Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip

Abstract

 In einer Verdrängermaschine für kompressible Medien mit vier in einem feststehenden Gehäuse angeordneten Förderräumen weist jede Gehäusehälfte (7) zwei um ca. 180° gegeneinander versetz­te und spiralförmig von einem Einlass (12,12′) zu einem Aus­lass (13) verlaufende Förderräume (11,11′) auf. Jedem För­derraum ist ein in diesen eingreifenden Verdrängerkörper zuge­ordnet, der als spiralförmige Leiste (3,3′) senkrecht auf ei­nem gegenüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren scheiben­förmigen Läufer (1) gehalten ist. Zu dessen Führung ist im Ge­häuse eine zu einer ersten Antriebsexzenteranordnung (9) mit Abstand angeordnete zweite Führungsexzenteranordnung (10) vorgesehen. Zur nachgiebigen Aufnahme von allfälligen Längen­differenzen zwischen Förderraum und Verdrängerkörper ist das Führungsauge (5) der Führungsexzenteranordnung mit dem schei­benförmigen Läufer (1) über eine Rippe (29) verbunden ist, die als tangentiale Verlängerung einer der spiralförmigen Leisten (3) an deren einlassseitigem Ende ausgebildet ist.

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine für kompressi­ble Medien mit mindestens vier in einem feststehenden Gehäuse angeordneten Förderräumen, wobei bei vier Förderräumen jede Gehäusehälfte zwei um ca. 180° gegeneinander versetzte und spiralförmig von einem Einlass zu einem Auslass verlaufende Förderräume aufweist, und wobei jedem Förderraum ein in diesen eingreifenden Verdrängerkörper zugeordnet ist, der als spiral­förmige Leiste senkrecht auf einem gegenüber dem Gehäuse ex­zentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer gehalten ist, zu dessen Führung im Gehäuse eine zu einer ersten Antriebsex­zenteranordnung mit Abstand angeordnete zweite Führungsexzen­teranordnung vorgesehen ist, wobei zur nachgiebigen Aufnahme von allfälligen Längendifferenzen zwischen Förderraum und Ver­drängerkörper ein Ausgleichsmittel am Läufer vorgesehen ist.

Stand der Technik

[0002] Verdrängermaschinen nach dem Spiralprinzip sind beispielsweise aus der DE-C3-2 603 462 bekannt. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung des beispielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch bestehenden gas­förmigen Arbeitsmittel aus und können daher auch für Aufla­dezwecke von Brennkraftmaschinen mit Vorteil herangezogen wer­den. Während des Betriebes einer solchen als Verdichter arbei­tenden Verdrängermaschine werden entlang der Förderkammer zwischen dem spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper und den beiden Zylinderwänden der Förderkammer infolge unter­schiedlicher Krümmung der Spiralformen mehrere, etwa sichel­förmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich von einem Ar­beitsmitteleinlass durch die Förderkammer hindurch zu einem Arbeitsmittelauslass hin bewegen, wobei ihr Volumen ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels entsprechend er­höht wird. Die Verdrängerkörper werden durch auf dem scheiben­förmigen Läufer im wesentlichen senkrecht stehend gehaltene, spiralförmige Leisten gebildet, die eine relativ grosse axiale Länge im Verhältnis zu ihrer Stärke aufweisen. Aehnliche Ver­hältnisse liegen auf der Seite des feststehenden Gehäuses vor, wo zwischen den Förderkammern ebenfalls spiralförmige, lei­stenartige Stege stehenbleiben mit im Verhältnis zur Wand­stärke relativ grosser Länge in axialer und in Umfangsrich­tung.

[0003] Eine präzise Abwälzung eines Verdrängerkörpers nach dem Spi­ralprinzip durch eine translatorische Kreisbewegung wird durch einen Doppelkurbeltrieb erreicht, wie er beispielsweise aus der DE-A-3 230 979 bekannt ist und bei dem eine Kurbel an­treibt und die zweite Kurbel führt. Um nun Längendifferenzen zwischen den beiden Angriffspunkten der Antriebs- und der Füh­rungsanordnung ausgleichen zu können, sieht diese bekannte Lösung ein längenverschiebbares Uebertragungsglied vor, und zwar in Richtung der Verbindungslinie der Angriffspunkte. Dieses Uebertragungsglied besteht aus einem in der Führungsan­ordnung des Läufers verstellbar gehaltenen Halterungsglied, welches ein Gleitstein sein kann, der in einer Parallelführung verschiebbar ist. Die Parallelführung umfasst eines der zwei Lager der Führungsanordnung, über die somit ein allfälliger Ausgleich von Dehnungsdifferenzen stattfinden kann.

[0004] Eine andere Lösung für dieses Problem ist in der DE-A-3 107231 beschrieben. Zur Vermeidung von unzulässig hohen Belastungen, die durch Toleranzsummierung bei der Fertigung oder durch unterschiedliche Wärmedehung zwischen den beiden Angriffspunk­ten an dem kreisenden Läufer auftreten können, ist an wenig­stens einem der Angriffspunkte, vorzugsweise an dem Angriffs­punkt der Führungsvorrichtung, eine mit einer elastischen Bet­tung versehene Lageranordnung vorgesehen. Diese elastische Bettung kann beispielsweise durch einen gummielastischen Ring gebildet sein, welcher zwischen Lageraussenring und Lagerauge sitzt.

Darstellung der Erfindung

[0005] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, bei einer Verdrängermaschine der eingangs genannten Art eine weitere Möglichkeit zur Aufnahme von zwischen zwei Angriffspunkten auftretenden Längenänderungen zu schaffen, die möglichst einfach ausgebildet ist und einen selbsttätigen Ausgleich bewirkt.

[0006] Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Füh­rungsauge der Führungsexzenteranordnung mit dem scheibenförmi­gen Läufer über eine Rippe verbunden ist, die als tangentiale Verlängerung einer der spiralförmigen Leisten an deren ein­lassseitigem Ende ausgebildet ist.

[0007] Mit dieser Massnahme wir eine hohe Steifigkeit in tangentialer Richtung und eine hohe Elastizität in radialer Richtung er­reicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0008] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

[0009] Es zeigt:

Fig. 1 ein Gehäuseteil der Verdrängermaschine

Fig. 2 einen Läufer mit erfindungsgemässem Führungsexzenter

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Verdrängermaschine

Fig. 4 eine perspektivische Teildarstellung des Führungsex­zenters

Weg zur Ausführung der Erfindung

[0010] 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.

[0011] Der Uebersichtlichkeit wegen ist die Maschine in den Fig. 1 und 2 in demontiertem Zustand gezeigt.

[0012] Mit 1 ist der Läufer der Maschine insgesamt bezeichnet. An beiden Seiten der Scheibe 2 sind je zwei, um 180° zueinander versetzte, spiralförmig verlaufende Verdrängerkörper angeord­net. Es handelt sich um Leisten 3,3′, die senkrecht auf der Scheibe 2 gehalten sind. Die Spiralen selbst sind im gezeigten Beispiel aus mehreren, aneinander anschliessenden Kreisbögen gebildet. Infolge des eingangs erwähnten grossen Verhältnisses zwischen axialer Länge zur Wandstärke (Fig. 3) ist das ein­trittsseitige Ende der Leisten 3,3′ jeweils verstärkt ausge­führt. Mit 4 ist die Nabe bezeichnet, mit welcher die Scheibe 2 auf einem Wälzlager 22 aufgezogen ist. Das Lager selbst sitzt auf einer Exzenterscheibe 23, die ihrerseits Teil der Antriebswelle 24 ist. Mit 5 ist ein radial ausserhalb der Lei­sten 3,3′ angeordnetes Auge bezeichnet für die Aufnahme eines Führungslagers 25, welches auf einem Exzenterbolzen 26 aufge­zogen ist. Dieser ist seinerseits Teil einer Führungswelle 27. Die Exzentrizität e der Exzenterscheibe auf der Antriebswelle entspricht jener des Exzenterbolzens auf der Führungswelle. Am Spiralenaustritt sind in der Scheibe 2 Durchbrüche 6 vorgese­hen, damit das Medium von einer Scheibenseite zur andern ge­langen kann, beispielsweise um in einem nur einseitig ange­ordneten zentralen Auslass abgezogen zu werden.

[0013] In Fig. 1 ist die in Fig. 3 links dargestellte Gehäusehälfte 7 des aus zwei Hälften (7,7′) zusammengesetzten, über Befesti­gungsaugen 8 zur Aufnahme von Verschraubungen miteinander verbundenen Maschinengehäuses gezeigt. 9 symbolisiert die Aufnahme für die Antriebswelle, 10 die Aufnahme für die Führungswelle. 11 und 11′ bezeichnen die zwei jeweils um 180° gegeneinander versetzten Förderräume, die nach Art eines spi­ralförmigen Schlitzes in die beiden Gehäusehälften eingearbei­tet sind. Sie verlaufen von je einem am äusseren Umfang der Spirale im Gehäuse angeordneten Einlass 12,12′ zu einem im Gehäuseinneren vorgesehenen, beiden Förderräumen gemeinsamen Auslass 13. Sie weisen im wesentlichen parallele, in gleich­bleibendem Abstand zueinander angeordnete Zylinderwände 14, 14′, 15,15′ auf, die im vorliegenden Fall wie die Verdränger­körper der Scheibe 2 eine Spirale von ca. 360° umfassen. Zwi­schen diesen Zylinderwänden greifen die Verdrängerkörper 3,3′ ein, deren Krümmung so bemessen ist, dass die Leisten die inneren und die äusseren Zylinderwände des Gehäuses an mehreren, beispielsweise an jeweils zwei Stellen nahezu berüh­ren.

[0014] An den freien Stirnseiten der Leisten 3,3′ und der Stege 17,18 sind federbelastete Dichtungen 21 in entsprechenden Nuten ein­gelegt. Mit ihnen werden die Arbeitsräume gegen die Seiten­wände 28 des Gehäuses resp. gegen die Verdrängerscheibe ge­dichtet.

[0015] Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass im Bereich des Einlasses 12′ der Steg 17 mit der äusseren Zylinderwand 14 sich im Steg 18′ mit der inneren Zylinderwand 15′ fortsetzt. Diese Massnahme trifft auch im Bereich des Einlasses 12 zu. Der Uebergang er­folgt hier vom Steg 17′ zum Steg 18.

[0016] Den Antrieb und die Führung des Läufers 1 besorgen die zwei beabstandeten Exzenteranordnungen (23,24 resp. 26,27). Um in den Totpunktlagen eine eindeutige Führung des Läufers zu er­zielen, werden die beiden Exzenteranordnungen über einen Zahn­riemenantrieb 16 winkelgenau synchronisiert. Dieser Doppelex­zenterantrieb sorgt dafür, dass alle Punkte der Läuferscheibe und damit auch alle Punkte der beiden Leisten 3 und 3′ eine kreisförmige Verschiebebewegung ausführen.

[0017] Infolge der mehrfachen abwechselnden Annäherungen der Leisten 3,3′ an die inneren und äusseren Zylinderwände der zugeordne­ten Förderkammern ergeben sich auf beiden Seiten der Leisten sichelförmige, das Arbeitsmedium einschliessende Arbeitsräume, die während des Antriebes der Läuferscheibe durch die Förder­kammern in Richtung auf den Auslass verschoben werden. Hierbei verringern sich die Volumina dieser Arbeitsräume und der Druck des Arbeitsmittels wird entsprechend erhöht.

[0018] Die Fig. 1 zeigt, dass die Scheibe 2 - abgesehen von dem ra­dial überstehenden Auge 5 - radial mit den Leisten 3,3′ ab­schliesst. Dies bedeutet, dass die Scheibe in radialer Rich­tung im Bereich der Einlässe 12,12′ mindestens eine Gehäuse­hälfte durchdringen muss. Im vorliegenden Fall geschieht dies an der in Fig. 3 links dargestellten Gehäusehälfte 7. Hierzu sind deren innenliegenden Stege 18,18′ gegenüber den aussen­ liegenden Stegen 17,17′ um den Betrag der Scheibendicke abge­senkt. Diese Massnahme weist den Vorteil auf, dass in dieser Gehäusehälfte nur an den inneren Stegen 18,18′ Dichtleisten anzuordnen sind, die bis zum Auslass hin die Förderräume 11, 11′ über die Scheibe 2 gegeneinander abdichten.

[0019] Würde nun der Uebergang vom Steg 17 zum Steg 18′ scharfkantig und radial erfolgen und demzufolge auch die Scheibe 2 an den entsprechenden Eintrittspartien radial abschliessen, so ent­stünde eine Undichtigkeit zwischen den Förderkammern 11 und 11′.

[0020] Wie aus Fig. 1 erkennbar, wird dieser Uebergang nunmehr als kreisrunder Absatz 19,19′ mit dem Radius R1 ausgebildet. Die Gegenfläche an der Scheibe 2 wird mit einer entsprechend kreisbogenförmigen Aussparung 20,20′ versehen, wobei der Radius R2 dieser Aussparung der Exzentrizität e + Radius R1 entspricht. Diese Absätze 19,19′ kooperieren anlässlich des Maschinenbetriebes zwecks Bildung einer Dichtlinie mit den kreisbogenförmigen Aussparungen 20,20′.

[0021] Im Gegensatz zur eingangs besprochenen Bauart nach DE-A-3 107 231 - bei welcher der Angriffspunkt der Führungs­vorrichtung, d.h. das Führungsauge zur Aufnahme des Exzenters, in der Verdrängerscheibe starr integriert ist - ist im vorlie­genden Fall das Führungsauge 5 mit dem Läufer 1 über eine Rip­pe 29 verbunden.

[0022] In ihrer Längserstreckung verläuft die Rippe 29 tangential zur Spirale. Sie ist mit dem einlasseitigen Ende der Spiralleiste 3 verbunden. In Fig. 4 ist sie als einstückig mit dem Läufer hergestellte Rippe dargestellt. Ihre Breite entspricht vor­zugsweise der Breite des Führungsauges 5; ihre Dicke ist so gewählt, dass das Führungsauge in radialer Richtung elastisch ist.

[0023] In Abweichung zur gezeigten Ausbildung, bei welcher die Rippe 29 aus dem gleichen Material wie der Läufer ist, kann die Rip­pe mit oder ohne Führungsauge auch gesondert gefertigt werden, beispielsweise aus einem Material, welches für die auftreten­den Belastungen besonders geeignet ist. In diesem Fall kann die Rippe auf jede geeignete Art mit dem Läufer verbunden wer­den, wobei insbesondere eine Gelenkanordnung vorgesehen sein kann.

Ansprüche

1. Verdrängermaschine für kompressible Medien mit mindestens vier in einem feststehenden Gehäuse angeordneten Förder­räumen, wobei bei vier Förderräumen jede Gehäusehälfte (7,7′) zwei um ca. 180° gegeneinander versetzte und spi­ralförmig von einem Einlass (12,12′) zu einem Auslass (13) verlaufende Förderräume (11,11′) aufweist und wobei jedem Förderraum ein in diesen eingreifenden Verdränger­körper zugeordnet ist, der als spiralförmige Leiste (3, 3′) senkrecht auf einem gegenüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer (1) gehalten ist, zu dessen Führung im Gehäuse eine zu einer ersten Antriebs­exzenteranordnung (23,24) mit Abstand angeordnete zweite Führungsexzenteranordnung (26,27) vorgesehen ist, wobei zur nachgiebigen Aufnahme von allfälligen Längendifferen­zen zwischen Förderraum und Verdrängerkörper ein Aus­gleichsmittel am Läufer vorgesehen ist, dadurch gekenn­zeichnet, dass das Führungsauge (5) der Führungsexzenter­anordnung (26,27) mit dem scheibenförmigen Läufer (1) über eine Rippe (29) verbunden ist, die als tangentiale Verlängerung einer der spiralförmigen Leisten (3) an de­ren einlassseitigem Ende ausgebildet ist.

2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass die Rippe aus dem gleichen Material besteht wie die damit verbunde Leiste und mit dem Läufer vorzugsweise einstückig hergestellt ist.

3. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass die Rippe gelenkig mit dem Läufer verbunden ist.

Zeichnung