DE3744866C2 - Rotary piston compressor with radial channels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolbenkompressor gemäß den Ober­ begriffen der Patentansprüche 1 bzw. 2.

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 aus­ gebildet sein sollten. Die Förderräume und Verdränger der bekannten Rotations­ kolbenmaschinen weisen ein gesamtes bogenförmiges Radialprofil mit einem Um­ fangswinkel von mindestens 360° auf, wie dies aus den DE-OS 32 16 146 und US-PS 10 41 721 ersichtlich ist. Dadurch entstehen Verdrängerkammern mit sehr langen schmalen Spitzen an ihren Ein- und Auslaßseiten und mit entsprechend sehr langen axial abdichtenden Kanten, welche große Leck- und Reibungsverluste verursachen.

Bei diesen Maschinen führen die bandartigen Verdrängerprofile eine verdrehungs­ freie 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 Exzenter­ wellen 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 umschlie­ ßende 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, wie dies z. B. die US-PS 10 41 721 zeigt.

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 radialumschließenden Gehäuse und koaxialer Exzenterwelle.

Bei den größeren Rotationskolbenmaschinen der ersten Variante sind die Ver­ drängerprofile beidseitig an einer Axialscheibe angeordnet. Solche Maschinen sind durch zahlreiche Patentanmeldungen, wie zum Beispiel auch die DE-OS 32 16 146 und die DE-OS 33 17 696, bekannt. Hierbei sind an beiden Seiten einer mittig gelagerten Axialscheibe je zwei spiralförmige Verdrängerprofile, mit einem Umfangswinkel von etwa 360°, symmetrisch angeordnet. Diese Verdränger­ profile greifen in je einen Förderraum, ebenfalls mit einem Umfangswinkel von etwa 360°, zweier radial umschließender Förderraumgehäuse ein, wodurch acht sichelförmige Verdrängerkammern mit langen, schmalen Spitzen und mit je zwei langen axial abdichtenden Kanten entstehen. Diese vielen und langen abdichten­ den Kanten bei den zahlreichen Verdrängerkammern mit kleinem Volumen verur­ sachen große Leck- und Reibungsverluste. Weiterhin verursachen die fertigungs­ bedingten Toleranzen unterschiedliche Druckverhältnisse in beidseitig an der Axialscheibe angeordneten Verdrängerkammern, wodurch Kippschwankungen in der mittig gelagerten Axialscheibe entstehen. Diese Kippschwankungen erfordern zwischen den Radialwänden der Verdrängerkammern große Spalte, die ihrerseits zu größeren Spalt- bzw. Leckverlusten führen. Außerdem erfordern diese Maschinen einen sehr hohen Fertigungsaufwand, da bei dem Verdränger und bei beiden radial umschließenden Förderraumgehäusen acht Sackkanäle in drei, für jede Baugröße unterschiedliche Gußrohlinge eingefräst sein müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationskolbenkompressor der gattungsgemäßen Bauart mit höherem Wirkungsgrad anzugeben, indem kompaktere Verdrängerkammern, mit kürzeren axial abdichtenden Kanten, ausgebildet werden und dadurch die Leck- und Reibungsverluste der axial abdichtenden Kanten redu­ ziert werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Kennzeichenteilen der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Maßnahmen gelöst. Durch die Gestaltung von axial durchgehenden Verdrängerkammern werden diese, die bei vergleichbar großen, dem Stand der Technik entsprechenden Verdrängermaschinen paarweise beidseitig an einer Axial­ scheibe angeordnet sind, zusammengelegt, wobei die Zahl der Verdrängerkammern halbiert wird und ihre Breite verdoppelt werden kann. Dadurch wird die Zahl der gleitenden, axial abdichtenden Kanten bzw. auch ihre Gesamtlänge um die Hälfte reduziert. Durch die Abrundung der jeweils beiden Enden der Förderräume und der Verdränger in sich selbst mit einem geringeren Radius werden die gleitenden axial abdichtenden Kanten weiterhin wesentlich verkürzt, wodurch die Leck- und Reibungsverluste reduziert und der Wirkungsgrad gesteigert werden. Gleichzeitig haben diese Maßnahmen einen wesentlich niedrigeren Fertigungsaufwand und klei­ nere Fertigungstoleranzen zur Folge, wobei die letzteren engere Dichtspalte ermöglichen und dadurch zu kleineren Leckverlusten bzw. einem höheren Wirkungs­ grad führen. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung in ihren Einzelheiten wird nachfolgend anhand eines in den zwei schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 und 2 einen Radial- und Axialschnitt eines Rotationskolben­ kompressors mit drei bogenförmigen 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 Einlaß­ stutzen 3 versehen. In einem als Strangpreßprofil ausgeführten Förderraumgehäuse 4 mit zylindrischer Außenkontur sind drei axial durchgehende Förderräume 7 mit einem bogenförmigen Radialprofil mit einem Umfangswinkel von etwa 180° ausge­ bildet.

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 Hohl­ räume 8 und 9 vorgesehen.

In den drei Förderräumen 7 des Strangpreßprofils 4 ist jeweils ein Verdränger­ profil 12 angeordnet, indem die drei Verdrängerprofile 12 zwischen zwei Axial­ scheiben 13 und 14 eingelegt, in entsprechende Kanäle dieser Axialscheiben fixiert und durch die Schrauben 15 befestigt sind. Die Radialwände der Ver­ drängerprofile 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.

In Fig. 2 sind axial abdichtende Dichtleisten gezeigt, die in Nuten des Strang­ preßprofils 4, rund um die Förderräume 7, angelegt sind. Auf diese aufwendigen Dichtleisten kann jedoch verzichtet werden, da hier die Fertigungstoleranzen gering gehalten und beide Axialscheiben 13 und 14, die nur von Radialkräften in ihrer Ebene beansprucht sind, aus mit dem Aluminiumgehäuse gleitend gut ver­ träglichen Kunststoff gefertigt werden können.

Die Ein- und Auslaßenden der drei bogenförmigen Förderräume 7 und der Verdrän­ gerprofile 12 sind jeweils mit einem geringeren Radius derart in sich selbst abgerundet, daß ihre gesamten bogenförmigen Radialprofile jeweils einen wesent­ lich kleineren Umfangswinkel als 360° aufweisen und gleichzeitig die Radial­ wände der radial inneren Verdrängerkammern mit einem Umfangswinkel von etwa 360° und die Radialwände der radial äußeren Verdrängerkammern mit einem wesent­ lich größeren Umfangswinkel, insbesondere an ihren Auslaßenden, ausgebildet sind, so daß das Ausschieben aus den radial äußeren Verdrängerkammern erst, nachdem in diesen eine bestimmte Verdichtung erreicht worden ist und gegen 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 Kugel­ lager 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 entspre­ chenden 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 sind.

Beide Auslaß-Sammelräume 33 und 34 sind durch die axial durchgehenden Hohlräume 8 in dem Strangpreßprofil 4 und durch entsprechende Ausschnitte in beiden Axialscheiben 13 und 14 miteinander verbunden. In diesen 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 20 vorgesehen. In dem Abschluß­ deckel 21 und der Axialscheibe 13 sind jeweils drei Lagerhaltungen 30 bzw. 31 vorgesehen, in denen die drei kleinen Führungs-Exzenterwellen 32 durch Kugel­ lager 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 För­ derräumen 7 ausführen, wodurch das kompressible Medium in den Verdränger­ kammern 7 von deren Einlaßöffnungen 10 zu deren Auslaßöffnungen 11 verdrängt wird.

Zwischen beiden Exzentern 18 der Antriebs-Exzenterwelle 19 ist ein halbzylin­ drisches 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 Außenumfanges unmittelbar an den Auslaßöffnungen 11 der Förderräume 7 vorbeiläuft und deren Öffnen und Schließen drehschieberartig steuert. Bei freigegebenen Auslaßöffnungen 11 wird das ver­ dichtete Medium aus den Verdrängerkammern 7 in den inneren Umfang des Strang­ preßprofils 4 verdrängt und tritt durch die Öffnungen 22 in beiden Axial­ scheiben 13 und 14 in beide Auslaß-Sammelräume 33 und 34 ein. Aus beiden Sam­ melräumen 33 und 34, die durch die Hohlräume 8 miteinander verbunden sind, wird das verdichtete Medium über den Auslaßstutzen 29 zum entsprechenden Verbraucher abgeführt.

Claims (5)

1. Rotationskolbenkompressor mit einem Förderraumgehäuse mit mindestens einem bogenförmig radial verlaufenden und sich schlitzartig axial erstreckenden Förderraum, in welchem ein bandartiger Verdränger angeordnet ist, der an min­ destens einer an einer Exzenterwelle exzentrisch gelagerten Axialscheibe befes­ tigt ist und durch die 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 Verdrän­ gerkammer 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 Einlaßöffnung zu einer radial innen liegenden Auslaßöffnung kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie nahezu berühren, dadurch gekennzeichnet, daß der bogenförmige Förderraum (7) axial durchgehend im Förderraumgehäuse (4) ausgebildet ist und daß der bandartige Verdränger (12) zwischen zwei seitlich an dem Förderraumgehäuse (4) gleitenden Axialscheiben (13, 14) befestigt ist.

2. Rotationskolbenkompressor mit einem Förderraumgehäuse mit mindestens einem bogenförmig radial verlaufenden und sich schlitzartig axial erstreckenden Förderraum, in welchem ein bandartiger Verdränger angeordnet ist, der an min­ destens einer an einer Exzenterwelle exzentrisch gelagerten Axialscheibe befes­ tigt ist und durch die 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 Verdrän­ gerkammer 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 Einlaßöffnung zu einer radial innen liegenden Auslaßöffnung kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie nahezu berühren, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils beide Enden der Förderräume (7) und der Verdränger (12) im Bereich der Ein- und Auslaßöffnungen (10 bzw. 11) derart mit einem geringeren Radius in sich selbst abgerundet sind, daß die jeweiligen gesamten bogenförmigen Radialprofile der Förderräume (7) und der Verdränger (12) einen wesentlich kleineren Umfangswinkel als 360° aufweisen.

3. Rotationskolbenkompressor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Förderraumgehäuse (4) mit mehreren axial durchgehenden bogenförmigen Förderräumen (7) als Strangpreßprofil ausgebildet ist, wobei die Ein- und Auslaßöffnungen (10 bzw. 11) der Förderräume (7) am äußeren bzw. inneren Umfang dieses Strangpreßprofils eingefräst sind.

4. Rotationskolbenkompressor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Förderraumgehäuse (4) mit zylindrischer Außenkontur gestaltet und zwischen zwei Radialstegen (2) eines äußeren Gehäuses (1) eingepreßt ist, so daß rund um das eingesetzte Förderraumgehäuse (4) ein ringförmiger Ansaugraum (5) ausgebildet ist, der mit den Einlaßöffnungen (10) der Förderräume (7) in Verbindung steht.

5. Rotationskolbenkompressor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Förderraumgehäuse (4) neben den Förderräumen (7) axial durch­ gehende Hohlräume (8) und entsprechende Ausschnitte an beiden gleitenden Axial­ scheiben (13, 14) vorgesehen sind, so daß zwei seitlich außerhalb der Axial­ scheiben (13, 14) angeordnete Auslaß-Sammelräume (33, 34) miteinander verbun­ den sind.