DE8417406U1

DE8417406U1 - Drehhuelsen-lagervorrichtung fuer kreiselverdichter

Info

Publication number: DE8417406U1
Application number: DE19848417406U
Authority: DE
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1983-06-09
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1984-10-18
Also published as: KR870001449B1; US4648818A; JPH036354B2; EP0131157A2; CA1237107A; EP0131157B1; DE3466723D1; JPS59229079A; KR850000601A; EP0131157A3

Description

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NIPPON PISTON RING CO., LTD. 7. 8'. 1984

2-6, Kudankita 4-chome Bd/IV/he

Chiyoda-ku, Tokyo /Japan K5531

Beschreibung

Drehhülsen-Lagervorrichtung für Kreiselverdichter

Die Erfindung betrifft eine Drehhülsen-Lagervorrichtung für einen Kreiselverdichter bzw. ein Drehkolbengebläse, welches als Lader-Kompressor bei einem Verbrennungsmotor einsetzbar ist, wobei eine Drehhülse in einem Mittelgehäuse zwecks Rotation mit einer Vielzahl von Flügeln angeordnet ist, die in einem Rotor bewegbar sind, der exzentrisch in der Drehhülse angeordnet ist.

Ein bewegbarer Flügelkompressor mit einer von einem kornpressiblen Fluid wie beispielsweise Luft getragenen Drehhülse ist als Lader oder Kompressor in einem Kfz-Motor einsetzbar, welcher über einen weiten Geschwindigkeitsbereich laufen soll. Die Drehhülse dreht sich zusammen mit einer Vielzahl von Flügeln, um Reibungshitze und Verschleiß am Scheitel eines jeden Flügels zu vermeiden. Und doch besteht die Möglichkeit eines Festfressens und des Auftretens von Verschweissungsproblemen, wenn Luft in dem Kompressionsarbeitsraum hochverdichtet wird, der von der Drehhülse, dem Rotor und den benachbarten Flügeln begrenzt ist, um die Drehhülse innerhalb des Innenumfangs des Mittelgehäuses zu drücken.

Man kann nun Luft einem

Luftlagerraum zwischen dem Innenumfang des Mittelgehäuses und dem Außenumfang der Drehhülse durch einen Einlaß zuführen, der innen mit der Entladekammer, dem Kompressionsarbeitsraum unter dem maximalen Druck oder mit der Außenluft verbindbar ist. Die zugeführte Luft erhöht den Luftstrom längs eines Bereiches des Innenumfanges der Kompressionsseite des Mittelgehäuses, um vor einem Fressen zwischen der Drehhülse und dem Mittelgehäuse zu schützen. Es ist wünschenswert, daß der Luftlagerraum mit Hochdruckluft in dem Kompressionsarbeitsraum oder der Entladekammer gespeist wird. Jedoch weist die zugeführte Luft einen pulsierenden Druck auf, der sich daraus ergibt, daß eine zyklische Änderung des Druckverhältnisses in dem Kompressionsarbeitsraum ein Pulsieren der Luft sowohl in dem Kompressionsarbeitsraum als auch in der Entladekammer verursacht, die innen damit verbunden ist. Das Pulsieren der dem Luftlagerraum zugeführten Luft kann die Drehhülse schwingen lassen. Insbesondere im Hochgeschwindigkeits- und Hochlastbetrieb verursacht die Pulsation nicht nur einen Kontakt der Drehhülse mit dem Innenumfang des Mittelgehäuses, sondern auch ein Vibrieren des Flügels gegen den Innenumfang der Drehhülse mit dem Ergebnis, daß dort ein Festfressen zwischen Drehhülse und Mittelgehäuse und ein Verschleiß zwischen der Drehhülse und den Flügeln auftritt. Ein weiteres Problem besteht darin, daß, weil die Temperatur in der Entladekammer oder in dem Kompressionsarbeitsraum ansteigt, die zu dem Luftlagerraum im Hinblick auf die Dichte unzureichend ist, um die Lagerleistungsfähigkeit des Luftlagerraumes zu erhöhen.

Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Drehhülsen-Lagervorrichtung für einen Kreiselverdichter, in welchem die Luftlagerwirkung weniger durch die Pulsation und Temperatur der Luft beeinflußt wird, die aus der Ent-

, 1 ladekammer oder dem Korapressionsarbeitsraum abgezogen und dem Luftlagerraum zugeführt wird.

5 Um dieses Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß die

I 5 Vorrichtung für einen Kreiselverdichter mit einer Drehhülse, die drehbar in einem Mittelgehäuse angeordnet ist, % mit einem innerhalb der Drehhülse vorgesehenen Rotor, mit

_:; einer Vielzahl von in dem Rotor bewegbar eingepaßten Flü-

|_; geln und mit einer Entladekammer, wobei die Vorrichtung

ψ 10 einen dünnen Luftlagerraum umfaßt, der zwischen dem Mit-'? telgehäuse und der Drehhülse begrenzt ist, einen Einlaß

I in der Innenfläche des Mittelgehäuses, an welche die

Drehhülse durch komprimierte Luft gedrückt würde, und einen Luftzuführdurchgang umfaßt, der sich zu dem Ein-15 laß von der Entladekammer und/oder einem Kompressions-

arbeitsraum unter Maximaldruck erstreckt, so ausgebildet, daß der Luftzuführdurchgang mit einem Sammler bzw. Druckspeicher versehen ist.

20 Der Sammler ist als Hohlabschnitt in dem Mittelgehäuse ausgebildet. Eine relativ große Aussparung in der Wand I des Mittelgehäuses wird zum Absorbieren von Schwingungen g der Luft verwendet, die aus der Entladekammer oder dem I Kompressionsarbeitsraum abgezogen wird. Eine Vielzahl von I 25 feinen Bohrungen in der Saugseitenwand dient dazu, die I Temperatur der abgezogenen Luft herabzusetzen. Demzupj folge ist ein Sammler vorzugsweise in der Form einer Körnig bination von wenigstens einer großen Aussparung in der § dickeren Wand des Mittelgehäuses und einer Vielzahl von

30 feinen Bohrungen in der Saugseitenwand ausgebildet.

Einer der erreichbaren Vorteile besteht darin, daß die

Drehhülse in dem Kompressor frei von Schwankungen bzw.

gestörter Förderung ist, selbst wenn pulsierende Luft

35 von hoher Temperatur dem Luftlagerraum zum Tragen der

Drehhülse zugeführt wird, weil die Pulsation und Tem-

peratur der zugeführten Luft mittels des erfindungsgemäßen Sammlers herabgesetzt ist, bevor sie in den Luftlagerraum eintritt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Luftlagerraum die Drehhülse daran hindert, das Mittelgehäuse zu berühren, und zwar durch Unterstützung von Luft, die hinsichtlich Druck und Dichte ausreichend ist, selbst wenn der Kompressor mit hoher Geschwindigkeit läuft. Demgegenüber liefert die bekannte Vorrichtung ohne Sammler die heiße pulsierende Luft zu dem Luftlagerraum, in welchem die Pulsation verursacht, daß die Drehhülse schwingt und sich am Mittelgehäuse festfrißt, oder aber aufgrund der schlechten Dichte der heißen Luft kann die Lagerfähigkeit nicht erhöht werden. Insgesamt gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung, daß der Kompressor ein geringeres Drehmoment über einen vollen Geschwindigkeitsbereich im Gegensatz zu der herkömmlichen Vorrichtung erfordert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Aüsführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

eine Seitenansicht des Drehkolbenverdichters mit der Vorrichtung gemäß Erfindung, wobei das rückwärtige Seioengehäuse fortgelassen ist,

eine Schnittansicht längs der Linie H-II in Fig. 1 ,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform ähnlich Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 3,

	Fig.	1
25
	Fig.	2
30

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Fig. 5 eine Ansicht einer weiteren Ausführungs- fi;

form ähnlich Fig. 1, |

Fig. 6 und 7 Diagramme, in welchen die Ergebnisse

eines Vergleichsversuches zwischen der %

erfindungsgemäßen und der bekannten Vorrichtung gezeigt sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt der Kreiselverdichter bzw. das Drehkolbengebläse einen Rotor 10, der an einer _y Rotorwelle 12 befestigt ist. Der Rotor ist exzentrisch j in einer Drehhülse 30 angeordnet, um sich in die Richtung zu drehen, die durch einen Pfeil angedeutet ist. Der Rotor 10 weist eine Vielzahl von Schaufeln bzw. Flügeln 16 auf, die radial bewegbar in den entsprechenden Ausnehmungen 15 eingepaßt sind. Der Scheitel des Flügels 16 ist in Kontakt mit dem Innenumfang der Drehhülse 30. Die Drehhülse 30 ist schwebend bzw. schwimmend in einem Luftlagerraum 40 getragen, der zwischen dem Außenumfang der Drehhülse und dem Innenumfang des Mittelgehäuses 22 begrenzt ist. Die Breite des Luftlagerraumes ¹JO ist übertrieben dargestellt, jedoch tatsächlich geringer als 0,1 mm.

Zwei benachbarte Flügel 16 bilden beim Drehen einen Kompressionsarbeitsraum 43 in der Saugseite und entsprechend einen Saugarbeitsraum 53 in der Saugseite des Kompressors. Der Kompressionsarbeitsraum 43 weist seinen maximalen Druck unmittelbar vor dem Innenanschluß an die Entladekammer 41 über den Entladedurchgang 42 auf. Ein Entnahmedurchgang 44 ist vorgesehen, um Luft maximalen Druckes von dem Kompressionsarbeitsraum abzuziehen, und ein weiterer Entnahmedurchgang 46 ist in der Entladekamraer 41 vorgesehen. Ein Einlaß 71 ist am Anfang eines Bereiches vorgesehen, zu dem die Drehhülse 30 durch komprimierte Luft in denKompressionsarbeitsraum 43 gedruckt

wird, und er ist mit dem Entnahmedurchgang 44 unter Zwischenschaltung eines Luftzuführdurchganges 45 verbunden. Der andere Abzugsdurchgang 46 ist mit dem Luftzuführdurchgang 45 über einen Hilfsdurchgang 47 verbunden, in welchem ein Absperrventil 76 angeordnet ist. Die Luftzufuhr- und Hilfsdurchgänga 45, 47 sind in dem Mittelgehäuse angeordnet, jedoch durch gestrichelte Linien aus Gründen der Übersichtlichkeit außerhalb des Gehäuses gezeigt.
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Die kompressionsseitige dicke Wand des Mittelgehäuses

22 ist mit einem hohlen Abschnitt versehen, welcher als Speicher bzw. Sammler 60 verwendet ist, der zwischen dem Einlaß 71 und dem Luftzuführdurchgang 45 angeordnet ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Rotor 10 einstückig mit einer Welle 12 versehen, die drehbar in Lagern 18,19 in den entsprechenden vorderen und rückwärtigen Seitengehäusen 21, 23 gelagert und an ihrem Vorderende mit einer Scheibe 14 versehen ist, die von einem Motor drehbar ist. Eine Dichtung ist zwischen dem rückwärtigen Seitengehäuse

23 und der rückwärtigen Abdeckung 24 angeordnet, in welcher die Entladekammer und die Saugkammer 51 vorgesehen sind. Der Luftzuführdurchgang 45 ist mit dem Eingang des Sammlers 60 verbunden, dessen Ausgang sich zum Luftlagerraum 40 zwischen dem Mittelgehäuse 22 und der Drehhülse 30 über den Einlaß 71 öffnet.

Bei Drehen des Rotors 10 des Kompressors nach Fig. 1 und 2 wird Luft graduell in dem Kompressionsarbeitsraum 43 komprimiert, der zwischen den beiden benachbarten Flügeln 16 begrenzt ist, wobei der maximale Druck unmittelbar vor der Verbindung des Kompressionsarbeitsraumes 43 mit der Entladekammer 41 auftritt. Die Luft maximalen Druckes wird über den Abzugsdurchgang 44 zu dem Luftzuführdurchgang 45 abgezogen und dem Luftlagerraum

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' 1 40 durch den Einlaß 71 am Anfangspunkt des Bereiches zugeführt, zu welchem die Drehhülse 30 durch die komprimierte Luft in den Arbeitsraum 43 gedrückt wird, um somit die Lagerfähigkeit des Raumes zu erhöhen. Die erhöhte Luftströmung in dem Bereich verhindert einen direkten Kontakt zwischen der Drehhülse 30 und dem Mittelgehäuse 22, wenn die Drehhülse 30 zu dem Bereich durch die Hochdruckluft in den Kompressionsarbeitsraum 43 gedruckt wird. Im anfänglichen Bereich niedriger und mittlerer Geschwindigkeit wird die Luft, die einen Druck aufweist, der höher als der Entladedruck ist, zugeführt, um den Lagereffekt des Luftlagerraumes 40 mit dem Ergebnis zu erhöhen, daß die Drehhülse 30 an einem direkten Kontakt mit dem Mittelgehäuse 22 gehindert ist.

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Wenn sich der Rotor mit hohen Geschwindigkeiten dreht, in welchen der Luftlagerraum 40 mehr Luft erfordert, als aus dem Komp^essionsarbeitsraum abgezogen werden kann, fällt der Druck in dem Luftzuführdurchgang 45 unter den Entladedruck ab und öffnet das Absperrventil 76, so daß die Entladekammer 41 Luft zu dem Luftlagerraum 40 speisen kann. Die Entladekammer 41 kann hinsichtlich Volumen und Druck ausreichend Luft dem Lagerraum 40 zuführen, obwohl ihr Druck geringer als das Maximum in dem Arbeitsraum ist. Somit kann der Luftlagerraum 40 einen direkten Kontakt zwischen der Drehhülse 30 und dem Mittelgehäuse 22 verhindern.

Jede Rotation des Rotors verursacht eine zyklische Druckso änderung in dem Kompressionsarbeitsraum, so daß Luft in dem Raum und der Entladekammer pulsiert, die mit dem Raum verbunden ist. Die pulsierende Luft wird abgezogen und durch den Luftzuführdurchgang 45 dem Sammler 60 zugegeben, in welchen die Schwingungen der Luft absorbiert werden. Danach wird die Luft ohne Impulse durch den Einlaß 71 zu dem Luftlagerraum 40 geführt, so daß die

Drehhülse 30 frei von Schwankungen aufgrund pulsierender Luft ist. Je höher die Laufgeschwindigkeit ist, umso gros ser ist der Effekt des Sammlers. Ohne den Sammler bzw. Speicher würde die .Drehhülse nachteilig durch die Pulsation der Luft beeinflußt werden, die dem Luftlagerraum zugegeben wird, insbesondere im Hochgeschwindigkeitsbereich.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, wobei der Sammler 60 aus einem relativ großen hohlen Abschnitt 61 und einer Vielzahl von relativ feinen Bohrur^jen 62 besteht, die entsprechend in der Saugseitenwand des Mittelgehäuses 22 ausgebildet sind. Die feinen Bohrungen 62 in dem Mittelgehäuse 22 sind in der Form einer S-förmigen Linie durch Ausnehmungen 63 verbunden, welche in den entsprechenden vorderen und rückwärtigen Seitengehäusen 21, 23 ausgebildet sind, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die pulsierende Hochtemperaturluft aus der Entladekammer 41 tritt zunächst in den großen hohlen Abschnitt 61 ein, in welchem die Pulsation aus der Luft eliminiert wird, die sich dann durch den zickzackförmigen Abschnitt 62, 63 des Sammlers 60 erstreckt, in welcher die Temperatur beträchtlich durch Wärmeaustausch mit der Saugseitenwand des Mittelgehäuses 22 relativ niedriger Temperatur reduziert wird, bevor die Luft in den Luftlagerraum 40 durch den Einlaß 71 eintritt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Demzufolge wird selbst dann, wenn die Entladeluft eine hohe Temperatur aufweist, der Luftlagerraum mit Luft niedriger Temperatur und hohem Druck gespeist, um den Lagereffekt zu erhöhen.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, in welcher eine weitere Ausführungsform dargestellt ist, ist in dem Sammler 60 ein sogenannter Gleichrichter 65 (straightener) vorgesehen, um zu verhindern, daß abreibender Sand o.dgl.

in den Luftlagerraum 40 eintritt, um die Außenfläche der

Drehhülse 30 als auch die Innenfläche des Mittelgehäuses 22 zu verschleißen. Der Sammler weist zwei relativ große Aussparungen auf, von denen eine in der Kompressionsseitenwand des Mittelgehäuses und die andere in der Saugseitenwand vorgesehen ist.

In Fig. 6 und 7 sind die Ergebnisse eines Vergleichsversuches zwischen dem Kompressor mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche einen Sammler aufweist, und der herkömmlichen Vorrichtung ohne Sammler gezeigt. Die Diagramme zeigen eine Relation zwischen dem Drehmoment und dem Entladedruck, wenn der Kompressor bei einer konstanten Geschwindigkeit von 3000 Upm läuft, und zwischen dem Drehmoment und der Drehgeschwindigkeit, wenn der Kompressor

mir konstanter Last läuft. Aus den Diagrammen ist erkennbar, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet, daß der Kompressor ein geringeres Drehmoment über einen vollen Geschwindigkeitsbereich im Vergleich mit der herkömmlichen Vorrichtung erfordert, wobei sich der Unter-

schied mit Entladedruck erhöht.

Claims

PATENT- LWQ-RECHTSANWÄLTE 'V

BARDEHLE, PAGENBERJ3.· QOStr. -/U^TE N BIURG & PARTNER

RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

JOCHEN PAGENBERG dr jur . u. μ harvard-- HEINZ BARDEHLE d.pl-.ng

BERNHARD FROHWITTER d.pl -.ng · WOLFGANG A. DOST dr d.pl c«e«

GÜNTER FRHR. v. GRAVENREUTH o.pi .ng if»,- UDO W. ALTENBURG dipl-pmys

POSTFACH 86Ο62Ο. 8ΟΟΟ MÜNCHEN

TELEFON (O89)9BO361

TELEX 522 791 pad d

CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN

BÜRO: GALILEIPLATZ 1. 8 MÜNCHEN BO

datum 7. 6. 1984 _{K 553}-ι Bd/lV/he

Schutzansprüche

si 1 1. Drehhülsen-Lagervorrichtung für einen Kreiselverdichter mit einem Mittelgehäuse, einer Drehhülse,

f: die drehbar in dem Mittelgehäuse angeordnet ist, mit

einem innerhalb der Drehhülse angeordneten Rotor, einer

% Vielzahl von Flügeln, die bewegbar in den Rotor einge-

paßt sind, und mit einer Entladekammer, wobei ein Luftlagerraum zwischen dem Mittelgehäuse und der Drehhülse begrenzt ist und ein Einlaß in der Innenfläche des Mittelgehäuses vorgesehen ist, zu welchem die Drehhülse von komprimierter Luft drückbar ist, und wobei sich J^₀ ein Luftzuführdurchgang zu dem Einlaß von der Entladekammer und/oder einem Kompressionsarbeitsraum unter dem maximalen Druck erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzuführdurchgang )H5) mit einem Sairraler (60, 61, 62, 63) versehen ist.

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2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (60) wenigstens einen hohlen Abschnitt (61, 62, 63) umfaßt, welcher in dem Mittelgehäuse (22) ausgebildet ist. 5
3- Lagervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (60) wenigstens eine relativ große Aussparung (61) umfaßt, welche in der dicken Wand des Mittelgehäuses (22) vorgesehen ist. 10
4. Drehhülse nach einem der Ansprüche 1 bir 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (60) eine Vielzahl von Bohrungen (62), die sich axial durch die Wand des Mittelgehäuses erstrecken und Ausnehmungen (63) urafaßt, die sich längs beider Seitenflächen des Mittelgehäuses erstrecken, um innen die Bohrungen zu verbinden.
5. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzuführdurchgang einen Hauptdurchgang (45), welcher sich von dem Kompressionsarbeitsraum (43) zu dem Luftlagerraum (40) durch den Sammler (60) erstreckt und einen Hilfsdurchgang (47) einschließt, der sich von der Entladekammer (41) zu dem Hauptdurchgang (45) erstreckt, und daß der Hilfsdurchgang mit einem Absperrventil (76) versehen ist.
6. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (60) mit einem Gleichrichter (65) versehen ist.