DE3317696C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdrängermaschine für kompressible Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Verdrängermaschine ist aus der DE-OS 31 41 525 bekannt. 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 andere, einen Auslaßstutzen aufweisende Seite gefördert werden muß, wodurch infolge der Drosselung ein Druckabfall entsteht.

Dieser, wenn auch relativ geringe Axialschub auf den Läufer der Verdränger­ maschine führt jedoch dazu, daß entweder die axial verschiebbaren, feder­ belasteten Dichtungen überbeansprucht werden, oder aber dazu, daß eine zu­ sätzliche Axiallagerung der Läuferscheibe bzw. der mit der Läuferscheibe starr verbundenen Antriebswelle vorgesehen werden muß. Prinzipiell ist es sowohl aus der US-PS 41 92 152, als auch aus der EP 65 261 bekannt, in axi­ aler Richtung starr und unverschiebbar gehaltene Dichtelemente vorzusehen. In diesen Fällen ist jedoch ein Ausgleich von Einbautoleranzen und Wärme­ dehnungen nicht möglich.

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.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß wird also eines der Dichtelemente, und zwar eines auf der Seite, an der der Läufer infolge des Axialschubes am Gehäu­ se zur Anlage kommt, als in axialer Richtung starr und unverschieb­ bar ausgebildet, so daß es, insbesondere wenn es mit einer Gleit­ lager-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 Dicht­ elemente hinsichtlich ihres Federweges besser und genauer ausgelegt werden können. Da das Lagerdichtelement einen offenen, spiralförmigen Ring darstellt, der sich im allgemeinen über mehr als 360° des Läu­ ferumfanges 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 Be­ lastung gering bleibt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann da­ bei 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. Läuferausnehmung gehal­ tenen Stahlblecheinlage bestehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge­ stellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in teils schematischer Darstellungsweise in

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch den Läufer und das Gehäuse einer Verdrängermaschine und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement.

In der Zeichnung ist mit 1 insgesamt eine Verdrängermaschine be­ zeichnet, die ein zweiteiliges Gehäuse 2a, 2b aufweist, in dem je­ weils zwei in Form spiralförmiger Schlitze 9, 10 bzw. 11, 12 aus­ gebildete Verdrängerkammern angeordnet sind. Weiter ist ein schei­ benförmiger 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 Läu­ fers eine durch die Exzentrizität der Exzenteranordnung bestimmte Kreisbewegung ausführt.

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 Spiralform auf, deren Krüm­ mung gegenüber derjenigen der Verdrängerkammern so bemessen ist, daß jeder Verdrängerkörper die radial inneren und äußeren Umfangs­ wände der zugeordneten Verdrängerkammer an jeweils mindestens ei­ ner beim Betrieb kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie nahe­ zu berührt.

Eine derartige Verdrängermaschine kann als Kompres­ sor zur weitgehend pulsationsfreien Förderung 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 her­ angezogen werden.

Während des Betriebs eines solchen Kompressors werden entlang der spiralförmig im Gehäuse angeordneten Verdrängerkammer zwischen dem ebenfalls spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper und den bei­ den Umfangswänden der Verdrängerkammer mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich von dem Einlaß durch die Ver­ drängerkammer hindurch zum Auslaß hin bewegen, wobei ihr Volumen ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementspre­ chend erhöht wird.

In der vorliegenden Zeichnung ist mit 13 ein radial äußerer Ein­ laßraum bezeichnet, der auf hier nicht weiter gezeigte Weise mit den Einlaßöffnungen der beiden, in jeder Gehäusehälfte 2a, 2b an­ geordneten spiralförmigen Verdrängerkammern 9, 10 bzw. 11, 12 ver­ bunden ist. Am radial inneren Ende der spiralförmigen Verdränger­ kammern sind diese auf hier ebenfalls nicht gezeigte Weise mit Aus­ laßräumen 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 Auslaßsammel­ raum 14b angesammelte Druckmittel in Richtung des Pfeiles durch den Durchbruch 15 in den Auslaßsammelraum 14a und von dort in den Auslaßstutzen strömt.

Zur Abdichtung der zwischen dem feststehenden Gehäuse 2a, 2b und der exzentrisch angetriebenen Läuferscheibe 3 bzw. den Verdränger­ körpern 5 bis 8 gebildeten axialen Dichtspalte sind Dichtelemente vorgesehen, die in einem der Bauteile gehalten und mit Dichtflächen an dem anderen Bauteil zur gasdichten Abdichtung zusammenwirken. Diese Dichtungen bestehen, wie im Fall der Dichtungen 18 und 20, aus spiralförmig ausgebildeten Dichtleisten, die in spiralförmigen Nu­ ten an den Verdrängerkörpern 6 bis 8 bzw. an den Stirnflächen der an der Läuferscheibe 3 zur Anlage kormenden Gehäusewände gehal­ ten sind, wobei im Grund der Nuten federnd elastische Mittel, bei­ spielsweise Federn oder auch gummielastische Ringe, vorgesehen sind. Diese federnd elastischen Mittel drücken die Dichtleisten elastisch nachgiebig an die jeweils an dem anderen Bauteil angeordneten Dicht­ flächen. Diese Dichtflächen können gegebenenfalls durch an dem je­ weiligen Bauteil aufgelegte oder auch dort durch Kleben oder der­ gleichen befestigte Blecheinlagen gebildet sein, wie dies in der Zeichnung durch die Einlagen 19 und 21 am Grund der Verdrängerkam­ mern 10 bis 12 bzw. auf der Läuferscheibe 3 zwischen den Verdränger­ körpern 5 bis 8 angedeutet ist.

Erfindungsgemäß ist nun eines der Dichtelemente, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel das Dichtelement 16 an der Stirn­ seite des Verdrängerkörpers 5, nicht elastisch nachgiebig, son­ dern 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 bestehen, das mit einer im Grund der Verdrängerkammer 9 angeordneten Stahlblech­ einlage 17 zusammenwirkt. Möglicherweise wären aber auch andere Gleitlagermaterialpaarungen für die Dichtelemente 16 und 17 ein­ setzbar.

Dieses axial unnachgiebige Dichtelement 16 ist nun auf der Seite der Läuferscheibe 3 angeordnet, auf der diese durch den sich auf­ grund unterschiedlicher Drücke des Arbeitsmittels ausbildenden Axialschub gegen das Gehäuse 2a gedrückt wird. Diese unterschied­ lichen 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 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 gezeig­ ten Auslaßstutzen aufweist.

Um eine Überbeanspruchung der federnd elastisch nachgiebigen Dicht­ elemente 18 bzw. 20 zu vermeiden, ist nun das als Axiallager wir­ kende feststehende Dichtelement 16 vorgesehen, das aufgrund seiner Spiralform auf einem mehr als 360° ausmachenden Umfangsbereich eine definierte Anlage des Verdrängerkörpers 5 an dem Gehäuse 2a sicher­ stellt und damit eine eindeutige Fixierung des Läufers 3 im Gehäu­ se 2a, 2b bewirkt. Diese durch die Zusammenwirkung des Axialschubes und des feststehenden, als Axialgleitlager wirkenden Dichtelemen­ tes 16 hervorgerufene axiale Fixierung des Läufers 3 bewirkt anderer­ seits, daß die an den übrigen Dichtstellen vorgesehenen elastisch nachgiebigen Dichtelemente 18 und 20 hinsichtlich ihres axialen Verstellweges genauer und gleichmäßiger eingestellt werden kön­ nen, so daß eine höhere Lebensdauer der Dichtelemente unter sicherer Vermeidung von Überbeanspruchungen erreicht wird.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß diese feststehende Dicht­ leiste entweder an dem Läufer oder auch an dem Gehäuse ange­ bracht sein kann. Wesentlich ist jedoch, daß nur eines der Dicht­ elemente als feststehendes Axialgleitlager ausgebildet ist, um eine Überbestirmung der Axialfixierung des Läufers zu vermeiden.

Claims (3)

1. Verdrängermaschine für kompressible Medien mit wenigstens ei­ ner in einem feststehenden Gehäuse angeordneten, nach Art ei­ nes spiralförmig verlaufenden Schlitzes ausgebildeten Verdrän­ gerkammer und mit einem jeder Verdrängerkammer zugeordneten und in diese eingreifenden, ebenfalls spiralförmig ausgebildeten, leisten- oder zungenartigen Verdrängerkörper, der auf einem ge­ genüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer gehalten ist, wobei der Läufer durch in dem Arbeitsmit­ tel auftretende Druckdifferenzen in axialer Richtung zur Anlage einer Seite des Läufers an dem Gehäuse belastet wird, und wobei zur Abdichtung der zwischen dem feststehenden Gehäuse und dem umlaufenden Läufer gebildeten axialen Spalte leisten- oder band­ förmige Dichtelemente vorgesehen sind, die an der Stirnseite des einen Bauteils verschiebbar gehalten und durch federnd elastische Mittel gegen eine an der Stirnseite des anderen Bau­ teils angeordnete Dichtfläche gepreßt sind, dadurch gekennzeich­ net, daß eines der Dichtelemente (16, 18, 20) auf der an dem Gehäuse (2a, 2b) zur Anlage kormenden Seite des Läufers (3) in axialer Richtung starr und unverschiebbar gehalten ist.

2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das unverschiebbar gehaltene Dichtelement (16) und die mit diesem zusammenwirkende Dichtfläche (17) eine Gleitlager-Material- Paarung vorgesehen ist.

3. Verdrängermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das unver­ schiebbar gehaltene Dichtelement (16) aus einer in einer Nut (22) des Läufers (3, 5) oder des Gehäuses (2a, 2b) gehaltenen spiralförmigen Leiste (16) aus einem ölgetränkten Graugußmaterial und die mit diesem zusammen­ wirkende Dichtfläche aus einer in der Gehäuse- bzw. Läuferausnehmung (9) gehaltenen Stahlblecheinlage (17) besteht.