EP0321781B1 - Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip - Google Patents

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EP0321781B1
EP0321781B1 EP88120414A EP88120414A EP0321781B1 EP 0321781 B1 EP0321781 B1 EP 0321781B1 EP 88120414 A EP88120414 A EP 88120414A EP 88120414 A EP88120414 A EP 88120414A EP 0321781 B1 EP0321781 B1 EP 0321781B1
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EP
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rotor
housing
spiral
delivery
shaped
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EP88120414A
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EP0321781A1 (de
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Fritz Spinnler
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/0207—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F01C1/0215—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • F01C1/0223—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving with symmetrical double wraps

Definitions

  • the invention relates to a positive displacement machine for compressible media with at least four conveying spaces arranged in a fixed housing, with four conveying spaces, each housing half having two conveying spaces which are offset from one another by approximately 180.degree. And spiraling from an inlet to an outlet, and wherein each conveying space is an in is assigned to this engaging displacement body, which is held as a spiral bar vertically on a disc-shaped rotor which can be driven eccentrically with respect to the housing, for guiding it in the housing a second guide eccentric arrangement arranged at a distance from a first drive eccentric arrangement is provided, with the flexible absorption of any length differences between the delivery space and displacement body a compensating means is provided on the rotor.
  • Displacement machines based on the spiral principle are known, for example, from DE-C-2 603 462. These machines are characterized by an almost pulsation-free conveyance of the consisting of air or an air-fuel mixture of gaseous working media and can therefore also be used with advantage for charging purposes of internal combustion engines.
  • a displacement machine working as a compressor several approximately crescent-shaped working spaces are trapped along the conveying chamber between the spiral-shaped displacer body and the two cylinder walls of the conveying chamber due to different curvature of the spiral shapes, which move from a working medium inlet through the conveying chamber to a working medium outlet , their volume is constantly reduced and the pressure of the working fluid is increased accordingly.
  • the displacement bodies are formed by spiral strips, which are held essentially vertically on the disk-shaped rotor and have a relatively large axial length in relation to their thickness. Similar conditions exist on the side of the fixed housing, where spiral, strip-like webs also remain between the conveying chambers and have a relatively large length in the axial and circumferential directions in relation to the wall thickness.
  • a precise rolling of a displacer according to the spiral principle by a translatory circular movement is achieved by a double crank drive, as is known for example from DE-A-3 230 979 and in which one crank drives and the second crank guides.
  • this known solution provides a transfer member which can be shifted in length, namely in the direction of the connecting line of the points of attack.
  • This transmission member consists of a holding member which is adjustably held in the guide arrangement of the rotor, which can be a sliding block which can be displaced in a parallel guide.
  • the parallel guide comprises one of the two bearings of the guide arrangement, via which a possible compensation of expansion differences can take place.
  • a bearing arrangement provided with an elastic bedding is provided on at least one of the points of attack, preferably at the point of application of the guide device .
  • This elastic bedding can be formed, for example, by a rubber-elastic ring which sits between the outer bearing ring and the bearing eye.
  • the object on which the invention is based is to provide, in a displacement machine of the type mentioned at the outset, a further possibility for accommodating changes in length occurring between two points of attack, which is as simple as possible and brings about an automatic compensation.
  • FIGS. 1 and 2 For the sake of clarity, the machine is shown in the disassembled state in FIGS. 1 and 2.
  • the rotor of the machine is designated as a whole by 1.
  • Arranged on both sides of the disk 2 are two, displaced by 180 ° to each other, spirally extending displacement body. It is strips 3.3 ', which are held vertically on the disc 2.
  • the spirals themselves are formed from a plurality of circular arcs adjoining one another. Due to the large ratio mentioned at the beginning between the axial length to the wall thickness (Fig. 3), the entry-side end of the strips 3.3 'is each reinforced. 4 with the hub is designated with which the disc 2 is mounted on a roller bearing 22.
  • the bearing itself sits on an eccentric disk 23, which in turn is part of the drive shaft 24.
  • Fig. 1 the housing half 7 shown in Fig. 3 on the left of two halves (7,7 ') composed, via fastening eyes 8 for receiving screw connections interconnected machine housing is shown.
  • 9 symbolizes the holder for the drive shaft, 10 the holder for the guide shaft.
  • 11 and 11 ' denote the two delivery spaces, each offset by 180 °, which are incorporated in the manner of a spiral slot in the two housing halves. They each run from an inlet 12, 12 'arranged on the outer circumference of the spiral in the housing to an outlet 13 provided in the housing interior and common to both delivery spaces 'On, which in the present case, like the displacement body of the disc 2, comprise a spiral of approximately 360 °. Between these cylinder walls engage the displacer 3,3 ', the curvature of which is dimensioned such that the strips almost touch the inner and outer cylinder walls of the housing at several, for example at two points.
  • the drive and the guide of the rotor 1 are provided by the two spaced-apart eccentric arrangements (23, 24 and 26, 27, respectively).
  • the two eccentric arrangements are synchronized by a toothed belt drive 16 with precise angles. This double eccentric drive ensures that all points of the rotor disc and thus all points of the two strips 3 and 3 'perform a circular displacement movement.
  • crescent-shaped work spaces enclosing the working medium result on both sides of the strips, which are displaced by the delivery chambers during the drive of the rotor disk in the direction of the outlet .
  • the volumes of these working spaces are reduced and the pressure of the working fluid is increased accordingly.
  • Fig. 1 shows that the disc 2 - apart from the radially projecting eye 5 - closes radially with the strips 3.3 '.
  • the disk has to penetrate at least one half of the housing in the radial direction in the area of the inlets 12, 12 '. In the present case, this is done on the housing half 7 shown on the left in FIG. 3.
  • their inner webs 18, 18 ' are opposite the outer ones Web 17.17 'lowered by the amount of the slice thickness.
  • This measure has the advantage that in this housing half only on the inner webs 18, 18 'sealing strips are to be arranged, which seal the delivery spaces 11, 11' against the disk 2 against each other up to the outlet.
  • this transition is now formed as a circular shoulder 19,19 'with the radius R1.
  • the counter surface on the disc 2 is provided with a corresponding circular arc-shaped recess 20, 20 ', the radius R2 of this recess corresponding to the eccentricity e + radius R1.
  • the guide eye 5 is connected to the rotor 1 via a rib 29.
  • the rib 29 extends tangentially to the spiral. It is connected to the inlet end of the spiral strip 3.
  • Fig. 4 it is shown as a one-piece rib made with the rotor. Its width preferably corresponds to the width of the guide eye 5; its thickness is chosen so that the guide eye is elastic in the radial direction.
  • the rib 29 in which the rib 29 is made of the same material as the rotor, the rib can also be manufactured separately with or without a guide eye, for example from a material that is particularly suitable for the loads that occur.
  • the rib can be connected to the runner in any suitable manner, and in particular a joint arrangement can be provided.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine für kompressible Medien mit mindestens vier in einem feststehenden Gehäuse angeordneten Förderräumen, wobei bei vier Förderräumen jede Gehäusehälfte zwei um ca. 180° gegeneinander versetzte und spiralförmig von einem Einlass zu einem Auslass verlaufende Förderräume aufweist, und wobei jedem Förderraum ein in diesen eingreifenden Verdrängerkörper zugeordnet ist, der als spiralförmige Leiste senkrecht auf einem gegenüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer gehalten ist, zu dessen Führung im Gehäuse eine zu einer ersten Antriebsexzenteranordnung mit Abstand angeordnete zweite Führungsexzenteranordnung vorgesehen ist, wobei zur nachgiebigen Aufnahme von allfälligen Längendifferenzen zwischen Förderraum und Verdrängerkörper ein Ausgleichsmittel am Läufer vorgesehen ist.
    • Stand der Technik
  • Verdrängermaschinen nach dem Spiralprinzip sind beispielsweise aus der DE-C-2 603 462 bekannt. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung des beispielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch bestehenden gasförmigen Arbeitsmittel 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 Zylinderwänden 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 entsprechend erhöht wird. Die Verdrängerkörper werden durch auf dem scheibenförmigen Läufer im wesentlichen 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 Stege stehenbleiben mit im Verhältnis zur Wandstärke relativ grosser Länge in axialer und in Umfangsrichtung.
  • Eine präzise Abwälzung eines Verdrängerkörpers nach dem Spiralprinzip durch eine translatorische Kreisbewegung wird durch einen Doppelkurbeltrieb erreicht, wie er beispielsweise aus der DE-A-3 230 979 bekannt ist und bei dem eine Kurbel antreibt und die zweite Kurbel führt. Um nun Längendifferenzen zwischen den beiden Angriffspunkten der Antriebs- und der Führungsanordnung ausgleichen zu können, sieht diese bekannte Lösung ein längenverschiebbares Uebertragungsglied vor, und zwar in Richtung der Verbindungslinie der Angriffspunkte. Dieses Uebertragungsglied besteht aus einem in der Führungsanordnung des Läufers verstellbar gehaltenen Halterungsglied, welches ein Gleitstein sein kann, der in einer Parallelführung verschiebbar ist. Die Parallelführung umfasst eines der zwei Lager der Führungsanordnung, über die somit ein allfälliger Ausgleich von Dehnungsdifferenzen stattfinden kann.
  • Eine andere Lösung für dieses Problem ist in der DE-A-3 107231 beschrieben. Zur Vermeidung von unzulässig hohen Belastungen, die durch Toleranzsummierung bei der Fertigung oder durch unterschiedliche Wärmedehung zwischen den beiden Angriffspunkten an dem kreisenden Läufer auftreten können, ist an wenigstens einem der Angriffspunkte, vorzugsweise an dem Angriffspunkt der Führungsvorrichtung, eine mit einer elastischen Bettung versehene Lageranordnung vorgesehen. Diese elastische Bettung kann beispielsweise durch einen gummielastischen Ring gebildet sein, welcher zwischen Lageraussenring und Lagerauge sitzt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, bei einer Verdrängermaschine der eingangs genannten Art eine weitere Möglichkeit zur Aufnahme von zwischen zwei Angriffspunkten auftretenden Längenänderungen zu schaffen, die möglichst einfach ausgebildet ist und einen selbsttätigen Ausgleich bewirkt.
  • Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
  • Mit dieser Massnahme wir eine hohe Steifigkeit in tangentialer Richtung und eine hohe Elastizität in radialer Richtung erreicht.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    ein Gehäuseteil der Verdrängermaschine
    Fig. 2
    einen Läufer mit erfindungsgemässem Führungsexzenter
    Fig. 3
    einen Längsschnitt durch die Verdrängermaschine
    Fig. 4
    eine perspektivische Teildarstellung des Führungsexzenters
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Zwecks Erläuterung der Funktionsweise des Verdichters, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird auf die bereits genannte DE-C3-2 603 462 verwiesen. Nachstehend wird nur der für das Verständnis notwendige Maschinenaufbau und Prozessablauf kurz beschrieben.
  • Der Uebersichtlichkeit wegen ist die Maschine in den Fig. 1 und 2 in demontiertem Zustand gezeigt.
  • Mit 1 ist der Läufer der Maschine insgesamt bezeichnet. An beiden Seiten der Scheibe 2 sind je zwei, um 180° zueinander versetzte, spiralförmig verlaufende Verdrängerkörper angeordnet. Es handelt sich um Leisten 3,3′, die senkrecht auf der Scheibe 2 gehalten sind. Die Spiralen selbst sind im gezeigten Beispiel aus mehreren, aneinander anschliessenden Kreisbögen gebildet. Infolge des eingangs erwähnten grossen Verhältnisses zwischen axialer Länge zur Wandstärke (Fig. 3) ist das eintrittsseitige Ende der Leisten 3,3′ jeweils verstärkt ausgeführt. Mit 4 ist die Nabe bezeichnet, mit welcher die Scheibe 2 auf einem Wälzlager 22 aufgezogen ist. Das Lager selbst sitzt auf einer Exzenterscheibe 23, die ihrerseits Teil der Antriebswelle 24 ist. Mit 5 ist ein radial ausserhalb der Leisten 3,3′ angeordnetes Auge bezeichnet für die Aufnahme eines Führungslagers 25, welches auf einem Exzenterbolzen 26 aufgezogen ist. Dieser ist seinerseits Teil einer Führungswelle 27. Die Exzentrizität e der Exzenterscheibe auf der Antriebswelle entspricht jener des Exzenterbolzens auf der Führungswelle. Am Spiralenaustritt sind in der Scheibe 2 Durchbrüche 6 vorgesehen, damit das Medium von einer Scheibenseite zur andern gelangen kann, beispielsweise um in einem nur einseitig angeordneten zentralen Auslass abgezogen zu werden.
  • In Fig. 1 ist die in Fig. 3 links dargestellte Gehäusehälfte 7 des aus zwei Hälften (7,7′) zusammengesetzten, über Befestigungsaugen 8 zur Aufnahme von Verschraubungen miteinander verbundenen Maschinengehäuses gezeigt. 9 symbolisiert die Aufnahme für die Antriebswelle, 10 die Aufnahme für die Führungswelle. 11 und 11′ bezeichnen die zwei jeweils um 180° gegeneinander versetzten Förderräume, die nach Art eines spiralförmigen Schlitzes in die beiden Gehäusehälften eingearbeitet sind. Sie verlaufen von je einem am äusseren Umfang der Spirale im Gehäuse angeordneten Einlass 12,12′ zu einem im Gehäuseinneren vorgesehenen, beiden Förderräumen gemeinsamen Auslass 13. Sie weisen im wesentlichen parallele, in gleichbleibendem Abstand zueinander angeordnete Zylinderwände 14, 14′, 15,15′ auf, die im vorliegenden Fall wie die Verdrängerkörper der Scheibe 2 eine Spirale von ca. 360° umfassen. Zwischen diesen Zylinderwänden greifen die Verdrängerkörper 3,3′ ein, deren Krümmung so bemessen ist, dass die Leisten die inneren und die äusseren Zylinderwände des Gehäuses an mehreren, beispielsweise an jeweils zwei Stellen nahezu berühren.
  • An den freien Stirnseiten der Leisten 3,3′ und der Stege 17,18 sind federbelastete Dichtungen 21 in entsprechenden Nuten eingelegt. Mit ihnen werden die Arbeitsräume gegen die Seitenwände 28 des Gehäuses resp. gegen die Verdrängerscheibe gedichtet.
  • Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass im Bereich des Einlasses 12′ der Steg 17 mit der äusseren Zylinderwand 14 sich im Steg 18′ mit der inneren Zylinderwand 15′ fortsetzt. Diese Massnahme trifft auch im Bereich des Einlasses 12 zu. Der Uebergang erfolgt hier vom Steg 17′ zum Steg 18.
  • Den Antrieb und die Führung des Läufers 1 besorgen die zwei beabstandeten Exzenteranordnungen (23,24 resp. 26,27). Um in den Totpunktlagen eine eindeutige Führung des Läufers zu erzielen, werden die beiden Exzenteranordnungen über einen Zahnriemenantrieb 16 winkelgenau synchronisiert. Dieser Doppelexzenterantrieb sorgt dafür, dass alle Punkte der Läuferscheibe und damit auch alle Punkte der beiden Leisten 3 und 3′ eine kreisförmige Verschiebebewegung ausführen.
  • Infolge der mehrfachen abwechselnden Annäherungen der Leisten 3,3′ an die inneren und äusseren Zylinderwände der zugeordneten Förderkammern ergeben sich auf beiden Seiten der Leisten sichelförmige, das Arbeitsmedium einschliessende Arbeitsräume, die während des Antriebes der Läuferscheibe durch die Förderkammern in Richtung auf den Auslass verschoben werden. Hierbei verringern sich die Volumina dieser Arbeitsräume und der Druck des Arbeitsmittels wird entsprechend erhöht.
  • Die Fig. 1 zeigt, dass die Scheibe 2 - abgesehen von dem radial überstehenden Auge 5 - radial mit den Leisten 3,3′ abschliesst. Dies bedeutet, dass die Scheibe in radialer Richtung im Bereich der Einlässe 12,12′ mindestens eine Gehäusehälfte durchdringen muss. Im vorliegenden Fall geschieht dies an der in Fig. 3 links dargestellten Gehäusehälfte 7. Hierzu sind deren innenliegenden Stege 18,18′ gegenüber den aussenliegenden Stegen 17,17′ um den Betrag der Scheibendicke abgesenkt. Diese Massnahme weist den Vorteil auf, dass in dieser Gehäusehälfte nur an den inneren Stegen 18,18′ Dichtleisten anzuordnen sind, die bis zum Auslass hin die Förderräume 11, 11′ über die Scheibe 2 gegeneinander abdichten.
  • Würde nun der Uebergang vom Steg 17 zum Steg 18′ scharfkantig und radial erfolgen und demzufolge auch die Scheibe 2 an den entsprechenden Eintrittspartien radial abschliessen, so entstünde eine Undichtigkeit zwischen den Förderkammern 11 und 11′.
  • Wie aus Fig. 1 erkennbar, wird dieser Uebergang nunmehr als kreisrunder Absatz 19,19′ mit dem Radius R1 ausgebildet. Die Gegenfläche an der Scheibe 2 wird mit einer entsprechend kreisbogenförmigen Aussparung 20,20′ versehen, wobei der Radius R2 dieser Aussparung der Exzentrizität e + Radius R1 entspricht. Diese Absätze 19,19′ kooperieren anlässlich des Maschinenbetriebes zwecks Bildung einer Dichtlinie mit den kreisbogenförmigen Aussparungen 20,20′.
  • Im Gegensatz zur eingangs besprochenen Bauart nach DE-A-3 107 231 - bei welcher der Angriffspunkt der Führungsvorrichtung, d.h. das Führungsauge zur Aufnahme des Exzenters, in der Verdrängerscheibe starr integriert ist - ist im vorliegenden Fall das Führungsauge 5 mit dem Läufer 1 über eine Rippe 29 verbunden.
  • In ihrer Längserstreckung verläuft die Rippe 29 tangential zur Spirale. Sie ist mit dem einlasseitigen Ende der Spiralleiste 3 verbunden. In Fig. 4 ist sie als einstückig mit dem Läufer hergestellte Rippe dargestellt. Ihre Breite entspricht vorzugsweise der Breite des Führungsauges 5; ihre Dicke ist so gewählt, dass das Führungsauge in radialer Richtung elastisch ist.
  • In Abweichung zur gezeigten Ausbildung, bei welcher die Rippe 29 aus dem gleichen Material wie der Läufer ist, kann die Rippe mit oder ohne Führungsauge auch gesondert gefertigt werden, beispielsweise aus einem Material, welches für die auftretenden Belastungen besonders geeignet ist. In diesem Fall kann die Rippe auf jede geeignete Art mit dem Läufer verbunden werden, wobei insbesondere eine Gelenkanordnung vorgesehen sein kann.

Claims (3)

  1. Verdrängermaschine für kompressible Medien mit mindestens vier in einem feststehenden Gehäuse angeordneten Förderräumen, wobei bei vier Förderräumen jede Gehäusehälfte (7,7') zwei um ca. 180° gegeneinander versetzte und spiralförmig von einem Einlass (12,12') zu einem Auslass (13) verlaufende Förderräume (11,11') aufweist und wobei jedem Förderraum ein in diesen eingreifenden Verdrängerkörper zugeordnet ist, der als spiralförmige Leiste (3, 3') senkrecht auf einem gegenüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer (1) gehalten ist, zu dessen Führung im Gehäuse eine zu einer ersten Antriebsexzenteranordnung (23,24) mit Abstand angeordnete zweite Führungsexzenteranordnung (26,27) vorgesehen ist, wobei zur nachgiebigen Aufnahme von allfälligen Längendifferenzen zwischen Förderraum und Verdrängerkörper ein Ausgleichsmittel am Läufer vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Führungsauge (5) der Führungsexzenteranordnung (26,27) mit dem scheibenförmigen Läufer (1) über eine Rippe (29) verbunden ist, die als tangentiale Verlängerung einer der spiralförmigen Leisten (3) an deren einlassseitigem Ende ausgebildet ist, und dass die Verlängerung in tangentialer Richtung steif und in radialer Richtung elastisch ist.
  2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe aus dem gleichen Material besteht wie die damit verbunde Leiste und mit dem Läufer vorzugsweise einstückig hergestellt ist.
  3. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe gelenkig mit dem Läufer verbunden ist.
EP88120414A 1987-12-21 1988-12-07 Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip Expired - Lifetime EP0321781B1 (de)

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DE (1) DE3868609D1 (de)
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