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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.