DE3727281A1 - Rotationskolbenkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolbenkompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und stellt eine Weiterentwicklung der Hauptpatentanmeldung P 37 16 017.6 dar.

In der Hauptpatentanmeldung sind mehrere Rotationskolbenkompressoren dieser Bauart beschrieben. In den Fig. 3 und 4 ist ein Kompressor mit einem spiralförmig verlaufenden Förderraum (bzw. Verdrängerkammern) dargestellt. Diese bereits ähnlich bekannte Bauart kann auch mit mehreren Förderräumen ausgebildet werden und ermöglicht eine kompakte Bauweise, hat jedoch folgende Nachteile:

• a) Der Kompressor arbeitet ohne innere Verdichtung. Die Verdrängerkämmern werden unmittelbar nach dem Ende des Saugvorganges, nachdem sie ihr Maximal­ volumen erreicht haben, zu dem Auslaß geöffnet. Infolgedessen wird das bereits verdichtete Medium von dem Sammelraum in die Verdrängerkammern zurückströmen und gegen den weiteren Lauf des Verdrängers wirken. Dadurch werden der Liefer- und Wirkungsgrad reduziert.
• b) Der Kompressor hat einen langen Förderraum mit einem Umfangswinkel von etwa 360 Grad, wobei sich ein ungünstig großes Verhältnis zwischen der Länge der Abdichtungskanten und dem Volumen der Verdrängerkammern ergibt, wobei größere Leckverluste entstehen.
• c) Aus obengenannten Gründen, auch bei einer Bauart mit mehreren Förderräumen, ist der innere Teil des Gehäuses instabil und soll gegebenenfalls durch eine zusätzliche Lagerung an der Exzenterwelle, wie beispielsweise in der Haupt­ patentanmeldung gezeigt ist, gestützt werden.

Die anhand der Fig. 5 bis 8 beschriebenen anderen Kompressorarten haben kompaktere Verdrängerkammern und ermöglichen eine hohe innere Verdichtung. Sie haben jedoch nur einen, als ringförmiges Segment gestalteten Förderraum mit einem ebenfalls großen Umfangswinkel. Die Ausbildung eines leistungs­ stärkeren Kompressors, der auch einen gleichmäßigeren Strom des verdichteten Mediums ergibt, durch mehrere, als ringförmiges Segment gestaltete Förderräume ist sehr aufwendig und erfordert ein sehr großes Bauvolumen. Weiterhin sind bei allen obengenannten Rotationskolbenkompressoren die relativ komplizierten Förderräume jeweils in einem Gußgehäuse, das eine aufwendige spannende Bearbeitung erfordert, gestaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bereits durch die Hauptpatent­ anmeldung verbesserten, eingangs genannten Rotationskolbenkompressor weiter zu entwickeln, indem die vorbezeichneten Mängel beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die, in dem Kennzeichenteil der Patentansprüche gegebenen Maßnahmen gelöst, wobei mehrere kompaktere, bogenförmigere Förder­ räume mit einem relativ kleinen Umfangswinkel in einem zylindrischen Strang­ preßprofil radial angeordnet sind und die Auslaßöffnungen dieser Förderräume durch einen, an dem Gegengewicht einer mittig angeordneten Exzenterwelle ausgebildeten Drehschieber gesteuert wird.

Die Erfindung in ihren Einzelheiten wird nachfolgend anhand den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 und 2 den Radial- und Achsialschnitt eines Rotationskolbenkompressors mit drei Förderräumen;

Fig. 3 den Radialschnitt eines Rotationskolbenkompressors mit zwei radial angeordneten spiralförmigen Förderräumen.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Rotationskolbenkompressor ist auf einem ringförmigen Gußgehäuse 1 aufgebaut. Das Gußgehäuse 1 ist mit zwei inneren radialverlaufenden Stegen 2 und einem, zwischen diesen Stegen 2 angeordneten Einlaßstutzen 3 versehen.

In dem Gehäuse 1 ist ein Strangpreßprofil 4 mit einer zylindrischen Außen­ kontur eingepreßt, wobei ein innerer ringförmiger Ansaugraum 5, in dem der Einlaßstutzen 3 mündet, ausgebildet ist. Der Ansaugraum 5 ist beidseitig durch die O-Ringe 6 in beiden Stegen 2 abgedichtet.

In dem Strangpreßprofil 4 sind drei bogenförmig verlaufende und achsial durchgehende Förderräume 7 radial angeordnet, wobei die außen- und innenlie­ genden Enden der drei Förderräume 7 durch die jeweils eingefrästen Einlaßka­ näle 10 mit dem ringförmigen Ansaugraum 5 bzw. durch die Auslaßöffnungen 11 mit dem mittleren Auslaß-Sammelraum des Kompressors verbunden sind. Die drei Förderräume 7 sind jeweils von einer innen- und einer außenliegenden Radial­ wand umschlossen. Beide Radialwände sind jeweils an den Ein- und Auslaßenden der Förderräume 7 mit einem geringeren Radius nach innen gekrümmt, so daß die innenliegenden Radialwände mit einem Umfangwinkel von etwa 360 Grad und die außenliegenden Radialwände, insbesondere an den inneren Auslaßenden, mit einem wesentlich größeren Umfangswinkel ausgebildet sind. Weiterhin sind die Hohlräume 8 und 9 zur Erleichterung des Strangpreßprofils 4 vorgesehen, wobei durch die offenbleibenden Hohlräume 8 auch das, in dem seitlichen Innenraum 34 verdichteten Medium zu dem Auslaßstutzen 29 abgeführt wird.

In den drei Förderräumen 7 des Strangpreßprofils 4 ist jeweils ein Verdränger­ profil 12 angeordnet, indem die Verdrängerprofile 12 zwischen zwei Achsial­ scheiben 13 und 14 durch die Schrauben 15 befestigt sind. Die innen- und außenliegenden Radialwände der Verdrängerprofile 12 haben jeweils eine äquidistante Kontur zu den innen- und außenliegenden Radialwänden der Förder­ räume 7. Durch die Verdrängerprofile 12 wird in jedem Förderraum 7 jeweils zwischen den innen- und außenliegenden Radialwänden des Förderraums 7 und Verdrängerprofils 12 je eine innen- und eine außenliegende Verdrängerkammer ausgebildet.

Beide Achsialscheiben 13 und 14 sind jeweils durch ein Nadellager 17, die durch Wellendichtungen abgedichtet sind, an beide Exzenter 18 einer mittig angeordneten Antriebs-Exzenterwelle 19 gelagert. Die Antriebs-Exzenterwelle 19 ist ihrerseits an beide Abschlußdeckel 20 und 21 des Gehäuses 1 durch die Nadellager 22 und Kugellager 23 koachsial an dem inneren zylindrischen Umfang des Strangpreßprofils 4 gelagert, wobei die Lager 22 und 23 ebenfalls durch Wellendichtungen abgedichtet sind.

Zwischen beiden Exzentern 18 der Antriebswelle 19 ist ein halbzylindrisches Gegengewicht 26 angeordnet. Auf dem Gegengewicht 26 ist ein hülsenartiger Drehschieber 27 befestigt, wobei ein Segment des Drehschiebers 27 in unmittel­ barer Nähe an den Auslaßöffnungen 11 der Förderräume 7 vorbeiläuft und dadurch die Auslaßphasen der Verdrängerkammern steuert.

Beide zylindrischen Anschlußdeckel 20 und 21 sind durch einen Sprengring an dem Gehäuse 1 befestigt und durch einen Paßstift 24 in eine entsprechende Position arretiert. Dabei sind beide seitlichen Innenräume 33 und 34 des Kompressors durch die O-Ringe 28 in den Abschlußdeckeln 20 und 21 von außen abgedichtet.

In dem Abschlußdeckel 20 ist der Auslaßstutzen 29 und in dem Abschlußdeckel 21 sind die drei Lagerhalterungen 30 vorgesehen. In den drei Lagerhalterungen 30 und in den entsprechenden drei Lagerhalterungen 31 an der Achsialscheibe 13 sind die drei kleinen Abtriebs-Exzenterwellen 32 durch Kugellager gelagert, so daß bei Rotation der Antriebswelle 19 die Verdrängerprofile 12 eine ver­ drehungsfreie oszillierende Bewegung in den Förderräumen 7 ausführen.

Bei der entsprechenden verdrehungsfreien oszillierenden Bewegung der Verdrän­ gerprofile wird das kompressible Medium in den Verdrängerkammern von dem Einlaß zu dem Auslaß verdrängt. Da die Radialwände der innenliegenden Verdrängerkammern jeweils einen Umfangswinkel von 360 Grad habe, wird die jeweilige innenliegende Verdrängerkammer nach Erreichen ihres Maximalvolumens zu dem Einlaß geschlossen und zu dem Auslaß, sowie zu der außenliegenden Verdrängerkammer geöffnet, wobei kurz vorher die Auslaßöffnung 11 durch den Drehschieber 27 geschlossen wird, so daß ein Rückstrom des bereits in dem Auslaß-Sammelraum verdichteten Mediums in beiden Verdrängerkammern verhindert wird.

Dabei wird nur ein relativ kleiner Teil des bereits in den außenliegenden Verdrängerkammern verdichteten Mediums in den innenliegenden Verdrängerkammern einströmen (die Position im Förderraum 7 c). Nach Erreichen eines bestimmten Verdichtungsgrades in beiden Verdrängerkammern, wird die Auslaßöffnung 11 von dem Drehschieber 27 freigegeben und das verdichtete Medium in dem mittleren Auslaß-Sammelraum fast restlos verdrängt, da in dem Förderraum 7 nur ein geringer "toter Raum" besteht.

Durch den Radialschnitt in der Fig. 3 wird beispielsweise gezeigt, wie eine bereits bekannte Kompressorkonstruktion durch erfindungsgemäße Maßnahmen vorteilhaft umgestaltet werden kann, wodurch eine höhere innere Verdichtung und dadurch ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden können.

Der in der Fig. 3 im Radialschnitt gezeigte Kompressor besteht aus einem stationären radialumschließenden Gehäuse 41 mit zwei spiralförmig verlaufenden Förderräumen 42 und einem oszillierenden radialumschlossenen Verdränger 43. Zwischen den jeweiligen innen- und außenliegenden spiralförmig verlaufenden Radialwänden des Gehäuses 1 und des Verdrängers 2 sind in jedem Förderraum 42 je eine innenliegende und eine außenliegende Verdrängerkammer ausgebildet.

Das Gegengewicht 45 an der mittleren durchgehenden Antriebs-Exzenterwelle 46 ist als Drehschieber ausgebildet, wobei ein Segment des Gegengewichts in unmittelbarer Nähe an den Auslaßöffnungen 44 der Förderräume 42 läuft und die Auslaßphasen der Verdrängerkammern steuert.

Die zusammenarbeitenden innenliegenden Radialwände des Gehäuses 41 und des Verdrängers 43 haben jeweils einen Umfangswinkel von etwa 360 Grad. Durch die, jeweils mit einem geringeren Radius abgerundeten inneren Auslaßenden der Förderräume 42 und Verdrängerprofile 43 verlaufen die außenliegenden Radialwände jeweils unmittelbar bis zu den innenliegenden Radialwänden und haben somit einen wesentlich größeren Umfangswinkel als die innenliegenden Radialwände, dadurch werden die Auslaßphasen der innen- und außenliegenden Verdrängerkammern um einen Drehwinkel von mehr bzw. weniger als 180 Grad voneinander versetzt.

Dabei werden die innen- und außenliegenden Verdrängerkammern gleich nach Erreichen ihres Maximalvolumens zu dem Einlaß 47 geschlossen. Die innen­ liegenden Verdrängerkammern werden gleichzeitig zu dem Auslaß und zu der jeweiligen außenliegenden Verdrängerkammer geöffnet, da ihre Radialwände einen Umfangswinkel von etwa 360 Grad haben. Um einen Rückstrom des bereits in dem inneren Raum des Kompressors verdichteten Mediums in beiden Verdrängerkammern zu verhindern, wird kurz vorher die Auslaßöffnung 44 durch einen Drehschieber 45 geschlossen, wobei ein Druckausgleich zwischen den innen- und außenliegenden Verdrängerkammern stattfinden wird.

Bei weiterem Lauf des Verdrängers 43 wird das Medium in beiden Verdrängerkammern verdichtet und nach Erreichen eines bestimmten Verdichtungsgrades wird die Auslaßöffnung 44 von dem Drehschieber 45 freigegeben, wobei das verdichtete Medium fast restlos herausströmt.

Durch Versetzen der Auslaßphasen der innen- und außenliegenden Verdränger­ kammern voneinander um einen Drehwinkel von mehr oder weniger als 180 Grad und durch die Steuerung der Auslaßöffnungen 44 mit dem Drehschieber 45 wird verhindert, daß bereits einmal verdichtetes Medium noch einmal auf den Verdränger wirkt, so daß die Abdichtungsverluste reduziert und der Wirkungsgrad des Kompressors erhöht wird.

Claims (6)

1. Rotationskolbenkompressor mit mindestens einem achsialerstreckenden und radialgekrümmten schlitzartigen Förderraum, der von einem Einlaß zu einem Auslaß führt und durch einen in diesem Förderraum angeordneten bandartigen Verdränger jeweils eine innen- und eine außenliegende Verdrängerkammer aus­ gebildet sind, wobei die jeweils innenliegenden Radialwände des Förderraums und Verdrängers mit einem Umfangswinkel von mindestens 360 Grad und die außen­ liegenden Radialwände mit einem wesentlich größeren Umfangswinkel, indem sie über die jeweils mit einem geringerem Radius gekrümmten Auslaßenden des Förderraums und Verdrängers unmittelbar bis zu den entsprechenden innen­ liegenden Radialwänden verlaufen, ausgebildet sind, so daß bei einer verdrehungsfreien oszillierenden Bewegung des Verdrängers in dem Förderraum die jeweilige innen- und außenliegende Radialwand des Förderraums und Verdrängers an mindestens eine kontinuierlich fortschreitende Dichtungslinie, die die innen- und außenliegenden Verdrängungskammern in je zwei von dem Einlaß zu dem Auslaß ständig wandernde Teile teilt, nahezu berühren, wobei die innen­ liegende Verdrängungskammer unmittelbar nach Erreichen ihres Maximalvolumens, und die außenliegende Verdrängungskammer nach einem Drehwinkel von mehr als 180 Grad danach bei einem bereits reduzierten Volumen mit dem Auslaß, der durch einen Drehschieber gesteuert ist, in Verbindung kommen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (11 bzw. 44) mehrerer radial angeordneter, Förderräume (7 bzw. 42), die an einen inneren zylindrischen Umfang eines radialumschließenden Gehäuses (1 bzw. 41) münden, durch einen Drehschieber (27 bzw. 45), der an dem Gegengewicht (26 bzw. 45) einer koachsial an dem inneren zylindrischen Umfang des Gehäuses, beidseitig gelagerten Exzenterwelle ausgebildet ist, gesteuert sind.

2. Rotationskolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß radial angeordnete Förderräume (7) und dazu gehörige Verdrängerprofile (12) jeweils bogenförmig mit jeweils durch einen geringeren Radius nach innen gekrümmten Enden und mit einem relativ kleinen Umfangswinkel gestaltet sind.

3. Rotationskolbenkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Förderräume (7) in einem Strangpreßprofil (4) mit zylindrischer Außenkontur gestaltet sind und das Strangpreßprofil (4) zwischen zwei Radial­ stegen (2) eines Gehäuses (1) eingepreßt ist, so daß rund um das Strangpreß­ profil (4) ein ringförmiger Ansaugraum (5), der durch eingefräste Radialkanäle (10) in dem Strangpreßprofil (4) mit dem Förderraum verbunden ist, ausgebildet ist.

4. Rotationskolbenkompressor nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Förderräume (7) mit verschiedenen Bogenradien so gestaltet sind, daß sie einen möglichst großen Querschnitt in dem zylindrischen Strangpreßprofil (4) erreichen.

5. Rotationskolbenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zylindrischen Strangpreßprofil (4) neben den Förderräumen (7) auch offen­ bleibende Hohlräume (8), die beiden seitlichen Innenräme (33, 34) des Kompressors miteinander verbinden, vorgesehen sind.

6. Rotationskolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber durch eine Hülse (27), die auf einem halbzylindrischen Gegen­ gewicht (26) einer Exzenterwelle befestigt ist, ausgebildet ist, wobei ein Segment diese Hülse 627) in unmittelbarer Nähe an den Auslaßöffnungen (11) der Förderräume (7) vorbeiläuft.