DE2835826A1 - Rotationskolbenverdichter mit zusammenwirkenden laeufern - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

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H. KtNKELDEY VV. STOCKMAtR

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K. SCHUMANN

P. H. JAKOB

OFt-INS.

G. BEZOLD

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8 MÜNCHEN

MAXlMlUANSTFtASSE

Rotationskolbenverdichter mit zusammenwirkenden Läufern

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolbenverdichter, der zusammenwirkende Läufer aufweist, und zwar einen Druckläufer und einen Saugläufer, die jeweils einen'im wesentlichen zylindrischen Körper aufweisen, sowie mindestens eine Schaufel oder einen Zahn, der sich vom Umfang des Körpers aus und in Längsrichtung des Läufers erstreckt, wobei jede Schaufel oder jeder Zahn dazu eingerichtet ist, mit einer entsprechenden Ausnehmung im zylindrischen Körper des anderen Läufers und während eines Teils seiner Bewegungsbahn zum dichtenden Eingriff mit der Innenoberfläche eines für die beiden Läufer gemeinsamen Gehäuses in Eingriff zu treten, wobei die Läufer innerhalb

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TELEFON (OBS) 23 28 62 TELEX OS-29 38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

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des Gehäuses derart angeordnet sind, daß ihre zylindrischen Körper an einer gemeinsamen Erzeugenden nebeneinanderliegen, und wobei das Gehäuse eine Einlaßöffnung und eine Auslaß-Öffnung festlegt.

Bei einem Drehkolbenverdichter,der obengenannten Art "rollen" die zylindrischen Läufer aufeinander ab, obwohl ein kleiner Zwischenraum normalerweise zwischen ihnen gebildet ist, und die Schaufeln oder Zähne sind derart angeordnet, daß die Schaufel des einen Läufers am Eingriffs-, bereich der Läufer vor der Schaufel des anderen Läufers derart ankommt, daß jede Schaufel dichtend, : j.edoch mit einem gewissen Spiel in Eingriff mit der entsprechenden Ausnehmung im anderen Läufer treten wird. Auf diese Weise ist der Raum, der von den zylindrischen Wänden und den Endwänden des Verdichtergehäuses und von den Läufern begrenzt wird, in einen Saugraum und einen Kompressionsraum unterteilt, wobei die Schaufeln der Läufer als Kolben wirken, die während der Drehung der Läufer kontinuierlich den Kompressionsraum verringern und den Saugraum erhöhen, bis die Schaufeln am Eingriffsbereich der Läufer ankommen. Anschließend wird die Verdichtung von Luft oder Gas, das in Uj den obengenannten Saugraum eingesaugt ist, eingeleitet, während eine weitere Gasmenge in einen anderen Saugraum eingesaugt wird, der gerade gebildet wird.

Ein Drehkolbenverdichter 'der obengenannten Art hat, wird er nun als Wärmepumpe oder für herkömmlichere Zwecke verwendet, mehrere Vorzüge, verglichen mit Verdichtern der Art, die oszillierende Kolben aufweisen. Somit weist der Drehkolbenverdichter nur wenige bewegliche Teile auf, die völlig ausgewuchtet sein können. Ferner kann in Drehkolbenverdichtern eine hinlängliche Abdichtung normalerweise ohne unmittelbare gegenseitige Berührung zwischen den.. Läufern und ohne unmittelbare Berührung zwischen Läufern und dem umgebenden Gehäuse erzielt werden. Demzufolge

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müssen nur die Läuferlagerungen geschmiert werden, und Abnutzung, und Instandhaltung können nur äußerst gering bleiben.

Der Saugraum und der Kompressionsraum, in die der innere Hohlraum des Gehäuses durch die Läufer geteilt ist, kann mindestens in bestimmten Winkellagen der Läufer mit der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung des Verdichtergehäuses in Verbindung stehen. Bei einem bekannten Drehkolbenverdichter sind die Auslaßöffnung und möglicherweise auch die Einlaßöffnung des Verdichtergehäuses ein Schlitz, der in einer Endwand des Verdichtergehäuses begrenzt ist und als ein Kreisbogen ausgebildet ist« Die Endoberflächen der zylindrischen Körper der Läufer wirken mit diesen gekrümmten Schlitzen derart zusammen, daß während der Drehung der Läufer die Schlitze nur dann abgedeckt bzw. geöffnet werden, wenn sie auf die Ausnehmung des entsprechenden Läufers ausgerichtet sind. Demzufolge arbeiten die Läufer nicht nur als Kolben, sondern auch als Einlaß- bzw. Auslaßventile, und die Verwendung von empfindlichen Ventilen der Art, wie sie bei Verdichtern mit oszillierenden Kolben erforderlich sind, wird vermieden.

Um einen Verdichter mit einer möglichst großen Kapazität im Verhältnis zu den Außenabmessungen des Verdichters zu erzielen, ist es erwünscht, die Schaufeln oder Zähne mit der größtmöglichen radialen Höhe bezüglich des Radius der zylindrischen Körper der Läufer zu bilden. Demzufolge werden die zylindrischen Läufer mit verhältnismäßig kleinen Durchmessern ausgebildet. Das bringt seinerseits mit sich, daß die gekrümmten Einlaß- und Auslaßschlitze, die in den Endwänden des Verdichtergehäuses begrenzt sind, nur eine ziemlich begrenzte radiale Breite aufweisen können und unter verhältnismäßig geringem Radialabstand von der Läuferachse angeordnet sein müssen, wobei an dieser Stelle die Umfangsgeschwindigkeit des Läufers und demzufolge die Geschwindigkeit, mit der die Einlaß- und Auslaßschlitze geöffnet und geschlossen werden, verhältnismäßig klein ist.

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Die größte Umfangslänge der gekrümmten Schlitze, die gleichzeitig abgedeckt sein kann, wird durch die Ümfangsbreite der Ausnehmung im zylindrischen Körper des entsprechenden Läufers bestimmt. Diese Ümfangsbreite der Ausnehmung wird ihrerseits durch die Ümfangsbreite oder Dicke der Schaufeln oder Zähne.bestimmt, die - unter anderem um die Zentrifugalkräfte auf ein Minimum zu reduzieren, die darauf einwirken - erwünschterweise so klein wie möglich gehalten werden soll. Aus den obengenannten Gründen wird der Strömungswiderstand der bekannten Drehkolbenverdichter, die oben beschrieben sind> ziemlich hoch sein, und demzufolge wird ihr-Wirkungsgrad verhältnismäßig niedrig sein, und dies trifft insbesondere für Verdichter mit hoher Kapazität zu, die bei hohen Drehzahlen rotieren. Diese ungünstigen Bedingungen können in einem gewissen Maße dadurch verbessert werden, daß man einen Auslaßschlizt an beiden Enden des Druckläufers ausbildet und möglicherweise auch einen Einlaßschlitz an beiden Enden des Saugläufers. Es wird in diesem Falle allerdings notwendig sein, die beiden Auslaßschlitze und die beiden Einlaßschlitze mittels äußerer Verrohrungen miteinander zu verbinden, die verhältnismäßig sperrig sind, insbesondere im Fäll eines Verdichters mit hoher Kapazität, der bei einem verhältnismäßig niedrigem Verdichtungsdruck arbeitet«

Aus der GB-PS 665 484 ist ein Drehkolbenverdichter bekannt, bei dem die Läufer hohl sind, und bei dem die Einlaß- und Auslaßöffnungen im Gehäuse mit den Ausnehmungen des Saugläufers bzw. Druckläufers über den Hohlraum der Läufer in Verbindung stehen. Die Öffnungen, die die inneren Hohlräume der Läufer mit den entsprechenden Ausnehmungen verbinden, können sich dann über die Gesamtlänge der Ausnehmungen erstrecken und weisen eine Ümfangsbreite auf, die im wesentlichen gleich ist der Breite der entsprechenden Ausnehmungen. Um es zu erreichen, daß der Kompressionsraum des Kompressors erst mit der Auslaßöffnung in Verbindung gelangt, wenn der Druck im Kompressionsraum

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einem Gegendruck im wesentlichen gleich ist oder ihn überschreitet, ist ein stationärer Gleitventilkörper im Druckläufer des letzterwähnten, bekannten Aufbaus angeordnet, um die Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum des Druckläufers und seiner Ausnehmung und folglich auch dem Kcraressionsraum zu unterbrechen, bis der gewünschte Druck im Kompressionsraum erreicht wurde. Hierbei wird eine Verdichtungsperiode hergestellt, die von einer Ausblasperiode gefolgt, wird. In der genannten britischen Patentschrift wird vorgeschlagen, daß der Druckläufer fest an einer drehbar gelagerten Welle angebracht ist und hiermit in Achsrichtung bis über die Schaufel und die Ausnehmung des Druckläufers hinaus verbunden ist. Das stationäre Gleitventil kann dann am Verdichtergehäuse angebracht werden. Wie in der genannten Patentschrift festgestellt ist, weist dieser Aufbau den Nachteil auf, daß er nur für verhältnismäßig kurze Läufer geeignet ist, was also in empfindlichem Maße die erzielbare Kapazität begrenzt.

Der erfindungsgemäße Drehkolbenverdichter gehört dem vorher erwähnten Typ an, also einem Typ, bei dem die Auslaßöffnung mit der Ausnehmung des Druckläufers über einen inneren Hohlraum in Verbindung steht, der im zylindrischen Körper des Druckläufers ausgebildet ist, wobei der Hohlraum einen stationären Gleitventilkörper aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum und der Ausnehmung des Druckläufers während eines vorbestimmten Drehwinkelbereiches zu unterbrechen, um eine Verdichtungsperiode vorzusehen, und um die Verbindung' während eines nachfolgenden Drehwinkelbereiches wieder herzustellen, um eine Ausblasperiode vorzusehen. Der erfindungsgemäße Verdichter ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum und der Ausnehmung des Druckläufers sowie der entsprechende Gleitventilkörper sich nur über einen Teil der Axiallänge der· Ausnehmung an einem oder an beiden Enden hiervon erstreckt, wobei der Druckläufer an einer entsprechenden Läuferwelle längs des

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verbleibenden Teiles der axialen Länge des Druckläufers angebracht oder gelagert 1st, und dadurch, daß eine zusätzliche- Auslaßöffnung in der Endwand des Verdichtergehäuses zwischen der Außenoberfläche des Gleitventilköprers und dem Umfang des zylindrischen Körpers des
Druckläufers angebracht ist.

Beim erfindungsgemäßen Verdichter ist es möglich, eine gute allgemeine Abstützung selbst verhältnismäßig langer Läufer mit großer Kapazität zu erreichen„ Ferner kann die Verringerung der Verbindungsöffnung zwischen innerem Hohlraum und der Ausnehmung des Druckläufers gemäß der Erfindung wegen der Möglichkeit der axialen Abgabe durch die zusätzliche Auslaßöffnung ausgeglichen werden, die in der Endwand des Verdichters begrenzt ist. Es hat sich herausgestellt, daß durch die genannte Verbindung von radialer und axialer Abgabe insbesondere gute Abgabeströmungsbedingungen während der gesamten Abgabeperiode erzielt werden können, da die genannte Zusammenwirkung eine verhältnismäßig rasche Öffnung sowie eincverhältnismäßig rasches Schließen der Auslaßöffnungen veranlaßt, so daß das tatsächliche Verdichtungsdiagramm des Verdichters dem theoretischen Diagramm angenähert werden kann, was bedeutet, daß der Wirkungsgrad des Verdichters besonders gut sein wird.

Der Gleitventilkörper ist vorzugsweise zweiteilig ausgebildet/ wobei sich jeder Teil in Achsrichtung von einem entsprechenden Ende des Druckläufers her erstreckt, und wobei der Teil insgesamt eine Hälfte bis zwei Drittel
der Axiallänge des Druckläufers abdeckt. Die genannten Teile des Gleitventilkörpers weisen vorzugsweise einen derartigen Außendurchmesser auf, daß die Spitze der Saugläuferschaufel die Ventilkörperteile gerade (mit einem gewissen Spiel) berührt, wenn sie an den Teilen yorbeiläuft.

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Die vordere Oberfläche der Ausnehmung im Druckläufer ist vorzugsweise im wesentlichen als Teil einer konkaven zylindrischen Oberfläche ausgebildet, die einen Radius aufweist, der größer ist als der radiale Abstand von der Mitte des Abstandes zwischen den Achsen der beiden Läufer zu dem radial äußersten Teil der Saugläuferschaufel, wobei die genannte zylindrische Oberfläche die Außenoberfläche des Gleitventilkörpers (mit einem gewissen Spiel) berührt. Durch Ausbildung der zusammenwirkenden vorderen Oberflächen der Druckläuferausnehmung und der Saugläuferschaufel werden insbesondere gute Eingriffsbedingungen mittels einfacher und leicht bearbeitbarer Oberflächeriformen erzielt. Wenn die zylindrischen Körper des Saug- bzw. Druckläufers den gleichen Durchmesser aufweisen, wird der genannte radiale Abstand gleich sein der radialen Höhe der Saugläuferschaufel, und in diesem Falle ist der Radius der konkaven Zylinderoberfläche vorzugsweise größer als die genannte Schaufelhöhe.

Die vordere Oberfläche der Schaufel oder des Zahnes des Saugläufers weist vorzugsweise eine konvexe Form auf, um dichtend mit der konkaven vorderen Oberfläche der Druckläuferausnehmung in Eingriff zu treten. Wenn die genannte konkave Oberfläche der Druckläuferausnehmung eine Zylinderfläche ist, wie oben erwähnt, dann wird auch die konvexe Oberfläche annähernd eine Zylinderoberfläche sein, die tangential in den äußersten Teil der Saugläuferschaufel übergeht. Wenn der Radius der konkaven Zylinderoberfläche der Druckläuferausnehmung gleich dem genannten radialen Abstand wäre, dann müßte die konvexe Zylinderoberfläche der Saugläuferschaufel denselben Radius aufweisen. In diesem Fall würden allerdings die beiden Zylinderoberflächen derart zusammenwirken, daß der freien Strömung von Luft oder Gas in den expandierenden Raum, der in der Druckläuferausnehmung begrenzt ist, wenn die Saugläuferschaufel mit ihrer Bewegung aus dem Eingriff mit dieser Ausnehmung beginnt, entgegengewirkt würde. Je größer der Radius der

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konkaven Zylinderoberfläche der Druckläuferausnehitiung gewählt wird, desto freier kann Luft oder Gas in den expandierenden Raum strömen, aber zur selben Zeit wird die Größe der Ausnehmung und der Schaufel erhöht, so daß es schwieriger wird, die Läufer auszuwuchten, und die Wirksamkeit der erzielbaren Abdichtung oder Dichtung zwischen den vorderen Oberflächen von Druckläuferausnehmung und Saugläuferschaufel während des späteren Stadiums der Ausblasperiode wird verringert. Gemäß der Erfindung kann die zylindrische Oberfläche der Druckläuferausnehmung einen Radius aufweisen, der das 1,25-fache des radialen Abstands beträgt; dies hat sich angesichts der oben erwähnten Umstände als guter Kompromiß erwiesen. Das oben erwähnte rasche öffnen und Schließen der Auslaßöffnungen ist abhängig von der Umfangsgeschwindigkeit des Druckläufers. Diese Umfangsgeschwindigkeit und demzufolge die Geschwindigkeit des öffnens und Schließens kann allerdings auf an sich bekannte Weise durch Verwendung eines Druckläufers gesteigert werden, der einen zylindrischen Körper mit einem Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Abstand zwischen den Achsen der Läufer. Wenn der Außendurchmesser des zylindrischen Körpers des Druckläufers größer .ist als der Abstand zwischen den Läuferachsen, dann wird demzufolge der Durchmesser des Saugläufers entsprechend kleiner sein, und der Teil des zylindrischen Körpers des Druckläufers, der radial außerhalb einer ima-· ginären Zylinderoberfläche liegt, die koaxial zum Druckläufer verläuft und einen Radius aufweist, der gleich der Hälfte des Abstandes der Läuferachsen ist, wird in Bezug auf den Saugläufer als Zahn wirken. Der Eingriff zwischen dem radial äußeren Teil der vorderen Oberfläche der Druckläuferausnehmung und dem Teil der vorderen Oberfläche der Saugläuferschaufei, die näher an der Achse des Saugläufers als der halbe Abstand zwischen den Läuferachsen angeordnet ist, kann unter Verwendung desselben Prinzips erzielt werden, wie es oben in Zusammenhang mit der konvexen vorderen Oberfläche der Saugläuferschaufel und der konkaven zylin-

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drischen Vorderoberfläche der hiermit zusammenwirkenden Druckläuferausnehinung beschrieben ist. D.h., daß die konkave Übergangsfläche zwischen der Außenfläche des zylindrischen Körpers des Saugläufers und der vorderen Oberfläche der Saugläuferschaufel vorzugsweise als konkave Zylinderfläche geformt ist, die einen Radius aufweist, der größer ist als der Unterschied zwischen dem halben Abstand der Läuferachsen und dem Radius der Außenfläche des zylindrischen Körpers des Saugläufers, wobei die zylindrische.. Oberfläche in danebenliegende Oberflächen des Saugläufers übergeht.

Da die rückwärtige Oberfläche der Sauglauferschaufei ständig an den Saugraum oder die Saugkammer des Verdichtergehäuses angrenzt, kann sie so geformt sein, daß sie den kleinstmöglichen Widerstand gegenüber der Gasströmung in die Saugläuferausnehmung bietet, wenn sie mit dieser Ausnehmung in Eingriff tritt. Somit kann die Druckläuferschaufel so geformt sein, daß nur der vordere Teil, beispielsweise ein Viertel, der Umfangslänge der Schaufel neben der Innenwand des Gehäuses liegt. Dies ist hinlänglich, um die gewünschte Abdichtung gegenüber der Innenwand des Gehäuses zu erzielen, und die von der Schaufel gebildete Störung der Gasströmung in die Saugläuferausnehmung wird verringert. Ferner wird eine hinlänglich lange Umfangslänge der Schaufel- oder Zahnwurzel erhalten, um eine wirksame Befestigung der Schaufel am zylindrischen Körper des Läufers sicherzustellen.

Beim erfindungsgemäßen Verdichter werden insbesondere gute Einlaß- und AuslaßStrömungsbedingungen erzielt, so daß der Zusammenhang zwischen der radialen Höhe der Schaufel oder des Zahnes und dem gesamten Läuferdurchmesser erhöht werden kann, wobei der Wirkungsgrad des Verdichters wegen des Druckverlustes infolge eines Spielraums noch weiter erhöht werden kann, der zwischen den radial äußeren Oberflächen

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der Läuferschaufeln und den danebenliegenden Innenwänden des umgebenden Gehäuses und zwischen den wechselweise zusammenwirkenden Läufern von geringerer Bedeutung wird, wenn die Kapazität des Verdichters unter Verwendung einer größeren Radialhöhe der Schaufeln erhöht wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Begriff "Eingriff" oder "Berührung", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, auch den berührungsfreien Eingriff umfaßt, d.h. den Zustand, in dem ein Zwischenraum zwischen den zusammenwirkenden oder ineinander eingreifenden Teilen vorliegt.

Ein besonderer Gesichtspunkt der Erfindung liegt in einem Drehkolbenverdichter, der der Art nach zwei hohle, zusammenwirkende Läufer aufweist, die jeweils eine Schaufel oder einen Zahn „und eine entsprechende Ausnehmung aufweisen, die mit dem Hohlraum des Läufers in Verbindung steht. Ein Gleitventilkörper, der Teil eines Zylinders bildet, ist stationär im Inneren des Hohlraums eines der Läufer angebracht, und zwar im Druckläufer, um die Abgabeöffnung des Verdichters während, einer Kompressionsperiode zu schließen und den Auslaß während einer Ausblasperiode zu öffnen. Entsprechend der Erfindung erstreckt sich der Gleitventilkörper nur über einen Bruchteil der Axiallänge der Ausnehmung an einem oder an beiden Enden hiervon, und der Druckläufer ist auf einer entsprechenden Läuferwelle längs des verbleibenden Teils der axialen Länge des Druckläufers angebracht oder gelagert. Ferner ist eine zusätzliche Auslaßöffnung in der Endwand des Verdichtergehäuses begrenzt und wird von der .Endoberfläche des Druckläufers gesteuert, wobei die AuslaßStrömungsbedingungen des Verdichters in hohem Umfang verbessert sind.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch näher beschrieben, wobei

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schnitts einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdichters zeigt, in Richtung der Pfeile I-I in Fig. 2 gesehen,

Fig. 2 die - Ansicht eines Schnitts ist, wie durch die Pfeile II-II in Fig, 1 angezeigt,

Fig. 3 eine noch schematischere Ansicht eines

'■■.'.:. -LliSchnitts .'.ist und einen Druckläufer und die darin ausgebildete Ausnehmung zeigt,

Fig. 4 und 5

jeweils eine Ansicht eines Schnitts entsprechend dem ist, der in Fig. 2 gezeigt ist, jedoch mit den Läufern in unterschiedlichen Drehstellungen.

Der Drehkolbenverdichter, der in der Zeichnung gezeigt ist, weist ein Gehäuse 10 auf, das einen Innenraum aufweist, der durch eine Wand 11 begrenzt ist, die im wesentlichen wie .die Ziffer 8 gebildet ist und zwei zylindrische Obex~- flächen aufweist, die parallele Achsen haben. Ein Läufer 12 (im folgenden "Druckläufer" genannt) mit einem inneren Auslaßkanal und ein Läufer 13 (im folgenden "Saugläufer" genannt) mit einem inneren Einlaßkanal sind innerhalb des Gehäuses 10 und koaxial zu seinen inneren Zylinderoberflächen angebracht. Jeder der Läufer umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Körper 14 bzw. 15, die im Verhältrnis zu ihrem Abstand einen derartigen Durchmesser aufweisen, daß diese Körper längs einer Erzeugenden miteinander in Eingriff stehen oder einander berühren (s. insb. Fig. 2). An jedem der Zylindrischen Läufer 14 und 15 ist eine Schaufel oder ein Zahn 16 bzw. 17 angebracht, der eine Form aufweist, die nachfolgend mehr im einzelnen beschrieben wird. Die Läufer 12 und 13 umfassen radiale

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Arme oder Speichen 18 und 19, mittels deren die Läufer an Läuferwellen 20 bzw. 21 angebracht sind, die drehbar im Gehäuse 10 mittels Lagerungen 22 und 23 angebracht sind. Die Läuferwelle 21 geht in einer Verlängerung in eine Antriebswelle 24 über, und die Läuferwellen sind miteinander durch identische, miteinander kämmende Zahnräder 25 und 26 verbunden, die sicherstellen, daß sich die Läufer 12 und 13 ständig mit derselben Drehzahl und in entgegengesetzter Richtung drehen, wie durch Pfeile in Fig. 2, 4 und 5 angezeigt ist. Die zylindrischen Körper 14 und

15 der Läufer sind hohl, und der innere Hohlraum des zylindrischen Körpers 14 des Druckläufers steht teilweise mit einer Auslaßöffnung 27 in Verbindung„ die im Enddeckel des Gehäuses 10 begrenzt':ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, und teilweise über Auslaßöffnungen 28 am Boden einer länglichen Vertiefung oder Ausnehmung 29, die im Druckläufer 12 ausgebildet ist, wobei ein Raum gebildet ist, der wie die Ziffer 8 geformt ist und zwischen der Wand 11 des Gehäuses und den zylindrischen Korpern 14 und 15 festgelegt ist. Der Innenraum des Saugläufers 13 steht in ähnlicher Weise teilweise mit einer Einlaßöffnung 30 in Verbindung, die im Enddeckel des Gehäuses begrenzt ist, sowie teilweise mit dem Raum im Gehäuse _t der wie die Ziffer 8 geformt ist, über eine axiale öffnung oder einen Schlitz 31, der sich im wesentlichen längs der gesamten axialen Länge des Saugläufers erstreckt und eine Ausnehmung 32 hierin- bildet. Jede der Ausnehmungen 29 und 32 ist derart geformt, daß sie die Schaufel oder den Zahn

16 bzw. 17 des anderen Läufers während der gegenläufigen Drehbewegung der Läufer aufnehmen kann.

Beim Betrieb des Verdichters bewegen sich die zylindrischen oberen Flächen der Schaufeln oder Zähne 16 und 17 dichtend längs der Wand 11 des Läufergehäuses während des Haupt— teils der Läuferbewegung, und gleichzeitig liegen die zylindrischen Körper 14 und 15 der Läufer längs einer Erzeugenden dicht aneinander an. Hierbei wird der Gehäuse-

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raum, der wie die Ziffer 8 geformt ist/ in eine Saugkammer oder einen Saugraum 33 aufgeteilt, der mit der Einlaßöffnung 30 in Verbindung steht und ein zunehmendes Volumen aufweist, sowie in eine Kompressionskammer oder einen Kompressionsraum 34, der ein sich verringerndes Volumen aufweist (s. Fig. 2) und mit der Auslaßöffnung 27 während eines Teils der Kompressionsbewegung in Verbindung steht, wie weiter unten erläutert wird. Somit wirken die Schaufeln oder Zähne 16 und 17 als bewegliche Kolben in dem wie die Ziffer 8 geformten Raum.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Speichen oder Arme 18 des Druckläufers 12 nur längs des mittleren Teils der Welle mit der Läuferwelle 20 verbunden. Gleitventilkörper 35, die als Zylindersektoren ausgebildet sind, sind stationär an den Endwänden des Gehäuses 10 angebracht und erstrecken sich axial von hier aus nach innen. Diese Gleitventilkörper wirken mit den Auslaßöffnungen 28 zusammen, die am Boden der Ausnehmung 29 des Druckläufers 12 begrenzt sind, und diese öffnungen 28 sind ebenfalls nur an den Endabschnitten des Läufers aufzufinden und weisen eine axiale Länge auf, die mit der axialen Länge der Gleitventilkörper 35 übereinstimmt. Diese Gleitventilkörper 35 sind dazu eingerichtet, die Auslaßöffnungen 28 während einer jeden Kompressxonsperiode derart abzuschließen, daß die Kompression in der'Kompressionskammer 34 im wesentlichen adiabatisch stattfinden kann, bis ein Druck erreicht ist, der im wesentlichen gleich oder größer ist als der Gegendruck, gegen den der Verdichter arbeitet. Nach dieser adiabaten Verdichtung erfolgt die Ausgabeperiode. Um verbesserte Auslaßströmungsbedingungen für das verdichtete Gas oder die verdichtete Luft während der Ausgabeperiode zu erzielen, und um eine raschere öffnung und ein rascheres Schließen des Verdichtungsraums 34 zu,erzielen, ist eine zusätzliche Auslaßöffnung 3 6 in jeder Endwand des Gehäuses ausgebildet. Diese Auslaßöffnungen 3 6 stehen mit den Auslaßöffnungen 27 in Verbindung und sind derart geformt, daß

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sie normalerweise von den Endwänden des zylindrischen Körpers 14 freigelegt und. verschlossen werden, aber sie werden aufgesteckt und geöffnet, wenn die Druckläuferausnehmung 29 eine Winkellage einnimmt, in der sie auf die Öffnung 36 ausgerichtet ist. Die AuslaßStrömungsbedingungen für verdichtetes Gas oder verdichtete Luft können durch eine Erhöhung der radialen Breite der Gasauslaßöffnung 36 verbessert werden. Eine derartige Erhöhung der radialen Breite kann erzielt werden, indem man einen Druckläufer 12 verwendet, der einen zylindrischen Körper 14 mit einem etwa größeren Durchmesser als dem des zylindrischen Körpers 15 des Saugläufers 13 aufweist, wie in den Zeichnungen gezeigt ist.

Die Figuren 4 und 5 stellen die Endphasen der Ausgabeperiode dar, die kritisch für den Wirkungsgrad des Verdichters ist. In dieser Lage wird .der Verdichtungsraum ■ 34 im wesentlichen durch die Endwände des Gehäuses, die Schaufeln 13 und 14 sowie durch die Oberflächen der Ausnehmung 29 begrenzt. Der Verdichtungsraum steht bis zum letzten Augenblick mit der Gasauslaßöffnung 27, die im Enddeckel des Gehäuses 10 ausgebildet ist, über die öffnungen 28 in Verbindung, die zunehmend von den Gleitventilkörpern 35 geschlossen werden, sowie über die Gasauslaßöffnungen 36, die zunehmend vom zylindrischen Körper des Druckläufers abgedeckt werden. Zu Gunsten des Wirkungs grades des Verdichters ist es wesentlich, daß der Verdichtungsraum 34 im wesentlichen in dem Augenblick bis auf Null verringert wird, in dem die öffnungen 28 und 3 6 vollkommen geschlossen sind, so daß kein "Totraum" irgend-, einer praktischen Bedeutung vorliegt. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erzielt, daß die Saugläuferschaufel 17 mit der Druck läuferschaufel 16 und !den Oberflächen der Ausnehmung derart in Eingriff tritt, daß, wenn die Läufer gedreht werden, die Berührungslinien aufeinander zu bewegt werden und sich an der axialen Linie treffen, an der die öff-

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nungen 28 und 3 6 spätestens von den Gleitventilkörpern bzw. dem zylindrischen Körper 14 des Druckläufers verdeckt und verschlossen sind.

Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel wird zwischen der rückwärtigen (in Drehrichtung gerechnet) Kante 37 der Saugläuferschaufel 17, die sich längs einer kreisförmigen Bahn":bewegt, und der vorderen Oberfläche der Druckläuferschaufel 16 sowie der danebenliegenden rückwärtigen Oberflache der Druckläufefausnehmung eine Berührungslinie erzielt, wobei diese Oberflächen als Zykloide geformt sind. Diese Berührungslinie bewegt sich in Drehrichtung zusammen mit der rückwärtigen Kante 37. Die andere Berührungslinie wird zwischen der vorderen Oberfläche 39 der Saugläuferschaufel 17 und der vorderen Oberfläche 40 der Druckläuferausnehmung 29 erzielt. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche 40 als Teil einer konkaven Zylinderoberfläche geformt, die tangential eine gedachte Zylinderfläche 41 berührt, die eine Fortsetzung der zylindrischen Gleitventilkörper 35 bildet, und wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist die Oberfläche 40 vorzugsweise einen Radius 42 auf, der ein wenig größer ist als der radiale Abstand 43 zwischen der gedachten Zylinderfläche 41 und einem Kreis 44, der mit seiner Mitte'-.auf der.-Achse des Druckläufers sitzt und einen Radius aufweist, der gleich dem halben Abstand zwischen den Läuferachsen ist. Dieser Kreis kann als Teilkreis des Zahnrades 25 betrachtet, werden, und der entsprechende Teilkreis des Zahnrades 26 auf der Saugläuferwelle ist mit 45 bezeichnet. Die vordere Oberfläche 39 der Saugläuferschaufel,, die mit der Oberfläche 40 zusammenwirkt, ist als entsprechende konvexe Oberfläche ausgebildet, die dazu eingerichtet ist, in dichtenden Eingriff mit der Zylinderoberfläche 40 zu treten, und die auch näherungsweise eine Zylinderoberfläche ist, die in die radial äußere, zylindrische, oberste Oberfläche der Schaufel oder des Zahnes übergeht und einen Radius aufweist, der größer ist als der radiale Abstand vom Teil-

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kreis 45 des Saügläufers zur obersten Oberfläche der Schaufel des Saugläufers. Wie in den Fig. 4 und 5 angezeigt ist, wird es durch diese Form der Oberflächen 39 und 40 erzielt, daß sich die Berührungslinie zwischen den Oberflächen entgegengesetzt zur Drehrichtung der Läufer bewegt, wie es gewünscht ist.

Wenn der zylindrische Körper 14 des Druckläufers einen größeren Durchmesser aufweist als der zylindrische Körper 15 des Saugläufers, wie oben erwähnt, dann wirkt die Kante 46 zwischen der äußeren Oberfläche des zylindrischen Körpers 14 und der vorderen Oberfläche 40 der Drücklauferausnehmung als Zahn oder Schaufel, die, wie in Fig. 4 gezeigt ist, mit einer Ecke 47 in Eingriff tritt, die den Übergang zwischen dem zylindrischen Körper 15 und der Schaufel 17 des Saugläufers bildet« Die Ecke 47 ist dann vorzugsweise als konkave Zylinderfläche ausgebildet, die einen Radius aufweist, der größer ist als der radiale Abstand zwischen der Außenoberfläche des zylindrischen Körpers 15 und dem Teilkreis 45 des Saugläufers, und die Kante 46 kann dann v^i:.: eine entsprechende konvexe Krümmung aufweisen.

Es wird darauf hingewiesen, daß verschiedenartige Änderungen und Abwandlungen des in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Somit könnten die zusammenwirkenden Flächen der Schaufeln und Ausnehmungen nicht notwendigerweise die beschriebenen Formen aufweisen, vorausgesetzt, daß andere Vorkehrungen getroffen sind, um sicherzustellen, daß die Berührungslinien aufeinander zu bewegt werden, um den Totraum auf ein Minimum zu verringern. Es muß auch vermerkt werden, daß, obwohl die oben erwähnten Maßnahmen, .und zwar die Verringerung des Totraumes, die Verbesserung der AuslaßStrömungsbedingungen aus dem Druckläufer und die vorteilhafte. Anbringung der Gleitventilkörper, alle zusammenwirken, um einen Drehkolbenverdichter zu ergeben, der einen besonders guten

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Wirkungsgrad aufweist, diese Maßnahmen, auch vorteilhafterweise für sich allein ohne Verwendung der anderen verwendet werden können.

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Claims (6)

1. PAVrNlANWyS LFE" A. GRUNECKER

   H. KINKELDEY

   DR-IWL

   OR-ING. · AeE (CALTEd-O

   K. SCHUMANN

   DR RER NAX. - DIPL.-PHYS.

   P. H. JAKOB

   G. BEZOLD

   Oft. RSl NAT.- DPL-CHEM

   8 MÜNCHEN

   MAXlMlLtANSTRASSE

   16. Aug. 1978 EH 13

   Aktieselskabet Thomas Ths. Sabroe & Co. Chr. d. X's Yej 201, DK-8270

   An s ρ rü c he

   Drehkolbenverdichter mit zusammenwirkenden Läufern, und zwar einem Druckläufer und einem Saugläufer, die jeweils einen im wesentlichen zylindrischen Körper und mindestens eine Schaufel oder einen Zahn aufweisen, der sich von deren Umfang aus und in Längsrichtung des Läufers erstreckt, wobei jede Schaufel oder jeder Zahn dazu eingerichtet ist, mit einer zugeordneten Ausnehmung im zylindrischen Körper des anderen Läufers ~ und während eines Teiles seines Bewegungsweges mit der Innenoberfläche eines für die beiden Läufer gemeinsamen Gehäuses in dichtenden Eingriff zu treten, wobei die Läufer innerhalb des Gehäuses derart angeordnet sind, daß ihre zylindrischen Körper längs einer gemeinsamen Erzeugenden aneinanderstoßen, wobei das Gehäuse eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung begrenzt, die ihrerseits mit der Ausnehmung des Druckläufers über einen inneren Hohlraum in Verbindung steht, der im zylindrischen Körper des Druckläufers ausgebildet ist, und wobei der Hohlraum einen stationären Gleitventilkörper einschließt, der dazu eingerichtet ist,

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   die Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum und der Ausnehmung des Druckläufers während eines vorbestimmten Drehwinkelbereiches zu unterbrechen, um eine Verdichtungsperiode zu erzielen, und die Verbindung während eines nachfolgenden Drehwinkelbereiches wieder herzustellen, um eine Ausblasperiode zu erzielen, dadurch g e k e η η ζ e ichnet, daß die Verbindung (28) zwischen dem inneren Hohlraum und der Ausnehmung (29) des Druckläufers (12) sowie der entsprechende. Gleitventilkörper (35) sich nur über einen Teil der axialen Länge der Ausnehmung an ihrem einen oder ihren beiden Enden erstreckt, daß der Druckläufer an einer entsprechenden Läuferweile (20) längs des verbleibenden Teils der Axiallänge des Druckläufers angebracht oder, gelagert ist, und daß eine zusätzliche Auslaßöffnung (3 6) in der Endwand des Verdichtergehäuses zwischen der Außenoberfläche (41) des Gleitventilkörpers und dem Umfang des zylindrischen Körpers (14) des Druckläufers ausgebildet ist.
2. 2. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitventilkörper (35) zweiteilig ist, wobei sich jeder Teil axial von einem entsprechenden Ende des Druckläufers (12) aus erstreckt und die Teile insgesamt eine Hälfte bis zwei Drittel der Axiallänge des Druckläufers abdecken.
3. 3. Drehkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Oberfläche (40) der Druckläuferausnehmung im wesentlichen als Teil einer konkaven Zylinderfläche ausgebildet ist, die einen Radius

   (42) aufweist, der größer ist als der radiale Abstand

   (43) von der Mitte des Abstands zwischen den Achsen der beiden Läufer zum radial äußersten Teil der Saugläuferschaufel (17), und daß die Zylinderoberfläche die äußere Oberfläche des Gleitventilkörpers (35) berührt.

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4. 4. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Oberfläche (40) der Druckläuferausnehmung (29) einen Radius aufweist, der etwa das 1,25-fache des radialen Abstandes (43) beträgt.
5. 5. Drehkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1

   bis 4, wobei Saug- und Druckläufer dazu eingerichtet sind, sich mit derselben Winkelgeschwindigkeit zu drehen und wobei der zylindrische Körper des Druckläufers einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Achsabstand der Läufer, dadurch gekennzeichnet, daß die tibergangsoberflache (47) zwischen der Außenoberfläche des zylindrischen Körpers (15) des Saugläufers und die vordere Oberfläche (39) der Saugläuferschaufel (17) als konkave Zylinderfläche geformt ist, die einen Radius aufweist, der größer ist als der Unterschied zwischen dem halben Abstand der Läuferachsen und dem Radius der Außenoberfläche des zylindrischen Körpers des Saugläufers,
6. 6. Drehkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (16) des Druckläufers nur am vorderen Teil ihrer Umfangslänge dichtend an der Innenoberfläche (11) des Gehäuses anliegt.

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