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| Dreilkulr)erigeb1ä5e, sog. |
Die sog. Hoots Gebläse bestcheil aus zweL iii c-Lii--iii Gehäuse umlaufenden, in
der Regel gleiefigestalteten l,'ltiLY"elri oder Drehkolben, deren Wellen über, Zilirii,Ucl(-i,
itii##,e-'Lii#iricier, -ekuppelt sind, so daß eine syriellrorie Utiilaul'bL-#ic.,utir,-
der Drehkolben gewährleistet Ist. Das Gehäuse vieLst zwei zylindrisene Bohrun,-ren
auf und ist mit einem Ansau,- tind einem Ausliüsttitzen verbunden. Die Kolben sind
derart gesualtet, daß sie einerseits längs der Bohrungsfläche die Genäuse.,wand,
andererselts sich gegenseitig gasdicht berühren. Für ihre Gestaltung gelten Im allgemeinen
die Regeln der VerzallilUti,rSlehre. Urit#it, "Berühren" ist hierbei naturgemäß
eine Annäherung, gegenüberliegender Flächen bis auf' ein Minlmalmaß, das sog. "Arbeitsspiel",
zu verstehen.
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In der verbreitetsten Ausführungsform sind die Drehkolben nach Art
einer Lemniskate ausgebildet. Bei der Abwälzbewegtin-CD ist somit jeweils eine linieriförmige
Berührung der beiden Kolben längs der Dichtflächen gegeben, während In gleicher
Weise auch zwischen der Gehäusebohrungs-Innenwandung und den lemniskatenförmigen
Drehkolben ebenfalls linieriförmige Berührungsverhältnisse gegeben sind. Ein Gebläse,
das mit solchen lemnIskatenförmIgen Drehkolben ausgerüstet ist, weist keinen sog.
schädlichen Raum auf, so daß eine vollkommene AusnUtzung des Förderraumvolumens
gegeben Ist und auch keine RUckexpan-V
iz3i,)ri eii#er sonst -in
einem solchen ocli*,-icll-*ciieri haum ver,dicriteten fle--st.,asinerit-re auftritt,
die bel einem Gebläse grrundsätz-ILch (len Liefergrad, d.h. das Verhältnis des in
die. Druckleltung r(,1'jr,clerteri zu dem von den Kolben entsprechend Ihrer Greotrietrie
theoretisch geförderten Volumen, bezügen auf Druck unc.1 Temperatur im Saugstutzen,
verschlechtert.
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Diesem Vorteil steht jedoch der, Nachteil gegenüber, ciaß entlang
der Dichtflächen jeweils nur eine linienförmige Berührung -wischen den Kolben bzw.
zwischen den Kolben und der Gehäusebohrungsfläche gegeben Ist. Dadurch Ist nämlich
bedingt, daß ein solches Gebläse verhältnismäßig große Spaltverluste aufweist, weil
trotz sorgfältiger Bearbeitung eine absolut einwandfre-Le Abdichtung praktisch nicht
möglich ist. Insbesondere die düsenförm1ge Gestalt des im Bereich der Bohrungsfläche,
befindlIchen Spaltes ist sehr gefährlich, weil sieh im Bereiche des Spaltes keine
ReibunLgsströmung ausbilden kann. Die Spaltverluste des Gebläses sind darum erheblich,
wodurch der Liefergrad entsprechend verschlechtert wird.
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flinzu kommt noch, daß die Herstellung lemniskatenförmig gestalteter
Drehkolben bei den grundsätzlich gegebenen hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit,
wie sie wegen der Abdichtungsverhältnisse erforderlich sind, mit erheblichen praktischen
Schwierigkeiten verbunden Ist, die bedingen, daß sich ein großer Kostenaufwand ergibt.
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Man hat daher schon Drehkolbengebläse gebaut, deren Drehkolben In
Ihrer Gestaltung von der Lemniskatenform mehr oder
| 1111 nüc I' S t a rk , ##1)m- 1 c II c:.- II .
li is bc s (ind c rr 1 o t. c s 1) ( ka iiii t, (i
1 c li i 7# - |
| dur Drehkolben als Teile einer Z., |
| 1 -1 11i(lerlii-,tilt( |
| mi t auszi#i)11(1( fl, |
| dem i3olirutli,1,sdLii,eilm(-ss(-r des Ge-häuse.s# |
| sprielit. Dicse hi der sog. Roots-II-10oi-iii |
| übur eine vei,iiältilisiijäi?!-# ;roßc Dielitl'läch(_ ain |
| lJinl'"iiit-#,sspalt, in der sich c-ine Reibungsströmunt# ausbil.d(#il
ka1111.. |
| die den Rückfluß %on Teil(-ii dcs bercits v(-rdieiitc',;cn
Viedluins |
| dadurch vci,iniii(iei,1.-, daß die DrelikolbendIchtfläche entgejen
der |
| Rückstromrichtung bewegt wird. Während cin solches Gebläsc |
| über eine hcr,.ollriigende Abdichtung und eiitspi,c--(,h(-,nd
geritic#e |
| Spaltverlustc verfügt, ist es -rundsätzlich wil, einein |
| chen Raum behaftet, der eine solohe Größe hat, daß der |
| L,rad etwa in die gleiche GrößenordnuilL, wie bei einem Gel-.Jase |
| mit lemiiisl(,#iteill'örnil#-rii Drchkolben korii:it. Der durch
die Ver- |
| besserung- der Abdichtungsverhältnisse erzielten Erhöhunt-.
des |
| IJef.ergrades steht nämlich eine etwa gleich große, durch die |
| Größe des schädlichen Raumes bedingt(- negative Beeinflussung |
| (Z2 |
| des Uefergrades gegenüber. |
| Wird die Utnf'aii#-#fläclie eines Drehkolbezis als Teil einer
Zylin- |
| dermaiitelfläclic ausgeführt, so bcrUhren sich die Kolben s1,rck- |
| kenweise auf eincr zur Umfangsfläche koaxialen liinenzyliiidei#- |
| fläche, der ein Innendurchmesser DI zuGeordnet ist.
Die Aus- |
| nutzung einer gegrbenen Gehäusegröße bei allen Kolbenformen |
| verbessert sich mit der Vergrößerung des sog. Kreisverhältnis- |
| ses K = D2/D1, wobei mit D2 der Außendurchn,csser
der Kolbcnum- |
| fangsfläche bezeichnet ist. Bei einen, Drehkolbetiprof'il ent- |
sprechend der Boots-H-Form kann a.ber ein Wert von K
= 2 nicht oder nur unwesentlich überschritten werden, da sonst die Flügel-
oder Drehkolbenerme zu stark eingeschnürt werden und die Flügelspitzen zu weit nach
den Seiten ausladen und ebenfalls zu dünn werden. Die zunehmende Bruchgefährdung
setzt einer solchen Ausbildung verhältnismäßig enge Grerizen, so daß ein derartiges
Kolbenprofil trotz der an sich gegenüber der Lemniskatengestalt vereinfachten Herstellung
in seiner Einsatzmöglichkeit beschränkt ist.
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Um die Herstellung der Drehkolben zu verinfachen, wurde auch schon
zu Drehkolbenprofilen Zuflucht genommen, die im Bereiche der Umfangsfläche spitz
auf eine Kante zulaufende, dachförmig angeordnete, gerade Flächen aufweisen. Bei
diesen Drehkolben sind jedoch die Spaltverluste sehr hoch, während gleich zeitig
noch ein schädlicher Raum auftritt, so daß der Gesamtausnutzungsgrad des Gebläses
in sehr starkem Maße absinkt, was insbesondere bei großen Leistungen äußerst nachteilig
ins Gewicht fällt.
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Ziel der Erfindung ist es, ein Drehkolbengebläse zu schaffeny das
sich zufolge einer neuartigen Profilgestaltung der Drehkolben und der dadurch bedingten
optimalen gegenseitigen Ab-
stimmung der durch einen schädlichen Raum sowie
durch Spaltundichtigkeiten bedingten Verluste durch einen hohen Gesamtausnutzungsgra-d
auszeichnet, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, daß sich die Drehkolben mit geringem
Kostenaufwand unter Einhaltung der derforderlichen Maßgenauigkeit günstig herstel-..en
lassen.
Zu diesem Zwecke wird, ausgehene von einem Drehkolbenprofil,
dessen Umfangsfläche eine Zylindermantelfläche ist und bei dem sieh die beiden Kolben
streckenweise auf' einer zur Umfangsfläche koaxialen Innenzylinderfläche gegenseitig
berühren, das Drehkolbengebläse gemäß der Erf'indung derart ausgeführt, daß jeder
Kolben anschließend an die zylindrische Umfangsfläche jeweils zwei zur Kolbenmittelebene
symmetrisch angeordnete, gerade Flächen aufweist, die jeweils paarweise in einer
gemeinsamen Ebene liegen und sich jeweils bis zum Wälzkreis erstrecken, wobei der
Übergangsbereich zwischen dem Wälzkreis und der Innenzylinderfläche eines Kolbens
entsprechend einer der Abwälzung der beiden Kolben aufeinander entspredhenden Kurve
gestaltet Ist.
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Die Drehkolben des neuen Gebläses lassen sich mit geringem Aufwand
herstellen, weil die Dichtflächen jeweils Kreisflächen sind, die auf normalen Bearbeitungsmaschinen
sehr einfach mit der erforderlichen Maßhaltigkeit bearbeitet werden können. Die
kurveriförinige Übergangsfläche zwischen der Innenzylinderfläche und den geraden
Flächen Ist keine Dichtfläche, so daß keine besonders hohen Anforderungen an die
Maßgenauigkeit insoweit gegeben sind. Gleiches gilt auch für die geraden Flächen
selbst. Da diese jeweils paarweise In einer gemeinsamen Ebene liegen, Ist eine sehr
einfache Bearbeitungsmöglichkeit durch flobeln oder Fräsen in einem Arbeitsgang
Verglichen mlL der£ bekaruiten K")lbc#ril)rifiLen entoprecaend Aer 111)otj-II-Form
ist, Itei .#Ineiii Grebläse der, et-i*Lrl(i-,Iii#-sgemäj##r-i Ara#
der
schpdliche Raum in seiner Größe unbedeutend, während gleichzeitig im Vergleich zu
einem Drehkolbengebläse mit lemiskatenförmigen Drehkolben eine ausgezeichnete Abdichtung
der Drehkolben gegenüber der Gehäusewandung gegeben ist. Hierfür stehen breite Dichtflächen
zur Verfügung, an denen-sich eine Reibungsströmung mit den erwähnten günstigen Eigenschaften
ausbilden kann. Demgemäß ist der Ausnutzungsgrad des neuen Gebläses sehr hoch. Schließlich
kommt noch hinzu, daß auch das Kreisverhältnis K keiner durch eine etwa sich ergebende
unzulässige Verringerung der Kolbenabmessungen bedingten Beschränkung unterworfen
ist. Als günstiges Verhältnis hat sich ein Wert von etwa K = 2,8 herausgestellt.
liie obere Grenze ist lediglich dadurch vorgeschrieben, daß es, wie übrigens bei
allen Drehkolbenformen, einseriließlich des Lemniskatenprofils, nach Überschreitung
eines bestimmten Wertes nicht mehr möglich Ist, die Welle konstruktiv unterzubringen.
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In der Zeichnung Ist ein Ausführungsbeiepiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein Drehkolbengebläse bekannter
Bauart mit lemniskatenförmig gestalteten Drehkolben und Fig. 2 ein Drehkolbengebläse
gemäß der Erfindung, jeweils Im Querschnitt in schematischer Darstellung.
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.Das Dr-elüco.Iberigi-#bläsf- oesteht in der Ausführung nach de n
Fig. 1 tirl(i 2 Eiu!3 1, in das ein Aasaugstutzen
2
führt und das mit einem Auslaßstutzen 3 verbunden ist. In dem Gehäuse
1 laufen zwei gleich gestaltete Drelikolben oder Flü.Pel 4 (Fig.
1) bzw 5 (Fig. 2) um, deren zugeordnete Wellen der Einfachheit halber
nicht gc-zcicliiiet sind. Die Di-(-ilkolbenpaare 4 bzw. 5 sind jeweils über
ebenfalls nicht dargestellte Zahnräder miteinander gekuppelt, so daß eine synchrorie
Umlaufbewegung der beiden einander jcweils zugeordrieten Drehkolben gewährleistet
ist.
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Das Gehäuse 1 weist zwei zylindrische BDhrungen auf, deren
Durchmesser jeweils bei D2 angedeutet ist, wobei die Anordnung derart getroffen
ist, daß zur Ermöglichung eines Vergleiches der Ausführungsformen nach den Fig.
1 und 2 jeweils gleiche Durchmesserwerte veranschaulicht sind.
Die den Drehkolben 4 bzw. 5 zugeordneten Wälzkreise sind bei t.#-
angedeutet.
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ti Die bekannte AusfUhrungsform eines Drehkolbengebläses nach Fig.
1 ist mit lemniskatenförmigen Drehkolben ausgestattct, die sich gegenseitig,
ebenso wie wit der Gehäusebohrungswandung, jeweils lediglich längs achsparalleler
Linien abwälzen. Demgemäß ist die gesamte Oberfläche eines solchen lemniskatenförmigen
Drehkolbens 4 als Dichtfläche auszubilden und entsprechend geneuzu bearbeiten, was
mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist. Im Bereiche der Gehäusebohrung ist
bei 7 ein im wesentlichen düsenförmiger Spalt vorhanden, der die bereits
im einzelnen erläuterten hohen Spaltverluste bedingt. Der Förderraundes Gebläses
ist bei o schraffiert verans(!lipulicht.
Der sog. Inneilln,eisdurchmesser
ist mit Dj bezeichnet, das Kreisverhältnis K licgt, in der FGrößenordnung
von K 2,8-.
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Im Gei-,crisat,z zu der erläuterten bekannten Ausführungsforifl Ist
bei dein in Fig. 2 dargestellten Drehkolbengebläse gemäß dur Erfindung ein Drehkolbenprofil
vorgesehen, das eine Umfangsfläche # nufweist, die Tell einer Zylindermantelfläche
ist, d.Ii. eine kreisförrnige Queraiinittsg(-stalt aufweist. An die zylindrische
Ihnfangsfläche 9 schließen sich jeweils zwei zur 10 symmetrisch arigeordriete,
geradu Flächen 11, lla an, d.le p,3arw(3ise (11,11 bzw. lla,lla) In
einer gemeinsamen, bei 12 angedeuteten Eben(, liegen. Die geradcn Flächen
1.1, lla erstrecken sieh jeweils bis zum Wälzkreis C.
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Koaxial zu der Umfangsfläche 9 ist eine lnnenzylinderfläclie
11 des Durchmes.,d#ers D, angeordriet, während der Übergang zwischen
der Innenzyl-inderfläche 1.3 und der jeweils zugeordneten Flächc
11, bzw. 11,a entsprechend einer der Abwälzung der beiden Drellküll)(-ii
aufeinander cni.-sprcel,leriden Kurve gestaltet ist, die- sich nach den Regeln der
Verzahnung-slehre# k.onstruieren läßt.
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Aus einem Vergleich der erfindungsgemäßen Bauform nach Fig.2, deren
Kreisverhältnis K ebenfalls K = 2,8 beträgt und der bekannten Ausführung
nach Fig. 1 ergibt sich, daß der Förderraum 8a bei dem erfindungsgemäßen
Gebläse gegenüber dem Förderraum (c,1 des Gebläses mit lemniskatenförmigen Drehkolben
lediglich im Bereich der seitlichen Spitzen etwas beschnitten
Ist,
während gleichzeitIg dem düsenförmigen SPzilt 7 eilie breite Dichtfläche
Im Bereiche der Umfangsfläche 9 gegenübersteht. Der bei 13 angedeutete
schädliche Raum ist, wie aus der Zeichnung augenscheinlich zu entnehmen, gering.
Seine Auswirkung auf den Gesamtausnutzungsgrad ist geringer als der .positive Einfluß,
der durch die Verringerung df-r Spaltverluste zufolge der großen Dichtfläche
9 gegeben ist. Offensichtlich läßt sich ein Drehkolben 5 sehr einfach
herstellen, weil die Flächen 11 bzw. lla jeweils miteinander gleichzeitig
bearbeiten werden können und die Zylinderflächen 9 und 1.3 einer einfachen,
maßgenauen Fertigung zugänglich sind.
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Während in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach FIL,
2
die einer Umfangsfläche jeweils zugeordneten zwei geraden Flächen
11, lla parallel zueinander angeordnet sind, wären auch Fälle denkbar, in
denen diese Flächen unter Beibehaltung der Umfangsfläche 9 um einen vorzugsweise
geringen Betrag gegeneinander nach außen oder innen geneigt angeordnet sind. Selbstverständlich
mUsste dann die Übergangskurve zwischen der Innenzylinderfläche 1.3 und den geraden
Flächen entsprechend gestaltet werden. Auch die gemeinsame Ebene 12 würde dann einen
Knick erhalten.