EP0545190B1 - Scroll-type fluid displacement machine - Google Patents
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- EP0545190B1 EP0545190B1 EP92119877A EP92119877A EP0545190B1 EP 0545190 B1 EP0545190 B1 EP 0545190B1 EP 92119877 A EP92119877 A EP 92119877A EP 92119877 A EP92119877 A EP 92119877A EP 0545190 B1 EP0545190 B1 EP 0545190B1
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- curvature
- angle
- spirals
- delivery chamber
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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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
-
- 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
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- 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 displacement machine for compressible media according to the preamble of patent claim 1.
- Displacement machines of the spiral type are known for example from DE-C-26 03 462.
- a compressor constructed according to this principle is characterized by an almost pulsation-free conveyance of the gaseous working medium, which consists, for example, of air or an air-fuel mixture, and could therefore also be used with advantage for charging purposes of internal combustion engines, among other things.
- the gaseous working medium which consists, for example, of air or an air-fuel mixture
- Displacement chamber along the displacement chamber between the spiral-shaped displacement body and the two peripheral walls Displacement chamber includes a plurality of roughly crescent-shaped work spaces which move from the inlet through the displacement chamber to the outlet, their volume constantly being reduced and the pressure of the working medium being increased accordingly.
- the wrap angle of the spirals leads to a compressor with internal compression.
- a second spiral part with a significantly smaller radius of curvature is attached to a spiral extending over 360 °.
- a machine of the type mentioned at the outset, in which the spirals span a total wrap angle of approximately 360 °, is known from EP-A-0 321 781. These machines, which are used for charging internal combustion engines, show that a geometrically internal compression of approx. 1 represents the optimal value.
- the above-mentioned second spiral part with a significantly smaller radius of curvature can thus be omitted.
- This known machine works with a displacer, the spiral walls of which are fastened on both sides to a central wall. This central wall has through-openings in the radially inner region, which make it possible for the air conveyed by the drive-side part of the spirals to get into the air-side part in order to get out of it Machine to be peeled off.
- the invention has for its object to provide a displacement machine of the type mentioned with increased clearance between the fixed spiral ends.
- the advantage of the invention can be seen in the fact that the free cross section of the passage openings in the rotor can be considerably increased by optimizing the spiral outlet. At high throughputs, this measure reduces the pressure losses when passing through the openings.
- the axial thrust acting on the air outlet is reduced to the displacer. This in turn relieves the sealing strips on the end faces of the spiral ribs, via which the displacer is supported on the housing in the axial direction.
- the invention offers the possibility of carrying the eccentric Enlarging the main shaft in diameter and thus making it stiffer, which is very important for the load capacity of the machine.
- the rotor of the machine is designated as a whole by 1.
- two spiral-shaped displacers are arranged, which are offset by 180 ° to one another. These are strips 3a, 3b which are held vertically on the pane 2.
- the spirals themselves are formed from a plurality of circular arcs adjoining one another. 4 with the hub is designated, via which the disk 2 with a roller bearing 22 is seated on an eccentric disk 23 (FIG. 3). This disk is in turn part of the main shaft 24.
- FIG. 1 shows the housing half 7b shown on the left in FIG. 3 of the machine housing which is composed of two halves 7a, 7b and is connected via fastening eyes 8 (FIG. 3) for receiving screw connections.
- 9 symbolizes the holder for the main shaft
- 10 the holder for the guide shaft.
- 11a and 11b denote the two delivery spaces, each offset by 180 °, which are worked into the two housing halves in the manner of a spiral slot. They each run from an inlet 12a, 12b arranged on the outer circumference of the spiral in the housing to an outlet 13 provided in the interior of the housing and common to both delivery spaces. They have essentially parallel cylinder walls 14a, 14b, 15a, 15b arranged at a constant distance from one another.
- the displacers 3a, 3b engage between these cylinder walls, the curvature of which is dimensioned such that the strips almost touch the inner and outer cylinder walls of the housing at a plurality, for example at two points each.
- the drive and the guide of the rotor 1 are provided by the two spaced-apart eccentric arrangements 23, 24 and. 26, 27.
- the main shaft 24 is supported in a roller bearing 17 and a slide bearing 18. At its end protruding from the housing half 7b, the shaft is provided with a V-belt pulley 19 for the drive.
- Counterweights 20 are arranged on the shaft in order to compensate for the inertial forces arising when the rotor is eccentrically driven.
- the guide shaft 27 is inserted in a sliding bearing 28 within the housing half 7b.
- the two eccentric arrangements are synchronized with precise angles. This is done via a toothed belt drive 16.
- the double eccentric drive ensures that all points of the rotor disk and thus also all points of the two strips 3a, 3b perform a circular displacement movement.
- crescent-shaped workrooms enclosing the working medium result on both sides of the strips, which work while the rotor disk is being driven through the delivery chambers in the direction of the Outlet to be moved.
- the volumes of these working spaces decrease and the pressure of the working fluid is increased accordingly.
- the spirals of the conveying spaces 11a, 11b and the displacement bodies 1-4 which all span a wrap angle of 360 ° in total, extend in their predominant extent with a first curvature.
- this first section of curvature extends from the entry-side end of the spirals over an angle of 315 °.
- This first section consists of two arcs A and B, with its initial part A running over 180 and the end part over 135 °.
- the pole of the beginning portion A is designated for the Verdrticianspirale in Fig. 2 with P A, that of the end portion P with B.
- the associated radii of curvature are designated R A and R B.
- the curvature of the second section C extends over the remaining angle of 45 ° with a significantly smaller radius of curvature.
- This second section is also a circular arc, the pole of which is denoted by P C and the radius of curvature by R C.
- the cylinder walls of the delivery rooms are adapted to this displacement form.
- the second section C ZA of the outer cylinder wall can be clearly seen in FIG. 1.
- the second section C Zi of the inner cylinder wall is not so clearly recognizable. This is the usual rounding of the wall at the end of the spiral, the radius of the rounding corresponding to half the wall thickness. From the point of view of production technology, the configuration selected is therefore advantageous, since no special work processes have to be carried out for the inner cylinder wall.
- the shortening angle ⁇ is plotted on the abscissa of these graphs. This is the angular range in which the second sections of the spirals with the substantially smaller radius of curvature are to be formed. The effects were examined in a range between 0 ° and 180 °. The latter value would mean that the spirals would only consist of an arc in their first section. The second part would have the much smaller radius R C and would extend over 180 °.
- the ordinate of FIG. 4 shows the service life L of the main eccentric bearing 17 in [%]. This assumes that it is a needle bearing and that the machine is designed for a constant maximum volume flow. By shortening the spiral by the shortening angle, the orbiting mass of the rotor 1 becomes smaller and thus loads the bearing less at a constant speed. According to the diagram it can be seen that compared to the initial case, i.e. a 360 ° spiral without the inventive measure, any shortening in the range between 0 ° and 100 ° causes an increase in the service life. The subsequent drop is due to the speed increase that becomes necessary if the speed is reduced further.
- FIG. 6 The required increase in the speed of the main shaft 24 is shown in FIG. 6, in which the speed n is plotted on the ordinate.
- FIG. 7 shows the displacer mass m on the ordinate.
- a cross-comparison with FIGS. 6 and 4 shows that from a ten percent increase in speed, despite a considerable decrease in mass, the speed begins to have a dominant influence on the service life of the rolling bearing.
- the available interior space D (FIG. 1) between the spiral ends is plotted in [%] on the ordinate of FIG. 8. It can be seen that, compared to the initial case, a significant gain in space can be achieved by shortening over a wide angular range.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine für kompressible Medien gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a displacement machine for compressible media according to the preamble of
Verdrängermaschinen der Spiralbauart sind beispielsweise durch die DE-C-26 03 462 bekannt. Ein nach diesem Prinzip aufgebauter Verdichter zeichnet sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung des beispielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch bestehenden gasförmigen Arbeitsmittels aus und könnte daher unter anderem auch für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen mit Vorteil herangezogen werden. Während des Betriebes eines solchen Kompressors werden entlang der Verdrängerkammer zwischen dem spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper und den beiden Umfangswänden der Verdrängerkammer mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich von dem Einlass durch die Verdrängerkammer hindurch zum Auslass hin bewegen, wobei ihr Volumen ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementsprechend erhöht wird. Bei dieser Maschine wird davon ausgegangen, dass der Umschlingungswinkel der Spiralen zu einem Kompressor mit innerer Verdichtung führt. Hierzu ist im Anschluss an eine sich über 360° erstreckende Spirale ein zweiter Spiralenteil mit wesentlich kleinerem Krümmungsradius angehängt.Displacement machines of the spiral type are known for example from DE-C-26 03 462. A compressor constructed according to this principle is characterized by an almost pulsation-free conveyance of the gaseous working medium, which consists, for example, of air or an air-fuel mixture, and could therefore also be used with advantage for charging purposes of internal combustion engines, among other things. During the operation of such a compressor, along the displacement chamber between the spiral-shaped displacement body and the two peripheral walls Displacement chamber includes a plurality of roughly crescent-shaped work spaces which move from the inlet through the displacement chamber to the outlet, their volume constantly being reduced and the pressure of the working medium being increased accordingly. With this machine it is assumed that the wrap angle of the spirals leads to a compressor with internal compression. For this purpose, a second spiral part with a significantly smaller radius of curvature is attached to a spiral extending over 360 °.
Eine Maschine, bei der die Spiralen einen gesamtem Umschlingungswinkel von ca. 450° umspannen, wobei die austrittsseitigen Spiralenteile über einen Winkel von ca. 90° ebenfalls eine wesentlich grössere Krümmung aufweisen, eine Maschine demnach, welche ebenfalls mit innerer Verdichtung arbeitet, ist bekannt aus der DE-A-31 38 585. Allein die Tatsache der inneren Verdichtung führt jedoch gerade in jenen Betriebsphasen, in denen der volle Druck und die volle Fördermenge vom Verbraucher nicht gefordert werden, zu einem erhöhten Leistungsbedarf.A machine in which the spirals span a total wrap angle of approx. 450 °, the outlet-side spiral parts also having a significantly larger curvature over an angle of approx. 90 °, a machine which also works with internal compression is known from DE-A-31 38 585. However, the fact of the internal compression alone leads to an increased power requirement precisely in those operating phases in which the full pressure and the full delivery rate are not required by the consumer.
Eine Maschine der eingangs genannten Art, bei der die Spiralen einen gesamtem Umschlingungswinkel von ca. 360° umspannen, ist bekannt aus der EP-A-0 321 781. Bei diesen Maschinen, die für die Aufladung von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, zeigt sich, dass eine geometrisch innere Verdichtung von ca. 1 den optimalen Wert darstellt. Der oben erwähnte zweite Spiralenteil mit wesentlich geringerem Krümmungsradius kann somit entfallen. Diese bekannte Maschine arbeitet mit einem Verdränger, dessen Spiralwände beidseitig auf einer Mittelwand befestigt sind. Diese Mittelwand weist im radial inneren Bereich Durchtrittsöffnungen auf, die es ermöglichen, dass die vom antriebsseitigen Teil der Spiralen geförderte Luft in den luftseitigen Teil gelangen kann, um dort aus der Maschine abgezogen zu werden. Auf jeder Seite der Mittelwand sind zwei ineinandergeschachelte Spiralen angeordnet, deren Austritte um 180° gegeneinander versetzt sind. Dementsprechend sind auch die im Gehäuse angeordneten Förderräume konfiguriert. Dies führt dazu, dass der lichte Durchmesser zwischen den inneren Förderraum-Wandungen am Spiralenaustritt massgebend ist für den verfügbaren Raum. In diesem verfügbaren Raum muss jedoch nicht nur das von den orbitierenden Spiralen verdrängte Arbeitsmedium gefördert werden. In diesem Raum müssen auch die Antriebswelle mit dem Exzenter und die Ausgleichgewichte untergebracht werden.A machine of the type mentioned at the outset, in which the spirals span a total wrap angle of approximately 360 °, is known from EP-A-0 321 781. These machines, which are used for charging internal combustion engines, show that a geometrically internal compression of approx. 1 represents the optimal value. The above-mentioned second spiral part with a significantly smaller radius of curvature can thus be omitted. This known machine works with a displacer, the spiral walls of which are fastened on both sides to a central wall. This central wall has through-openings in the radially inner region, which make it possible for the air conveyed by the drive-side part of the spirals to get into the air-side part in order to get out of it Machine to be peeled off. Two nested spirals are arranged on each side of the central wall, the outlets of which are offset by 180 ° relative to one another. The conveying spaces arranged in the housing are also configured accordingly. This means that the clear diameter between the inner walls of the delivery chamber at the spiral outlet is decisive for the available space. In this available space, however, not only the working medium displaced by the orbiting spirals has to be conveyed. The drive shaft with the eccentric and the counterweights must also be accommodated in this room.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängungsmaschine der eingangs genannten Art mit vergrössertem Freiraum zwischen den feststehenden Spiralenenden zu schaffen.The invention has for its object to provide a displacement machine of the type mentioned with increased clearance between the fixed spiral ends.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.The object is achieved by the characterizing features of the claims.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die Optimierung des Spiralenaustritts der freie Querschnitt der Durchtrittsöffnungen im Läufer erheblich vergrössert werden kann. Bei hohen Durchsätzen werden durch diese Massnahme die Druckverluste beim Durchtritt durch die Öffnungen verringert. Dies hat unter anderm zur Folge, dass auch der in Richtung Luftaustritt wirkende Axialschub auf den Verdränger reduziert wird. Dadurch werden wiederum die Dichtleisten an den Stirnseiten der Spiralrippen entlastet, über die sich der Verdränger in axialer Richtung am Gehäuse abstützt. Desweiteren bietet die Erfindung die Möglichkeit, die den Exzenter tragende Hauptwelle im Durchmesser zu vergrössern und somit steifer zu gestalten, was für die Belastbarkeit der Maschine von grosser Bedeutung ist.The advantage of the invention can be seen in the fact that the free cross section of the passage openings in the rotor can be considerably increased by optimizing the spiral outlet. At high throughputs, this measure reduces the pressure losses when passing through the openings. One of the consequences of this is that the axial thrust acting on the air outlet is reduced to the displacer. This in turn relieves the sealing strips on the end faces of the spiral ribs, via which the displacer is supported on the housing in the axial direction. Furthermore, the invention offers the possibility of carrying the eccentric Enlarging the main shaft in diameter and thus making it stiffer, which is very important for the load capacity of the machine.
Es ist besonders zweckmässig, wenn die Spiralen am austrittsseitigen Ende über einen Winkel von 45° mit der deutlich kleineren Krümmung versehen sind. Mit dieser Massnahme ist für eine Spiralmaschine mit einem geometrischen Verdichtungsverhältnis von ca. 1 der grösstmögliche Freiraum zu erzielen.It is particularly expedient if the spirals at the outlet end are provided with the significantly smaller curvature at an angle of 45 °. With this measure, the greatest possible freedom can be achieved for a spiral machine with a geometric compression ratio of approx. 1.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Querschnitt durch das antriebsseitige Gehäuseteil der Verdrängermaschine nach Linie I-I in Fig. 3;
- Fig. 2
- eine Vorderansicht des Läufers;
- Fig. 3
- einen Längsschnitt durch die Verdrängermaschine;
- Fig. 4
- ein Schaubild Lebensdauer des Hauptexzenterlagers (Nadellager) in Funktion des Verkürzungswinkels;
- Fig. 5
- ein Schaubild Hubvolumen in Funktion des Verkürzungswinkels;
- Fig. 6
- Ein Schaubild Drehzahl in Funktion des Verkürzungswinkels;
- Fig. 7
- Ein Schaubild Masse des Verdrängers in Funktion des Verkürzungswinkels;
- Fig. 8
- Ein Schaubild Innenraum in Funktion des Verkürzungswinkels;
- Fig. 9
- Ein Schaubild Durchlassquerschnitt in Funktion des Verkürzungswinkels.
- Fig. 1
- a cross section through the drive-side housing part of the displacement machine according to line II in Fig. 3;
- Fig. 2
- a front view of the runner;
- Fig. 3
- a longitudinal section through the displacement machine;
- Fig. 4
- a diagram of the life of the main eccentric bearing (needle bearing) as a function of the shortening angle;
- Fig. 5
- a graph of displacement as a function of the shortening angle;
- Fig. 6
- A graph of speed as a function of the shortening angle;
- Fig. 7
- A graph of the mass of the displacer as a function of the shortening angle;
- Fig. 8
- A diagram of the interior as a function of the shortening angle;
- Fig. 9
- A diagram of the flow cross-section as a function of the shortening angle.
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 Übersichtlichkeit wegen sind in Fig. 2 der Läufer allein, in Fig. 1 nur die Förderwände und der eingelegte Verdränger gezeigt. Nicht dargestellt in Fig. 1 sind die übrigen geschnittenen Elemente wie Gehäuse, Führungswelle, Antriebswelle usw.In order to explain the operation of the compressor, which is not the subject of the invention, reference is made to the already mentioned DE-C3-2 603 462. In the following, only the machine structure and process flow necessary for understanding are briefly described. For the sake of clarity, the runner alone is shown in FIG. 2, and only the conveyor walls and the inserted displacer are shown in FIG. 1. Not shown in Fig. 1 are the other cut elements such as housing, guide shaft, drive shaft, etc.
Mit 1 ist der Läufer der Maschine insgesamt bezeichnet. An beiden Seiten der Scheibe 2 sind je zwei, um 180° zueinander versetzte, spiralförmig verlaufende Verdrängerköper angeordnet. Es handelt sich um Leisten 3a, 3b, die senkrecht auf der Scheibe 2 gehalten sind. Die Spiralen selbst sind im gezeigten Beispiel aus mehreren, aneinander anschliessenden Kreisbögen gebildet. Mit 4 ist die Nabe bezeichnet, über welche die Scheibe 2 mit einem Wälzlager 22 auf einer Exzenterscheibe 23 sitzt (Fig.3). Diese Scheibe ist ihrerseits Teil der Hauptwelle 24.The rotor of the machine is designated as a whole by 1. On both sides of the
Mit 5 ist ein radial ausserhalb der Leisten 3a, 3b angeordnetes Auge bezeichnet für die Aufnahme eines Führungslagers 25, welches auf einem Exzenterbolzen 26 aufgezogen ist. Dieser ist seinerseits Teil einer Führungswelle 27. Am Spiralende sind in der Scheibe vier Durchtrittsfenster 6, 6' vorgesehen, damit das Medium von einer Scheibenseite zur andern gelangen kann, um in einem nur einseitig angeordneten zentralen Auslass 13 (Fig. 3) abgezogen zu werden.5 with a radially outside the
In Fig. 1 ist die in Fig. 3 links dargestellte Gehäusehälfte 7b des aus zwei Hälften 7a, 7b zusammengesetzten, über Befestigungsaugen 8 (Fig. 3) zur Aufnahme von Verschraubungen miteinander verbundenen Maschinengehäuses gezeigt. 9 symbolisiert die Aufnahme für die Hauptwelle, 10 die Aufnahme für die Führungswelle. 11a und 11b 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 12a, 12b zu einem im Gehäuseinneren vorgesehenen, beiden Förderräumen gemeinsamen Auslass 13. Sie weisen im wesentlichen parallele, in gleichbleibendem Abstand zueinander angeordnete Zylinderwände 14a, 14b, 15a, 15b auf, die wie die Verdrängerkörper der Scheibe 2 eine Spirale von 360° umfassen. Zwischen diesen Zylinderwänden greifen die Verdrängerkörper 3a, 3b 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.1 shows the
Den Antrieb und die Führung des Läufers 1 besorgen die zwei beabstandeten Exzenteranordnungen 23, 24 resp. 26, 27. Die Hauptwelle 24 ist in einem Wälzlager 17 und einem Gleitlager 18 gelagert. An ihrem aus der Gehäushälfte 7b herausragendem Ende ist die Welle mit einer Keilriemenscheibe 19 für den Antrieb versehen. Auf der Welle sind Gegengewichte 20 angeordnet zum Ausgleich der beim exzentrischen Antrieb des Läufers entstehenden Massenkräfte. Die Führungswelle 27 ist innerhalb der Gehäusehälfte 7b in einem Gleitlager 28 eingelegt.The drive and the guide of the
Um in den Totpunktlagen eine eindeutige Führung des Läufers zu erzielen, sind die beiden Exzenteranordnungen winkelgenau synchronisiert. Dies geschieht über einen Zahnriemenantrieb 16. Anlässlich des Betriebes sorgt der Doppelexzenterantrieb dafür, dass alle Punkte der Läuferscheibe und damit auch alle Punkte der beiden Leisten 3a,3b eine kreisförmige Verschiebebewegung ausführen. Infolge der mehrfachen abwechselnden Annäherungen der Leisten 3a, 3b an die inneren und äusseren Zylinderwände der zugeordneten Förderkammern ergeben sich auf beiden Seiten der Leisten sichelförmige, das Arbeitsmedium einschliessende Arbeitsräume, die während des Antriebs 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.In order to achieve clear guidance of the rotor in the dead center positions, the two eccentric arrangements are synchronized with precise angles. This is done via a
Gemäss der Erfindung verlaufen nunmehr die Spiralen der Förderräume 11a, 11b und der Verdrängerkörper 1-4, die alle einen Umschlingungswinkel von insgesamt 360° umspannen, in ihrer überwiegenden Erstreckung mit einer ersten Krümmung. Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich dieser erste Krümmungsabschnitt vom eintrittsseitigen Ende der Spiralen an über einen Winkel von 315°. Dieser erste Abschnitt besteht aus zwei Kreisbögen A und B, wobei sein Anfangsteil A über 180 verlaüft und der Endteil über 135°. Der Pol des Anfangteils A ist für die Verdrängerspirale in Fig. 2 mit PA, jener des Endteils mit PB bezeichnet. Die zugehörigen Krümmungsradien sind mit RA und RB bezeichnet.According to the invention, the spirals of the conveying
Am austrittseitigen Ende verlaüft die Krümmung des zweiten Abschnitts C über dem verbleibenden Winkel von 45° mit wesentlich kleinerem Krümmungsradius. Es handelt sich bei diesem zweiten Aschnitt ebenfalls um einen Kreisbogen, dessen Pol mit PC und dessen Krümmungsradius mit RC bezeichnet ist.At the exit end, the curvature of the second section C extends over the remaining angle of 45 ° with a significantly smaller radius of curvature. This second section is also a circular arc, the pole of which is denoted by P C and the radius of curvature by R C.
Entsprechend dieser Verdrängerform sind die Zylinderwände der Förderräume angepasst. Beim gewählten Beispiel ist in Fig. 1 der zweite Abschnitt CZA der äusseren Zylinderwand eindeutig erkennbar. Hingegen ist der zweite Abchnitt CZi der inneren Zylinderwand nicht so ausgeprägt erkennbar. Es handelt sich hierbei um die übliche Abrundung der Wand am Spiralenende, wobei der Radius der Abrundung der halben Wandstärke entspricht. Vom fertigungstechnischen Standpunkt ist somit die gewählte Konfiguration vorteilhaft, da für die innere Zylinderwand keine speziellen Arbeitsvorgänge durchzuführen sind.The cylinder walls of the delivery rooms are adapted to this displacement form. In the example chosen, the second section C ZA of the outer cylinder wall can be clearly seen in FIG. 1. On the other hand, the second section C Zi of the inner cylinder wall is not so clearly recognizable. This is the usual rounding of the wall at the end of the spiral, the radius of the rounding corresponding to half the wall thickness. From the point of view of production technology, the configuration selected is therefore advantageous, since no special work processes have to be carried out for the inner cylinder wall.
Die Wirkungen der neuen Massnahme werden nachstehend anhand der Schaubilder in den Fig. 4 - 9 erläutert. Auf der Abzisse dieser Schaubilder ist jeweils der Verkürzungswinkel ϕ aufgetragen. Es handelt sich dabei um den Winkelbereich, in welchem die zweiten Abschnitte der Spiralen mit dem wesentlich kleineren Krümmungsradius auszubilden sind. Untersucht wurden die Auswirkungen in einem Bereich zwischen 0° und 180°. Letzterer Wert würde bedeuten, dass die Spiralen in ihrem ersten Abschnitt nur noch aus einem Kreisbogen bestehen würden. Der zweite Teil hätte den wesentlich kleineren Radius RC und würde sich über 180° erstrecken.The effects of the new measure are explained below using the diagrams in FIGS. 4-9. The shortening angle ϕ is plotted on the abscissa of these graphs. This is the angular range in which the second sections of the spirals with the substantially smaller radius of curvature are to be formed. The effects were examined in a range between 0 ° and 180 °. The latter value would mean that the spirals would only consist of an arc in their first section. The second part would have the much smaller radius R C and would extend over 180 °.
Auf der Ordinate der Fig. 4 ist in [%] die Lebensdauer L des Hauptexzenterlagers 17 aufgetragen. Hierbei wird vorausgesetzt, dass es sich um ein Nadellager handelt und die Maschine für einen konstant gehaltenen maximalen Volumenstrom ausgelegt ist. Durch die Verkürzung der Spirale um den Verkürzungswinkel wird die orbitierende Masse des Läufers 1 kleiner und belastet somit bei gleichbleibender Drehzahl das Lager weniger. Gemäss Schaubild ist erkennbar, dass gegenüber dem Ausgangsfall, d.h. einer 360°-Spirale ohne die erfinderische Massnahne, jede Verkürzung im Bereich zwischen 0° und 100° eine Erhöhung der Lebensdauer bewirkt. Der danach erfolgende Abfall ist durch die bei weiterer Verkürzung erforderlich werdende Drehzahlerhöhung bedingt.The ordinate of FIG. 4 shows the service life L of the main
Denn die Verkürzung der Spirale hat selbstverständich eine Abnahme des in den Förderräumen maximal einschliessbaren Ansaugvolumens zur Folge. Dieser Sachverhalt geht aus der Fig. 5 hervor, in welcher auf der Ordinate das Hubvolumen V dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass bei einer Verkürzung der Spirale um 90° nur noch ca. 95° des ursprünglichen Volumens gefördert werden. Will man indes dieses ursprüngliche Volumen beibehalten, so muss dies durch eine Erhöhung der Kreisgeschwindigkeit des Läufers kompensiert werden.Because the shortening of the spiral naturally results in a decrease in the maximum suction volume that can be enclosed in the delivery rooms. This fact can be seen in FIG. 5, in which the displacement V is shown on the ordinate. It can be seen that if the spiral is shortened by 90 °, only approx. 95 ° of the original volume is conveyed. If, however, one wishes to maintain this original volume, this must be compensated for by increasing the circular speed of the rotor.
Die damit erforderliche Drehzahlerhöhung der Hauptwelle 24 ist in Fig. 6 gezeigt, in welcher auf der Ordinate die Drehzahl n aufgetragen ist.The required increase in the speed of the
In der Fig. 7 ist auf der Ordinate die Verdrängermasse m aufgetragen. Hier zeigt sich im Quervergleich mit den Fig. 6 und 4, dass ab einer zehnprozentigen Drehzahlerhöhung trotz beträchlicher Masseabnahme die Drehzahl einen dominierenden Einfluss auf die Lebensdauer der Wälzlagerung auszuüben beginnt.7 shows the displacer mass m on the ordinate. Here, a cross-comparison with FIGS. 6 and 4 shows that from a ten percent increase in speed, despite a considerable decrease in mass, the speed begins to have a dominant influence on the service life of the rolling bearing.
Auf der Ordinate der Fig. 8 ist in [%] der verfügbare Innenraum D (Fig. 1) zwischen den Spiralenenden aufgetragen. Erkennbar ist, dass gegenüber dem Ausgangsfall durch die Verkürzung über einen weiten Winkelbereich ein deutlicher Raumgewinn zu erzielen ist.The available interior space D (FIG. 1) between the spiral ends is plotted in [%] on the ordinate of FIG. 8. It can be seen that, compared to the initial case, a significant gain in space can be achieved by shortening over a wide angular range.
Fig. 9 zeigt schliesslich die Abhängigkeit des Querschnitts A der Durchtrittsfenster im Läufer. Die Unstetigkeit im Winkelbereich von 90° ist auf die konstruktiv und festigkeitsmässig notwendige Anordnung von Speichen zwischen den Fenstern zurückzuführen. Es zeigt sich, dass der beispielsweise gewählte Verkürzungswinkel von 45° es ermöglicht, neben den bisher üblichen Durchtrittsfenstern 6 zusätzlich Durchtrittsfenster 6' im Läufer anzuordnen (Fig. 2) und somit die durchströmte Fläche nahezu zu verdoppeln.9 finally shows the dependence of the cross section A of the passage windows in the rotor. The discontinuity in the angular range of 90 ° is due to the structurally and structurally necessary arrangement of spokes between the windows. It can be seen that the shortening angle of 45 °, for example, makes it possible to arrange passage windows 6 'in the rotor in addition to the previously usual passage windows 6 (FIG. 2) and thus to almost double the area through which flow passes.
Aus alldem ergibt sich, dass ein Verkürzungswinkel im Bereich von 30° bis 90° zum gewünschten Ergebnis führt, und dass der beispielsweise dargestellte und beschriebenen Verkürzungswinkel von 45° besonders vorteilhaft ist.It follows from all of this that a shortening angle in the range from 30 ° to 90 ° leads to the desired result, and that the shortening angle of 45 ° shown and described for example is particularly advantageous.
- 11
- Läuferrunner
- 22nd
- Scheibedisc
- 3a, 3b3a, 3b
- Leistestrip
- 44th
- Nabehub
- 55
- Augeeye
- 6, 6'6, 6 '
- DurchtrittsfensterPassage window
- 7a, 7b7a, 7b
- GehäusehälfteHalf of the housing
- 88th
- BefestigungsaugeMounting eye
- 99
- Aufnahme für 24Recording for 24
- 1010th
- Aufnahme für 27Recording for 27
- 11a, 11b11a, 11b
- FörderraumFunding area
- 12a, 12b12a, 12b
- Einlassinlet
- 1313
- AuslassOutlet
- 14a, 14b14a, 14b
- ZylinderwandCylinder wall
- 15a, 15b15a, 15b
- ZylinderwandCylinder wall
- 1616
- ZahnriemenantriebTiming belt drive
- 1717th
- Wälzlager für 24Rolling bearings for 24
- 1818th
- Gleitlager für 24Slide bearing for 24
- 1919th
- KeilriemenscheibeV-belt pulley
- 2020th
- Gegengewicht an 24Counterweight on 24
- 2222
- Wälzlager für 23Rolling bearings for 23
- 2323
- ExzenterscheibeEccentric disc
- 2424th
- HauptwelleMain shaft
- 2525th
- FührungslagerGuide bearings
- 2626
- ExzenterbolzenEccentric bolt
- 2727
- FührungswelleGuide shaft
- 2828
- Gleitlager für 27Slide bearing for 27
- ϕϕ
- Verkürzungswinkel der SpiraleShortening angle of the spiral
- LL
- Lebensdauer der WälzlagerungLifetime of the rolling bearing
- VV
- HubvolumenStroke volume
- nn
- Drehzahl der HauptwelleMain shaft speed
- mm
- VerdrängermasseDisplacement mass
- DD
- verfügbarer Innenraumavailable interior
- AA
- Querschnitt der DurchtrittsfensterCross section of the passage window
- AA
- Anfangsteil des ersten AbschnittesBeginning part of the first section
- BB
- Endteil des ersten AbschnittesEnd part of the first section
- CC.
- Zweiter Abschnittsecond part
- PA P A
- Pol des Anfangteils des ersten AbschnittesPole of the beginning of the first section
- PB P B
- Pol des Endteils des ersten AbschnittesPole of the end part of the first section
- PC P C
- Pol des zweiten AbschnittesPole of the second section
- RA R A
- Radius des Anfangteils des ersten AbschnittesRadius of the beginning of the first section
- RB R B
- Radius des Endteils des ersten AbschnittesRadius of the end part of the first section
- RC R C
- Radius des zweiten AbschnittesRadius of the second section
- CZA C ZA
- Zweiter Abschnitt der äusseren ZylinderwandSecond section of the outer cylinder wall
- CZi C room
- Zweiter Abschnitt der inneren ZylinderwandSecond section of the inner cylinder wall
Claims (2)
- Displacement machine for compressible media, having at least two helical delivery chambers (11a, 11b), which are mutually offset by 180° and are disposed in a fixed housing (7a, 7b) and which span an angle of wrap of 360°, and having a helical displacement body (1-4) assigned to each delivery chamber, which helical displacement body spans an angle of wrap of 360° and is held in such a way on a disc-shaped rotor (1) which can be eccentrically driven relative to the housing that, during operation, each of its points performs a circular motion limited by the peripheral walls of the delivery chamber, and the curvature of which displacement body is dimensioned relative to that of the delivery chamber such that it almost touches the inner and outer peripheral walls of the delivery chamber at at least one sealing line in each case, which sealing line continually advances during operation, characterized in that the spirals of the delivery chamber (11a, 11b) and of the displacement body (1-4) display from their inlet, in their predominant extent, a first curvature section comprising at least one circular arc, and in that the outlet-side end of the spirals displays, over an angular range (ψ) ranging from about 30° to about 90°, a second curvature section having a markedly greater curvature.
- Displacement machine according to Claim 1, characterized in that the second curvature section having the markedly greater curvature extends over an angle (ψ) of 45° at the outlet-side end of the spirals.
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