DE3827736A1 - Spiralverdraengermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spiralverdrängermaschine für kompressible Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Solche Spiralverdrängermaschinen, die beispielsweise als Lade­ geräte für die Motoren von Personenkraftfahrzeugen verwendet werden können, sind bekannt ("MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 1985, Seiten 323-327"). Bei diesen bekannten Spiralverdränger­ maschinen hat sich gezeigt, daß im Betrieb infolge unterschied­ licher axialer Wärmedehnung der spiralförmigen Verdrängerkörper bzw. der zwischen den Verdrängerkammern verbleibenden spiral­ förmigen Gehäusewände ein über den Spiralumfang unterschiedlich großer Verschleiß an den Dichtleisten bzw. den mit den Dicht­ leisten zusammenwirkenden Gegenflächen des Läufers bzw. des Gehäuses auftritt. Dabei ist dieser Verschleiß an dem radial inneren Spiralende jeweils wesentlich größer als an dem radial äußeren Spiralende, da sich bei diesen als Verdichter arbei­ tenden Spiralverdrängermaschinen in dem radial inneren Auslaß­ raum des Gehäuses eine höhere Temperatur des Arbeitsmittels einstellt als in dem radial äußeren Einlaßraum.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Spiralverdrängermaschine der im Oberbegriff des Patent­ anspruchs angegebenen Art zu schaffen, bei der das Auftreten eines derart unterschiedlich über den Spiralumfang verteilten Verschleißes vermieden wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Tiefe der spiralförmigen Nuten und/oder die Höhe der Dichtleisten über den Spiralumfang veränderlich ausgeführt wird, wird von vornherein die unterschiedliche axiale Wärmedehnung der leisten­ artigen Verdrängerkörper bzw. Gehäusewände berücksichtigt. Dabei kann die Tiefe der spiralförmigen Nuten ausgehend vom radial inneren Spiralende kontinuierlich oder stufenweise ver­ ringert werden bzw. die Höhe der Dichtleisten entsprechend vergrößert werden. Diese Veränderung der Tiefe der spiralförmigen Nuten und/oder der Höhe der Dichtleisten sollte dabei über einen Umfangswinkelbereich von zumindest 180° ausgehend vom radial inneren Spiralende erfolgen, da in diesem Bereich die Wärmedehnung aufgrund der höheren Arbeitsmitteltemperatur be­ sonders groß ist.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Spiralverdränger­ maschine gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine Ansicht des scheibenförmiqen Läufers der Spiralverdrängermaschine von der Stirnseite her.

Die Zeichnung zeigt dabei eine als Lader für eine Verbrennungs­ kraftmaschine eines Personenkraftfahrzeugs verwendbare Ver­ drängermaschine der Spiralbauart, bei der mit 1 die Verdränger­ maschine insgesamt und mit 2 ein durch eine mittlere radiale Teilfuge in zwei Gehäusehälften 2 a und 2 b unterteiltes Gehäuse bezeichnet ist. Zwischen den beiden Gehäusehälften 2 a, 2 b ist ein scheibenförmiger Läufer 3 bewegbar gehalten, der mit einer zentralen Nabe 4 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 6 auf einem eine erste Exzentervorrichtung bildenden Exzenter­ bund 7 einer Antriebswelle 5 gelagert ist.

In den beiden Gehäusehälften 2 a, 2 b sind jeweils nach Art spiral­ förmig verlaufender Schlitze ausgebildete Verdrängerkammern 8 angeordnet. In diese Verdrängerkammern 8 greifen ebenfalls spiralförmig ausgebildete, steg- oder leistenartige Verdränger­ körper 9 ein, die an beiden Stirnseiten des scheibenförmigen Läufers 3 im wesentlichen senkrecht von diesem abstehend gehal­ ten sind. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung sind dabei auf jeder Seite des Läufers 3 zwei solcher spiralförmiger Verdrängerkörper 9 und demzufolge auch in jedem Gehäuseteil 2 a, 2 b jeweils zwei spiralförmige Verdrängerkammern 8 angeord­ net.

Mit 10 und 11 sind zwei Lager der Antriebswelle 5 angegeben, die jeweils beiderseits des Exzenterbundes 7 und zweier benach­ bart zum Exzenterbund 7 angeordneter Ausgleichgewichte 12, 13 vorgesehen sind. Die Ausgleichgewichte 12, 13 dienen dabei zum Ausgleich der infolge des exzentrischen Antriebes des Läu­ fers 3 verursachten umlaufenden Zentrifugalkräfte. Die Ausgleich­ gewichte 12, 13 laufen in Räumen 15 a, 15 b um, die untereinander über in dem scheibenförmigen Läufer 3 angeordnete Durchbrüche 14 verbunden sind. Die Räume 15 a, 15 b stehen darüberhinaus mit wenigstens einem in der Gehäusehälfte 2 b vorgesehenen Aus­ trittsstutzen 16 zur Abführung des Arbeitsmittels in Verbin­ dung. Die Räume 15 a und 15 b dienen dabei als Sammelräume für das von dem Verdrängerlader während des Antriebs geförderten Arbeitsmittels, das aufgrund der Antriebsbewegung der Verdränger­ körper 9 in den Verdrängerkammern 8 von einem im äußeren Bereich des Gehäuses 2 vorgesehenen Einlaßraum 17 über die spiralförmigen Verdrängerkammern 8 nach innen gefördert wird.

Zur Führung des scheibenförmigen Läufers 3 dient eine zweite Exzenteranordnung, die hier durch einen an einer parallel zur Antriebswelle 5 im Gehäuse 2 a gehaltenen Nebenwelle 19 angeord­ neten Exzenterzapfen 20 gebildet ist, der über ein Lager 21 an einem am Außenumfang des Läufers 3 an einem Ansatz 29 ange­ ordneten Lagerauge 24 eingreift. Zwischen dem Lagerauge 24 und dem Lager 21 kann noch ein Zwischenring 22 vorgesehen sein, der in dem Lagerauge 24 über eine elastische Bettung 23 gehalten ist. Die Nebenwelle 19 wird dabei über einen Zahnriementrieb 18 winkelsynchron von der Antriebswelle 5 angetrieben.

Durch die zweite Exzentervorrichtung erfährt der scheibenförmige Läufer 3 bei seinem Antrieb durch den Exzenterbund 7 der An­ triebswelle 5 eine translatorische Zwangsbewegung, bei der alle Punkte des Läufers 3 Kreise mit dem Durchmesser der dop­ pelten Exzentrizität der Exzentervorrichtungen 7 bzw. 20 be­ schreiben. Auch jeder Punkt der Außenkontur der an dem scheiben­ förmigen Läufer 3 gehaltenen Verdrängerkörper 9 führt eine von den Umfangswänden der Verdrängerkammern 8 begrenzte Kreis­ bewegung aus, wobei sich zwischen den mit unterschiedlichen Krümmungen versehenen Verdrängerkammern 8 und Verdrängerkör­ pern 9 mehrere sichelförmige, beim Antrieb des Läufers 3 radial von außen nach innen durch die Verdrängerkammern 8 bewegende Arbeitsräume ausbilden.

Zur Abdichtung der zwischen dem scheibenförmigen Läufer 3 und den an diesem angebrachten Verdrängerkörpern 9 einerseits sowie dem Gehäuse 2 andererseits sind jeweils an den Stirnseiten der leistenförmigen Verdrängerkörper 9 und der ebenfalls leisten­ förmig ausgebildeten, zwischen den Verdrängerkammern 8 stehen­ bleibenden Kammerwänden 30 in axialen Nuten 26, 28 gehaltene axiale Dichtleisten 25, 27 vorgesehen, die jeweils eine der Spiralform der Leisten entsprechende Längserstreckung aufweisen. Diese Dichtleisten 25, 27 liegen dann an den Stirnflächen des scheibenförmigen Läufers 3 bzw. im Grund der Verdrängerkam­ mern 8 an und bewirken eine Dichtung zwischen den einzelnen, beiderseits der Verdrängerkörper 9 gebildeten Arbeitsräume. Gegebenenfalls können im Grund der Nuten 26, 28 federnde Mittel, z.B. Wellfedern, vorgesehen seisn, die die Dichtleisten 25, 27 mit einer definierten Vorspannung zur Anlage an die Gegen­ flächen drücken.

Während des Betriebs der Verdrängermaschine ergibt sich aufgrund der Temperaturerhöhung des aus dem radial äußeren Sammelraum 17 in die radial inneren Sammelräume 15 a und 15 b geförderten Arbeitsmittels eine unterschiedlich große axiale Wärmedehnung der leistenförmigen Verdrängerkörper 9 bzw. Gehäusewände 30.

Da in dem radial inneren Bereich des Gehäuses 2 das Arbeits­ mittel infolge der Verdichtung eine wesentlich höhere Temperatur annimmt als in dem radial äußeren Einlaßbereich, ist die axiale Wärmedehnung dieser Teile in dem radial inneren Bereich ihres Spiralumfanges wesentlich größer als in ihrem radial äußeren Bereich. Diese über den Spiralumfang veränderliche axiale Wärmedehnung soll nun dadurch weitgehend aufgenommen werden, daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten 26, 28 zur Aufnahme der Dichtleisten über den Spiralumfang unterschiedlich groß bemessen wird. So soll die Tiefe der spiralförmigen Nuten an ihrem radial inneren Ende, das heißt an dem dem Auslaßraum 15 a bzw. 15 b zugewandten Leistenende größer sein als an dem radial äußeren, dem Einlaßraum 17 zugewandten Ende. Dabei kann vorgesehen werden, daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten 26 und 28 vom radial inneren Ende der Spirale ausgehend konti­ nuierlich oder in Stufen nach außen hin abnimmt. Gegebenenfalls kann es dabei ausreichen, wenn nur in dem Bereich des Spiral­ umfanges, der in einem vom Zentrum des scheibenförmigen Läufers 3 aus gesehen 180° ausmachenden Umfangslagen vor dem radial inneren Ende liegt, diese Veränderung der Nutentiefe vorgenommen wird und der restliche Bereich eine gleichbleibend große Tiefe der Nut aufweist.

Anstatt die Tiefe der spiralförmigen Nuten 26, 28 zu ändern, kann aber auch bei gleichbleibender Nutentiefe die axiale Höhe der Dichtleisten 25, 27 verändert werden. In diesem Fall würde die Höhe der Dichtleisten an dem radial inneren Spiralenende am kleinsten sein und würde dann nach außen hin kontinuierlich oder in Stufen zunehmen, wobei auch hier die Höhenveränderung auf die vom radial inneren Ende aus betrachtet ersten 180° des Spiralen-Umfanges beschränkt sein kann. Gegebenenfalls wäre es auch möglich, beide Maßnahmen gleichzeitig zu treffen, nämlich die Nutentiefe zu verändern und gleichzeitig auch die Höhe der Dichtleiste zu variieren. Die Veränderung der Nuten­ tiefe bzw. der Dichtleistenhöhe kann z.B. am radial inneren Ende 0,1-0,2 mm betragen.

In jedem Fall wird durch diese Maßnahme sichergestellt, daß im betriebswarmen Zustand die im radial inneren Bereich der Leiste infolge der höheren Arbeitsmitteltemperatur sich ergeben­ de größere axiale Wärmedehnung durch eine entsprechende gegen­ sätzliche Veränderung der Nutentiefe und/oder der Dichtleisten­ höhe ausgeglichen wird, so daß zum einen eine etwa gleichbleibend starke Anpressung der Dichtleiste durch ein gegebenenfalls im Grund der Nut angeordnetes federndes Mittel eingehalten werden kann, zum anderen aber durch diese Bemessung der Nuttiefe und/oder der Dichtleistenhöhe ein besonders hoher Verschleiß beim Einfahren der Verdrängermaschine weitgehend vermieden wird. Dies bewirkt gleichzeitig auch eine Reduzierung der Reib­ leistung der Spiralverdrängermaschine, die ebenfalls insbesondere beim Einfahren der Verdrängermaschine, eben durch Anlaufen der radial inneren Bereiche der Dichtleisten, entsteht. Im kalten Ausgangszustand ist dann natürlich der Dichtspalt am radial inneren Ende der Verdrängerkörper 9 bzw. der Gehäuse­ wände 30 entsprechend größer, wodurch während des Einlaufens der Maschine, aber eben auch nur während dieser relativ kurzen Zeit, größere Verluste durch unvollständige Abdichtung der Arbeitsräume entstehen.

Claims (3)

1. Spiralverdrängermaschine für kompressible Medien mit wenig­ stens einer in einem feststehenden Gehäuse angeordneten, nach Art eines spiralförmig verlaufenden Schlitzes ausge­ bildeten Verdrängerkammer und mit jeweils einem jeder Ver­ drängerkammer zugeordneten, ebenfalls spiralförmig ausge­ bildeten, steg- oder leistenförmigen Verdrängerkörper, der an einer Stirnseite eines gegenüber dem Gehäuse exzentrisch mit einer translatorischen Bewegung antreibbaren scheiben­ förmigen Läufers derart gehalten ist, daß während des Betrie­ bes jeder Umfangspunkt des Verdrängerkörpers eine von den Umfangswänden der zugeordneten Verdrängerkammer begrenzte Kreisbewegung ausführt, und mit an den Stirnseiten der Ver­ drängerkörper und der zwischen den Verdrängerkammern verblei­ benden leistenartigen Gehäusewände in spiralförmigen Nuten gehaltenen und an Gegenflächen des jeweils anderen Bauteils anliegenden Dichtleisten, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten (26; 28) und/oder die Höhe der Dichtleisten (25; 27) über den Spiralumfang derart unter­ schiedlich bemessen ist, daß im Ausgangszustand unter Umge­ bungstemperatur bei im Nutengrund anliegenden Dichtleisten der Dichtspalt am radial inneren Spiralende um die bei Be­ triebstemperatur sich ergebende axiale Dehnungsdifferenz größer ist als am radial äußeren Spiralende.

2. Spiralverdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten (26; 28) und/oder die Höhe der Dichtleisten (25; 27) kontinuierlich oder stufenförmig veränderlich ist.

3. Spiralverdrängermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten (26; 28) und/oder die Höhe der Dichtleisten (25; 27) vom radial inneren Spiralende ausgehend über einen Umfangswinkelbereich von wenigstens 180° veränderlich ist.