EP0275415B1

EP0275415B1 - Verdrängermaschine für kompressible Medien

Info

Publication number: EP0275415B1
Application number: EP87117525A
Authority: EP
Inventors: Roland Kolb
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; Aginfor AG fuer industrielle Forschung
Current assignee: Aginfor AG
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1991-01-23
Anticipated expiration: 2007-11-27
Also published as: ATE60403T1; CH672351A5; EP0275415A1; DE3767699D1; JPS63189679A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine für kompressible Medien mit wenigstens einer von einem feststehenden Gehäuse gebildeten, nach Art eines spiralförmig verlaufenden Schlitzes ausgebildeten Förderkammer und mit einem jeder Förderkammer zugeordneten, in diese eingreifenden Verdrängerkörper, der als spiralförmig ausgebildete Leiste im wesentlichen senkrecht auf einem gegenüber der Förderkammer exzentrisch angetriebenen scheibenförmigen Läufer gehalten ist.

Stand der Technik

Verdrängermaschinen der genannten Art sind beispielsweise aus der DE-A-35 35 309 bekannt. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung des beispielsweise aus Luft oder einem Luft-KraftstoffGemisch bestehenden gasförmigen Arbeitsmittels aus und können daher auch für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen mit Vorteil herangezogen werden. Während des Betriebes einer solchen als Verdichter arbeitenden Verdrängermaschine werden entlang der Förderkammer zwischen dem spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper und den beiden Umfangswänden der Förderkammer infolge unterschiedlicher Krümmung der Spiralformen mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich von einem Arbeitsmitteleinlass durch die Förderkammer hindurch zu einem Arbeitsmittelauslass hin bewegen, wobei ihr Volumen ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementsprechend erhöht wird.
Die Verdrängerkörper werden durch auf dem scheibenförmigen Läufer im wesentlich senkrecht stehend gehaltene, spiralförmige Leisten gebildet, die eine relativ grosse axiale Länge im Verhältnis zu ihrer Stärke aufweisen. Aehnliche Verhältnisse liegen auf der Seite des feststehenden Gehäuses vor, wo zwischen den Förderkammern ebenfalls spiralförmige, leistenartige Kammerwände stehenbleiben mit im Verhältnis zur Wandstärke relativ grosser Länge in axialer und in Umfangsrichtung. Dabei sind die senkrecht verlaufenden Endkanten der Leisten zumindest im Bereiche der von der Läuferscheibe bzw. dem Gehäusegrund am weitesten abliegenden Faser, d.h. im Kopfbereich relativ instabil, so dass sie während des Betriebes an benachbarten Bauteilen anlaufen könnten. Im Fussbereich dieser Leistenendkanten ergeben sich zudem erhebliche Beanspruchungen, die unter Umständen sogar zum Bruch führen könnten.
Um dem abzuhelfen, verlaufen bei der bekannten Ausführung die Eintrittskanten des Verdrängerkörpers unter einem-Winkel kleiner als 90° zur Ebene der Läuferscheibe. Auf diese Weise soll im Bereich der freistehenden Endkantenecken eine grössere Stabilität erreicht werden, weil der Fussbereich der Leisten in Umfangsrichtung verlängert wird.
Bei einer weiteren Gattung von Spiralmaschinen, wie sie aus der US-A-2,324,168 bekannt ist (beide Spiralen rotieren), ist es zur Erhöhung der Festigkeit der Rippen neben der trapezförmigen Ausbildung der Rippen auch bekannt, den Querschnitt der Rippen über den Umschlingungswinkel variabel zu gestalten. Dabei wird vorgeschlagen, beispielsweise die innenliegende Wandung beider kooperierender Spiralen rein archimedisch auszubilden, während ihre aussenliegenden Wandungen mit zunehmendem Umschlingungswinkel eine nichtkonstante, grösser werdende Steigung aufweisen. Dies führt zu Spiralen, die von innen nach aussen eine zunehmende Wandstärke aufweisen.
Mit dieser Massnahme soll insbesondere eine bessere Dichtwirkung an den jeweiligen, beim Betrieb dem Spiralenverlauf entlangwandernden Berührungspunkten zweier Spiralen erreicht werden. Da nach dieser Gestzmässigkeit die Spiraten an der äusseren Peripherie - also in jenem Bereich, in dem die aussenliegende Kontur nicht mehr zur Bildung eines Förderrraumes benötigt wird und somit auch keine Dichtfunktion ausüben muss - zu "dick" ausfallen würde, wird empfohlen, die Wandstärke am aussenliegenden Spiralenteil dünn zu bemessen gegenüber jener an weiter innenliegenen Spiralenteilen. Solche Spiralen. mit variabler Wandstärke weisen demzufolge Förderkammern auf, deren Wände nicht mehr parallel zueinander verlaufen; sie sind nicht mehr durch Fräsen herstellbar.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängermaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Eintrittskanten des Verdrängerkörpers im Bereiche des Uebergangs zur Läuferscheibe nicht gefährdet ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht,

dass der Verdrängerkörper am radial äusseren, eintrittseitigen Ende, bezogen auf den pol der Spirale des Verdrängerkörpers am eintrittseitigen Ende, in einem Winkelberiech bis höchstens 120°, vorzugsweise 90° in seiner radialen Erstreckung verstärkt ist;
dass die Wandstärke des Verdrängerkörpers im Eintrittsbereich kontinuierlich zunimmt bis zur Maximalstärke an der eigentlichen Eintrittskante, und
dass die kontinuierliche Zunahme durch spiralförmige Erweiterung der Aussenkontur gegenüber der Innenkontur durchgeführt wird, wobei in dem Winkelbereich, in dem der Verdrängerkörper verstärkt ist, die gegenüberliegende Kontur der Förderkammer entsprechend angepasst ist.

Nicht nur während des Betriebes wird durch diese Massnahmen die Flatterneigung verringert, sondern die nunmehr stabile Eintrittspartie eignet sich auch besonders für die mechanische Nachbearbeitung, beispielsweise mittels Fräswerkzeugen. Infolge des Wegfalls von Vibrationen anlässlich der Bearbeitung wird eine bessere Oberflächengüte erzielt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein im folgenden näher erläutertes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine stirnseitige Ansicht des Läufers der Verdrängermaschine.
In der Zeichnung sind alle für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Teile - wie beispielsweise das feststehende Gehäuse, der Antrieb, die Lagerung und die Führung des Läufers, die Zu- und Abströmung des Arbeitsmittels - fortgelassen.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Zwecks Erläuterung der Funktionsweise des Verdichters, welcher nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird auf die bereits genannte DE-C3 26 03 462 verwiesen. Nachstehend wird nur der für das Verständnis notwendige Maschinenaufbau und prozessablauf kurz beschrieben.
Mit 1 ist der gesamte Läufer einer vorzugsweise für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen verwendeten Verdrängermaschine bezeichnet. An wenigstens einer Stirnseite der Läuferscheibe 2, bevorzugt aber auf deren beiden Seiten, weist er in Form von spiralförmig verlaufenden Leisten 3' und 3" gebildete Verdrängerkörper auf, von denen bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel 2 ineinandergreifende dargestellt sind. Es versteht sich, dass der Läufer in der gleichen Ebene ein ganzes System von Spiralen aufweisen kann, die beispielsweise jede von einem eigenen Einlass zu einem gemeinsamen Auslass fördern können.
Die Verdrängerkörper liegen in nicht dargestellten Verdrängerkammern in einem feststehenden Gehäuse ein, wobei die Kammern im Gehäuse nach Art eines spiralförmigen Schlitzes eingearbeitet sind. Diese Verdrängerkammern verlaufen jeweils von einem am äusseren Umfang des Gehäuses vorgesehenen Einlassraum zu einem am inneren Umfang vorgesehenen Auslassraum. Sie weisen im wesentlichen parallele, in konstantem Abstand zueinander angeordnete, spiralförmige Kammerwände auf. Diese sind beispielsweise durch mehrere aneinander anschliessende Kreisbögen gebildet. Zwischen den Wänden greifen die durch die Leisten 3' und 3" gebildeten Verdrängerkörper in die Förderkammern ein. Die Krümmung jedes spiralförmigen Verdrängerkörpers ist dabei so bemessen, dass er die inneren und äusseren Kammerwände des Gehäuses an mehreren, beispielsweise an jeweils zwei Stellen nahezu berührt.
Den Antrieb und die Führung des Läufers besorgen zwei beabstandete Exzenteranordnungen 4 resp. 5. Hierbei kann es sich um Exzenterscheiben oder Exzenterkurbeln handeln, wobei in der Regel die mittlere Anordnung 4 den Antrieb und die äussere Anordnung 5 die Führung des Läufers 1 übernimmt. Um in den Totpunktlagen eine eindeutige Führung des Läufers zu erzielen, werden die beiden Exzenteranordnungen über einen angedeuteten Zahnriemenantrieb 6 winkelgenau synchronisiert. Dieser Doppel-Exzenterantrieb sorgt dafür, dass alle Punkte der Läuferscheibe 2 und damit auch alle Punkte der beiden Leisten 3' und 3" eine kreisförmige Verschiebebewegung ausführen.
Infolge der mehrfachen abwechselnden Annäherung der Leisten 3', 3" an die inneren und äusseren Kammerwände der zugeordneten Förderkammern ergeben sich auf beiden Seiten der Leisten sichelförmige, das Arbeitsmedium einschliessende Arbeitsräume, die während des Antriebs der Läuferscheibe 2 durch die Förderkammern in Richtung auf den Auslassraum verschoben werden, wobei sich die Volumina dieser Arbeitsräume verringern und der Druck des Arbeitsmittels dann entsprechend erhöht wird.
Zur Erhöhung der Stabilität wird nun erfindungsgemäss das eintrittsseitige Ende der Leisten 3', 3" versteift und zwar mit Hilfe einer Wandstärkenzunahme. In einem Winkelbereich von 0° bis 120°, im vorliegenden Beispiel in einem Bereich von 0° bis 90° wird diese Verstärkung angebracht. Hierbei soll die Wandstärke vorzugsweise bis zur Eintrittskante stetig zunehmen. Dies wird am einfachsten dadurch erreicht, dass die Aussenkontur 3a gegenüber der Innenkontur 3b spiralförmig erweitert wird. D.h., der ursprünglich vorgesehene Kreisbogen (für konstante Wanddicke) wird an sich beibehalten, nur sein Zentrum wird um das Mass a verschoben. Dadurch wird ein sauberer Uebergang an der Stelle A der äusseren Kontur erzielt.
Es versteht sich, dass in dem Winkelbereich, in dem der Verdrängerkörper verstärkt ist, auch die Wände der Förderkammer nicht mehr parallel verlaufen dürfen. Entsprechend der spiralförmigen Erweiterung der Aussenkontur an der Leiste muss auch die direkt gegenüberliegende Kammerkontur angepasst werden.

Claims

Verdrängermaschine für kompressible Medien mit wenigstens einer von einem feststehenden Gehäuse gebildeten, nach Art eines spiralförmig verlaufenden Schlitzes ausgebildeten Förderkammer und mit einem jeder Förderkammer zugeordneten, in diese eingreifenden Verdrängerkörper, der als spiralförmig ausgebildete Leiste (3', 3") im wesentlichen senkrecht auf einem gegenüber der Förderkammer exzentrisch angetriebenen scheibenförmigen Läufer gehalten ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdrängerkörper (3', 3") am radial äusseren, eintrittseitigen Ende, bezogen auf den Pol der Spirale des Verdrängerkörpers am eintrittseitigen Ende, in einem Winkelbereich bis höchstens 120°, vorzugsweise 90° in seiner radialen Erstreckung verstärkt ist;

dass die Wandstärke des Verdrängerkörpers (3', 3") im Eintrittsbereich kontinuierlich zunimmt bis zur Maximalstärke an der eigentlichen Eintrittskante, und

dass die kontinuierliche Zunahme durch spiralförmige Erweiterung der Aussenkontur (3a) gegenüber der Innenkontur (3b) durchgeführt wird, wobei in dem Winkelbereich, in dem der Verdrängerkörper (3', 3") verstärkt ist, die gegenüberliegende Kontur der Förderkammer entsprechend angepasst ist.