DE4136621A1 - Spiralverdraengermaschine - Google Patents

Spiralverdraengermaschine

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DE4136621A1
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DE19914136621
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Klaus-Dieter Dr Ing Emmenthal
Claus Mueller
Otto Ing Grad Schaefer
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0246Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
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Description

Die Erfindung betrifft eine Spiralverdrängermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Maschine, auch Spirallader oder G-Lader genannt, ist zur Aufladung von Brenn­ kraftmaschinen verwendbar und unter anderem beschrieben in der Motortechnischen Zeitschrift MTZ 46 (1985) Seite 323-327. Ein scheibenförmiger Läufer mit axial gerichteten und spiralförmig ausgebildeten Schaufeln kreist exzentrisch in einem ebenfalls mit spiralförmigen Schaufeln versehenen Gehäuse. Infolge des exzen­ trischen Bewegungsablaufs treten im Bereich einer Hauptlagerung des Läufers große umlaufende Massenkräfte auf. Eine Gewichtsredu­ zierung ist jedoch aufgrund der erforderlichen Festigkeit ausge­ schlossen. Weiterhin sind an die Maßhaltigkeit des Läufers im Betrieb sowie an die sich ergebenden Fertigungstoleranzen aufgrund der komplizierten Kinematik besonders hohe Anforderungen zu stellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bereits durch konstruk­ tive Maßnahmen die im Betrieb am Läufer auftretenden Massenkräfte zu reduzieren, ohne dabei andere Nachteile wie Festigkeitsverlust oder geringere Genauigkeiten in Kauf nehmen zu müssen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Läufer in Verbundbauweise aufgebaut ist mit einem Werkstoff für die Läufer­ scheibe und einem anderen Werkstoff für die Läuferschaufeln. Die auftretenden Massenkräfte greifen im wesentlichen an der Lagerung der Läuferscheibe auf einer Antriebswelle an. Die Läuferschaufeln sind demgegenüber nicht so hoch belastet. Hier ist durch Auswahl eines geeigneten Werkstoffes eine Gewichtseinsparung möglich, die zugleich die Massenkräfte am Läufer reduziert. Die tatsäch­ liche Werkstoffauswahl kann nun in Abhängigkeit von den voneinander verschiedenen Anforderungen bezüglich der Läuferscheibe und der Läuferschaufeln vorgenommen werden.
Vorteilhafterweise besteht die Läuferscheibe aus einem Werkstoff hoher Festigkeit, insbesondere mit einer Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm2, vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium. Die Anforderungen an die Festigkeit sind damit erfüllt. Zugleich sind die genannten Werkstoffe leicht und rationell zu bearbeiten.
Gemäß Anspruch 3 bestehen die Schaufeln aus einem Werkstoff mit geringem spezifischen Gewicht, insbesondere mit einer Dichte von weniger als 2 g/cm3, vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierung oder einem Kunststoff. Die am Läufer auftretenden Massenkräfte werden hierdurch minimiert. Zugleich ist eine gewisse Maßhaltigkeit in Verbindung mit geringen Fertigungstoleranzen möglich.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaufeln mit insbesondere axial ausgerichteten Faserverbundwerkstoffen verstärkt sind. Dadurch ist eine weitere Reduzierung des Läufer­ gesamtgewichts bzw. eine Erhöhung der Steifigkeit der Schaufeln möglich.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung betreffen die Ausge­ staltung der Läuferscheibe sowie die Herstellung des Läufers bzw. der Schaufeln und sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine axiale Draufsicht auf eine Läuferscheibe ohne Läuferschaufeln;
Fig. 2 einen Schnitt durch die Läuferscheibe entlang der Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 3 eine axiale Draufsicht auf die Läuferscheibe gemäß Fig. 1, jedoch mit angegossenen Läufer­ schaufeln.
Ein Läufer für eine Spiralverdrängermaschine weist gemäß Fig. 1 als Grundkörper eine Läuferscheibe 10 auf. Diese ist vorzugs­ weise aus gießfähigen Werkstoffen hergestellt, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium mit einer Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm . Mittig in der Läuferscheibe 10 und als Teil derselben ist eine Nabe 11 zur Aufnahme eines Lagers einer Antriebswelle für den Läufer angeordnet. Zur Erhöhung der Verbindungssteifigkeit sind im Winkel zwischen Nabe 11 und Läuferscheibe 10 Stege 12, 13 vorgesehen.
Am äußeren Umfang der Läuferscheibe 10 ist eine Nebennabe 14 zur Aufnahme eines Lagers für eine Führungswelle, welche die exzentri­ sche Läuferbewegung sichert, vorgesehen.
In der Läuferscheibe 10 sind spiralförmig aufeinander folgende Schlitze 15 angeordnet, die zur Aufnahme von spiralförmigen Läufer­ schaufeln 16 (Fig. 3) dienen. Jeweils die Enden der Schlitze 15 weisen im wesentlichen kreisförmige Ausbuchtungen 17 auf, die eine bessere Fixierung der Läuferschaufeln 16 in den Schlitzen 15 ermöglichen.
Jeweils die den inneren Endschlitzen 18 nächstliegenden Stege 12 sind mit Ausnehmungen 19 zur Aufnahme von inneren Läuferschau­ felenden 20 versehen. Auch hierdurch wird eine bessere Fixierung der Läuferschaufeln 16 an der Läuferscheibe 10 erzielt.
Fig. 3 zeigt die Läuferscheibe 10 mit in die Schlitze 15 einge­ setzten Läuferschaufeln 16. Diese bestehen aus einem Werkstoff mit geringem spezifischen Gewicht mit einer Dichte von weniger als 2 g/cm3, vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierung oder einem Kunststoff. Die beschriebene Läuferzusammensetzung stellt einen optimalen Kompromiß bezüglich des Gesamtgewichts und der Erfül­ lung der Festigkeitsanforderungen dar. Besonders günstig ist es, wenn der Werkstoff für die Läuferscheibe 10 zugleich eine beson­ ders geringe Wärmeausdehnung aufweist. Die Betriebssicherheit und Langlebigkeit der Spiralverdrängermaschine wird dadurch ins­ gesamt erhöht. Die beschriebene Verbundbauweise ermöglicht weiter­ hin die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen, etwa zur Verstär­ kung der Läuferschaufeln 16 in Umfangsrichtung oder der Läuferschei­ be 10 in radialer Richtung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Läufers läuft in folgenden Schritten ab:
Es wird zunächst die Läuferscheibe 10 hergestellt, etwa als Stahl­ oder Aluminiumgußteil. Dieses Gußteil weist bereits die Naben 11, 14 mit den Stegen 12, 13 sowie die Schlitze 15 auf. In einem zweiten Schritt erfolgt eine Nachbearbeitung der Läuferscheibe 10, insbesondere im Bereich der Naben 11, 14 und der Stege 12 mit den Ausnehmungen 19 sowie der Ausbuchtungen 17. Je nach Guß­ genauigkeit kann auf diese Nachbearbeitung auch verzichtet werden. Anschließend werden die Läuferschaufeln 16 an die Läuferscheibe 10 angegossen und gegebenenfalls in einem letzten Schritt nach­ bearbeitet.
Je nach Werkstoff und Gußverfahren können die einzelnen Schlitze 15 unter Bildung von Unterbrechungen 21, das heißt mit Abstand aufeinander folgen oder aber (nicht gezeigt) als jeweils ein durch­ gehender Schlitz von der Ausnehmung 19 bis zur Ausbuchtung 17 aus­ gebildet sein.
Gemäß Fig. 3 ist die Läuferscheibe 10 im Bereich der Nabe 11 jeweils in Umfangsrichtung neben dem Steg 12 mit Bohrungen 22 zum Durchlaß der verdichteten Luft vorgesehen. Die Bohrungen 22 können sowohl bereits beim Guß der Läuferscheibe 10 als auch bei einer späteren Nachbearbeitung hergestellt werden.
In gleicher Weise wie zuvor für den Läufer der Spiralverdränger­ maschine beschrieben, kann auch das Gehäuse in Verbundbauweise gefertigt sein. Hierdurch ergeben sich insbesondere hinsichtlich des Gesamtgewichts Vorteile.
Bezugszeichenliste
10 Läuferscheibe
11 Nabe
12 Steg
13 Steg
14 Nebennabe
15 Schlitze
16 Läuferschaufeln
17 Ausbuchtungen
18 Endschlitze
19 Ausnehmungen
20 Läuferschaufelenden
21 Unterbrechung
22 Bohrungen

Claims (9)

1. Spiralverdrängermaschine für kompressible Medien mit einem in einem Gehäuse exzentrisch antreibbaren, scheibenförmigen Läufer, der zumindest in axialer Richtung einseitig spiral­ förmig ausgebildete Schaufeln aufweist, die mit entsprechenden Schaufeln in dem Gehäuse zur Bildung spiralförmiger Verdrän­ gerkammern zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer in Verbundbauweise aufgebaut ist mit einem Werkstoff für eine Läuferscheibe (10) und einem anderen Werkstoff für die Läuferschaufeln (16).
2. Spiralverdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Läuferscheibe (10) aus einem Werkstoff hoher Festig­ keit, insbesondere mit einer Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm2, vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium besteht.
3. Spiralverdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Läuferschaufeln (16) aus einem Werkstoff mit geringem spezifischen Gewicht bestehen, insbesondere mit einer Dichte von weniger als 2 g/cm3, vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierung oder einem Kunststoff.
4. Spiralverdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferschaufeln (16) mit ins­ besondere in Umfangsrichtung ausgerichteten Faserverbundwerk­ stoffen verstärkt sind.
5. Spiralverdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferscheibe (10) Öffnungen oder Schlitze (15) zum Durchtritt der Läuferschaufeln (16) aufweist.
6. Spiralverdrängermaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnungen als über den Verlauf einer Spirale - ent­ sprechend der Spiralkontur der Läuferschaufeln (16) - aufeinander­ folgende Schlitze (15) ausgebildet sind.
7. Spiralverdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferschaufeln (16) - gege­ benenfalls unter Ausnutzung der Öffnungen oder Schlitze (15) - an die Läuferscheibe (10) angegossen sind.
8. Spiralverdrängermaschine, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in Verbundbauweises ausgeführt ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Läufers für eine Spiralverdränger­ maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, gekenn­ zeichnet durch folgende Schritte:
  • - es wird zunächst eine Läuferscheibe hergestellt,
  • - anschließend werden die Läuferschaufeln an die Läuferscheibe angegossen.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016125384A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-28 OET GmbH Scrollkompressor
DE102016125400A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-28 OET GmbH Verfahren zur Herstellung eines Scrollkompressors

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016125384A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-28 OET GmbH Scrollkompressor
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