Gebiet der Erfindung
[0001] Verdrängermaschine für kompressible Medien mit wenigstens einem in einem feststehenden
Gehäuse angeordneten spiralförmigen Förderraum, und einem dem Förderraum zugeordneten
spiralförmigen Verdrängerkörper, der auf einem gegenüber dem Gehäuse exzentrisch antreibbaren
scheibenförmigen Läufer derart gehalten ist, dass während des Betriebes jeder seiner
Punkte eine von den Umfangswänden des Förderraumes begrenzte Kreisbewegung ausführt,
und dessen Krümmung gegenüber derjenigen des Förderraumes so bemessen ist, dass er
die inneren und äusseren Umfangswände des Förderraumes an jeweils mindestens einer
beim Betrieb kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie nahezu berührt, wobei
die an eine Seitenwand des Förderraums angrenzenden Stirnflächen des Verdrängerkörpers
mit einer Nut versehen sind, in der ein aus elastischem und gleitfähigen Material
bestehender Dichtstreifen einliegt.
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 bespielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoffgemisch 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. Hierbei verringert sich ihr Volumen
zunehmend bei einer entsprechenden Erhöhung des Arbeitsmitteldruckes. Die Dichtung
zwischen den Arbeitsräumen oberhalb und unterhalb des Verdrängers ist hierbei von
massgebender Bedeutung.
[0003] Eine Verdrängermaschine der eingangs genannten Art ist bekannt aus der US 3,994,636.
Um eine effektive radiale Abdichtung zwischen den Stirnflächen des Verdrängers und
den Seitenwänden des Förderraumes zu erzielen, ist eine wirksame axiale Berührung
zwischen den den beiden Elementen vorzunehmen. Hierzu wird der Verdränger an seiner
Stirnseite mit einer Nut versehen, die Sitz ist für einen darin einliegenden Dichtstreifen.
Dieser Dichtstreifen besteht aus einem elastischen, gleitfähigem Material und ist
so bemessen, dass er innerhalb der Nut axial und geringfügig radial bewegbar ist.
Der Dichtstreifen ist unterlegt von einem kraftausübenden Federelement.
[0004] Die Nut bewirkt eine einwandfreie seitliche Führung des darin eingelegten Dichtstreifens.
Die Positionierung des Dichtstreifens in Längsrichtung der Nut erfolgt durch die Enden
der in den spiralförmigen Wänden eingearbeiteten Nut. Die so ausgeführte Positionierung
genügt den im Betrieb auf die in den Gehäusen eingelegten Dichtstreifen auftretenden
Belastungen. Der Dichtstreifen ist hinreichend "gefangen". Bei den im Verdränger in
die stirnseitig an den spiralförmigen Leisten angebrachten Nuten eingelegten Dichtstreifen
treten im Betrieb der Spiralmaschine Beschleunigungskräfte auf, die durch die kreisende
Bewegung des Verdrängers hervorgerufen werden. Diese Belastungen haben eine kreisende
Einwirkrichtung auf die Dichtstreifen; d.h. die Trägheitskräfte wirken relativ zum
Dichtstreifen nicht in einer Richtung auf diesen ein, sondern in der Ebene der Dichtstreifennut
kreisend. Dementsprechend verändern auch die Reaktionskräfte auf den Dichtstreifen
ihre Richtung. Die Querkomponente kann gut durch die seitlichen Wände der Nut aufgebracht
werden; durch die Längskomponente der Reaktionskräfte wird der Dichtstreifen in der
Nut vor- und rückwärts bewegt, wobei die Enden der Nut den Anschlag für die Relativbewegung
bilden.
[0005] Bei höheren Betriebsdrehzahlen wachsen die beschriebenen Reaktionskräfte an, wobei
insbesondere die beschriebene und dem Stand der Technik entsprechende Längsführung
der Dichtstreifen nicht mehr den auftretenden Reaktionskräften genügt. Die ständig
ihre Richtung wechselnde Längskomponente der auf die Dichtstreifen wirkenden Reaktionskraft
führt zu einer Hin-und Herbewegung des Dichtstreifens in der Nut, was einen erhöhtem
Verschleiss der Dichtstreifen oder der Wände der Nut zur Folge haben kann.
Darstellung der Erfindung
[0006] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Rotationskolben-Verdrängermaschine
der eingangs genannten Art die Nut hinsichtlich einer besseren Längsführung des Dichtstreifens
und einer Verringerung der Verschleisserscheinungen zu gestalten.
[0007] Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Nut, welche den zur Abdichtung
des Förderraumes in axialer Richtung notwendigen Dichtstreifen aufnimmt, zumindest
teilweise einen mäanderartigen Verlauf hat.
[0008] Der Vorteil der Erfindung besteht einerseits in der Wirksamkeit der neuen Nutform
und andererseits in der Einfachheit deren Herstellung. Diese Wirksamkeit ist dadurch
gegeben, dass der Dichtstreifen ursprünglich als gerades Bauteil gefertigt ist und
nach dem Einlegen durch seine Elastizität ein Festhalten in der Längsrichtung der
Dichtstreifennut auftritt.
[0009] Es ist besonders zweckmässig, wenn die Dichstreifennut nur am austrittsseitigen Ende
mit dem mäanderförmigen Verlauf ausgebildet ist. Hierdurch kann der radiale Platzbedarf
in Grenzen gehalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0010] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch eine Verdrängermaschine;
- Fig. 2
- eine Ansicht des Verdrängerkörpers der Verdrängermaschine;
- Fig. 3
- eine perspektivische Darstellung eines in eine Spiralwand/-leiste eingelegten Dichtstreifens.
Weg zur Ausführung der Erfindung
[0011] Zwecks Erläuterung der Funktionsweise des Verdichters, welche nicht Gegenstand der
Erfindung ist, wird auf die DE-C3-2 603 462 verwiesen. Nachstehend wird nur der für
das Verständnis notwendige Maschinenaufbau und Prozessablauf kurz beschrieben.
[0012] Mit 1 ist der scheibenförmige Verdränger der Maschine bezeichnet. An beiden Seiten
der Scheibe 2 sind je zwei, um 180° zueinander versetzte, spiralförmig verlaufende
Leisten angeordnet. Es handelt sich um die Leisten 3a, 3b, die senkrecht auf der Scheibe
2 gehalten sind. Die Spiralen selbst sind im gezeigten Beispiel aus mehreren, aneinander
anschliessenden Kreisbögen gebildet.
[0013] Mit 4 ist die Nabe bezeichnet, über welche die Scheibe 2 mit einem Wälzlager 22 auf
einer Exzenterscheibe 23 sitzt 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 vorgesehen, damit das Medium von einer Scheibenseite
zur andern gelangen kann, um in einem nur einseitig angeordneten zentralen Auslass
13 abgezogen zu werden.
[0014] Das Gehäuse ist aus zwei Hälften 7a, 7b zusammengesetzt. 11a und 11b bezeichnen die
zwei jeweils um 180° gegeneinander versetzten Förderräume, die unter Bildung der Stege
45, 46 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 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
9 in entsprechenden Nuten 30 eingelegt. Mit ihnen werden die Arbeitsräume gegen die
Seitenwände des Gehäuses resp. gegen die Verdrängerscheibe gedichtet.
[0015] Den Antrieb und die Führung des Verdrängers 1 besorgen die zwei Exzenteranordnungen
23, 24 resp. 26, 27. Die Hauptwelle 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 gelagert.
[0016] 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 Verdrängerscheibe und damit auch alle Punkte der beiden Leisten 3a,3b eine kreisförmige
Verschiebebewegung ausführen. Infolge der mehrfachen abwechselden Annäherung 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 Verdrängerscheibe 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.
[0017] Die Abdichtung der Förderräume gegen die Gehäusehälften erfolgt über die genannten
Dichtstreifen 9. Diese sind in den an den Stirnseiten der Leisten 3a, 3b und der Stege
45, 46 angebrachten Nuten 30 eingelegt sind.
[0018] Die nicht näher dargestellten Nuten in den Stegen 45, 46 der Förderräume verlaufen
etwa parallel zu den spiralförmigen Wandungen. Die Führung der Dichtstreifen in radialer
Richtung ist durch die Nutwände 31 eindeutig gegeben. Die Führung in tangentialer
Richtung ist im wesentlichen nur durch die Enden 32 (wie in Fig. 2 dargestellt) der
Dichtstreifennuten gewährleistet.
[0019] Gemäss der Erfindung wird die mitorbitierende Dichtstreifennut 30 des Verdrängers
nun nicht mehr parallel zu den Wandungen der spiralförmigen Leisten 3a, 3b ausgeführt,
sondern mäanderartig. Die Wirkung der neuen Massnahme besteht in der tangentialen
Führung resp. in einer Dämpfung der tangentialen Bewegung der Dichtstreifen.
[0020] Die Dichtstreifennut wird in der Regel durch einen Zerspanungsvorgang in die Stirnseite
der Verdrängerwand eingearbeitet. Hierbei wird der Verdränger am Fräswerkzeug vorbeigedreht,
das Fräswerkzeug führt nur die zur Erzeugung der Spiralform notwendige radiale Zustellbewegung
durch. Bei der Erzeugung der erfindungsgemässen Dichtstreifennut muss der radialen
Zustellbewegung des Fräswerzeuges noch eine radiale Hin- und Herbewegung überlagert
werden, was bei den heute üblichen NC-gesteuerten Bearbeitungsmaschinen kein Problem
darstellt.
[0021] Auch das Einlegen der Dichtstreifen in die Dichtstreifennut ist problemlos. Da deren
mäanderartiger Verlauf nur einen relativ geringen grössten Abstand von der Mittellinie
der Nut aufweist, lässt sich der Dichtstreifen mühelos in die erfindungsgemässe Nut
einlegen.
[0022] Der mäanderartige Verlauf der Dichtstreifennut ist im dargestellten Fall auf den
in der Förderrichtung gesehen inneren, sich über etwa 150° bis 180° erstreckenden
Teil der spiralförmigen Leiste 3a, 3b beschränkt.
[0023] Dem liegt folgende Überlegung zugrunde: Der mäanderartige Verlauf des Dichtstreifens
bedingt einen grösseren radialen Platzbedarf; die spiralförmige Wand des Verdrängers
muss verbreitert ausgeführt sein. Bei einer Verbreiterung der spiralförmigen Wände
des Verdrängers auf ihrer ganzen Länge resultiert eine radiale Vergrösserung der Spiralmaschine,
wenn man keine Abstriche an der Förderkapazität hinnehmen will.
[0024] In Versuchen hat sich nun gezeigt, dass es angebracht ist, die neue Mäanderform der
Dichtstreifennut nur in den Abschnitten der spiralförmigen Leisten des Verdrängers
anzubringen, in denen die Dichtstreifennut bei einer dem Stand der Technik entsprechenden
Ausführung am meisten gefährdet ist. Dies ist gegen das auslassseitige Ende der sichelförmigen
Arbeitsräume der Fall. Denn dort wird das gasförmige Arbeitsmedium, wie eingangs beschrieben,
gegen den Auslass hin verdichtet, wobei die Temperatur des Arbeitsmediums ansteigt
und hiermit auch die Temperatur der die Arbeitsräume begrenzenden Wände ansteigt.
[0025] Die Beschränkung der Mäanderform auf den Austrittsbereich der Spirale hat demnach
zur Folge, dass die radiale Abmessung der Spiralmaschine nicht vergrössert wird; die
Verdickung der spiralförmigen Leisten erfolgt nur in dem Bereich mit mäanderartiger
Dichtstreifennut, und ist in radialer Richtung gegen das Maschineninnere gerichtet.
Dennoch ist der sichere Betrieb des Dichtstreifens gewährleistet.
Bezugszeichenliste
[0026]
- 1
- Verdränger
- 2
- Scheibe
- 3a, 3b
- Leisten
- 4
- Nabe
- 5
- Auge
- 6
- Durchtrittsfenster
- 7a, 7b
- Gehäusehälfte
- 9
- Dichtstreifen
- 11a, 11b
- Förderraum
- 12a, 12b
- Einlass
- 13
- Auslass
- 16
- Zahnriemenantrieb
- 17
- Wälzlager
- 18
- Gleitlager
- 19
- Keilriemenscheibe
- 20
- Gegengewichte
- 22
- Wälzlager
- 23
- Exzenterscheibe
- 24
- Hauptwelle
- 25
- Führungslager
- 26
- Exzenterbolzen
- 27
- Führungswelle
- 30
- Dichtstreifennut
- 31
- Nutwand
- 32
- Ende der Dichtstreifennut
- 45
- Steg des Förderraumes
- 46
- Steg des Förderraumes
1. Verdrängermaschine für kompressible Medien mit wenigstens einem in einem feststehenden
Gehäuse (7a,7b) angeordneten spiralförmigen Förderraum (11a, 11b), und einem dem Förderraum
zugeordneten spiralförmigen Verdrängerkörper (1-4), der auf einem gegenüber dem Gehäuse
exzentrisch antreibbaren scheibenförmigen Läufer (1) derart gehalten ist, dass während
des Betriebes jeder seiner Punkte eine von den Umfangswänden des Förderraumes begrenzte
Kreisbewegung ausführt, und dessen Krümmung gegenüber derjenigen des Förderraumes
so bemessen ist, dass er die inneren und äusseren Umfangswände des Förderraumes an
jeweils mindestens einer beim Betrieb kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie
nahezu berührt, wobei die an eine Seitenwand des Förderraums (11a, 11b) angrenzenden
Stirnflächen des Verdrängerkörpers mit einer Nut (30) versehen sind, in der ein aus
elastischem und gleitfähigen Material bestehender Dichtstreifen (9) einliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nut (30), welche den zur Abdichtung des Förderraumes in axialer Richtung
notwendigen Dichtstreifen (9) aufnimmt, zumindest teilweise einen mäanderartigen Verlauf
hat.
2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mäanderartige
Verlauf der Dichtleistennut (30) auf den in Förderrichtung betrachtet inneren, sich
über ca. 150° erstreckenden Teil des Verdrängerkörpers (1-4) beschränkt ist.