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B e 5 c h r e i b u n g der Erfindung: ,|Verbesserte Planflächendichtigkeit
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mittels Druckkompensation bei Rotationskolbenmaschinen" Die Erfindung
bezieht sich auf alle Arten von Rotationskolbenmaschinen einschliesslich Zahnradpumpen
mit dem Ziel, ihre inneren Rückströmverluste aufgrund der Undichtigkeiten an den
Planflächen wesentlich zu verringern.
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Es ist allgemein bekannt, dass der entscheidende Rückström- (innerer
Leck-) -Verlust bei allen derartigen Maschinen nicht so sehr an den radialen Berührungsstellen
der bewegten Teile, sondern vielmehr an den stirnseitigen Planabdichtungen zu suchen
ist. Die Ursache hierfür liegt begründet in der elastischen Durchwölbung der Flanschteile
nach aussen hin unter der inneren Druckbelastung durch das Fördermedium, so dass
die ursprünglich plan gearbeiteten Dichtflächen sich im Betrieb zu einer Hohifläche
elastisch oder sogar plastisch verformen. Das konstruktiv vorgegebene ursprüngliche
Laufspiel zwischen Laufrädern und Planfläche wird damit im Betrieb auf ein Vielfaches
aufgeweitet. Der Rückströmverlust des Fördermediums vervielfacht sich dann bekanntlich
mit der zweiten bis dritten Potenz der Spaltaufweitung.
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Diese Rückströmverluste konnten bisher nur in erträglichen Grenzen
gehalten werden z.B. durch sehr kräftig dimensionierte bezw. verrippte Flanschteile.
Elastische Durchwölbungen bleiben jedoch auch damit unvermeidlich, denn es gibt
keine starren Körper! Bei Rotationskolbenmaschinen mit äusserem Kämmeingriff können
zwar die gegenüberliegenden Flanschteile durch zusätzliche Zuganker zusammengezogen
werden. Dieses lässt sich jedoch nur in dem kleinen nicht von den Rotationskolben
bestrichenen Bereich anwenden. Bei innerem Kämmeingriff findet sich kein freier
Raum dafür! Schliesslich wurde vorgeschlagen, Dichtleisten in die Stirnseiten der
Rotationskolben einzulassen, welche bei Spaltaufweitung hervortreten und so zur
besseren Planabdichtung beitragen. Diese Abdichtungsverbesserung bleibt jedoch auf
bevorzugte Eingriffspositionen beschränkt und versagt daher mehr oder weniger im
restlichen Eingriffsbereich.
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Die vorliegende Erfindung schlägt nun vor, die beiden gegenüberliegenden
Flanschteile je als Doppelfianech auszubilden, wobei ein Hohlraum innerhalb des
Doppelflansches in einer direkten Verbindung zur Druckseite der Maschine steht.
Dieser so entstehende Druckpuffer kompensiert die inneren Druckkräfte im Förderraum,
so dass der innere Teil des Doppelflansches seine Planizität weitestgehend beibehält
und nur der aussere Flanschteil sich durchwölben kann. Bei entsprechender radialer
Ausdehnung dieses Druckpuffers kann sogar ein zusätzlicher Anpress-Effekt der inneren
Flanschhälfte gegen die Laufräder hervorgerufen werden.
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Die Erfindung soll nun beispielsweise erläutert werden an einem Gasverdichter
mit innerem Kämmeingriff der beiden Rotationskolben anhand der folgenden Bilddarstellungen:
Abb. 1 zeigt einen Achsschnitt durch die Maschine entsprechend der Schnittlinie
C - D in Abb. 2.
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Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Maschine entsprechend der
Schnittlinie h- B in Abb. 1.
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Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch die Maschine entsprechend der Schnittführung
E-F-G-H in Abb. 2.
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Abb. 4 zeigt eine Ansicht auf die Innenfläche des äusseren Flanschteils
mit der Blickrichtung L-M in Abb. 1.
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Abb. 5 zeigt einen Achsschnitt durch die Maschine entsprechend Abb.
1, jedoch mit einer modifizierten Ausführung des äusseren Flanschteils.
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Abb. 6 zeigt eine Ansicht auf die Innenfläche dieses modifizierten
Flanschteils mit der Blickrichtung N-O in Abb. 5.
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Das Gehäuseteil 1 ist beidseitig durch die Doppelflansche 2a+ 2b sowie
3a+3b abgeschlossen. Im Inneren dieses Gehäuses sind der innenverzahnte Aussenläufer
4 sowie der aussenverzahnte Innenläufer 5 exzentrisch zueinander angeordnet. Der
Freiraum zwischen beiden Läufern ist durch den gegenseitigen Zahneingriff in die
Kammern 6, 7, 8, 9 unterteilt (s. Abb. 2).
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Bei Antrieb des Innenläufers über die Welle 10 im Uhrzeigersinn (Abb.
2) wird der Aussenläufer über den Zahneingriff in der gleichen Drehrichtung mitgeschleppt,
wobei seine radiale Lage exakt fixiert bleibt durch vier Eingriffspunkte mit dem
Innenläufer sowie durch die beiden Gleitsteine 11 und 12 am Gehäuse.
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Durch die Drehung beider Läufer vergrössern sich die beiden Kammern
6
und 7 und saugen über die <;augleitungen 13 und 14 das Fördermedium
an, wohingegen die beiden kammern 8 und 9 sich verkleinern und das darin eingescillossene
tördermedium verdichten bezw. dieses zur Druckleibun-, 15 beziehungsweise 16 hin
ausschieben.
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In der dargestellten Eingriffsposition und Drehrichtung nach Abb.
2 stehen die Kammern 6 und 7 unter Ansaugdruck, die Kammer 8 unter einem Zwischendruck
und Kammer 9 unter dem Enddruck. Als kritische Stellen eines planseitigen Rückströmverlustes
erkennt man die Zahneingriffspunkte 17 zwischen Kammer 7 und 8 sowie 18 zwischen
Kammer 8 und 9, sobald die Planfläche der Flansche sich unter den Druckbelastungen
in Kammer 8 und 9 von den beiden Läufern auch nur geringfügig abhebt.
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Dieses Abheben wird nun gemäss der Erfindung dadurch verhindert, dass
je ein D r u c k p u f f e r 19 bezw. 20 zwischen Doppelflansch 2a+2b bezw.
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zwischen 3a+ 3b in direkter Verbindung steht zur Druckleitung 15 bezw.
16.
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Im 3ereich der Kammer 8 könnte sogar eine Überkompensation dadurch
eintreten, als ja der darin herrschende Zwischendruck stets geringer ist, als der
im Druckpuffer wirksame Enddruck. Jedoch durch entsprechendes Verkleinern der radialen
Ausdehnung des Druckpuffers in diesem Bereich kann und muss eine optimale Anpassung
erfolgen an den Mittelwert der je nach mingriffslage unterschiedlichen Kammergrösse
und ihren wechselnden Druckzustand. - Der grössere 3ereich des Saugdruckes hinter
den Kammern 6 und 7 sollte durch eine Planauflage der beiden Doppelflanschhälften
aufeinander sowie zu3ätz'iches Werschrauben und (oder) Verkleben derselben vom 3ruckpufferbereich
ganz aus ges art bleiben, um ein zu starkes Anpressen der Planflächen gegen die
Läufer und damit Reibung und Verscnleiss zu vermeiden.
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In anbetracht der zahlreichen Yerschraubungen zwischen innerem und
äusserem Flanschteil ganz besonders im innersten PTabenbere ch könnte vielleicht
zurecht der Einwand erheben werden, dass ja mit der Durchwölbung des äusseren Flanschteils
zwangsläufig auch der innere Flanschteil mit durchgewölbt und somit von seiner Planauflage
abgehoben werden müsste.
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Um dieser Gefahr zu begegnen, zeigen Abb. 5 und 6 eine modifizierte
Ausführung der Erfindung, bei welcher die beiden Flanschteile (3a+3b) ausser am
äusseren Schraubenkranz sonst an keiner weiteren Stelle miteinander verschraubt
sind. Der Bereich des Druckpuffers (20) ist ringsum durch eine endlose Formdichtung
21 gegen Leckverluste nach aussen hin abgedichtet.
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7r besseren Fixierung dieser Dichtung trägt der innere Flanschteil
(3a)
einen flachen Sockel 22 von entsprechender Gegenform. Die beiden
i?lanschteile liegen nur im Bereich des äusseren Schraubenkranzes plan aufeinander
auf und berühren sich sonst an keiner weiteren Stelle mehr, d.h. der innere Flanschteil
erhält die volle Freiheit, sich der Durchwölbung des äusseren Flanschteils zu entziehen.
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Die Saugleitungen 13, 14 müssen hierbei folgerichtig mit dem inneren
Flanschteil und n i c h t mit dem äusseren Flanschteil verschraubt werden.
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Anstelle einer Formdichtung könnte ebensogut eine elastische Membranverbindung
zwischen beiden Flanschen den Druckpuffer nach aussen hin wirksam abdichten, ohne
die Freiheit des inneren Flanschteils einzuschränken.
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Nicht unerwähnt bleiben sollte noch, dass die Planizität des inneren
Flanschteils beeinflusat d.h. korrigiert werden kann mit der Ausgestaltung unterschiedlicher
Wanddicken in seinen verschiedenen Bereichen.
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Die optimale Lage und Ausdehnung des Druckpuffers kann für eine mittlere
Eingriffsstellung und Druckzustand angenähert errechnet werden. Zuverlässiger ist
es jedoch, die endgültige Formgebung, den eventuellen Ort von Verschraubungen sowie
die Wanddickengestaltung zu ermitteln anhand des Terschleissbildes auf der Planfläche
sowie anhand von messungen des Liefergrades und des Reibungsmomentes bei diversen
Prüfszindsiaufen.
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Dieses muss selbstverständlich für jeden Typ einer RotationsKolbenmaschine
ganz individuell durchgeführt werden und es lassen sich keine weiteren allgemeingültigen
Regeln dafür aufstellen.
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