DE3814385A1

DE3814385A1 - Positive-displacement machine for compressible media

Info

Publication number: DE3814385A1
Application number: DE19883814385
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dr Ing Emmenthal; Claus Mueller; Otto Ing Grad Schaefer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1988-11-24

Abstract

What is described is a positive-displacement machine for compressible media, which possesses a divided housing, the housing halves of which each have at least one positive-displacement chamber (2, 3) designed in the manner of a spiral slot, and a disc-shaped rotor (18) which is driven eccentrically by a driveshaft and which has, on each of the two end faces, at least one positive-displacement body engaging into a respective positive-displacement chamber and designed as a spiral strip or rib. The radially inner ends of the positive-displacement chambers (2, 3) of the two housing halves are connected to one another via passage orifices (19) made on the disc-shaped rotor (18), and orifices for connecting the radially inner ends of the positive-displacement chambers to a connection piece guiding the compressible medium are provided only in one housing half. In order to achieve a reduction in the flow losses in that housing half which does not have the connection piece, the guide devices (10, 12) for deflecting the compressible working medium out of an essentially spiral circumferential flow into an axial flow passing through the passage orifices (19) on the rotor (18) are to be provided in the region of the radially inner ends of the positive-displacement chambers (2, 3).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdrängermaschine für kompressible Medien ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a positive displacement machine for compressible media according to the preamble of claim 1.

Verdrängermaschinen dieser Bauart sind beispielsweise in der MTZ, "Motortechnische Zeitschrift", Heft 9/1985, Seiten 323 bis 327, beschrieben. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung des beispielsweise aus Luft oder ei nem Luft-Kraftstoff-Gemisch bestehenden gasförmigen Arbeitsmittel aus und können daher unter anderem auch für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen mit Vorteil herangezogen werden. Während des Betriebes einer solchen, dann als Pumpe oder Kom pressor arbeitenden Verdrängermaschine werden entlang jeder Verdrängerkammer zwi schen dem spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper und den beiden Umfangswänden der Verdrängerkammer infolge unterschiedlicher Krümmung der Spiralformen mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich beim Betrieb der Maschine von einem radial äußeren Ende der Verdrängerkammern angeordneten Arbeitsmittel einlaß durch die Verdrängerkammer hindurch zu einem am radial inneren Ende ange ordneten Arbeitsmittelauslaß hin bewegen. Dabei kann sich ihr Volumen auch ständig verringern und der Druck des Arbeitsmittels kann dann entsprechend steigen.Displacement machines of this type are, for example, in the MTZ, "Motor technology Zeitschrift ", issue 9/1985, pages 323 to 327. These machines draw through an almost pulsation-free conveyance of air or egg, for example nem air-fuel mixture existing and can therefore, among other things, also advantageous for charging purposes of internal combustion engines be used. During the operation of such, then as a pump or comm pressor-working displacement machine are located along each displacement chamber between rule the spiral-shaped displacement body and the two peripheral walls the displacement chamber due to different curvature of the spiral shapes, Roughly crescent-shaped work rooms included, which are in operation of the machine working means arranged from a radially outer end of the displacement chambers inlet through the displacement chamber to one at the radially inner end move the arranged work equipment outlet. Their volume can also change constantly decrease and the pressure of the work equipment can then increase accordingly.

Bei diesen bekannten Verdrängermaschinen stehen die radial inneren Enden der in den beiden Gehäusehälften angeordneten Verdrängerkammern über an dem scheibenförmigen Läufer angebrachte Durchtrittsöffnungen miteinander in Verbindung und es ist nur an einer Gehäusehälfte, und zwar an der der Antriebsseite der Verdrängermaschine abge wandten Seite angeordneten Gehäusehälfte ein Arbeitsmittelauslaß vorgesehen. Während des Betriebes der Verdrängermaschine muß also das in den Verdrängerkammern der nicht mit dem Arbeitsmittelauslaß versehenen Gehäusehälfte geförderte Arbeitsmittel am En de des eigentlichen Arbeitsprozesses seinen Weg durch die in dem scheibenförmigen Läu fer angebrachten Durchtrittsöffnungen hindurch in die andere, den Arbeitsmittelauslaß aufweisende Gehäusehälfte hineinfinden, was nur unter erheblichen Strömungsverlusten erfolgen kann.In these known displacement machines are the radially inner ends of the in Both housing halves arranged displacement chambers on the disc-shaped Runner attached passages connect with each other and it's only on one half of the housing, namely on the drive side of the displacement machine facing side of the housing half provided a working fluid outlet. While the operation of the displacement machine must not in the displacement chambers of the with the working medium outlet provided half of the working material on the En de of the actual work process its way through the in the disc-shaped Läu fer through openings into the other, the working fluid outlet having the housing half find what only with considerable flow losses can be done.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, Maßnahmen zur Ver ringerung dieser Strömungsverluste aufzuzeigen, wodurch letztendlich der Energiebe darf für die Verdrängermaschine verringert wird.The object on which the invention is based is now to take measures for ver to show a reduction in these flow losses, which ultimately leads to energy may be reduced for the displacement machine.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Durch die von der Erfindung vorgesehenen Mittel zur Umlenkung des kompressiblen Ar beitsmediums aus der im wesentlichen spiralförmigen Umfangsströmung in eine die Durchtrittsöffnungen an dem Läufer durchdringende Axialströmung wird eine effektive Strömungslenkung durch feste Wände bewirkt, die die innerhalb der Verdrängermaschi ne auftretenden Strömungsverluste entscheidend reduzieren. Dabei können diese Um lenkungsmittel aus Leitapparaten gebildet sein, die beispielsweise eine lagenweise Um lenkung der Strömung in unterschiedlichen Tiefen der Verdrängerkammer, also eine Um lenkung in mehreren, übereinanderliegenden Kanälen vorsehen. Diese Leitapparate kön nen beispielsweise aus dünnwandigen Kunststoffschalen, gegebenenfalls aber auch aus Blechen oder dgl. bestehen und wenigstens eine radial äußere Seitenwand aufweisen, die an der Innenkontur der radial äußeren Begrenzungswand der zugehörigen Verdrän gerkammer, beispielsweise durch eine Verklebung oder dgl. anliegend gehalten sind.This object is achieved according to the characterizing part of patent claim 1. The means provided by the invention for deflecting the compressible Ar beitsmediums from the essentially spiral circumferential flow into a Through openings on the rotor penetrating axial flow becomes effective Flow control through solid walls caused by the inside the displacement machine Reduce any flow losses that occur. Thereby, this order Steering means to be formed from guide devices, for example a layered order directing the flow at different depths of the displacement chamber, i.e. one order Provide steering in several channels one above the other. These control devices can NEN, for example, from thin-walled plastic shells, but possibly also Consist of sheets or the like and have at least one radially outer side wall, that on the inner contour of the radially outer boundary wall of the associated displacing chamber, for example by an adhesive or the like.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol genden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is in fol explained in more detail. The drawing shows in

Fig. 1 eine Draufsicht auf die antriebsseitige Gehäusehälfte einer als Kompressor ausgebildeten Verdrängermaschine mit den erfin dungsgemäßen Umlenkmitteln und Fig. 1 is a plan view of the drive-side housing half of a displacement machine designed as a compressor with the inventive deflection means and

Fig. 2 einen Schnitt in Umfangsrichtung gemäß den Schnittlinien II-II nach Fig. 1. Fig. 2 shows a section in the circumferential direction according to the section lines II-II of FIG. 1.

In der in der Fig. 1 der Zeichnung gezeigten Draufsicht auf eine Gehäusehälfte eines Verdrängerladers, wie er im Prinzip in der obengenannten Literaturstelle aus der MTZ "Motortechnischen Zeitschrift" beschrieben ist, ist das Gehäuse insgesamt mit 1 be zeichnet, das hier zwei ineinanderliegende, spiralförmige Verdrängerkammern 2 und 3 aufweist. Die spiralförmigen Verdrängerkammern erstrecken sich jeweils über einen Um fangswinkel von 360° und sind um jeweils 180° gegeneinander versetzt angeordnet. Zwi schen den beiden Verdrängerkammern 2 und 3 verbleiben dabei leisten- oder rippenför mige Gehäusewände 4, 5, die dann ebenfalls eine Spiralform aufweisen. Die Süpirale wird dabei nicht durch eine mathematische exakte Spirale gebildet, sondern durch zwei anein ander anschließende Kreisbögen von jeweils etwa 180°, wobei die Zentren dieser Kreis bögen jeweils gegeneinander versetzt sind und die Radien unterschiedlich sind. Die ra dial äußeren Enden der Verdrängerkammern 2, 3 stehen über Einlaufkanäle 8 und 9 mit einem Eintrittsstutzen 7 in Verbindung, über den das Arbeitsmittel, das hier beispiels weise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch besteht, zugeführt wird. Dabei kann der eine Einlauf, in der Zeichnung z. B. der Einlauf 8, relativ kurz und der andere Ein lauf 9 relativ lang, nämlich über einen Umfangswinkel von etwa 180° sich erstreckend, ausgeführt sein. Am radial inneren Ende der Verdrängerkammern 2, 3 schließen sich Aus laufbereiche 11 und 13 an, die mit einem Austrittsstutzen in Verbindung stehen. Da die in der Fig. 1 der Zeichnung mit 1 bezeichnete Gehäusehälfte einen solchen Austritts stutzen nicht aufweist, sondern lediglich die zweite, hier nicht gezeigte Gehäusehälfte, erfolgt die Verbindung der Auslaufbereiche 11 und 13 des Gehäuses 1 über Durchtritts öffnungen 19 eines zwischen den beiden Gehäusehälften gehaltenen und von einer hier nicht gezeigten Antriebswelle angetriebenen scheibenförmigen Läufer 18. Die Durch trittsöffnungen 19 sind dabei in dem radial inneren Bereich des scheibenförmigen Läu fers angeordnet, so daß das am radial inneren Ende der Verdrängerkammern 2, 3 in die Auslaufbereiche 11, 13 ausströmende Arbeitsmittel seine bisher in Umfangsrichtung verlaufende Strömung in eine Axialrichtung umwandeln muß.In the drawing shown in Fig. 1 of the plan view of a housing half of a positive-displacement charger, as described in principle in the above-mentioned reference from the MTZ "Motortechnische Zeitschrift", the housing is marked with a total of 1 be, which here two interlocking, spiral Displacement chambers 2 and 3 . The spiral displacement chambers each extend over a circumferential angle of 360 ° and are offset from one another by 180 °. Between the two displacement chambers 2 and 3 remain strip or rippenför shaped housing walls 4, 5 , which then also have a spiral shape. The Süpirale is not formed by a mathematically exact spiral, but by two adjoining circular arcs of approximately 180 ° each, the centers of these circular arcs are offset from one another and the radii are different. The ra dial outer ends of the displacement chambers 2, 3 are via inlet channels 8 and 9 with an inlet connection 7 in connection via which the working fluid, which here, for example, consists of air or an air-fuel mixture, is supplied. It can be an enema in the drawing, for. B. the inlet 8 , relatively short and the other A run 9 relatively long, namely extending over a circumferential angle of about 180 °, be executed. At the radially inner end of the displacement chambers 2, 3 follow from run areas 11 and 13 , which are connected to an outlet nozzle. Since the housing half designated 1 in FIG. 1 of the drawing does not have such an outlet, but only the second housing half (not shown here), the connection of the outlet areas 11 and 13 of the housing 1 takes place via passage openings 19 one between the two housing halves held and driven by a drive shaft, not shown, disk-shaped rotor 18 . Through the openings 19 are arranged in the radially inner region of the disc-shaped Läu fers, so that the outflowing at the radially inner end of the displacement chambers 2, 3 in the outlet regions 11, 13 must convert its previously circumferential flow in an axial direction.

Damit dies ohne wesentliche Strömungsverluste erfolgen kann, soll gemäß der Erfindung in diesen Auslaufbereichen 11 und 13 jeweils ein Leitapparat 10, 12 vorgesehen sein, der mit Hilfe von festen Wänden der Strömung die gewünschte, im wesentlichen rechtwinkli ge Umlenkung mitteilt. Diese Leitapparate 10, 12 können dabei aus Blechschalen oder auch aus dünnwandigen Kunststoffschalen bestehen und, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, beispielsweise zwei oder mehrere in unterschiedlichen Tiefen der Verdrängerkammern 2, 3 angeordnete Umlenkbleche 15, 16 aufweisen, so daß mehrere übereinanderliegende, rechtwinklig umgelenkte Strömungskanäle gebildet werden. Die Austrittsöffnung dieser Leitapparare korrespondiert dann im wesentlichen mit der oder den Durchtrittsöffnungen 19 in dem scheibenförmigen Läufer 18. Die Halterung der Leitapparate in der Gehäuse hälfte 1, die hier durch die antriebsseitige Gehäusehälfte der Verdrängermaschine ge bildet ist und deren zentrale Bohrung 6 als Lagerbohrung für die Antriebswelle ausge bildet ist, erfolgt zweckmäßigerweise durch Kleben, Schweißen oder dgl. Dabei ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eine Seitenwand des Leitapparates, beispielsweise die radial äußere Wand 17 an der Innenkontur der zu der jeweiligen Verdrängerkammer gehörenden radial äußeren Gehäuserippe anliegt und dort beispielsweise durch Ver kleben oder Verschweißen befestigt ist.So that this can be done without significant flow losses, according to the invention in each of these outlet areas 11 and 13 a guide device 10, 12 should be provided, which communicates the desired, substantially right-angle deflection with the help of solid walls of the flow. These diffusers 10, 12 can consist of sheet metal shells or thin-walled plastic shells and, as can be seen from FIG. 2, have, for example, two or more baffles 15, 16 arranged at different depths of the displacement chambers 2, 3 , so that several superposed, flow channels deflected at right angles are formed. The outlet opening of this guide apparatus then essentially corresponds to the passage opening or openings 19 in the disk-shaped rotor 18 . The holding of the diffusers in the housing half 1 , which is formed here by the drive side housing half of the displacement machine and whose central bore 6 is formed as a bearing bore for the drive shaft, is advantageously carried out by gluing, welding or the like. It is advantageous if at least one side wall of the diffuser, for example the radially outer wall 17 abuts the inner contour of the radially outer housing rib belonging to the respective displacement chamber and is fastened there, for example by Ver gluing or welding.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung besteht dabei darin, daß durch die von den Leitapparaten bewirkte Umlenkung des Arbeitsmittels in dem an das radial innere Ende der Verdrängerkammern anschließenden Auslaufbereich eine wesentliche Reduzierung der Strömungsverluste verursacht wird, die letztendlich zu einer Energieeinsparung für den Antrieb der Verdrängermaschine führen. Gegebenen falls kann die Umlenkvorrichtung auch durch andere Mittel als Leitapparate gebildet werden. So ist es auch möglich, zur Umlenkung des Arbeitsmittels beispielsweise fluid technische oder strömungsmechanische Mittel zu verwenden. Solche auch Fluidik-Ele mente genannte Mittel sind im Prinzip bekannt und eignen sich vor allem dazu, unter Ausnutzung des sog. Coanda-Effektes die Richtung einer Fluidströmung, hier also der von der Verdrängermaschine geförderten Luft oder eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, zu steuern, wozu lediglich Steuerstrahlen geringer Leistung benötigt werden.The main advantage of the training according to the invention is that due to the deflection of the work equipment in the the radially inner end of the displacement chamber adjoining outlet area substantial reduction in flow losses is caused, which ultimately increases energy savings for the drive of the displacement machine. Given if the deflection device can also be formed by means other than diffusers will. It is also possible, for example, to deflect the working fluid to use technical or fluid mechanical means. Such also Fluidik-Ele Mentioned funds are known in principle and are particularly suitable for Exploitation of the so-called Coanda effect the direction of a fluid flow, here the air conveyed by the displacement machine or an air-fuel mixture, to control what only low power control beams are needed.

Claims

1. Displacement machine for compressible media with a divided housing, the housing halves of which each have at least one displacement chamber designed in the manner of a spiral slot, and with a disk-shaped rotor which is eccentrically driven by a drive shaft and which engages at least one each in a displacement chamber on both end faces, as has a spiral bar or rib formed displacement body, the radially inner ends of the displacement chambers of the two housing halves being connected to one another via passage openings provided on the disc-shaped rotor and openings in only one egg ner housing half for connecting the radially inner ends of the displacer with a connecting piece leading the compressible medium are easily seen, characterized in that in the region of the radially inner ends of the displacement chambers ( 2, 3 ) in the non-connecting openings having Ge housing halves ( 1 ) means ( 10, 12 ) z Ur deflection of the compressible working medium from a substantially spiral circumferential flow into a substantially through-openings ( 19 ) on the rotor ( 18 ) penetrating axial flow are seen easily.

2. Displacement machine according to claim 1, characterized in that the means from in the radially inner outlet areas ( 11, 13 ) of the displacement chambers ( 2, 3 ) are held NEN, the flow essentially deflecting guide devices ( 10, 12 ) are formed.

3. Displacement machine according to claim 2, characterized in that the guide devices ( 10, 12 ) for separate, layer-wise deflection of the flow at different depths of the displacement chambers ( 2, 3 ) are formed.

4. displacement machine according to claim 2 or 3, characterized in that the guide apparatus ( 10, 12 ) made of thin-walled plastic shells ( 15, 16, 17 ) are formed.

5. Displacement machine according to one of claims 2 to 4, characterized in that the diffusers ( 10, 12 ) have at least one radially outer side wall ( 17 ) which is adjacent to the inner contour of the radially outer boundary wall of the associated Ver displacement chamber ( 2, 3 ) is held.