DE3113233A1

DE3113233A1 - Rotationskolbenverdichter

Info

Publication number: DE3113233A1
Application number: DE19813113233
Authority: DE
Inventors: Dankwart 8990 Lindau Eiermann
Original assignee: Wankel GmbH
Current assignee: Wankel GmbH
Priority date: 1981-04-02
Filing date: 1981-04-02
Publication date: 1982-12-09
Also published as: DE3113233C2; US4487561A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rolai iom;ko1b(nwerdichter mit zweibogiger troclio idenf örmiger Mantollaufbahn, mit der ein auf einem Exzenter einer

Exzenterwelle umlaufender drei Flanken aufweisender Kolben mit in seinen Ecken vorgesehenen radialen Dichtleisten in ständiger gleitender Berührung steht, in dessen Gehäuse überströmausnehmungen vorgesehen sind, über die die bereits abgesteuerte im Bereich der Totpunktstellung befindliche nachlaufende Arbeitskammer mit der ihr vorauslaufenden Verdichtungskairaner kurzfristig verbunden ist.

Derartige Überströmausnehmungen, deren Lage durch das vorauslaufende Kolboneck in einer sich in ToL-punktstellung befindlichen Arbeitskammer bestimmt ist, haben den Zweck, den in der in der Totpunktstellung befindlichen Kammer nach Absteuern des Auslasses noch vorhandenen Gasdruck nach der vorauslaufenden am Beginn des Verdichtungstaktes stehenden Kammer zu entlasten und so das sonst durch diesen Restdruck beim Weiterdrehen des Kolbens über seine Totpunktstellung hinaus verursachte negative Drehmoment zu vermeiden..

Die überströmausnehmungen können radiale, wie dies DE-OS 21 57 546 zeigt, in Kolbendrehrichtung verlaufende in die Mantellaufbahn eingetiefte Kanäle sein, zwischen denen die Oberfläche der Mantellaufbahn als Stege oder an deren Rand als Seitenstreifen stehenbleibt, um ein Hineinfallen der Radialdichtleisten in diese Kanäle zu verhindern. Es zeigt sich

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jedöch, daß im Betrieb die Laufbahnoberfläche dieser Stege und Seitenstreifen in kurzer Zeit durch Einschlagen der Dichtleisten zerstört werden.

Die Gründe hierfür sind in einem Verkanten der Radialdichtleisten zu suchen/ die infolge des Wegfallens des Druckes in der nachlaufenden Kammer beim Ansteuern der überströmausnehmung durch den weiterbestehenden Nutgasdruck und ihre Reibung an

werden der Mantellaufbahn gekippt/und damit das Nutgas in der Nut einschließen und dessen Entspannung verhindern. Die Leiste wird deshalb vom Nutgas unter hämmerndem Geräusch gegen die Stege und Randleisten der Mantellaufbahn geschlagen. Die auf den Kolben dabei ausgeübte Bremswirkung führt zusätzlich zu einem Schlagen des Getriebes. Das Aufschlagen der gekippten und daher verklemmten Leiste führt zu dem genannten Verschleiß der Mantellaufbahn im Bereich der überströmausnehmungen, der einen halben bis einen Millimeter in 10 bis 20 Stunden ausmachen kann und zur raschen Unbrauchbarkeit der Maschine führt. 1OO-Stunden-Tests konnten mit solchen Verdichtern nicht zu Ende gefahren werden. ■

Bei einer axialen Anordnung der überströmausnehmungen, wie dies in der DE-OS 27 00 731 dargestellt ist, kann in den Seitenteilen des Gehäuses ein solcher Effekt nicht auftreten, da das Nutgas seitlich nach den überströmausnehmungen entweichen kann. Bei dieser Anordnung wirkt es sich aber ungünstig aus, daß in axialer Richtung gesehen die die überströmausnehmungen an-

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steuernde Kolbenflanke zur Mantellaufbahn in einem sehr spitzen Winkel steht. Für das Überströmen des Gases in die vorauslaufende Kammer steht bei Eintritt in die seitlichen Überströmausnehmungen nur ein sehr kleiner Querschnitt zur Verfügung. Die gewünschte Entspannung des Restdruckes in der die Totpunktstellung überfahrenden Kammer erfolgt daher nicht rasch genug, um einen ruhigen Lauf des Verdichters und eine größtmögliche Einsparung von Antriebsleistung zu bewirken.. Diese Querschnittsverengung würde zwar bei der zuerst genannten radialen Anordnung der überströmausnehmungen nicht nachteilig sein, der beschriebene Verschleiß der Mantellaufbahn und die nicht hinnehmbare Laufunruhe und der durch diese verursachte Mehrverbrauch an Antriebsleistung zwingt dazu, axiale Überströmausnehmungen anzuordnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Strömungsdurchsatz bei Aufsteuern der axialen überströmausnehmungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die vorauslaufenden Ecken jeder der drei Flanken des Kolbens radial nach innen und nach den Nuten der radialen Dichtleisten abgeschrägt sind. Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich aus Anspruch

Die durch die Abschrägung der Flankenecken geschaffenen Räume ermöglichen vom Aufsteuern der seitlichen überströmausnehmungen an einen ausreichenden und glatten Strömungsverlauf.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben und ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Teilradialschnitt durch

einen Verdichter gemäß dem Stand der Technik-;

Fig. 2 einen Radialschnitt durch

einen erfindungsgemäßen Verdichter;

Fig. 3 einen Teilaxialschnitt durch

den Verdichter gemäß Fig. 2 in Ebene III-III in Fig. 2;

Fig. 4 ' einen Ausschnitt aus Fig. 2;

Fig. 5 ' einen Segmentschnitt durch

den Verdichter gemäß Fig. 2 in Ebene V-V in Fig. 2;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung

der Lage der Abschnittsflächen der Flankenecken des Kolbens;

Fig. 7 ein Diagramm, das die erfindungs

gemäß Verbesserung der Durchlaßquerschnitte der Überströmausnehmungen über den Exzenterwinkel darstellt.

Es sei zunächst auf den bereits beschriebenen Effekt bei einer Anordnung gemäß dem Stand der Technik eingegangen.

In Fig. 1 ist a die Mantellaufbahn mit dem überströmkanal b/ der soeben von der Radialdichtleiste c des Kolbens d aufgesteuert wird. In der nachlaufenden Arbeitskammer e herrscht ein überdruck gegenüber der vorauslaufenden Kammer f. Demgemäß strömt das Gas in Richtung des Pfeiles g von der Arbeitskammer e nach der Arbeitskammer f durch den Überströmkanal g. Durch die Druckentlastung in der Kammer f und den freiwerdenden Nutgasdruck, in der Zeichnung durch Pfeile dargestellt, kippt die Dichtleiste c, wie dargestellt, schließt aber dabei das noch unter dem bisherigen Druck in der Arbeitskammer e stehende Gas in der Kolbennut h unter ihr ein. Der Druck des Nutgases ist nunmehr erheblich höher als der des mit großer Geschwindigkeit oben um die Dichtleiste c strömenden sich entspannenden Gases. Er schlägt daher die Dichtleiste c unter erheblicher Lärmentwicklung so gegen die Laufbahn a und die Stege i des Überströmkanals, daß dort Materialverformungen und Abtragungen eintreten, die binnen kurzer Zeit die Laufbahn völlig zerstören.

In Fig. 2 ist ein Rotationskolbenverdichter dargestellt, der ein Kapselgehäuse 1, einen Gehäusemantel 2 mit einer trochoidenförmigen Mantellaufbahn 3, ein linkes Seitenteil 4 und ein rechtes Seitenteil 5 aufweist. Ein Kolben 6 läuft auf einer einen Exzenter 7 aufweisenden Welle 8 um, die die Seitenteile 4 und 5 durchsetzt. Der Kolben 6 weist an seinen.Ecken Radialdicht-

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leisten 9 und Dichtbolzen 10 sowie Seitendichtstreifen 11 auf. Mit der Radialdichtleiste 9 steht der Kolben in ständigem Eingriff mit der Mantellaufbahn 3. Die Bewegung des Kolbens wird durch ein Zahnradgetriebe 12 gesteuert. Im·Seitenteil 4 un dem in Fig. 2 sichtbaren Seitenteil 5 sind zwei taschen-• förmige Überströmausnehmungen 13 und 14 in Drehrichtung des Kolbens jeweils nach dem Totpunkt und etwa zu Beginn des zweiten Drittels des jeweils folgenden Bogens der Mantellaufbahn 3 vorgesehen. Diese Ausnehmungen 13 und 14 greifen, wie Fig. 2 dies zeigt, etwa zur Hälfte ihrer radialen Ausdehnung unter den Gehäusemantel 3. Die Lage dieser Überströmausnehmungen 13 und 14 bestimmt, sich in folgender Weise: Die in Drehrichtung des. Kolbens 6 vordere Steuerkante 16 dieser Ausnehmungen liegt unmittelbar vor dem vorauslaufenden Kolbeneck 17 der in Totpunktstellung befindlichen Kammer 18, wie dies sich aus Fig. 1 ergibt. Die Lage der in Drehrichtung des Kolbens 6 rückwärtigen Steuerkanten 19 der Ausnehmungen 13 und 14 wird bestimmt durch das gleiche Kolbeneck bei Stellung des Kolbens 6/ in der er mit seiner Kante 20 die Einlaßöffnung 21 für die vorgenannte Kammer 18 aufsteuert, die damit zur Ansaugkammer wird. Die Einlaßöffnungen sind bei dem in Figur 1 dargestellten Kompressor die Ecken einer taschenförmigen Ausnehmung 22 im Seitenteil 5, die über die Durchbrechungen 23 im Kolben 6 mit dem durch das andere Seitenteil eintretende Arbeitsmedium versorgt werden.

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Die beschriebene Lage der vorderen Steuerkante der überströmausnehmungen 13 und 14 ergibt sich aus der Kolbenlage in dem Zeitpunkt, in dem der das negative Drehmoment bewirkende Druck in der Kammer 18 die gesamten Reibwiderstände der Maschine übersteigt, d. h. kurz nach Durchdrehen des Kolbens durch die Totpunktstellung. Die Absteuerung der Ausnehmungen 13 und 14 ist spätestens dann erforderlich, wenn die Einlaßöffnung der nachlapfenden Kammer 18 aufgesteuert wird, weil dann bei weiterem Offenstehen der Ausnehmungen 13 und 14 die vorauslaufende Verdichtungskammer 24 mit dieser Einlaßöffnung 2.1 verbunden würde.

Wie Fig. 3 und 4 zeigen, sind die vorauslaufenden Ecken 25 und 26 jeder der drei Flanken 27 des Kolbens 6 radial nach innen und nach den Nuten 28 der radialen Dichtleiste 9 zu in den Ebenen 29 und abgeschrägt. Die radial innere Begrenzung 31, dieser Flächen deckt sich im wesentlichen, wenn eine radiale Dichtleiste eine der überströmausnehmungen 13, 14 überfährt, mit der radialen inneren Begrenzung dieser überströmausnehmungen. Diese Begrenzung ihrerseits darf nicht radial innerhalb des inneren Endes der Dichtleisten 9 liegen, um deren Hineinfallen in die überströmausnehmungen zu verhindern. Die Abschrägungen in den Ebenen 29 und werden zweckmäßigerweise über das ganze Eck des Kolbens vorgenommen, z. B. durch Durchfräsen des gesamten Kolbeneckes, so daß sie auch an den nachlaufenden Ecken 32, 34 der Flanken 27 des Kolbens entstehen, über diese fabrikatorische Zweckmäßigkeit

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hinaus haben aber diese nachlaufenden Abschrägungen keine Bedeutung für die Funktion des Verdichters. Die durch die Abschrägungen entstehenden Toträume sind bei ihrer geringen Ausdehnung ebenfalls ohne Bedeutung für den Durchsatz und die Leistungsaufnahme der Maschine.

Die Lage der Ebenen 29 und 30 ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die Ebenen 29 und 30 schneiden sich in einer Geraden 35, die in der ■ radialen Mittelebene 36 des Kolbens 6 und ausserhalb dieses Kolbens und senkrecht zu einer Geraden liegt,die in der radialen Mittelebene 36 durch die Kolbendrehachse und die .Dichtleiste 9 verläuft, die die Ebenen 29 und 30 durchdringt.

Der durch die Abschrägungen in den Ebenen 29 und erweiterte Strömungsweg über die Überströmausnehmungen 13 und 14 ist nunmehr völlig ausreichend, um selbst bei hohen Drehzahlen einen völlig ruhigen Lauf des Verdichters und die erwünschte Herabsetzung der Antriebsleistung zu erzielen. Die Erweiterung des Strömungsweges ist in dem Diagramm in Fig. 7 dargestellt, wobei auf der Ordinate die Exzenterwinkel und auf der Abszisse die Querschnittsfläche des Strömungsweges in mm² aufgetragen ist. Die untere Linie zeigt den Querschnitt ohne, die obere Linie den Querschitt bei Anordnung der erfindungsgemäßen Abschrägungen.

Wie Erprobungen gezeigt haben, ist der erwünschte
ruhige, nicht durch Strömungswiderstände beim Ausschieben des Restdruckes in der bereits abgesteuerten Verdichtungskammer belastete Betrieb nur mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung möglich.

BezugsZeichenverzeichnis

1 Kapselgehäuse

2 Mantelteil

3 Mantellaufbahn

4 linkes Seitenteil

5 rechtes Seitenteil

6 Kolben

7 Exzenter

8 Welle

9 Dichtleisten

10 Dichtbolzen

11 Dichtstreifen

12 Getriebe

] Γ^> taschenförmige Ausnehmungen in 4 und

15 ' Abschrägung in

16 vordere Steuerkante von 13 und

17 Kolbeneck

18 . Kammer in Totpunktstellung

19 rückwärtige Steuerkante von 13 und

20 Kolbenkante

21 Einlaßöffnungen

22 Ausnehmungen in Seitenteil 5

23 Durchbrechungen im Kolben

24 vorauseilende Verdichtungskammer

_nZ.j> vorauslaufende Ecken der Kolbenflanken

27 Flanken des Kolbens

28 Nuten der Radialdichtleisten

abgeschrägte Flächen bzw. Ebenen, die die Flankenecken abschneiden

radial innere Begrenzungen von 29 und 30

nachlaufende Ecken der Kolbenflanken 27

Schnittgerade der Flächen 29, 30

radiale Mittelebene des Kolbens 6

Gerade durch Drehachse des Kolbens und Dicht leiste

Claims

Patentansprüche:

1./' Rotationskolbenverdichter mit zweibogiger trochoidenförmiger Mantellaufbahn, mit der ein auf einem Exzenter einer Exzenterwelle umlaufender drei Flanken aufweisender Kolben mit in seinen Ecken vorgesehenen radialen Dichtleisten in ständiger Berührung steht, in dessen Gehäuse überströmausnehmungen vorgesehen sind, über die die bereits abgesteuerte im Bereich der Totpunktstellung befindliche nächlaufende Arbeitskammer mit der ihr vorauslaufenden Verdi chtungskammer kurzfristig verbunden ist,

dadurch <jekonn zeichnet^ daß die voraxisl auf enden Ecken (25, 26) jeder der drei Flanken (27) des Kolbens (6) radial nach innen und nach den Nuten (28) der radialen Dichtleisten (9) abgeschrägt sind.

2. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorauslaufenden Ecken (25, 26) jeder der drei Flanken (27) des Kolbens (6) in Ebenen (29, 30) abgeschnitten sind, die'sich in einer Geraden (35) schneiden, die in der radialen Mittelebene.(36) des Kolbens (6) ausserhalb des Kolbens und senkrecht zu einer Geraden (37) liegt, die in der radialen Mittelebene (36) des Kolbens (6) durch die Kolbendrehachse und die Dichtleiste (9) verläuft, die die Ebenen (29, 30) durchdringt.