EP0321782A1 - Scroll-type displacement apparatus - Google Patents

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EP0321782A1
EP0321782A1 EP88120415A EP88120415A EP0321782A1 EP 0321782 A1 EP0321782 A1 EP 0321782A1 EP 88120415 A EP88120415 A EP 88120415A EP 88120415 A EP88120415 A EP 88120415A EP 0321782 A1 EP0321782 A1 EP 0321782A1
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EP
European Patent Office
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spiral
displacement body
peripheral wall
displacement
inlet
Prior art date
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Granted
Application number
EP88120415A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0321782B1 (en
Inventor
Roland Kolb
Fritz Spinnler
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Filing date
Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority to AT88120415T priority Critical patent/ATE67273T1/en
Publication of EP0321782A1 publication Critical patent/EP0321782A1/en
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Publication of EP0321782B1 publication Critical patent/EP0321782B1/en
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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
    • F01C1/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston displacement machine for compressible media, with at least one conveying space delimited by spiral peripheral walls extending vertically from a side wall of a fixed housing, which leads from an inlet lying outside the spiral to an outlet lying inside the spiral, and with one spiral-shaped displacement body protruding into the conveying space, which is mounted in relation to the conveying space to perform a circular, torsion-free movement and whose center is offset eccentrically relative to the center of the peripheral walls such that the displacement body always has both the outer and the inner peripheral wall of the conveying space almost touched on at least one progressive sealing line, and the spiral shape is selected so that the theoretically largest possible inlet volume in the delivery space between the displacement body and the outer peripheral wall is reached before the kr ironing runner, which carries the vertical displacement body, assumes the 0 ° / 360 ° position with respect to the delivery chamber, in which the displacement body rests on the outer peripheral wall.
  • a rotary machine the principle of which is known from DE-C3 26 03 462, is suitable for charging an internal combustion engine, since it is characterized by an almost pulsation-free conveyance of the working medium, which consists, for example, of air or an air / fuel mixture.
  • the working medium which consists, for example, of air or an air / fuel mixture.
  • a machine of the type mentioned at the outset is known from DE-A-3 138 585.
  • the fact that the theoretically maximum inlet volume is larger than the actually achievable volume results from the fact that the spiral consists of a plurality of adjoining circular arc segments, each with a smaller radius is composed.
  • a schematic diagram of this behavior is shown in FIG. 2 to be described later.
  • the displacement body lies in the so-called 0 ° / 360 ° position on the outer circumferential wall, which means that the suction process is considered complete.
  • tests using water models have now shown that with this configuration, a not inconsiderable part of the medium drawn in flows back from the delivery chamber into the inlet during the closing process.
  • the invention is therefore based on the object of designing the inlet area of such a machine in such a way that that the backflow is reduced, which improves the volumetric efficiency.
  • this is achieved in that the sealing line at the inlet end of the outer peripheral wall is advanced by an angle ⁇ between 5 ° and 50 ° relative to the 0 ° / 360 ° position, the peripheral wall forming an arc in this angular range.
  • the machine shown is shown for the sake of simplicity with only one delivery chamber 6 and only one displacer. It goes without saying, however, that the displacer can have a whole system of spirals in the same plane, which can, for example, convey each from its own inlet 2 into a common outlet 3.
  • the disk-shaped rotor is designated as a whole by 1.
  • Spiral displacement bodies 5 are arranged on one or on both sides of the disk 4. These engage in a delivery chamber 6 of the fixed housing 7 and seal against it via sealing strips 14 inserted into the end wall.
  • the delivery chamber 6 is, for example, incorporated into the housing 7 in the manner of a spiral slot. It runs from an inlet 2 arranged on the outer circumference of the spiral in the housing to an outlet 3 arranged inside the housing. It has essentially parallel circumferential walls 8, 9 which are arranged at a constant distance from one another and which, like the displacement body, have a spiral of more than this than include 360 °.
  • the displacement body 5 is guided between these circumferential walls 8, 9.
  • the spiral shape of the delivery chamber and displacement body is made up of quarter-circle arches.
  • the eccentric drive of the disk-shaped rotor 1 carrying the displacement body 5 results in a circular movement of each of the points of the displacement body, this circular movement being limited by the peripheral walls of the delivery chamber.
  • crescent-shaped working spaces 12 which enclose the working medium, result on both sides of the displacement body, which on the occasion of the circular movement of the displacement body through the delivery space in Towards the outlet. The volume of these working spaces is reduced and the pressure of the working fluid increases accordingly.
  • the displacement body 5 is in the 0 ° / 360 ° position, i.e. it forms a sealing line with the outer peripheral wall 9 in the inlet area. Line because the peripheral walls 8, 9 and the displacer 5 extend perpendicular to the plane of the drawing.
  • the suction process has ended and the crescent-shaped working space 12 is composed of the three partial areas A, B and C.
  • the invention is based on this finding.
  • the displacer 5 is rounded at its leading edge in terms of flow, here semicircularly with the radius R1.
  • the center of the semicircle is the geometric location that rotates on the dashed circle of eccentrics.
  • the displacement position according to FIG. 3 represents the starting position, i.e. the suction cycle begins. It is the displacement position, as it is also shown in Fig. 1 and which is defined as a 180 ° position.
  • the displacer forms a sealing line with the inner circumferential wall 8 and the upper conveying chamber is opened towards the inlet 2 with the fully available cross section.
  • Fig. 6 the opposite 0 ° / 360 ° position is shown.
  • the displacer 5 bears against the outer peripheral wall 9. In this position, the suction process is complete without the new measure.
  • the closing edge 13 is advanced by the angle ⁇ relative to the plane which marks the 0 ° / 360 ° position. 5, the first sealing line occurs considerably earlier on the occasion of the circular movement of the displacer 5 compared to the conventional case.
  • the suction process is therefore ended earlier.
  • the volume enclosed in the working space 12 is, in view of the explanations relating to FIG. 2, greater than that which is shown in FIG. 6. That means nothing else than that the desired compression process starts earlier. For this, however, it is necessary that from the closing point 13 to 0 ° position perma is not sealed so that there is no backflow from the working space 12 into the inlet 2.
  • radius R2 is a function of the displacer leading edge. If the displacement body 5 were terminated with a sharp edge, the radius R2 would correspond to the eccentricity e. In the example shown with a semicircular end, the radius R2 corresponds to the sum of the radii R1 of the semicircle and e to the eccentricity.
  • the displacer position according to Fig. 4, i.e. 270 ° position, is only intended to show that the new measure does not really impair the inlet flow cross-section. Furthermore, it goes without saying that the closing edge 13 does not have to be sharp-edged per se. A possibly more favorable flow-wise transition of the circular arc 9 'to the channel wall of the inlet 2 is easily conceivable.
  • the spiral section under consideration on the outer circumferential wall 9, of which only the first 360 ° of the overall wrap is essential - the section that comprises the crescent-shaped working space 12 after the suction has ended is composed of two semicircles with the radii 68 mm and 52 mm.

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Abstract

In a displacement machine for compressible media, having a delivery space (6) which is delimited by spiral-shaped peripheral walls (8, 9) extending perpendicularly from a side wall and leads from an inlet (2) outside the spiral to an outlet (3) inside the spiral, and having a spiral-shaped displacement body (5) which projects into the delivery space (6) and is mounted with respect to the delivery space so as to execute a rotary, twist-free movement, the center (10) of said displacement body is offset eccentrically relative to the center (11) of the peripheral walls (8, 9) in such a way that the displacement body (5) at all times almost touches both the outer and the inner peripheral wall (9 and 8 respectively) of the delivery space (6) at in each case at least one advancing sealing line. The sealing line at the inlet-side end of the outer peripheral wall (9) is advanced relative to the 0 DEG /360 DEG position by an angle ( alpha ) between 5 DEG and 50 DEG , the peripheral wall (9) forming a circular arc (9') in this angle region.

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Verdrängungsma­schine für kompressible Medien, mit mindestens einem durch spiralförmige, sich von einer Seitenwand eines feststehenden Gehäuses senkrecht erstreckende Umfangswände begrenzten För­derraum, der von einem ausserhalb der Spirale liegenden Ein­lass zu einem innerhalb der Spirale liegenden 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 Förderraumes an je mindestens einer fortschreitenden Dichtlinie nahezu berührt, und wobei die Spiralform so gewählt ist, dass das theoretisch grösstmögliche Einlassvolumen im Förderraum zwischen Verdrängungskörper und aussenliegender Um­fangwand erreicht ist, bevor der kreisende Läufer, der die senkrechten Verdrängungskörper trägt, in Bezug auf den Förder­raum die 0°/360°-Stellung einnimmt, bei der der Verdrängungs­körper an der aussenliegenden Umfangswand anliegt.The invention relates to a rotary piston displacement machine for compressible media, with at least one conveying space delimited by spiral peripheral walls extending vertically from a side wall of a fixed housing, which leads from an inlet lying outside the spiral to an outlet lying inside the spiral, and with one spiral-shaped displacement body protruding into the conveying space, which is mounted in relation to the conveying space to perform a circular, torsion-free movement and whose center is offset eccentrically relative to the center of the peripheral walls such that the displacement body always has both the outer and the inner peripheral wall of the conveying space almost touched on at least one progressive sealing line, and the spiral shape is selected so that the theoretically largest possible inlet volume in the delivery space between the displacement body and the outer peripheral wall is reached before the kr ironing runner, which carries the vertical displacement body, assumes the 0 ° / 360 ° position with respect to the delivery chamber, in which the displacement body rests on the outer peripheral wall.

Stand der TechnikState of the art

Eine Rotationsmaschine, deren Prinzip aus der DE-C3 26 03 462 bekannt ist, eignet sich für die Aufladung einer Brennkraftma­schine, da sie sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förde­rung des beispielsweise aus Luft oder aus einem Luft-Kraft­stoff-Gemisch bestehenden Arbeitsmittels auszeichnet. Während des Betriebes eines derartigen Aufladegerätes werden entlang des Förderraumes zwischen dem Verdränger und den beiden Um­fangswänden des Förderraumes mehrere sichelförmige Arbeits­räume eingeschlossen, die sich vom Einlass durch den Förder­raum hindurch zum Auslass hin bewegen. Hierbei verringert sich ihr Volumen zunehmend bei einer entsprechenden Erhöhung des Arbeitsmittelsdruckes.A rotary machine, the principle of which is known from DE-C3 26 03 462, is suitable for charging an internal combustion engine, since it is characterized by an almost pulsation-free conveyance of the working medium, which consists, for example, of air or an air / fuel mixture. During the operation of such a charging device, several crescent-shaped work spaces are trapped along the delivery space between the displacer and the two circumferential walls of the delivery space and move from the inlet through the delivery space to the outlet. Here, their volume decreases increasingly with a corresponding increase in the working fluid pressure.

Eine Maschine der eingangs genannten Art ist bekannt aus der DE-A-3 138 585. Die Tatsache, dass das theoretisch maximale Einlassvolumen grösser ist als das tatsächlich erzielbare Vo­lumen, ergibt sich dadurch, dass die Spirale aus mehreren an­einanderanschliessenden Kreisbögensegmenten mit jeweils klei­ner werdendem Radius zusammengesetzt ist. Eine Prinzipskizze über dieses Verhalten ist in der später zu beschreibenden Figur 2 dargestellt. Bei der bekannten Maschine liegt der Ver­drängungskörper bei der kreisenden Bewegung des Läufers erst­mals in der sogenannten 0°/360°-Stellung an der äusseren Um­fangswand an, womit der Ansaugvorgang als abgeschlossen gilt. Versuche anhand von Wassermodellen haben nun jedoch gezeigt, dass bei dieser Konfiguration anlässlich des Schliessvorgangs ein nicht unbeträchtlicher Teil des angesaugten Mediums vom Förderraum in den Einlass zurückströmt.A machine of the type mentioned at the outset is known from DE-A-3 138 585. The fact that the theoretically maximum inlet volume is larger than the actually achievable volume results from the fact that the spiral consists of a plurality of adjoining circular arc segments, each with a smaller radius is composed. A schematic diagram of this behavior is shown in FIG. 2 to be described later. In the known machine, for the first time during the circular movement of the rotor, the displacement body lies in the so-called 0 ° / 360 ° position on the outer circumferential wall, which means that the suction process is considered complete. However, tests using water models have now shown that with this configuration, a not inconsiderable part of the medium drawn in flows back from the delivery chamber into the inlet during the closing process.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Ein­lassbereich einer solchen Maschine dahingehend zu gestalten, dass das Rückströmen vermindert wird, wodurch der volumetri­sche Wirkungsgrad verbessert wird.The invention is therefore based on the object of designing the inlet area of such a machine in such a way that that the backflow is reduced, which improves the volumetric efficiency.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Dichtli­nie am einlassseitigen Ende der aussenliegenden Umfangswand gegenüber der 0°/360°-Stellung um einen Winkel α zwischen 5° und 50° vorverlegt ist, wobei die Umfangswand in diesem Win­kelbereich einen Kreisbogen bildet.According to the invention, this is achieved in that the sealing line at the inlet end of the outer peripheral wall is advanced by an angle α between 5 ° and 50 ° relative to the 0 ° / 360 ° position, the peripheral wall forming an arc in this angular range.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

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 eine Prinzipskizze zum Förderraumvolumen,
  • Fig. 3-6 diverse Arbeitsstellungen des Verdrängungskörpers.
In the drawing, an embodiment of the subject of the invention is shown schematically. It shows:
  • 1 shows a cross section through the rotary piston compressor with an end view of the displacement body,
  • 2 is a schematic diagram of the volume of the delivery area,
  • Fig. 3-6 various working positions of the displacement body.

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.In the drawing, all parts which are insignificant for understanding the invention, such as, for example, the drive, the bearing and the guidance of the rotor, the inflow and outflow of the working medium are omitted.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Die gezeigte Maschine ist der Einfachheit halber mit nur einem Förderraum 6 und nur einem Verdränger 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 in einen gemeinsamen Auslass 3 fördern können.The machine shown is shown for the sake of simplicity with only one delivery chamber 6 and only one displacer. It goes without saying, however, that the displacer can have a whole system of spirals in the same plane, which can, for example, convey each from its own inlet 2 into a common outlet 3.

Zwecks Erläuterung der Funktionsweise der Maschine, welche eine Anwendung als Spiralverdichter finden könnte, wird auf die genannte DE-C3 26 03 462 verwiesen. Nachstehend wird nur der für das Verständnis der Erfindung notwendige Maschinenauf­bau und Prozessablauf kurz beschrieben.In order to explain the functioning of the machine, which could be used as a scroll compressor, reference is made to the above-mentioned DE-C3 26 03 462. Only the machine structure and process flow necessary for understanding the invention are briefly described below.

Mit 1 ist der scheibenförmige Läufer insgesamt bezeichnet. An einer oder an beiden Seiten der Scheibe 4 sind spiralförmig verlaufende Verdrängungskörper 5 angeordnet. Diese greifen in einen Förderraum 6 des feststehenden Gehäuses 7 ein und dich­ten gegen dieses über in die Stirnwand eingelegte Dichtstrei­fen 14. Der Förderraum 6 ist nach Art eines spiralförmigen Schlitzes beispielsweiese 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 hier - wie der Verdrängungskörper - eine Spirale von mehr als 360° umfassen. Zwischen diesen Umfangswänden 8,9 wird der Verdrängungskörper 5 geführt. Dessen Krümmung ist so bemessen, dass er die inneren und äusseren Umfangswände gleichzeitig an mehreren Stellen nahezu berührt. Hierzu ist das Zentrum 10 des Verdrängungskörpers 5 gegenüber dem Zentrum 11 des Förderrau­mes 6 exzentrisch versetzt. Die Spiralform von Förderraum und Verdrängungskörper setzt sich aus Viertelkreisbögen zusammen.The disk-shaped rotor is designated as a whole by 1. Spiral displacement bodies 5 are arranged on one or on both sides of the disk 4. These engage in a delivery chamber 6 of the fixed housing 7 and seal against it via sealing strips 14 inserted into the end wall. The delivery chamber 6 is, for example, incorporated into the housing 7 in the manner of a spiral slot. It runs from an inlet 2 arranged on the outer circumference of the spiral in the housing to an outlet 3 arranged inside the housing. It has essentially parallel circumferential walls 8, 9 which are arranged at a constant distance from one another and which, like the displacement body, have a spiral of more than this than include 360 °. The displacement body 5 is guided between these circumferential walls 8, 9. Its curvature is such that it almost touches the inner and outer circumferential walls at several points at the same time. For this purpose, the center 10 of the displacement body 5 is offset eccentrically with respect to the center 11 of the delivery chamber 6. The spiral shape of the delivery chamber and displacement body is made up of quarter-circle arches.

Während des Betriebes der Maschine stellt sich durch den ex­zentrischen Antrieb des scheibenförmigen, den Verdrängungskör­per 5 tragenden Läufers 1 eine Kreisbewegung jedes der Punkte des Verdrängungskörpers ein, wobei diese Kreisbewegung durch die Umfangswände des Förderraumes begrenzt ist. Infolge der mehrfachen, abwechselnden Annäherung des Verdrängungskörpers an die inneren und äusseren Umfangswände ergeben sich auf bei­den Seiten des Verdrängungskörpers sichelförmige, das Arbeits­medium einschliessende Arbeitsräume 12, die anlässlich der Kreisbewegung des Verdrängungskörpers 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.During operation of the machine, the eccentric drive of the disk-shaped rotor 1 carrying the displacement body 5 results in a circular movement of each of the points of the displacement body, this circular movement being limited by the peripheral walls of the delivery chamber. As a result of the multiple, alternating approach of the displacement body to the inner and outer circumferential walls, crescent-shaped working spaces 12, which enclose the working medium, result on both sides of the displacement body, which on the occasion of the circular movement of the displacement body through the delivery space in Towards the outlet. The volume of these working spaces is reduced and the pressure of the working fluid increases accordingly.

In der Prinzipskizze nach Fig. 2 ist dargestellt, wieso das geometrisch mögliche Ansaugvolumen bei einer derartigen Ma­schine grösser ist als das tatsächlich im ersten Arbeitsraum eingeschlossene Volumen. Der Einfachheit halber ist die Spi­ralform durch zwei anneinanderliegende Halbkreise gegeben. Der Verdrängungskörper 5 befindet sich in der 0°/360°-Stellung, d.h. er bildet im Einlassbereich mit der äussern Umfangswand 9 eine Dichtlinie. Linie deshalb, weil sich die Umfangswände 8,9 und der Verdrängungskörper 5 senkrecht zur Zeichnungsebene er­strecken. Der Ansaugvorgang ist beendet und der sichelförmige Arbeitsraum 12 setzt sich aus den drei Teilflächen A,B und C zusammen.2 shows why the geometrically possible suction volume in such a machine is larger than the volume actually enclosed in the first working space. For the sake of simplicity, the spiral shape is given by two adjacent semicircles. The displacement body 5 is in the 0 ° / 360 ° position, i.e. it forms a sealing line with the outer peripheral wall 9 in the inlet area. Line because the peripheral walls 8, 9 and the displacer 5 extend perpendicular to the plane of the drawing. The suction process has ended and the crescent-shaped working space 12 is composed of the three partial areas A, B and C.

Wird nun der Verdränger um den Drehwinkel dδ zurückbewegt, so ist gemäss vergrössertem Ausschnitt in der Fig. 2 zu erkennen, dass sich die Teilfläche A des sichelförmigen Arbeitsraumes um den Betrag a·dx vergrössert, während sich die Teilfläche C um den Betrag c·dx verkleinert; die Teilfläche B bleibt unverän­dert. Der Einfluss dy der Verschiebung in radialer Richtung bleibt bezüglich der Flächenänderung vernachlässigbar. Die Ge­samtfläche A+B+C vergrössert sich durch die Winkelverdrehung um den Betrag (a-c)·dx.If the displacer is now moved back by the angle of rotation dδ, then according to the enlarged section in FIG. 2 it can be seen that the partial area A of the crescent-shaped working space increases by the amount adx, while the partial area C increases by the amount cdx downsized; the area B remains unchanged. The influence dy of the displacement in the radial direction remains negligible with regard to the change in area. The total area A + B + C increases due to the angular rotation by the amount (a-c) · dx.

Auf dieser Erkenntnis beruht die Erfindung. Um ein grösstmög­liches Ansaugvolumen zu erzielen, wird deshalb gemäss Fig. 1 die eigentliche Schliesskante 13, d.h. die Stelle des erstma­ligen Anliegens des Verdrängungskörpers an der äusseren Um­fangswand des Förderraumes, um einen bestimmten Drehwinkel α, vorverlegt. Es versteht sich, dass im vorliegenden Fall ein optimaler Wert für den Winkel α nicht angegeben werden kann, da dieser von zahlreichen Parametern abhängig ist, beispiels­weise von Spiralform, Exzentrizität, Vorderkante des Verdrän­gungskörpers, zu erwartenden Drosselverlusten usw. Aus der oben angeführten Betrachtung ist jedoch erkennbar, dass auch bereits kleine Winkel zu Ergebnissen führen.The invention is based on this finding. In order to achieve the greatest possible suction volume, the actual closing edge 13, ie the point at which the displacement body first bears against the outer circumferential wall of the delivery chamber, is advanced by a certain angle of rotation α as shown in FIG. 1. It goes without saying that, in the present case, an optimal value for the angle α cannot be given, since this depends on numerous parameters, for example on the spiral shape, eccentricity, leading edge of the displacement body, expected throttle losses, etc. However, the observation given above shows that even small angles lead to results.

Die Geometrie und die Funktionsweise der neuen Maschine werden anhand der Fig. 3-6 erläutert.The geometry and the mode of operation of the new machine are explained with reference to FIGS. 3-6.

Der Verdrängungskörper 5 ist an seiner Eintrittskante strö­mungsgünstig, hier halbkreisförmig mit dem Radius R1 abgerun­det. Das Zentrum des Halbkreises ist der geometrische Ort, der auf dem strichliert gezeichneten Exzenterkreis rotiert.The displacer 5 is rounded at its leading edge in terms of flow, here semicircularly with the radius R1. The center of the semicircle is the geometric location that rotates on the dashed circle of eccentrics.

Bezüglich der durch die von der aussenliegenden Umfangswand 9 begrenzten Arbeitsräume 12 stellt die Verdrängerstellung nach Fig. 3 die Ausgangslage dar, d.h. der Ansaugzyklus beginnt. Es handelt sich um jene Verdrängerstellung, wie sie auch in Fig. 1 dargestellt ist und die als 180° -Stellung definiert ist. Der Verdränger bildet mit der innenliegenden Umfangswand 8 eine Dichtlinie und der obere Förderraum ist mit dem voll verfügba­ren Querschnitt gegen den Einlass 2 geöffnet.With regard to the working spaces 12 delimited by the outer peripheral wall 9, the displacement position according to FIG. 3 represents the starting position, i.e. the suction cycle begins. It is the displacement position, as it is also shown in Fig. 1 and which is defined as a 180 ° position. The displacer forms a sealing line with the inner circumferential wall 8 and the upper conveying chamber is opened towards the inlet 2 with the fully available cross section.

In Fig. 6 ist die entgegengesetzte 0°/360°-Stellung gezeigt. Der Verdränger 5 liegt an der aussenliegenden Umfangswand 9 an. In dieser Stellung ist ohne die neue Massnahme der Ansaug­vorgang abgeschlossen.In Fig. 6 the opposite 0 ° / 360 ° position is shown. The displacer 5 bears against the outer peripheral wall 9. In this position, the suction process is complete without the new measure.

An der aussenliegenden Umfangswand 9 ist die Schliesskante 13 um den Winkel α gegenüber der Ebene, die die 0°/360°-Stellung markiert, vorverlegt. Nach Fig. 5 tritt die erstmalige Dicht­linie anlässlich der Kreisbewegung des Verdrängers 5 im Ver­gleich zum herkömmlichen Fall also wesentlich früher auf. Der Ansaugvorgang ist demnach früher beendet. Das im Arbeisraum 12 eingeschlossene Volumen ist in Anbetracht der Ausführungen zu Fig. 2 grösser als jenes, welches in Fig. 6 dargestellt ist. Das heisst nichts anderes, als dass auch der erwünschte Ver­dichtungsvorgang früher einsetzt. Hierzu ist es jedoch erfor­derlich, dass vom Schliesspunkt 13 bis zur 0°-Stellung perma­ nent abgedichtet wird, damit keine Rückströmung aus dem Ar­beitsraum 12 in den Einlass 2 erfolgt.On the outer peripheral wall 9, the closing edge 13 is advanced by the angle α relative to the plane which marks the 0 ° / 360 ° position. 5, the first sealing line occurs considerably earlier on the occasion of the circular movement of the displacer 5 compared to the conventional case. The suction process is therefore ended earlier. The volume enclosed in the working space 12 is, in view of the explanations relating to FIG. 2, greater than that which is shown in FIG. 6. That means nothing else than that the desired compression process starts earlier. For this, however, it is necessary that from the closing point 13 to 0 ° position perma is not sealed so that there is no backflow from the working space 12 into the inlet 2.

Der Uebergang von der Umfangswand 9 bis zur Schliesskante 13 wird durch einen Kreisbogen 9′ vollzogen. Dessen Radius R2 ist eine Funktion der Verdrängereintrittskante. Würde der Verdrän­gungskörper 5 scharfkantig abschliessen, so entspräche der Ra­dius R2 der Exzentrizität e. Im gezeigten Beispiel mit halb­rundem Abschluss entspricht der Radius R2 der Summe der Radien R1 des Halbkreises und e der Exzentrizität.The transition from the peripheral wall 9 to the closing edge 13 is performed by an arc 9 '. Its radius R2 is a function of the displacer leading edge. If the displacement body 5 were terminated with a sharp edge, the radius R2 would correspond to the eccentricity e. In the example shown with a semicircular end, the radius R2 corresponds to the sum of the radii R1 of the semicircle and e to the eccentricity.

Die Verdrängerposition nach Fig. 4, d.h. 270°-Stellung, soll lediglich aufzeigen, dass durch die neue Massnahme keine wirk­liche Beeinträchtigung des Eintrittsströmungsquerschnitts stattfindet. Darüberhinaus versteht es sich, dass die Schliesskante 13 an sich nicht scharfkantig sein muss. Ein ge­gebenenfalls strömungsmässig günstigerer Uebergang des Kreis­bogens 9′ zur Kanalwand des Eintritts 2 ist ohne weiteres denkbar.The displacer position according to Fig. 4, i.e. 270 ° position, is only intended to show that the new measure does not really impair the inlet flow cross-section. Furthermore, it goes without saying that the closing edge 13 does not have to be sharp-edged per se. A possibly more favorable flow-wise transition of the circular arc 9 'to the channel wall of the inlet 2 is easily conceivable.

Ein Zahlenbeispiel soll das erzielbare Ergebnis verdeutlichen. Es werden dabei nur die beteiligten Geometrien betrachtet, d.h. ein zusätzlicher eventueller Gewinn an verhinderter Rück­strömung wird nicht berücksichtigt. Zugrundegelegt wird eine Grössenordnung, wie sie bei einer Anwendung der Maschine als Spiralkompressor zur Aufladung von Brennkraftmaschinen durch­aus üblich ist.A numerical example should illustrate the achievable result. Only the geometries involved are considered, i.e. an additional eventual gain in prevented backflow is not taken into account. This is based on an order of magnitude that is quite common when the machine is used as a scroll compressor for charging internal combustion engines.

Der betrachtete Spiralenabschnitt an der aussenliegenden Um­fangswand 9, von dem nur die ersten 360° der Gesamtumschlin­gung wesentlich sind - jener Abschnitt also, der den sichel­förmigen Arbeitsraum 12 nach beendetem Ansaugen umfasst setzt sich aus zwei Halbkreisen mit den Radien 68 mm und 52 mm zusammen. Die Exzentrizität betrage 4 mm; die Schliesskante 13 sei um den Drehwinkel α = 50° vorverlegt. Bei dieser Konfigu­ration kann leicht errechnet werden, dass durch die neue Mass­ nahme im Arbeitsraum eine Flächenvergrösserung von 5,1 % er­zielbar ist.The spiral section under consideration on the outer circumferential wall 9, of which only the first 360 ° of the overall wrap is essential - the section that comprises the crescent-shaped working space 12 after the suction has ended is composed of two semicircles with the radii 68 mm and 52 mm. The eccentricity is 4 mm; the closing edge 13 is brought forward by the angle of rotation α = 50 °. With this configuration it can easily be calculated that the new dimensions increase in area of 5.1% can be achieved.

Claims (2)

1. Rotationskolben-Verdrängungsarbeitsmaschine für kompres­sible Medien, mit mindestens einem durch spiralförmige, sich von einer Seitenwand (20) eines feststehenden Gehäu­ses (7) senkrecht erstreckende Umfangswände (8,9) be­grenzten Förderraum (6), der von einem ausserhalb der Spirale liegenden Einlass (2) und einem innerhalb der Spirale liegenden Auslass (3) führt, und mit einem in den Förderraum (6) ragenden, 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 (9 resp. 8) des Förderrausm (6) an je mindestens einer fortschreitenden Dichtlinie nahezu berührt, wobei die Spiralform so ge­wählt ist, dass das theoretisch grösstmögliche Einlassvo­lumen im Förderraum (6) zwischen Verdrängungskörper (5) und aussenliegender Umfangswand (9) erreicht ist, bevor der kreisende Läufer (1), der die senkrechten Verdrän­gungskörper (5) trägt, in Bezug auf den Förderraum (6) die 0°/360°-Stellung einnimmt, bei der der Verdrängungs­körper (5) an der aussenliegenden Umfangswand (9) an­liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlinie am einlasseitigen Ende der aussenliegenden Umfangswand (9) gegenüber der 0°/360°-Stellung um einen Winkel (α) zwi­schen 5° und 50° vorverlegt ist, wobei die Umfangswand (9) in diesem Winkelbereich einen Kreisbogen (9′) bildet.1. Rotary piston displacement machine for compressible media, with at least one by means of spiral, from a side wall (20) of a fixed housing (7) vertically extending peripheral walls (8,9) limited delivery space (6), which is from an outside of the spiral inlet (2) and an outlet (3) lying within the spiral, and with a spiral-shaped displacement body (5) projecting into the delivery space (6), which is mounted in relation to the delivery space for executing a circular, torsion-free movement and its center (10) is offset eccentrically from the center (11) of the peripheral walls (8,9) such that the displacement body (5) always has at least both the outer and the inner peripheral wall (9 and 8) of the conveying space (6) a progressive sealing line almost touches, the spiral shape being selected so that the theoretically the largest possible inlet volume in the delivery chamber (6) between the displacement body r (5) and the outer peripheral wall (9) is reached before the rotating rotor (1), which carries the vertical displacement bodies (5), assumes the 0 ° / 360 ° position with respect to the delivery chamber (6) the displacement body (5) rests on the outer peripheral wall (9), characterized in that the sealing line at the inlet end of the outer peripheral wall (9) with respect to the 0 ° / 360 ° position by an angle (α) between 5 ° and 50 ° is brought forward, the peripheral wall (9) forming an arc (9 ') in this angular range. 2. Rotationskolben-Verdrängungsarbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei halbkreisförmiger Ausbildung der Eintrittskante des Verdrängungskörpers (5) der vorverlegte Kreisbogen (9′) einen Radius (R2) auf­ weist, welcher der Summe der Radien (R1 und e) von halb­kreisförmigem Eintritt und Exzentrizität entspricht.2. Rotary piston displacement machine according to claim 1, characterized in that the semicircular formation of the leading edge of the displacement body (5) of the forward arc (9 ') has a radius (R2) points, which corresponds to the sum of the radii (R1 and e) of semicircular entry and eccentricity.
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