EP0560009A1 - Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip - Google Patents

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EP0560009A1
EP0560009A1 EP93100202A EP93100202A EP0560009A1 EP 0560009 A1 EP0560009 A1 EP 0560009A1 EP 93100202 A EP93100202 A EP 93100202A EP 93100202 A EP93100202 A EP 93100202A EP 0560009 A1 EP0560009 A1 EP 0560009A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spiral
inlet
disc
displacement machine
machine according
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.)
Withdrawn
Application number
EP93100202A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Kolb
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP0560009A1 publication Critical patent/EP0560009A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02Rotary-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
    • F01C1/0207Rotary-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
    • F01C1/0246Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry

Definitions

  • Displacement machine for compressible media with a plurality of spiral conveying spaces arranged in a fixed housing, which lead from a radially outer inlet to a radially inner outlet, and with a displacer assigned to the conveying spaces, essentially consisting of a disk with spiral strips arranged vertically on both sides, the eccentrically driven displacement body executes a circular movement delimited by the circumferential walls of the delivery chamber with each of its points during operation.
  • 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 delivery 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.
  • 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.
  • 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.
  • Such a machine has one of the number of nested in the displacer body at the inlet-side ends of the spirals Spirals corresponding number of discontinuities in the radial extension of the center disc. The discontinuity is increased in the axial direction by the spiral strips.
  • the temperature of the working fluid increases due to the increasing compression.
  • the center disk has a higher temperature in its hub section than in its outer area at the inlet-side end of the spirals. If the displacement body is made of a commercially available material with a coefficient of thermal expansion greater than zero, this temperature distribution creates tensile stresses in the outer area of the disk and compressive stresses in the hub area.
  • the geometric discontinuities mentioned and the temperature profile result in a stress concentration in the inlet area of the pane and thus an increased material stress.
  • the displacement body is therefore preferably made of a light metal alloy, for example magnesium.
  • Such alloys have quite good strength values at room temperature; however, these good values drop rapidly at higher temperatures when it comes to commercially available alloys without costly additives.
  • the object of the invention is to constructively modify a displacement machine of the type mentioned at the beginning in such a way that the stress concentration in the inlet area of the displacement disk is considerably reduced becomes.
  • clamping flap is dimensioned thinner than the disk or the immediately adjacent disk extension. This allows a further reduction of the tensile stresses in the outlet of the groin ends, since a thin clamping tab is more elastic than a thick-walled version.
  • the rotor of the machine as a whole is designated by 1 in FIG. 2.
  • Arranged on both sides of the disk 2 are two, displaced, mutually offset by 180 °, spirally extending bodies. 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 disc 2 with a roller bearing 22 is seated on an eccentric disc 23 (FIG. 3). This disk is in turn part of the main shaft 24.
  • the guide eye 5 of the guide eccentric arrangement is connected to the runner via a bow-shaped 21 rib.
  • the eye lies in the tangential extension of the inlet side End of the spiral bar 3a.
  • FIG. 1 shows the housing half 7b shown on the right 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.
  • 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. which, like the displacement bodies of the disk 2, comprise a spiral of 360 °.
  • the displacement bodies 3a, 3b engage, the curvature of which is dimensioned such that the strips almost touch the inner and outer cylinder walls of the housing at several, for example at two points each.
  • seals 49 are inserted in corresponding grooves. With them, the working rooms against the side walls of the housing respectively. sealed against the displacement disc.
  • FIG. 1 also shows that the disc 2 - apart from the radially protruding eye 5 - closes radially with the strips 3a, 3b.
  • the disk has to penetrate at least one half of the housing in the radial direction in the area of the inlets 12a, 12b. In the present case, this is done on the housing half 7 shown on the left in FIG.
  • This measure has the advantage that, in this housing half, sealing strips are only to be arranged on the inner webs 46a, 46b, which seal the delivery spaces 11a, 11b against one another via the disk 2 up to the outlet.
  • this transition is now designed as a circular shoulder 47a, 47b with the radius R1.
  • the counter surface on the disk 2 is provided with a corresponding circular arc-shaped recess 48a, 48b, the radius R2 of this recess corresponding to the eccentricity e + radius R1.
  • the discontinuity in the radial extent of the center disk 2 is locally displaced and that is brought forward. This means that the disc in the The area of the inlet 12a, 12b of the spiral strips 3a, 3b is extended beyond the spiral inlet.
  • the dimension A of the extension 2a, 2b corresponds at least to the simple inside width B between two adjacent, nested spirals in the inlet area.
  • the dimension A of the disk extension 2a, 2b is significantly larger than the clear width B between two adjacent, nested spirals - which clear width also corresponds to that of the associated conveying spaces - for the following reason:
  • the spirals span a wrap angle of a total of 360 °, the majority of which are formed with a first curvature and have a significantly smaller radius of curvature on the outlet side over an angular range of approximately 45 °.
  • This shortening of the spiral enables the passage windows 6 ′ to be arranged in the pane 2. These windows are now located approximately in the radial plane of the inlet area of the pane which is at risk from the stress concentration.
  • the minimum dimension by which the pane protrudes beyond the inlet area is not measured from the inlet edge of the spiral, but from the plane which marks the narrowest cross section between the passage window 6 'and discontinuity in the pane transition. In the present case, this is the radial plane C.
  • a minimum dimension A for the extension 2a, 2b which is greater than the clear width B of the associated delivery area.
  • the disk extensions 2a, 2b are provided radially on the outside with a material accumulation, which form clamping tabs 50a, 50b for the mechanical processing of the rotor.
  • These clamping tabs are thinner than the disc 2 (Fig. 4 and 5). As a result, they are not touched by the milling tool, which is usually used on both sides of the wheel. The pore-free cast skin thus remains unprocessed and does not form a starting point for possible crack formation.
  • the spiral strips 3a, 3b run into the pane extension 2a, 2b at their ends on the entry side, the outlet 51a, 51b opening into the clamping tabs 50a, 50b (FIG. 5).
  • This outlet 51a, 51b of the strip ends is dimensioned thinner than the strips 3a, 3b. The fact that the end edges of the strips do not run perpendicular to the pane, but rather at an angle to them, gives the free-standing ends of the strips greater stability.
  • the said slope has a curvature and opens into the clamping tabs 50a, 50b with a very flat transition angle ⁇ .
  • This extension of the foot area of the strips in the circumferential direction thus ends in an unprocessed area. This has a favorable effect on the reduction of the tensile stresses which arise due to the temperature gradient present in the radial direction during operation.
  • the clamping tab 50a is located radially inside the rib 21, which defines the limits of its geometric extension. It has a smaller mass than the opposing clamping tab 50b. This is achieved in that the latter is dimensioned larger in the tangential direction with the same thickness. With this measure you have a simple means in hand to make a mass balance for the rib 21 based on the dimensioning of the flap 50b. This is advantageous for the sake of relieving the guiding intervention provided in eye 5.
  • 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 are displaced by the delivery chambers during the drive of the rotor disk in the direction of the outlet. The volumes of these working spaces are reduced and the pressure of the working fluid is increased accordingly.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown and described.
  • the new measure can be used just as advantageously for positive-displacement runners whose disc does not end on the outside with the strips, but where the center disc forms a sealing surface projects beyond the strips in diameter, as is the case, for example, in the aforementioned DE-C-26 03 462.

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Abstract

Eine Verdrängermaschine für kompressible Medien mit mehreren in einem Gehäuse angeordneten spiralförmigen Förderräumen arbeitet mit einem den Förderräumen zugeordneten Verdrängerkörper (1). Dieser besteht im wesentlichen aus einer Scheibe (2) mit an beiden Seiten senkrecht angeordneten spiralförmigen Leisten (3a, 3b). Die Scheibe (2) ist im Bereich des Einlasses der spiralförmigen Leisten (3a, 3b) über den Spiraleneinlass hinaus verlängert (2a, 2b). Diese Scheibenverlängerung (2a, 2b) ist radial aussen mit einer als Aufspannlappen (50a, 50b) dienenden Materialanhäufung versehen. Die spiralförmigen Leisten (3a, 3b) laufen an ihren eintrittsseitigen Enden in die Scheibenverlängerung (2a, 2b) aus, wobei der Auslauf (51a, 51b) in den Aufspannlappen (50a, 50b) mündet. <IMAGE>

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Verdrängermaschine für kompressible Medien mit mehreren in einem feststehenden Gehäuse angeordneten spiralförmigen Förderräumen, welche von einem radial aussenliegenden Einlass zu einem radial innenliegenden Auslass führen, und mit einem den Förderräumen zugeordneten Verdrängerkörper, im wesentlichen bestehend aus einer Scheibe mit an beiden Seiten senkrecht angeordneten spiralförmigen Leisten, wobei der exzentrisch angetriebene Verdrängerkörper während des Betriebes mit jedem seiner Punkte eine von den Umfangswänden des Förderraumes begrenzte Kreisbewegung ausführt.
  • Stand der Technik
  • 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.
  • 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. Eine solche Maschine weist beim Verdrängerkörper an den eintrittsseitigen Enden der Spiralen eine der Anzahl der ineinandergeschachtelten Spiralen entsprechende Anzahl Unstetigkeiten in der radialen Erstreckung der Mittelscheibe auf. Die Unstetigkeit wird in axialer Richtung durch die spiralförmigen Leisten noch verstärkt.
  • Bei der Förderung des Arbeitsmittels von radial aussen nach radial innen tritt infolge der zunehmenden Verdichtung eine Temperaturerhöhung des Arbeitsmittels auf. Dies hat zur Folge, dass die Mittelscheibe in ihrer Nabenpartie eine höhere Temperatur aufweist als in ihrem Aussenbereich am einlasseitigen Ende der Spiralen. Sofern der Verdrängerkörper aus einem handelsüblichen Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten grösser als Null gefertigt ist, enstehen durch diese Temperaturverteilung in der Scheibe in deren Aussenbereich Zugspannungen und in deren Nabenbereich Druckspannungen. Durch die erwähnten geometrischen Unstetigkeiten und den Temperaturverlauf resultiert im Einlassbereich der Scheibe eine Spannungskonzentration und damit eine erhöhte Materialbeanspruchung.
  • Darstellung der Erfindung
  • Um das Bauvolumen der Maschine besser auszunutzen, geht die Entwicklungstendenz in Richtung höherer Druckverhältnisse und höherer Drehzahlen. Ersteres bedingt noch steilere Temperaturgradienten in der Scheibe, letzteres führt zu grösseren Massenkräften. Der Verdrängerkörper wird deshalb bevorzugt aus einer Leichtmetallegierung, beispielsweise Magnesium, ausgeführt. Solche Legierungen weisen recht gute Festigkeitswerte bei Raumtemperatur auf; diese guten Werte fallen jedoch bei höheren Temperaturen rasch ab, wenn es sich um handelsübliche Legierungen ohne kostspieligen Zusätze handelt.
  • Ausgehend von der Absicht, weiterhin von den Vorteilen der Leichtmetallegierungen wie Gewicht, Kosten, Reibeigenschaften und dergeichen Gebrauch zu machen, stellt sich der Erfindung die Aufgabe, eine Verdrängungsmaschine der eingangs genannten Art konstruktiv so zu abzuändern, dass die Spannungskonzentration im Einlassbereich der Verdrängerscheibe erheblich reduziert wird.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst,
    • dass die Scheibe im Bereich des Einlasses der spiralförmigen Leisten über den Spiraleneinlass hinaus verlängert ist,
    • dass diese Scheibenverlängerung radial aussen mit einer als Aufspannlappen dienenden Materialanhäufung versehen ist,
    • und dass spiralförmigen Leisten an ihren eintrittsseitigen Enden in die Scheibenverlängerung auslaufen, wobei der Auslauf in den Aufspannlappen mündet.
  • Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch eine einfache bauliche Massnahme, welche die Funktionsfähigkeit der Maschine nicht beeinträchtigt, nunmehr die Einsatzgrenzen eines an sich vorteilhaften Werkstoffes wie Magnesium erheblich erhöht sind.
  • Es ist zweckmässig, wenn der Auslauf der Leistenenden dünner bemessen ist als die Leisten selbst am Spiraleneintritt. Dies erleichtert die Bearbeitung der äusseren Leistenkontur am Eintritt.
  • Wenn der Auslauf der Leistenenden gekrümmt verläuft und mit einem sehr flachen Übergangswinkel in den Aufspannlappen mündet, so werden die im Übergangsbereich Leistenende/Scheibe auftretenden Zugspannungsspitzen bedeutend abgebaut.
  • Ferner ist es sinnvoll, wenn der Aufspannlappen dünner bemessen ist als die Scheibe beziehungsweise die unmittelbar angrenzende Scheibenverlängerung. Dadurch kann eine weitere Reduktion der Zugspannungen im Auslauf der Leistenden erreicht werden, da ein dünner Aufspannlappen elastischer als eine dickwandige Ausführung ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
    Es zeigen:
  • Fig. 1
    einen Querschnitt durch das luftseitige Gehäuseteil der Verdrängermaschine mit eingelegtem Läufer nach Linie I-I in Fig. 3;
    Fig. 2
    eine Vorderansicht des Läufers;
    Fig. 3
    einen Längsschnitt durch die Verdrängermaschine;
    Fig. 4
    einen Teilschnitt im Bereich des Spiraleneintritts gemäss Linie 4-4 in Fig. 2;
    Fig. 5
    eine Ansicht einer auslaufenden Leiste im Eintrittsbereich gemäss Ansichtspfeil D in Fig. 2
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Zwecks Erläuterung der Funktionsweise des Verdichters, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird auf die bereits genannte DE-C3-2 603 462 verwiesen. Nachstehend wird nur der für das Verständnis notwendige Maschinenaufbau und Prozessablauf kurz beschrieben. Der Übersichtlichkeit wegen sind in Fig. 2 der Läufer allein, in Fig. 1 das Gehäuse mit den Förderräumen und dem eingelegten Verdränger gezeigt. Der besseren Übersicht wegen sind die Gehäusewandungen nicht schraffiert, während die geschnittenen Leisten des Läufers schwarz ausgezogen sind.
  • Mit 1 ist in Fig. 2 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.
  • 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.
  • Das Führungsauge 5 der Führungsexzenteranordnung ist mit dem Läufer über eine bügelförmige 21 Rippe verbunden. Das Auge liegt in der tangentialen Verlängerung des einlassseitigen Endes der spiralförmigen Leiste 3a. Mit dieser Anordnung wird eine hohe Steifigkeit in tangentialer Richtung und eine hohe Elastizität in radialer Richtung erreicht. Ausserdem dient dieses Konzept zur Aufnahme von allfälligen zwischen den zwei Angriffspunkten Führungsauge 5 und Nabe 4 auftretenden Längenänderungen und bewirkt einen selbsttätigen Ausgleich.
  • In Fig. 1 ist die in Fig. 3 rechts dargestellte Gehäusehälfte 7b des aus zwei Hälften 7a, 7b zusammengesetzten, über Befestigungsaugen 8 (Fig. 3) zur Aufnahme von Verschraubungen miteinander verbundenen Maschinengehäuses gezeigt. 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. An den freien Stirnseiten der Leisten 3a, 3b und der Stege 45, 46 sind Dichtungen 49 in entsprechenden Nuten eingelegt. Mit ihnen werden die Arbeitsräume gegen die Seitenwände des Gehäuses resp. gegen die Verdrängerscheibe gedichtet.
  • Bei dieser Art von Maschine, bei welcher zwei um 180° gegeneinander versetzte Spiralen ineinandergeschachtelt sind, ist eine weitere Dichtung erforderlich; und zwar müssen jeweils die eintrittsseitigen Förderräume der einen Spirale gegen die weiter radial innenliegenden Förderräume der andern Spirale voneinander getrennt werden. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass im Bereich des Einlasses 12b der Steg 45a mit der äusseren Zylinderwand 14a sich im Steg 46b mit der inneren Zylinderwand 15b fortsetzt. Diese Massnahme trifft auch im Bereich des Einlasses 12a zu. Der Übergang erfolgt hier vom Steg 45b zum Steg 46a.
  • Die Fig. 1 zeigt ferner, dass die Scheibe 2 - abgesehen von dem radial überstehenden Auge 5 - radial mit den Leisten 3a, 3b abschliesst. Dies bedeutet, dass die Scheibe in radialer Richtung im Bereich der Einlässe 12a, 12b mindestens eine Gehäusehälfte durchdringen muss. Im vorliegenden Fall geschieht dies an der in Fig. 3 links dargestellten Gehäusehälfte 7. Hierzu sind deren innenliegenden Stege 46a, 46b gegenüber den aussenliegenden Stegen 45a, 45b um den Betrag der Scheibendicke abgesenkt. Diese Massnahme weist den Vorteil auf, dass in dieser Gehäusehälfte nur an den inneren Stegen 46a, 46b Dichtleisten anzuordnen sind, die bis zum Auslass hin die Förderräume 11a, 11b über die Scheibe 2 gegeneinander abdichten.
  • Würde nun der Uebergang vom Steg 45a zum Steg 46b scharfkantig und radial erfolgen und demzufolge auch die Scheibe 2 an den entsprechenden Eintrittspartien radial abschliessen, so entstünde eine Undichtigkeit zwischen den Förderkammern 11a und 11b. Um dies zu vermeiden, ist dieser Uebergang nunmehr als kreisrunder Absatz 47a, 47b mit dem Radius R1 ausgebildet. Die Gegenfläche an der Scheibe 2 wird mit einer entsprechend kreisbogenförmigen Aussparung 48a, 48b versehen, wobei der Radius R2 dieser Aussparung der Exzentrizität e + Radius R1 entspricht. Diese Absätze 47a, 47b kooperieren anlässlich des Maschinenbetriebes zwecks Bildung einer Dichtlinie mit den kreisbogenförmigen Aussparungen 48a, 48b.
  • Die radial inneren Teile der Aussparungen 48a, 48b sind nunmehr der geometrische Ort für die nicht zu vermeidenden Unstetigkeiten. Gemäss der Erfindung wird die Unstetigkeit in der radialen Erstreckung der Mittelscheibe 2 örtlich verlagert und zwar vorverlegt. Dies bedeutet, dass die Scheibe im Bereich des Einlasses 12a, 12b der spiralförmigen Leisten 3a, 3b über den Spiraleneinlass hinaus verlängert ist. Das Mass A der Verlängerung 2a, 2b entspricht mindestens der einfachen lichten Weite B zwischen zwei benachbarten, ineinandergeschachtelten Spiralen im Einlassbereich. Dies führt dazu, dass in radialer Richtung der Übergang der Mittelscheibe vom eintrittsseitigen Ende der einen Spirale auf die zweite um 180° verdrehte und ineinandergeschachtelte Spirale gegen die Zuströmrichtung des Arbeitsmittels weggerückt ist. Damit befindet sich die Unstetigkeit nicht mehr in der gefährdeten Zone im Spiralen-Einlassbereich. Die Scheibe 2 ist mit dem gleichen Aussenradius RA verlängert, den sie im Einlassbereich der Spiralen aufweist.
  • Im gezeigten Beispiel ist das Mass A der Scheibenverlängerung 2a, 2b wesentlich grösser als die lichte Weite B zwischen zwei benachbarten, ineinandergeschachtelten Spiralen, - welche lichte Weite im übrigen auch jener der zugehörigen Förderrräume entspricht - und zwar aus folgendem Grund:
  • Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführung umspannen die Spiralen einen Umschlingungswinkel von insgesamt 360°, wobei sie im überwiegenden Teil mit einer ersten Krümmung ausgebildet sind und ausstrittsseitig über einen Winkelbereich von ca. 45° einen wesentlich kleineren Krümmungsradius aufweisen. Durch diese Verkürzung der Spirale ist die Möglichkeit zur Anordnung der Durchtrittsfenster 6' in der Scheibe 2 gegeben. Diese Fenster befinden sich nunmehr etwa in der Radialebene des von der Spannungskonzentration gefährdeten Einlassbereiches der Scheibe.
  • Das Mindestmass, um den die Scheibe über den Einlassbereich hinausragt, bemisst sich in diesem Fall nicht von der Einlasskante der Spirale aus, sondern von der Ebene aus, die den engsten Querschnitt zwischen Durchtrittsfenster 6' und Unstetigkeit im Scheibenübergang markiert. Im vorliegenden Fall ist dies die Radialebene C. Mit dieser Bemessungsregel ergibt sich in jedem Fall ein Mindestmass A für die Verlängerung 2a, 2b, welches grösser ist als lichte Weite B des zugehörigen Förderrraumes.
  • Als weitere Massnahme zum Abbau der Spannungskonzentration sind die Scheibenverlängerungen 2a, 2b radial aussen mit einer Materialanhäufung versehen, welche Aufspannlappen 50a, 50b für die mechanische Bearbeitung des Läufers bilden. Diese Aufspannlappen sind dünner bemessen als die Scheibe 2 (Fig 4 und 5). Dadurch werden sie vom Fräswerkzeug, mit welchem die Scheibe in der Regel beidseitig bearbeitet wird, nicht berührt. Die porenfreie Gusshaut bleibt somit unbearbeitet und bildet keinen Ausgangspunkt für eventuelle Rissbildung.
  • Die spiralförmigen Leisten 3a, 3b laufen an ihren eintrittsseitigen Enden in die Scheibenverlängerung 2a, 2b aus, wobei der Auslauf 51a, 51b in den Aufspannlappen 50a, 50b mündet (Fig. 5). Dieser Auslauf 51a, 51b der Leistenenden ist dünner bemessen als als die Leisten 3a, 3b. Die Tatsache, dass die Endkanten der Leisten nicht senkrecht zur Scheibe, sondern schräg dazu verlaufen, verleiht den freistehenden Enden der Leisten eine grössere Stabilität.
  • Die genannte Schräge weist eine Krümmung auf und mündet mit einem sehr flachen Übergangswinkel α in die Aufspannlappen 50a, 50b. Diese Verlängerung des Fussbereiches der Leisten in Umfangsrichtung endet somit in einem unbearbeiteten Bereich. Dies wirkt sich günstig aus auf den Abbau der Zugspannungen, welche durch das in radialer Richtung während des Betriebes vorhandenene Temperaturgefälle entstehen.
  • Der Aufspannlappen 50a befindet sich radial innerhalb der Rippe 21, womit die Grenzen seiner geometrischen Ausdehnung festgelegt sind. Er weist eine kleinere Masse auf als der gegenüberliegende Aufspannlappen 50b. Dies wird dadurch erreicht, indem letzterer bei gleicher Dicke in tangentialer Richtung grösser bemessen wird. Mit dieser Massnahme hat man ein einfaches Mittel in der Hand, um anhand der Dimensionierung des Lappens 50b einen Massenausgleich für die Rippe 21 vorzunehmen. Dies ist aus Gründen der Entlastung des im Auge 5 vorgesehenen Führungseingriffs vorteilhaft.
  • 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.
  • 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 ergehen 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.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Genau so vorteilhaft kann die neue Massnahme bei Verdrängerläufern Anwendung finden, deren Scheibe aussen nicht mit den Leisten abschliesst, sondern bei denen die Mittelscheibe zur Bildung einer Dichtfläche die Leisten im Durchmesser überragt, so wie dies beispielsweise bei der eingangs erwähnten DE-C-26 03 462 der Fall ist.
  • BEZEICHNUNGSLISTE
  • 1
    Läufer
    2
    Scheibe
    2a, 2b
    Scheibenverlängerung
    3a, 3b
    Leiste
    4
    Nabe
    5
    Auge
    6, 6'
    Durchtrittsfenster
    7a, 7b
    Gehäusehälfte
    8
    Befestigungsauge
    9
    Aufnahme für 24
    10
    Aufnahme für 27
    11a, 11b
    Förderraum
    12a, 12b
    Einlass
    13
    Auslass
    14a, 14b
    Zylinderwand
    15a, 15b
    Zylinderwand
    16
    Zahnriemenantrieb
    17
    Wälzlager für 24
    18
    Gleitlager für 24
    19
    Keilriemenscheibe
    20
    Gegengewicht an 24
    21
    bügelförmige Rippe
    22
    Wälzlager für 23
    23
    Exzenterscheibe
    24
    Hauptwelle
    25
    Führungslager
    26
    Exzenterbolzen
    27
    Führungswelle
    28
    Gleitlager für 27
    45a, 45b
    Steg mit äusserer Zylinderwand
    46a, 46b
    Steg mit innerer Zylinderwand
    47a, 47b
    Absatz
    48a, 48b
    Aussparung
    49
    Dichtung
    50a, 50b
    Aufspannlappen
    51a, 51b
    Auslauf von 3a, 3b
    R1
    Radius von 47a, 47b
    R2
    Radius von 48a, 48b
    e
    Exzentrizität (Fig. 1 + 3)
    RA
    äusserer Radius der Scheibe 2
    B
    lichte Weite der Förderräume
    C
    Radialebene
    α
    Übergangswinkel von 51 zu 50

Claims (7)

  1. Verdrängermaschine für kompressible Medien mit mehreren in einem feststehenden Gehäuse (7a, 7b) angeordneten spiralförmigen Förderräumen (11a, 11b), welche von einem radial aussenliegenden Einlass (12a, 12b) zu einem radial innenliegenden Auslass (13) führen, und mit einem den Förderräumen zugeordneten Verdrängerkörper, im wesentlichen bestehend aus einer Scheibe (2) mit an beiden Seiten senkrecht angeordneten spiralförmigen Leisten (3a, 3b), wobei der exzentrisch angetriebene Verdrängerkörper während des Betriebes mit jedem seiner Punkte eine von den Umfangswänden des Förderraumes begrenzte Kreisbewegung ausführt,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Scheibe (2) im Bereich des Einlasses (12a, 12b) der spiralförmigen Leisten (3a, 3b) über den Spiraleneinlass hinaus verlängert ist,
    - dass diese Scheibenverlängerung (2a, 2b) radial aussen mit einer als Aufspannlappen (50a, 50b) dienenden Materialanhäufung versehen ist,
    - und dass die spiralförmigen Leisten (3a, 3b) an ihren eintrittsseitigen Enden in die Scheibenverlängerung (2a, 2b) auslaufen, wobei der Auslauf (51a, 51b) in den Aufspannlappen (50a, 50b) mündet.
  2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe mit annähernd dem gleichen Aussenradius (RA) verlängert wird, den sie im Einlassbereich der Spiralen aufweist.
  3. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf (51a, 51b) der Leistenenden dünner bemessen ist als als die Leisten (3a, 3b).
  4. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf (51a, 51b) der Leistenenden gekrümmt verläuft und mit einem sehr flachen Übergangswinkel (α) in den Aufspannlappen (50a, 50b) mündet.
  5. Verdrangermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufspannlappen (50a, 50b) dünner bemessen ist als die Scheibe (2).
  6. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, bei welcher zur Führung des Verdrängerkörpers gegenüber dem Gehäuse eine gegenüber einer ersten Exzenteranordnung (23, 24) mit Abstand angeordnete zweite Exzenteranordnung (26, 27) vorgesehen ist, und wobei das Führungsauge (5) der zweiten Führungsexzenteranordnung mit der Scheibe (2) über eine Rippe (21) derart verbunden ist, dass das Führungsauge zumindest annähernd in der tangentialen Verlängerung des einlassseitigen Endes der zugehörigen spiralförmigen Leiste (3a) liegt,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aufspannlappen (50a) sich radial innerhalb der Rippe (21) befindet.
  7. Verdrängermaschine nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) mit zwei diametral gegenüberliegenden Aufspannlappen (50a, 50b) versehen ist, wobei der sich radial innerhalb der Rippe (21) befindende Aufspannlappen (50a) eine kleinere Masse aufweist als der gegenüberliegende Aufspannlappen (50b).
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