner oberen Fläche zur Aufnahme des Flansches 54' sowie eine Reihe offenendiger, sich radial erstreckender Ausnehmungen 88 in seiner Boden- oder Arbeitsfläche 50· auf. Der mit Schaufeln versehene, ein-

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greifende Läufer 52 ist in der Form nabenartig und weist an seiner Unterseite einen konischen Sockel 90 sowie eine Reihe sich radial erstreckender Schaufeln 92 an seiner oberen Fläche oder Arbeitsfläche 52· auf, welche sich zwischen der Nabe 94 und der äußeren Umfangskante des Sockels 90 erstrecken. Die Schaufeln 92 und die Ausnehmungen 88 der jeweiligen Läufer sind in der Anzahl gleich und sind mit Umfangsabständ rund um die Achsen 14, 16 der Läufer angebracht und sind derart eingerichtet, daß sie zusammenwirkend miteinander an Winkelabständen um den Schnittpunkt der Achse in der Art der eingangs erwähnten, bekannten Vorrichtungen in Eingriff stehen. Der Konuswinkel der Stirnfläche 52* entspricht dem spitzen Winkel zwischen den Achsen an ihrem Schnittpunkt, so daß, wenn die Läufer gemeinsam gedreht werden, die Arbeitsflächen 50· und 52· der Läufer wechselweise zwischen entgegengesetzt liegenden WinkeIstationen 98 und 100 zusammen- und auseinanderlaufen (Fig. 5), an welchen sie bis zu einem Höchstwert auseinander liegen bzw. bis zum gegenseitigen Zusammentreffen zusammenlaufen, wie dies schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Die Station 98 ist an der Stelle "180°" in der Figur zu sehen. Die Station 100 ist an beiden Enden der Ansicht schematisch dargestellt, d.h. an der Stelle "0°". Mittlerweile bilden die Läufer Gleitdichtungen miteinander sowie mit der Umfangswand 9 und den Endwänden 10, 12 und 18 (Fig. 2) des Gehäuses, so daß die Flächen 50', 52· der Läufer eine kreisringformige Nebenkammer 96 (Fig. 5) zwischeneinander bilden, welche an ihrem Umfang durch die Wand 9 begrenzt ist. In diesem Zusammenhang muß vermerkt werden, daß die Höhlung 78 des vertieften Läufers eine teilweise kugelige Ausbildung aufweist und die Nabe 94 des mit Schaufeln versehenen Läufers eine komplementäre, kuppelartige Ausbildung aufweist, um mit der Höhlung entsprechend der Darstellung zusammenzuwirken und hierzwischen eine Gleitdichtung zu bilden, wenn die Läufer gemeinsam gedreht werden. Es muß auch vermerkt werden, daß der Flansch 56' der Welle 56 in der Aufnahme 18 der Endwand 12 der Kammer einen Gleit-

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sitz aufweist, und daß der Sockel 90 des mit Schaufeln versehenen Läufers mit der Wand 12 selbst derart zusammenpaßt, daß ebenfalls eine Gleitdichtung zwischen der Endwand 12 und dem mit Schaufeln versehenen Läufer 52 gebildet ist. Schließlich muß auch noch vermerkt werden, daß der Umfang des eine Aufnahme bildenden Läufers relativ drehbar mit dem oberen Abschnitt der Wand 9 der Kammer derart in Eingriff steht, daß an dieser Stelle in der Anordnung ebenfalls eine Gleitdichtung gebildet ist.

Wie in den bekannten Vorrichtungen stehen die Ausnehmungen 88 und die Schaufeln 92 nicht nur betrieblich miteinander in Eingriff, um es den Läufern zu gestatten, daß sie sich gemeinsam miteinander drehen, wie dies beschrieben ist, sondern sie bewirken auch die Unterteilung der Nebenkammer 96 in eine Reihe radial ausgerichteter Zellen 102 (Fig. 5), welche mit den Räumen oder Abständen zwischen jeweils zwei Schaufeln und Ausnehmungen zusammenfallen. Zusätzlich sind, da die Stirnflächen 50', 52' der Läufer auseinander- und zusammenlaufen, die Zellen zyklischen Ansaug- und Kompressionstakten an den entgegengesetzten RotationsStationen der Nebenkammer unterworfen, welche durch die oben erwähnten WinkelStationen 98 und 100 hiervon definiert sind. Die Schlitze 40 und 42 stehen mit der Nebenkammer derart in Verbindung, daß sich der Schlitz 40 in die Ansaugseite der Nebenkammer an einer frühen Stelle im Ansaugtakt öffnet, und sich der Schlitz 42 außerhalb der Kompressionsseite der Nebenkammer nahe dem Ende des Kompressionstaktes öffnet (siehe insbesondere Fig. 2, 3 und 5). Es muß vermerkt werden, daß die Mündung des Ansaugschlitzes 40 in Drehrichtung an einer ersten Winkelstation 104 an der Ansaugseite der Nebenkammer beginnt und daß, wenn sich jede Zelle zu einer Lage gegenüber der Mündung der Öffnung hin dreht, sie Strömungsmittel zwischen dieser Station und einer zweiten Winkelstation 106 jenseits hiervon aufnimmt, wo die Mündung des Schlitzes endet. Die Mündung des Auslaßschlitzes 42 beginnt in Drehrichtung an einer dritten

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Winkelstation 108 sowie an einer Station 108' der Schlitzverlängerung an der Kompressionsseite der Nebenkammer; wenn sich jede Zelle bis zu einer Lage gegenüber der Mündung des Auslaßschlitzes weiterdreht, dann wird komprimiertes Strömungsmittel aus beiden Enden der Zelle ausgestoßen, d.h. aus dem Raum zwischen den Flächen 50', 52' an einer Stelle 108, wie dies durch den Pfeil E- gezeigt ist, und über die Schaufelausnehmung an der Stelle 108',wie dies durch den Pfeil E„ gezeigt ist, bis die Mündung des Schlitzes an einer vierten Winkelstation 110 endet.

Um die Unversehrtheit der einzelnen Zellen während dieses Vorgangs aufrechtzuerhalten, sind Gleitdichtungen zwischen einander entsprechenden Ausnehmungen und Schaufeln während der Kompressionsphase des Prozesses gebildet. Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen sind die Schaufeln und die Schaufelausnehmungen unsymmetrisch (Fig. 8A und 8b). D.h., das Volumen einer jeden Ausnehmung 88 ist bezüglich einer Ebene (Fig. 8B) durch das geschlossene Ende der Ausnehmun unsymmetrisch, wobei die Ebene senkrecht zur umgebenden Fläche 50' steht. Zusätzlich laufen die Seitenwände der Ausnehmung konstant vom geschlossenen Ende bis zur offenen Mündung einer jeden Ausnehmung an der umgebenden Fläche 50' auseinander. In ähnlicher Weise weist die Schaufel 9 2 eine Dichtungsspitze 112 auf, welche mit einer Seitenwand einer Ausnehmung in Eingriff steht, um gegen Luftaustritt " zur nächsten, danebenliegenden Zelle oder Verdichtungskammer an der Station höchster Verdichtung abzudichten. Die Schaufel weist Seitenwände auf, welche bis zu einer Wurzelstelle nahe der Fläche 52" auseinanderstreben. Die Seitenwände begrenzen auch ein festes Volumen, das bezüglich einer Ebene durch die Spitze der Schaufel unsymmetrisch ist, wobei die Ebene senkrecht zur Stirnfläche 51' steht, wie am besten aus Fig. 8A und 8B ersichtlich ist. Das größere Volumen an der Ausnehmungs- und Schaufelseite derartiger Ebenen liegt an der Rückseite oder stromabwärtsgelegenen Seite der Ebenen bezüglich der Drehrichtung der

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Läuferbewegung. Die unsymmetrische Formgebung liefert einen zusätzlichen Auslaßkanal zum Schlitz 120* längs des Pfeiles E₂, verringert aber auch den stromabwärts gelegenen Kopfraum zwischen der Schaufel und einer Ausnehmung auf ein Mindestmaß (s. Fig. 8B): Daß die Seitenwände von Ausnehmung und Schaufel auseinanderstreben, ist auch beim Guß dieser Teile hilfreich.

Die Dichtungsspitze 112 (Fig. 1 und 5) ist ein vorspringender Dichtstreifen am Abschlußende an der einen Seite der Schaufel, welche mit einer konkav geformten Wand der Ausnehmung 114 in Eingriff steht, welche eng mit dem Bogen zusammenfällt, der vom Dichtungsstreifen einer Schaufel beschrieben wird, wenn sie in die Ausnehmung hineinbewegt wird. Die gegenüberliegende Wand der Schaufelausnehmung 114' und die dazu passende Seite der Schaufel weisen während der gesamten Verdichtungsphase des Zyklus einen hinreichenden Abstand auf, um einen weiten Auslaßkanal aus der Zelle für die verdichtete Luft am Auslaß zu bilden, wie dies durch die Pfeile E₂ gezeigt ist. Es muß erklärt werden, daß die Schlitzverlängerungen oder Kanäle 118 und 120 nicht notwendigerweise flach sind, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, sondern so tief sein können, wie es zum Handhaben des gewünschten Gasstromes erforderlich ist.

Der Kanal 120 (Fig. 5} im oberen Abschnitt der Umfangswand 9 (Fig. 2) auf der Kompressionsseite der Nebenkammer fällt mit der Linie zusammen, die vom Dichtstreifen 112 der Schaufeln in der Drehrichtung beschrieben wird. Die Kante 132 des Kanals 120 fällt mit der Linie zusammen, welche von den geschlossenen Enden der Ausnehmungen 88 in dem mit Ausnehmungen versehenen Läufer beschrieben wird; der Kanal 120 ist jedoch in seinem Winkel zwischen einer Winkelstation 134, welche um einen Zellenabstand vor der Station 108 angeordnet ist, an welcher die Mündung des Auslaßschlitzes in Drehrichtung beginnt, und einer Winkelstation 136

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verlängert, welche im Abstand hiervon dem Schlitz gegenüberliegend bzw. entgegengesetzt/ jedoch naher der der Winkelstation 110 angeordnet ist, an welcher die Mündung des Schlitzes endet.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 öffnen sich die Kanäle 118' und 120' im oberen Abschnitt der Umfangswand 9 der Kammer in die Einlaß- und Auslaßöffnungen durch einen Satz von Neben-Zweigleitungen 152 und 154 (Fig. 7). Die Zweigleitungen sind in das obere Gehäuseteil 4' eingegossen und erstrecken sich in ümfangsrichtung vom Gehäuse 2¹ derart nach außen, daß sie mit den Zweigleitungen 44 und 46 am Gehäuseteil 6" an Y-Verbindungen 156 und 158 hierzwischen zusammentreffen. Ersichtlicherweise sind die Stege 128¹ und 14O¹ zwischen den Ausnehmungen und der Schnittlinie 3-3 durchgehend und unterbrechungsfrei.

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Claims (5)

1. A. GRUNECKER

   nM_-INS

   H. KINKELDEY

   DR-INa

   ^w· stockmair

   D«.ING-Arf(CALTECH

   K. SCHUMANN

   P. H. JAKOB

   DlPL-ING

   G. BEZOLD

   Meredith E. Bowdish

   JJ Lake Washington Blvd

   Eirkland, Washington 98033, TSSk
   ______________________________ P 14

   20. Feb. 1980

   Rotationsverdichter oder -motor

   Ansprüche;

   1 J Rotationsverdichter, bei welchem typengemäß ein mit Ausnehmungen versehener erster Läufer und ein mit Schaufeln versehener zweiter Läufer, welche jeweils gleiche Anzahlen von in Umfangsabstand angeordneten Ausnehmungen und Schaufeln aufweisen, in einer Kammer eines Gehäuses derart angebracht sind, daß sie zueinander Ende an Ende angeordnet sich um Drehachsen drehen, die einander spitzwinklig schneiden, wobei die Läufer Endflächen aufweisen, die die jeweiligen Ausnehmungen und Schaufeln umgeben und die Schaufeln den sich ergebenden Raum zwischen den Flächen der Läufer in eine Reihe von Zellen unterteilen, welche sie wechselweise verkleinern und vergrößern, wenn die Läufer gemeinsam gedreht werden, und wobei das Gehäuse eine Einlaßöffnung bzw. einen Einlaß schlitz zum Zuführen von Strömungsmittel und eine Auslaßöffnung bzw. einen Auslaßschlitz zur Abgabe vom Strömungsmittel aus den Zellen aufweist und der Auslaßschlitz einen Haupt- und einen Nebenabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen den Zellen (102) auf die eine Seite der Schaufelausnehmung (88) beschränkt ist, während

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   TELEFON (OBB) 23 28 63 TELEX O6-3O38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

   BAD ORIGINAL

   die andere Seite der Ausnehmung einen Kanal (Pfeil E , Stelle 108') begrenzt, der in offener Verbindung mit seiner zugehörigen Zelle und dem Nebenabschnitt (120) des Auslaßschlitzes (42, 120) steht, um Strömungsmittel aus dem nachfolgenden Ende der Zelle durch die Schaufelausnehmung gleichzeitig mit dem Ausstoß aus dem vorderen Ende der Zelle (Pfeil E₁, Stelle 108) zuzulassen, welche zwischen den sich aufeinander zubewegenden Flächen (50', 52') des Läufergehäuses liegen.
2. 2. Verdichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   - jede Schaufel (92) ist in ihrem Festvolumen bezüglich einer Ebene unsymmetrisch, die senkrecht zur Stirnfläche (50') des mit Schaufeln versehenen zweiten Läufers (50) steht und durch die Spitze (112) der Schaufel hindurchläuft,

   - jede genannte Ausnehmung (88) ist in ihrem Volumen bezüglich einer Ebene unsymmetrisch, welche senkrecht zur Endfläche (52¹) des mit Ausnehmungen versehenen ersten Läufers (52) steht und durch das geschlossene Ende der Ausnehmung hindurchläuft, und

   - die größeren Abschnitte der unsymmetrischen Volumina von Schaufel und Ausnehmung liegen in der Bewegungsrichtung der Läufer stromabwärts von den genannten Ebenen.
3. 3. Rotationsverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   - daß der Hauptabschnitt des Auslaßschlitzes (42, 120) die Zellen (102) zwischen den einander gegenüberliegenden Endflächen (50¹, 52') der Läufer (50, 52) überlagert, wobei sich der Beginn des Nebenabschnitts (120) des AuslaßSchlitzes im selben Augenblick zur voranlaufenden bzw. vorderen Schaufelausnehmung (88) öffnet, in welchem sich der Hauptauslaßschlitz (42) zum Rest der Zelle hin öffnet,

   - daß der Nebenabschnitt des Auslaßschlitzes über der

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   Linie (Kante 130} liegt, welche von der oberen Kante (112) der Schaufeln (92) von dem Punkt (134), an welchem die Ausnehmung zuerst mit dem Nebenabschnitt in Verbindung steht, bis zu einem zweiten Punkt (136) beschrieben wird, welcher gegenüber dem ersten Punkt einen Abstand aufweist, der gleich ist dem Abstand zwischen zwei Schaufeln, und

   - daß der Nebenabschnitt des AuslaßSchlitzes entgegen der Richtung der Läuferdrehung bis über den Anfangspunkt (108) des Hauptabschnitts des AuslaßSchlitzes hinaus verlängert ist, wobei beide Abschnitte der Auslaßschlitze miteinander vom Anfangspunkt des Schlitzes bis zu einem zweiten Punkt (110) verbunden sind, welcher eine Länge begrenzt, die mit der Zone maximaler Verkleinerung der Zelle (102) gleich ist und zusammenfällt.
4. 4. Rotations-Luftverdichter, mit den folgenden Merkmalen :

   ein erster Läufer (50) , der mehrere im ümfangsabstand angeordnete Ausnehmungen (88) aufweist, ein zweiter Läufer (52) , der mehrere in ümfangsabstand angeordnete Schaufeln (92) aufweist, deren Anzahl gleich ist jener der Ausnehmungen und welche wahlweise mit den Ausnehmungen ineinander greifen können,

   - die Läufer sind zur Drehung um Achsen (14, 16) angebracht, welche einander spitzwinklig schneiden, wobei die Schaufeln an einer Auslaßstation (100) mit maximaler Verdichtung voll in die Ausnehmungen eingeführt werden und an einer Stelle kleinster Verdichtung nur geringfügig in die genannten Ausnehmungen eingeführt werden,

   - jede Ausnehmung weist ein geschlossenes Ende und einander gegenüberliegende Seitenwände auf, die bis zu einer offenen Mündung nach außen auseinanderstreben,

   - der erste Läufer weist eine glatte Fläche (50*) auf, welche die offenen Mündungen der Ausnehmungen zwischen

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   nebeneinanderliegenden Ausnehmungen begrenzt,

   - das Volumen der Ausnehmungen ist bezüglich einer Ebene , unsymmetrisch, die durch das geschlossene Ende und senkrecht zur genannten glatten Fläche verläuft,

   - die Schaufeln weisen jeweils eine Dichtungsspitze (112) und einander gegenüberliegende Seiten auf, welche von der Spitze zu einer verbreiterten Wurzel hin nach innen auseinanderstreben,

   - die Dichtungsspitze steht an der Auslaßstation mit maximaler Verdichtung in Eingriff mit einer Wand der Ausnehmung, um eine Ausnehmung von der nächsten, benachbarten Ausnehmung zu isolieren,

   eine glatte Fläche (54¹) umgibt die Wurzeln der Schaufeln zwischen nebeneinanderliegenden Schaufeln,

   - die Schaufel weist ein Volumen auf, das bezüglich einer Ebene unsymmetrisch ist, die durch die Spitze und senkrecht zur Stirnfläche des mit Schaufeln versehenen zweiten Läufers (54) verläuft,

   die unsymmetrische Form der Ausnehmungen und Schaufeln verringert den Kopfraum zwischen einer Schaufel und einer Ausnehmung bei der Auslaßstation mit maximaler Verdichtung,

   - eine Einrichtung, die die Schaufeln, Ausnehmungen und entsprechenden Flächen aufweist, um hieraus Verdichtungskammern (102) zu bilden,

   - eine Einlaßeinrichtung (40, 44), um Luft derart zu liefern, daß sie an der Einlaßstation in das Innere der Kammern hineingelangt,.

   eine Auslaßeinrichtung (42, 46) zum Entfernen von Luft an der Auslaßstation, und

   - eine Einrichtung zum Ankoppeln der Läufer an eine Antriebsquelle zum Drehen der Läufer.
5. 5. Verdichter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   - die Schaufeln (92) weisen jeweils in Bezug auf ihre Bewegungsrichtung eine vordere und eine rückwärtige

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   Seite auf,

   die Ausnehmungen (88) weisen jeweils eine vordere Wand und eine hintere Wand bezüglich ihrer Bewegungsrichtung auf, und

   die vordere Wand der Schaufel und die vordere Wand der Ausnehmung weisen eng miteinander übereinstimmende Formen auf und die Schaufel füllt im wesentlichen die vordere Hälfte des unsymmetrischen Volumens an der Auslaßstation (100) mit maximaler Verdichtung, um den Kopfraum zwischen Schaufel und Ausnehmung auf einen Mindestwert zu reduzieren.

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