DE3826640C2 - Spiralverdrängermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spiralverdrängermaschine für kompressible, gasförmige Arbeitsmittel gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Spiralverdrängermaschinen dieser bekannten Bauart sind beispiels­ weise in der "MTZ", Motortechnische Zeitschrift 1985, Seiten 323-327, in ihrer Anwendung als Ladegeräte für die Motoren von Personenkraftfahrzeugen beschrieben. Bei diesen bekannten Maschinen sind die an den radial äußeren und inneren Enden der Verdrängerkammern beider Maschinenseiten vorgesehenen Sam­ melräume miteinander verbunden und an einen gemeinsamen Arbeits­ mitteleinlaß bzw. Arbeitsmittelauslaß angeschlossen.

Außerdem ist aus der DE 26 03 323 A1 eine mit dem Arbeitsmedium Luft arbeitende Kältemaschine bekannt, bei der eine Kompressionseinheit arbeitsmitteldicht von einer Expansionseinheit getrennt ist. Nachteilig bei dieser Kältemaschine ist ihr vergleichsweise großer Bauraumbedarf. Dies führt beispielsweise dazu, daß derartige Kältemaschinen in kleinen Kraftfahrzeugen wegen der dort im Motorraum sehr beengten Platzverhältnisse kaum zum Einsatz kommen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Spiralverdränger­ maschine so weiterzubilden, daß diese als Kältemaschine einsetzbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß werden also die beiden Maschinenhälften arbeitsmitteldicht voneinander getrennt und als Kompressionsmaschine und Expansionsmaschine zur Expansion bzw. Verdichtung bei einem mit Luft als Arbeitsmittel arbei­ tenden Gaskältemaschinenprozeß herangezogen. Dadurch ergibt sich ein sehr kompaktes Aggregat, das zugleich die Kraft- und Arbeitsmaschine eines solchen Gaskältemaschinenprozesses, bei dem nacheinanderfolgend das Arbeitsmittel verdichtet, isobar gekühlt, dann expandiert und schließlich isobar auf den Anfangs­ zustand erwärmt wird. Ein derartiger Kältemaschinenprozeß kann dann beispielsweise zur Kühlung und Klimatisierung von Fahrzeugen, aber auch von stationären Anlagen oder Geräten verwendet werden, wobei sich durch die Verwendung des erfin­ dungsgemäßen Expansions- und Verdichtungsmaschinenaggregates wesentliche Bauraumvorteile ergeben.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich gemäß dem Merkmal des Unteranspruches.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Spiralverdrängermaschine anhand eines Längsschnittes durch die Maschine dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. In der Zeichnung ist mit 1 die Spiralverdrängermaschine insgesamt bezeichnet, deren Gehäuse 2 durch eine mittlere, radiale Teilfuge in zwei Gehäusehälften 2a und 2b und darüber­ hinaus auch in zwei Maschinenhälften 25 und 26 unterteilt ist. Zwischen den beiden Gehäusehälften 2a, 2b ist ein scheiben­ förmiger Läufer 3 bewegbar gehalten, der mit einer zentralen Nabe 4 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 6 auf einem Exzenterbund 7 einer Antriebswelle 5 gelagert ist. In den beiden Maschinenhälften 25 und 26 sind jeweils in den zugeordneten Gehäusehälften 2a, 2b nach Art spiralförmiger Schlitze ausge­ bildete Verdrängerkammern 8a und 8b angeordnet. In diese Ver­ drängerkammern 8a, 8b greifen ebenfalls spiralförmig ausge­ bildete steg- oder leistenartige Verdrängerkörper 9a bzw. 9b ein, die an den beiden Stirnseiten des scheibenförmigen Läufers 3 im wesentlichen senkrecht von diesem abstehend gehalten sind. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung sind dabei auf jeder Seite des Läufers 3 zwei solcher spiralförmiger Verdränger­ körper 9a, 9b und demzufolge auch in jedem Gehäuseteil 2a, 2b jeweils zwei spiralförmige Verdrängerkammern 8a bzw. 8b angeordnet.

Mit 10 und 11 sind zwei Lager der Antriebswelle 5 angegeben, die jeweils beiderseits des Exzenterbundes 7 und zweier be­ nachbart zum Exzenterbund 7 angeordneter Ausgleichgewichte 12, 13 vorgesehen sind. Die Ausgleichgewichte 12, 13 dienen zum Ausgleich der infolge des exzentrischen Antriebes des Läu­ fers 3 verursachten umlaufenden Zentrifugalkräfte.

An den radial inneren und äußeren Enden der Verdrängerkammern 8a bzw. 8b sind jeweils getrennt für beide Maschinenhälften 25 und 26 gemeinsame Sammelräume 14a und 16a bzw. 14b und 16b vorgesehen. Dabei stehen die radial äußeren Sammelräume 14a bzw. 14b mit Arbeitsmitteleinlaßstutzen 15a bzw. 15b in Ver­ bindung, über die das hier durch Luft gebildete gasförmige Arbeitsmittel zuführbar ist. Die radial inneren Sammelräume 16a bzw. 16b sind demgegenüber mit getrennten Arbeitsmittel­ auslaßstutzen 17a bzw. 17b zur Abführung des in der jeweiligen Maschinenhälfte 25 bzw. 26 verarbeiteten Arbeitsmittels ver­ bunden. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel wird also davon ausgegangen, daß in beiden Maschinenhälften das Arbeitsmittel bei dem in diesen Maschinenhälften jeweils vor sich gehenden Arbeitsprozeß radial von außen nach innen strömt. Denkbar wäre jedoch auch eine zumindest einseitige umgekehrte Strömungsrichtung von innen nach außen, wobei dann die Anschlußstutzen 15a, 17a bzw. 15b, 17b jeweils ihre Funktion wechseln würden.

Zur Führung des scheibenförmigen Läufers 3 dient eine zweite Exzenteranordnung, die hier durch einen an einer parallel zur Antriebswelle 5 im Gehäuse 2a gehaltenen Nebenwelle 19 angeord­ neten Exzenterzapfen 20 gebildet ist, der über ein Lager 21 an einem am Außenumfang des Läufers 3 angeordneten Lagerauge 24 angreift. Zwischen dem Lagerauge 24 und dem Lager 21 kann noch ein Zwischenring 22 vorgesehen sein, der in dem Lagerauge 24 mittels einer elastischen Bettung 23 gehalten ist. Die Neben­ welle 19 wird hier von der Antriebswelle 5 über einen Zahn­ riementrieb 18 winkelsynchron angetrieben.

Durch die zweite Exzentervorrichtung erfährt der scheibenför­ mige Läufer 3 bei seinem Antrieb durch den die erste Exzenter­ vorrichtung bildenden Exzenterbund 7 der Antriebswelle 5 eine translatorische Zwangsbewegung, bei der alle Punkte des Läu­ fers 3 Kreise mit dem Durchmesser der doppelten Exzentrizität der Exzentervorrichtungen 7 bzw. 20 beschreiben. Auch jeder Punkt der Außenkontur der an dem scheibenförmigen Läufer 3 gehaltenen Verdrängerkörper 9a bzw. 9b führt eine von den Um­ fangswänden der Verdrängerkammern 8a bzw. 8b begrenzte Kreisbe­ wegung aus, wobei sich zwischen den mit unterschiedlichen Krüm­ mungen versehenen Verdrängerkammern 8a, 8b und Verdrängerkör­ pern 9a, 9b mehrere sichelförmige, beim Antrieb des Läufers 3 radial von außen nach innen durch die Verdrängerkammern 8a, 8b bewegende Arbeitsräume bilden.

Bei der erfindungsgemäßen Spiralverdrängermaschine sind nun die in den beiden Gehäusehälften 25 und 26 vorgesehenen Ver­ drängerkammern 8a bzw. 8b und die diesen Verdrängerkammern zugeordneten Verdrängerkörper 9a, 9b bzw. deren Krümmungen so ausgestaltet und bemessen, daß in einer der beiden Maschinen­ hälften während der Strömung des Arbeitsmittels von dem Ein­ laßsammelraum 14a bzw. 14b zu dem Auslaßsammelraum 16a, 16b eine Expansion des Arbeitsmittels und in der anderen Gehäuse­ hälfte zur gleichen Zeit eine Verdichtung stattfindet. Die Verdrängerkammern 8a bzw. 8b und die an den beiden Seiten des scheibenförmigen Läufers 3 vorgesehenen Verdrängerkörper 9a bzw. 9b können damit nicht mehr direkt spiegelbildlich sein, sondern werden jeweils unterschiedliche Formen aufweisen. Jedoch bietet sich durch diese Maßnahme die Möglichkeit, die bei einem Gaskältemaschinenprozeß neben den Wärmetauschern für die Kühlung und Erwärmung des Arbeitsmittels vorzusehenden Aggregate, näm­ lich Verdichter und Expansionsmaschine in einem einzigen, sehr kompakt bauenden Aggregat unterzubringen. Dies ist besonders dort von Vorteil, wo, wie zum Beispiel bei Klimaanlagen von Personenkraftfahrzeugen, der Bauraum für solche Aggregate sehr beschränkt ist.

Als Arbeitsmittel für den vorzusehenden Gaskältemaschinenprozeß soll dabei Luft verwendet werden, das bei entsprechender Fest­ legung des Arbeitsdruckniveaus eine ausreichende Kälteleistung liefert.

Wesentlich für die Ausführung eines solchen Doppelaggregates in einer einzigen Spiralverdrängermaschine ist dabei, daß die beiden Maschinenhälften 25 und 26 arbeitsmitteldicht voneinander getrennt sind und daß beiden Gehäusehälften 2a bzw. 2b jeweils getrennte Arbeitsmittel Ein- und Auslässe zuge­ ordnet werden. Zu der Abdichtung der beiden Maschinenhälften gegeneinander trägt unter anderem bei, daß, wie in der Zeich­ nung angedeutet ist, der radial äußere Rand des scheibenförmi­ gen Läufers 3 dicht zwischen den Umfangsrändern der beiden Gehäusehälften geführt ist. Auch die Lagerstelle der Läufer­ nabe 4 auf dem Exzenterbund 7 muß gasdicht sein, damit keine direkte Verbindung zwischen den beiden auf unterschiedlich hohem Druckniveau stehenden Auslaßsammelräumen 16a und 16b vorhanden ist.

Claims (2)

1. Spiralverdrängermaschine für kompressible, gasförmige Arbeits­ mittel mit einem gegenüber einem feststehenden Gehäuse in einer translatorischen Bewegung antreibbaren scheibenförmigen Läufer, an dessen beiden Stirnseiten jeweils wenigstens ein spiralförmig ausgebildeter, leistenartiger Verdränger­ körper zum Eingriff in jeweils eine zugeordnete, als spiral­ förmiger Schlitz ausgebildete Verdrängerkammer gehalten ist, wobei die Krümmung der Verdrängerkörper gegenüber derje­ nigen der zugeordneten Verdrängerkammern so bemessen ist, daß jeder Verdrängerkörper die inneren und äußeren Umfangs­ wände der zugeordneten Verdrängerkammer an jeweils mindestens einer im Betrieb fortschreitenden Dichtungslinie nahezu berührt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängermaschine (1) in zwei in der Ebene des Läufers (3) arbeitsmitteldicht getrennte, jeweils Verdrängerkammern (8a; 8b) und Verdränger­ körper (9a, 9b) enthaltende Maschinenhälften (25; 26) unter­ teilt ist und daß eine der beiden Maschinenhälften als Kom­ pressionsmaschine und die andere als Expansionsmaschine eines mit Luft als Arbeitsmittel arbeitenden Kälteprozesses ausgebildet ist.

2. Spiralverdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Maschinenhälfte (25; 26) getrennte, je­ weils mit den radial äußeren und inneren Enden der in diesen Maschinenhälften vorgesehenen Verdrängerkammern (8a; 8b) verbundene Sammelräume (14a, 16a; 14b, 16b) aufweist und daß jeweils die radial äußeren Sammelräume (14a; 14b) der beiden Maschinenhälften (25; 26) mit getrennten Arbeits­ mitteleinlässen (15a, 15b) und die radial inneren Sammel­ räume (16a, 16b) mit Arbeitsmittelauslässen (17a, 17b) ver­ bunden sind.