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Verdichter oder Pumpe mit gegeneinanderschwingenden Flügeln in einer
umlaufenden Trommel Die Erfindung betrifft einen Verdichter oder eine Pumpe mit
gegeneinanderschwingehden Flügeln in einer umlaufenden Trommel, deren Umfangswand
an im Durchmesser einander gegenüberliegenden Stellen mit Ein- und Auslaßöffnungen
versehen ist, die die in einem festen Gehäuse angeordneten Ein- und Auslaßkanäle
steuern und denen die Flügel bei ihrer Bewegungsumkehr gegenüberstehen.
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Es sind Verdichter dieser Art bekannt, bei welchen die umlaufende
Trommel ihre Drehrichtung zugleich mit den vier dort vorgesehenen Flügeln wechselt.
Dieser Richtungswechsel erfolgt indem Zeitpunkt, in welchem die Saug- und Drucköffnungen
der umlaufenden Trommel je vor den in dem feststehenden Gehäuse angebrachten Saug-
bzw. Druckleitungen stehen. Eine solche Maschine hat den Übelstand, daß Rückschlagventile
in den Druckleitungen angebracht werden müssen, um zu verhindern, daß die in den
Behälter gedrückte Luft im Augenblick des Richtungswechsels in die umlaufende Trommel
zurückströmt. Ein weiterer Übelstand besteht darin, daß der Luftzutritt nur in dem
Zeitpunkte erfolgen kann, in welchem die Einströmschlitze den Zuströmleitungen gegenüberstehen,
wodurch die sich fortbewegenden Flügel vor der Einströmung einem schädlichen Unterdruck
unterliegen und die Gefahr besteht, daß der Luftzutritt unterbunden wird, wenn die
Betriebsdrehzahl etwas hoch liegt.
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Ein weiterer Übelstand dieses bekannten Verdichters besteht darin.,
daß die Fördermenge sich bei ihm sehr verringert, wenn das Dichtungsverhältnis niedrig
ist. Schließlich ist auch der schädliche Raum zwischen den vorgesehenen Flügeln
verhältnismäßig groß.
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Durch den Verdichter gemäß der Erfindung lassen sich diese Übelstände
vermeiden. In dem Verdichter gemäß der Erfindung dreht sich die Trommel stetig in
der gleichen Richtung und bildet mit dem Gehäuse eine Saugkammer und eine Druckkammer,
von denen die erste während einer halben Drehung mittels einer der Trommelöffnungen
und die zweite je nach dem Verdichtungsgrad während einer unter einer Halbdrehung
liegenden Strecke mittels der anderen im Durchmesser gegenüberliegenden Trommelöffnung
mit dem Innern der Trommel in Verbindung steht.
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Bei einem anderen bekannten Verdichter, bei welchem eine den Einlaß
und Auslaß steuernde Trommel ständig in der gleichen Richtung umläuft, sind zwar
auch zwei hin und her gehende Flügel vorgesehen, die jedoch nicht gegenläufig schwingen.
Vielmehr
bleibt ihr Winkelabstand stets derselbe, und jeder schwingt
in einer, besonderen Kammer. Außerdem fehlt dort die die umlaufende Trommel umgebende
Saug- bzw. Druckkammer. Ferner sind vier Einlaß-und Auslaßschlitze anstatt deren
zwei vorgesehen, und zwar in den Stirnwänden, anstatt in der Umfangswandung.
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Durch diese Art der Anbringung der Ein-und Auslaßschlitze in den Gehäusestirnwänden,
die den Stirnwänden des Zylinders gegenüberliegen, wird die Abdichtung an dieser
Stelle äußerst schwierig, so daß zum mindesten in der Praxis der Einbau von Rückschlagventilen
in die Druckleitung erforderlich wird. Es müssen wesentlich mehr Saug-und Drucköffnungen
vorgesehen sein als bei dem Verdichter gemäß der Erfindung. Sie dürfen zur Vermeidung
eines zu großen schädlichen Raumes nur sehr kleine Abmessungen in der Umfangsrichtung
erhalten, wodurch aber die Durchströmgeschwindigkeit der Luft durch diese Öffnungen
unzulässig hoch wird. .
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Will man bei diesem bekannten Verdichter den Verdichtungsgrad verringern,
so kann man dies nur durch eine Verlängerung der Einlaßschlitze in derUmfangsrichtung
durchführen. Hierdurch aber wird die Abdichtungsmöglichkeit zwischen den Saug- und
Druckschlitzen noch erheblich schlechter.
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Durch die Anordnung des Antriebes, durch welchen die Flügel die geeignete
hin und her gehende Bewegung gegenüber der umlaufenden Trommel erhalten müssen,
wird das Gewicht und die: Bemessung dieser Verdichter verhältnismäßig groß im Vergleich
zu einem Verdichter gleicher Leistung gemäß der Erfindung.
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Damit der in der Abströmleitung herrschende Druck sich beim Beginn
der Verdichtung nicht ungünstig auf die Flügel geltend machen kann, wird ferner
erfindungsgemäß der Anfang des Druckraumes vom Ende des Saugraumes um ein Vielfaches
der Breite der in der umlaufenden Trommel angebrachten Durchlässe oder Schlitze
entfernt angeordnet. Der Abstand zwischen dein Druckraum und dem Ende des Saugraumes
kann zweckmäßig so gewählt werden, daß der zwischen den Flügeln in der Trommel erzeugte
Druck etwa gleich dem Druck wird, welcher im Druckraum in dem Augenblick herrscht,
in welchem der Schlitz, durch den jeweils das Fördermittel fortgedrückt wird, an
der Stelle des Anfanges der Druckkammer mündet.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung werden die gleich
großen Schwenkbewegungen der die Flügel tragenden, sich gegenläufig bewegenden Wellen
dadurch erreicht, daß diese beiden nebeneinanderliegenden und mit der Trommel umlaufenden
Wellen Zahnräder tragen, von denen jedes mit Zahnstangen eines Schiebers in Eingriff
steht, der in der Gleitbahn läuft, die mit- der umlaufenden Trommel gedreht wird.
Der Schieber stützt sich hierbei gegen eine exzentrisch zur Trommel angeordnete
Führungsbahn, durch welche er während jeder Umdrehung der Trommel in deren Führungsnut
hin und her bewegt wird.
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Weitere Einzelheiten und besondere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
werden an Hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen erläutert - werden,
die schematisch und nur als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung zeigen.
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Fig. i ist ein Längsschnitt nach I-I der Fig. 3. Sie zeigt die Niederdruckstufe
eines zweistufigen umlaufenden Verdichters gemäß der Erfindung.
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Fig. z ist ein entsprechender Schnitt durch den Hochdruckteil der
Maschine.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach III-III der Fig. i.
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Fig. 4 ist ein Schnitt in Richtung IV-IV der Fig. z.
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Der auf den Zeichnungen dargestellte umlaufende Verdichter besitzt
zwei hintereinandergeschaltete Druckstufen. Die Ausgestaltung dieser Stufen ist
einander ähnlich. Es soll daher im folgenden nur die Niederdruckstufe beschrieben
werden. .
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Diese Niederdruckstufe besitzt ein feststehendes Gehäuse z (Fig. i
und 3), in dem sich eine umlaufende Trommel 3 befindet. Diese Trommel besitzt zwei
Stirn- oder Bodenwände 4 und 5. Dichtungszungen oder -streifen sind zwischen diesen
Böden und dem feststehenden Gehäuse angebracht. Zwischen der umlaufenden Trommel
und dem Gehäuse z liegen zwei Kammern 6 und 7, deren erste mit einer Leitung 8 in
Verbindung steht, die im folgenden als Saugleitung bezeichnet wird, während die
zweite mit einer Leitung 9 der Druckleitung verbunden ist.
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Der als Saugkammer zu bezeichnende Raum 6 dehnt sich nahezu über die
Hälfte des Umfanges der umlaufenden Trommel aus, während sich der als Druckkammer
zu bezeichnende Raum 7 in dem dargestellten Beispiel über etwa 85' erstreckt.
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Die Abdichtung des Saugraumes 6 erfolgt durch federnde Dichtungszungen
io und i i o. dgl., während zur Abdichtung des Druckraumes. 7 Dichtungen, federnde
Zungen o. dgl. io sowie Zungen und Dichtungen 12 vorgesehen sind, wobei die Dichtungen
io in einer Zwischenwand 13 liegen, welche diese beiden Kammern voneinander trennt.
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Im Innern der sich drehenden Trommel 3 sind zwei Flügel 14 und 15
angeordnet,
welche Dichtungen 16 tragen, die sich gut gegen die
Innenwand der Trommel und deren Böden 4 und 5 legen und damit eine sichere Abdichtung
herbeiführen. Die beiden Flügel 14 und 15 sitzen je auf Wellen 17 bzw. 18, welche
in den Böden 4 und 5 gelagert sind und dadurch mit diesen, also auch mit der Trommel,
umlaufen, z. B. in der Pfeilrichtung X (Fig. 3). Diese beiden Wellen führen außerdem
gleich große Schwenkbewegungen nach entgegengesetzten Richtungen aus, wozu z. B.
die im folgenden beschriebenen Mittel dienen können. Im Innern .der Trommel 3 sind
somit zwei Räume zu unterscheiden, deren einer, 3a, auf der einen Seite der Flügel
14 und 15 liegt, während der andere Raum 3b durch die andere Flügelseite
begrenzt wird. Zur vollständigen Abdichtung dieser beiden Räume voneinander -sind
ferner noch Dichtungen i9 zwischen den Wellen 17 und 18 und dem sie trennenden
Teil angeordnet.
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Die Innenwand der umlaufenden Trommel besitzt die Form zweier Kxeiszylinderteile,
deren Achsen je mit den Achsen der Wellen 17 bzw.. 18 zusammenfallen.
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Einander im Durchmesser gegenüberliegend sind in der Trommel 3 Durchlässe
oder Schlitze 2o und 2i angebracht. Durch den Schlitz 2o kann, je nach der Stellung
der umlaufenden Trommel, der Raum 3a mit der Saugkammer 6 bzw. der Druckkammer 7
in Verbindung kommen. In gleicher Weise kann der Schlitz 21 die Verbindung zwischen
dem Raum 3b und der Saugkammer 6 bzw. der Druckkammer 7 herstellen.
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Wenn die Trommel 3 unter diesen Umständen in der Richtung des Pfeiles
X von der in Fig. 3 veranschaulichten Ausgangsstellung an umläuft, so verläßt der
Schlitz 2o, welcher der Zwischenwand 13 gegenübersteht, bald die in ihr liegenden
Dichtungsstreifen io, um die Saugkammer 6"mit dem Raum 3a im Innern der Trommel
in, Verbindung zu setzen. Diese Drehbewegung der Trommel 3 und ihrer Böden machen
auch die Achsen der Wellen 17 und 18 unter gleichen Bedingungen mit, jedoch vollführen
während dieser Drehbewegung die Wellen 17 und 18 zugleich eine Schwenkbewegung
um ihre eigenen Achsen in Richtung des Pfeiles Y bzw. Z (Fig. 3). Dies hat zur Folge,
daß die Flügel in dem Raum 3a eine Saugwirkung hervorrufen, während sie zugleich
den Inhalt des Raumes 3b verdichten. Die Schwenkbewegung der Wellen 17 ünd 18 ist
so bemessen, daß die Flügel 14 und 15 einander fast berühren, wenn die Trommel 3
sich um i8o° gedreht und der Schlitz 2o sich dabei vor die Dichtung i i gestellt
hat. Während dieser Drehung der Trommel wird die Luft N, welche den Raum 3b ausfüllt,
in diesen Raum zwischen- den Flügeln 14 und 15 verdichtet, bis der Schlitz
2,1 in die Druckkammer 7 einmündet. Hierauf wird die Luft in diese Kammer gedrückt,
bis sich der Schlitz 21 vor die Dichtungen io gestellt hat. Während einer halben
Umdrehung der Trommel hat sich also der Raum 3a mit Luft gefüllt, während die in
dem Raum 3b enthaltene Luft verdichtet und fortgedrückt worden ist.
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Der Verdichter gemäß der Erfindung stellt sich somit als ein volumetrischer
Kompressor mit hohem Verdichtungsgrad dar, wie ein Kolbenkompressor: Er besitzt
außerdem den Vorteil, ohne hin und her gehende Steuerungsteile auszukommen und auch
sonst keine'Teile mit großer Masse zu enthalten, die sich hin und her bewegen müssen,
da die Flügel 14 und 15 sehr leicht gehalten werden können.
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Der Winkel, den die Trommel 3 vom Beginn der Verdichtung bis zu dem
Augenblick durchläuft, in welchem der Schlitz 7,1 die Verbindung des Raumes, in
dem diese Verdichtung vor sich geht, mit der Druckkammer herstellt, beträgt in dem
dargestellten Falle etwa io5°. Dieser Winkel ist somit so groß, daß der Anfang der
Druckkammer von dem Ende der Saugkammer um ein Vielfaches der Breite der Dichtungen
entfernt liegt, die in der umlaufenden Trommel vorgesehen sind. Dieser Winkel wird
in jedem Falle so gewählt, daß der Druck in dem Raum, in welchem die Verdichtung
vor sich geht, den Druck in der Druckkammer in dem Zeitpunkt erreicht, in welchem
die Verbindung zwischen den beiden Räumen hergestellt wird. Auf diese Weise fällt
der Gegendruck auf die Flügel 14 und i5 während eines wesentlichen Teiles des Hubes
dieser Flügel kleiner aus als der Druck in der mit dem Druckstutzen verbundenen
Druckkammer.
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Um den toten Raum zwischen den Flügeln zu verringern, wenn diese am
Ende ihrer Hübe stehen, sind Rippen 22 und 23 zwischen den Flügeln in ihren Endlagen
vorgesehen. Diese Rippen stehen einander im Durchmesser gegenüber. Sie verbinden
die Böden 4 und 5 und dienen damit auch zu deren Versteifung. In ihnen sind auch
die Dichtungen 19 angebracht, welche die Räume 3a und 3b um die Wellen 17
und 18 herum gegeneinander abdichten.
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Damit die Wellen 17 und i8 gleich große entgegengesetzt gerichtete
Schwenkbewegungen während der Drehung der Trommel 3 ausführen, sitzen auf diesen
Wellen Ritzel 24 bzw. 25 (Fig.4), von denen der erstgenannte in eine Zahnstange
26 greift, während der zweite Ritzel mit einer -Zahnstange 27 kämmt. Diese beiden
Zahnstangen liegen
in einem Schieber 28, der sich in einer Führung
29 .der umlaufenden Trommel 3 bewegen kann. Die Radialbewegung des Schiebers in
seiner Führung während der Drehung der Trommel erfolgt dadurch, daß der Schieber
eine feste, zur Trommel exzentrische Führungsbahn 30 mittels Rollen 31 berührt,
so daß die Rollen auf dieser Bahn laufen. Der Schieber kann sich z. B. mit seinen
beiden Enden auf die Führungsbahn stützen und durch die Führung 29 mittels Rollen
32 mitgenommen werden.
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Die Zahnstangen 26 und 27 liegen auf verschiedenen Seiten der Ritzel2q.
und 25, so daß sie diese in entgegengesetztem Sinne drehen. Um ihre Bewegung gleichmäßiger
zu gestalten, greifen diese Ritzel auch ineinander. Durch diesen Eingriff könnte
übrigens letzten Endes auch die eine der Zahnstangen in Fortfall kommen, jedoch
müßten in diesem Falle die verbleibende Zahnstange sowie die miteinander in Eingriff
stehenden Ritzel entsprechend kräftiger ausgeführt werden.
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Um die Breite des Schiebers und infolgedessen auch sein Gewicht zu
verkleinern, empfiehlt es sich, die Zahnstangen 26 und 27 gegenüber -der durch die
Ritzelachsen 24 und 25 gelegten Ebene geneigt anzubringen, anstatt sie senkrecht
zu dieser Ebene zu stellen. In dem Beispiel der Fig. q. beträgt dieser Winkel ungefähr
io°. Die Zahnstangen liegen somit nahezu parallel mit der die Ritzelachsen verbindenden
Richtung.
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Die Führungsbahn 30, gegen welche sich der auf der Zeichnung veranschaulichte
Schieber mit seinen' beiden Emden zugleich stützt, hat theoretisch eine Form, die
sich auf graphischem Wege leicht ermitteln läßt. Praktisch kann diese Führungsfläche
reit Hilfe zweier Kreiszylinder hergestellt werden, deren Achsen durch Punkte 33
und 34 laufen, welche in geringem Abstand von der Achse des Schiebers am Hubende
und auf Lotrechten zur Schieberachse liegen, welche durch .die Mitte der Gesamtlänge
des Schiebers am Hubende verlaufen.
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Um eine der isothermischen Verdichtung möglichst nahekommende Verdichtung
zu erzielen, sind Mittel für einen Kühlwasserumlauf in den verschiedenen Teilen
vorgesehen, die sich während der Luftverdichtung erwärmen könnten.
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Ferner sind besondere Mittel vorgesehen, um die verschiedenen sich
bewegenden Teile des Verdichters zu schmieren. Einige dieser Mittel sowie solche
zum Kühlen der Maschine sind -auf der Zeichnung veranschaulicht. Es erübrigt sich
jedoch, auf sie näher einzugehen.
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Der Verdichter gemäß der Erfindung kann wie jeder Kompressor mit einem
anderen Verdichter hintereinandergeschaltet werden, um so den Enddruck des Maschinensatzes
zu steigern Fig. 2 stellt einen Verdichter gleicher Art dar wie Fig. i, der jedoch
die Druckluft ansaugt, welche von dem Verdichter nach Fig. i geliefert wird. Die
einzelnen Teile des in Fig.2 veranschaulichten Verdichters tragen dieselben Bezugsziffern
wie die entsprechenden Teile- der Fig. i, nur ist jedem von ihnen ein Apostroph
zugefügt worden. Werden zwei Verdichter dieser Art hintereinandergeschaltet, so
bestimmt sich der Rauminhalt ihrer Arbeitstrommeln in der für die gebräuchlichen
Maschinen geltenden Art.
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Diese beiden Verdichtersätze drehen sich mit der gleichen Geschwindigkeit;
sie liegen beiderseits eines Lagerbocks, der die beiden Führungen 30 und
3ö enthält. Im übrigen sei bezüglich der Ausbildung der Hochdruckstufe auf die Beschreibung
der entsprechenden Teile der Niederdruckstufe verwiesen. Ebenso ist von einer besonderen
Beschreibung der baulichen Einzelheiten (Teilung größerer Stücke, Rollen-, Kugel-
usw. Lager, Ausgestaltung der Dichtungsmittel u. dgl.) abgesehen worden. Diese Mittel
sind in üblicher Weise ausgebildet und angeordnet, um den Zusammenbau, das Auseinandernehmen
und den Betrieb der Maschine zu ermöglichen bzw. zu erleichtern.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellte Ausführungsform.
Vielmehr umfaßt sie auch Abänderungen derselben, soweit sie in den Rahmen der Erfindung
fallen. Wie bereits erwähnt; bezieht sich die Anwendung der Erfindung nicht nur
auf Verdichter und Pumpen für Gase und Flüssigkeiten, sondern auch auf gleichartige
Kraftmaschinen. In den Fällen, =in welchen die Maschine zum Fortschaffen von Flüssigkeiten
dienen soll, ist natürlich darauf Rücksicht zu nehmen, daß die Flüssigkeiten nicht
zusammendrückbar sind, so daß das Abströmen stattfinden muß, sobald sich die Flügel
einander nähern.