DE3827736C2 - Spiralverdrängermaschine - Google Patents
SpiralverdrängermaschineInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C19/00—Sealing arrangements in rotary-piston machines or engines
- F01C19/08—Axially-movable sealings for working fluids
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- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F01C1/0207—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
- F01C1/0215—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
- F01C1/0223—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving with symmetrical double wraps
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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.
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