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Drehkolbenverdichter mit einen schräg gelagerten Scheibenkörper durchdringenden
umlaufenden Schaufeln Die Erfindung betrifft einen Drehkolbenverdichter, bei dem
umlaufende Schaufeln einen schräg gelagerten Scheibenkörper durchdringen, wobei
das als Zylinder dienende Gehäuse so ausgebildet ist, daß der Scheibenkörper zum
Teil mit der einen Seitenfläche und zum Teil mit der anderen Seitenfläche eine Linienberührung
mit dem Gehäuse hat. Die Seitenflächen des Gehäuses haben daher eine kegelförmige
Gestalt.
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Bei Drehkolbenverdichtern dieser Art hat man bisher die Schaufeln
unmittelbar in dem feststehenden Gehäuse umlaufen lassen. Man erhält dabei verhältnismäßig
große, abzudichtende Flächen am Umfang der umlaufenden Schaufeln. Um keine zu großen
Spaltverluste zu erhalten war man daher gezwungen, an den radialen Seitenkanten
der Schaufeln besondere Abdichtungsmittel anzubringen. Abgesehen davon, daß diese
Abdichtungsmittel, z. B. durch Federn angedrückte Dichtungsleisten o. dgl., nach
kurzer Betriebsdauer versagen, wird zwischen denumlaufendenSchaufeln und dem Gehäuse
eine Reibung erzeugt, durch die der mechanische Wirkungsgrad des Dr ehkolbenver
dichter s herabgesetzt wird. Ferner wird auch eine starke Reibung zwischen dem mitumlaufenden
Scheibenkörper und dem Gehäuse an den Stellen der Linienberührung erzeugt. Ferner
lassen sich dabei die Schaufeln nur an der Wurzel mit der Nabe verbinden. Die Schaufeln
müssen daher sehr stark ausgeführt werden, um eine Verwindung bei höheren Drehzahlen
und Drücken zu vermeiden.
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Nach der Erfindung ist dieser Übelstand dadurch beseitigt, daß die
die Schaufeln seitlich begrenzenden Zylinderteile als kegelige, in dem feststehenden
Gehäuse drehbare und mit den Schaufeln verbundene Scheiben ausgebildet sind. Bei
dieser Ausbildung des Verdichters sind die Spalten an den radialen Seitenflächen
der Schaufeln in Fortfall gebracht, und diese Abdichtung ist an die Lagerstelle
der kegeligen Zylinderscheibe verlegt, wo sich die Abdichtung ohne besondere Abdichtungsmittel
leicht beherrschen läßt. Ferner ist die gleitende Reibung zwischen dem Scheibenkörper
und dem Gehäuse dadurch vermieden, daß sich die kegeligen Zylinderscheiben und der
Scheibenkörper aufeinander abwälzen. Der Wirkungsgrad des Drehkolbenverdichter.s
ist hierdurch erhöht, da sowohl die Spaltverluste als auch,die Reibung auf ein :Mindestmaß
gebracht sind. Auch bilden die Schaufeln zusammen mit den kegeligen Scheiben ein
.starres Ganzes, so daß sie auch bei kleinerer Wandstärke nicht verwunden werden.
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Um bei dieser Ausbildung -des Drehkolbenv erdichters den mit der kugeligen
Nabe versehenen schräg liegenden Scheibenkörpier leicht einbauen zu können, ist
jede der kegeligen Zvlinderscheiben mit einer halben Schaufel versehen, und diese
beiden Teile sind durch
Schrauben o. dgl. miteinander verbunden,
die durch die Mittelebene der Schaufeln hindurchgehen. Es können dann die beiden
Teile mit ihren Schaufelansätzen von beiden Seit eli,z durch die Schlitze des Scheibenkörpers
hixe:, durchgeführt werden, wodurch der Einlx4 der kugeligen Narbe dieses Scheibenkörpefs#'_'
wesentlich erleichtert ist.
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Die kegeligen Zylinderscheiben ,sind zweck= mäßig in Deckeln drehbar
gelagert, die seitlich ringförmige Gehäuseteile abschließen. Zur Erleichterung des
Einbaues des Scheibenkörpers ist der ringförmige Gehäuseteil in der Mittelebene
des Scheibenkörpers geteilt. Eine gute Abdichtung des Scheibenkörpers ist dabei
dadurch erzielt, daß die beiden Teile des ringförmigen Gehäuseteils an ,der Stoßfuge
mit ringsum laufenden Falzen versehen sind, die zusammen eine Nut bilden, in die
der Rand des Scheibenkörpers eingreift. Dadurch ist am Rande des Scheibenkörpers
eine Art Labvrinthdichtung geschaffen. -Vorteilhaft werden die Schaufeln in den
radialen Schlitzen des Scheibenkörpers mittels Wälzlager geführt, um den Schaufeln,
die ständig ihre Winkellage zum Scheibenkörper ändern, eine möglichst reibungsfreie
und dabei dichte Führung zu geben. Bestehen die Lager ,aus zwei in Pfannen der Schlitze
des Scheibenkörpers eingreifenden halbrunden Stäben, so können diese Stäbe infolge
der Schrägstellung der Schaufeln leicht aus den Schlitzen herausfallen. Dies ist
erfindungsgemäß dadurch verhütet, daß die Wälzstäbe an ihren Stirnenden durch -die
Schaufeln am inneren und äußeren Umfang umfassende Stege miteinander verbunden sind.
Die Betriebssicherheit des Drehkolbenverdichters ist dadurch wesentlich erhöht.
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Die Schlitze im Scheibenkörper lassen sich praktisch nur .durch Bohren
vom Umfang der Scheibe herstellen. Um nun einerseits die Fliehkräfte, welche bei
den hohen Drehzahlen des Verdichters. von den in radialer Richtung frei beweglichen
Wälzstäben auf die Scheibe ausgeübt wenden, und anderseits die Fliehkräfte aufzunehmen,
die auf die seitlich zu den radialen Schlitzen liegenden Teile des Scheibenkörpers
wirken, ist in dem Scheibenkörper die beim Bohren am Umfang entstehende Öffnung
durch eine Brücke verschlossen, die mit schwalbenschwanzförrnigen Ansätzen seitlich
vom Schlitz in den Scheibenkörper eingelassen ist. Ringzugspannungen, die durch
die Fliehkräfte amUmfang des durch .die Schlitze geschwächten Scheibenkörpers hervorgerufen
werden, werden durch die Brücke aufgenommen.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Drehkolbenverdichters
nach der Erfindung dargestellt. Abb. i ist ein Längsschnitt durch den Verdichter.
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Abb. a zeigt einen Teil des Verdichters nach Abb. i, teilweise im
Schnitt durch eine ;Schaufel gezeichnet.
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,;-Abb. 3 zeigt einen Teil des Scheiben-'körpeFs, teilweise im Schnitt
nach der Linie A-B der Abb. z.
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Abb. q. zeigt das Führungslager für die Schaufeln in schaubildlicher
Darstellung. Abb. 5 ist ein Schnitt nach der Linie C-D der Abb. 3.
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Abb. 6 ist eine schaubildliche Darstellung des Verdichters nach Abnahme
eines Gehäuse -ringteiles.
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Abb.7 zeigt eine Seitenansicht des Verdichters.
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Der Scheibenkörper i ist beim dargestellten Drehkolbenverdichter mittels
einer kugelförmigen Nabe z° auf einer Achse 3 drehbar gelagert. Der Scheibenkörper
ist an zwei auf einem Durchmesser geigenüberliegenden Stellen mit radialen Schlitzen
q. (Abb. 3) versehen, durch welche Schaufeln 5 hindurchgehen, und so schräg gelagert,
daßseine Drehachse im spitzen Winkel zu der Achse der Antriebswelle 6 für die Schaufeln
5 steht. Die Schaufeln haben die übliche Gestalt eines Kreissektors.
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Die Schaufeln 5 sind an ihren radialen Seitenkanten mit kegelförmigen
Scheiben 7 verbunden, die mittels Kugellager 8 in Deckeln 9 des Gehäuses drehbar
gelagert sind. Die Steigung des Kegels ist so bemessen, daß der Scheibenkörper i
auf der einen Seite mit der einen kegeligen Scheibe 7 und auf der anderen Seite
mit der anderen kegeligen Scheibe 7 eine Linienführung hat.
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Das ringförmige, die Schaufeln 5 an ihrem äußeren Umfang umschließende
Gehäuse besteht aus zwei ringförmigen Teilen io, li, deren Stoßfuge i- in der Mittelebene
des Scheibenkörpers i liegt. An dieser Stoßfuge sind die beiden Teile io, ii mit
Falzen 13 (Abb. 6) versehen, die zusammen eine Nut 14 bilden, in welche der Rand
des Scheibenkörpers i eingreift.
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Die Tragachse 3 .des Scheibenkörpers i ragt durch den einen Deckel
9 hindurch und wird von einem Deckel 15 getragen, der an dem Deckel 9 befestigt
ist.
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Den Kolben des Verdichters bilden die beiden Schaufeln 5, und der
Zylinder wird durch die ringförmigen Gehäuseteile io, i i, die beiden seitlichen
kegelförmigen Scheiben 7 und den Scheibenkörper i gebildet.
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Die Gehäuseteile io, ii sind mit den erforderlichen Saugstutzen 16,
17 und den Druckstutzen 18, i9 (Abb. 6) versehen, die mit den sich bildenden Saug-
und Druckkammern in bekannter Weise in Verbindung stehen.
Wird beim
Betrieb des Verdichters die Welle 6 in Drehung versetzt, so laufen die kegeligen
Scheiben 7 und die mit ihnen verbundenen Schaufeln 5 um und nehmen den Scheibenkörper
i mit. Dabei wälzen sich die kegeligen Scheiben 7 und der Scheibenkörpeni aufeinander
ab, wobei sie an zwei auf einem Umfang gegenüberliegenden Stellen eine Linienberührunghaben.
Die dabei auftretende Reibung ist, da sie eine rollende Reibung ist, nur gering.
Die Erhöhung der Reibung durch die drehbare Lagerung der Scheibe 7 ist infolge der
Anwendung der Kugellager ä nicht nennenswert. Zur Abdichtung der Saugräume gegen
.die Druckräume und umgekehrt braucht nur dafür gesorgt zu werden, daß die Spalten
am äußeren und inneren Umfang der Schaufeln 5 und an den Linienberührungen zwischen
dem Scheibenkörper i und den kegeligen Scheiben 7 möglichst klein sind. Ein Spalt
zwischen den Schaufeln 5 und dem Gehäuse besteht infolge der Verbindung .der Schaufeln
mit den kegeligen Scheiben nicht mehr. Auch ist ein Druckausgleich amRande des Scheibenkörpers
i dadurch wirksam verhindert, daß dieser Rand in die Nut 1q des Gehäuses io, i i
eingreift, wodurch eine Art Labyrinthdichtung entstanden ist. Die Spaltverluste
des Verdichters sind daher sehr gering.
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Das Gebilde aus den beiden kegelförmigen Scheiben 7 und den Schaufeln
5 ist bei der dargestellten Ausführungsform des Verdichters in der mittleren Senkrechtebene
geteilt. Es ist also jede kegelige Scheibe 7 mit je einer halben Schaufel 5 versehen,
wobei dieser Teil aus einem Stück bestehen kann. Diese beiden Teile werden durch
Schrauben 2o zusammengehalten, die in der Mittelebene der Schaufeln 5 durch diese
hindurchgeführt sind (Abb. 2). Bei dieser Teilung ist der Einbau des mit der kugeligen
Nabe 2 versehenen Scheibenkörpers i erleichtert, da ,die beiden kegeligen Scheiben
7 mit ihren Schaufelansätzen 5 von beiden Seiten durch den Scheibenkörper i hindurchgeführt
und dann mittels der Schrauben 2o miteinander verbunden werden können.
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Die Führung der beiden Schaufeln 5 in den Schlitzen d. des Scheibenkörpers
i erfolgt gemäß Abb.3 bis 5 mittels eines Wälzlagers, das aus zwei im O_uerschnitt
halbrunden Stäben 21 besteht, die in Pfannen 22 eingreifen, welche an den Seitenwangen
.des Schlitzes vorgesehen sind. Die Wälzstäbe 21 sind an ihren Enden -durch Stege
23 miteinander verbunden; die mit schwalbenschwanzförmigen Zapfen 24 in entsprechende
Nuten 25 der Stäbe 21 lose eingreifen. Die Schaufeln 5 werden daher seitlich von
den Wälzstäben 21 und an ihrem inneren und äußeren Umfang von den Stegen 23 umfaßt.
Durch die Wälzlager 21 sind die Schaufeln 5, deren Winkellage zum Scheibenkörper
i sich beim Umlauf ständig ändert, gut geführt, wobei zugleich eine gute Abdichtung
zwischen den zu beiden Seiten des Scheibenkörpers be-
findlichen Räumen gesichert
ist. Infolge der Änderung der Winkellage der Schaufeln zum Scheibenkörper ändert
sich die Weite des Spaltes zwischen dem Scheibenkörper i und den Breitseiten der
Schaufeln 5. Stehen die Schaufeln in dem spitzesten Winkel zum Scheibenkörper i,
so ist die Spaltwetite so groß, .daß der Wälzstab 21 aus dem Schlitz .1 herausfallen
könnte. Dies ist dadurch verhindert, daß die Wälzstäbe 21 an ihren Enden durch die
Stege 23 miteinander verbunden sind.
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Die Lagerpfannen 22 für die Wälzstäbe 21 werden dadurch geschaffen,
daß der Schlitz. vom Umfang der Scheibe her ausgebohrt wird. Die am Umfang entstandene
Üitnung wird durch eine Brücke 26 ausgefüllt, die mit schwalbenschwanzförmigen Ansätzen
32 in den Scheibenkörper i eingelassen ist. Zwischen die Brücke 26 und die Wälzstäbe
21 ist noch ein .Streifen 27 aus Hartbronze eingelegt. Die erheblichen Fliehkräfte,
welche bei den hohen Umdrehungen des Verdichters auf die Wälzlager 21 ausgeübt werden,
bewirken eine radiale Verschiebung dieser Wälzlager nach dem Umfang des Scheibenkörpers
i hin. Diese Fliehkräfte werden ummittelbar durch den Hartbronzestreifen 27 und
mittelbar durch die Brücke 26 aufgenommen. Auch werden dadurch, daß die Ansätze
32 in entsprechende Nuten beiderseits des Schlitzes eingreifen, die Ringzugspannungen
aufgenommen, die durch auf die beiden seitlich vom Schlitz liegenden Teile des Scheibenkörpers
i wirkende Fliehkräfte erzeugt werden.
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Der Verschleiß an den Wälzlagern 21 ist abhängig von .den Beschleunigungs-
und Verzögerungsdrücken des Scheibenkörpers i, die durch die Kardanbewegung hervorgerufen
sind. Diese Drücke können durch Verringerung.des Gewichtes der Scheibe herabgesetzt
werden. Zu diesem Zweck ist der Scheibenkörper i aus einem Leichtmetall hergestellt,
so daß der Verschleiß an den Wälzlagern 21 wesentlich herabgesetzt ist.
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Anstatt wie heim dargestellten Ausführungsbeispiel die kegelige Scheibe
7 anzutreiben und den Scheibenkörper i durch die Schaufeln 5 mitnehmen zu lassen,
kann auch der Scheibenkörper angetrieben werden, so daß .die Schaufeln 5 und die
damit verbundenen kegeligen Scheiben 7 mitgenommen werden. Letztere Antriebsart
hat aber den Nachteil, daß dann auf dieWälzlager2i derSchaufeln 5 nicht nur die
durch die Kardanbewegung hervorgerufenen Verzögerungs- und Beschleunigungskräfte,
sondern
auch der Verdichtungsdruck wirkt, so daß der Verschleiß größer ist.