DE856035C - Drehkolbenmaschine mit Schraubenraedern - Google Patents

Drehkolbenmaschine mit Schraubenraedern

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DE856035C
DE856035C DEP24738A DEP0024738A DE856035C DE 856035 C DE856035 C DE 856035C DE P24738 A DEP24738 A DE P24738A DE P0024738 A DEP0024738 A DE P0024738A DE 856035 C DE856035 C DE 856035C
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DE
Germany
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ribs
engaging
runner
rotor
rotary piston
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Expired
Application number
DEP24738A
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English (en)
Inventor
Hans Robert Nilsson
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Svenska Rotor Maskiner AB
Original Assignee
Svenska Rotor Maskiner AB
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE856035C publication Critical patent/DE856035C/de
Expired legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/16Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type

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Description

  • Drehkolbenmaschine mit Schraubenrädern Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf solche Drehkolbenmaschinen, bei welchen ein gasförmiges Mittel in Arbeitskammern komprimiert oder expandiert werden kann, die zwischen ineinandergreifenden, mit schraubenförmigen Rippen und Nuten versehenen Läufern und deren Gehäuse gebildet sind und ihr Volumen verändern, wenn sich die Läufer drehen.
  • Maschinen dieser Art werden gewöhnlich ohne Schmierung mit dem praktisch kleinstmöglichen Spielraum zwischen den ineinandergreifenden Läufern und zwischen diesen und dem Gehäuse betrieben, so daß das Entweichen des Mittels durch Undichtigkeiten aus den Arbeitskammern auf ein Minimum herabgesetzt ist. Um dies zu erreichen und damit einen verhältnismäßig hohen volumetrischen Wirkungsgrad aufrechtzuerhalten, werden die Läufer gewöhnlich mit hohen Geschwindigkeiten betrieben. Um ferner das gewünschte Vergrößerungs- oder Verkleinerungsverhältnis der Arbeitskammern zwischen Einlaß und Auslaßseiten bei Läufern von gleichmäßigem Durchmesser und Steigungswinkel zu gewährleisten, müssen die Läufernuten einen Steigungswinkel von beträchtlicher Größe haben. Dies bedingt wiederum eine Drehkolbenmaschine zu verwenden; bei welcher ein eingreifender Läufer mit schraubenförmigen Rippen von konvexem Querschnitt, die wenigstens zum größeren Teil außerhalb des Teilkreises des Läufe,-s liegen, drehbar in einer Gehäusebohrung angeordnet ist und im Eingriff mit einem eingegriffenen Läufer steht, der schraubenförmige,Rippen von konkavem Querschnitt hat, die wenigstens zum größeren Teil innerhalb des Teilkreises des Läufers liegen, und der drehbar in einer zweiten Gehäusebohrung angeordnet ist, welche die erstgenannte Bohrung überschneidet. Um eine passende gleichmäßig hohe Spielraum- oder Abdichtungslinie zwischen den Rippen und Nuten der zusammenwirkenden Läufer zu erhalten, wurden gewöhnlich bei Paaren von eingreifenden und eingegriffenen Läufern die Rippenflanken der Läufer als Abwälzflächen ausgebildet. Bei dem eingreifenden Läufer sind deren Profile Kurven, die durch die Schnittpunkte der Flanken der Nuten des eingegriffenen Läufers mit dessen Teilkreis nach dem Abwälzverfahren erzeugt werden. Die Flanken der Nuten des eingegriffenen Läufers sind als Abwälzflächen ausgebildet, deren Profile Kurven sind, die durch den Scheitel der Rippen des eingreifenden Läufers nach dem Abw-älz_-verfahren erzeugt werden. Solche Rippen und Nut;#n ergeben zwar eine gleichmäßige Abdichtungslinie, weisen aber auch gewisse Mängel auf. Hiervon sind vielleicht die wichtigsten: i. relativ große Länge der Abdichtungslinie infolge der Tatsache, daß bei solchen Umrissen die Abdichtungslinie sich stark axial längs einer geneigten Linie von den Scheiteln bis zum Grund der Rippen des eingreifenden Läufers erstreckt, und 2. die unvermeidbare Bildung von Räumen zwischen den Wänden einer Nut des eingegriffenen Läufers und den Flanken der damit zusammenwirkenden Rippe des eingreifenden Läufers. ' Diese Räume bilden unerwünschte geschlossene Taschen, deren Volumen sich beim Drehen der Läufer verändert. Um den Verlust infolge Undichtigkeit durch Verkürzung der Abdichtungslinie zwischen den Läufern im Vergleich mit einem symmetrischen Profil zu vermindern, ist ein unsymmetrisches Profil vorgeschlagen worden, bei welchem die vordere Flanke der eingreifenden Rippe im wesentlichen kreisförmig und die hintere Flanke im Querschnitt ein Abwälzprofil ist. Während dieses Profil jenen Zweck erfüllt, besitzt es noch immer die Räume, flie die unerwünschten abgeschlossenen Taschen des ganzen Abwälzprofils erzeugen.
  • Bisher ging man bei der Entwicklung von Läuferprofilen für Drehkolbenmaschinen der betrachteten Art hauptsächlich von der Überlegung aus, Profile herzustellen, die kontinuierliche oder ununterbrochene Abdichtungslinien zwischen den Läufern ergeben, nach der Theorie, daß die Schaffung einer Abdichtungslinie von ununterbrochener Ausdehnung und im wesentlichen gleichmäßiger Höhe bei minimaler praktischer Größe gegenüber anderen Betrachtungen den Vorrang hat, wenn der höchste Grad an Wirtschaftlichkeit erhalten werden soll.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dies nicht der Fall ist, und es ist der Zweck der Erfindung, die Leistung von Maschinen der beschriebenen Art durch eine neue Profilform der Läufer zu verbessern. Weitere aus dem neuen Profil sich ergebende Mittel können angewendet werden, um die den bisherigen Ausbildungen innewohnenden Mängel zu beseitigen und neue und positive Vorteile zu erzielen.
  • Erfindungsgemäß werden die Profile der Rippen der Läufer mit einer solchen Krümmung ausgebildet, daß beim Drehen der Läufer der Scheitel jedeikonvexen Rippe in Abdichtungslage gegenüber der Wand der mit ihr in Eingriff gelangenden Nut des eingegriffenen Läufers erst an einer Stelle kommt, welche sowohl innerhalb des Teilkreises als auch innerhalb des äußeren Teiles des eingegriffenen Läufers liegt.
  • Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt. Fig. i ist ein Grundriß mit teilweisem Schnitt einer Maschine, bei welcher gewisse Einzelheiten zwecks klarer Darstellung weggelassen sind; Fig. 2 ist ein Aufriß finit tc#il\\-eisein Schnitt der in Fig. i gezeigten \laschine; hig. 3 ist ein Querschnitt der in Fig. i gezeigten Maschine, in welchem verschiedene Läuferabdichtungsstreifen gezeigt sind; Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, welche die Abdichtungslinie veranschaulicht, die sich aus der .Anwendung von bekannten Läufern mit Rippen mit Abwälzprofilen ergibt; Fig. 5 zeigt in gleicher Ansicht die Abdichtungslinie, die bei Läufern finit Profilen nach der Erfindung erhalten wird; Fig. 6a bis 6c sind schematische Ansichten, welche die Erzeugung von abgeschlossenen Taschen veranschaulichen, die sich aus der Benutzung von bekannten Abwälzprofilen ergeben; Fig. 7 a bis 7 c sind gleiche schematische Ansichten, welche gleiche Taschen veranschaulichen,die sich aus der Benutzung von unsymmetrischen Profilen ergeben; Fig. 8 a bis 8 c sind gleiche schematische Ansichten, welche die Beseitigung solcher Taschen bei einer Maschine nach der Erfindung veranschaulichen; Fig.9 ist eine gleiche Ansicht wie Fig.2 und zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer Maschine mit Pfeilzahnläufern; Fig. io ist ein Querschnitt, der gewisse durch die Erfindung erreichbare Vorteile veranschaulicht; Fig. i i ist eine perspektivische Ansicht von Läufern nach der Erfindung, und Fig. 12 bis 14 sind Schnitte, die gewisse Veränderungen des in Fig. 3 gezeigten Grundprofils veranschaulichen.
  • In Fig. i bis 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Maschine gezeigt, welche als Kompressor wirkt. Indessen sind solche Maschinen, bei welchen die vorliegende Erfindung anwendbar ist, elrensogut als Motoren für ein elastisches Mittel benutzbar. Die Maschine weist ein Gehäuse auf, dessen mittlerer Teil io zwei zylindrische, parallele und sich überschneidende Bohrungen 12 und i4 zur Aufnahme Gier Läufer hat, und dessen einer Endteil 16 einen Einlaßstirnabschluß und dessen anderer Endteil 18 einen Auslaßstirnabschluß besitzt. Die Endteile haben passende Bohrungen für die Lagerung der Läufer 2o und 22. Diese werden durch die Getrieberäder 24 und 26 so angetrieben, daß eine Reibungsberührung verhindert wird. Die Maschine wird durch die über den Läufer 2o vorstehende Welle 28 angetrieben. .
  • Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Geliätise so ausgebildet, daß es radiale und axiale Einlaß- und Auslaßöffnungen hat. Die Einlaßöffnung 30 besitzt einen Teil 30a, der eine radiale und einen Teil 3 ob, der eine axiale Einströmung ergibt, wä B-rend die Auslaßöffnung 32 entsprechende radiale und axiale Teile 32° lizw. 32b hat. Soweit es die Erfindung angelt, ist weder die Art der Öffnungen, 01) axiale, radiale oder kombinierte, noch die besondere Form der Öffnungen entscheidend. Die besonderen Merkmale der Öffnungen sind dali%r hier nicht angegeben worden, (1a sie von irgendeiner bekannten Art sein können.
  • 1)ie Läufer 20 und 22 greifen ineinander. 1)-r c°itigi-eifende Läufer 20 hat schraubenförmige Ripprn 2o", zwischen welchen Nuten tob gebildet werden, während der eingegriffene Läufer 22 schraubenförmige Rippen 22° hat, zwischen welchen Nuten 226 gebildet «erden. Bei dem gezeigten Beispiel besitzt der eingreifende Läufer drei Rippen und der eingegriffeiie Läufer vier. Die Rippen des eingreifenden Läufers haben einen größeren Steigungswinkel als diejenigen des eingegriffenen Läufers. Die Läufor stelzen durch das erwähnte Getriebe 24, 26 in geeig-»ete r Verbindung, so daß der eingreifende Läufer sich mit größerer Geschwindigkeit dreht als der eingegriffene.
  • 1)as Verhältnis der Anzahl von Rippen und Nuten der verschiedenen Läufer kann jedoch, je nach dem gewünschten Kompressionsverhältnis, Druckunterschied, usw. stark geändert werden. Bei dem idealen theoretischen Zustand des Verhältnisses zwischen beiden Läufern stimmt der Außendurchmesser des eingegriffenen Läufers mit seinem Teilkreis überein, und die Nuteit 226 liegen ganz innerhalb des letzteren, w:ilirend die Böden der Nuten tob des eingreifenden Läufers mit seinem Teilkreis übereinstimmen. so daß die Rippen 2oa ganz außerhalb seines Teilkreises liegen. Eine solche Konstruktion hat jedoch zur Folge, daß die Rippen des eingegriffenen Läufers 22 scharfe Kanten an ihren Scheiteln, und die Nuten des eingreifenden Läufers 20 scharfe I?cken am Fuß seiner Rippen haben. Dies ist in praktischer Hinsicht nicht wiinschenstvert. Deshalb ist, uni abgerundete Kanten am Kopf der Rippen des eingegriffenen Läufers 22 und nicht so scharfe l:ekeii am Full der Rippen des eingreifenden Läufers 20 zu vermeiden, der Außendurchmesser des eingegriffenen Läufers 22 gewöhnlich etwas größer oder geringer als sein Teilkreis. Ersteres ist vorteilliafter, und eine solche Konstruktion ist in Fig.3 gezeigt, wobei die Teilkreise der Läufer bei 20c bzw. 22c angegeben sind. Bei der Art der vorliegenden \taschine ist jedoch die zulässige Abweichtnig vorn Teilkreis ohne Auftreten wesentlicher Undichtigkeiten auf den Dichtungslinien im Verhältnis zu der Tiefe der Nuten sehr begrenzt, so daß in allen Fällen die Rippelt und Nuten eines Läufers, z. B. des eingegriffenen Läufers, sich zum größten Teil innerhalb des Teilkreises befinden, während das Gegenteilige für den anderen Läufer, z. B. den eingreifenden Läufer, zutrifft. Daher können die Böden der Nuten des eingreifenden Läufers und die Scheitel der Rippen des eingegriffenen Läufers auf oder annähernd auf dem betreffenden Teilkreis liegen.
  • Die allgemeine Wirkungsweise dieser Niaschitteii als Kompressor ist bekannt. Wenn sich die Läufer in den durch die Pfeile 34 und 36 angegebenen Richtungen drehen, werden die Schraubennuten während der Einlaßphase gefüllt, wenn sie an den Finlaßöffnungen vorbeigehen. Sobald die Rippen diese Öffnungen abgeschlossen habest, nehmen die Nuten <las gasförmige Mittel im Umfangssinn -zunächst während der Transportphase bei konstantem Volumen mit, da sie an ihren Enden durch die Gehäusestirnwände abgeschlossen sind. Dieser Pliase folgt die Druckphase, welche beginnt, wenn die Rippen eines Läufers in die gefüllten Nuten des anderen eintreten. Dabei verringert sich der Rauminhalt der Kammern. Die Kompression geht weiter, bis die Nuten an die Auslaßöffnungen gelangen und die Auspuffphase eingeleitet wird, welche weitergelst, bis die Rippe in ihre zugehörige Gegennut vollständig eingedrungen und ihr Volumen auf Null herabgesetzt ist. Wenn die Maschine als 'Motor betrieben wird, ist der Phasenablauf umgekehrt: das treibende Mittel drückt dann die Rippen aus den Nuten heraus, die Volumina der Arbeitskammern vet;gr<ißern sich, und das Mittel strömt entspannt durch die Auslaßöffnungen, welche den Einlaßöffnungen bei einem Kompressor entsprechen.
  • Die Einlaß-, Auseuff- und Konipressionsphaseii werden durch eine neue Profilform der Läuferrippen und -nuten verbessert. Diese ergibt eine kürzere Dichtungslinie als bisher, vermeidet am Auspuffende abgeschlossene Gas- und Saugtaschen vors ähnlicher Art wie am Einlaßende sowie deren Verluste. Auch w i rd dadurch die Strömung zu und von den Arbeitskammern weg verbessert und der Gebrauch von Dichtungsstreifen möglich gemacht, wie sie bei Turbinen mit elastischem Mittel für die Herabsetzung der Undichtigkeit benutzt werden, bisher alter für 'Maschinen der vorliegenden Art mit den früher benutzten Profilformen praktisch nicht angewendet wurden.
  • Zti diesem Zweck sind die Rippen und Nuten der Läufer vorteilhaft mit symmetrischen Profilen versehen. Die Köpfe der symmetrischen des eingreifenden Läufers utid die Nuten des eingegriffenen Läufers sind beide von gleichem kreisförmigem Querschnitt. Aus nachfolgenden Gründen können kleinere Abweichungen von der genauen symmetrischen Kreisform unter gewissen Umständen erwünscht sein, aber praktische Rücksichten begrenzen die Größe solcher Abweichungen auf einen so kleinen Wert in bezug auf die Größe der Profile, daß, wenn sie in Rechnung gestellt werden, die Profile als praktisch symmetrisch und kreisförmig angesehen werden können. Solche Profile sollen im Begriff symmetrische Kreisform eingeschlossen sein.
  • Bei der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform weist das Profil der eingreifenden Rippen einen Bogen a vom Radius R um den Punkt P auf, welcher am Schnittpunkt des Teilkreises 2oc des Läufers 20 mit dem Läuferradius liegt, der den Querschnitt der Rippe halbiert. Der Punkt P könnte auch etwas außerhalb des Teilkreises 20c liegen. Der Bogen a erstreckt sich vom Punkt b zum Punkt c. Beide Punkte liegen an den Schnittstellen des Profils mit dem Teilkreis 22e, wenn der Querschnitt der betreffenden Rippe 2oa ganz in der eingegriffenen Nut 22b liegt. Von den Punkten b und c bis zu den Fußpunkten d und e bilden die Teile f und g Abwälzkurven von epicyclischer Form, welche durch @iie Schnittpunkte des Kurvenprofils der eingegriffenen Nut mit dem Teilkreis des eingegriffenen Läufers beim Abwälzen dieses Teilkreises auf dem Teilkreis des eingreifenden Läufers bestrichen werden. Die Abweichung der Kurven f und g von einem Bogen vom Radius R ist relativ sehr gering, so daß das ganze Profil praktisch als kreisförmig bezeichnet werden kann. Wie nachstehend erläutert wird, können andere Abweichungen von geringerem Ausmaß von dem genau kreisförmigen Profil innerhalb des Bereiches der Erfindung gemacht werden. Die Teile f und g könnten z. B. auf Kreisbögen liegen, deren Mittelpunkt auf dem Teilkreis 22c liegt, wenn die zugehörige eingreifende Rippe ganz in einer eingegriffenen Nut liegt. Das Profil der eingegriffenen Nut ist komplementär zu dein gebogenen äußeren Teil der eingreifenden Rippe.
  • Bei einer derartigen Ausbildung wird die Länge der Abdichtungslinie zwischen den Läufern wesentlich vermindert, wie aus einem Vergleich von Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, bei welAen der Verlauf der Abdichtungslinien zwischen Läufern, welche symmetrische Abwälzprofile haben und Läufern mit einem Profil gemäß vorliegender Erfindung gezeigt ist. In diesen Figuren ist der eingreifende Läufer gezeichnet. Die angegebenen Abdichtungslinien sind diejenigen, welche durch einen eingegriffenen Läufer erzeugt werden, der mit dem eingreifenden Läufer im Eingriff steht. Bei der ein vollständiges Abwälzprofil zeigenden Fig. 4 weist die Abdichtungslinie einen Teil h-i auf, der sich parallel zu den Läuferachsen erstreckt und zwischen dem zylindrischen Umriß der eingegriffenen Rippen und dem zylindrischen Boden der eingreifenden Nut gebildet ist; einen Teil i-j, der sich winklig längs einer Flanke der eingreifenden Rippe vom Fuß zum Scheitel erstreckt; einen Teil j-k, der sich längs des Scheitels der eingreifenden Rippe erstreckt; einen Teil,k-d, der sich winklig vom Scheitel der eingreifenden Rippe bis zu ihrem Fuß längs der zweiten Flanke der Rippe erstreckt; und einen Teil 1-m, der gleich dem Teil h-i ist und zwischen dem Boden der nachfolgenden Nut des eingreifenden Läufers und dem Scheitel seiner zusammenwirkenden, eingegriffenen Rippe gebildet ist. Fig. 5 zeigt die mit einem Profil gemäß der Erfindung erhaltene Abdichtungslinie, welche den Teil n-o am Grund der eingreifenden Nut aufweist; den Teil o-p, welcher dem abgewälzten Grundteil einer eingreifenden Flanke folgt, z. B. dem Teil f des in Fig. 3 gezeigten Profils; den Teil p-q, welcher dem kreisbogenförmig gebogenen Teil a des eingreifenden Profils folgt und sich rechtwinklig zu den Läuferachsen erstreckt; den Teil q-r, welcher dem abgewälzten Kurventeil g des eingreifenden Profils folgt; und den Teil r-s am Grund der nachfolgenden eingreifenden Nut. Eine nähere Prüfung läßt erkennen, daß mit dem neuen Profil die Länge der Abdichtungslinie sehr beträchtlich herabgesetzt ist, weil die Abdichtungslinie zwischen den Läufern nur ein Teil der ganzen Abdichtungslinie ist, während sie im übrigen durch die Abdichtungslinie zwischen den Scheiteln der Läuferrippen und den Läuferstirnseiten einerseits und dem Gehäuse anderseits gebildet ist. Die Verminderung der Länge der ganzen Abdichtungslinie beläuft sich auf etwa 12010 hei normaler Ausbildung im Vergleich zu der Linie, welche mit ganzen Abwälzprofilen erhalten wird.
  • Zusammen mit der Verbesserung, welche die Verkürzung der Abdichtungslinie liefert, erwachsen noch andere und sogar wichtigere Vorteile. Einer dieser Vorteile kann in der Beseitigung der abgeschlossenen Taschen des Fördermittels an den Enden der Nuten bestehen. Derartige Taschen sind kennzeichnend für Profile, die eine vollständige Abwälzflanke haben und mit dem Volumen Null am Einlaßende beginnen und zu dem Volumen Null am Auslaßende beim Drehen des Läufers auslaufen. Solche Taschen erfordern eine Entlüftung am Auslaßende der Nuten, wenn unzulässig hohe Drücke zu vermeiden sind. Am Einlaß werden entsprechende Vakuumtaschen gebildet, welche auch eine unerwünschte Wirkung haben, wenn nicht sondere Kanäle für den Zutritt des Fördermittel zu denselben vorgesehen sind. Solche Einrichtungen ergeben jedoch alle einen gewissen Verlust. Selbst wenn die Taschen entlüftet werden, ergeben sie unausgeglichene Kräfte, die ein Drehmoment erzeugen, das bestrebt ist, die Läufer aus dem Gleichlauf zu bringen und zusätzliche Beanspruchung auf das Getriebe 24, 26 auszuüben, um sie im Gleichlauf zu halten. Dies kann am besten an Fig. 6 a bis 8 c veranschaulicht werden, welche zum Vergleich die mit verschiedenen Formen von Läuferprofilen erzielten Wirkungen zeigen. In den verschiedenen Figuren sind die Schnitte von den Auslaßenden der Nuten gegen die Einlaßenden gesehen gelegt. In Fig. 6a ist bei 38 die abgeschlossene Tasche angegeben, die vor der Vorderflanke der eingreifenden Rippe bei einer Maschine mit Ahwälzprofilen gebildet ist, wenn die Kopfkante 4o der Rippe in die eingegriffene Nut eintritt. `A'enn sich die Läufer in der Richtung der Pfeile 34 und 36 -,weiterdrehen, wird das Volumen der Tasche 38 ständig vermindert, wie aus Fig. 6b und 6c ersichtlich ist, da die Kante 4o der Kurve der eingegriffenen Nut folgt, um die Tasche auf einer Seite abzuschließen, während der Scheitelpunkt 42 des eingegriffenen Läufers der Flanke der eingreifenden Rippe folgt, um die gegenüberliegende Seite der Tasche abzuschließen. An einem Ende ist die Tasche durch die sich längs der Flanke des eingreifenden Läufers erstreckende Abdichtungslinie geschlossen (unter der Zeichenebene) und an ihrem anderen Ende ist die Tasche durch die Gehäusestirnwand geschlossen, die in der Zeichenebene angenommen ist. Bei der in Fig. 6a in vollen Linien gezeigten Lage wird die sich aus dem Druck des in die Tasche eingeschlossenen Mittels ergebende Kraft durch den Vektor 44 dargestellt, der durch die Achse 46 des eingegriffenen Läufers hindurchgeht. In dieser Lage wird ein Drehmoment auf den letzteren durch das in der Tasche eingeschlossene Gas od. dgl. ausgeübt. Sobald die Läufer sich jedoch weiterdrehen, z. B. in die in gestrichelten Linien gezeigte Lage, geht der resultierende Kraftvektor in die Lage 44 über und erzeugt ein Drehmoment, das den eingegriffenen Läufer dem eingreifenden Läufer voreilen läßt. Dieses Drehmoment erhöht sich, wenn sich die Läufer drehen, und zwar infolge des sich erhöhenden Drehmomentarmes, über welchen der resultierende Kraftvektor wirkt. Während der Zeit, während der die Läufer gemäß Fig. 6b vollständig ineinandergreifen, ist das Volumen 38' der Tasche stark herabgesetzt, wodurch sowohl der Druck innerhalb der Tasche, außer wenn sie entlüftet wird, wie auch die Länge des Momentarmes zwischen dein Kraftvektor und derLäuferachse erhöht wird. Wenn sich die Läufer aus der Lage der Fig.6b nach Fig.6c weiterdrehen, entleert sich die Tasche bis zum Volumen Null, wenn die Punkte 40 und 42 sich einander nähern. Dabei folgt jeder dieser Punkte fortlaufend dem Profil des anderen Läufers. Während dies stattfindet, wird eine zweite Tasche #18 zwischen der hinteren Flanke der eingreifenden Rippe und der Nutwand geöffnet, welche sich in der Ouerschnittfläche vergrößert, wenn sich die Läufer drehen. Infolge des Steigungswinkels der Rippen und Nuten hat jedoch diese Tasche nicht ein geschlossenes Volumen, sondern öffnet anderseits einen Durchlaß zurück zu dem Einlaßende der Vorrichtung und muß folglich durch die Auslaßstirnwand oder einen äquivalenten Verschluß geschlossen werden, wenn Zurückblasen vom Auslaß zum Einlaß vermieden werden soll.
  • Bei Anwendung eines unsymmetrischen Rippen-und N utenprofils mit einer Abwälzflanke ist das Ergebnis sehr ähnlich, wie aus Fig. 7a bis 7c ersichtlich ist. Wie in dem vorerwähnten Fall wird die geschlossene Tasche 38 gebildet, sobald der Scheitel 4o der eingreifenden Rippe in die eingegriffene Nut eintritt. Diese Tasche geht auf das Volumen Null während der Zeit zurück, während welcher die Läufer gemäß Fig. 7 b vollständig im Eingriff sind. Dies ergibt sich aus der entsprechend gebogenen Form der vorderen Flanke der eingreifenden Rippe. In gleicher Weise wird die Tasche 48 auf der hinteren Seite der eingreifenden Rippe geöffnet und führt zu dem Eimaß zurück. In diesem Fall muß die abgeschlossene Tasche 38 entlüftet werden, um zu starke Drücke zu vermeiden. Sogar wenn sie entlüftet ist, übt ein in ihr bestehender Druck ein unerwünschtes Drehmoment auf den eingegriffenen Läufer aus den gleichen Gründen aus, wie es in Fig. 6a bis 6c erläutert wurde. Wenn die Tasche zum Einlaß entlüftet wird, stellt dies einen volumetrischen Verlust dar. Wenn sie zum Auslaß entlüftet wird, muß sie augenscheinlich auf Auslaßdruck gebracht werden.
  • Die Möglichkeit zur Vermeidung der unerwünschten geschlossenen Taschen ist in Fig. 8 a bis 8c gezeigt. Infolge der Tatsache, daß der äußere oder Scheitelteil des eingreifenden Profils keine Abwälzlinie ist, trifft er die benachbarte äußere Begrenzungskante der eingegriffenen Nut nicht, wenn der Scheitel der eingreifenden Rippe gemäß Fig.8a in die Nut eintritt. Vielmehr gelangt der Scheitel der eingreifenden Rippe gegenüber der eingegriffenen Nut erst an einer Stelle in Abdichtlage, die sowohl innerhalb des äußeren Teiles des eingegriffenen Läufers als auch innerhalb von dessen Teilkreis liegt. Im speziellen, allerdings ungünstigen Fall würde diese Stelle am Bodenteil der eingegriffenen Nut liegen. Es wird dann ein Raum 5o in der Form eines offenen Kanals gebildet, welcher in freier Verbindung mit der Hauptkompressionskammer bleibt, die zwischen den Läufern und dein Gehäuse gebildet ist, bis die Läufer vollständig ineinandergreifen und der Raum 5o das Volumen Null erreicht, wie in Fig. 81> gezeigt ist. Da die eingegriffene Nut symmetrisch und offen ist, wirkt die resultierende Kraft infolge des komprimierten Fördermittels in der Nut in allen Lagen des Läufers zwischen der in Fig. 8 a und der in Fig. 8 b gezeigten Lage radial längs des Vektors 44, der durch die Läuferachse 46 hindurchgeht und so kein Drehmoment auf den eingegriffenen Läufer erzeugt. Auf der hinteren Seite der eingreifenden Rippe wird eine kanalförmige Tasche 52 geöffnet, sobald die Rippe durch die Lage völligen Eingriffs hindurchgeht, wie aus Fig. 8c ersichtlich ist.
  • Bei der eben beschriebenen Konstruktion sind somit Verluste und unerwünschtes Drehmoment infolge abgeschlossener Volumen behoben. Als Ergebnis hiervon können höhere Läufergeschwindigkeiten mit entsprechender verbesserter Leistung angewendet werden. Die Beseitigung der abgeschlossenen Taschen ist besonders bei Ausbildungen vorteilhaft, wo verhältnismäßig hohe Kompressions verhältnisse gewünscht werden, da, wenn das Kompressionsverhältnis erhöht wird, das Volumen jedes Kompressionsraumes im Zeitpunkt der Entladung kleiner wird und das abgeschlossene Volumen einen mit Vergrößerung dieses Verhältnisses zunehmend größeren Prozentsatz der Gesamtmenge des der Kompression unterworfenen Mittels erhält. Somit werden bei hohen Kompressionsverhältnissen abgeschlossene Taschen in zunehmendem Maße sch;idlicher für ein wirksames Arbeiten.
  • Ein anderer Vorteil, der sich aus der Beseitigung der abgeschlossenen Taschen ergibt, besteht in der Tatsache, daß Pfeilzahnläufer ohne Nachteil angewendet werden können. In Fig.9 ist eine solche Konstruktion beispielsweise gezeigt. Die dargestellte Anordnung ist im allgemeinen Aufbau gleich der vorher beschriebenen Vorrichtung mit der Ausrahme, daß (las Gehäuse zwei Einlaßöffnungen an gegenüberliegenden Enden und eine seitlich in der Mitte liegende Auslaßöffnung 132 besitzt. Die Läufer, von welchen der eingreifende Läufer 120 in der Figur dargestellt ist, haben das oben beschriebene Profil, sind aber jeder in zwei Teile von entgegengesetztem Steigungswinkel unterteilt, wie die Teile 120a und 12o6 des dargestellten eingreifenden Läufers zeigen. Die Auslaßöffnung ist gegen die Kotnpressionskamtnern ganz offen. Die Auslaßenden der Nuten liegen in der Mitte der Läufer und sind nicht durch eine Gehäusestirnwand abgeschlossen. Statt dessen stehen die Kompressionsräume, die in jedem der zwei Teile der Läufer gebildet sind, miteinander und mit der gemeinsamen Auslaßöffnung in Verbindung. Diese Räume laufen beim Drehen der Läufer gegeneinander bis zum Volumen Null der Kammern. Wenn nicht ein Rippen- und Nutenprofil der zuletzt genannten Art (Fig.8a bis 8c) benutzt würde, würden geschlossene Taschen gebildet werden, welche gegen die Einlaßseite entlüftet werden müßten. In diesem Fall wird alles komprimierte Gas od. dgl. sowohl in den Hauptkompressionskammern wie in den Räumen zwischen den sich nähernden Rippenflanken und in den gebildeten Kanälen frei und glatt gegen den Auslaß und ohne beträchtlichen Verlust an geleisteter Arbeit entladen.
  • Ein weiterer sich aus der Erfindung ergebender Vorteil besteht darin, daß sie die Anwendung von Abdichtungsstreifen für die Herabsetzung des Spielraumes zwischen den Läufern einerseits und zwischen -den Läufern und dem Gehäuse anderseits in der gleichen Weise praktisch auswirkt, wie solche Streifen für die Herabsetzung der Undichtheit im Schatifelsvstem einer mit einem elastischen Mittel betriebenen Turbine verwendet werden. Bekanntlich ist es bei Vorrichtungen der vorliegenden Art sehr erwünscht, die Spielräume zwischen den miteinander arbeitenden Teilen so klein wie möglich zu machen. Zahlreiche praktische Betrachtungen, wie ungleiche Ausdehnung unter dem Einfluß der Kompressionswärme, seitliche und Torsionsablenkung der Läufer, ihre genaue Einstellung und die Toleranz der Herstellungsgenauigkeit im Rahmen der Steigungswinkel und Profile der schraubenförmigen Rippen und Nuten begrenzen deutlich den wirklichen Spielraum auf einen Wert, der beträchtlich über dein Höchstwert liegt. Auch infolge der hohen Betriebsgeschwindigkeiten, die Spitzengeschwindigkeiten der eingreifenden Läuferrippen in der Größenordnung von 15o bis Zoo m pro Sekunde einschließen, hätte die Reduktion des Spielraumes auf den Wert Null, so daß eine starke Reibung zwischen den Läuferflächen oder zwischen ihnen und dem Gehäuse auftritt, gewöhnlich einen ernsthaften Schaden, wenn nicht eine Zerstörung der Maschine in kurzer Zeit zur Folge. Der Gedanke der Verwendung von dünnen Abdichtungsstreifen, die aus den Rippen hervorstehen und sich beim Reiben ohne Schaden abnutzen können, ist vorgeschlagen worden. Bei den früher vorgeschlagenen Profilformen ist dies jedoch für das Abdichten zwischen Rippen und Nuten aus dem Grund nicht praktisch gewesen, weil sie an einer Stelle einander sture» würden. welche längs der Streifen fortschreitet, wenn die Läufer sich drehen. Bei der vorliegenden Profilform wird diese Störung dadurch vermieden, daß die vordere Kaute des Scheitels der eingegriffenen Rippe und der Scheitel der eingreifenden Rippe sich nicht an der Schnittstelle der Außendurchmesser der zwei Läufer treffen, wo sich die Scheitel ganz nahe der Gehäusewand befinden. Statt dessen geht der Scheitel des eingreifenden Läufers am Scheitel der eingegriffenen Rippe mit radialem Abstand zwischen diesen Teilen vorbei und rollt dann nachfolgend in den Grund der eingegriffenen Rippe. nachdem er durch die vordere Kante des eingegriffenen Rippenscheitels überlappt worden ist.
  • Dies ist durch Vergleich von Fig. 8a mit Fig. 6a leicht verständlich, in welchen das (äehäuse io mit übertriebenem Spielraum gegenüber den Läufern zwecks Klarheit der Darstelltuig gezeichnet ist. In Fig.Ba ist der eingreifende Läufer mit einem Abdichtungsstreifen 54 versehen gezeigt, wie er bei Turbinen allgemein verwendet wird, z. B. finit einem dünnen Metallstreifen in Längsrichtung der Rippe, der radial über den Scheitel der Rippe vorsteht. Ein zweiter Streifen 56 steht ins Umfangssinn von dem vorderen Randteil der eingegriffenen Rippe und liegt vorteilhaft gerade auf dem Teilkreis. Ein gleicher Streifen 58 ist am hinteren Rand des eingegriffenen Rippenscheitels gezeigt. @-\'ie aus Fig. 8a ersichtlich ist, sind die Streifen 54 und 6, von welchen jeder an der Dichtstelle im wesentlichen den ganzen Spielraum zwischen den Läufern überbrückt, in der dargestellten Lage der Läufer gegeneinander gerichtet, aber infolge der Art der Profile liegen sie im Umfangssinn im Abstand voneinander, so daß der Streifen 54 frei in die Nut des eingegriffenen Läufers eintreten kann, ohne (lern vorstehenden Streifen 56 im Wege zu stehen. Dies würde bei einem Profil mit einer Abwälzflanke nicht möglich sein, wie aus Fig. 6a hervorgeht. Wenn hier ein Streifen, wie der radial über den Scheitel der eingreifenden Rippe vorspringende Streifen 54, und ein Streifen, wie der im Umfangssinn über den eingegriffenen Scheitel vorspringende Streifest 56, vorgesehen sein würden, so würden diese beiden Streifen beim Vorbeigehen der Scheitel an dieser Stelle störend aufeinander einwirken. Da aber die Störstelle heim Umlauf den Rippen entlang wandert, würden die Streifen auf der ganzen Länge durch ein solche Störung verbogen und zerstört werden. Der Hauptnutzen des Abdichtungsstreifens 54 besteht darin, daß die größtmögliche Abdichtung zwischen der eingreifenden Rippe und der Gehäusewand erzielt wird, während der Vorteil der Streifen 56 und 58 darin besteht, daß die bestmögliche Abdichtung längs der Fußteile der eingreifenden Flanke gewährleistet wird. Zum Beispiel können bei der Ausführung nach F ig. 3 die Grundkanten der Nut 2o1 an den Profilteilenf undg, besonders am Teilkreis, in Fällen, wo der zylindrische Grundteil der eingreifenden Nut etwas innerhalb des Teilkreises liegt, mit Leisten versehen werden. Zur Abdichtung zwischen den Scheiteln der eingegriffenen Rippe und des Gehäuses können Streifen 6o (Fig. 8a), die sich in der Längsrichtung dieser Scheitel erstrecken und radial über diese vorspringen, vorteilhaft angewendet %i-erdeti.
  • Das Profil gemäß den Fig. 8a, 81), 8c ergibt eitlen \\ eiteren Vorteil, wenn es mit geeignet angeordneten I?inlaß- und Auslaßkanälen kombiniert ist, die die Strömung des Fördermittels zu und von den Arbeitskammern verbessern und dvtiamische Verluste vermindern. Dies ist am besten aus Fig. to verständlich, in welcher die Wirkung an einer Auslaßöffnung bei einem Kompressor veranschaulicht ist. Das Gehäuse io ist mit einer :ltislaßöffnutig 32 versehen, die mit einem .\tislaß 62 in \'ei-1> ndtuig steht. Dieser führt voii der Öffnung in einer Richtung, die wenigstens ;innähernd tangential zu eiern Scheitelkreisbogen des eingreifenden I_:itifers ist, wie durch die Linie 6:I angedeutet ist. Bei sich in der Richtung der Pfeile 34 und 36 drehenden Läufern bildet das charakteristische abgerundete Profil der hinteren Seite der lZippe 20° zwischen dieser und der Gehäusewand eine Entladeöffnung 32d mit allmählichem Cbergang von diffttsorai-tiger Forni. wenn der Scheitel einer eingreifenden Rippe sich. dem Rand der Auslaßöffiitttig 32 nähert und an diesem vorbeigeht. Diese Öfftit1tig 32d wird eher allmählich als plötzlich für die Strömung des Fördermittels von der Nut tob über die Öffnung 32 zum Auslaß 62 freigegeben. Dieser Auslaß 62 hat von dem Mündungsteil 62a aus zweckmäßig gleichfalls Diffusorform. Hierdurch sind nicht nur die dvnainischen Verluste im Vergleich zu einem plötzlich sich erweiternden Kanal der üblichen Bauart vermindert, sondern die Auslaßgeräusche, die durch das übliche plötzliche Öffnen erzeugt werden, sind auch wesentlich geringer. Obschon die Strömung von der eingegriffenen Nut =2b zum Auslaß 62 nicht so direkt bzw. geradlinig erfolgt, wie die von den eingreifenden Nuten 20@'', ist dies von geringerer Bedeutung. Infolge des größeren Volumens und der Umfangsgeschwindigkeit der eingreifenden Nuten beträgt nämlich kinetische Energie des aus den letzteren austretende Mittel gewöhnlich 70 bis 8oo/o der ganzen kinetischen Energie des austretenden Mittels, obschon dieser Prozentsatz sich bei den einzelnen Ausbildungen verändern kann.
  • Neben dem vorstehend erwähnten Vorteil ergibt sich der weitere Vorteil einer umkehrbaren Vorrichtung infolge der Anwendung eines symmetrischen statt eines unsymmetrischen Profils. Dabei ist der gleichförmige Spielraum der Abdichtungslinie eine Voraussetzung, während man bisher hierin einen hauptsächlichen und beherrschenden Faktor erblickt hat. Die Erfindung mißt diesem Punkt dagegen sekundäre Bedeutung bei und stellt die Gestaltung der Profile in den Vordergrund. Zahlreiche wichtigere Vorteile werden durch Verwendung eines Umrisses erzielt, der eitle Abdichtungslinie für die Kompressionskammern ergibt, bei der nur in einem kleinen Abschnitt der Dichtungsspielraum bzw. die Abdichtungslinie nicht von kontinuierlicher gleichmäßiger Dicke bzw. Höhe ist, und durch einen kurzen Abschnitt unterbrochen ist, der eine sehr geringe Öffnung in der Form eines sehr flachen, stumpfen und im wesentlichen gleichschenkligen Dreiecks zur Folge hat. Gemäß Fig. 5 ist die Abdichtungslinie zwischen den ineinandergreifenden Rippen und Nuten kontinuierlich, wie es auch bei den früheren Konstruktionen die Abdichtungslinie oder der Spielraum zwischen den Läuferenden und der Stirnwand des Gehäuses ist. Auch die Abdichtungslinie zwischen den Läuferscheiteln und den zylindrischen Wänden der Gehäuse ist die gleiche wie vorher. In dem vorliegenden Fall (Fig.8a, 8b und 8c) erreicht jedoch der Scheitel 4o bzw. der Streifen 54 des eingreifenden Läufers die Schnittlinie 66 zwischen den Gehäusebohrungen 12 und 14 vorher bzw. axial gegen das Auslaßende der Nuten (bei einem Kompressor) verschoben, im Vergleich zu der Vorderkante des Scheitels der damit zusammenwirkenden eingegriffenen Rippe, die die andere Seite des Kompressionsraumes bestimmt. Dies ist aus den in Fig. 3 und 8 a gezeigten Schnitten ersichtlich. Das `NTesen der Unterbrechung ist in Fig. i i gezeigt, in welcher die Schnittlinie der Gehäusebohrungen bei 66 gezeigt ist. Der Schnittpunkt des Scheitels des eingreifenden Läufers mit dieser Linie ist in der gezeigten Lage der Läufer bei x angegeben, während die Vorderkante des eingegriffenen Scheitels diese Linie bei y, axial von x verschoben, schneidet. An einer Stelle --, radial innerhalb des Teilkreises des eingegriffenen Läufers, konnnt die eingreifende Rippe in Abdichtungsnähe mit der Wand der eingegriffenen Nut, so daß die Unterbrechung der Abdichtungslinie von gleichmäßiger Höhe durch das flache und im allgemeinen gleichschenklige Dreieck x y z dargestellt ist. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die Fläche der Unterbrechung verhältnismäßig klein. Zur Veranschaulichung sollen die folgenden Angaben zeigen, welche geringe Wirkung diese Unterbrechung auf die Gesamtleistung der Vorrichtung hat. Bei dem gezeigten Beispiel weist der eingreifende Läufer drei, der eingegriffene Läufer vier Rippen auf. Wenn man annimmt, der eingreifende Läufer habe ungefähr 15O mm Außendurchmesser und ungefähr 30o mm Länge mit einem mittleren Spielraum zwischen den Läufern selbst und zwischen den Läufern und dem Gehäuse von annähernd o, 165 mm, so beträgt die Gesamtlänge der Abdichtungslinie höchstens ungefähr i532mm mit einer gesamten Undichtigkeitsfläche von ungefähr 252 mm2. Bei einer solchen Ausbildung und bei genau kreisförmigem eingreifendem Profil auf einem Bogen, gezogen von einem Mittelpunkt auf dem eingreifenden Teilkreis, beträgt die wirksame Fläche der Unterbrechung (Fläche x y z) nur ungefähr 22 mm2 oder ungefähr 8,7 % der ganzen Undichtigkeitsfläche.
  • In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben, daß die Fläche x y z als Unterbrechung der Abdichtungslinie nur während der Kompressionsphase vor der Deckung des Kompressionsraumes mit der Auslaßöffnung wirksam ist. Die Fläche xyz wandert axial, wenn die Läufer sich drehen, und hört auf, einen Teil der Abdichtungslinie zu sein, sobald sie die Kante der Auslaßöffnung passiert, was stattfindet, bevor der Kompressionsrahm auf das Volumen Null während der Druckphase sinkt. Somit wirkt diese Fläche nur während eines Teiles der Zeit als eine Undichtigkeitsöffnung,wehn das Fördermittel unter Druck komprimiert und unter Druck vom Kompressionsraum weggeleitet wird.
  • Wie bereits erwähnt wurde, wirkt das verbesserte Profil so, daß die Undichtigkeitslinie verkürzt und daher die Undichtigkeitsfläche um einen Betrag in der Größenordnung von etwa 12010 herabgesetzt wird, so daß vom Standpunkt der Undichtigkeitsfläche allein augenscheinlich die Verkürzung der Länge der Abdichtungslinie die in die Linie eingeführte Unterbrechung mehr als ausgleicht.
  • In diesem Zusammenhang ist zu betonen, e aß die Unterbrechung in der Abdichtungslinie nicht eine Blasöffnung oder eine zum Einlaß zurückführende Öffnung freilegt, sondern nur zu der Nut zurückführt, die einen Teil der nächstfolgenden Kompressionskammer bildet, in welcher eine begrenzte Menge Fördermittel entweder bei konstantem Volumen gefördert oder komprimiert wird. Wie aus Fig. 1i ersichtlich ist, fließt ein Mittel, das durch die von der Unterbrechung x y z gebildete Öffnung entweicht, nur von dem Kompressionsraum 68 zu der Nut 70, welche außer Deckung mit der Einlaßöffnung gekommen und an ihrem Auslaßende durch die Gehäusestirnwand und an ihrem Einlaßende entweder durch die Einlaßstirnwand oder durch die mit ihr zusammenwirkende Rippe des eingegriffenen Läufers geschlossen ist. In diesem Fall hat die Kornpression in dieser Nut schon begonnen, wie es bei den in der Figur gezeigten Läufern der Fall ist. Folglich entspricht der Druckverlust über die Undichtigkeitsöffnung nur dem Druckunterschied, welcher zwischen zwei benachbarten Arbeitskammern besteht. Er ist daher in den meisten Fällen verhältnismäßig klein, so daß eine Undichtigkeitsrückströmung von Kammer zu Kammer durch diese Offnung von verhältnismäßig sehr geringer Bedeutung ist. Auch ist infolge der höheren Betriebsgeschwindigkeit, die durch die vorteilhaften Merkmale des Profils möglich ist, die Größe der Undichtigkeit durch die Unterbrechung prozentual kleiner als es sonst der Fall sein würde. Demgegenüber sind die anderen vorstehend aufgezählten Vorteile, wenn die Verkürzung der Abdichtungslinie in Betracht gezogen wird, ein reiner Gewinn.
  • Was die Beseitigung von geschlossenen Taschen betrifft, so wird nur das Profil, in welchem der äußere Teil des eingreifenden Profils ein wahrer Kreis ist, der von einem Mittelpunkt auf dem Teilkreis des eingreifenden Läufers gezogen wird und mit einer komplementären, rein kreisförmigen eingegriffenen Nut zusammenwirkt, solche Taschen ganz vermeiden. Bei der hier in Frage stehenden Art von Vorrichtungen wird ein gewisses Maß von Urdichtigkeit durch den normalen Spielraum aus irgendeiner solchen Tasche stattfinden. Daher können Taschen von so kleiner Abmessung, daß sie sich selbst durch normale Urdichtigkeit ohne unzulässige Druckerhöhung entlüften können, wenn sie auf das Volumen Null abfallen, zugelassen werden, wenn ein Vorteil durch geringe Abweichung von dem gehauen Kreisprofil erreicht «-erden kann. Unter gewissen Umständen kann eine Abweichung vorteilhaft sein, da die Fläche der Unterbrechung xyz der Abdichtungslinie auf Kosten der Bildung einer Tasche so weit herabgesetzt werden kann, daß sie vernachlässigbar ist. Dabei wird die Tasche dur:h den normalen Spielraum selbst entlüftet. Eine solche Abweichung ist in Fig. 12 gezeigt. Bei dieser Form ist das eingreifende Profil etwas dicker gemacht als dem genau kreisförmigen Umriß entspricht, indem die Radien Ri, R2 und R3 mit den angegebenen Mittelpunkten benutzt werden, während der genau kreisförmige Umriß durch den gestrichelten Linienbogen mit dem Radius R angegeben ist. Dieses dickere Profil erfordert, e aß die eingegriffene Nut über den Bereich t ausgenommen wird, so daß die eingreifende Rippe die Tut hier freigibt. So werden sehr kleine abgeschlossene Volumina erzeugt, welche sich selbst durch normale Spielräume entlüften können. In der Figur sind die Jlbweichung von dem genauen Kreisprofil und die Größe der Taschen zwecks klarer Darstellung etwas übertrieben. In der Praxis ist die zur Herabsetzung der Fläche der Unterbrechung xyz erforderliche Abweichung im Vergleich mit ihrer Fläche bei Anwendung eines genauen Kreisprofils prozentual in der Abmessung verhältnismäßig sehr klein im Vergleich zu der Höhe der Rippe. Es wird jedoch daran erinnert, daß sogar die maximale Größe der durch ein genaues Kreisprofil erzeugten Unterbrechung xyz nur einen geringen Bruchteil der ganzen Undichtigkeitsfläche ausmacht, so daß eine Herabsetzung der Fläche der Unterbrechung durch Abweichung von dem genauen Kreisprofil die ganze Undichtigkeitsfläche um nicht mehr als einige wenige Prozente herabsetzt. Gewöhnlich liegt die zweckmäßig anwendbare maximale Abweichung nicht 'über 3 oder 4% der Höhe der Rippe, welche demnach immer ihr im wesentlichen kreisförmiges Profil behält.
  • Eine andere Form einer Profilabweichung, durch welche die Größe der Unterbrechung herabgesetzt wird, ist in Fig. 13 gezeigt. Hier ist der Scheitel des eingreifenden Profils als Bogen vom Radius R4 ausgebildet, dessen Mittelpunkt außerhalb des Teilkreises des Läufers liegt. Dies erfordert wiederum das Abnehmen der eingegriffenen Nut und erzeugt kleine sich selbst entlüftende Taschen.
  • Im allgemeinen wirken Abweichungen, wie sie vorstehend beschrieben sind, so, daß sie die Größe der Unterbrechung herabsetzen und abgeschlossene Taschen erzeugen. Dabei nehmen die Größe der Verringerung der Undichtigkeitsfläche und der Umfang der Taschen beide mit dem Betrag der Abweichung zu. Ob irgendeine Profilabweichung benutzt wird und gegebenenfalls in welchem Ausmaß, hängt folglich von individuellen Erfordernissen in besonderen Fällen ab. In allen Fällen ist jedoch die Ab- weichung, wenn sie benutzt wird, so gering, daß sie ein Profil zur Folge hat, das noch im wesentlichen kreisförmig ist- Bei den in Fig. 12 und 13 gezeigten Abweichungen besteht der Hauptzweck darin, die Größe der Unterbrechung in der Abdichtungslinie herabzusetzen. In dieser Hinsicht ist die :Midichtung auf der Druckseite der Rippe am wichtigsten. Deshalb ist es unter gewissen Umständen möglich, die Abweichung von dem genauen Kreis, der sich auf einen Mittelpunkt auf dem oder etwas außerhalb des Teilkreises des Läufers bezieht, auf eine Seite des Profils zri beschränken, wie z. B. bei einem Profil nacliFig.12, um eine Seite der Rippe mit deal Profil vorn Radius R und die andere Seite mit dein sich aus den Radien Ri, R.,, R3 ergebenden Profil zu machen, das etwas über (las Profil mit dem Radius R vorragt. Sogar in einem solchen Fall ist das Profil im wesentlichen symmetrisch, und gewöhnlich wird mit einer solchen Veränderung kein erheblicher praktischer Nutzen erreicht, der eine Abweichung von den einfacheren Profilformen rechtfertigen würde.
  • Andere Grunde als die Herabsetzung der Fläche der Unterbrechung in der Abdichtungslinie können eine geringe Almeichung von dem genauen Kreisprofil vorteilhaft machen. Wenn z. B. ein Abdichtungsstreifen 54 auf dem Scheitel der eingreifenden Rippe benutzt wird, besteht seine wichtigste Funktion darin, den Spielraum zwischen dein Scheitel des Läufers und der Gehäusewand im wesentlichen abzuschließen. Bei unterschiedlicher Rippenzahl auf den eingreifenden und eingegriffenen Läufern wird irgendeine gegebene Rippe auf dem eingreifenden Läufer währendaufeinanderfolgenderUmdrehungen in verschiedene Nuten des eingegriffenen Läufers eintreten. Wenn nun eine oder mehrere solcher Nuten infolge Abweichungen innerhalb der Herstellungstoleranzen verhältnismäßig weniger tief sein sollten, so kann infolge des verringerten Spielraumes der Abdichtungsstreifen in einem Ausmaß abgenutzt werden, daß er den Spielraum zwischen dem Läufer und dem Gehäuse nicht im gewünschten Maß abschließt. Um daher solche tatsächlichen Veränderungen im Spielraum auszugleichen, kann der Scheitel des eingreifenden Läufers gemäß Fig. 1.1 etwas abgeflacht sein, um sicherzustellen, daß das Ausmaß, bis zu welchem der Abdichtungsstreifen abgenutzt wird, durch den Spielraum zwischen dein Läufer und dein Gehäuse und nicht durch den Spielraum zwischen der Läuferrippe und einer besonderen Nut in dem eingegriffenen Läufer bestimmt ist. Dies kann einen etwas größeren Spielraum ; 2 Tiber die Linie p-g (Fig. 5 und 13) zur Folge haben, als es sonst der Fall wäre, aber die Länge dieser Linie ist viel kleiner als die der Linie zwischen dein Läuferscheitel und dem Gehäuse, so daß die letztre vorherrschend ist. In gleicher `'eise ist die Aufrechterhaltung einer geschlossenen Abdichtung zwischen den Scheiteln der eingegriffenen Rippe und (lern Gehäuse längs ihrer ganzen Längen wichtiger als eine geschlossene Abdichtung zwischen ihnen und dem Boden der eingreifenden Nuten längs der Linien rr-o und r-s (Fig. 5), welche verhältnismäßig kurz sind. Hierzu können die Böden der eingreifenden Nuten vorteilhaft in gewissen Fällen mit längs derselben sich erstreckenden schmalen Schlitzen 74 (Fig. 3) versehen sein, in welche die Streifen 6o (Fig. 8a) einlaufen können, wenn die zugehörige Rippe-vollständig in Eingriff gelangt. ist.- Selbst wenn der Spielraum zwischen den Scheiteln der eingegriffenen Rippen und den Böden der eingreifenden Nuten kleiner ist als der Spielraum zwischen dem eingegriffenen Läufer und der Gehäusewand, werden in diesem Fall die Streifen 6o nicht abgenutzt. Solche Schlitze könnten auch am Boden der eingegriffenen Nut angebracht werden, die dann mit den Streifen 54 zusammenwirken.
  • In diesem Zusammenhang ist ferner zu beachten, daß, obschon das Abschließen von Spielräumen mittels Abdichtungsstreifen wie bei Turbinen als vorteilhaft bezeichnet wurde, auch andere Mittel angewendet werden können, wie z. B. Hämmern der Scheitelkanten der eingegriffenen Rippen, um am Umfang vorstehende Ränder zu erzeugen, die den Streifen 56 und 58 gleichwertig sind und die den eingreifenden Läufer berühren und innerhalb eines gewissen Spielraumes ohne Schädigung des Körpers abgenutzt werden können.
  • Wie aus dem vorhergehenden augenscheinlich ist, ist die Erfindung bei sehr verschiedenen Ausführungsformen von Vorrichtungen anwendbar, insbesondere bei solchen von sehr verschiedenem Fassungsvermögen und stark abweichendem Kompressionsverhältnis. Zwischen den Rippen können jedoch Arbeits- oder Kompressionskammern vorhanden sein, welche einen beträchtlichen Steigungswinkel und eine solche Beziehung zwischen Steigungswinkel und Läuferlänge haben, daß die Arbeitsräume nicht durch das Ineinandergreifenvon aufeinanderfolgenden Windungen der gleichen Rippen bestimmt sind. Gewöhnlich ist die Beziehung von Steigungswinkel zu Läuferlänge derart, daß das Ausmaß der Umschlingung der eingreifenden Läuferrippen vom Einlaß zum Auslaß mindestens 9o', jedoch weniger als 36o° sein wird.
  • Wie vorstehend erwähnt, können Vorrichtungen, bei welchen die vorliegende Erfindung anwendbar ist, entweder als Kompressor oder als Motor mit elastischen Fördermitteln betrieben werden. In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben, daß die bei Abwälzprofilen auftretenden abgeschlossenen Taschen von wesentlichem Volumen, welche durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden, eine entgegengesetzte Wirkung am Einlaßende der Vorrichtung haben, je nachdem das Einlaßende das Niederdruckende, wie bei einem Kömpressor, oder das Hochdruckende, wie bei einem Motor ist. In jedem Fall werden diese abgeschlossenen Taschen am Einlaßende erzeugt und wachsen vom Volumen Null auf den Wert, welcher besteht, wenn der Scheitel des eingreifenden Läufers aus der eingegriffenen Nut herausgeht. Solche Taschen rufen daher durch Erzeugung von Vakuumräumen, wenn sie nicht entlüftet werden, Verluste sowohl an den Einlaßwie auch an den Auslaßenden der Maschine hervor. Weim die Erfindung bei einer. als Motor verwendeten Vorrichtung benutzt wird, strömt das .Hochdruckmittel unmittelbar und frei in die Räume zwischen den Läuferflanken und Nuten, was nicht der Fall wäre, wenn die großen abgeschlossenen Taschen von Profilen mit eurer Abwälzflanke vorhanden wären. Auch ist im allgemeinen- für das Profil, unabhängig davon, ob der Scheitelteil genau kreisförmig ist oder etwas davon abweicht, der Umstand charakteristisch, da$ das eingreifende Profil dicker ist als ein Abwälzprofil derselben Rippenhöhe, dessen Flanken längs einer Linie an der Scheitelkante zusammenlaufen.
  • Aus dem vorhergehenden geht hervor, da$ die Erfindung von einer großen Mannigfaltigkeit von besonderen Ausbildungen Gebrauch machen kann, und da$ ihr Umfang daher nicht auf die zur Erläuterung dargestellte und beschriebene Maschine begrenzt ist, sondern alle Ausführungsformen von Maschinen umfaßt, die innerhalb des Geltungsbereiches der Patentansprüche fallen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Drehkolbenmaschine mit zwei Läufern, die sich in Bohrungen eines Gehäuses drehen, von denen der eine mit schraubenförmigen Rippen von konvexem Querschnitt versehen ist, die wenigstens züm größeren Teil außerhalb des Teilkreises des Läufers liegen, und im Eingriff mit dem zweiten Läufer steht, der schraubenförmige Rippen von konkavem Querschnitt hat, die wenigstens zum größeren Teil innerhalb des Teilkreises des Läufers liegen, derart, da$ zwischen den Rippen und dem Gehäuse Arbeitskammern für ein gasförmiges Mittel gebildet werden, die bei der Drehung der Läufer ihr Volumen ändern, dadurch gekennzeichnet, da$ die Profile der Rippen der Läufer solche Krümmungen aufweisen, da$ bei deren Drehung der Scheitel jeder konvexen Rippe gegenüber der Wand der mit ihr in Eingriff gelangenden Nut des eingegriffenen Läufers erst an einer Stelle in Abdichtungslage kommt, welche sowohl innerhalb des Teilkreises als auch innerhalb des äußeren Teils des eingegriffenen Läufers liegt.
  2. 2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da$ die Rippenprofile solche Krümmungen haben, daß bei der Drehung der Läufer der Scheitel jeder konvexen Rippe erst am Bodenteil der eingegriffenen Nut in Abdichtlage kommt.
  3. 3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da$ die Rippen des eingreifenden Läufers ein Profil haben, dessen äußerer Teil konvex gekrümmt ist.
  4. 4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da$ die Rippen des eingreifenden Läufers ein wenigstens annähernd symmetrisches Kreisprofil haben.
  5. 5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i und 4, dadurch gekennzeichnet, da$ das Profil der Rippen des eingreifenden Läufers im äußeren Teil wenigstens annähernd kreisförmig auf einem Bogen verläuft, dessen Mittelpunkt wenigstens annähernd auf dem Teilkreis dieses Läufers liegt, während die anderen Profilteile epicyclische Abwälzprofile bilden, welche je durch den Schnittpunkt zwischen dem entsprechenden Flankenprofil und dem Teilkreis des eingegriffenen Läufers beim Abwälzen dieses Teilkreises auf dem Teilkreis des eingreifenden Läufers beschrieben werden.
  6. 6. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen des eingreifenden Läufers ein Profil haben, das einen kreisbogenförmigen inneren Teil auf jeder Flanke aufweist, dessen Mittelpunkt dann auf dem Teilkreis des eingegriffenen Läufers liegt, wenn die Rippe voll in eine Nut des eingegriffenen Läufers greift, und einen äußeren Teil, welcher diese inneren Teile durch einen Kreisbogen verbindet, dessen Mittelpunkt auf dem Teilkreis des eingreifenden Läufers liegt.
  7. 7. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen des eingreifenden Läufers ein Profil haben, dessen äußerer Teil wenigstens auf der Druckseite der Rippe so gekrümmt ist, da$ er etwas über einen Kreisbogen ragt, dessen :Mittelpunkt etwas außerhalb des Teilkreises dieses Läufers liegt. B. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilscheitelteil der Rippen des eingreifenden Läufers im Vergleich zu einem Kreisbogen etwas abgeflacht ist. g. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da$ der äußere Profilteil der Rippen des eingreifenden Läufers wenigstens annähernd auf einem Kreis mit einem Mittelpunkt verläuft, der etwas außerhalb des Teilkreises dieses Läufers liegt. io. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Abdichtungsmittel in der Längsrichtung der Rippen mit Streifen, die über die Rippen vorstehen und den Spielraum zwischen den gegeneinander abzudichtenden Teilen überbrücken. i i. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i und io, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungsstreifen radial aus den Scheiteln der eingreifenden Läufer hervorstehen. 12. Drahkolbenmaschine nach Anspruch i und io, dadurch gekennzeichnet, da$ die Abdichtungsstreifen in Umfangsrichtung aus den äußeren Rippenteilen des eingegriffenen Läufers hervorstehen. 13. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i und io, dadurch gekennzeichnet, da$ die Abdichtungsstreifen radial aus den Rippenscheiteln des eingegriffenen Läufers hervorstehen. 14. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, io und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungsstreifen im Umfangssinn aus den äußeren Teilen der Seiten der Rippen des eingegriffenen Läufers hervorstehen. 15. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, io und i i, dadurch gekennzeichnet, da$ die Böden der eingegriffenen Nuten mit längs derselben sich erstreckenden Vertiefungen für die Aufnahme derAbdichtungsstreifender eingreifenden Rippen versehen sind. 16. Drehkolbenmaschine ngch Anspruch i, io und 13, dadurch gekennzeichnet, da$ die Böden der eingreifenden Nuten mit längs derselben sich erstreckenden Vertiefungen für die Aufnahme der Abdichtungsstreifen der eingegriffenen Rippen versehen sind. 17. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der eingreifende als auch der eingegriffene Läufer Teile haben, die mit Rippen von entgegengesetztem Steigungswinkel versehen sind, und daß das Gehäuse mit einer Öffnung versehen ist, die mit den in beiden Teilen gebildeten Arbeitskammern in Verbindung steht. 18. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einer finit den Arbeitskammern in Verbindung stelicnden Auslaßöffnung und einem daran anschließenden Auslaß für das Fördermittel versehen ist, welcher von der Auslaßöffnung aus in einer Richtung verläuft, die wenigstens annähernd tangential an den Scheitelkreisbogen der Rippen des eingreifenden Läufers gelegt ist, und zwischen dem Gehäuse und den einzelnen Rippen des eingreifenden Läufers diffusorartige Kanäle für die Strömung des Fördermittels zwischen den Arbeitskammern und dem Auslag dann gebildet werden, wenn die eingreifenden Rippen den Rand der Auslaßöffnung passieren. Angezogene Druckschriften USA.-Patentschriften Nr. 2 174 522, 2 243 874.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1072769B (de) * 1960-01-07 Aerzener Maschinenfabrik Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Acrzen bei Hameln Drehkolbengebläse bzw. Drehkolbenpumpe

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