Gebiet der Erfindung
[0001] 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 aus einer Magnesiumlegierung besteht, und während des
Betriebes mit jedem seiner Punkte eine von den Umfangswänden des Förderraumes begrenzte
Kreisbewegung ausführt.
Stand der Technik
[0002] Verdrängermaschinen der Spiralbauart sind 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.
[0003] Eine Maschine der eingangs genannten Art ist bekannt aus der EP-A-0 354 342. 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.
Damit können die auf das Hauptexzenterlager wirkenden Massenkräfte minimiert werden.
Die beiden Gehäusehälften einer solchen Maschine bestehen meistens aus einem kostengünstigen
Aluminium-Druckguss. Mit entsprechend steifer Konstruktion der Antriebswelle und der
Lagerpartie des Läufers können sich bei dieser Materialpaarung die Spiralwände des
Verdrängerkörpers und der Gehäusestege in Spiral-Umfangsrichtung berühren. Die Materialien
arbeiten sich auf das Spiel 0 (null) ein, ohne dass Fresserscheinungen an einem der
beteiligten Elemente zu erwarten sind. Dieser Sachverhalt hat zum einen eine grössere
Toleranzbreite anlässlich der mechanischen Bearbeitung der Elemente zur Folge und
ermöglicht zum andern höhere Einsatztemperaturen der Maschine im Betrieb.
Darstellung der Erfindung
[0004] Ausgehend von der Absicht, weiterhin von den Vorteilen der Magnesiumlegierungen wie
Gewicht, Reibeigenschaften und dergleichen Gebrauch zu machen, und von der Tatsache,
dass bei der Serienfertigung einer derartigen Maschine eine Trennung der Aluminium-
von der Magnesiumbearbeitung erforderlich ist, was zu erhöhten Investitionen führt,
stellt sich der Erfindung die Aufgabe, eine Verdrängungsmaschine der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei welcher das gleiche Ausgangsmaterial für die in Wirkverbindung
miteinanderstehenden Teile verwendet werden kann.
[0005] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dass zumindest die die Förderräume im Umfangsrichtung
der Spiralen bildenden Wandungen aus einer Magnesiumlegierung gefertigt sind.
[0006] Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass im Falle der Berührung von Verdränger
und Gehäuse auf die Einlauffähigkeit des verwendeten Materials nicht verzichtet werden
muss. Dies wäre beispielsweise bei der Aluminiumläufer nicht der Fall.
[0007] Es ist besonders zweckmässig, wenn die im Gehäuse angeordneten Förderräume und die
sie begrenzenden Stege einteilig mit dem Gehäuse hergestellt sind und wenn somit das
gesamte Gehäuse aus einer Magnesiumlegierung gefertigt ist. Die voluminösten Teile
einer Spiralmaschine sind nämlich die Gehäusehälften; sie bilden den überwiegenden
Gewichtsanteil. Die durch die neue Massnahne insgesamt wesentlich leichter werdende
Verdrängermaschine bedingt in der Folge auch leichtere Abstützungen am Aufstellungsort.
Ist dieser Aufstellungsort zum Beispiel ein aufzuladender Verbrennungsmotor, so wirkt
sich die leichtere Bauart insbesondere günstig auf das Schwingverhalten des Gesamtsystemes
aus.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0008] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
[0009] Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Querschnitt durch das antriebsseitige Gehäuseteil der Verdrängermaschine nach
Linie I-I in Fig. 2;
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch die Verdrängermaschine;
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] In Fig. 1 ist das Gehäuse mit den Förderräumen und dem eingelegten Verdränger gezeigt.
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. 2). Diese Scheibe ist
ihrerseits Teil der Hauptwelle 24.
[0012] 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. 2) abgezogen zu werden.
[0013] Die Elemente 2, 3a, 3b, 4 und 5 sind einteilig aus einer Magnesiumlegierung gefertigt.
[0014] In Fig. 1 ist die in Fig. 2 links dargestellte Gehäusehälfte 7b des aus zwei Hälften
7a, 7b zusammengesetzten, über Befestigungsaugen 8 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.
[0015] Gemäss der Erfindung sind nunmehr beim gezeigten Beispiel die beiden Gehäusehälften
7a und 7b zusammen mit den die Förderräume 11a und 11b bildenden Stege 45 und 46 ebenfalls
aus einer Magnesiumlegierung gefertigt, die nicht notwendigerweise die gleiche sein
muss wie jene des Verdrängerkörpers. Es kann sich dabei bei beiden Teilen um eine
Guss- oder um eine Schmiedekonstruktion handeln.
[0016] Fertigungsvorteile sind in der Art zu erwarten, dass nunmehr
- Verdränger und Gehäuse auf der gleichen Fräsmaschine bearbeitet werden können;
- dass bei der Magnesiumzerspanung die Fräswerkzeuge wesentlich höhere Standzeiten aufweisen
als bei der Aluminiumzerspanung;
- dass die Magnesiumzerspanung weniger Energie braucht;
- und dass infolge des kleineren Energieverbrauchs die Zerspanungsmaschine eine kleinere
Antriebseinheit benötigt.
[0017] 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 Gehäusehälfte 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.
[0018] 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
- wobei eine direkte gegenseitige Berührung infolge der verwendeten Materialien unschädlich
ist - 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.
BEZEICHNUNGSLISTE
[0019]
- 1
- Läufer
- 2
- Scheibe
- 3a, 3b
- Leiste
- 4
- Nabe
- 5
- Auge
- 6, 6'
- Durchtrittsfenster
- 7a, 7b
- Gehäusehälfte
- 8
- Befestigungsauge
- 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
- 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
- 49
- Dichtung
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 aus einer Magnesiumlegierung
besteht, und während des Betriebes mit jedem seiner Punkte eine von den Umfangswänden
des Förderraumes begrenzte Kreisbewegung ausführt,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die die Förderräume (11a, 11b) im Umfangsrichtung der Spiralen bildenden
Wandungen aus einer Magnesiumlegierung gefertigt sind.
2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Förderräume
(11a, 11b) begrenzenden Stege (45, 46) einteilig mit dem Gehäuse hergestellt sind
und dass das gesamte Gehäuse aus einer Magnesiumlegierung gefertigt ist.