DE2029833A1 - Drehkolben Arbeitsmaschine - Google Patents
Drehkolben ArbeitsmaschineInfo
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Description
2029833 Andrejewski & Honice Patentanwälte
-»ι, „,rr/mj Diplom-Ingenieur
Anwaltsakte: 34 937/Ti Dr-Ing. Manfred Honke
Essen, den 12. Juni 1970
Kettwiger Straß· 36 (th)
Patentanmeldung
Atlas Cope ο Aktiebolag
Drehkolben-Arbeitsmaschine.
Gegenstand der Erfindung ist eine Drehkolben-Arbeitsmaschine, bestehend aus einem Maschinengehäuse mit einander schneidenden
zylindrischen Bohrungen für einen Haupt- und einen Steuerrotor |
sowie Stirndeckeln mit axialem Ein- und Auslaß für ein elastisches
Arbeitsmedium, wobei beide Rotoren jeweils einen Zahn an der im übrigen kreisrunden Nabe aufweisen, welcher beim Hauptrotor
eine konkave zahnflanke sowie eine in die Nabe übergehende
konvexe Zähnflanke und beim Steuerrotor wenigstens eine konkave Zahnflanke sowie eine in die Nabe übergehende zweite Planke
besitzt, während in der Nabe des Hauptrotors neben der konkaven Planke seines Zahnes eine vertiefung für den Durchgang des Zahnes
des Steuerrotors und In der Nabe des Steuerrotors neben seiner
konkaven Zahnflanke eine Vertiefung für den Durchgang des Haupt-
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rotorzahnes ausgebildet ist und beide synchron verdrehbaren
Rotoren derart im Maschinengehäuse gelagert sind, daß ihre Zähne abdichtend an den Bohrungen und den Stirndeckeln anliegen, wodurch
eine zwangsläufige Verdrängung und Volumen änderung der
die Maschine bei jedem Arbeitstakt durchströmenden Mengen des Arbeitsmediums erzielbar ist.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Drehkolben-Arbeitsmaschine
dieser Art in der Weise auszubilden, daß das durch den Druck des Arbeitsraediums auf die Drehkolben erzeugte
Drehmoment während eines vollständigen Arbeitstaktes der Maschine die gleiche Richtung besitzt, wobei die Maschinenleistung
in Bezug auf die Außenabmessungen und insbesondere die Abmessungen des Maschinengehäuses sehr hoch sein soll. Ferner soll
die Länge der Di chtungs linien im Vergleich zum Hubraum der Mascine möglichst klein sein, während die Einlaß- und Auslaßöffnungen
so groß wie möglich sein sollen und die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmediums in der Mascine sowie in den
Ein- und Auslaßöffnungen niedrig sein soll. Ferner soll eine derartige Maschine ein relativ großes Ansaugvolumen besitzen
und bei verwendung als Kompressor soll die Temperatur des verdichteten Mediums am Auslaß niedrig sein.
Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Drehkolben-Arbeitsmaschine
der eingangs genannten Art dadurch, daß die beiden Zähne des Haupt- und des Steuerrotors während des Hauptteiles
einer jeden Umdrehung eine Dichtung mit den zylindrischen Bohrungen des Maschinengehäuses sowie dessen Stirndeckeln bil*>
den und daß die konkave Flanke des Steuerrotorzahnes sowie ein
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Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße
- 3 ■-■.
die vertiefung zu dem Haupt rot orzahn begrenzendes Teil der
Steuerrotornabe durch die Spitze des Hauptrotorzahnes bezw.
die konvexe Flanke des Haupt rot orzahne s eine derartige Form erhalten, daß während des kürzeren Teiles einer Jeden Umdrehung,
wenn der Zahn eines jeden Rotors mit dem Zahn und der Vertiefung des anderen Rotors zusammenwirkt, die Dichtungslinie zwischen
der Spitze des Haupt rot orzahne s und der konkaven Flanke des
Steuerrotorzahnes stets weiter entfernt von der Drehachse des '
Steuerrotors liegt als die Dichtungslinie zwischen der konvexen
Flanke des Hauptrotorzahnes und dem die Vertiefung begrenzenden
Teil der Nabe des Steuerrotors, wodurch das Drehmoment
des auf den Rotorzahn während des größten Teiles einer Jeden
Umdrehung einwirkenden Arbeitsmediums in der gleichen Richtung auch während des kürzeren Teiles einer jeden Umdrehung und damit
während eines vollständigen Arbeitstaktes der Maschine aufrechterhaltbar ist.
Die Leistung einer Maschine mit einem Zahn an jedem Rotor ist
höher als bei Maschinen mit zwei oder mehr Zähnen, da bei
letzteren ein beträchtliches Volumen der Maschine dazu ver- λ
wendet wird, das Arbeitsmedium zu fördern, statt für nutzbare "
Arbeit ausgenutzt werden zu können. Wenn auch die erfindungsgemäße
Drehkolben-Arbeitsmaschine in erster Linie für den Einsatz als Kompressor gedacht ist, kann sie jedoch ebensogut
als Antriebsmaschine ausgebildet werden.
Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und einer Abwandlung anhand der beiliegenden Zeichnung; es zeigen:
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Figur 1 eine Endansicht eines erfindungsgemäßen Drehkolbenkompressors
mit einem Zahn an jedem Rotor;
Figur 2 einen Schnitt durch den Kompressor aus Fig. 1, wobei die Rotoren Jedoch in einer Endansicht dargestellt
sind|
Figur 3 einen Längsaxialschnitt durch die Rotorachsen gemäß
der Linie III-III aus Fig. 1;
Figur 4 eine Endansicht des Hauptrotors und des mit ihm zusammenwirkenden Steuerrotors der Maschine aus den
Figuren 1 bis J;
Figur 5 und 6 Einzelansichten in verkleinertem Maßstabe in
etwas schematischer Darstellung der Rotoren und der Konturen der Zylinderbohrungen als Ansicht vom einen
Ende der Rotoren zu Beginn der Kompression bezw. zu Beginn der Abgabe; und
Figur 7 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht eines Drehkolbenkompressors
mit den beiden Rotoren in einer Position, in welcher deren Zahnspitzen gerade aufeinandertreffen,
wobei diese Rotoren gegenüber den in den Figuren 2 und 4 bis 6 dargestellten Rotoren
etwas abgewandelt sind.
Bei der in den Figuren 1-7 dargestellten Drehkolben-Arbeitsmaschine
handelt es sich um einen einstufigen Zahnkompressor mit einem Hauptrotor und einem Steuerrotor, welche Jeweils einen
Zahn tragen. Die Maschine besitzt ein Maschinengehäuse, welches
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aus einem mittleren Kompressorgehäuse 1 mit zwei Stirndeckeln 2
und 3 besteht, welche mittels Schraubbolzen 4 am mittleren
Kompressorgehäuse 1 festgeschraubt sind. Dieses Gehäuse 1 besitzt
zwei zylindrische, einander schneidende Bohrungen 5 und 6 mit parallelen Achsen, welche sich in einem bestimmten Winkel
schneiden. Die Bohrungen 5 und 6 sowie die Stirndeckel 2 und 3
bilden Kammern für einen Haupt rot or 7 und einen Steuerrotor 8, ι
welche auf parallelen Wellen 9 bezw. 10 befestigt sind, welche
ihrerseits drehbar in Lagern in den Stirndeekeln 2 und 3 gelagert
sind und mittels einer Zahnradübertragung 12 synchronisiert und
gegen die Arbeitskammern im Gehäuse 1 durch Dichtringe 13 abgedichtet
sind. Das Gehäuse 1 besitzt einen Einlaßkanal 14 und
einen Auslaßkanal 15, welche in Ebenen 16 und 17 enden, die
rechtwinklig zueinander und parallel zu den Rotorachsen verlaufen. Ein Kanal 18 vom Einlaßkanal 14 führt durch die stirnde
ekel 2 und 3 und das Gehäuse 1 zu Einlaßöffnungen der Arbeitskammer
der Maschine, weiche aus einer radialen Einlaßöffnung 19
und zwei axialen Einlaßöffnungen 20 in jeweils einem Stirndeckel
bestehen. Der Auslaßkanal I5 ist über einen Auslaßkanal 21 im
Gehäuse 1 und die Stirndeckel 2 und j mit zwei axialen Auslaß- {
öffnungen 22 jeweils in einem Stirndeckel verbunden. Das Gehäuse
1 ist luftgekühlt und die Stirndeckel 2 und 3 werden von Flüssigkeit
gekühlt und besitzen zu diesem Zweck Kanäle 23 für die Kühlflüssigkeit
sowie Kanäle 24 für den Durchlaß der Kühlflüssigkeit
vom Getriebegehäuse 34.
Der Hauptrotor 7 besitzt eine Nabe mit einem Teil 25 mit konstantem
Radius, welcher bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel
sich über einen Winkel von 225° des Umfanges der Hauptrotornabe
erstreckt. Außerdem trägt die Haupt rot ornabe einen zahn 26,
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welcher eine vordere konvexe Planke besitzt, die über ein ebenes Teil 27 das Nabanteil 25 mit konstantem Radius mit einem vorzugsweise
kreisbpgenförmigen Teil 28 verbindet, welches zur Spitze 29 des Zahnes verläuft. Die hintere Flanke 30 des Hauptrotorzahnes
ist konkav und liegt unmittelbar im Anschluß an eine Vertiefung 31» welche in der Nabe ausgebildet ist und in das
Nabenteil 25 übergeht. Außerdem besitzt der Hauptrotor 7 eine
Aushöhlung 32, welche von einer Öffnung 33 in der hinteren konkaven
Planke 30 des Hauptrotorzahnes aus verläuft, wobei diese
öffnung sich über den Haupfcteil dieser Flanke erstreckt. Diese
Höhlung 32 ist derart ausgebildet, daß der Hauptrotor dynamisch und naturgemäß auch statisch ausgeglichen ist.
Das Verhältnis zwischen dem konstanten Radius des Nabenteils 25 des Hauptrotors und dem größten Radius des Hauptrotorzahnes 26
beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 35:60. Vorzugsweise
ist der größte Radius des Hauptrotorzahnes 50 bis 100$
größer als der konstante Radius des Nabenteiles 25 des Hauptrotors.
Die Länge des Hauptrotors kann vorzugsweise im wesentlichen gleich dem maximalen Radius sein. Die Erfindung beruht
auf einer äußerst günstigen Ausnützung des Volumens des Kompressorgehäuses. Außerdem wird ein günstiges Verhältnis zwischen
der Gesamtlänge der Dichtungslinie und dem Hubraum der Maschine
erreicht, wodurch die Leckverluste sehr niedrig gehalten werden können.
Der Steuerrotor 8 besitzt eine Nabe mit einem Teil 35 mit konstantem
Radius, welcher sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Winkel von 225° des Umganges des steuer-
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Patentanwälte Dr. W. Andrejewskl, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger StraBe 36
rotors erstreckt und mit dem Nabenteil 25 mit konstantem Radius des Hauptrotors zusammenwirkt und dicht an diesem Teil anliegt.
Bei Drehung der Rotoren weicht jedoch die Umfangsgeschwindigkeit
des Hauptrotornabenteiles 25 von der Umfangsgeschwindigkeit des Steuerrotornabenteiles 35 ab. Dieser Unterschied verursacht eine
nicht unerwünschte Abnutzung der Rotoroberflächen, wodurch sich
ein gutes Dichtungsspiel ergibt. Der Steuerrotor besitzt einen (
Zahn 36 mit einer vorderen konkaven Flanke 37, welche durch die
Spitze 29 des Zahnes 26 des Hauptrotors während der Bewegung
dieser Spitze von der Spitze 38 des Steuerrotorzahnes zur WurSael
dieses Zahnes erzeugt wird. Die Vordeiflanke des Steuerrotorzahnes
47 geht am Zahnfufl in einen Teil 39 über, welcher eine UmhUllungslinie
einer Gruppe von Kreisen darstellt, die durch das kreisbögenförmige
Teil 28 dee Hauptrotorzahnes am Steuerrotor erzeugt wird. Die Umhtillungslinie 39 geht über ein Teil 40 in das Nabenteil 35 über, wobei dieses Teil 40 durch das Teil 27 des Hauptrotorzahnes erzeugt wird und infolgedessen eine Einhüllende einer
Gruppe von Linien ist. Der Steuerrotorzahn 36 besitzt ein kreisbogenförmiges Teil 41 an seiner Spitze, welches von der Spitze 38
des Zahnes aus in die Hinterflanke 42 des Steuerrotorzahnes übergeht,
die tangential zum Nabenteil 35 verläuft und innerhalb gewisser Grenzen jede geeignete Form besitzen kann, da sie keine
Dichtung mit dem Hauptrotor bilden muß. Die Spitzen 38 und 29
der Zähne können auch, wie Fig. 7 zeigt, abgerundet sein, sodaß sie nicht so schnell beschädigt werden und eine bessere Abdichtung
mit dem entsprechenden zusammenwirkenden Teil des anderen Rotors bilden. Die Spitze 38 des Steuerrotorzahnes des kreisbogenförmigen
Teiles IH und die Hinterflanke 42 erzeugen die Hinterflanlie
30 des Haupt rot orzahne s und die Vertiefung 31 in der Hauptrotor-
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nabe, doch brauchen diese Teile, welche sich über einen Winkel
von 45°
bilden.
von 45° der Rotoren erstrecken, keine Dichtung miteinander zu
Da der Steuerrotor ebenfalls asymmetrisch ist, besitzt er in gleicher Weise wie der Hauptrotor eine Aushöhlung 43, welche
von einer Öffnung 44 in der Hinterflanke -42 des Steuerrotorzahnes
in den Steuerrotor hineinläuft. Die effektive Höhe des Steuerrot orzahne s beträgt bei dem dargestellten Ausf Uhrungsbeispiel
etwa 1/5 der effektiven Höhe des Hauptrotorzahnes.
Durch diese Anordnung und diese Beziehung zwischen den Höhen der Zähne ist es möglich, die Auslaßöffnungen so breit auszuführen,
daß die Luft- oder Gasgeschwindigkeit in diesen Öffnungen
innerhalb annehmbarer Grenzen bleibt, sodaß die Strömungsgeschwindigkeiten
dadurch niedrig gehalten werden. Tn. gleicher Weise wird eine geeignetere Gasgeschwindigkeit in den
Kanälen, welche den Rotor im Kompressorgehäuse umgeben, erreicht.
Um diese Wirkungsweise der Maschine eindeutiger und klarer erläutern
zu können, wurden in den Figuren 5 und 6 die Rotoren in den Positionen dargestellt, welche sie einnehmen, wenn die
Kompression beginnt (Fig. 5) bezw. wenn die Abgabe beginnt
(Fig. 6). Figur 7, weiche die Abwandlung mit den abgerundeten
Rotorspitzen darstellt, zeigt auch die Position der Rotore in dem Augenblick, in welchem die Spitzen 29 und 38 einander treffen.
Der dem Steuerrotorradius entsprechende Abstand zur Dichtwngs linie zwischen der Spitze 29 und der Flanke yj sollte in allen
Stellungen der Rotoren größer sein als der Abstand zur Dichtungslinie zwischen der konvexen Flanke 27, 28 und dem Nabenteil 40,
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sodaß das durch den Druck des Arbeitsmediums auf den Steuerrotorzahn erzeugte Drehmoment stets positiv ist. Die Drehrichtung
der Rotoren ist in den Figuren1, 2, 5 und 6 durch
Pfeiles angedeutet und ist bei den Figuren 4 und 7 die gleiche. Figur 7 zeigt die Rotoren in der Position, welche sie einnehmen,
wenn die Spitzen 29 und J8 der Rotorzähne gerade beginnen, zusammenzuwirken,
wobei die zahnspitze 29 beginnt, an der Fläche
37 des Zahnes 36 dicht anliegend entlangzulaufen, wobei das
Spiel an der Zahnspitze 29 in Figur 7 stark übertrieben dargestellt
ist. Um die Abdichtung rund um die Rotoren zu verbessern,
können die konvexen Oberflächen der Rotore vorzugsweise
mit einem Überzug aus einem Material versehen werden, welches teilweise abgenutzt werden kann, beispielsweise mit
einem Farbüberzug. Die Innenseiten der Stirndeckel der Zylinderbohrungen,
welche zu den Rotoren hinweisen, können ebenfalls mit einem derartigen Oberflächenüberzug versehen werden.
Anspruch?
009882/1BO1
Claims (1)
- Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M, Honice, 43 Essen, Kettwiger Straße 36Anspruch.Drehkolben-Arbeitsmaschine, bestehend aus einem Maschinengehäuse mit einander schneidenden zylindrischen Bohrungen für einen Haupt- und einen Steuerrotor sowie Stirndeckeln mit axialem Ein- und Auslaß für ein elastisches Arbeitsmedium, wobei beide Rotoren jeweils einen Zahn an der im übrigen kreisrunden Nabe aufweisen, welcher beim Hauptrotor eine konkave Zahnflanke sowie eine in die Nabe übergehende konvexe Zahnflanke und beim Steuerrotor wenigstens eine konkave Zahnflanke sowie eine in die Nabe übergehende zweite Planke besitzt, während in der Nabe des Hauptrotors neben der konkaven Planke seines Zahnes eine vertiefung für den Durchgang des Zahnes des Steuerrotors und in der Nabe des Steuerrotors neben seiner konkaven Zahnflanke eine vertiefung für den Durchgang des Hauptrotorzahnes ausgebildet ist und beide synchron verdrehbaren Rotoren derart im Maschinengehäuse gelagert sind, daß ihre Zähne abdichtend an den Bohrungen und den Stirndeckeln anliegen, wodurch eine zwangsläufige Verdrängung und Volumenänderung der die Maschine bei jedem Arbeitstakt durchströmenden Mengen des Arbeitsmediums erzielbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zähne (26, 36) des Haupt- und des Steuerrotors (7, 8) während des Hauptteilfcs einer jeden Umdrehung eine Dichtung mit den zylindrischen Bohrungen (5# 6) des Maschinengehäuses (1) sowie dessen Stirndeckeln (2, 3) bilden und daß die konkave Planke (37) des Steuerrotorzahnes sowie ein die Vertiefung (39) für den Haupt rot orzahn (26) begrenzendes Teil (40) der Steuerrotornabe durch die Spitze (29) des Hauptrotorzahnes be zw. seine konvexe Planke (28) eine derartige Form erhalten, daß während des kürzeren Teiles einer jeden Umdrehung, wenn der Zahn eines jeden Rotors mit dem Zahn und der Vertiefung des anderen Rotors zusammenwirkt, eine Dichtungslinie zwischen009882/150Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straßeder Spitze des Haupt rot orzahne s und der erzeugten konkaven Flanke des Steuerrotorzahnes stets weiter entfernt von der Drehachse des Steuerrotors liegt als die Dichtungslinie zwischen der konvexen Planke des Hauptrotorzahnes und dem die Vertiefung begrenzenden Teil der Nabe des Steuerrotors, wodurch das Drehmoment des auf den Rotorzahn während des größten Teiles einer jeden Umdrehung einwirkenden Arbeitsmediums in der gleichen Richtung auch während des kürzeren Teiles einer jeden Umdrehung und damit während eines vollständigen Arbeitstaktes der Maschine aufrechterhaltbar ist.PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke,009882/1501
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