DE3110055A1 - Drehkolbenkompressor - Google Patents

Description

München, den l6. März I98I Anwaltsaktenz. : 19^ - Pat.

WORTHINGTON COMPRESSSORS, INC., Buffalo, New York l424O, Vereinigte Staaten von Amarika

Drehkolbenkompressor

Die Erfindung betrifft einen Drehkolbenkompressor, insbesondere derjenigen Bauart, bei welcher zwei Rotoren in aneinander stossenden Bohrungen eines Gehäuses montiert sind, wobei jeder Rotor einen einzigen Vorsprung oder Zahn aufweist, welcher mit einer entsprechenden Aussparung am anderen Rotor zusammenwirkt, wenn die Rotoren sich gegensinnig drehen. Die Erfindung betrifft speziell auch Drehkolbenkompressoren desjenigen Typs, welcher ohne Zusatz von einem Schmier-und/oder Kühlfluid in der Kompressorkammer arbeiten kann, so wie dies zum Beispiel bei in öl oder Wasser arbeitenden Kompressoren der Fall ist.

Doppelrotor-Drehkolbenkompressoren der allgemeinen Bauart , wie sie das Ziel der Erfindung sind, sind auf diesem Gebiet seit vielen Jahren bekannt. Diese Kompressoren weisen zwei gegensinnig rotierende Rotoren auf, welche in zylindrischen Bohrungen ( das heisst, Zylindern ) eines Gehäuses montiert sind. Jeder Rotor besitzt einen vorstehenden Zahn oder Fortsatz ( manche Bauarten haben mehr als einen ) welcher mit einer entsprechenden Aussparung am anderen Rotor zusammenwirkt. Die Rotorspitzen sollen entlang der Innenwand der Zylinder abdichten und Teile der Rotornaben gegeneinander, wenn sie relativ zueinander rotieren und dabei im Gehäuseinnern ein Gas komprimiert wird. Es sind Gaseinlass und Auslassöffnungen vorgesehen, welche bei der Rotation der Drehkolben oder Rotoren von einander abgedichtet sind,sodass eine interne Kompression stattfinden kann.

Es wurde vorgeschlagen, eine Maschine dieses Typs mit zwei identischen oder praktisch identischen Rotoren auszustatten, welche in Kammern oder Zylindern gleicher Grosse und Form rotieren. Die Profile der beiden Rotoren und ihre vorstehenden Zähne wären also in diesem Fall identisch. Es ist auch bekannt, Rotoren unterschiedlicher Grosse oder Form vorzusehen, in welchem Falle die Rotoren in unterschiedlichen Bohrungen montiert sind. Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, Rotoren unterschiedlichen Profils in Zylinder mit gleich grossen Bohrungen zu montieren,

jedoch wiesen diese Bauarten den schwerwiegenden Nachteil auf, dass die kontinuierliche Fluidverbindung zwischen den Kammern bedeutend reduziert oder nicht mehr vorhanden ist und dadurch der grösste Teil oder die Totalität der internen Kompression in nur einer der Kammern stattfindet, mit einhergehender Leistungsverminderung der Maschine.

Die folgenden den Erfindern bekannte Patente geben einen Überblick über das wesentliche des Standes der Technik : Hupe GB-PS 1,304,394 , Northey ( Lister ) GB-PS 900,881, Northey GB-PS 752,437, Brown US-PS 3,535,060, Brown US-PS 3,472,445 und Northey US-PS 2,097,037. Weitere, den Stand der Technik wiedergebende Patente sind folgende : Northey GB-PS 661,749, Rowlands et al GB-PS 341,324 , Weatherston US-PS 4,076,469, Weatherston US-PS 4,033,708, Weatherston US-PS 3,941,521, Weatherston US-PS Re. 29,627, Brown US-PS 3,723,031 und Northey US-PS 2,058,817.

Ein dauerndes Problem beim Entwurf und der Konstruktion dieser Drehkolbenkompressoren besteht darin, den Gasstrom durch die Maschine und die Liefermenge zu maximieren, dabei jedoch grosse interne Auslassgeschwindigkeiten zu vermeiden, welche die Ursache hoher Verluste sind, besonders wenn axiale Ein-und Auslassöffnungen vorgesehen sind. Ein anderes Problem betrifft das dynamische Auswuchten eines jeden Rotors , insbesondere bei Verwendung von Rotoren unterschiedlichen Profils. Desweiteren treten bei diesen Maschinen auch Abdichtprobleme auf. Letztere betreffen sowohl die Abdichtung zwischen den Rotoren selbst , diejenige zwischen den Rotorspitzen und den zylindrischen Wandungen oder Kammern , und die Abdichtung zwischen den Rotorstirnflächen und den Stirnflächen der Zylinder oder Bohrungen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile des Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kompressor der eingangserwähnten Art vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angeführten Merkmale gelöst.

Davon ausgehend, dass bei allen Bauarten von Drehkolbenkompressoren eine bestimmte Geschwindigkeit und Liefermenge nur mit einer bestimmten Baugrösse wirtschaftlich realisiert werden können, besteht ein Hauptmerkmal der Erfindung darin, die freie Fläche der Auslassöffnung ( bei einer Bauart, in der das Rotorprofil dazu benutzt wird, die Auslassöffnung zu öffnen und zu schliessen ) zu maximieren. Diese Maximierung der freien Fläche der Auslassöffnung wird erreicht durch eine Kompressorauslegung, bei der der Auslassrotor ( das heisst der Rotor, welcher die axiale Auslassöffnung bedeckt und frei gibt ) grosser ist als der Einlassrotor ( das heisst der Rotor, welcher die axialen und/oder radialen Einlassöffnungen bedeckt und frei gibt ) und ein von diesem unterschiedliches Profil hat. Das Auslassrotorprofil besitzt einen Abschnitt mit einer radialen Minimalabmessung (R), welche die äussere Grenze der Auslassöffnung bestimmt und so gross wie möglich gemacht wird im Hinblick auf die Vermeidung von unannehmbar hohen internen Strömungsgeschwindigkeiten sowie Auslassgeschwindigkeiten, und auf die Notwendigkeit , dem Einlass- oder Saugrotor eine genügend grosse Grosse zu belassen, um ihn noch wirksam auswuchten zu können. Diese Maximierung der Auslassöffnungsfläche in Übereinstimmung mit den soeben angestellten zwei Überlegungen wird erreicht durch die Verwendung von Rotoren von unterschiedlicher Grösse und Profil, welche nichtsdestoweniger in Zylindern gleicher Grösse rotieren. Das äussere Profil des Auslassrotors ist aufgebaut aus einer Reihe von Abschnitten, von denen einige Kreisbögen sind und andere Teile von nicht kreisförmigen Kurven oder Profilen. Ein grösserer kreisbogenförmiger Abschnitt des Auslassrotors mit einem Radius R hat den Zweck, die radiale Abmessung der axialen Auslassöffnung zu maximieren, da die maximale radiale Abmessung der Auslassöffnung etwas kleiner sein muss als die radiale Abmessung R des Auslassrotors. Ein anderes Kreisbogensegment des Auslassrotors ist so gewählt, dass es etwa gleich ist dem Radius des

Zylinders, in dem der Rotor sich dreht, so dass eine Abdichtung zwischen dem Rotor und der Zylinderwand durchgeführt werden kann.

Andere Profile oder Segmente des Auslassrotors sind entweder gegeben durch Konstruktionsüberlegungen , wie Auswuchten des Rotors oder glatte Obergänge an den verschiedenen Profilsegmentgrenzen , oder sie sind diktiert von Kontaktbedingungen mit den Flächen des Einlassrotors. Desgleichen ist das Profil des Einlassrotors bis zu einem gewissen Grad gegeben durch ähnliche Konstruktionsüberlegungen und durch Überlegungen der Abdichtung mit dem Auslassrotor und der Zylinderwandung oder durch Kontaktbedingungen mit Kontaktstellen am Auslassrotor.

Ein anderes wichtiges Merkmal betrifft die Rotorabdichtung . Ganz bestimmte Konfigurationen aus zermahlbarem und/oder abschabbarem Material sind an den Gehäusestirnwänden auf beiden Seiten des Zylinders und/oder den Stirnseiten des Rotors vorgesehen zum Abdichten des Spaltes zwischen den Rotor und Gehäusestirnseiten. Eine Abdichtung zwischen den Rotorspitzen und den zylindrischen Gehäuseinnenwänden wird erreicht durch die Verwendung eines ähnlichen zermahlbaren und/oder abschabbaren Materials an den Rotorspitzen oder den Zylinderwandungen , zwecks Bildung einer Einlauffläche und ebenfalls zur Bildung einer Labyrinthdichtung. Ein massiver Belag oder schmale Streifen von zermahlbarem und/oder abschabbarem Material kann ebenfalls an einem Rotor oder an beiden überall dort vorgesehen werden, wo die Rotoren aus Dichtzwecken in Berührungskontakt sein müssen. Da die Rotoren von unterschiedlicher Grosse und Form sind , bewirken die unterschiedlichen Profile eine Relativgeschwindigkeit zwischen den Rotoren in der Periode ihrer grössten Annäherung. Durch diese Relativgeschwindigkeit wird das Belagsmaterial teilweise abradiert , so dass optimale Dichtflächen an den Abdichtstreifen der Rotorprofile entstehen. Dieser Abdichtmechanismus kann nicht bei Rotoren von identischem

Profil benutzt werden , da die hierzu notwendige Relativgeschwindigkeit zwischen den Rotoren bei ihrer grössten Annäherung für den Grossteil des Profils nicht besteht.

Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen :

Figur 1(a), die schematische Darstellung eines Drehkolbenkompressor-Aggregates ;

Figuren l(b) und 1 (c), eine Seiten-bzw. eine Vorderansicht eines Drehkolbenkompressors in bestimmter Gehäuse- und Stufenanordnung ;

Figur 2, einen Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in Figur 1(a) mit den Hauptteilen des Kompressors ;

Figur 3, eine Ansicht mit Einzelheiten des Auslassrotors des Drehkolbenkompressors nach Figur 2 ·,

Figur 4, eine Ansicht mit Einzelheiten des Einlassrotors des Drehkolbenkompressors nach Figur 2 ;

Figuren 5 - 8 , verschiedene Relativstellungen der Rotoren während eines Arbeitszyklus ;

Figur 9(a) , Einzelheiten einer bevorzugten Abdichtstruktur an der Stirnfläche des Gehäuses ;

Figur 9(b) , eine Variante der Abdichtstruktur nach Figur 9(a) ;

Figuren 10 und 11, Einzelheiten der Abdichtstruktur. Die Figuren l(a), l(b) und l(c) zeigen schematisch die Gesamtdarstellung eines Kompressorsystems für einen Zweistufen-Drehkolbenkompressor mit angepasstem Antriebsmechanismus. Das gezeigte Kompressorsystem nach Figur 1(a) besitzt einen Drehkolbenkompressor 10 für die erste Stufe und einen Drehkolbenkompressor 12 für die zweite. Die Drehkolbenkompressoren 10 und 12 sind identisch im Konzept, unterscheiden sich jedoch in spezifischen Einzelheiten, wie Rotorgrösse, Rotorprofil oder axiale Länge der Rotore. Dementsprechend werden auch nur die wesentlichen Komponenten des Drehkolbenkompressors 10 beschrieben, wobei unterstellt wird, dass ähnliche Komponenten im Drehkolbenkompressor 12

vorzufinden sind, wenn nicht speziell auf Unterschiede hingewiesen wird. Der Drehkolbenkompressor 10 besitzt ein Aussengehäuse 14, in welchem sich zwei im wesentlichen zylindrische und vorzugsweise identische sich überschneidende Kammern oder Zylinder 16 und 18 befinden. Ein Einlassoder Ansaugrotor 20 ist drehbar im Zylinder 16 , und ein Auslassrotor 22 drehbar im Zylinder 18 montiert. Die Gehäusestirnwände 24 und 26 schliessen die beiden Enden des Zylinders ab. Die Rotoren 20 und 22 sind auf Wellen 28, bzw. 30 montiert, die ihrerseits über Getriebe 32 und 34 mit gleicher Drehzahl angetrieben werden. Zahnrad 32 treibt Zahnrad 34 , wobei Zahnrad 32 von einem Zahnrad 36 angetrieben wird, welches seinerseits durch einen Motor 38 angetrieben wird.

Die Einlassluft wird dem Kompressor 10 in zwei Richtungen zugeführt, und zwar in einer axialen ( das heisst in einer Richtung, die im wesentlichen parallel zu den Rotationsachsen der Rotoren verläuft ) , und in einer radialen ( das heisst in einer solchen , welche im wesentlichen radial und senkrecht zu den Rotationsachsen der Rotoren 20 und 22 verläuft ). Die axialen und radialen Lufteinlässe sind schematisch bei 40 und 42 in Figur 2 angedeutet und in den Figuren l(b), l(c) und 2 mit mehr Einzelheiten dargestellt. Die vom Drehkolbenkompressor 10 angesaugte Luft wird im Innern des Kompressors verdichtet und sodann mit einem der ersten Stufe entsprechenden Auslassdruck durch die beiden axialen Auslassöffnungen 44 in den Gehäusestirnwänden 24 und 26 ausgestossen. Die aus der ersten Stufe ausgestossene komprimierte Luft wird einem Pulsationsdämpfer 46 ( dessen wesentliche Aufgabe darin besteht, die Auslasstösse zu dämpfen ) zugeführt, dann einem Zwischenkühler 48 (in welchem die Temperatur der ausgestossenen Luft vermindert wird ) , und schliesslich einem Wasserabscheider 50 ( in welchem eine normalerweise vorhandene überschüssige Feuchtigkeit entzogen wird ). Die komprimierte Luft der ersten Stufe wird dann durch einen axialen Einlass 40(a) ( siehe

Figur 1(c) ) dem Kompressor 12 der zweiten Stufe zugeführt, in welchem eine zweite Verdichtung stattfindet, und anschliessend einer zweiten Anordnung von Pulsationsdämpfer 46' , Kühler 48' und Wasserabscheider 50', wonach die komprimierte Luft für ihre entgültige Verwendung zur Verfugung steht. Wie schon durch die verschieden grossen axialen Längen der Kompressoren 10 und 12 angedeutet, ist die axiale Länge der Rotoren der zweiten Stufe 12 kleiner als diejenige der ersten Stufe 10 wegen dem verminderten Volumen der dem Kompressor 12 zugeführten komprimierten Luft.

Wie dies schon bei der vorstehenden Beschreibung der Figur 1 der Fall war ist zu unterstellen, dass die Komponenten des Zweistufenkompressors nur in schematischer Anordnung zum Zwecke der Illustration dargestellt sind, ohne Berücksichtigung von Einzelheiten,wie Rotorkonfigurationen und Toleranzen. So weisen die Kompressoren auch Rotorlagerungen auf, Kühlräume und andere konventionelle Hilfskomponenten, von denen keine Einzelheiten gezeigt sind. Es soll auch unterstellt werden, dass Komponenten wie Zahnräder , Antriebsmotoren, Pulsationsdämpfer, Kühler und Wasserabscheider von bekannter Bauart sind. Wesentlich ist jedoch die gegenseitige Anordnung der Kompressorhauptkomponenten entsprechend den Figuren l(b) und l(c).

Aus den Figuren l(b) und l(c) ist zu ersehen, dass die beiden Kompressorstufen übereinander angeordnet sind. In anderen Worten ist der Kompressor 10 der ersten Stufe oberhalb vom Kompressor 12 der zweiten Stufe angeordnet, im Gegensatz zu konventionellen Mehrstufensystemen , bei denen die verschiedenen Kompressorstufen Seite an Seite angeordnet sind. Ein einziges Zahnrad 36 treibt die beiden Anstriebsräder 32 jeder Kompressorstufe, und sämtliche Zahnräder sind in einem gemeinsamen Gehäuse 37 untergebracht, so dass der ganze Antrieb sich auf einer Seite der Maschine befindet und die beiden Kompressorstufen sich übereinander liegend von einer Seite des Getriebegehäuses 37 aus hinweg

erstrecken. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Dämpfer 46 , 46', die Kühler 48, 48' und die Abscheider 50, 50' nicht in den Figuren l(b) und l(c) dargestellt, es ist jedoch zu unterstellen, dass sie in die Maschine integriert sind, wie in Figur 1(a) gezeigt.

Die Anordnung der beiden Stufen gemäss den Figuren l(b) und l(c) ist wichtig, indem dadurch die Maschine sehr kompakt wird , weniger Grundfläche benötigt und es möglich wird , kleinere Überallesabmessungen zu realisieren als dies sonst der Fall wäre bei einer konventionellen Seite an Seite Anordnung von Kompressoren vergleichbarer Leistung. Die Breite der ganzen Maschine ( das heisst die Abmessung von links nach rechts ) kann um ungefähr zwanzig Prozent bei der Anordnung der Stufen übereinander vermindert werden im Vergleich zu der Anordnung Seite an Seite. Ein weiteres Platzangebot in dem umschliessenden Gehäuse ( das heisst dem gewöhnlich würfel- oder rechteckförmigem Gehäuse, in dem normalerweise der ganze Kompressor untergebracht ist ) ergibt sich dadurch, dass der Platz vor dem Getriebekasten dazu benutzt werden kann, die Auslasschalldämpfer oder andere Zubehorkomponenten unterzubringen.

In Verbindung mit den Figuren l(b) und l(c) ist noch darauf hinzuweisen, dass die Einlassöffnungen 40 und 42 der ersten Stufe in einer grossen Vorkammer 43 untergebracht sind, welche Teil eines Einlassdämpfers sein kann, und dass der Einlass 40 an der zweiten Stufe ebenfalls Teil einer grossen Vorkammer 45 ist. Die Unterbringung der verschiedenen Einlasse in den Vorkammern 43 und 45 verbürgt grosse Einlassvolumina direkt an den effektiven Einlasskanälen zwecks Minimierung der Strecken hoher Luftgeschwindigkeit , wodurch die Strömungsverluste vermindert werden.

In Figur 2 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 aus Figur l(a) dargestellt. Wie aus dieser Figur 2 ersichtlich ist, rotiert der Einlass-oder Saugrotor 20 im

Uhrzeigersinn, der Auslassrotor 22 im Gegenuhrzeigersinn. In der Stellung der beiden Rotoren gemäss Figur 2 sind sowohl die Einlassöffnung 40 als auch die Auslassöffnung 44 teilweise offen, wobei die verdeckten Stellen jeder öffnung mit Strichlinien dargestellt sind. Wie ersichtlich, wird die Auslassöffnung 44 bedeckt und freigegeben ( das heisst geschlossen und geöffnet ) durch die Bewegung des rotierenden Auslassrotors 22, während die Einlassöffnung 40 bedeckt und freigegeben wird durch die kombinierte Aktion von Einlassrotor 20 und Auslassrotor 22. Desgleichen wird die Verbindung der radialen Einlassöffnung 42 mit dem Innern des Gehäuses 14 intermittierend unterbrochen durch den Saugrotor 20 , wenn dieser entlang der Einlassöffnung 42 zum Beginnen des Kompressionszyklus vorbeistreicht.

Der Rotor 20 kann als aus einem Nabenteil 52 und einem sich davon erstreckenden Zahn oder Finger 54 bestehend angesehen werden. Desgleichen kann der Rotor 22 als aus einem Nabenteil 56 und einem sich davon erstreckenden Zahn oder Finger 58 bestehend angesehen werden.

Die besondere Formgebung und das Profil der Rotoren 20 und 22 sind im Rahmen der Erfindung von besonderer Bedeutung. Die Form und das Profil des Auslassrotors 22 ist teilweise diktiert von der Zielsetzung, die offene Fläche der Auslassöffnung 44 möglichst gross zu machen. Diese Maximierung des Auslassquerschnitts wird einerseits erreicht durch eine Formgebung mit einer maximalen radialen Abmessung r für die äussere Abmessung der Auslassöffnung. Die Abmessung r ist ihrerseits bestimmt durch die Festlegung der maximalen Abmessung R , welche an einem Nabenabschnitt des Auslassrotors vorgesehen werden kann im Hinblick auf die Vermeidung von übermässigen Strömungsgeschwindigkeiten und auf Auswuchterfordernisse. Für die spätere Beschreibung der Formgebungsüberlegungen für den Auslassrotor 22 sollte man sich jetzt schon vergegenwärtigen, dass die Rotoren 20 und 22 zur Ausführung der Funktionen des Luftansaugens , der Kompression und des Ausstossens

synchronisiert rotieren. Die Rotoren drehen sich mit gleicher Drehzahl , wobei die Spitzen der beiden Finger 54 und 58 sich bei jeder Umdrehung zweimal an den Durchdringungskanten der zylindrischen Kammern 16 und 18 begegnen.

Zur Beschreibung der Kontur oder des Profils des Auslassrotors 22 ist es vorteilhaft, den Rotor in vier Quadranten aufzuteilen. Quandrant I überdeckt in Uhrzeigerrichtung den 90 Bogen , welcher an der Spitze des Fingers beginnt. Quadrant II überdeckt den nächsten 90 Bogen , Quadrant III den dritten 90 Bogen und Quadrant IV den vierten 90° Bogen. Um die Figur 2 nicht zu überladen, wurden nur die Quadranten I und II des Auslassrotors 22 eingetragen. Alle vier Quadranten sind in Figur 3 eingetragen , welche mehr Einzelheiten des Profils des Auslassrotors 22 zeigt. Analog dazu und wie in Figur 4 gezeigt kann ebenfalls der Einlassrotor 20 aus aus vier Quadranten bestehend angesehen werden indem wiederum von der Spitze des Fingers 54 ausgegangen wird , jedoch im Gegenuhrzeigersinn, und koordiniert mit den entsprechend numerierten Quadranten des Auslassrotors. Die Beziehung zwischen den koordiniert gleich numerierten Quadranten der beiden Rotoren wird im nachfolgenden erläutert.

Zuerst soll der Quadrant II des Auslassrotors 22 besprochen werden ( speziell mit Bezug auf Figur 3 ) , da seine Abmessungen massgeblich für die Auslegung des Rotors sind und verschiedene andere Abmessungen bestimmen oder beeinflussen. Der vom Quadrant II erfasste Bereich des Auslassrotors 22 ist derjenige Teil dieses Rotors, welcher die radiale Extremität der Auslassöffnung 44 beim Beginn des Kompressionszyklus des Rotors bedeckt ( dies ist, wie in Figur 5 gezeigt, der Fall, wenn die Finger 54 und 58 sich an der oberen Durchdringungskante des Gehäuses 14 befinden und sich voneinander weg bewegen ). Im Hinblick auf die Zielsetzung einer Maximierung der radialen Abmessung der Auslassöffnung besteht das Profil des Rotors im Quadranten II aus einem Kreisbogen. Die radiale

Abmessung R welche den Kreisbogen des Quadranten II definiert, wird maximal gross gewählt, jedoch unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, zu enge Durchlässe mit grossen StrömungsVerlusten zwischen dem Rotor und der Zylinderwand zu vermeiden, und der Notwendigkeit, eine Rotorform zu erhalten, welche ausgewuchtet werden kann. Ein weiterer Zwang bei der Wahl der Grosse des Radius R besteht in der Notwendigkeit, im Zylinderraum ein genügend grosses Ansaugvolumen zu gewährleisten. Die radiale Abmessung r der Auslassöffnung ist etwas kleiner als die Abmessung R des Rotors. Es sei darauf hingewiesen, dass, wird in den vorliegenden Ausführungen von Vergrösserung und Maximierung der Abmessungen r und R gesprochen, hierbei der Referenzrahmen diejenigen Werte sind, welche diese Abmessungen in einem Kompressor der gleichen Gehäuseabmessung hätten, wenn die Einlass-und Auslassrotore im wesentlichen die gleiche Grosse und Form hätten.

Der Profilverlauf des sich anschliessenden Quadranten III des Rotors 22 ist in der vorgeschlagenen Ausführung ein Ellipsenstück, jedoch können auch andere Konturen verwendet werden. Im Falle der Ellipse ist deren Formel dann gegeben durch das gewünschte Materialvolumen an diesem Teil der Rotornabe zur Gewährleistung der dynamischen Drehbalance und ebenso zur Festlegung des gewünschten Abstandes des äussersten Punktes ( das ist P-, ) jenes Rotorabschnittes von der Zylinderwand , da dieser Abstand massgeblich ist für die Strömungsgeschwindigkeit im Innern des Kompressors.

Der Quadrant I des Auslassrotors 22 besteht aus zwei Teilen, und zwar aus einem 12 Kreisbogen , im Uhrzeigersinn ausgehend von der Spitze des Fingers 58, und einem verbleibenden 78° Bogen in Form einer abgewandelten Ellipse, wobei die Ellipsenformel so abgeändert wird, dass sich ein glatter Anschluss am Übergang vom elliptischen Teil zum Kreisbogen von 12 ergibt. Der 12 Kreisbogen hat einen Radius R-, welcher praktisch gleich gross ist wie derjenige des inneren Radius des zylindrischen Teils des

Gehäuses 14. Der 12 Kreisbogen wurde gewählt um die gleiche Länge zu erhalten wie die Bogenlänge des radialen Einlasses 42. Desgleichen besteht der Zusammenhang zwischen der abgeänderten Ellipse und dem Kreisbogensegment mit dem Radius R an der Grenze der Quadranten I und II darin, dass die Ellipse dort im Abstand R vom Rotormittelpunkt verläuft und zwar senkrecht zu einem Radius R an ihrem Übergang zur Kurve mit dem Radius R des Quadranten II zwecks Gewährleistung eines glatten Profilübergangs an der Grenze der Quadranten I und II.

Der Quadrant IV des Auslassrotors 22 wird geometrisch erzeugt, das heisst ist bestimmt durch Flächen am Einlassrotor 20, was nach der Beschreibung der Entstehung der Form des Einlassrotors 20 noch ausführlicher dargelegt wird.

Unter nunmehriger Bezugnahme auf den Einlassrotor gemäss den Figuren 2 und 4 sei zunächst festgehalten, dass der Einlassrotor 20 kleiner als der Auslassrotor 22 ist als unmittelbare Folge des Umstandes, dass der Auslassrotor 22 vergrössert wurde zwecks Maximierung des Auslassquerschnitts , so wie weiter oben beschrieben. Das Profil des Einlassrotors im Quadranten II, welcher dem Quadranten II des Auslassrotors entspricht, ist ein Kreisbogen mit Radius R„ , entsprechend der Differenz zwischen dem Abstand S zwischen den Achsen der Rotoren 20 und 22 und der Abmessung R des Rotors 22. Die Oberflächen der Quadranten II der beiden Rotoren kommen während jedem Arbeitszyklus des Kompressors in gegenseitige , abdichtende Berührung , wobei diese Flächen eine relative Gleitbewegung gegeneinander ausführen ( ohne Wälzkomponente ). Der Quadrant III des Einlassrotors 20 besteht aus einer Fläche , welche durch die elliptische Form der Fläche des Quadranten III des Auslassrotors 22 erzeugt, das heisst gänzlich bestimmt ist. Die Flächen des Quadranten III eines jeden Rotors befinden sich ebenfalls in gegenseitiger,abdichtender Berührung im Verlaufe eines Arbeitszyklus des Kompressors, wobei diese Flächen ebenfalls eine relative Gleitbewegung

-VC- 22-

zueinander ausführen . ( unter abdichtender Berührung wird in diesem Zusammenhang ein tatsächlicher Kontakt oder ein enger Spalt in der Grössenordnung von 0,025 bis 0,050 mm verstanden , welcher nach dem Einlaufen von abschabbaren Dichtungen erhalten wird, wie noch näher zu beschreiben sein wird ).

Was den Quadranten I des Einlassrotors 20 anbetrifft, so ist ein erster Abschnitt desselben, das heisst der Teil, der sich im Gegenuhrzeigersinn vom Quadrantbeginn über etwa 52 bis zum Punkt P„ erstreckt , willkürlich so lang, dass er nicht mit dem entsprechenden 52 Bogen des Quadranten I des Auslassrotors zusammenstösst. Dieser Abschnitt des Einlassrotors kann aus dem Grund mehr oder weniger willkürlich gewählt werden, weil er keinerlei Dichtkontakt mit dem entsprechenden Teil des Auslassrotors haben muss. Der verbleibende 38° Abschnitt des Bogens des Quadranten I am Einlassrotor ist eine durch die modifizierte Ellipse des verbleibenden 38° Abschnittes am Quadranten I des Auslassrotors erzeugte Fläche .

Was den Quadranten IV des Einlassrotors 20 anbetrifft, so ist ein erster Abschnitt von der Spitze des Fingers 54 aus im Uhrzeigersinn beginnend , ein 12 Kreisbogen mit Radius R, , das heisst ein Radius gleich demjenigen des inneren Radius der zylindrischen Kammer 14 , in welcher der Rotor untergebracht ist ( und gleich dem Radius R, des Quadranten I des Rotors 22 ). Eine 12° Kreisbogenlänge wurde gewählt zur überbrückung der 12 Bogenlänge der öffnung des radialen Einlasses 42. Der Rest dieses vierten Quadranten des Einlassrotors setzt sich im Uhrzeigersinn mit zwei Kreisbögen.fort ; der eine dieser Kreisbögen hat seinen Mittelpunkt an einem Punkt P₃ auf dem Radius R-, in der 12° Stellung und einen Radius R^ und erstreckt sich über ungefähr 98 bis zu einem Punkt P. an der Rotorfläche, während der andere Kreisbogen einen Radius R. hat, dessen Mittelpunkt sich auf der das Ende des Quadranten IV bestimmenden Y Ordinate befindet.

Es ist natürlich wichtig, dass die Kreisbögen mit den Radien R, , R^ und R. an den Stosspunkten glatte übergänge haben, damit die Kontinuität des Profil gewahrt bleibt.

Der Quadrant IV des Auslassrotors 22 ist eine Fläche, welche gänzlich durch die Form des Quadranten IV des Einlassrotors 20 erzeugt und bestimmt ist. Die ersten 78° Flächenprofil im Quadranten IV des Auslassrotors werden direkt erzeugt durch die Profilabschnitte im Quadranten IV des Einlassrotors mit den durch die Radien R., und R. gegebenen Bogenlängen. Desgleichen ist ein letzter 12° Abschnitt im Quadranten IV des Auslassrotors einen Kreisbogen von passendem Radius, um auf dem 12° Kreisbogen des ersten Abschnittes des Quadrantes IV am Einlassrotor zu gleiten ( das heisst dass die Bogenlänge der Spitze des Fingers am Ende des Quadranten IV des Einlassrotors bestimmt ist durch den 12 Bogen von R, ).

Das ganze innere Zahnprofil des Auslassrotors, das heisst der hohle Teil desselben , der sich von der Spitze des Zahns 58 bis zum Punkt P₁. am Ende des Quadranten IV erstreckt, ist eine erzeugte Fläche , und zwar wird sie definiert durch den Weg der Spitze des Zahns 54, wenn diese bei der Drehung entlang dieser Hohlfläche des Auslassrotors streicht. Die ähnlich geformte Hohlfläche des Zahnprofils des Einlassrotors 20, welche sich von der Spitze des Zahns 54 bis zum Punkt P_fi am Beginn des Quadranten I erstreckt, ist ein ganz unkritisches Profil vom Standpunkt des Kontaktes mit dem Gegenrotor. Dieses Hohlprofil am Einlassrotor muss nur so geformt sein, dass keine Kollision mit dem Profil im Quadrant I des Auslassrotors entsteht, wenn letzterer an diesem Hohlprofil des Einlassrotors vorbeistreicht ; über diese Bedingung hinaus ist die Form dieses Hohlprofils am Einlassrotor willkürlich und kann unter Berücksichtigung der Faktoren Balance , Gewicht und Festigkeit ausgelegt werden.

Wie schon weiter oben bemerkt, ist die Vermeidung von übermässig grossen Strömungsgeschwindigkeiten und

entsprechend grossen Verlusten ein einschränkender Faktor bei der Maximierung der Abmessung des Radius R im Quadrant II des Auslassrotors , wodurch wiederum der Radius r der Auslassöffnung begrenzt ist. Radius R im Quadranten II des Auslassrotors bestimmt den Beginn des elliptischen Verlaufes des Profils im Quadranten III , welcher aus Gründen der Balance wünschenswert ist. Dieser elliptische Verlauf ist senkrecht zu einem Radius R am Ende des Quadranten II und in seiner radialen Ausdehnung vom Rotorzentrum aus beschränkt durch den radialen Spalt welcher sich zwischen dem Punkt P, an der Oberfläche des Auslassrotors im Quadranten III und der inneren Mantelfläche des Gehäuses der Kammer 18 während dem Kompressions-und Ausstossabschnitt eines Arbeitszyklus des Rotors befindet ( Punkt P-, ist ein Punkt der Oberfläche des Auslassrotors im Quadranten III welcher die grösste radiale Entfernung vom Drehpunkt des Rotors hat ). Der radiale Spalt zwischen dem Punkt P, und der Innenfläche des Gehäuses der Kammer 18 ist eine Engstelle, welche die Geschwindigkeit von mindestens einem Teil der komprimierten Gase bestimmt , wenn sie sich vom Raum zwischen den beiden Rotoren bei der Kompression und/oder dem Ausstossen zur Auslassöffnung zu bewegen. Je kleiner der radiale Spalt zwischen dem Punkt P, und der Gehäusewand gewählt wird, um so grosser werden die Gasgeschwindigkeiten und, damit zusammenhängend, die Strömungsverluste. Es muss also ein Kompromiss gemacht werden zwischen der gewünschten Vergrösserung der Auslassöffnung und den steigenden Strömungsverlusten , die entstehen, wenn die Auslassöffnung , und damit die notwendige Grosse des Auslassrotors , vergrössert wird.

Ein anderer Kompromiss, der eingegangen werden muss, wird diktiert durch Auswuchtüberlegungen. Wird der Radius R im Quadranten II des Auslassrotors vergrössert, so muss der Radius R_ des damit zusammenwirkenden Quadranten II des Einlassrotors entsprechend verringert werden, wodurch die Basis des Zahns 54 in dem Bereich , wo die Radien R^ und R.

-iy-35-

im Quadrant IV des Einlassrotors aufeinander treffen , auch verkleinert werden muss. Werden der Radius R» und die Basis des Zahn 54 des Einlassrotors verkleinert, so wird es in steigendem Masse schwierig und eventuell undurchführbar, den Einlassrotor auszuwuchten , auch wird die Festigkeit des Einlassrotors an der Zahnbasis gefährdet. Einer Vergrösserung des Auslassrotors sind also auch Grenzen gesetzt durch Überlegungen über die Möglichkeit, den Einlassrotor leicht auswuchten zu können und durch Festigkeitsüberlegungen an diesem Rotor.

In den Figuren 5 bis 8 sind verschiedene Stellungen der Rotoren und verschiedene Phasen eines Arbeitszyklus des Kompressors dargestellt. In Figur 5 haben die Rotoren gerade die Einlassöffnungen von den Kammernvolumina 16 und zwischen·den äusseren Peripherien der Rotoren und den Innenwandungen der Kammern abgesperrt. In der in Figur 5 gezeigten Stellung sind die Kammern 16 und 18 ganz mit Luft oder Gas zu Einlassdruck gefüllt und die Kompressionsphase beginnt. Aus Figur 6 geht hervor, wie beim Weiterdrehen der Rotoren in den angegebenen Richtungen das Volumen zwischen den vordringenden Flächen der Rotoren ständig vermindert wird, wodurch das Gasvolumen in diesem Raum komprimiert wird. Der Raum hinter den Rotoren vergrössert sich natürlich und füllt sich mit Gas zu Einlassdruck für den nächsten Zyklus Die Auslassöffnung ist verschlossen durch Teile der Quadranten III und IV des Rotors 22. Die Kreisbögen an den Spitzen der Zähne der Rotoren 54 und 58 liegen an den Innenwandungen der Kammern an und dichten das komprimierte Volumen zwischen den vordringenden Flächen der Rotoren vom Einlassdruck hinter den Rotoren ab , während die aneinander entlang gleitenden Flächen zwischen den Rotoren den Raum mit sich verringerndem Volumen und steigendem Druck ebenfalls gegenüber dem Einlassdruck abdichten.

In der in Figur 6 gezeigten Stellung ist die Verdichtungsphase beinahe , jedoch noch nicht ganz abgeschlossen und die Auslassöffnung 44 wird sich nun öffnen

wenn der Auslassrotor 22 in seiner Drehung im Uhrzeigersinn fortfährt. Zu Beginn der öffnung der Auslassöffnung durch die gezogene Kante des Rotors im Quadrant IV ist das Gas noch nicht vollständig zum Ausstossdruck komprimiert worden. Deshalb strömt momentan vom Pulsationsdämpfer Gas zurück in den Kompressor , bei weitergehender Kompression im Kompressor. Dreht der Rotor 22 sich weiter im Gegenuhrzeigersinn , so geht die interne Kompression des Gases weiter und ein grösserer Teil der Auslassöffnung wird freigelegt. Wenn der volle Ausstossdruck erreicht ist, strömt das Gas durch die Auslassöffnung in den Pulsationsdämpfer. Diese Massnahme des frühzeitigen öffnens der Auslassöffnung ( das heisst bevor die Kompression vollendet ist ) ermöglicht die Realisierung eines grösseren freigegebenen Auslassquerschnitts beim Beginn des Ausstossprozesses mit daraus resultierender Verminderung von Austrittsverlusten.

In Figur 7 haben die beiden Rotoren sich weiter gedreht bis in die Stellung, in der sich die Zähne an der Durchdringungskante im unteren Teil des Gehäuses bei der Überschneidung der Kammern 16 und 18 begegnen. In der Stellung nach Figur 7 berühren die Rotoren sich abdichtend entlang Abschnitten ihres Profils im Quadrant IV eines jeden Rotors zur Abdichtung des Einlasses gegenüber dem Auslasses,wobei das komprimierte Gas oder die komprimierte Luft im Raum zwischen den Rotoren weiter durch die Auslassöffnung 44 ausgestossen wird , da der zwischen den beiden Rotoren eingeschlossene Raum weiter im Volumen abnimmt , wenn die Rotoren weiter rotieren.

Die Figur 8, welche die Rotoren in einer nächsten Bewegungsphase zeigt, illustriert, dass die Rotoren weiterhin in Abdichtberührung entlang Flächen der Quadranten IV eines jeden Rotors sind währenddem der zwischen den Rotoren eingeschlossene Raum mehr und mehr im Volumen verkleinert und die ganze komprimierte Luft aus der Auslassöffnung hinausgedrückt wird. Drehen sich die Rotoren weiter, so wird die in dem sich verkleinernden Volumen zwischen den

Rotoren eingeschlossene und komprimierte Luft durch das kleiner werdende offene Profil der Auslassöffnung hinausbefördert , wobei prinzipiell keine Verbindung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung besteht. Bei diesem Weiterdrehen der Rotoren aus der Stellung nach Figur 8 wird die Auslassöffnung schliesslich vollständig durch die Quadranten I und II des Rotors 22 geschlossen. Haben die Rotoren dann wieder die in Figur 5 gezeigte Stellung erreicht, bleibt die Einlass- oder Ansaugöffnung offen, während die Auslassöffnung jetzt geschlossen ist. Auch in dieser Stellung nach Figur 5 ist die Ansaugöffnung vom Kompressionsraum abgeschlossen und es beginnt ein weiterer Kompressions- und Ausstosszyklus.

Es sei besonders darauf hingewiesen, dass während dem Kompressionszyklus die Kreisbogenabschnitte an den Spitzen der Vorsprünge oder Finger oder Zähne 54 und 58 sich abdichtend an die Innenwand ihrer jeweiligen Gehäuse anlegen und die entsprechenden Abschnitte der Rotorprofile in entsprechenden Quadranten zwischen den Drehachsen der beiden Rotoren sich abdichtend berühren, wodurch die Einlassöffnungen ständig zwecks Verhinderung eines Zurückströmens von der Auslassöffnung abgeschlossen sind. Die Berührungstellen zwischen den sich entsprechenden Punkten der Rotorprofile liegen auf dem Schnittpunkt ( oder nahe dabei ) , wo die Rotorprofile eine gedachte Verbindungslinie zwischen den beiden Rotorachsen bei der Drehung der Rotoren schneiden.

Zur Optimierung des Kompressor-Wirkungsgrades des Kompressors ist das Vorhandensein eines wirksamen Abdichtsystems sehr wichtig. Aus diesem Grunde umfasst die Erfindung auch ein Abdichtsystem , welches Dichtungen zwischen den gegensinnig rotierenden Rotoren , zwischen den Rotoren und den Zylinderwandungen , Dichtungen für die Rotorwellen , und Dichtungen zwischen den Stirnflächen der Rotoren und den beidseitigen Stirnflächen des Gehäuses einbegreift.

Die Figuren 3 und 5 zeigen das Dichtsystem zwischen den beiden Rotoren und zwischen den Rotoren und den Zylinderwandungen. Die Abdichtung zwischen den beiden Rotoren wird realisiert durch Streifen von abtragbarem oder abschabbarem Material (70) an der Oberfläche des Auslassrotors (22). Diese Streifen aus abschabbarem Material , welche sich alternativ am Saugrotor (20) befinden können, sind über die äussere Oberfläche des Rotorprofils verteilt und erstrecken sich vom Beginn des Quadranten II durch den ganzen Quadranten II und den ganzen Quadranten III und noch etwa 60° durch den Quadranten IV . Diese Streifen aus abschabbarem Material erstrecken sich über die gesamte axiale Länge des Rotorprofils , ( das heisst, über die ganze Länge des Rotors zwischen den Gehäusestirnwänden ). Diese Streifen aus abschabbarem Material bestehen vorzugsweise aus einem Lot ( wie etwa ein 50 % Blei - 50 % Zinn Lot ) , oder aus Teflon oder einem Nickel-Graphit Belag oder dergleichen. Ein wesentliches Merkmal besteht darin, dass diese Materialstreifen verhältnismässig weich und abschabbar sind , so dass sie leicht durch die Gleitbewegung zwischen den Rotoren 22 und 20 am engsten Punkt zwischen den beiden Rotoren ( das heisst dort, wo die Rotorprofile zur Abdichtung auf oder nahe der Verbindungslinie zwischen den Rotorachsen aneinander entlang gleiten ) abgetragen werden können. Die Streifen aus abschabbarem Material erstrecken sich über die Quadranten II und III und auch 60 in den Quadranten IV hinein , da dies die Eingriffsbereiche zwischen dem Rotor 22 und den entsprechenden Teilen des Rotors 20 sind , wo unterschiedliche Drücke zwischen dem komprimierten Gas und der Ansaugseite es notwendig machen, während dem Arbeitszyklus eine Abdichtung zwischen den beiden Rotoren vorzusehen. Wegen der unterschiedlichen Grosse und den unterschiedlichen Profilen der Rotoren und 22 gleiten die beiden Rotoren am Kontaktpunkt aneinander vorbei und wälzen sich nicht aufeinander ab ; diese relative Gleitbewegung ist notwendig und äusserst wirksam für die

Durchführung des " Einlaufens " der abschabbaren Streifen für die Abdichtung zwischen den Rotoren.

Figur 5 zeigt die Ausrüstung für das Abdichten zwischen den Enden der Rotorspitzen und den Zylinderwandungen. Abdichtstreifen 72 aus dem gleichen abschabbaren Material wie die Streifen 70 sind über die Innenwand eines jeden Zylinders von etwa der sechs-Uhr-Steilung bis zu der Durchdringungskante der beiden Zylinder in der Nähe des Einlasses 42 . Die Streifen 72 erstrecken sich ebenfalls über die ganze axiale Länge des Zylinders zwischen den beiden Gehäusestirnwänden . Wenn die Rotoren 20 und 22 sich drehen, so reiben die an den Zylinderwänden liegenden Enden der Zähne 54 und 58 an den abschabbaren Streifen 72 vorbei , wodurch diese einlaufen und Abdichtflächen zwischen den Rotorspitzen und den Dichtstreifen bilden. Dieses " Einlaufen " geschieht durch einen Reibungsvorgang zwischen den 12 Kreisbogen am Ende einer jeden Rotorspitze und den Zylinderwandungen. Das Einlaufen geschieht durch die Rotorspitzen , welche in die Streifen hineinschneiden . Dieses Hineinschneiden geschieht sehr wirkungsvoll durch die scharfe Spitze des Fingers oder Zahns 58 , da dessen Drehsinn die Spitze in die Streifen 72 hineintreibt. Dieser Schnittvorgang kann mit der Spitze des Zahns 54 nicht ohne weiteres realisiert werden, weil die scharfe Kante des Zahns 5 4 aufgrund des Drehsinns des Zahns 54 über die Streifen 72 gezogen wird. Aus diesem Grund ist in der Profilfläche des Rotors 20 am Ende des 12 Kreisbogens eine Schneidkerbe 73 vorgesehen ( siehe auch Figur 4 ). Diese Schneidkerbe erstreckt sich über die ganze axiale Länge des Rotorprofils und dient als Schneide zum Schneiden von Dichtflächen in die Streifen 72 wenn der Rotor 20 sich an den Streifen 72 entlang bewegt.

Alternativ könnten die Dichtstreifen am 12 Kreisbogen am Ende einer jeden Rotorspitze vorgesehen sein und gegen die Zylinderwandungen abdichten ( letztere würden dann keine Dichtstreifen aufweisen ).

Die Figuren 9a und 10 zeigen die Abdichtausrüstung zwischen den Stirnflächen der Rotoren und den inneren Stirnflächen der Gehäuse 24 und 26. Die Abdichtausrüstung zwischen den Rotor und Gehäuseflächen ist auf jeder Seite dieselbe, so dass nur eine davon beschrieben zu werden braucht , wobei unterstellt wird, dass diese Beschreibung sich auch auf die andere Seite bezieht. Die Figur 9 zeigt die innere Stirnwand des Gehäuseteils 24. Im Gehäuse sind zwei Wellendurchgangslöcher 76 und 78 zur Aufnahme der Wellen 28 und 30 vorgesehen. Um jede Durchgangsöffnung herum ist eine kreisförmige Aussparung im Gehäuse vorgesehen. In jeder dieser Aussparungen ist ein Dichtelement 80 eingelegt, welches durch vier Senkschrauben befestigt ist. Die obere Seite des Dichtelementes 80 ist mit einer Anordnung von konzentrischen Ringen aus Dichtmaterial 82 versehen. Die konzentrischen Ringe 82 bestehen aus einem abschabbaren Material wie Lot usw., ähnlich wie die Dichtstreifen 70 und 72. Die konzentrischen Ringe 82 definieren Vertiefungen 84 zwischen denselben, womit eine Mehrzahl von Labyrinthstufen oder Dichtungen um die Wellendurchgangsöffnungen herum gegeben ist zum Zurückhalten der Leck-Luft und zur Minimierung der Leckage. Eine Anordnung von Dichtstreifen 85 aus dem gleichen abschabbaren Material erstreckt sich strahlenförmig von jedem der konzentrischen Ringe um die Wellendurchgangsöffnungen ausgehend nach aussen. Die Auslassöffnung ist ebenfalls mit einer Dichtstreifenanordnung umgeben. Die Dichtstreifenanordnung um die Auslassöffnung 44 umfasst einen ersten Dichtstreifen 86, der am konzentrischen Ring entlang verläuft , sodann entlang der Seitenkontur der Auslassöffnung und entlang der äusseren kreisbogenförmigen Begrenzung der Auslassöffnung . Die Abdichtung der Auslassöffnung umfasst auch einen zweiten Dichtstreifen 88, in einem kleinen Abstand auswärts vom ersten Streifen und dem Verlauf des ersten Streifens 86 folgend , wobei der zweite Streifen 88 eine Anzahl Sägezahn-oder V-förmige

Dichtkomponenten 90 aufweist, welche sich vom Bogen des Streifens 88 um die äussere kreisbogenförmige Kontur der Auslassöffnung 44 hinweg erstreckt. Die Stirnflächen der Rotore 20 und 22 liegen an allen in der Figur 9 gezeigten Dichtstreifenanordnungen an zwecks Einlaufens der Dichtflächen und Herstellung einer wirkungsvollen Abdichtung zwischen den Stirnflächen des Rotors und den Dichtstreifen an den Gehäusestirnwänden. Die Dichtstreifen 85, 86, 88 und 90 sind sämtlich an der Stirnfläche des Gehäuseteils 24 angebracht.

Die Figur 9(b) zeigt eine Variante der Dichtanordnung nach Figur 9(a) indem die konzentrischen Ringe 82 durch radiale Streifen 83 unterbrochen sind zwecks Bildung einer Anzahl von getrennten Taschen oder Dämmen zum Abfangen von Leck-Luft. Die Befestigungsschrauben 81 sind in Figur 9(b) nicht dargestellt.

In Figur 9 ist ein wichtiges Detail der konzentrischen Dichtanordnung um die Wellendurchgangsöffnungen 76 und 78 herum gezeigt. Die konzentrischen Dichtstreifen 82 haben Trapezform mit geneigten Seiten welche sich nach auswärts um einen Winkel von ungefähr 15 öffnen ( das heisst, dass sie einen Winkel von 75° mit der Stirnwand des Gehäuses bilden ). An jeder Rotorstirnwand sind konzentrische Rillen 9 4 vorgesehen. Diese konzentrisch um die Rotorwellen verlaufenden Rillen 94 sind so angeordnet, dass sie mit den erhabenen Streifen 82 an der Gehäusestirnseite zum Eingriff gebracht werden können. Die konzentrischen Rillen 9 4 haben geneigte Seiten welche sich nach auswärts um einen Winkel von ungefähr 5° öffnen. Wenn nun ein Streifen 82 mit einer Rille 94 zum Eingriff gebracht wird, dann dringen die Streifen nur teilweise in die Rillen ein und bilden eine dichte Verbindung zwischen den unterschiedlich geneigten Seiten der Streifen und der Rillen. Die konzentrische Rillenanordnung an der Rotorstirnseite um die Rotorwelle herum läuft in die Dichtringe 82 und/oder Streifen 83 an der Stirnwand des Gehäuses

ein und ergibt damit eine wirkungsvolle Abdichtanordnung , welche effektiv aus einer Reihe von Labyrinthdichtungen besteht- Entfernt sich der Rotor von der Gehäusestirnwand hinweg, so ist der hierbei zwischen den geneigten Flächen der Dichtung entstehende Leck-Spalt jedenfalls kleiner als der Betrag des axialen Rotorversatzes , so dass über eine weite Spanne von Arbeitsbedingungen eine gute Abdichtung gewährleistet ist.

In allen Fällen besteht die Dichtanordnung aus einem relativ weichen, abschabbaren Material , wie Lot usw., so wie weiter oben dargelegt. Dieses Material läuft durch die Wirkung des Rotors schnell ein und bildet wirkungsvolle Abdichtungen die in Übereinstimmung mit dem Oberflächenverlauf der verschiedenen Flächen der Rotorelemente, einschliesslich etwaiger ünregelmassigkeiten , geformt sind. Nach dem Einlaufen liegt die Höhe der Dichtstreifen in der Grössenordnung von 0,025 bis 0,050 mm. Dank diesem Dichtsystem können die verschiedenen Komponenten des Kompressors, wie die Rotoren, die Zylinder, und die Gehäusestirnflächen mit einer gröberen Toleranz hergestellt werden, als dies sonst möglich wäre , und über einen grösseren Temperaturbereich arbeiten, ohne Gefahr von mechanisch gefährlichen Rotorkontakten oder übermässiger Leckage, welche beide einen Leistungsabfall im Gefolge haben sowie einen gefährlichen Aufbau von Wärme und Ausdehnung mit einem eventuellen Festfressen der Maschine. Die Dichtstreifen am Rotor 22 ergeben eine wirkungsvolle Abdichtung zwischen den rotierenden Rotoren ohne direkten Kontakt zwischen denselben. Obschon die Dichtstreifen nach dem Einlaufen nur eine Höhe von 0,025 bis 0,050 mm haben, dienen sie nicht nur dazu , eine wirkungsvolle Abdichtung zwischen den Rotoren am engsten Punkt zwischen denselben zu bilden , sondern sie verkleinern darüber hinaus den Leck-Spalt zwischen den Rotoren beidseits der engsten Stelle zwischen den Rotoren und erzeugen damit eine zusätzliche Dichtwirkung. Dank dem Vorhandensein des ausgeklügelten

Dichtungssystems , kann der Kompressor während Lieferpausen unter Bedingungen gefahren werden, welche zu einer Erwärmung des Rotors führen, die höher ist als die bei normalem Arbeiten erwartete. Hierdurch werden beim Einlaufen die Dichtungen abgeschabt , so dass der Kompressor im normalen Betrieb mit den Nominaltoleranzen läuft. Im normalen Betrieb wird die Leistung des Kompressors besser bestimmbar sein , da die Dichtungen beim Einlaufen ihre definitive Form erhalten haben. Deshalb wird auch im normalen Betrieb im Fluidstrom kein Dichtungsmaterial vorhanden sein. Wie schon gesagt, braucht die Höhe der eingelaufenen Dichtstreifen nur 0,025 bis 0,050 mm zu betragen. Die Gesamthöhe und Breite der Dichtelemente kann innerhalb der Maschine von Stelle zu Stelle ändern , und die Abmessungen der Dichtelemente sollten so festgelegt werden, dass die Anzahl der beim Einlaufen abgetragenen Elemente keine schädlichen mechanische oder thermische Beanspruchungen am Rotor , an den Lagerungen oder an anderen Komponenten · des Kompressors hervorrufen.

In den Figuren 2, 3 und 4 sind Massnahmen für das Wuchten der Rotoren gezeigt. In jeden Rotor werden parallel zur Rotorachse Löcher gebohrt, welche mit Gewinde versehen werden. Diese Löcher werden sodann mittels mit Gewinden versehenen Stopfen 100 verschlossen, welche durch Stifte oder dergleichen gesichert werden. Die Auswuchtlöcher werden in axialer Richtung durch den ganzen Rotor gebohrt und die Stopfen von beiden Seiten in die Stirnwand des Rotors eingesetzt , die nach aussen zeigende Fläche eines jeden Stopfens wird durch Bearbeiten der Stirnfläche des Rotors bündig gemacht , zwischen zwei Stopfen desselben Durchgangsloches verbleibt ein freier Raum. Wie aus den Figuren hervorgeht, hat man auf jeder Seite des Rotors 22 drei Stopfen 100 vorgesehen , während der Rotor 20 auf jeder Seite deren vier aufweist.

Die Figuren 2, 3 und 4 verdeutlichen , dass die Stopfen von unterschiedlicher Grosse sein können. Sie

UUv/vJ

können in beliebiger Weise um die Achse eines jeden Rotors herum angeordnet sein, so wie dies für das Auswuchten eines jeden Rotors notwendig ist. Vorzugsweise sind jedoch zwei Stopfen von jeder Seite eines jeden Rotors auf zueinander senkrecht stehenden Achsen gelegen ( siehe Stopfen 100(a) und 100(b) am Rotor 20 und Stopfen 100 (c) und 100 (d) am Rotor 22 ) Die Rotoren können feingewuchtet werden durch Ändern des Gewichtes einer oder der beiden senkrecht zueinander angeordneten Stopfen , sei es durch Ersetzen eines Stopfens durch einen schwereren oder durch Entfernen von Material an der Innenseite des Stopfens. Auf diese Weise kann eine positive oder negative Änderung der Fliehkraft hervorgerufen werden, so wie es sich zum Feinwuchten als notwendig erweist. Das Anbringen der Feinwuchtstopfen auf zueinander senkrechten Achsen vereinfacht die Berechnungen für die Bestimmung der Stopfengewichte zum Feinwuchten. Durch die Anordnung der Feinwuchtstopfen auf zueinander senkrechten Achsen hat eine Änderung an einem Stopfen keine Auswirkung auf die andere Achse. Auf diese Weise brauchen zum Feinwuchten nur die Stopfen auf den zueinander senkrecht stehenden Achsen adjustiert zu werden.

,- 3b-

Leerseite

Claims (32)

1. " Drehkolbenkompressor " P_a_t_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e

   Drehkolbenkompressor der Bauart mit zwei Profilkolben, die in sich überschneidenden zylindrischen Bohrungen rotieren, mit einem ersten Zylinder (16), einem zweiten Zylinder (18), einem Einlassrotor (20) im ersten Zylinder (16) , wobei der Einlassrotor (20) aus einer Nabe (52) und einem E'inger (54) besteht und mit einer ersten Welle (28) drehfest verbunden ist, einem Auslassrotor (22) im zweiten Zylinder (18) , wobei der Auslassrotor (22) aus einer Nabe (56) und aus einem Finger (58) besteht und mit einer zweiten Welle (30) drehfest verbunden ist, Einlassmitteln (42) zumindest im ersten Zylinder (16) für das Ansaugen des zu komprimierenden Gases , Auslassmittel im zweiten Zylinder (18) für das Ausstossen der Gase nach deren Kompression, wobei die Auslassmittel eine Auslassöffnung (44) in mindestens einer Gehäusestirnwand des zweiten Zylinders (18) einbegreifen , gekennzeichnet durch einen äusseren Begrenzungsbogen der Auslassöffnung (44) mit einem maximierten Radius r , welcher durch das Profil eines Abschnitts des Auslassrotors (23) bestimmt ist, und einen inneren Begrenzungsbogen mit einem minimierten Radius, welcher etwas grosser ist als der Radius der zweiten Welle (30) , durch vier Quadranten (I, II, III, IV ) am Auslassrotor (22) , beginnend an der Spitze des Fingers (58) des Auslassrotors (22) um sich in Aufeinanderfolge um den Auslassrotor (22) terum zu erstrecken, wobei der zweite (II) der vier Quadranten ein Kreisbogen ist mit Radius R welcher etwas grosser ist als der Radius r der Auslassöffnung (44) und gewählt ist im Hinblick auf eine Maximierung des Radius r der Auslassöffnung , jedoch auch im Hinblick auf die Vermeidung

   von unzulässig hohen Strömungsgeschwindigkeiten im zweiten Zylinder (18) , durch eine Abmessung R am ersten (I) und am dritten (III) Quadranten am übergang derselben zum zweiten Quadranten (II), wobei der erste und der dritte Quadrant (I, III ) über dem grössten Teil ihres Verlaufes ein Profil aufweisen mit einem andern als dem Radius R , und durch unterschiedliche Grossen und Profile des Einlassrotors (20) und des Auslassrotors (22), indem der Auslassrotor (22) grosser ist als der Einlassrotor (20) .
2. 2. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (16) und der zweite Zylinder (18) gleiche Abmessungen haben.
3. 3. Drehkolbenkompressor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Quadrant (I) des Auslassrotors (22) sich von der Spitze des Fingers (58) des Auslassrotors (22) aus erstreckt und einen ersten Abschnitt in Gestalt eines Kreisbogens mit einem Nominalradius R aufweist welch letzterer etwa gleich ist dem Radius des zweiten Zylinders , und einen zweiten Abschnitt in Gestalt einer Ellipse , die falls notwendig zur Schaffung eines glatten Obergangs von genanntem Kreisbogenabschnitt zu der Ellipse modifiziert wird , wobei diese Ellipse die Abmessung R am Ende des ersten Quadranten (I) hat und senkrecht ist zu einem Radius R am Ende dieses ersten Quadranten, dass der dritte Quadrant (III) des Auslassrotors (22) eine Ellipse ist, welche zumindest zum Teil durch Faktoren wie dynamische Balance und Strömungsgeschwindigkeit bestimmt ist, und dass der vierte Quadrant (IV) des Auslassrotors (22) erzeugt wird durch damit zusammenwirkende Flächen am Einlassrotor (20).
4. 4. Drehkolbenkompressor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassrotor (20) vier Quadranten (I, II, III, IV ) aufweist, welche den vier Quadranten des Auslassrotors (22) zugeordnet sind, dass der erste Quadrant (I) des Einlassrotors (20) einen ersten Abschnitt aufweist , welcher willkürlich gewählt werden kann unter der Bedingung, dass keine Kollision mit dem

   entsprechenden Abschnitt im ersten Quadranten (I) des Auslassrotors (22) eintreten kann, und einen zweiten Abschnitt, welcher erzeugt wird durch einen Teil der Ellipse am zweiten Abschnitt des Auslassrotors (22), dass der zweite Quadrant (II) des Einlassrotors (20) ein Kreisbogen ist mit Radius R„ gleich der Differenz des Achsabstandes des ersten und zweiten Rotors und der Abmessung R des zweiten Quadranten(II) des Auslassrotors (22), dass der dritte Quadrant (III) des Einlassrotors (20) durch die Ellipse des dritten Quadranten des Auslassrotors erzeugt wird, und dass der vierte Quadrant (IV) des Einlassrotors (20) aus drei Kreisbögen mit den Radien R. , R₃ und R-, besteht, wobei der Bogen mit Radius R, sich von der Spitze des Fingers (58) des Einlassrotors (20) aus erstreckt und etwa die gleiche Länge hat wie der Radius des ersten Zylinders (16), der Bogen mit dem Radius R^ sein Zentrum auf einem Radius des Bogens mit Radius R, hat und der Bogen mit Radius R. sein Zentrum auf einer Geraden hat, welche die Grenze zwischen dem dritten und vierten Quadranten darstellt.
5. 5. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogen des vierten Quadranten (IV) des Einlassrotors (20) gleichen Krümmungsradius am Obergangspunkt zwischen den Bogen haben.
6. 6. Drehkolbenkompressor nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch Abdichtungsmittel zwischen den beiden Rotoren ( 20, 22 ) und durch Abdichtungsmittel zwischen den Rotoren ( 20, 22 ) und den Zylindern ( 16, 18 ).
7. 7. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtmittel zwischen den beiden Rotoren ( 20, 22 ) aus Streifen ( 70 ) aus abschabbarem Material an wenigstens einem Teil des Profils eines jeden Rotors bestehen, wobei die Streifen ( 70 ) aus abschabbarem Material während dem Betrieb einlaufen und dann die Abdichtung zwischen den Rotoren ( 20, 22 ) besorgen.
8. 8. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 6, dadurch

   gekennzeichnet , dass die Abdichtmittel zwischen den Rotoren ( 20, 22 ) und den Zylindern (16, 18 ) aus Streifen (72) aus abschabbarem Material an den Wandungen der Zylinder ( 16, 18 ) bestehen, wobei die Streifen ( 72 ) aus abschabbarem Material durch die Spitzen der Rotoren ( 20, 22 ) eingelaufen werden zwecks Schaffung der Abdichtung zwischen den Rotoren ( 20, 22 ) und den Zylindern ( 16, 18 ).
9. 9. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Schneidkerbe ( 73 ) an einem (54) der Finger zum Abschleifen des Streifens (72) beim Rotieren des Fingers.
10. 10. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtmittel zwischen den Rotoren ( 20, 22 ) und den Zylindern ( 16, 18 ) desweiteren aus Anordnungen von abschabbaren Dichtstreifen an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Zylinder ( 16, 18 ) bestehen, wobei diese Stirnseiten direkt an den Stirnseiten der Rotoren liegen und die Anordnungen aus abschabbarem Material an jeder Stirnwand eine ringförmige Anordnung von einer Mehrzahl von durch Zwischenräume getrenntoaDichtstreifen (82) um die VJellendurchgangsof fnung in jeder Stirnwand herum einbegreift,sowie Anordnungen von Streifen (85) , welche sich strahlenförmig von jeder ringförmigen Anordnung nach aussen erstrecken.
11. 11. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine sägezahnförmige Anordnung (90) aus abschabbarem Dichtmaterial um zumindest einen Teil der Auslassöffnung (44) herum.
12. 12. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Rillen (94) an den Rotorstirnflächen zum Zusammenwirken mit den Streifen (82) der ringförmigen Streifenanordnung um die Wellendurchgangsöffnungen herum, wobei die Streifen (82) geneigte Seiten (9 2) mit einer ersten Neigung haben und die Rillen (94) geneigte Seiten (96) mit einer zweiten Neigung.
13. 13. Drehkolbenkompressor nach den Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Auswuchtlöchern in gegenüberliegenden Stirnflächen des Rotors , und durch Auswuchtstopfen (100) in den Auswuchtlöchern.
14. 14. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei dieser Auswuchtlöcher sich auf zueinander senkrechten Achsen befinden , und dass die Stopfen für diese zwei Auswuchtlöcher zur Durchführung einer Feinwuchtung des Rotors selektiv variabel sind.
15. 15. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch wenigstens ein zusätzliches Auswuchtloch mit darin befindlichen Stopfen zusätzlich zu den genannten zwei Auswuchtlöchern.
16. 16. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zueinander senkrechten Achsen durch die Spitze des Kolbenfingers und die Drehachse des Rotors verläuft.
17. 17. Ein Kompressorrotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten zwei Auswuchtlöcher sich in der Nabe des Rotors befinden.
18. 18. Drehkolbenkompressor der Bauart mit gegensinnig rotierenden Rotoren ( 20, 22 ) in sich überschneidenden Zylindern ( 16, 18 ), wobei jeder Rotor aus einer Nabe und mindestens einem Finger besteht , gekennzeichnet durch ein Abdichtsystem mit Streifen (70) aus abschabbarem Material an mindestens einem Teil des Profils mindestens eines Rotors , wobei die Streifen (70) aus abschabbarem Material während dem Betrieb eingelaufen werden zwecks Herstellung einer Abdichtung zwischen den Rotoren , und durch Dichtmittel zwischen den Rotoren und den Zylindern ( 16, 18 ) .
19. 19. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmittel zwischen den Rotoren (20, 22 ) und den Zylindern ( 16, 18 ) Streifen ( 72 ) aus abschabbarem Material an den Wänden der Zylinder ( 16, 18 )

    einbegreifen., wobei die Streifen (72) aus abschabbarem Material durch die Spitzen der Rotoren ( 20, 22 ) eingelaufen werden zwecks Herstellung einer Abdichtung zwischen den Rotoren ( 20, 22 ) und den Zylindern ( 16, 18 ).
20. 20. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Schneidkerbe (73) in einem (54) der Finger zum Anschneiden der Streifen (72) aus abschabbarem Material an der Wandung des Zylinders (16) wenn der Finger (54) rotiert.
21. 21. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtmittel zwischen den Rotoren und den Zylindern Anordnungen von abschabbaren Dichtstreifen an den gegenüberliegenden Stirnwänden der Zylinder (16, 18) einbegreifen , wobei diese Stirnwände direkt an den Stirnwänden der Rotoren liegen , und dass die Anordnung aus abschabbarem Material an jeder Stirnfläche eine ringförmige Anordnung einer Mehrzahl von mit Abständen aneinander entlang verlaufenden Dichtstreifen (82) um eine Wellendurchsgangsöffnung in jeder Stirnwand herum einbegreift , und dass die Anordnung aus abschabbarem Material Konfigurationen von Streifen (85) von genanntem Material einbegreift, welche sich strahlenförmig von jeder ringförmigen Anordnung hinweg erstrecken.
22. 22. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Auslassöffnung (44) in der Stirnwand eines Zylinders , wobei die Abdichtstruktur eine sägezahnförmige Anordnung (90) von abschabbarem Dichtmaterial um wenigstens einen Teil der Auslassöffnung (44) herum einbegreift.
23. 23. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 21 , gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Rillen (94) an den entgegengesetzten Stirnflächen der Rotoren zum Zusammenwirken mit den Streifen (82) der ringförmigen Streifenanordnung um die Wellendurchgangsöffnungen , wobei die Streifen geneigte Seiten (92) mit einer ersten Neigung haben und die Rillen geneigte Seiten (96) mit einer zweiten Neigung.
24. 24. Drehkolbenkompressor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtmittel zwischen den Rotoren (20, 22) und den Zylindern (16, 18) Streifen aus abschabbarem Material in der Nähe der Fingerspitze einbegreifen.
25. 25. Kompressorrotor mit einer Nabe (52, 56) zur drehfesten Montage des Rotors auf einer Welle (28, 30) , einem Finger (54, 58) an dieser Nabe, wobei Nabe und Finger in entgegengesetzte Richtungen zeigende Stirnflächen haben, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Auswuchtlöchern in entgegengesetzt gerichteten Stirnflächen des Rotors, und Auswuchtstopfen (100) in den Auswuchtlöchern.
26. 26. Kompressorrotor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Auswuchtlöcher sich auf zueinander senkrechten Achsen befinden, und dass die Stopfen für diese zwei Auswuchtlöcher selektiv variabel sind für das Feinwuchten des Rotors.
27. 27. Kompressorrotor nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch mindestens ein Auswuchtloch mit darin befindlichen Stopfen zusätzlich zu den zwei genannten Auswuchtlöchern.
28. 28. Kompressorrotor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden aufeinander senkrechten Achsen von der Spitze des Rotorfingers durch die Drehachse des Rotors verläuft.
29. 29. Kompressorrotor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Auswuchtlöcher sich in der Nabe des Rotors befinden.
30. 30. Mehrstufen-Drehkolbenkompressor mit einer ersten Stufe (10) und einer zweiten Stufe (12) , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stufen übereinander angeordnet sind , und durch gemeinsame Antriebsmittel (37), welche mit der ersten und zweiten Stufe des Drehkolbenkompressors zum Antrieb desselben verbunden sind.
31. 31. Mehrstufen-Drehkolbenkompressor nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kompressorstufe (10) ein erstes und ein zweites Drehelement aufweist, welche durch erste und zweite miteinander kämmende Zahnräder

    angetrieben werden, dass die zweite Stufe des Kompressors (12) ein erstes und ein zweites Drehelement aufweist , welche durch erste und zweite miteinander kämmende Zahnräder angetrieben werden , und dass die gemeinsamen Antriebsmittel (37) aus einem Antriebszahnrad bestehen, welches mit einem der beiden miteinander kämmenden Zahnräder einer jeden Stufe miteinander im Eingriff ist.
32. 32. Mehrstufen-Drehkolbenkompressor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten miteinander kämmenden Zahnräder einer Stufe sich oberhalb den entsprechenden ersten und zweiten miteinander kämmenden Zahnrädern der anderen Stufe befinden und dass das Antriebszahnrad sich auf einer Seite dieser miteinander kämmenden Zahnräder befindet.