EP0451669A1

EP0451669A1 - Positive displacement machine for compressible fluids

Info

Publication number: EP0451669A1
Application number: EP91105196A
Authority: EP
Inventors: Otto Schäfer; Claus Müller; Lothar Mertens; Andreas Börstler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1991-04-02
Publication date: 1991-10-16

Abstract

For a positive displacement machine (1) of the spiral type, it is proposed, in order to seal axial and radial gaps, that the surfaces which are to be sealed with respect to one another be provided with a viscous coating compound (14), in the manner of a grease or a paste, which is self-adhesive and cannot be blown away during operation of the positive displacement machine (1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdrängermaschine für kompressible Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Verdrängermaschine.The invention relates to a displacement machine for compressible media according to the preamble of claim 1, and a method for producing the displacement machine.

Eine gattungsgemäße Verdrängermaschine ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 31 41 525. Bei derartigen Verdrängermaschinen wird ein mit spiralförmigen Verdrängerkorpern versehener Läufer in einem mit ebenfalls spiralförmigen Verdrängerkammern versehenen Gehäuse so bewegt, daß etwa sichelförmige Arbeitsräume entstehen. Diese bewegen sich vom Einlaß der Verdrängerkammer hindurch zum Auslaß, wobei ihr Volumen ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementsprechend erhöht wird. Für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen haben sich in der Praxis Verdrängermaschinen bewährt, bei denen die Krümmung von Verdrängerkammer und Verdrängerkörper so bemessen ist, daß beim Betrieb zwischen diesen kein berührender Kontakt auftritt, sondern ein minimaler radialer Restspalt verbleibt. Problematisch ist die Bemessung der Breite dieses Dichtspaltes. Ein recht großzügig bemessener Restspalt ist einfach herstellbar, beeinträchtigt jedoch den Liefergrad der Verdrängermaschine. Ein sehr geringer Restspalt kehrt diese Verhältnisse genau um, ist also wesentlich schwieriger zu fertigen und bewirkt einen guten Liefergrad.A generic displacement machine is known, for example, from DE-OS 31 41 525. In displacement machines of this type, a rotor provided with spiral displacement bodies is moved in a housing also provided with spiral displacement chambers in such a way that approximately crescent-shaped work spaces are created. These move from the inlet of the displacement chamber to the outlet, their volume constantly being reduced and the pressure of the working medium being increased accordingly. For charging purposes of internal combustion engines, displacement machines have proven themselves in practice, in which the curvature of the displacement chamber and displacement body is dimensioned such that no contact occurs between them during operation, but a minimal radial residual gap remains. The dimensioning of the width of this sealing gap is problematic. A fairly generous residual gap is easy to manufacture, but affects the delivery rate of the displacement machine. A very small remaining gap reverses these conditions exactly, so it is much more difficult to manufacture and results in a good delivery rate.

Zur Abdichtung dieses Restspaltes sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt geworden. So ist es aus der eingangs genannten DE-OS 31 41 525 beispielsweise bekannt an den jeweils gegeneinander abzudichtenden Flächen eine gezielt aufgebrachte Rauhigkeit vorzusehen, deren Spitzen beim Einlauf der Maschine plastisch verformbar bzw. abtragbar sind. Diese für die Erhöhung des Liefergrades an sich günstige Abdichtung erfordert aber immer noch eine gezielte Bearbeitung der gegeneinander abzudichtenden Flächen.Various measures have already become known for sealing this residual gap. So it is from the beginning DE-OS 31 41 525, for example, known to provide a specifically applied roughness on the surfaces to be sealed against each other, the tips of which are plastically deformable or removable when the machine runs in. However, this sealing, which is advantageous in itself for increasing the degree of delivery, still requires specific processing of the surfaces to be sealed off from one another.

Die nicht gattungsgemäße DE-OS 26 39 174 offenbart eine Verdrängermaschine, deren Verdrängerkörper die Verdrängerkammer berührend im Gehäuse umläuft. Für eine wirksame radiale Dichtung sind die einander berührenden Wandungen mit einer selbstschmierenden Schicht versehen. Die Aufbringung solch selbstschmierender Schichten ist sehr aufwendig, weil das hierfür notwendige Rohmaterial zunächst zugeschnitten werden muß, bevor dann in einem weiteren Herstellungsschritt beispielsweise eine Klebung des nun fertig zugeschnittenen Materials vorgenommen werden kann.DE-OS 26 39 174, which is not of the generic type, discloses a displacement machine, the displacement body of which rotates in contact with the displacement chamber in the housing. The contacting walls are provided with a self-lubricating layer for an effective radial seal. The application of such self-lubricating layers is very complex because the raw material required for this must first be cut before the finished material can be glued in a further manufacturing step.

Es ist ferner aus der DE-OS 37 11 986 bekannt, die spiralförmigen Wände von Verdrängerkammer und/oder Verdrängerkörper mit einer aushärtbaren Harzmasse zu überziehen. Letztlich verbleibt aber wieder eine feste Oberfläche, so daß mit einer derartig ausgeführten Verdrängermaschine der eingangs genannte Zielkonflikt zwischen kostengünstiger Herstellung einerseits und gutem Liefergrad der Verdrängermaschine andererseits nicht zufriedenstellend aufgelöst werden kann.It is also known from DE-OS 37 11 986 to cover the spiral walls of the displacement chamber and / or displacement body with a hardenable resin composition. Ultimately, however, a solid surface remains again, so that with a displacement machine designed in this way, the conflict of objectives mentioned at the outset between inexpensive manufacture on the one hand and a good degree of delivery of the displacement machine on the other hand cannot be satisfactorily resolved.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für gattungsgemäße Verdrängermaschinen eine wirkungsvolle Abdichtung zwischen den einzelnen Arbeitsräumen zu schaffen, die eine kostengünstigere Fertigung der Verdrängermaschine bei einer gleichzeitigen Erhöhung deren Liefergrades ermöglicht.Against this background, the invention has for its object to provide an effective seal between the individual work spaces for generic displacement machines, which enables a more cost-effective production of the displacement machine while increasing the degree of delivery.

Diese Aufgabe wird gegenständlich durch die Merkmale des Anspruchs 1 und verfahrensmäßig jeweils durch die Merkmale der Ansprüche 4 bis 6 gelöst. Erfindungsgemäß wird also am Verdrängerkörper und/oder an der Verdrängerkammer eine selbsthaftende und im Betrieb der Verdrängermaschine durch das kompressible Medium nicht abblasbare, viskose Auftragsmasse nach der Art eines Fettes oder einer Paste aufgebracht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved objectively by the features of claim 1 and procedurally in each case by the features of claims 4 to 6. According to the invention, it is on the displacer and / or applied to the displacement chamber a self-adhesive, viscous application mass in the manner of a grease or a paste that cannot be blown off by the compressible medium during operation of the displacement machine. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die kostengünstigere Fertigung der Verdrängermaschinen wird gemäß der Erfindung nun dadurch erreicht, daß die spanabhebend zu bearbeitenden Umfangswände von Vedrängerkammer und Verdrängerkörper jetzt mit einer größeren Bearbeitungstoleranz versehen werden können, weil bei einer eventuellen Vergrößerung des Restspaltes die entsprechend dick aufgetragene Fettschicht bzw. Paste dann immer noch die einzelnen Arbeitsräume gegeneinander abdichtet. In praktischen Versuchen hat sich darüber hinaus gezeigt, daß gerade im unteren Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine der Liefergrad gegenüber bislang in der Praxis eingesetzten Verdrängermaschinen deutlich verbessert werden kann. Es kommt noch hinzu, daß bei Verdrängermaschinen, deren Grundwerkstoff überwiegend Magnesium ist, auf eine Beizung nach der spanabhebenden Bearbeitung verzichtet werden kann, so daß ein weiterer kostenaufwendiger Herstellungsschritt entfallen kann.The less expensive manufacture of the displacement machines is now achieved according to the invention in that the peripheral walls to be machined of the displacement chamber and displacement body can now be provided with a greater machining tolerance, because with a possible enlargement of the remaining gap, the fat layer or paste applied correspondingly thick will still be seals the individual workspaces against each other. In practical tests, it has also been shown that, particularly in the lower speed range of an internal combustion engine, the degree of delivery can be significantly improved compared to displacement machines previously used in practice. In addition, there is no need for pickling after the machining in displacement machines, the base material of which is predominantly magnesium, so that a further costly manufacturing step can be dispensed with.

Bei den vorgeschlagenen Verfahren zur Aufbringung der Auftragsmasse wird in vorteilhafter Weise die Wirkung der Verdrängermaschine für die Verteilung der Auftragsmasse genutzt. Überschüssige Auftragsmasse wird durch die Verdrängermaschine selbst von deren Einlaß zum Auslaß hindurchgefördert und sorgt so über den gesamten Umfang der spiralförmigen Wände für eine gleichmäßige, dem jeweiligen Restspaltmaß entsprechende Verteilung der Auftragsmasse.In the proposed methods for applying the application mass, the effect of the displacement machine is advantageously used for the distribution of the application mass. Excess application mass is conveyed through the displacement machine itself from its inlet to the outlet and thus ensures a uniform distribution of the application mass over the entire circumference of the spiral walls.

In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Man erkennt eine gattungsgemäße Verdrängermaschine 1 mit einem feststehenden Gehäuse 2, in das eine schlitzartige, spiralförmig verlaufende Verdrängerkammer 3 eingearbeitet ist, die von einem Einlaß 4 zu einem Auslaß 5 führt. Umfangswände 6 und 7 der Verdrängerkammer 3 verlaufen im wesentlichen parallel mit konstantem Abstand zueinander und können beispielsweise durch mehrere aneinander anschließende Kreisbögen gebildet sein.In the drawing, an embodiment of the invention is shown in a schematic representation, which is explained in more detail below. One recognizes a generic displacement machine 1 with a fixed housing 2 into which a slot-like, spiral-shaped displacement chamber 3 is incorporated, which leads from an inlet 4 to an outlet 5. Circumferential walls 6 and 7 of the displacement chamber 3 run essentially parallel to one another at a constant distance and can be formed, for example, by a plurality of circular arcs adjoining one another.

In der Verdrängerkammer 3 ist ein ebenfalls spiralförmig verlaufender, zungen- oder bandartiger Verdrängerkörper 8 gehalten, dessen Krümmung so bemessen ist, daß er die inneren und äußeren Umfangswände 6, 7 der Verdrängerkammer 3 bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel je 2 x nahezu berührt. Dieser Verdrängerkörper 8 ist nun beispielsweise durch Befestigung auf einer hier nicht dargestellten, exzentrisch antreibbaren Scheibe derart geführt, daß jeder seiner Punkte beim Antrieb in der mit dem Pfeil 9 angegebenen Richtung eine durch die Umfangswände der Verdrängerkammer 3 begrenzte Kreisbewegung ausführt. Die Kontur dieser Kreisbewegung ist in der Zeichnung mit dem Kreis 10 angegeben, wobei der in dem Kreis eingetragene Punkt 11 jeweils eine markierte Stellung des antreibenden Exzenters angibt.In the displacement chamber 3 is also a spiral, tongue or band-like displacement body 8 is held, the curvature of which is dimensioned such that it almost touches the inner and outer peripheral walls 6, 7 of the displacement chamber 3 in the embodiment shown in the drawing twice. This displacement body 8 is now guided, for example, by attachment to an eccentrically drivable disk, not shown here, such that each of its points executes a circular movement delimited by the peripheral walls of the displacement chamber 3 when it is driven in the direction indicated by arrow 9. The contour of this circular movement is indicated in the drawing by the circle 10, the point 11 entered in the circle each indicating a marked position of the driving eccentric.

Infolge der mehrfachen, abwechselnden Annäherung des Verdrängerkörpers 8 an die inneren und äußeren Umfangswände 6, 7 der Verdrängerkammer 3 ergeben sich auf beiden Seiten des Verdrängerkörpers 8 sichelförmige, das Arbeitsmedium einschließende Arbeitsräume, die durch den exzentrischen Antrieb des Verdrängerkörpers 8 in Umfangsrichtung durch die Verdrängerkammer 3 hindurch in Richtung auf den Auslaß 5 vorgeschoben werden. Zur Verdeutlichung dieses Arbeitsprinzips sind in der Zeichnung gegeneinander abzudichtende Arbeitsräume mit 12 und 13 bezeichnet und durch eine besondere Schraffur gekennzeichnet.As a result of the multiple, alternating approach of the displacer 8 to the inner and outer circumferential walls 6, 7 of the displacer 3, crescent-shaped work spaces enclosing the working medium result on both sides of the displacer 8, which are caused by the eccentric drive of the displacer 8 in the circumferential direction through the displacer 3 are advanced towards the outlet 5. To illustrate this working principle, working spaces to be sealed off from one another are designated 12 and 13 in the drawing and are identified by special hatching.

Um nun beispielsweise den Arbeitsraum 13 zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Verdrängermaschine 1 abzudichten, ist auf den Umfangsflächen des Verdrängerkörpers 8 sowie auf den Umfangswänden 6 und 7 eine gestrichelt angedeutete selbsthaftende viskose Auftragsmasse 14 aufgetragen. Diese fett- oder pastenartige Auftragsmasse ist so konsistent, daß sie auch über längere Betriebsdauern der Verdrängermaschine 1 hinweg durch das zu fördernde kompressible Medium nicht abgeblasen werden kann. Wird die erfindungsgemäße Verdrängermaschine 1 für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen genutzt, ist vorzugsweise eine Auftragsmasse 14 zu verwenden, die öl-, kraftstoff- und abgasresistent ist.In order, for example, to seal the working space 13 to increase the overall efficiency of the displacement machine 1, there is a self-adhesive line indicated by dashed lines on the peripheral surfaces of the displacement body 8 and on the peripheral walls 6 and 7 viscous application mass 14 applied. This fat or paste-like application mass is so consistent that it cannot be blown off by the compressible medium to be conveyed even over longer operating times of the displacement machine 1. If the displacement machine 1 according to the invention is used for charging purposes of internal combustion engines, an application mass 14 is preferably to be used which is oil, fuel and exhaust gas resistant.

Die Auftragsmasse 14 dient jedoch nicht nur der radialen Abdichtung, sondern ist auch geeignet die - in der Zeichnung nicht dargestellten - axialen Dichtspalte zwischen dem Verdrängerkörper 8 und der Verdrängerkammer 3 abzudichten. Die Auftragsmasse 14 kann jedoch bei der axialen Dichtung auch in Kombination mit in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten Dichtleisten verwendet werden, die beispielsweise am stirnseitigen Rand des Verdrängerkörpers 8 angeordnet sind und die die gegenüberliegende Wand der Verdrängerkammer 3 vorzugsweise unter einer elastischen Vorspannung stehend berühren. Für diese Dichtleisten wirkt die Auftragsmasse 14 als Schmierung und gewährleistet somit über lange Betriebsdauern hinweg eine gleichmäßig gute Dichtwirkung, weil der Verschleiß der Dichtleisten erheblich herabgesetzt wird.The application mass 14 not only serves for radial sealing, but is also suitable for sealing the axial sealing gaps - not shown in the drawing - between the displacer body 8 and the displacer chamber 3. The application mass 14 can, however, also be used in the axial seal in combination with sealing strips, also not shown in the drawing, which are arranged, for example, on the front edge of the displacer body 8 and which preferably touch the opposite wall of the displacer chamber 3 under an elastic prestress. For these sealing strips, the application mass 14 acts as lubrication and thus ensures a uniformly good sealing effect over long operating times, because the wear of the sealing strips is considerably reduced.

Verständlicherweise kann an einzelnen Verdrängermaschinen die Auftragsmasse 14 von Hand, beispielsweise durch Bestreichen der in Frage kommenden Wandungen mit einem Pinsel, aufgetragen werden. Für die Großserienfertigung ist jedoch ein Beschichtungsverfahren anzustreben, das kostengünstig automatisierbar ist. So ist es beispielsweise möglich, den Verdrängerkörper 8 und/oder das Gehäuse 2 in einen mit der Auftragsmasse gefüllten Behälter zu tauchen. Nach dem anschließenden Einbau des Verdrängerkörpers 8 in das Gehäuse 2 wird der Verdrängerkörper 8 in Pfeilrichtung 9 so lange gedreht, bis die auf den Oberflächen der jeweiligen Wandungen vorhandene überschüssige Auftragsmasse 14 aus dem Auslaß 5 hinausgefördert ist. Auf diese Weise stellen sich optimale Spaltmaße ein, ohne daß besondere Anforderungen hinsichtlich einer maßgenauen Dosierung oder einer Feinverteilung der Auftragsmasse 14 entstehen.Understandably, the application mass 14 can be applied to individual displacement machines by hand, for example by brushing the walls in question with a brush. For large series production, however, a coating process that can be automated at low cost is desirable. For example, it is possible to immerse the displacer 8 and / or the housing 2 in a container filled with the application mass. After the subsequent installation of the displacer 8 in the housing 2, the displacer 8 is rotated in the direction of the arrow 9 until the excess application mass 14 present on the surfaces of the respective walls is conveyed out of the outlet 5. In this way, optimal gap dimensions are established without any special requirements with regard to dimensionally accurate metering or fine distribution the order mass 14 arise.

Alternativ kann aber auch die bereits fertig zusammengebaute Verdrängermaschine 1 am Einlaß 4 unter gleichzeitiger Bewegung des Verdrängerkörpers 8 vollständig mit Auftragsmasse gefüllt werden. Anschließend wird der Verdrängerkörper 8 so lange weiterbewegt, bis die überschüssige Auftragsmasse aus der Verdrängermaschine 1 hinausgefördert ist. Zur Beschleunigung dieses Verfahrens kann es zweckmäßig sein, am Einlaß 4 die zu verteilende Auftragsmasse so zu dosieren, daß einerseits eine einwandfreie Beschichtung sämtlicher Flächen gewährleistet wird, und daß andererseits möglichst wenig überschüssige Auftragsmasse noch hinausgefördert werden muß.Alternatively, however, the already assembled displacement machine 1 at the inlet 4 can be completely filled with application mass while simultaneously moving the displacement body 8. The displacer body 8 is then moved on until the excess application mass is conveyed out of the displacer 1. To accelerate this process, it may be expedient to meter the application mass to be distributed at the inlet 4 in such a way that, on the one hand, a perfect coating of all surfaces is ensured, and on the other hand, as little excess application mass as possible has to be conveyed out.

Ebenfalls leicht automatisierbar ist eine Beschichtung des Verdrängerkörpers 8 sowie des Gehäuses 2 mit einer Sprühvorrichtung. Für ein derartiges Auftragsverfahren ist die Auftragsmasse zunächst mit einem Lösungsmittel zu versehen, damit sie sprühfähig wird. Nach der Beschichtung verdampft dann das Lösungsmittel, so daß die Auftragsmasse dann über die Selbsthaftung hinaus auch im Betrieb der Verdrängermaschine 1 auf den Wandungen abblassicher haftet.A coating of the displacer 8 and of the housing 2 with a spray device is also easily automated. For such an application process, the application compound must first be provided with a solvent so that it becomes sprayable. After the coating, the solvent then evaporates, so that the coating composition then adheres to the walls in a manner that prevents bleeding, even when the displacement machine 1 is in operation.

Es ist im jeweiligen Anwendungsfalle zu prüfen, ob zur Gewährleistung einer einwandfreien Dichtwirkung die Beschichtung nur eines Bauteiles, beispielsweise des Verdrängerkörpers 8 oder des Gehäuses 2, ausreichend ist, oder ob eine Beschichtung beider Bauteile vor einer Verdrehung des Verdrängerkörpers 8 in der Verdrängerkammer 3 notwendig ist.In the respective application, it must be checked whether the coating of only one component, for example the displacer body 8 or the housing 2, is sufficient to ensure a perfect sealing effect, or whether a coating of both components is necessary before the displacer body 8 is rotated in the displacer chamber 3 .

In praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, daß sowohl hinsichtlich der Maßgenauigkeit des radialen Dichtspaltes als auch der Oberflächenqualität der zu beschichtenden Flächen wesentlich größere Fertigungstoleranzen zugelassen werden können. Dadurch wird nicht nur die spanabhebende Fertigung als solche weniger aufwendig, sondern der gesamte Herstellungsprozeß kann so sicher beherrscht werden, daß für die Überprüfung der Maßhaltigkeit an Bauteilen der Verdrängermaschine 1 in der Großserienfertigung nur noch Stichprobenkontrollen und nicht wie bisher jedes Bauteil erfassende Kontrollen durchgeführt werden müssen.Practical tests have shown that much greater manufacturing tolerances can be permitted both with regard to the dimensional accuracy of the radial sealing gap and the surface quality of the surfaces to be coated. As a result, not only is machining as such less complex, but the entire manufacturing process can be mastered so reliably that for checking the dimensional accuracy of components of the displacement machine 1 in large-scale production, only random checks and not how So far, every component that has been checked must be carried out.

Durch die erfindungsgemäße Abdichtung mit einer fett- bzw. pastenartigen Auftragsmasse wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem also ebenso einfach wie wirkungsvoll gelöst.By the sealing according to the invention with a grease or paste-like application mass, the problem on which the invention is based is thus solved as simply as effectively.

Claims

Displacement machine (1) for compressible media with at least one displacement chamber (3) arranged in a fixed housing (2) and constructed in the manner of a spiral slot and with a displacement or band-like displacement body (also spiral-shaped) associated with the displacement chamber (3) ( 8), which is held on a disc-shaped rotor which can be driven eccentrically relative to the housing (2) such that during operation each of its points executes a circular movement delimited by the peripheral walls (6, 7) of the displacement chamber (3), and its curvature relative to that the displacement chamber (3) is dimensioned such that it almost touches the radially inner and outer circumferential walls (6, 7) of the displacement chamber on at least one sealing line that continuously progresses during operation, and with at least one means for sealing the between the fixed housing (2 ) and the displacer er (8) or the column formed by the rotor, characterized in that the agent has a viscous application mass (14) which is self-adhering to the walls of the displacer body (8) and / or the displacer chamber (3) and cannot be blown off during operation of the displacer machine (1). is like a fat or paste.

Displacement machine according to Claim 1, characterized in that the application mass (14) is oil-resistant.

Displacement machine according to claim 1 or 2, characterized in that the application mass (14) is fuel-resistant.

Displacement machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the application mass (14) is resistant to exhaust gases.

Method for coating the displacement machine (1) with the application composition (14) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the displacement body (8) and / or the displacement chamber (3) into a container filled with the application composition (14) is immersed, and that after their assembly the displacer (8) in the displacer chamber (3) is moved until the excess application mass (14) has been conveyed out of the displacer (1).

Method for coating the displacement machine (1) with the application composition (14) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the fully assembled displacement machine (1) is filled with the application composition (14) and that the rotor or the displacement body (8) is moved until the excess application mass (14) has been conveyed out of the displacement machine (1).

Method for coating the displacement machine (1) with the application composition (14) according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the application composition (14) is first mixed with a solvent, and then the application composition mixed with the solvent ( 14) is sprayed onto the displacement body (8) and / or the displacement chamber (3).