DE3727281C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolbenkompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Diese Maschine ist vor allem als Verdrängermaschine der Spiralbauart bekannt, da nach allgemeiner Ansicht die Förderräume im radial umschließenden Gehäuse und die bandartigen Verdränger mit jeweils spiralförmigen Radialkonturen ausgebildet sein sollten.

Bei diesen Maschinen führen die bandartigen Verdrängerprofile eine verdrehungsfreie kreisende Bewegung in den Förderräumen des radial umschließenden Gehäuses aus. Bezüglich der Erzeugung dieser Relativbewegung sind grundsätzlich zwei Maschinenvarianten bekannt. Bei der ersten Variante mit feststehendem Gehäuse und koaxialer Exzenterwelle wird der Verdränger durch mindestens zwei Exzenterwellen geführt. Dabei sind die Verdrängerprofile bei den bis jetzt bekannten Maschinen einseitig an einer Axialscheibe befestigt, wobei sie entweder nur an einer Seite oder gleichzeitig an beiden Seiten der Axialscheibe angeordnet sein können.

Bei den bekannten Maschinen der zweiten Variante führen das radial umschließende Gehäuse und der Verdränger eine gleichsinnige reine Rotationsbewegung um zwei versetzte Achsen aus. Dabei sind die Verdrängerprofile entweder einseitig an einer Axialscheibe oder beidseitig, zwischen zwei Axialscheiben, befestigt. Bei hoher Rotation werden durch die starken Fliehkräfte große Deformationen in dem radial umschließenden Gehäuse und im Verdränger verursacht, insbesondere, da die spiralförmigen Förderräume übereinander angeordnet und durch dünne Stege getrennt sind. Diese Maschinen werden in der vorliegenden Erfindung nicht berücksichtigt, sondern nur die Rotationskolbenmaschinen der ersten Variante mit feststehendem radial umschließenden Gehäuse und koaxialer Exzenterwelle.

Diese Maschinen können kompressible Medien ohne Ein- und/oder Auslaßventile fördern und verdichten. Dabei wird jedoch das Arbeitsmittel mit höherem Druck vom Auslaßraum teilweise in die Verdrängerkammer zurückströmen, wobei es nochmals entgegen der Bewegung des Verdrängers wirkt, und zwar während dessen ganzer Verdichtungsphase. Dadurch werden der Liefer- und Wirkungsgrad reduziert und darüber hinaus die Temperatur des Arbeitsmittels erhöht.

Um diesen Mangel zu beseitigen, wurde in der DE-OS 21 60 582 und der DE-OS 31 38 585 am Auslaß der Verdrängerkammern die Anordnung von die Rückströmung verhindernden Ventilen vorgeschlagen. Nach der DE-OS 31 38 585 sind federbelastete Rückschlag-Membranventile an den Auslaßöffnungen der Verdrängerkammern in dem inneren Umfang des radial umschließenden Gehäuses vorgesehen. Dabei leisten diese Ventile einen großen aerodynamischen Widerstand, da die Mediumströmung zuerst das federbelastete Rückschlagventil überwinden muß und noch stark umgelenkt wird. Dadurch wird der Wirkungrad reduziert und die Mediumstemperatur erhöht. Darüber hinaus beanspruchen diese Ventile auch einen großen Bauraum im inneren Umfang des Gehäuses, in dem üblicherweise auch das Gegengewicht der Exzenterwelle angeordnet ist. Weiterhin sind diese Ventile aufwendig und störungsanfällig.

Bei der Maschine gemäß DE-OS 21 60 582 führen das radial umschließende Gehäuse und der Verdränger auf zwei versetzten Achsen eine reine Rotationsbewegung aus, so daß es sich hierbei um eine gattungsfremde Maschine ohne Exzenterwelle handelt. Aber auch bei dieser Maschine sind federbelastete Rückschlagventile verwendet, die in einer Hohlwelle bzw. Hohlachse angeordnet sind und ebenfalls großen aerodynamischen Widerstand leisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationskolbenkompressor der gattungsgemäßen Bauart mit einer strömungsgünstigeren, zuverlässigen und platzsparenden Steuerung der Auslaßöffnungen der Verdrängerkammern zu schaffen, so daß der Strömungswiderstand beim Ausschieben des verdichteten Mediums verringert und damit bei gleichzeitig geringerem Bauvolumen der Wirkungsgrad verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß die Auslaßöffnungen der Verdrängerkammern sehr strömungsgünstig und zuverlässig durch einen platzsparenden Drehschieber, der am Gegengewicht der Exzenterwelle ausgebildet ist, gesteuert werden.

Die Erfindung in ihren Einzelheiten wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele in den beiliegenden drei schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 und 2 den Radial- und Axialschnitt eines Rotationskolbenkompressors mit drei bogenförmigen Förderräumen in einem feststehenden Gehäuse und mit Verdrängerprofilen, die zwischen zwei Axialscheiben befestigt sind,

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

In den Fig. 1 und 2 ist ein Rotationskolbenkompressor gezeigt, der auf einem rohrartigen Gußgehäuse 1 aufgebaut ist. Das Gußgehäuse 1 ist mit zwei inneren ringförmigen Stegen 2 und einem zwischen diesen Stegen 2 angeordneten Einlaßstutzen 3 versehen. In einem Strangpreßprofil 4 mit zylindrischer Außenkontur sind drei axial durchgehende Förderräume 7 mit einem bogenförmigen Radialprofil mit einem Umfangswinkel von etwa 180° ausgebildet. Das Strangpreßprofil 4 ist in das Gußgehäuse 1 eingepreßt, wobei rund um das Strangpreßprofil 4 ein ringförmiger Ansaugraum 5, in den der Einlaßstutzen 3 mündet, entsteht. Der Ansaugraum 5 ist beidseitig durch die O-Ringe 6 in beiden Stegen 2 des Gußgehäuses 1 abgedichtet. Die drei Förderräume 7 sind durch die jeweils eingefrästen Einlaßöffnungen 10 mit dem ringförmigen Ansaugraum 5 bzw. durch die Auslaßöffnungen 11 mit dem inneren Umfang des Strangpreßprofils 4 verbunden. Im Strangpreßprofil 4 sind weiterhin die axial durchgehenden Hohlräume 8 und 9 vorgesehen.

In den drei Förderräumen 7 des Strangpreßprofils 4 ist jeweils ein Verdrängerprofil 12 angeordnet, indem die drei Verdrängerprofile 12 zwischen zwei Axialscheiben 13 und 14 eingelegt, in entsprechende Kanäle dieser Axialscheiben fixiert und durch die Schrauben 15 befestigt sind. Die Radialwände der Verdrängerprofile 12 haben jeweils eine äquidistante Kontur zu den radial äußeren bzw. den radial inneren Wänden der Förderräume 7. Durch die Verdrängerprofile 12 wird in jedem Förderraum 7 je eine radial innere und eine radial äußere Verdrängerkammer 7 ausgebildet. Rund um die Förderräume 7 sind in Nuten des Strangpreßprofils 4 axial abdichtende Dichtleisten vorgesehen.

Die drei bogenförmigen Förderräume 7 und Verdrängerprofile 12 sind jeweils an ihren Ein- und Auslaßenden mit einem geringeren Radius derart gekrümmt, daß die Radialwände der radial inneren Verdrängerkammern mit einem Umfangswinkel von etwa 360° und die Radialwände der radial äußeren Verdrängerkammern mit einem wesentlich größeren Umfangswinkel, insbesondere an ihren Auslaßenden, ausgebildet sind, wodurch das Ausschieben aus den radial äußeren Verdrängerkammern erst nachdem in diesen die Nenverdichtung des Kompressors erreicht worden ist und unmittelbar gegen das Ende der Auslaßphase der radial inneren Verdrängerkammern beginnt.

Beide Axialscheiben 13 und 14 sind jeweils durch ein Nadellager 17, das durch entsprechende Wellendichtungen abgedichtet ist, an beiden Exzentern 18 einer durchgehenden Antriebs-Exzenterwelle 19 gelagert. Diese Exzenterwelle 19 ist ihrerseits an beiden Abschlußdeckeln 20 und 21 durch ein Nadel- und ein Kugellager 23, koaxial an dem inneren zylindrischen Umfang des Strangpreßprofils 4, gelagert, wobei beide Lager ebenfalls durch Wellendichtungen abgedichtet sind. Beide zylindrischen Abschlußdeckel 20 und 21 sind durch je einen Sprengring 25 an dem Gußgehäuse 1 befestigt und durch je einen Paßstift 24 in der entsprechenden Position arretiert. Dabei entstehen zwei seitliche Auslaß-Sammelräume 33 und 34, die durch die O-Ringe 28 in den Abschlußdeckeln 20 und 21 von außen abgedichtet und durch die axial durchgehenden Hohlräume 8 in dem Strangpreßprofil 4 sowie durch entsprechende Ausschnitte in beiden Axialscheiben 13 und 14 miteinander verbunden sind. In den Axialscheiben 13 und 14, unmittelbar neben ihren Lagernaben, sind die Auslaßöffnungen 22 vorgesehen, durch die der innere Umfang des Strangpreßprofils mit beiden seitlichen Auslaß-Sammelräumen 33 und 34 verbunden ist.

In dem Abschlußdeckel 20 ist der Auslaßstutzen 29 vorgesehen. In dem Abschlußdeckel 21 und der Axialscheibe 13 sind jeweils drei Lagerhalterungen 30 bzw. 31 vorgesehen, in denen die drei kleinen Führungs-Exzenterwellen 32 durch Kugellager gelagert sind. Durch diese drei Führungs-Exzenterwellen 32 werden die Verdrängerprofile so geführt, daß bei Rotation der Antriebs-Exzenterwelle 19 die Verdrängerprofile 12 eine verdrehungsfreie kreisende Bewegung in den Förderräumen 7 ausführen, wodurch das kompressible Medium in den Verdrängerkammern 7 von deren Einlaßöffnungen 10 zu deren Auslaßöffnungen 11 verdrängt wird.

Zwischen beiden Exzentern 18 der Antriebs-Exzenterwelle 19 ist ein halbzylindrisches Gegengewicht 26 angeordnet, das die Massenkräfte des oszillierenden Verdrängers ausgleicht. Auf dem Gegengewicht 26 ist eine Hülse 27 befestigt, die so gestaltet ist, daß ein Segment ihres Außenumfangs unmittelbar an den Auslaßöffnungen 11 der Förderräume 7 vorbeiläuft und deren Öffnen und Schließen drehschieberartig steuert.

Bei freigegebenen Auslaßöffnungen 11 wird das verdichtete Medium aus den Verdrängerkammern 7 in den inneren Umfang des Strangpreßprofils 4 verdrängt und es tritt von dort durch die Öffnungen 22 in beiden Axialscheiben 13 und 14 in beide durch die Hohlräume 8 miteinander verbundenen Auslaß-Sammelräume 33 und 34 ein. Aus diesen wird das verdichtete Medium über den Auslaßstutzen 29 zum entsprechenden Verbraucher abgeführt.

In Fig. 3 ist der Radialschnitt eines anderen, bekannten Kompressors gezeigt, dessen Wirkungsgrad durch eine einfache, erfindungsgemäße Umgestaltung wesentlich erhöht werden kann. Dieser Kompressor besteht aus einem feststehenden radial umschließenden Gehäuse 41 mit zwei sprialförmig verlaufenden Förderräumen 42, in denen je ein Verdränger 43 angeordnet ist, wodurch in jedem Förderraum 42 eine radial innere und eine radial äußere Verdrängerkammer entsteht. Die Verdränger 43 sind einseitig an einer Axialscheibe befestigt, die ihrerseits an drei Exzenterwellen gelagert wird, so daß beim Antrieb der koaxialen Exzenterwelle 46 die Verdränger 43 eine verdrehungsfreie kreisende Bewegung in den Förderräumen 42 ausführen werden.

In dem inneren zylindrischen Umfang des Gehäuses 41 ist eine durchgehende Antriebs-Exzenterwelle 46 koaxial gelagert. An dieser Exzenterwelle ist ein Gegengewicht 45 mit dem Radialprofil eines kreisförmigen Segments vorgesehen, das die Massenkräfte des oszillierenden Verdrängers ausgleicht. Dabei läuft die äußere Peripherie dieses Gegengewichts 45 unmittelbar an den Auslaßöffnungen 44 der Verdrängerkammern 42 vorbei, so daß durch dieses Gegengewicht gleichzeitig die Auslaßöffnungen 44 schieberartig geschlossen und geöffnet werden.

In beiden Ausführungsbeispielen haben die Radialwände der radial inneren Verdrängerkammern jeweils einen Umfangswinkel von etwa 360°. Die innenliegenden Auslaßenden der Förderräume 7 bzw. 42 und Verdrängerprofile 12 bzw. 43 sind derart mit einem geringeren Radius abgerundet und die Auslaßöffnungen 11 bzw. 44 so angeordnet, daß sich die Radialwände der radial äußeren Verdrängerkammern über einen wesentlich größeren Umfangswinkel als die Radialwände der radial inneren Verdrängerkammern bzw. über mehr als 360°, erstrecken.

Dadurch werden die Auslaßphasen der Verdrängerkammern so gegeneinander versetzt, daß das Ausschieben aus den radial äußeren Verdrängerkammern erst nachdem in diesen etwa die Nennverdichtung des Kompressors erreicht worden ist und unmittelbar gegen das Ende der Auslaßphase der radial inneren Verdrängerkammern beginnt.

Der am Gegengewicht der koaxialen Exzenterwelle 19 bzw. 46 ausgebildete Drehschieber 27 bzw. 45 ist so ausgelegt, daß die Auslaßöffnungen 11 bzw. 44 der Förderräume 7 bzw. 42 erst bei Erreichen der Nennverdichtung des Kompressors in den radial inneren Verdrängerkammern geöffnet und kurz bevor die radial inneren Verdrängerkammern ihr Maximalvolumen erreicht haben und in Verbindung mit den radial äußeren Verdrängerkammern sowie mit den Auslaßöffnungen 11 bzw. 44 gekommen sind, geschlossen werden. Dadurch wird eine Rückströmung des in dem inneren Umfang des Gehäuses 4 bzw. 41 bereits verdichteten Mediums in den Verdrängerkammern verhindert.

Claims (3)

1. Rotationskolbenkompressor mit einem Gehäuse mit mindestens einem bogenförmig radial verlaufenden und sich schlitzartig axial erstreckenden Förderraum, in welchem ein bandartiger Verdränger angeordnet ist, der durch eine koaxiale Exzenterwelle angetrieben und ohne Eigenrotation auf einer Kreisbahn geführt wird, wobei in jedem Förderraum an gegenüberliegenden Seiten des Verdrängers eine radial innere und eine radial äußere Verdrängerkammer gebildet wird, deren bogenförmige Radialwände einen Umfangswinkel von mindestens 360° haben, so daß bei der Bewegung des Verdrängers gegenüber dem Gehäuse sich die Radialwände der Verdrängerkammern jeweils an mindestens einer, von einer radial außen liegenden Einflaßöffnung zu einer radial innen liegenden Auslaßöffnung kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie nahezu berühren, und an der Auslaßöffnung ein die Rückströmung des Arbeitsmediums verhinderndes Ventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Drehschieber (27, 45) ausgebildet ist, der an einem Gegengewicht (26) der Exzenterwelle (19, 46) angeordnet ist.

2. Rotationskolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (27) die Auslaßöffnungen (11) der Förderräume (7) erst bei Erreichen der Nennverdichtung des Kompressors in den radial inneren Verdrängerkammern öffnet und daß die Förderräume (7) und die Verdränger (12) im Bereich der Auslaßöffnungen (11) derart mit einem geringen Radius abgerundet sind, daß sich die Wände der radial äußeren Verdrängerkammern über einen wesentlich größeren Umfangswinkel als die Wände der radial inneren Verdrängerkammern erstrecken, wodurch das Ausschieben aus den radial äußeren Verdrängerkammern erst nachdem in diesen ebenfalls die Nennverdichtung des Kompressors erreicht worden ist und unmittelbar gegen das Ende der Auslaßphase der radial inneren Verdrängerkammern beginnt.

3. Rotationskolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (27) als Hülse ausgebildet ist, die an einem segmentförmigen Gegengewicht (26) der Exzenterwelle (19) befestigt ist.