DE3801156C2 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

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

Verdrängermaschinen bzw. Spiralverdichter dieser Bauart sind im Prinzip beispielsweise durch die DE-OS 31 07 231 bekannt. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung des beispielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch be­ stehenden gasförmigen Arbeitsmittels aus und können daher unter anderem auch für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen, insbesondere in Personenkraftfahr­ zeugen, mit Vorteil herangezogen werden. Bei einer solchen, dann als Pumpe oder Kompressor arbeitenden Verdrängermaschine werden entlang jeder Verdränger­ kammer zwischen dem spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper und den beiden Umfangswänden der Verdrängerkammer infolge unterschiedlicher Krümmung der Spiralformen im allgemeinen mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume einge­ schlossen, die sich beim Betrieb der Maschine von einem Arbeitsmitteleinlaß durch die Verdrängerkammer hindurch zu einem Arbeitsmittelauslaß hin bewegen. Bei dieser Bewegung kann ihr Volumen auch ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementsprechend erhöht werden.

Die Verdrängerkörper werden durch auf dem scheibenförmigen Läufer im wesent­ lichen senkrecht stehend gehaltene, spiralförmige Leisten oder Rippen gebildet, die eine relativ große axiale Länge im Verhältnis zu ihrer radialen Stärke aufweisen. Ähnliche Verhältnisse liegen auf der Seite des Gehäuses vor, wo zwischen den Verdrängerkammern ebenfalls spiralförmige, leisten- oder rippenartige Kammerwände stehenbleiben mit einer im Verhältnis zur radialen Wandstärke relativ großen Länge in axialer und Umfangsrichtung. Diese relativ schmalen Leisten oder Rippen der Verdrängerkörper bzw. der Verdrängerkammern sollen sich gegenseitig mit ihren äußeren und inneren Umfangswänden an während des Betriebs der Verdränger­ maschine in Umfangsrichtung fortschreitenden axialen Linien nahezu berühren, damit die zwischen diesen Leisten gebildeten sichelförmigen Arbeitsräume gegen­ einander abgedichtet sind. Dabei ergibt sich nun eine umso bessere Abdichtung der Arbeitsräume gegeneinander und damit eine umso größere Leistung der Ver­ drängermaschine, je näher sich die Leisten kommen. Andererseits soll ein Anlaufen, das heißt ein direktes Berühren, der Leisten aneinander wegen der Gefahr der Beschädigung nach Möglichkeit ausgeschlossen werden. Die Gehäuse und die Läufer solcher nach dem Spiralprinzip arbeitenden Verdrängermaschinen müssen daher mit hoher Genauigkeit und engen Spielen zwischen den Umfangskonturen der Ver­ drängerkörper und der Verdrängerkammerwände gefertigt werden.

Nun hat sich aber gezeigt, daß auch bei Einhaltung hoher Genauigkeit und enger Toleranzen bei der Fertigung wegen der aus Leistungsgründen erwünschten geringen Spiele zwischen den Verdrängerkörpern und den Verdrängerkammerwänden infolge unterschiedlicher Wärmedehnungen zwischen Gehäuse und Läufer Anlaufprobleme entstehen können. Die radial äußeren Umfangswände der leistenförmigen Verdränger­ körper neigen nämlich dazu, mit ihren Fußbereichen an den Innenkonturen der radial äußeren Umfangswände der zugeordneten Verdrängerkammern des Gehäuses anzulaufen, vor allem weil sich der die leistenförmigen Verdrängerkörper tragende scheibenförmige Läufer im Betrieb offenbar mehr erwärmt und damit auch stärker ausdehnt als die leistenförmigen Wände des Gehäuses zwischen den Verdränger­ kammern. Insbesondere wurde ein Anlaufen der radial äußeren Verdrängerkörper an den nach innen weisenden Wänden der Verdrängerkammern in solchen Umfangs­ bereichen festgestellt, die sich etwa im mittleren Winkelbereich zwischen einer die Zentren der im Gehäuse zur exzentrischen Lagerung des Läufers angebrachten Lagerbohrungen verbindenden Mittellinie und einer dazu senkrecht stehenden Querlinie durch das Gehäusezentrum befinden. Eine allgemeine Vergrößerung der Spiele zwischen den Umfangskonturen der Verdrängerkörper und den Verdrängerkammerwänden würde zwar die Anlaufgefahr verringern, andererseits aber auch infolge größerer Undichtigkeiten zwischen den Arbeitsräumen wesentliche Leistungseinbußen der Verdrängermaschine bewirken.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, bei einer Ver­ drängermaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art Maß­ nahmen zur Vermeidung des Anlaufens der Verdrängerkörper an den Umfangswänden der Verdrängerkammern anzugeben, die zum einen keine wesentlichen Leistungs­ einbußen bewirken und zum anderen einfach auszuführen sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Erfindungsgemäß wird also die Anlaufgefahr durch Zurücksetzen der Außenkonturen, z. B. durch Anbringen von Ausnehmungen an den oberen Kanten der radial äußeren Umfangswände der Verdrängerkammern beseitigt. Diese Aus­ nehmungen brauchen dabei im wesentlichen nur in den Bereichen angebracht zu sein, in denen ein Anlaufen befürchtet wird. Während eine allgemeine Vergrößerung des Radialspiels zwischen den Umfangskonturen der Verdrängerkörper und den Verdrängerkammerwänden einen größeren Leckverlust zwischen den einzelnen Arbeitsräumen und damit eine Leistungseinbuße bewirken würde, ergibt sich durch die nur stellenweise vorgesehene Anbringung der z. B. als Freischnitte ausgebildeten Ausnehmungen an den Umfangswänden der Verdrängerkammern eine Begrenzung des Leistungsverlustes. Dabei spielt auch eine Rolle, daß diese Aussparungen hier nur in dem radial äußeren Bereich der radial außen liegenden Umfangswände und dabei auch nur in einem Bereich vorgenommen werden, der höchstens etwa 1/4 der gesamten axialen Kammerhöhe beträgt. In den übrigen Bereichen können dagegen die relativ engen Spiele zwischen den Umfangskonturen der Verdrängerkörper und der Verdrängerkammerwände aufrechterhalten bleiben.

Gegenüber einer anderen möglichen Maßnahme, bei der im Fußbereich der das Anlaufen bewirkenden Verdrängerkörper Hinterschneidungen vorgenommen werden, ergibt sich bei der vorliegenden Erfindung eine wesentlich einfachere Fertigung, da die Ausnehmungen an den Umfangswänden der Verdrängerkammern nur in deren oberen Kantenbereich vorgesehen sind. Darüberhinaus besteht auch nicht die Gefahr einer Schwächung der Leistenkörper.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Merkmalen der übrigen Unteransprüche.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Hälfte des Gehäuses einer Verdränger­ maschine gemäß der Erfindung und

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung einen Teilschnitt durch eine Verdrängermaschine gemäß den Schnittlinien II-II nach Fig. 1.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist eine Draufsicht auf eine Gehäusehälfte 1 einer Verdrängermaschine gezeigt, wobei mit 2 und 3 zwei im wesentlichen spiralförmig verlaufende, gegeneinander um etwa 180° versetzte Verdrängerkammern bezeich­ net sind. Dabei werden die Konturen der Umfangswände, die mit 21-24 ange­ geben sind, hier nicht durch echte Spiralen, sondern durch eine Aneinanderfügung von Kreisbögen mit kleiner werdenden Radien gebildet. Der gesamte Umfangs­ winkel dieser spiralförmigen Verdrängerkammern kann dabei etwa 360° betragen.

Zwischen den beiden Verdrängerkammern 2, 3 bleiben relativ schmale, leisten- oder rippenartige und spiralförmig verlaufende Gehäusewände 9 und 10 stehen, deren radiale Stärke im Verhältnis zu ihrer axialen Tiefe und ihrer Umfangslänge relativ klein ist. Die Verdrängerkammern 2 und 3 stehen an ihren radial äußeren Enden mit einem im Gehäuse 1 angeordneten Einlaßstutzen 5 in Verbindung, wobei die erste Verdrängerkammer 2 direkt im Bereich des Einlaßstutzens 5 beginnt und der Anfang der zweiten Verdrängerkammer 3 über einen im Außenbereich des Gehäuses 1 vorgesehenen Verbindungskanal 5a mit dem Einlaßstutzen 5 verbunden ist. Die radial inneren Enden der Verdrängerkammern münden in einen Raum 27, der mit einem Auslaßstutzen in der hier nicht gezeigten zweiten Gehäusehälfte in Verbindung steht. Das vorzugsweise aus Gas, wie beispielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff Gemisch bestehende Arbeitsmittel wird während des Betriebs der Verdrängermaschine von dem Einlaßstutzen 5 in Umfangsrichtung durch die Verdrängerkammern 2 und 3 in den Auslaßraum 27 gefördert, von wo es über den Auslaßstutzen abgeführt werden kann.

Mit 6 ist in dem Gehäuse 1 eine Lagerbohrung für eine zentrale Antriebswelle eines scheibenförmigen Läufers angegeben, der auf dieser Antriebswelle exzentrisch gelagert ist. Dieser scheibenförmige Läufer, der in der Fig. 2 mit 4 bezeichnet ist, weist im wesentlichen senkrecht von seiner Scheibenebene abstehende und in die Verdrängerkammern 2, 3 eingreifende Verdrängerkörper 13, 14 auf, die ebenso wie die Gehäusewände 9, 10 nach Art spiralförmiger Leisten oder Rippen ausgebildet sind, deren radiale Stärke wesentlich kleiner als ihre axiale Höhe und ihre Umfangslänge ist. Wie aus der Fig. 2 weiter ersichtlich ist, weisen die spiralförmigen Verdrängerkörper 13, 14 ebenso wie die spiralförmigen Gehäusewände 9, 10 an ihrer Stirnseite in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 15 bzw. 16 auf, in denen Dichtleisten 17 bzw. 19 gehalten sind, die gegebenenfalls von im Grund der umlaufenden Nuten angebrachten federnd elastischen Mittel, wie zum Beispiel Wellfedern 18 gegen die Stirnfläche des Gehäuses 1 bzw. des scheibenförmigen Läufers 4 gedrückt werden. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung sind diese federnd elastischen Mittel z. B. nur in den Nuten 15 der Gehäusewände 9, 10 gehalten, während in den Nuten 16 der Verdrängerkörper 13, 14 nur die einteiligen Dichtleisten 19 gehalten sind.

Die Krümmung der leistenförmigen Verdrängerkörper 13, 14 bzw. der Umfangswände 21 bis 24 der Verdrängerkammern 2 und 3 ist nun so unterschiedlich gewählt, daß die Verdrängerkörper mit ihren radial äußeren bzw. inneren Umfangswänden abwechselnd und an mehreren Stellen die Umfangswände der Verdrängerkammern unter Einhaltung möglichst geringer Spiele nahezu berühren. Dadurch werden über den Umfangsverlauf der Verdrängerkammern zwischen deren Wänden und dem Verdrängerkörper mehrere sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich beim Betrieb der Verdrängermaschine, bei dem jeder Punkt des Verdränger­ körpers gegenüber dem feststehenden Gehäuse infolge des exzentrischen Antriebs des Läufers 4 eine kreisförmige Verschiebebewegung ausführt, von dem mit dem Einlaßstutzen 5 verbundenen Verdrängerkammeranfang zu dem mit dem Auslaß­ stutzen verbundenen Verdrängerkammerende verschieben.

Zur Durchführung des exzentrischen Antriebs des Läufers 4 gegenüber dem Gehäuse 1 ist hier beispielsweise ein zweiter Exzenterantrieb vorgesehen, für dessen Antriebs­ welle in dem Gehäuse 1 eine zweite Lagerbohrung 7 an einem am radial äußeren Umfang des Gehäuses 1 angebrachten Lagerauge 8 vorgesehen ist. Eine Verbindungslinie zwischen dem Zentrum dieser zweiten Lagerbohrung 7 und dem Zentrum der ersten Lagerbohrung 6 ist in der Fig. 1 mit 25 bezeichnet, während 26 eine dazu im wesentlichen senkrecht stehende Querlinie durch das Zentrum der ersten Lager­ bohrung 6, das zugleich auch das Zentrum des Gehäuses 1 darstellt, angibt.

Um nun zu verhindern, daß bei Einhaltung der aus Leistungsgründen gewünschten engen Spiele zwischen den Umfangskonturen der spiralförmigen Verdrängerkörper 13 und 14 sowie den Verdrängerkammerwänden 21 bis 24 der Verdrängerkammern 2 und 3 ein Anlaufen der Verdrängerkörper an den Verdrängerkammerwänden auftritt, sind an den oberen Kanten der radial äußeren Umfangswände 21 bzw. 23 der Verdrängerkammern 2 und 3 in der Fig. 2 mit 11 und 12 bezeichnete Ausnehmungen in der Form von Freischnitten angebracht. Diese Ausnehmungen 11, 12 weisen eine axiale Höhe von bis zu einem Viertel der gesamten axialen Kammerhöhe auf. Ihre radiale Tiefe kann dabei bis zu etwa 0,15 mm betragen. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Gehäuse sollen diese Ausnehmungen an den radial äußeren Umfangswänden der Verdrängerkammern 2 und 3 sich etwa über einen Umfangsbereich von bis zu 200°, gemessen von dem radial äußeren Ende der Verdrängerkammern, erstrecken. An den radial inneren Umfangswänden der Verdrängerkammern 2 und 3 sind solche Ausnehmungen ebensowenig erforderlich, wie in dem radial inneren Umfangsbereich der Außenwände, da dort erfahrungs­ gemäß ein Anlaufen der spiralförmigen Verdrängerkörper 13 und 14 nicht zu er­ warten ist.

Dieses Anlaufen wird im wesentlichen dadurch bedingt, daß während des Betriebs der Verdrängermaschine der scheibenförmige Läufer 4 sich stärker erhitzt als das Gehäuse und die Gehäusewände. Auch die an dem scheibenförmigen Läufer 4 gehaltenen Verdrängerkörper 13 und 14 sind weniger stark thermisch beauf­ schlagt. Aufgrund dieser höheren Temperatur des scheibenförmigen Läufers 4, dehnt dieser sich stärker aus als das umgebende Gehäuse, wobei er die Fußpartien der leistenförmigen Verdrängerkörper 13, 14 mitnimmt. Da jedoch der Läufer durch seine exzentrische Führung zwischen den Lagerbohrungen 6 und 7 gehalten und dort fixiert ist, zeigt sich, daß eine Wärmedehnung und ein dadurch verursachtes Anlaufen der Fußbereiche der leistenförmigen Verdrängerkörper 13 und 14 vor allem in einem mittleren Winkelbereich zwischen der Mittellinie 25 und der Querlinie 26, und dies im wesentlichen auch nur in den radial äußeren Bereichen der Ver­ drängerkörper, auftritt. Das Anbringen der Ausnehmungen 11 und 12 in den an­ laufgefährdeten Bereichen der radial äußeren Umfangswände der Verdrängerkammern vermeidet nun das Anlaufen und damit die Gefahr der Beschädigung des Läufers bzw. des Gehäuses. Gleichzeitig wird durch die nur stellenweise vorgesehene An­ bringung der Ausnehmungen in den angegebenen Bereichen die Einhaltung der relativ engen Spiele zwischen den Umfangskonturen der Verdrängerkörper und der Verdrängerkammerwände aufrechterhalten, so daß Einbußen bei der Leistung der Verdrängermaschine begrenzt werden können. Auch lassen sich diese Aus­ nehmungen an den oberen Kanten der Gehäusewände 9 und 10 relativ leicht fer­ tigen.

Wie oben bereits erwähnt wurde, können diese Ausnehmungen mit gleichbleibender Tiefe über einen Umfangsbereich bis zu etwa 200° an den radial äußeren Umfangs­ wänden der Verdrängerkammern angebracht werden. Gegebenenfalls kann es aber auch ausreichen, diese Ausnehmungen nur in den Bereichen vorzusehen, in denen wirklich ein Anlaufen zu befürchten ist, nämlich in den mittleren Winkelbereichen zwischen der Mittellinie 25 und der Querlinie 26. Diese mittleren Bereiche sind in der Fig. 1 der Zeichnung schraffiert angegeben und erstrecken sich schwer­ punktmäßig jeweils beispielsweise über einen Umfang von 30 bis 45°. Angesichts der Tatsache, daß die komplizierten Umfangsformen der Verdrängerkörper und der Verdrängerkammern heute ohnehin durch programmgesteuerte Bearbeitungs­ maschinen hergestellt werden, würde es sich auch anbieten, die Kontur der Aus­ nehmungen sowohl axial als auch radial in den genannten Umfangsbereichen den sich während des Betriebes tatsächlich einstellenden Anlaufvorgängen anzupassen und dabei einen kontinuierlichen Übergang von der normalen Außenkontur zu den Ausnehmungen in den erwähnten Bereichen vorzusehen.

Für den Fall, daß die Verdrängerkammern auch durch andere als durch spanabhe­ bende Bearbeitungsverfahren hergestellt werden können, müßte die Außenkontur der radial äußeren Umfangswände der Verdrängerkammern in den angegebenen Bereichen zurückgesetzt sein, also von vornherein ein entsprechend unsymmetri­ sches Aussehen haben.

Claims (4)

1. Spiralverdichter mit wenigstens einer in einem festste­ hendem Gehäuse angeordneten, nach Art eines spiralförmigen Schlitzes ausgebildeten Verdrängerkammer und mit jeweils einem jeder Verdrängerkammer zugeordneten und in diese eingreifenden Verdrängerkörper, der als spiralförmig ausgebildete Leiste im wesentlichen senkrecht auf einem gegenüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer gehalten ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontur der radial äußeren Umfangswände (21, 23) der Verdrängerkam­ mern (2, 3) zumindest auf einem Teil ihrer am radial äußeren Ende liegenden Umfangs­ bereiche zurückgesetzt ist,
die im Bereich der oberen Kanten der Verdrängungskammern (2, 3) in Umfangsrich­ tung verlaufende Ausnehmungen (11, 12) aufweisen,
daß die axiale Höhe der Ausnehmungen (11, 12) bis zu etwa 1/4 der axialen Kammer­ höhe, und
die radiale Tiefe der Ausnehmungen (11, 12) höchstens bis etwa 0,15 mm beträgt.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse zwei im wesentlichen um 180° gegeneinander versetzte Verdrängerkammern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (11, 12) an den radial äußeren Umfangswänden (21, 23) der Verdrängungskammern (2, 3) sich jeweils über einen Umfangswinkel von bis zu etwa 200°, gerechnet vom radial äußeren Ende der Verdrängerkammern aus, erstrecken.

3. Spiralverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 2, wobei zur exzentrischen Führung des scheibenförmigen Läufers eine erste Lagerbohrung im Zentrum des Gehäuses und eine zweite Lagerbohrung an einem am radial äußeren Rand des Gehäuses angeordne­ ten Lagerauge vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (11, 12) an den radial äußeren Umfangswänden (21, 23) der Verdrängerkammern (2, 3) zumindest in solchen Umfangswinkelbereichen vorgesehen sind, die von dem Zentrum der ersten Lagerbohrung (6) aus gesehen in einem mittleren Winkelbereich zwischen einer Verbindungslinie (25) durch das Zentrum der zweiten La­ gerbohrung (7) und einer dazu senkrechten Linie (26) liegen.

4. Spiralverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangs­ winkelbereich etwa 45° beträgt.