DE971505C

DE971505C - Drehkolbenmaschine zur Kompression oder Expansion von Gasen

Info

Publication number: DE971505C
Application number: DES41298A
Authority: DE
Inventors: Hans Robert Nilsson
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1953-10-27
Filing date: 1954-10-22
Publication date: 1959-02-05

Description

Drehkolbenmaschine zur Kompression oder Expansion von Gasen Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine zur Kompression oder Expansion von Gasen, bestehend aus einem einen Mantel aufweisenden Gehäuse, welches einen Satz Rotoren mit zusammenwirkenden, am Rotorumfang angeordneten konvexen Rippen und konkaven Nuten umschließt, wobei die Rotoren lediglich durch ihren gegenseitigen Eingriff angetrieben sind. Nach der Erfindung werden insbesondere solche Rotoren verwendet, deren Profile derart gekrümmt sind, daß bei ihrer Drehung der Kopf jeder konvexen Rippe an einer Stelle im Inneren des Teilkreises des Nutenrotors in dichtende Berührung mit den Wänden der entsprechenden Nuten dieses Rotors gelangt. Bei solchen bekannten Drehkolbenmaschinen sind die Rotoren je in Stirnwänden an beiden Enden des Gehäusemantels gelagert. Dies ergibt bei der Montage und Justierung erhebliche Schwierigkeiten, zumal wegen des kritischen Parallellaufs zwischen treibendem und getriebenem Rotor enge Zentrierungstoleranzen vorgeschrieben werden müssen.
Mit der Erfindung kann dieser besondere Aufwand für Herstellung, Montage und Justierung vermindert und gleichzeitig die Präzision im Zusammenwirken der Teile verbessert werden, so daß auch der Wirkungsgrad der Drehkolbenmaschine günstiger wird. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß das Gehäuse der Drehkolbenmaschine, dessen Mantel mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen ist, nur eine einzige, und zwar an der Hochdruckseite der Drehkolbenmaschine gelegene Stirnwand besitzt, in welcher die die Rotoren tragenden Achsbolzen einseitig eingespannt sind, während ihre freien Enden an der Niederdruckseite mit dem dortigen Mantelende abschließen. Da die der einzigen Stirnwand des Gehäuses gegenüberliegenden Enden der Rotoren frei mit dem dort unverschlossenen Mantel enden, entsteht das Problem des Zentrierens -im zusammengebauten Gehäuse überhaupt nicht, wobei noch eine Ersparnis an Material und Einzelteilen bei gleichzeitiger Vergrößerung des wirksamen Ansaugquerschnitts und Verringerung der Montagearbeit durch Weglassung der früher verwendeten zweiten Stirnwand mit Ansaugkrümmer erreicht ist. Die erforderliche Trennung zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite am einlaßseitig offenen Mantelende des Gehäuses wird in Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig durch eine Abdeckplatte vorgenommen, die aber nur die Drucksäule im Maschineninneren eintrittsseitig verschließt.
Es ist zwar bei einer Expansions-Zahnradkraftmaschine mit kraftschlüssigem Eingriff der innenverzahnten Rotoren bekanntgeworden, die beiden Rotoren je für sich stirnseitig fliegend zu lagern, aber nicht an der gleichen einzigen Stirnwand und unter Weglassung der anderen Stirn-,vand mit besonderem Eintritts- bzw. Austrittsstutzen, sondern bei der vorbekannten :Maschine sind zwei Stirnwände mit entsprechenden Druckmittelführungen vorhanden, wobei jeder Rotor je an einer der beiden Stirnwände gelagert ist. Dadurch werden aber die Justierungsschwierigkeiten im zusammengebauten Gehäuse eher noch größer als bei den Maschinen, von welchen die Erfindung ausgeht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindunergeben sich aus dem nachstehend an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Zeichnung zeigt eine Drehkolbenmaschine, die als Niederdruckkompressor betrieben werden kann. In der Zeichnung zeigt Fig. i einen senkrechten Längsschnitt nach Linie i-i der Fig. 2, die eine Drehkolbenmaschine darstellt, Fig. 2 eine Seitenansicht der Drehkolbenmaschine in einer Projektion nach Linie 2-2 der Fig. i, Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch die Drehkolbenmaschine nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig.4 eine Seitenansicht der Drehkolbenmaschine, teilweise im Schnitt.
Die Drehkolbenmaschine, wie sie in Fig. i bis d dargestellt ist, besitzt ein Gehäuse io. Dieses besteht aus einem Mantel 12 und einer Stirnwand i.1, die aus einem Stück hergestellt sind. Die äußeren Seiten des Mantels besitzen Kühlrippen 16. In dem Mantel sind zwei Bohrungen 18 und 20 vorgesehen nit den Umfangslinien22-2q.. Siebilden die Bohrungen für einen Rippenrotor 28, der mit vier schraubenförmigen, im wesentlichen konvexen Rippen 26 versehen ist und mit einem Nutenrotor 32, der mit sechs schraubenartig verlaufenden, im wesentlichen konkaven Rippen 3o versehen ist. Die Betriebsweise einer solchen Schraubendrehkolbenmaschine ist an sich bekannt und soll deswegen hier nicht näher beschrieben werden.
Die Rippen- und Nutenrotoren 28 und 32 bestehen aus Rohren 34. und 36, die je auf einem Achsbolzen 38 und d.o laufen. Jeder der Achsbolzen ist am äußeren Ende 42 in der Stirnwand 1.4 in Bohrungen 44 gehalten. Die Stirnwand besitzt verstärkte Teile ,46, die die Achsbolzenenden 42 umschließen. Die äußeren Enden der Achsbolzen sind mit Gewinde versehen und werden durch gegen die Verstärkungen aufgeschraubte Muttern .18 in den Stirnwänden festgehalten. Die Achsbolzen 38 und .1.o haben an der inneren Seite der Bohrungen 4.4 Stützbunde 50.
Die Rotorrohre 3:I und 36 sind auf Lagerringen gelagert, die auf den Achsbolzen 38 und 4.o laufen. Die Lagerung besteht zweckmäßig aus Kugellagern oder, wie in dem Ausführungsbeispiel, aus einem Kugellager 52 und einem Rollenlager 5.4. Das Kugellager sitzt an der Niederdruckseite, während das Rollenlager an der Hochdruckseite der Drehkolbenmaschine angeordnet ist. Die Lagerringe 52, 5.4 sind durch ein Distanzrohr 56 voneinander getrennt. Zur Befestigung der Rotorrohre 34, 36 auf den Achsbolzen 38 und 50 gegen seitliches Gleiten sind Befestigungsmuttern 58 auf die äußeren Enden 6o der Achsbolzen aufgeschraubt. Sie legen sich gegen die Kugellager 52. In den Enden der Rotorrohre 34 und 36 sind Zwischenringe 62 aus Stahl ()der ähnlichem :Material angeordnet, die sich an ,ler Stirnwand 14 anlegen. Der Zwischenring 62 des Rippenrotorrohres und der Befestigungsring des i`: utenrotorrohres sind mittels Schrauben 66 befestigt. Die Zwischenringe 62 dienen gleichzeitig als Abdichtmittel. Zwischen ihnen und der Stirnwand 1I des Gehäuses sind Dichtungsringe 68 vorgesehen.
Die Enden der Rotorrohre 3d., 36, die der Stirnwand 1.4 abgewendet sind, sind durch Kappen 70 und 72 abgedeckt. Die Kappe 7o des Rippenrotors ist mittels langer Bolzen 64 befestigt, während die Kappe des Nutenrotors mittels Bolzcn 74 festgelegt ist. Die Kappe 7o des Rippenrotors besteht mit der Welle 76 aus einem Stück. Diese tritt durch eine zentrale Bohrung 78 des Achsbolzens 38 hindurch, welcher den Rippenrotor trägt Sie dient als Antriebswelle für den Rippenrotor.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird eine Drehkolbemnaschine der oben beschriebene: Art nun hinsichtlich der Konstruktion und der Her -stellung vereinfacht. Dabei wird der Nutenrotor. wie in dein Ausführungsbeispiel dargestellt, durch den Rippenrotor lediglich durch den Eingriff der Rippen des Rippenrotors in die Nuten des Nutenrotors angetrieben.
Hierbei können die Gleichlaufräder, die sonst notwendig sind, um den Nutenrotor mit dem Rippenrotor gleichlaufen zu lassen, ohne das Risiko eines Festfressens entfallen. In erster Linie wird diese Vereinfachung der Konstruktion dadurch erzielt, daß das Problem der Zentrierung. wie es bei den bekannten Konstruktionen auftritt, sehr vereinfacht worden ist. Gleichzeitig wurde die Zentrierung und Parallelitätseinstellung der Rotoren verbessert.
Ein weiteres Mittel, um ein Festfressen der Rotoren zu verhindern, besteht darin, daß in M'eiterbildung der Erfindung die Rotorrohre aus verschiedenen -Materialien hergestellt werden. Das Rohr 34 des Rippenrotors besteht z. B. aus gepreßtem Fasermaterial, welches durch ein geeignetes Bindemittel, wie z. B. Asbest, der mit einem geeigneten Kunstharz verpreßt ist, gebunden wird. als Kunstharz kann Silikonharz verwendet werden. Das Rohr 36 des Nutenrotors besteht dabei aus Stahl oder ähnlichem Material. Das Rohr des Rippenrotors kann auch aus plastischem oder ähnlichem Material gefertigt sein.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Drehkolbenmaschine als N iederdruckkompressor bildet das Gehäuse einen radial und axial verlaufenden Auslaß 8o. Der Einlaß der Drehkolbenmaschine besteht in dem offenen Ende 82 des Mantels 12. Um eine unmittelbare Verbindung zwischen den Einlaß- und den Auslaßöffnungen zu verhindern, ist eine Abdeckplatte 84 mittels Bolzen 86 am offenen Mantelende vorgesehen. Diese deckt die Mantelöffnung wenigstens so weit ab, daß der Einlaß und der Auslaß von einer direkten Verbindung abgeschnitten sind. Es bleibt nur eine axiale Öffnung an der Einlaß- und Niederdruckseite bestehen. Der Einlaß 82 wird begrenzt durch den inneren Umriß der Rotorbohrungen 18 und 20 sowie die Kantenprofile 88, 9o, 92 der Abdeckplatte.
Der Zwischenraum zwischen jedem Rotorrohr und dem entsprechenden Achsbolzenlager wird mit Schmiermittel versehen, und zwar von der Außenseite der Stirnwand über einen Schmiernippel 94, der in einen Kanal 96 in dem Achsbolzen ausinündet. Der Überschuß an Schmiermittel wird durch Zentrifugalwirkung abgeleitet, und zwar durch einen Spalt zwischen dem Rotorrohr und dem Lagerachsbolzen für das Rohr. Im vorliegenden Falle ist das Rotorrohr an dem Ende, an dem es an der Stirnwand des Gehäuses anliegt, mit einem Zwischenring 62 versehen, der an der Stirnwand des Gehäuses mittels eines Dichtungsringes 68 in der Stirnwand des Gehäuses abdichtet. Zwischen dem Zwischenring 62 und dem Bund in dem Achsbolzen ist ein Spiel vorgesehen, durch welches der Überschuß an Schmiermittel aus dem Zwischenraum zwischen dem Rotorrohr und dem Lagerachsbolzen abgeschleudert wird. Dieser Überschuß an Schmiermittel gelangt durch einen Auslaßkanal in der Stirnwand des Gehäuses ins Freie. Die Schmierungsausbildung, wie sie dargestellt wurde, erlaubt eine sehr günstige Schmierung, ohne das Risiko einer Wärmeübertragung von dem Rotorrohr auf den Rohrachsbolzen durch Schmiermittel, welches den ganzen Zwischenraum zwischen den Teilen ausfüllt. Die Anordnung sichert fernerhin eine ausreichende Schmierung der Lagerungen für die Rotorrohre. Auf der Antriebswelle 76 des Rippenrotors kann eine Transmissionsscheibe vorgesehen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese Transmissionsscheibe aus einer Riemenscheibe 98, die auf einem Kugellagerring sowie einem Rollenlagerring ioo und rot gelagert ist. Die Lagerung sitzt auf dem äußeren Ende 104 des Achsbalzens 38, der den Rippenrotor trägt. Eine Befestigungsmutter io6 sichert die Lagerung ioo und 102, die durch einen Distanzring io8 voneinander getrennt gehalten werden. Die Riemenscheibe 98 besitzt an der inneren Seite einen Stützbund i io. der sich an dem Rollenlager 102 abstützt und ist an ihrer äußeren Seite durch Schrauben 112 an einem Flansch 114 eines kurzen Rohres i 16 befestigt. welches seinerseits auf dem äußeren nicht zylindrischen Ende 118 der Antriebswelle sitzt.
Die Ausbildung der Maschine gemäß der Erfindung kann weitgehend geändert werden, ohne aus dem Rahmen der Erfindung herauszutreten. Zum Beispiel kann die Anzahl der Rotoren verändert werden oder auch die Anzahl der Rippen an den Rotoren. Der metallische Rotor kann mit gehärteter Oberfläche versehen sein, z. B. kann er verchromt sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Drehkolbenmaschine zur Kompression oder Expansion von Gasen, bestehend aus einem einen Mantel aufweisenden Gehäuse, welches einen Satz Rotoren mit zusammenwirkenden, am Rotorumfang angeordneten konvexen Rippen und konkaven Nuten umschließt, -wobei die Rotoren lediglich durch ihren gegenseitigen Eingriff angetrieben sind, insbesondere solchen Rotoren, deren Profile derart gekrümmt sind, daß bei ihrer Drehung der Kopf jeder konvexen Rippe an einer Stelle im Inneren des Teilkreises des zusammen arbeitenden Nutenrotors in dichtende Berührung mit den Wänden der entsprechenden Nuten des Nutenrotors gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (io) der Drehkolbenmaschine, dessen Mantel (12) mit einem Einlaß (82) und einem Auslaß (8o) versehen ist, nur eine einzige, und zwar an der Hochdruckseite der Drehkolbenmaschine gelegene Stirnwand (14) aufweist, in welcher die die Rotoren (28, 32) tragenden Achsbolzen (38, 40) einseitig eingespannt sind, während ihre freien Enden an der Niederdruckseite mit dem dortigen Mantelende abschließen.
2. Drehkolbenniaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelöffnung mit einer Platte (84) so weit abgedeckt ist, daß der Einlaß (82) und die Auslaßöffnung von einer direkten Verbindung abgeschnitten sind, nicht mehr, als daß eine axiale Öffnung an der Niederdruckseite übrigbleibt.
3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rotoren (28, 32) tragende Endwand (14) mit dem Mantel (12) aus einem Stück besteht.
4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rotoren (28, 32) tragende Endwand (14) getrennt vom Mantel (12) hergestellt ist und erst später mit dem Mantel verbunden wird.
5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i bis 4, bei der die Rotoren aus Rohren bestehen, die auf Spindeln gelagert sind, die in der die Rotoren tragenden Endwand befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenraum zwischen dem Rohr (34, 36) des Rotors (28,32) und der Spindel (38, 4o) des Rotors mit Schmiermittel versehen ist, welches von außen durch die Endwand (14) hindurch zugeführt wird, daß innerhalb der Spindel ein Kanal (96) für das Schmiermittel vorgesehen ist und zwischen dem Rohr des Rotors und seiner Spindel ein Spiel vorhanden ist, durch welches ein Überschuß an Schmiermittel aus dem Zwischenraum abgeschleudert werden kann.
6. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rohr (34) des Rippenrotors (28) tragende Spindel (38) zum Durchtritt der Antriebswelle.für das Rohr des Rippenrotors hohl ist.
7. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorrohre mittels Kugellager oder mittels Kugellagers (52) an der Niederdruckseite und Rollenlager (54) an der Hochdruckseite auf den Spindeln gelagert sind. B.
Drehkolbenm-aschine nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel (56), durch die die Lager (52, 54) voneinander entfernt gehalten sind und durch die das Ende des Rohres des Rotors an der Endwand des Gehäuses an einem Ringteil (62) befestigt ist, welches sich dichtend gegen die Endwand mittels einer Dichtung (68) legt, die in die Endwand (14) eingreift, und daß zwischen dem Ringteil und einem Bund der Spindel ein Spalt vorgesehen ist, durch den ein Überschuß an Schmiermittel aus dem Zwischenraum zwischen dem Rotorrohr und der Spindel abgeschleudert werden kann. g.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endwand ein Kanal vorgesehen ist, durch den das abge schleuderte Schmiermittel hindurchtreten kann. io.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorrohre auf den Spindeln durch einen Befestigungsring, der an der Endwandseite der Rotorrohre angeornet ist, sowie eine Befestigungsmutter an dem freien Ende der Spindel gehalten sind. i i.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5 bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorrohre an den freien Spindelenden durch Kappen (70, 72) abgedeckt sind, die jeweils mit dem Ende des Rohres verbunden sind.
12. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 6 und i i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (7o) des Rippenrotors (28) aus einem Stück mit der Antriebswelle (76) des Rotors besteht oder an ihr befestigt ist.
13. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5 bis 12, gekennzeichnet durch einen Nutenrotor (32), der aus Stahl hergestellt ist oder aus einem ähnlichen an der Oberfläche gehärteten Material, während das Rippenrotorrohr aus Fasermaterial` besteht, welches mit einem geeigneten Bindemittel oder einem geeigneten plastischen Stoff gebunden ist.
14. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5 bis 13, gekennzeichnet durch eineTransmissionsscheibe (98), die auf der Antriebswelle (76) des Rippenrotors (28) sitzt und auf der Spindel des Rippenrotorrohres gelagert ist.
15. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Abflußkanal für das abgeschleuderte Schmiermittel in der Endwand (14). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 478 353, 605 028, -137 757, 528 637, 627 8gi; österreichische Patentschrift Nr. 174 8oo; französische Patentschriften Nr. 953 057,966 629.