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Aussenachsiges Rotationskolbengebläse
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Die Erfindung betrifft ein aussenachsiges Rotationskolbengebläse mit
einem aus zwei sich überschneidenden zylindrischen Mantellaufbahnen und zwei Seitenwänden
gebildeten Gehäuse, dessen Seitenwände konzentrisch zu den beiden Mantellaufbahnen
von sich im Gegensinn mit gleicher Geschwindigkeit umlaufenden Wellen durchsetzt
sind, auf denen je ein in sich symmetrischer und mit dem anderen Kolben gleicher
zweiflüglicher Kolben angeordnet ist, der an seinen Flügeln an der Mantellaufbahn
anlaufende äußere Anlaufflächen und zwischen den Flügeln zylindrische an den äußeren
Anlaufflächen des Gegenkolbens anlaufende innere Anlaufflächen aufweist sowie die
Flanken der Flügel bildende übergangsflächen zwischen den inneren und den äußeren
Anlaufflächen, die mit den Übergangsflächen des Gegenkolbens in kämmenden Eingriff
kommen.
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Derartige Gebläse bilden anders als der systematisch an sich gleichzustellende
Roots-Typ gegenüber der Mantellaufbahn lange Flächendichtungen und sie vermeiden
sich im Abrollen verengende Keilspalte beim Eingriff der Kolben untereinander, die
zu Quetschströmungen und erheblichen Antriebswiderständen führen.
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In O-PS 26 70 92 und in DE-OS 25 34 422 sind derartige Rotationskolbenmaschinen
beschrieben, wobei es für den vorliegenden Zusammenhang ohne Bedeutung ist, daß
eine Mehrstufigkeit vorgeschlagen wird. In beiden Veröffentlichungen wird die Kontur
der Übergangs flächen im radialen Schnitt von der Kante der äußeren Anlauffläche
des einen Kolbens am anderen Kolben in einer Epizykloide beschrieben, wodurch eine
vollkommene Abdichtung erzielt werden soll. Damit werden aber vor und hinter den
von Anlauf- und Übergangsflächen erzeugten Kanten sich verdichtende Gaseinschlüsse
gebildet.
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Die für deren Verdichtung notwendige Energie erhöht erheblich den
Leistungsbedarf für den Antrieb einer solchen Maschine, der nicht durch Rückexpansion
zurückgewonnen werden kann, da diese Einschlüsse sich beim Weiterdrehen wieder öffnen.
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Es ergeben sich dabei jedoch zudem beim Schließen und öffnen dieser
Einschlußräume erhebliche Energien verbrauchende Quetschströmungen.
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Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung von solchen sich verdichtenden
Gaseinschlüssen und von Quetschströmungen beim Eingriff der Übergangs flächen untereinander
bei den eingangs genannten Maschinen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Gebläse weist im Gegensatz zu bekannten Gebläsen
mit zweiflüglichen Kolben einen erheblich geringeren Leistungsbedarf auf, da Verdichtungen
eingeschlossener Arbeitsgase beim Kämmen der Kolben sowie Quetschströmungen vermieden
werden. Aus dem gleichen Grund wird auch eine Verminderung der bei solchen Gebläsen
sonst sehr nachteiligen Geräuschbildung erreicht.
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Aus Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnungen beschrieben. Diese Zeichnungen zeigen in Fig. 1 bis 5 verschiedene aufeinanderfolgende
schematische Stellungsbilder des erfindungsgemäßen Gebläses im Radialschnitt;
Zu
Fig. 1: In dem schematischen Radialscnnitt durch ein erfindungsgemäßes Gebläse ist
das Gehäuse mit 1 bezeichnet, dessen Mantellaufbahn mit 2 und dessen in Draufsicht
gesehene eine Seitenwand mit 3.
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Ferner sind die das Gehäuse senkrecht zu den Seitenwänden durchsetzenden
Wellen bei 4 und 5 gezeigt, auf denen untereinander gleiche und in sich symmetrische
Kolben 5 und 7 im Gegensinn umlaufen. Im Bereich der Überschneidungen der Mantellaufbahn
sind eine Einlaßöffnung 8 und eine Auslaßöffnung 9 für das Arbeitsgas vorgesehen.
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Jeder Kolben 6 und 7 weist zwischen seinen Flügeln 10 und 11 die inneren
Anlauf flächen 12 und 13 auf, die sich im radialen Schnitt über einen Teilkreis
von 900 erstrecken. Sie gehen zur Tangente dieses Teilkreises senkrecht in innere
Übergangsflächen 14, 15, 16, 17 über. Diese Übergangsflächen 14, 15, 16, 17 sind
in einem Winkel von 1200 nach innen, d. h. zur Längsachse 18 der Kolben in einer
kreisbogenförmigen Rundungen 19 umgebogen und verlaufen von dieser in den äußeren
Übergangsflächen 20. 21, 22, 23 bis zu deren Schnittkante mit den äußeren Anlaufflächen
24, 25, die demgemäß im radialen Schnitt einen Teilkreis von 500 beschreiben. Die
Rundung 19 ergibt sich aus
einer Epizykloide, die beim Abrollen
von der Rundung des Gegenkolbens beschrieben wird. Sie können aber zur fabrikatorischen
Vereinfachung, insbesondere im Hinblick auf den Dichtspalt, ohne daß es zu Schwierigkeiten
führt, durch die genannte Kreiskurve ersetzt werden.
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Die Radiale Erstreckung der inneren Übergangsflächen 14, 15, 16, 17
und der Beginn der Rundung 19 ergibt sich aus der Stellung der Kolben wie sie in
Fig. 4 gezeigt ist, in der die Längsachsen 18 der Kolben 6 und 7 in einem Winkel
von 450 zur langen Achse des Gehäuses 1 stehen. In dieser Lage befinden sich die
inneren Übergangsflächen 17 der beiden Kolben 6 und 7 in einer Ebene und ihre äußeren
Kanten liegen dann, von dem Dichtspalt zwischen den Kolben abgesehen, aneinander.
Andererseits ergibt sich die äußere Begrenzungskante der Abrundungen 19, also die
Lage der inneren Kanten der äußeren Übergangs flächen 20, 21, 22, 23 aus der Stellung
der Kolben die in Fig 5 gezeigt ist. In dieser Stellung kommt das von der äußeren
Übergangsfläche 12 und der äußeren Anlauffläche 25 des oberen Kolbens 6 gebildete
Eck 27 des oberen Kolbens 6 mit der inneren Anlauffläche 13
des
unteren Kolbens 7 in Eingriff. Die saubere Begrenzungskante der Abrundung 19 liegt
dann gegenüber der äußeren Begrenzungskante der Übergangsfläche 17 des unteren Kolbens
7.
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Die Rundungen 19 beider Kolben 6 und 7 rollen demnach gleitend untereinander
von der Kolbenstellung an ab, die in Fig. 3 gezeigt ist, in der das von der äußeren
Anlauffläche 24 und der äußeren Übergangsfläche 22 gebildete Eck 28 des unteren
Kolbens 7 außer Eingriff mit der inneren Anlauffläche 13 des oberen Kolbens 6 kommt.
Dieser Abrollvorgang ist der in Fig. 1 dargestellten Stellung beendet, wenn die
äußere Anlauffläche 25 des oberen Kolbens 6 mit der inneren Anlauffläche 13 des
unteren Kolbens 7 in Eingriff kommt. Das heißt, die Abdichtung zwischen beiden Kolben
6 und 7 wird von der Stellung in Fig. 2 an von der der Anlaufflächen 13 und 24 von
den Abrundungen 19 übernommen, bis die folgenden Anlaufflächen 13 und 25 wieder
in Eingriff kommen.
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Diese hier beschriebene Ausbildung der Kolbenflanken ist radialsymmetrisch
an allen vier Seiten der Flügel jedes Kolbens gleich. Die Flankenkonturen sind gegenüber
der Mantellaufbahn 2 und gegenüber dem Gegenkolben um einen geringen Betrag zurückgesetzt,
um einen berührungsfreien Lauf bei engsten Dichtspalten zu ermöglichen.
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Am radialen äußeren Ende der inneren Ubergangsflächen 14, 15, 16,
17 sind über deren ganze axiale Länge sich erstreckende Einbuchtungen 29 vorgesehen,
die das Abströmen des Arbeitsmittels erleichtern, wenn eine der inneren Ubergangsflächen
14, 15, 16, 17 einer der äußeren Ubergangsflächen 20, 21, 22, 23 gegenüberliegen.
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Bei dem beschriebenen Gebläse ergeben sich bei jeder Umdrehung der
Wellen 4 und 5 acht Durchgänge der Übergangsflächen 14, 15, 16, 17 und 20, 21, 22,
23 und zwar laufen sie, wenn man mit der Stellung in Fig. 1 beginnt aneinander in
der nachstehenden Reihenfolge ab: 17 an 23, 23 an 17, 21 an 16 und 15 an 22 sowie
in Wiederholung 14 an 20, 20 an 14, 22 an 15 und 16 an 21, wobei die jeweils zweite
Bezugsziffer die des unteren Kolbens ist. Es geht demnach hierbei zunächst der Flügel
11 des oberen Kolbens 6 an der in Stellung zu Fig. 1 rechten Seite des unteren Kolbens
7 durch, dann der Flügel 10 des oberen Kolbens 6 an der anderen Seite des Kolbens
6.
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In der Stellung in Fig. 2 nähert sich die innere Übergangsfläche 17
des oberen Kolbens 6 der äußeren Übergangsfläche 23 des unteren Kolbens 7 bis zu
einer Parallelstellung beider Flächen. Das Abströmen
des sich dann
zwischen diesen Flächen befindenden Arbeitsgases um die Rundung 19 nach der Druckseite
wird durch die Einbuchtung 29 in der Übergangsfläche 17 des oberen Kolbens verbessert.
In dieser Parallelstellung verbleibt ein relativ breiter Spalt zwischen den Kolben,
der sich bei deren Weiterdrehen in einen im dargestellten Schnitt (Fig. 3) dreieckigen
Raum erweitert und nach dem Saugraum öffnet, sobald das Kolbeneck 28 des unteren
Kolbens 7 außer Eingriff mit der inneren Anlauffläche 13 des oberen Kolbens 6 kommt
(Fig. 3). Während der dazwischenliegenden Phase des Einschlusses des Arbeitsgases
wird der es umschließende Raum demnach nicht verengt sondern erweitert. Mit Beendigung
des nachfolgenden Abrollens der an den genannten Übergangsflächen 17 und 23 anliegenden
Rundungen 19 schließt sich kurzzeitig ein weiterer im radialen Schnitt dreieckiger
Raum zwischen der äußeren Übergangsfläche 23 des oberen Kolbens 6 und der inneren
Übergangsfläche 17 des unteren Kolbens 7 bei Ineingriffkommen des Ecks 27 des oberen
Kolbens 6 mit der inneren Anlauf fläche 13 des unteren Kolbens 7, wie dies Fig.
5 zeigt. Dieser Dreiecks raum wird im Weiterdrehen nach der Saugseite wieder unter
Bildung eines relativ breiten Spaltes geöffnet, der sich im Weiterdrehen nach außen
erweitert und aus dem das Arbeitsgas durch die äußere Anlauf fläche 23 des unteren
Kolbens 7 ausgeschoben wird. Der im
Weiterdrehen folgende Durchgang
der Ubergangsflächen 21 und 15 des oberen Kolbens 6 an den Übergangsflächen 16 und
22 des unteren Kolbens 7 erfolgt spiegelbildlich zu dem vorstehend beschriebenen
Vorgang und beide Durchgänge wiederholen sich beim Durchgang der Übergangsflächen
des Flügels 10 des oberen Kolbens 6 auf der in Fig. 1 linken Seite des unteren Kolbens
7.
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Es zeigt sich somit, daß in keiner dieser Durchgangsphasen der Übergangsflächen
untereinander sich verengende Gaseinschlüsse auftreten können.
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Die Bewegung zu den Parallelstellungen der Übergangsflächen beim Eintauchen
eines Kolbenecks z. B. 28, 30 des unteren Kolbens 7 in den Raum zwischen den inneren
Übergangsflächen 17, 16 und der inneren Anlauffläche 13 des oberen Kolbens 6 erzwingt
nur kurzfristig eine glatte Strömung des Arbeitsgases und führt sofort zu einer
Erweiterung zu dem Dreiecksraum. Ebenso erfolgt beim Ausfahren des Kolbenecks sofort
eine Umwandlung des Parallelraumes in eine sich aufspreizende Raumerweiterung.
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Xezugszeichenverzeichnis 1 Gehäuse 2 Mantellaufbahn 3 Seitenwand 4,
5 Wellen 6, 7 Kolben 8 Einlaß 9 Auslaß 10, 11 Flügel zu 6 und 7 12, 13 innere Anlaufflächen
14, 15, 16, 17 innere Übergangsflächen 18 Längsachse der Kolben 19 Rundung 20, 21,
22, 23 äußere Ubergangsflächen 24, 25 äußere Anlaufflächen 26 lange Achse des Gehäuses
27 Kolbeneck zu 6 28 Kolbeneck zu 7 29 Einbuchtung 30 Kolbeneck zu 7