EP0298315B1

EP0298315B1 - Rotationskolben-Verdrängungsarbeitsmaschine

Info

Publication number: EP0298315B1
Application number: EP88110070A
Authority: EP
Inventors: Josef Perevuznik; Fritz Spinnler; Jürg Weber
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1987-07-10
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1991-01-23
Anticipated expiration: 2008-06-24
Also published as: EP0298315A1; US4883413A; JPS6424192A; CH673135A5; DE3861635D1; ATE60405T1; BR8803459A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Verdrängungsarbeitsmaschine für kompressible Medien, mit mindestens einem durch spiralförmige, sich von einer Seitenwand axial erstrekkende Umfangswände begrenzten Förderraum, der von einem Einlass zu einem Auslass führt, und mit einem in den Förderraum ragenden, spiralförmigen Verdrängungskörper, der in bezug auf den Förderraum zur Ausführung einer kreisenden verdrehungsfreien Bewegung gelagert ist und dessen Zentrum gegenüber dem Zentrum der Umfangswände exzentrisch so versetzt ist, dass der Verdrängungskörper stets sowohl die aussenliegende als auch die innenliegende Umfangswand des Förderraums an je mindestens einer fortschreitenden Berührungsstelle berührt, wobei die an die Seitenwand angrezenden Stirnseiten des Verdrängungskörpers mit einer Nut versehen sind, in der ein aus elastischem und gleitfähigem Material bestehender Dichtstreifen einleigt, und wobei zwischen Nutengrund und der Unterseite des Dichtstreifens ein Federelement angeordnet ist.
Aus der EP-A-0 124 114 ist die Anwendung eines aus einem elastischen Material bestehenden Schlauches zur Bildung eines Federelementes bei einer Rotations-Verdrängerarbeitsmaschine bekannt. Bei dieser Lösung bildet allerdings das Element nicht die Unterlage für einen elastischen Dichtstreifen, sondern übt gleichzeitig die Funktion des notwendigen Dichtelementes aus.
Eine Verdrängerarbeitsmaschine der eingangs genannten Art ist bekannt aus der US 3,994,636. Um eine effektive radiale Abdichtung zwischen den Stirnflächen des Verdrängers und den Seitenwänden des Förderraumes zu erzielen, ist eine wirksame axiale Berührung zwischen den beiden Elementen vorzunehmen. Hierzu wird der Verdränger an seiner Stirnseite mit einer Nut versehen, die Sitz ist für einen darin einliegenden Dichtstreifen. Dieser Dichtstreifen besteht aus einem elastischen, gleitfähigen Material und ist so bemessen, dass er innerhalb der Nut axiale und geringfügig radial bewegbar ist. Er ist unterlegt von einem kraftausübenden Federelement, welches ein metallisches Federband mit U-förmigem Querschnitt ist.
Bei kleinen Spiralladern ist man jedoch in der Gestaltung der Nut begrenzt. Hat beispielsweise der Verdränger nur eine Gesamtdicke von 4 mm, so kann die Nutbreite höchstens 2 mm betragen. Die genannte Ausführung ist in diesem Fall mit zwei Mängeln behaftet: Zum einen muss das Federelement, soll es sich über die ganze Nutresp. Dichtlänge erstrecken, mechanisch vorgebogen werden, um sich dem spiralförmigen Verlauf der Nut anzupassen; Zum Anderen ist der erzielbare Federweg ausserordentlich gering, wie dies im übrigen die Fig. 8 der genannten Druckschrift erkennen lässt; dies wirkt sich aufgrund der Federcharakteristik ungünstig auf die Konstanz des Anpressdruckes aus.
Aus dieser gleichen Druckschrift ist es bekannt, grössere Federwege durch die Anwendung von Schraubenfedern zu erzielen, von denen eine gewisse Anzahl gleichmässig über die Dichtlänge verteilt in entsprechenden Bohrungen in der Nut einsitzen (Fig. 5, 6 der US 3,994,636). Diese Lösung verteuert indessen die Herstellung des Verdrängers und erschwert den Zusammenbau des Ladegerätes nicht unwesentlich.
Aus der gleichen US 3,994,636 ist es auch bekannt, Gummischnüre als federelastische Mittel zu verwenden. Derartige Rundschnüre weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie eine relativ flache Federcharakteristik haben, d.h. relatif steif sind. Sie vermögen die bei der Fertigung und beim Zusammenbau der Maschine auftretenden Toleranzen nur bis zu einem beschränkten Grad auszugleichen. Ausserdem besitzen sie die Neigung, die Federeigenschaften durch im Laufe der Betriebszeit auftretende Setzerscheinungen zu verändern oder sogar ganz zu verlieren.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Rotationskolben-Verdrängungsarbeitsmaschine der eingangs genannten Art ein weiches Federelement zu schaffen, welches darüber hinaus eine einfache Handhabung gestattet, und mit dessen Federkraft eine sichere und über längere Betriebszeiten einwandfreie Abdichtung der Arbeitsräume gewährleistet ist.
Erfindungsgemäss wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass der einfach herstellbare mehrteilige Schlauch in der vorgesehenen Biegeebene jedem beliebigen Krümmungsradius verdrehungsfrei folgen kann, und dass es auch Temperaturen bis zu 150°C ohne weiteres standhält.
Als besonders zweckmässig hat sich eine Ausführung gezeigt, bei der das einlasseitige Ende des Schlauches geschlossen ist, während sein auslasseitiges Ende geöffnet ist. Das Schlauchinnere ist somit vom jeweiligen Ladedruck beaufschlagt. Bei Teillast wird so insbesondere der Anpressdruck des Dichtstreifens an die entsprechende Wandung und damit auch der Reibverlust vermindert. Zwar ist eine derartige Lösung im Grundsatz schon aus der DE 31 40 512 AI bekannt. Darin ergab sich als besonders vorteilhaft eine Ausgestaltung der Dichtstreifen mit einem rückwärtigen, druchbeaufschlagbaren Kanal. In einer einfach zu realisierenden Form besitzen die Dichtstreifen die Form von rechteckigen Dichtleisten, die in einem in der Breite passenden Kanal eingelagert ist, der in der Tiefe aber einen rückwärtigen Kanalraum freihält. Dieser rückwärtige Kanalraum kann mit der Druckseite der Verdrängermaschine verbunden werden und soll eine gleichmässige Druckbeaufschlagung der Dichtleisten von hinten und somit eine gleichmässige Anlage der Dichtleisten auch bei fortschreitendem Verschleiss liefern. Es ist indes nicht zu verkennen, das bei dieser Lösung die Dichtstreifen auch seitlich sehr eng anliegen müssen, damit der Druck aus dem Hinterraum nicht in den Arbeitsraum entweicht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Rotationskolbenverdichter mit stirnseitiger Ansicht des Verdrängungskörpers,
Fig. 2 einen etwas vergrösserten Teilschnitt durch die Ebene A-A in Fig. 1, und
Fig. 3 einen Schnitt in Perspektive durch eine Dichtanordnung.

In der Zeichnung sind alle für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Teile wie beispielsweise der Antrieb, die Lagerung und die Führung des Läufers, die Zu- und Abströmung des Arbeitsmediums fortgelassen.
Die gezeigte Maschine ist der Einfachheit halber mit nur einem Förderraum 6 und nur einem Verdränger 1 dargestellt. Es versteht sich indessen, dass der Verdränger in der gleichen Ebene ein ganzes System von Spiralen aufweisen kann, die beispielsweise jede von einem eigenen Einlass 2 ein einen gemeinsamen Auslass 3 fördern können.
Zwecks Erläuterung der Funktionsweise des Verdichters, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird auf die genannte DE 26 03 462 C3 verwiesen. Nachstehend wird nur der für das Verständnis der Erfindung notwendige Maschinenaufbau und Prozessablauf kurz beschrieben.
Mit 1 ist der scheibenförmige Verdränger insgesamt bezeichnet. An beiden Seiten der Scheibe 4 sind spiralförmig verlaufende Verdrängungskörper 5 angeordnet. Diese greifen in einen Förderraum 6 des feststehenden Gehäuses 7 ein. Der Förderraum 6 ist nach Art eines spiralförmigen Schlitzes beispielsweise in das Gehäuse 7 eingearbeitet. Er verläuft von einem am äusseren Umfang der Spirale im Gehäuse angeordneten Einlass 2 zu einem im Gehäuseinneren angeordneten Auslass 3. Er weist im wesentlichen parallele, im gleichbleibenden Abstand zueinander angeordnete Umfangswände 8, 9 auf, die wie der Verdrängungskörper eine Spirale von mehr als 360° umfassen. Zwischen diesen Umfangswänden 8, 9 wird der Verdrängungskörper 5 gehalten. Dessen Krümmung ist so bemessen, dass er die inneren und äusseren Umfangswände an mehreren Stellen berührt. Hierzu ist das Zentrum 10 des Verdrängungskörpers 5 gegenüber dem Zentrum 11 des Förderraums 6 exzentrisch versetzt.
Während des Betriebes der Maschine stellt sich durch den exzentrischen Antrieb des scheibenförmigen, den Verdrängungskörper 5 aufweisenden Läufers eine Kreisbewegung jedes der Punkte des Verdrängerkörpers ein, wobei diese Kreisbewegung durch die Umfangswände des Förderraumes begrenzt ist. Infolge der mehrfachen, abwechselnden Annäherung aus Verdrängerkörpers an die inneren und äusseren Umfangswände ergeben sich auf beiden Seiten des Verdrängerkörpers sichelförmige, das Arbeitsmedium einschliessende Arbeitsräume 12, die durch den exzentrischen Antrieb des Verdrängerkörpers durch den Förderraum in Richtung auf den Auslass vorgeschoben werden. Hierbei verringert sich das Volumen dieser Arbeitsräume und der Druck des Arbeitsmittels erhöht sich entsprechend.
Zur Abdichtung der planen Dichtungsebenen zwischen den Stirnflächen des Verdrängungskörpers 5 und den dazu parallel verlaufenden Seitenflächen 16 des Förderraumes 6 sind nun die Verdrängungskörper stirnseitig mit einer umlaufenden Nut 13 versehen, in der ein elastischer und aus gleitfähigem Material bestehender Dichtstreifen 14 einliegt.
Aus der Fig. 2 ist erkennbar, dass diese Nut 13 Rechteckform aufweist und den ebenfalls rechtekkigen Dichtstreifen 14 aufnimmt. Als Beispiel für eine tatsächliche Ausführung beträgt der Querschnitt des Dichtstreifens etwa 1,8x2,3 mm bei einer Nutbreite von ca. 2 mm. Dadurch ist bei parallelen Wandungen sowohl eine axiale (nach aussen) als auch eine geringfügig radiale Verschieblichkeit des Dichtstreifens gewährleistet.
Soll der Dichtstreifen bei Normalbetrieb etwa 0,4 mm über die Kante der Stirnfläche hinausragen, so ergibt sich die entsprechende Nuttiefe aus der in der Nut verbleibenden Dichtstreifenhöhe zuzüglich des für das kraftausübende Federelement erforderlichen Platzbedarfs.
Die Fig. 3, zeigt die Konfiguration dieses Federelementes 15 und seine Anordnung in der Nut.
Es handelt sich um einen dünnen Schlauch des Silikonkautschuk, wie er beispielsweise durchwegs im Medizinalbereich Anwendung findet. Im vorliegenden Fall beträgt sein Aussendurchmesser 2 mm.
Von besonderem Vorteil ist die Eigenschaft, dass der Schlauch mühelos jeder beliebigen Krümmung folgen kann.
Ferner ist aufgrund seiner allseitigen Anlage ein Verrutschen des Schlauches in Nutlängsrichtung ausgeschlossen.
Es ist unschwer zu erkennen, dass man bei gegebener Gesamtfederhöhe, welche grundsätzlich dem Aussendurchmesser des Schlauches entspricht mit der Wahl der Wandstärke ein einfaches Mittel in der Hand hat, um die erforderliche Federkraft einzustellen. Indessen ist zu beachten, dass während des Betriebs im Prinzip keine Verformung und damit keine Aenderung der Federbelastung auftritt. Dennoch ist die erfindungsgemässe Feder auch bei grösserem Abrieb des Dichtstreifens 14 besonders wirkungsvoll, da sie--ausgehend vom zusammengedrückten Zustand, bei dem sie eine Höhe von zweifacher Wandstärke innehat-in der Lage ist, sich bei annähernd gleichbleibender Federkraft bis zum vollen Durchmesser zu entspannen.
Selbstverständlich ist es durchaus möglich, innerhalb einer spiralförmigen Nut einen mehrteiligen Schlauch mit jeweils unterschiedlicher Wandstärke anzuwenden. Eine grössere Wandstärke als beim Einlass 2, wo die Dichtigkeitsanforderungen gering sind, könnte beispielsweise in der zone aus Auslasses 3 angebracht sein, da dort höhere Arbeitsdrücke im Förderraum 6 berrschen und eine stärkere Anpressung des Dichtstreifens 14 an die Seitenwand 16 möglicherweise erwünscht ist.
Bei einer andern, nicht dargestellten Ausführung weist die Nut 13 auf der Druckseite, d.h. am auslasseitigen Ende der Spirale, einen Auslaufteil auf, der entweder über den Bereich des Dichtstreifens hinausgeht oder um den der Dichtstreifen kürzer ist als die Nut. In diesem Bereich ist der Schlauch offen, so dass sein Inneres mit dem Enddruck der Maschine beaufschlagt wird. Im Ergebnis wird dadurch eine gleichförmige Anlage des Dichtstreifens über dessen ganzer Länge an der Seitenfläche 20 erzielt. Damit die Druckbeaufschlagung im Schlauchinnern aber am andern Schlauchende nicht zu einem stetigen Arbeitsmittelverlust führt, ist das dortige, einlassseitige Ende verschlossen.
Aus Fig. 2 ist ebenfalls erkennbar, dass nicht nur die Stirnflächen des Verdrängungskörpers 5 gemäss der Erfindung abgedichtet werden, sondern dass die Dichtungsart auch zur Anwendung gelangen kann bei den aneinandergrenzenden Flächen der die Kreisbewegung ausübenden Scheibe 4 und der stehenden Rippe des Gehäuses 7.

Claims

1. Rotationskolben-Verdrängungsarbeitsmaschine für kompressible Medien, mit mindestens einem durch spiralförmige, sich von einer Seitenwand (20) axial erstreckende Umfangswände (8, 9) begrenzten Förderraum (6), der von einem Einlass (2) zu einem Auslass (3) führt, und mit einem in den Förderraum (6) rangenden, spiralförmigen Verdrängungskörper (5), der in bezug auf den Förderraum zur Ausführung einer kreisenden verdrehungsfreien Bewegung gelagert ist und dessen Zentrum (10) gegenüber dem Zentrum (11) der Umfangswände (8, 9) exzentrisch so versetzt ist, dass der Verdrängungskörper (5) stets sowohl die aussenliegende als auch die innenliegende Umfangswand (8 resp. 9) des Förderraums (6) an je mindestens einer fortschreitenden Berührungsstelle berührt, wobei die an die Seitenwand (20) angrenzenden Stirnseiten des Verdrängungskörpers (5) mit einer Nut (13) versehen sind, in der ein aus elastischem und gleitfähigem Material bestehender Dichtstreifen (14) einliegt, und wobei zwischen Nutengrund und der Unterseite des Dichtstreifens (14) ein Federelement (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ein Schlauch aus Silikonkautschuk ist und dass der Schlauch sich aus mehreren Teilstücken mit unterschiedlicher Wandstärke zusammensetzt.

2. Rotationskolben-Verdrängungsarbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich über die ganze Länge der Nut (13) erstreckende Schlauch (15) an seinem ansaugseitigen Ende geschlossen ist und an seinem druckseitigen Ende offen ist.