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Verdrängermaschine für kompressible Medien
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Bie Erfindung bezieht sich auf eine Verdrängermaschine für kompres
sible Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Verdrängermaschine ist beispielsweise aus der DE-OS
31 41 525 bekannt geworden. Bei dieser Maschine werden die in axialer Richtung verbleibenden
Spalte zwischen dem umlaufenden Läufer und dem feststehenden Gehäuse auch schon
durch axiale Dichtelemente abgedichtet. Nun hat sich jedoch gezeigt, daß bei einer
derartigen Maschine, bedingt durch Druckdifferenzen im Arbeitsmittel, ein Axialschub
auf den Läufer ausgeübt wird, der dazu führt, daß dieser mit einer Stirnseite gegen
das feststehende Gehäuse gedrückt wird. Diese Druckdifferenz im Arbeitsmittel kann
dabei schon dadurch entstehen, daß das Arbeitsmittel im Bereich des radial inneren
Auslaßraums von der einen Seite der Läuferscheibe durch in dieser angebrachte Ausnehmungen
auf die anD der, einen Auslaßstutzen aufweisende Seite gefördert werden muß, wodurch
infolge der Drosselung ein Druckabfall entsteht.
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Dieser, wenn auch relativ geringe Axialschub auf den Läuf er der Verdrängermaschine
fürht jedoch dazu, daß entweder die axial verschiebbaren, federbelasteten Dichtungen
überbeansprucht werden, oder aber dazu, daß eine zusätzliche Axiallagerung der Iläuferscheibe
bzw. der mit der Läuferscheibe starr verbundenen Antriebswelle vorgesehen werden
muß.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, die
geschilderten Nachteile zu vermeiden und darüberhinaus eine in axialer Richtung
eindeutig fixierte Lage des Läufers in dem Gehäuse zu erreichen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1.
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Erfindungsgemäß wird also eines der Dichtelemente, und zwar eines
auf der Seite, an der der Läufer infolge des Axialschubes am Gehäuse zur Anlage
kommt, als in axialer Richtung starr und unverschiebbar ausgebildet, so daß es,
insbesondere wenn es mit einer Gleitlager-Material-Paarung versehen ist, neben seiner
Dichtfunktion auch eine Axiallagerfunktion ausübt. Dabei wird der Axialschub ausgenutzt,
um eine eindeutige axiale Fixierung des Läufers in dem Gehäuse zu erreichen, so
daß auch die übrigen, elastisch nachgiebigen Dichtelemente hinsichtlich ihres Federweges
besser und genauer ausgelegt werden können. Da das Lagerdichtelement einen offenen,
spiralförmigen Ring darstellt, der sich im allgemeinen über mehr als 3600 des Läuferumfanges
erstreckt, ergibt sich eine günstige axiale Fixierung des Läufers ohne die Gefahr
der Verkantung. Die in Kontakt miteinander befindlichen Flächen sind dabei so bemessen,
daß die spezifische Belastung gering bleibt.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann dabei
das Dichtelement aus einer in einer Nut des Läufers oder auch des Gehäuses gehaltenen
spiralförmigen Leiste aus einem ölgetränkten Grauguß- oder auch Bronzematerial und
die mit diesem zusammenwirkende Dichtfläche aus einer in der Gehäuse- bzw Läuferauenehmung
gehaltenen Stahlblecheinlage bestehen.
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In der Zeichnung ist ein Aus führungsbei spiel der Erfindung dargestellt,
das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in teils schematischer
Darstellungsweise in Figur 1 einen teilweisen Längsschnitt durch den Läufer und
das Gehäuse einer Verdrängermaschine und
Figur 2 einen vergrößerten
Ausschnitt aus der asz Figur 1 mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement.
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In der Zeichnung ist mit 1 insgesamt eine Verdrängermaschine bezeichnet,
die ein zweiteiliges Gehäuse 2a, 2b aufweist, in dem jeweils zwei in Form spiralförmiger
Schlitze 9, 10 bzw 91, 12 ausgebildete Verdrängerkammern angeordnet sind Weiter
ist ein scheibenförmiger Läufer 3 vorgesehen, der mit einer Nabe 4 auf einer hier
nicht weiter gezeigten Exzenteranordnung einer Antriebswelle so gehalten ist, daß
während des Betriebes jeder Punkt des Läufers eine durch die Exzentrizität der Exzenteranordnung
bestimmte Kreisbewegung ausführt.
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An der Läuferscheibe 3 sind auf beiden Seiten jeweils zwei leisten-oder
zungenartige Verdrängerkörper 5, 6 bzw 7, 8 angeordnet, die in die Verdrängerkammern
9 bis 12 hineinragen Dabei weisen die Verdrängerkörper 5 bis 8 ebenfalls eine Spiralforn
auf, deren Krümmung gegenüber derjenigen der Verdrängerkammern so bemessen ist,
daß jeder Verdrängerkörper die radial inneren und äußeren Umfangs wände der zugeordneten
Verdrängerkammer an jeweils mindestens einer beim Betrieb kontinuierlich fortschreitenden
Dichtungslinie nahezu berührt.
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Im prinzip ist eine derartige Verdrängermaschine beispielsweise in
der DE-OS 26 03 462 beschrieben und kann vorzugsweise als Kompressor zur weitgehend
pulsationsfreien-iörderung eines beispielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch
bestehenden gasförmigen Arbeitsmittels verwendet werden Insbesondere kann eine derartige
Maschine mit Vorteil für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen herangezogen werden.
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Während des Betriebs eines solchen Kompressors werden entlang der
spiralförmig im Gehäuse angeordneten Verdrängerkammer zwischen dem ebenfalls spiralförmig
ausgebildeten Verdrängerkörper und den beiden Umfangswänden der Verdrängerkammer
mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich von dem Einlaß
durch die Verdrängerkammer hindurch zum Auslaß hin bewegen, wobei ihr Volumen
ständig
verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementsprechend erhöht wird.
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In der vorliegenden Zeichnung ist mit 13 ein radial äußerer Einlaßraum
bezeichnet, der auf hier nicht weiter gezeigte Weise mit den Einlaßöffnungen der
beiden, in jeder Gehäusehälfte 2a, 2b angeordneten spiralförmigen Verdrängerkammern
9, 10 bzw. 11, 12 verbunden ist. Am radial inneren Ende der spiralförmigen Verdrängerkammern
sind diese auf hier ebenfalls nicht gezeigte Weise mit Auslaßräumen 14a bzw. 14b
verbunden, die über in der Läuferscheibe 3 angeordnete Durchbrüche 15 miteinander
in Verbindung stehen. Der Auslaßraum 14a ist dann mit einem Auslaßstutzen zur Abführung
des gasförmigen Arbeitsmittels versehen, so daß das in dem Auslaßsammelraum 14b
angesammelte Druckmittel in Richtung des Pfeiles durch den Durchbruch 15 in den
Auslaßsammelraum 14a und von dort in den Auslaßstutzen strömt.
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Zur Abdichtung der zwischen dem feststehenden Gehäuse 2a, 2b und der
exzentrisch angetriebenen Läuferscheibe 3 bzw. den Verdrängerkörpern 5 bis 8 gebildeten
axialen Dicht spalte sind Dichtelemente vorgesehen, die in einem der Bauteile gehalten
und mit Dichtflächen an dem anderen Bauteil zur gasdichten Abdichtung zusammenwirken.
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Diese Dichtungen bestehen, wie im Fall der Dichtungen 18 und 20, aus
spiralförmig ausgebildeten Dichtleisten, die in spiralförmigen Nuten an den Verdrängerkörpern
6 bis 8 bzw. an den Stirnflächen der an der Läuferscheibe 3 zur Anlage kommenden
Gehäusewände gehalten sind, wobei im Grund der Nuten federnd elastische Mittel,
beispielsweise Federn oder auch gummielastische Ringe, vorgesehen sind.
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Diese federnd elastischen Mittel drücken die Dichtleisten elastisch
nachgiebig an die jeweils an dem anderen Bauteil angeordneten Dichtflächen. Diese
Dichtflächen können gegebenenfalls durch an dem jeweiligen Bauteil aufgelegte oder
auch dort durch Kleben oder dergleichen befestigte Blecheinlagen gebildet sein,
wie dies in der Zeichnung durch die Einlagen 19 und 21 am Grund der Verdrängerkammern
10 bis 12 bzw. auf der Läuferscheibe 3 zwischen den Verdrängerkörpern 5 bis 8 angedeutet
ist.
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Erfindungsgemäß ist nun eines der Dichtelemente, in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel das Dichtelement 16 an der Stirnseite des Verdrängerkörpers
5, nicht elastisch nachgiebig, sondern axial unverschiebbar in einer Nut 22 gehalten
und soll nach Art eines Axialgleitlagers eine axiale Fixierung der gesamten Läuferscheibe
3 und der daran angebrachten Verdrängerkörper 5 bis 8 bewirken. Dabei kann diese
Dichtleiste 16 vorzugsweise aus einem getränkten Grauguß- oder Bronzematerial bestehen9
das mit einer im Grund der Verdrängerkammer 9 angeordneten Stahlblecheinlage 17
zusammenwirkt. Möglicherweise wären aber auch andere Gleitlagermaterialpaarungen
für die Dichtelemente 16 und 17 einsetzbar.
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Dieses axial unnachgiebige Dichtelement 16 ist nun auf der Seite der
Läuferscheibe 3 angeordnet, auf der diese durch den sich aufgrund unterschiedlicher
Drücke des Arbeitsmittels ausbildenden Axialschub gegen das Gehäuse 2a gedrückt
wird. Diese unterschiedlichen Drücke des Arbeitsmittels ergeben sich dabei dadurch,
daß auf dem Weg des Arbeitsmittels von dem Auslaßsammelraum 14b zu dem.direkt in
den Auslaßstutzen führenden Auslaßsammelraum 14a eine Drosselung in dem Verbindungsdurchbruch
15 stattfindet, der E einen Druckabfall bewirkt Dieser, wenn auch geringe Druckabfall
erzeugt aber einen Axialschub auf den Läufer 3, der diesen ständig an die Seite
des Gehäuseteils @ drückt, das den hier nicht weiter gezeigt ten Auslaßstutzen aufweist.
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Um eine ttberbeanspruchung der federnd elastisch nachgiebigen Dichtelemente
18 bzw. 20 zu vermeiden, ist nun das als Axiallager wirkende feststehende Dichtelement
16 vorgesehen, das aufgrund seiner Spiralform auf einem mehr als 3600 ausmachenden
Umfangsbereich einem definierte Anlage des Verdrängerkörpers 5 an dem Gehäuse 2a
sicherstellt und damit eine eindeutige Fixierung des Läufers 3 im Gehäuse se 2a,
2b bewirkt. Diese durch die Zusammenwirkung des ixialschubes und des feststehenden,
als Axialgleitlager wirkenden Dichtelementes 16 hervorgerufene axiale Fixierung
des Läufers 3 bewirkt anderen seits9 daß die an den übrigen Dichtstellen vorgesehenen
elastisch
nachgiebigen Dichtelemente 18 und 20 hinsichtlich ihres
axialen Verstellweges genauer und gleichmäßiger eingestellt werden könneun, so daß
eine höhere Lebensdauer der Dichtelemente unter sicherer Vermeidung von Überbeanspruchungen
erreicht wird.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß diese feststehende Dichtleiste
entweder an dem Läufer oder auch an dem Gehäuse angebracht sein kann. Wesentlich
ist jedoch, daß nur eines der Dichtelemente als feststehendes Axialgleitlager ausgebildet
ist, um eine Überbestimmung der Axialfixierung des Läufers zu vermeiden.