DE3827736C2 - Spiralverdrängermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spiralverdrängermaschine für kompressible Medien ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Spiralverdrängermaschinen, die beispielsweise als Ladegeräte für die Motoren von Personenkraftfahrzeugen verwendet werden können, sind bekannt ("MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 1985, Seiten 323-327"). Bei diesen bekannten Spiralverdrängermaschinen hat sich gezeigt, daß im Betrieb infolge unterschiedlicher axialer Wärmedehnung der spiralför­ migen Verdrängerkörper bzw. der zwischen den Verdrängerkammern verbleibenden spiral­ förmigen Gehäusewände ein über den Spiralumfang unterschiedlich großer Verschleiß an den Dichtleisten bzw. den mit den Dichtleisten zusammenwirkenden Gegenflächen des Läufers bzw. des Gehäuses auftritt. Dabei ist dieser Verschleiß an dem radial inneren Spiralende jeweils wesentlich größer als an dem radial äußeren Spiralende, da sich bei die­ sen als Verdichter arbeitenden Spiralverdrängermaschinen in dem radial inneren Auslaßraum des Gehäuses eine höhere Temperatur des Arbeitsmittels einstellt als in dem radial äußeren Einlaßraum.

Aus der DE-A1 23 61 068 ist dazu ein Drehkolbenverdichter bekannt, bei dem die Rotoren in ihrem Schraubenprofil von der Saugseite bis hin zur Druckseite sich längskonisch verjün­ gend ausgebildet sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Spiralverdrängerma­ schine der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, bei der das Auftreten eines derart unterschiedlich über den Spiralumfang verteilten Verschleißes ver­ mieden wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Tiefe der spiralförmigen Nuten über den Spiralumfang veränderlich ausgeführt ist und die Veränderung der Tiefe der spiralförmigen Nuten dabei über einen Umfangswinkelbereich von zumindest 180° ausgehend vom radial inneren Spi­ ralende erfolgt, wobei in diesem Bereich die Wärmedehnung aufgrund der höheren Arbeitsmitteltemperatur besonders groß ist, wird von vornherein die unterschiedliche axiale Wärmedehnung der leistenartigen Verdrängerkörper bzw. Gehäusewände berücksichtigt. Dabei kann die Tiefe der spiralförmigen Nuten ausgehend vom radial inneren Spiralende kontinuierlich oder stufenweise verringert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Spiralverdrängermaschine gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine Ansicht des scheibenförmigen Läufers der Spiralverdrängermaschine von der Stirnseite her.

Die Zeichnung zeigt dabei eine als Lader für eine Verbrennungskraftmaschine eines Perso­ nenkraftfahrzeugs verwendbare Verdrängermaschine der Spiralbauart, bei der mit 1 die Verdrängermaschine insgesamt und mit 2 ein durch eine mittlere radiale Teilfuge in zwei Gehäusehälften 2a und 2b unterteiltes Gehäuse bezeichnet ist. Zwischen den beiden Ge­ häusehälften 2a, 2b ist ein scheibenförmiger Läufer 3 bewegbar gehalten, der mit einer zentralen Nabe 4 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 6 auf einem eine erste Exzen­ tervorrichtung bildenden Exzenterbund 7 einer Antriebswelle 5 gelagert ist.

In den beiden Gehäusehälften 2a, 2b sind jeweils nach Art spiral­ förmig verlaufender Schlitze ausgebildete Verdrängerkammern 8 angeordnet. In diese Verdrängerkammern 8 greifen ebenfalls spiralförmig ausgebildete, steg- oder leistenartige Verdränger­ körper 9 ein, die an beiden Stirnseiten des scheibenförmigen Läufers 3 im wesentlichen senkrecht von diesem abstehend gehal­ ten sind. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung sind dabei auf jeder Seite des Läufers 3 zwei solcher spiralförmiger Verdrängerkörper 9 und demzufolge auch in jedem Gehäuseteil 2a, 2b jeweils zwei spiralförmige Verdrängerkammern 8 angeord­ net.

Mit 10 und 11 sind zwei Lager der Antriebswelle 5 angegeben, die jeweils beiderseits des Exzenterbundes 7 und zweier benach­ bart zum Exzenterbund 7 angeordneter Ausgleichgewichte 12, 13 vorgesehen sind. Die Ausgleichgewichte 12, 13 dienen dabei zum Ausgleich der infolge des exzentrischen Antriebes des Läu­ fers 3 verursachten umlaufenden Zentrifugalkräfte. Die Ausgleich­ gewichte 12, 13 laufen in Räumen 15a, 15b um, die untereinander über in dem scheibenförmigen Läufer 3 angeordnete Durchbrüche 14 verbunden sind. Die Räume 15a, 15b stehen darüberhinaus mit wenigstens einem in der Gehäusehälfte 2b vorgesehenen Aus­ trittsstutzen 16 zur Abführung des Arbeitsmittels in Verbin­ dung. Die Räume 15a und 15b dienen dabei als Sammelräume für das von dem Verdrängerlader während des Antriebs geförderten Arbeitsmittels, das aufgrund der Antriebsbewegung der Verdränger­ körper 9 in den Verdrängerkammern 8 von einem im äußeren Bereich des Gehäuses 2 vorgesehenen Einlaßraum 17 über die spiralförmigen Verdrängerkammern 8 nach innen gefördert wird.

Zur Führung des scheibenförmigen Läufers 3 dient eine zweite Exzenteranordnung, die hier durch einen an einer parallel zur Antriebswelle 5 im Gehäuse 2a gehaltenen Nebenwelle 19 angeord­ neten Exzenterzapfen 20 gebildet ist, der über ein Lager 21 an einem am Außenumfang des Läufers 3 an einem Ansatz 29 ange­ ordneten Lagerauge 24 eingreift. Zwischen dem Lagerauge 24 und dem Lager 21 kann noch ein Zwischenring 22 vorgesehen sein, der in dem Lagerauge 24 über eine elastische Bettung 23 gehalten ist. Die Nebenwelle 19 wird dabei über einen Zahnriementrieb 18 winkelsynchron von der Antriebswelle 5 angetrieben.

Durch die zweite Exzentervorrichtung erfährt der scheibenförmige Läufer 3 bei seinem Antrieb durch den Exzenterbund 7 der An­ triebswelle 5 eine translatorische Zwangsbewegung, bei der alte Punkte des Läufers 3 Kreise mit dem Durchmesser der dop­ pelten Exzentrizität der Exzentervorrichtungen 7 bzw. 20 be­ schreiben. Auch jeder Punkt der Außenkontur der an dem scheiben­ förmigen Läufer 3 gehaltenen Verdrängerkörper 9 führt eine von den Umfangswänden der Verdrängerkammern 8 begrenzte Kreis­ bewegung aus, wobei sich zwischen den mit unterschiedlichen Krümmungen versehenen Verdrängerkammern 8 und Verdrängerkör­ pern 9 mehrere sichelförmige, beim Antrieb des Läufers 3 radial von außen nach innen durch die Verdrängerkammern 8 bewegende Arbeitsräume ausbilden.

Zur Abdichtung der zwischen dem scheibenförmigen Läufer 3 und den an diesem angebrachten Verdrängerkörpern 9 einerseits sowie dem Gehäuse 2 andererseits sind jeweils an den Stirnseiten der leistenförmigen Verdrängerkörper 9 und der ebenfalls leisten­ förmig ausgebildeten, zwischen den Verdrängerkammern 8 stehen­ bleibenden Kammerwänden 30 in axialen Nuten 26, 28 gehaltene axiale Dichtleisten 25, 27 vorgesehen, die jeweils eine der Spiralform der Leisten entsprechende Längserstreckung aufweisen. Diese Dichtleisten 25, 27 liegen dann an den Stirnflächen des scheibenförmigen Läufers 3 bzw. im Grund der Verdrängerkam­ mern 8 an und bewirken eine Dichtung zwischen den einzelnen, beiderseits der Verdrängerkörper 9 gebildeten Arbeitsräumen. Gegebenenfalls können im Grund der Nuten 26, 28 federnde Mittel, z. B. Wellfedern, vorgesehen sein, die die Dichtleisten 25, 27 mit einer definierten Vorspannung zur Anlage an die Gegen­ flächen drücken.

Während des Betriebs der Verdrängermaschine ergibt sich aufgrund der Temperaturerhöhung des aus dem radial äußeren Sammelraum 17 in die radial inneren Sammelräume 15a und 15b geförderten Arbeitsmittels eine unterschiedlich große axiale Wärmedehnung der leistenförmigen Verdrängerkörper 9 bzw. Gehäusewände 30.

Da in dem radial inneren Bereich des Gehäuses 2 das Arbeits­ mittel infolge der Verdichtung eine wesentlich höhere Temperatur annimmt als in dem radial äußeren Einlaßbereich, ist die axiale Wärmedehnung dieser Teile in dem radial inneren Bereich ihres Spiralumfanges wesentlich größer als in ihrem radial äußeren Bereich. Diese über den Spiralumfang veränderliche axiale Wärmedehnung soll nun dadurch weitgehend aufgenommen werden, daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten 26, 28 zur Aufnahme der Dichtleisten über den Spiralumfang unterschiedlich groß bemessen wird. So soll die Tiefe der spiralförmigen Nuten an ihrem radial inneren Ende, das heißt an dem dem Auslaßraum 15a bzw. 15b zugewandten Leistenende größer sein als an dem radial äußeren, dem Einlaßraum 17 zugewandten Ende. Dabei kann vorgesehen werden, daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten 26 und 28 vom radial inneren Ende der Spirale ausgehend konti­ nuierlich oder in Stufen nach außen hin abnimmt. Gegebenenfalls kann es dabei ausreichen, wenn nur in dem Bereich des Spiral­ umfanges, der in einem vom Zentrum des scheibenförmigen Läufers 3 aus gesehen 180° ausmachenden Umfangslagen vor dem radial inneren Ende liegt, diese Veränderung der Nutentiefe vorgenommen wird und der restliche Bereich eine gleichbleibend große Tiefe der Nut aufweist.

Anstatt die Tiefe der spiralförmigen Nuten 26, 28 zu ändern, kann aber auch bei gleichbleibender Nutentiefe die axiale Höhe der Dichtleisten 25, 27 verändert werden. In diesem Fall würde die Höhe der Dichtleisten an dem radial inneren Spiralenende am kleinsten sein und würde dann nach außen hin kontinuierlich oder in Stufen zunehmen, wobei auch hier die Höhenveränderung auf die vom radial inneren Ende aus betrachtet ersten 180° des Spiralen-Umfanges beschränkt sein kann. Gegebenenfalls wäre es auch möglich, beide Maßnahmen gleichzeitig zu treffen, nämlich die Nutentiefe zu verändern und gleichzeitig auch die Höhe der Dichtleiste zu variieren. Die Veränderung der Nuten­ tiefe bzw. der Dichtleistenhöhe kann z. B. am radial inneren Ende 0,1-0,2 mm betragen.

In jedem Fall wird durch diese Maßnahme sichergestellt, daß im betriebswarmen Zustand die im radial inneren Bereich der Leiste infolge der höheren Arbeitsmitteltemperatur sich ergeben­ de größere axiale Wärmedehnung durch eine entsprechende gegen­ sätzliche Veränderung der Nutentiefe und/oder der Dichtleisten­ höhe ausgeglichen wird, so daß zum einen eine etwa gleichbleibend starke Anpressung der Dichtleiste durch ein gegebenenfalls im Grund der Nut angeordnetes federndes Mittel eingehalten werden kann, zum anderen aber durch diese Bemessung der Nuttiefe und/oder der Dichtleistenhöhe ein besonders hoher Verschleiß beim Einfahren der Verdrängermaschine weitgehend vermieden wird. Dies bewirkt gleichzeitig auch eine Reduzierung der Reib­ leistung der Spiralverdrängermaschine, die ebenfalls insbesondere beim Einfahren der Verdrängermaschine, eben durch Anlaufen der radial inneren Bereiche der Dichtleisten, entsteht. Im kalten Ausgangszustand ist dann natürlich der Dichtspalt am radial inneren Ende der Verdrängerkörper 9 bzw. der Gehäuse­ wände 30 entsprechend größer, wodurch während des Einlaufens der Maschine, aber eben auch nur während dieser relativ kurzen Zeit, größere Verluste durch unvollständige Abdichtung der Arbeitsräume entstehen.

Claims (2)

1. Spiralverdrängermaschine für kompressible Medien mit wenigstens einer in einem feststehenden Gehäuse angeordneten, nach Art eines spiralförmig verlaufenden Schlitzes ausgebildeten Verdrängerkammer und mit jeweils einem jeder Verdränger­ kammer zugeordneten, ebenfalls spiralförmig ausgebildeten, steg- oder leistenförmi­ gen Verdrängerkörper, der an einer Stirnseite eines gegenüber dem Gehäuse exzen­ trisch mit einer translatorischen Bewegung antreibbaren scheibenförmigen Läufers derart gehalten ist, daß während des Betriebes jeder Umfangspunkt des Verdrän­ gerkörpers eine von den Umfangswänden der zugeordneten Verdrängerkammer be­ grenzte Kreisbewegung ausführt, und mit an den Stirnseiten der Verdrängerkörper und der zwischen den Verdrängerkammern verbleibenden leistenartigen Gehäuse­ wände in spiralförmigen Nuten gehaltenen und an Gegenflächen des jeweils anderen Bauteils anliegenden Dichtleisten, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der spiral­ förmigen Nuten (26; 28) über den Spiralumfang derart unterschiedlich bemessen ist, daß im Ausgangszustand unter Umgebungstemperatur bei im Nutengrund anliegen­ den Dichtleisten der Dichtspalt am radial inneren Spiralende um die bei Betriebstem­ peratur sich ergebende axiale Dehnungsdifferenz größer ist als am radial äußeren Spiralende, und daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten (26; 28) vom radial inneren Spiralende ausgehend über einen Umfangswinkelbereich von wenigstens 180° ver­ änderlich ist.

2. Spiralverdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der spiralförmigen Nuten (26, 28) kontinuierlich oder stufenförmig veränderlich ist.