DE3144572C2 - Drehkolbenmaschine mit verzahntem Innen- und Außenläufer - Google Patents

Abstract

Das kennzeichnende Merkmal dieses Drehkolbenverdichters sind wälzgelagerte Zylinderrollen als Zahnkopfform für den Innenläufer und entsprechend halbkreisförmige Zahnlücken beim Außenläufer. Zwecks wirksamer Abdichtung wälzen sich beide Verzahnungen unter Anpressung gegeneinander ab, wobei Formungenauigkeiten bei den Wälzkonturen durch Wahl eines gummielastischen Werkstoffs beim Außenläufer ausgeglichen werden. Wegen der vollständigen Schmiegung der Rollenköpfe in den Gegenzahnlücken erfolgt der Ausschub des verdichteten Mediums ohne jedes Restgasvolumen. Ein weiteres wesentliches Merkmal dieses Drehkolbenverdichters ist die stufenlose Steuerbarkeit des Verdichtungsverhältnisses und damit dessen jeweils optimale Anpassung an wechselnde Betriebsbedingungen. Konstruktiv wird dieses erreicht durch die Lagerung der Antriebswelle beidseitig in Exzenterscheiben. Ein gemeinsames Schwenken dieser Exzenterscheiben mittels Schwenkbügel bewirkt eine Schwenkbewegung der Antriebswelle um das Drehzentrum des Außenläufers, womit eine Verlagerung des Wälzpunktes der Verzahnung und somit eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses verbunden ist. Der gleitgelagerte Außenläufer wird kräftemäßig vollständig entlastet durch drei Ausgleichskammern am Umfang, welche mit der Saugseite bzw. Druckseite des Verdichters verbunden sind.

Description

Seitenscheiben 4 sind mit dem Innenläufer 1 zu einer konstruktiven Einheit verschraubt und verstiftet. Jede der drei Achsen 3 trägt eine Zylinderrolle 6, welche auf Kugellagern 7 gelagert und, mit Endscheiben 8 versehen, zwischen die Seitenscheiben 4 eingepaßt isL Zwisehen den Zylinderrollen 6 verlaufen die drei Übergangsbögen 9 als Wälzkurven.

Der Außenläufer 10 ist mit seiner zylindrischen Außenkontur im Gehäuseteil 11 gleitgelagert. Er besitzt vier Zahnlücken 12 mit halbkreisförmigem Querschnitt, deren Mitten auf dem Wälzkreis 13 des Außenläufers angeordnet sind und das exakte Gegenstück zu den Zylinderrollen 6 darstellen. Zwischen diesen Zahnlücken verlaufen die Obergangsbögen 14 ais Wälzkurven.

Die Zylinderrolle!! 6 des Innenläufers 1 greifen in die Zahnlücken 12 des Außenläufers 10 ein und nehmen bei Drehung der Antriebswelle 2 diesen ohne jede weitere zusätzliche Koppelverzahnung in Drehrichtung mit, wobei diese Mitnahme stoßfrei und exakt gleichförmig im Verhältnis der Zähnezahlen, das heißt im Ausführungsbeispiel, wie 3 :4 erfolgt

Innenläufer 1 und Außenläufer 10 unterteilen den eingeschlossenen Freiraum in die vier Arbeitskammern 15, 16, 17 und 18. Bei Drehung im Uhrzeigersinn (s. A b b. 2) vergrößern sich die beiden Kammern 15 und 16 und saugen über die Saugleitung 19 und die vertiefte Aussparungskontur 20 das Fördermedium an, wohingegen die beiden Kammern 17 und 18 sich verkleinern. Nach einer Wellendrehung von 60° erreicht die Kammer 16 ihr größtes Volumen und die der Aussparung 20 in Drehrichtung nachfolgende Planfläche in der Planwand 21 des Gehäuses schließt die weiterbewegte Kammer ab. Bei Weiterdrehung verkleinert sich diese betrachtete Kammer 16 wieder und das darin eingeschlossene Medium wird so lange verdichtet, bis sie sich zur Aussparungskontur 22 hin öffnet Die weitere Drehung verkleinert dann diese Kammer noch weiter bis hin zu ihrem Kleinstvolumen Null, so daß das darin verdichtete Medium über die Abströmbohrung 23 vollständig zur Druckleitung hin ausgeschoben wird. — Wegen der praktisch vollkommenen Ausfüllung der Zahnlücke durch die Zylinderrolle wird dieses Null-Volumen auch tatsächlich erreicht und die bei Verdichtern so gefürchtete Rückexpansion eines eingeschlossenen Restgasvolumens vermieden. Dieses verbessert von vorn herein Fördermenge und Wirkungsgrad dieser Maschine.

Die Gasrückström- und Leckverluste innerhalb der Maschine können durch enge Laufspiele zwischen Innen- und Außenläufer sehr klein gehalten werden, denn der reine Rollkontakt zwischen Zylinderrollen 6 und der gesamten innenkontur des Außenläufers, bestehend aus den vier Zahnlücken 12 und den vier Übergangsbögen 14, erlaubt sogar negative Laufspiele, das heißt Preßkontakt, ohne daß Reibung und Verschleiß sich nachteilig auswirken können.

An den noch verbleibenden Berührungsstellen zwischen den Übergangsbögen 9 des Innenläufers 1 und den Übergangsbögen 14 des Außenläufers 10 läßt sich die Gleitreibung ebenfalls weitgehend vermeiden und durch rollende Reibung ersetzen, wenn man den Durch- eo messer der Zylinderrollen 6 optimal wählt Wie in A b b. 2 zu erkennen ist, gelingt es damit, beide Übergangsbögen 9 und 14 insoweit auf die beiden Wälzkreise 5 und 13 zu verlegen, daß jeder Übergangsbögen seinen Wälzkreis zweimal überschneidet. Da nun zwischen den Wälzkreisen stets nur ein reines Abrollen erfolgt, kann man offensichtlich auch für dia Berührungsstelle zwischen den Übergangsbögen 9 und 14 eine gegenseitige Pressung vorsehen und damit auch hier eine gute Gasabdichtung erreichen.

Der Außenläufer ist vorteilhaft aus einem metallenen Stützring 10a in Kombination mit einem Kunststoffring 106 aufzubauen, wobei der letztere die eigentlich dichtende Funktion gegenüber dem innenläufer übernimmt Der Stützring sollte aus ehum guten Gleitlagerwerkstoff, zum Beispiel aus Bronze oder perlitischem Grauguß bestehen, wohingegen für den Kunststoffring ein temperaturbeständiger Werkstoff mit etwas gummielastischen Eigenschaften und zugleich auch guten Gleiteigenschaften gegenüber Metallen auszuwählen wäre. Der Kunststoff wird in den Stützring eingepreßt oder eingesintert, wobei die gesamte Innenkontur durch Formpressen entsteht Eine teure spanabhebende Bearbeitung der Innenkontur wird damit eingespart und die zwangsläufig notwendigen größeren Fertigungstoleranzen werden durch ein entsprechend zu wählendes Untermaß, das heißt durch Pressung gegen die abrollenden Zylinderrollen 6 im Verein mit den gummielastischen Eigenschaften der Lauffläche stets abdichtend überbrückt, ohne dabei erhöhte Reibungsverluste oder Verschleiß zu verursachen.

Eine stufenlose Steuerung des Verdichtungs- bzw. Expansionsverhältnisses wird durch die Lagerung der Antriebs- bzw. Abtriebswelle 2 beidseitig in Exzenterscheiben 25,26 erreicht Ein gemeinsames Schwenken derselben mittels Schwenkbügel 27 bewirkt eine Schwenkbewegung des Drehzentrums vom Innenläufer um das Drehzentrum des Außenläufers, womit eine Verlagerung des Wälzpunktes 24 der Verzahnung und damit eine Veränderung der Phasenlage des größten Kammervolumens relativ zu den Steuerkanten verbunden ist — Die leichte Verlagerung der Welle 2 kann mittels Kardanwelle oder Ausgleichskupplung bequem überbrückt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 miger Medien sollte die Verkleinerung des Kammervo- Patentansprüche: lumens fortschreiten bis hin zum Kleinstvolumen Null, denn nur so wird das eingeschlossen: Gasvolumen auch

1. Drehkolbenmaschine mit einem innenverzahn- vollständig zur Druckleitung hin ausgeschoben, das ten Außenläufer und einem darin exzentrisch ange- 5 heißt, die so gefürchtete Rückexpansion eines Restgasordneten außenverzahnten Innenläufer, die durch Volumens wird vermieden.

ihre miteinander im Eingriff stehenden Verzahnun- Es sind zahlreiche Konstruktionsvarianten für Drehgen einzelne Arbeitskammern bilden, denen stirnsei- kolbenmaschinen bekannt geworden, welche dieses tig ein gasförmiges Arbeitsmedium zu- und abge- Nullvolumen nahezu erreichen. Ihre Wälzformen werführt wird, mit Zahnköpfen des Innenläufers die als io den zumeist nach den Regeln der Zykloidenverzahnung Zylinderrollen ausgebildet sind und mit Zahnlücken gestaltet Eine beachtliche Schwierigkeit bei all diesen des Außenläufers, die halbkreisförmigen Quer- bekannten Konstruktionen liegt aber in einer wirksaschnitt von genau gleichem Halbmesser wie die Zy- men Abdichtung der die Kammern bildenden sich gelinderrollen des Innenläufers besitzen und mit ihren geneinander bewegenden Bauteile, denn der hohe Mitten auf dem Wälzkreis des Außenläufers ange- is Gleitar.teil in der Wälzbewegung verbietet einen engen ordnet sind, wobei die Anzahl der Zahnlücken des Berührungskontakt in den Eingriffspunkten der Verzah-Außenläufers um eins größer ist als die Anzahl der nung mit Rücksicht auf Reibung und Verschleiß. Zahnköpfe des Innenläufers und die Durchmesser Zur Vermeidung von gleitender Reibung wurde in der der jeweiligen Wälzkreise sich zueinander wie die US-PS 37 23 032 vorgeschlagen, die Zahnköpfe des In-Zähnezahlen verhalten, dadurch gekenn- 20 nenläufers als Rollenkörper auszubilden und in muldenzeichnet, daß die die Zahnköpfe des Innenläu- förmigen Aussparungen des Innenläufers gleitgelagert fers (1) bildenden Zylinderrollen (6) auf fest mit dem zu führen. Damit wird jedoch das Reibungs- und Verinnenläufer (1) verbundenen Achsen (3) mit engem schleißproblem nur verlagert von den Eingriffspunkten Laufspiel zwischen Zylinderrollen (6) und Innenläu- beider Läufer in den Muldengrund der Rollenführung, fer (1) wälzgelagert sind und daß zwischen den 2s Ein negatives Laufspiel, das heißt Pressung im Eingriffs-Zahnlücken (12) des Außenläufers (10) und zwischen punkt ist damit nicht zu verwirklichen. Zudem wird dort den Zylinderrollen (6) des Innenläufers (1) liegende das Nullvolu.Tien der Arbeitskammern nicht erreicht Übergangsbögen (9,14) der Verzahnung sich durch wegen der willkürlichen Gestaltung der Übergangsbögegenseitiges Abwälzen der Läufer ergeben. gen zwischen den durch die Rollenkörper gebildeten

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch 30 Zahnköpfen des Innenläufers sowie auch zwischen den gekennzeichnet, daß durch Bemessung der Durch- Zahnlücken des Außenläufers.

messer der Zylinderrollen (6) die Übergangsbögen Eine weitere bekannte Drehkolbenmaschine nach der

(9,14) eine Lage erhalten, in welcher sie ihre züge- DE-OS 27 37 717 zeigt auf starren Achsen wälzgelager-

ordneten Wälzkreise (5,13) zum Zwecke der Mini- te Zylinderrollen als Zahnköpfe des Außenläufers. Im

mierung des Gleitreibungsanteils je zweimal über- 35 Zusammenwirken mit der resultierenden Wälzkontur

schneiden. beim Innenläufer bilden sich als Folge hier Arbeitskam-

3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, mern, welche das Kleipstvolumen Null bei weitem nicht dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderrollen (6) erreichen, verbunden mit den oben genannten graviedes Innenläufers (1) mit Pressung an den Zahnlücken renden Nachteilen.

(12) und Übergangsbögen (14) des Außenläufers (10) 40 Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht

abrollen. nun darin, eine Drehkolbenmaschine der im Oberbegriff

4. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprü- des Anspruchs 1 bezeichneten Art bei verringerter Reiche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen bung hinsichtlich der Arbeitskammerabdichtung derart den Übergangsbögen (9) des Innenläufers (1) und zu verbessern, daß das minimale Volumen der Arbeitsden Übergangsbögen (14) des Außenläufers (10) ei- 45 kammern zu Null wird.

ne gemischte Wälz- und Gleitbewegung gegenein- Hierzu wird vorgeschlagen, daß die die Zahnköpfe

ander unter Pressung erfolgt des Innenläufers bildenden Zylinderrolle auf fest mit

5. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprü- dem Innenläufer verbundenen Achsen wälzgelagert ehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen- sind und daß zwischen den Zahnlücken des Außenläuläufer (10) aus einem äußeren metallischen Stützring 50 fers und zwischen den Zylinderrollen des Innenläufers ( und einem darin eingeformten Kunststoffring liegende Übergangsbögen der Verzahnung sich durch

aufgebaut ist. gegenseitiges Abwälzen der Läufer ergeben. Auf diese

Weise ist es möglich, im Muldengrund zwischen Zylin-

derrolle und Innenläufer ein enges, jedoch reibungs-

55 und verschleißfreies Laufspiel mit guter Flächendich-

tung exakt einzuhalten.

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine nach Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausfüh-

dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei derartigen rungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden

Drehkolbenmaschinen werden zwischen den im Eingriff Zeichnungen zeigt

miteinander stehenden Verzahnungen des innenver- 60 A b b. 1 einen Achsschnitt entlang der Linie C-D der

zahnten Außenläufers und des darin exzentrisch ange- A b b. 2 und

ordneten außenverzahnten Innenläufers einzelne Ar- A b b. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-B der

beitskammern gebildet, welche bei gleichsinniger Dre- Abb.l.

hung der beiden Läufer sich erweitern und wieder ver- Der Innenläufer 1 ist auf der Antriebswelle 2 mittels kleinern, so daß diese für das Verdichten oder Entspan- 65 Paßfeder und Klemmschraube dreh- und achsfest Πnen des zu fördernden gasförmigen Mediums, z. B. eines xiert. Er trägt die drei Achsen 3, welche in den beiden Kältemittels, genutzt werden können. Seitenscheiben 4 exakt geführt und mit ihren M itteln auf Speziell in der Anwendung auf das Verdichten gasför- dem Wälzkreis 5 des Innenläufers angeordnet sind. Die