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Drehkolbenverdichter mit exzentrisch ineinanderliegenden Zahnrädern
und seitlicher Abdichtung durch eine unter dem Druck des Fördermittels stehende
Dichtungsscheibe. Gegenstand der Erfindung ist ein Zahnradverdichter mit exzentrisch
ineinanderliegenden Zahnrädern und seitlicher Abdichtung durch eine unter dem Druck
des Fördermittels stehende Dichtungsscheibe. Gemäß der Erfindung wird die Dichtungsscheibe
als Steuerorgan für den Verdichter benutzt und ist zu diesem Zweck mit Ein- und
Auslaßöffnungen für das Fördermittel versehen. Unter. Zuhilfenahme dieser Dichtungsscheibe
erfolgt die Regelung des
Druckes in den durch die Zahnkränze gebildeten
Verdichtungsräumen, und zwar z: B. in der Weise, daß die Dichtungsscheibe mit einer
über einem Teil der Verdichtungsräume liegenden Auslaßöffnung versehen und die Lage
dieser Öffnung mit Bezug auf den Grundberührungspunkt der Zahnräder oder der Grundberührungspunkt
der Zahnräder mit Bezug auf diese Öffnung eingestellt wird. Im ersteren Fall wird
die Einstellung dieser Öffnung mit Bezug auf den Grundberührungspunkt dadurch erhalten,
daß die Dichtungsscheibe drehbar ist. Im zweiten Falle ist die Dichtungsscheibe
gegen Drehung gesichert, um eine gleichbleibende Lage ihrer Auslaßöffnung beizubehalten,
und es wird die Lage des Berührungspunkts der Räder verändert. Durch die eine oder
andere dieser Einstellungsarten kann der Druck in den geschlossenen Verdichtungsräumen
so geregelt werden, daß er ungefähr der gleiche ist wie am Ausläß des Verdichters.
Hieraus ergibt sich, daß es nicht nötig ist, Kraft aufzuwenden, um das Fördermittel
in den geschlossenen Verdichtungsräumen- auf einen Druck zu verdichten, der den
am Auslaß des Verdichters erforderlichen Druck übersteigt. Die Einlaßöffnung des
Verdichtergehäuses liegt zweckmäßig so, daß letzteres durch die Abdichtungsscheibe
geschlossen ist, wenn deren Auslaßöffnung zwecks Leerlaufs des Verdichters über
dem Grundberührungspunkt und deren Einlaßöffnung über dem Scheitelberührungspunkt
der Räder eingestellt ist.
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Gemäß der Erfindung wird ferner eine in dem Maße, wie der Auslaßdruck
steigt, fortschreitend verstärkte, einen dichten Abschluß bewirkende Berührung zwischen
jenem Teil der Dichtungsscheibe, der deren Einlaßkanal enthält und dem um den Einlaß
des Verdichters herum liegenden Gehäuseteile herbeigeführt, um eine die Wirksamkeit
des Verdichters vermindernde Undichtigkeit infolge Durchströmens des Fördermittels
von der Außlaßseite der Dichtungsscheibe nach dem Einlaß zu verhindern. Hierbei
wird die Reibung zwischen den umlaufenden Teilen und der Dichtungsscheibe dazu benutzt,
den Dichtungsschluß zwischen der Dichtungsscheibe und dem Gehäuse in der Nähe des
Einlaßkanals hervorzubringen. Hierzu wird die Dichtungsscheibe so angeordnet, daß
sie nur eine Teildrehung auszuführen vermag, indem sie sich z. B. um einen exzentrisch
zur Hauptgehäusekammer angeordneten Bolzen dreht.
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Die selbsttätige Verstellung der Dichtungsscheibe gegen die Zahnräder
oder der letzteren gegen die Dichtungsscheibe kann mittels eines unter Federwirkung
stehenden Kolbens geschehen, der sich in einem Zylinder bewegt und auf den der Förderdruck
wirkt.
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Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes.
Abb. i ist ein Längsschnitt durch einen Drehkolbenverdichter gdmäß der Erfindung
mit durch Drehen einstellbarer Dichtungsscheibe.
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Abb. 2 ist ein Querschnitt nach Linie a-a der Abb. i und zeigt das
Verdichtergetriebe.
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Abb. 3 isf eine Endansicht nach Linie b-b der Abb. i mit abgenommenem
Gehäusedeckel, so daß die Dichtungsscheibe sichtbar ist.
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Abb. q. veranschaulicht eine Endansicht des Verdichters und zeigt
die Einrichtung zur selbsttätigen Einstellung des Auslaßkanals der Dichtungsscheibe
mit Bezug auf den Grundberührungspunkt des Getriebes im Querschnitt.
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Abb.5 stellt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
des Verdichters dar, bei der die Dichtungsscheibe gegen Drehung gesichert ist.
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Abb.6 ist eine Endansicht des Verdichters nach Linie c-c der Abb.
6. Der Gehäusedeckel ist abgenommen, um die Dichtungsscheibe und die sie gegen Drehung
sichernden Mittel zu zeigen.
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Abb. 7 ist eine ähnliche Ansicht wie Abb. q. und stellt die Einrichtung
zur selbsttätigen Einstellung des Grundberührungspunktes der Zahnräder mit Bezug
auf die Auslaßöffnung der Scheibe im Querschnitt dar.
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Abb. 8 ist eine Endansicht des Verdichters mit abgenommenem Gehäusedeckel
und zeigt eine der Arbeitslagen der Dichtungsscheibe während der Förderung.
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Abb. g entspricht der Abb. 8, zeigt jedoch die Lage der Dichtungsscheibe
bei Leerlauf des Verdichters.
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Abb. io zeigt den Längsschnitt einer Ausführungsform des Verdichters,
bei der die Dichtungsscheibe durch mechanische Mittel achsial gegen das Getriebe
und durch einen exzentrisch zur Mitte der Scheibe angeordneten Bolzen radial einseitig
am Einlaß gegen das Gehäuse gepreßt wird.
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Abb. ix zeigt eine Endansicht des Verdichters mit abgenommenem Gehäusedeckel
nach Linie d-d der Abb. io.
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Abb. iz ist ein Längsschnitt durch einen als Vakuumpumpe ausgebildeten
Verdichter mit einer der Abb. io entsprechenden Einrichtung.
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Abb. 13 ist eine Seitenansicht der Dichtungsscheibe, von der ein Teil
weggebrochen ist. Die Abbildung veranschaulicht die Ein- und Auslaßöffnungen sowie
die Dichtungsringe.
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Die Grundteile des Verdichters sind das äußere, mit Innenverzahnung
versehene Zahnrad 16 und das mit Außenverzahnung versehene innere Zahnrad 17. Beide
Räder stehen miteinander in -Eingriff, indem sie exzentrisch zueinander angeordnet
sind. Das äußere Rad besitzt größeren Durchmesser und eine größere Zähnezahl als
das innere, und die Exzentrizität beider Räder ist derart, daß Scheitel und Zahngrund
der Zähne sich am Berührungspunkt der beiden Teilkreise, der der Grundberührungspunkt
1i6
genannt wird, berühren und unter Bildung von Hohlräumen 216
ineinander eingreifen, die sich vom Grundberührungspunkte 116 nach dem diesem diametral
gegenüberliegenden Scheitelberührungspunkte 117 hin fortschreitend vergrößern. Bei
Drehung der Zahnräder in der Pfeilrichtung sind diese Hohlräume die Einlaßräume.
Die Räder bilden ferner Hohlräume 217, die sich vom Scheitelberührungspunkt 117
nach dem Grundberührungspunkt 116 hin fortschreitend verkleinern. Diese letzteren
Hohlräume dienen für die Verdichtung des Fördermittels. An der angetriebenen Scheibe
9 ist das Außenrad befestigt. Diese Teile sind in dem Gehäuse i eingeschlossen,
welches einen Einlaß 3 und einen Auslaß 4. besitzt.
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Das Gehäuse i ist im Querschnitt zylindrisch und besitzt einen Deckel
2. Auf der der Scheibe 9 gegenüberliegenden Seite der Zahnräder 16, 17 liegt in
der zylindrischen Gehäusekammer io die Dichtungsscheibe 6, deren Einlaßkanal 5 dem
Einlaß des Verdichters gegenüberliegt. Der Auslaß q. des Gehäuses steht mit dem
gegenüber der Auslaßöffnung 8 der Dichtungsscheibe ausmündenden Kanal 7 des Gehäusedeckels
2 in Verbindung.
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Die Scheibe 9 ist mit einer auf Kugellagern 12 gelagerten Nabe ii
versehen, in der die Antriebswelle 13 befestigt ist, die durch eine Stopfbüchse
14 abgedichtet ist. Das Innenrad 17 ist unter Zwischenschaltung von Kugellagern
i9 auf einem Zapfen 18 angeordnet, dessen Achse exzentrisch zur Achse der Antriebswelle
13 liegt.
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Gemäß Abb. i, io und 12 besitzt der Zapfen 18 einen Fortsatz 118,
der in der Dichtungsscheibe 6 befestigt ist.
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Gemäß Abb. 5 sitzt der Zapfen 18 am Ende einer Spindel 218, deren
Längsachse mit der Längsachse der Welle 13 zusammenfällt. Diese Spindel 218 geht
durch die Mitte der Dichtungsscheibe 6 frei drehbar hindurch und ist in einem Ansatz
222 des Deckels 2 drehbar gelagert.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. i ist die Dichtungsscheibe 6 mit
einem Ansatz io6 versehen, dessen Achse mit den Achsen des Zapfens 18 und seines
Fortsatzes 118 zusammenfällt. In dem Ansatz io6 ist mittels einer geeigneten Kupplung
eine in dem Deckelansatz 222 drehbar gelagerte Spindel 318 befestigt, deren Achse
mit den Achsen des Fortsatzes 118 und des Zapfens 18 in gleicher Linie, jedoch zur
Welle 13 exzentrisch liegt. Bei dieser Ausführungsform kann die Dichtungsscheibe
6 durch Drehung eingestellt werden. Zwischen der im Gehäuse in achsialer Richtung
frei verschiebbaren Scheibe 6 und dem Deckel 2 befindet sich ein Zwischenraum 130,
der mit dem Gehäuseauslaß q. in Verbindung steht, so daß der Druck des verdichteten
Fördermittels auf die Außenseite der Scheibe 6 wirkt, sie dichtschließend gegen
die Seitenflächen des Innen- und Außenrades preßt und somit die auf der anderen
Seite durch die Antriebsscheibe g abgeschlossenen Einlaß- und Verdichtungsräume
abdichtet.
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Ein Verdrehen der Spindel 318 von Hand oder auf mechanischem Wege
bewirkt die Verstellung der Auslaßöffnung 8 in der Scheibe 6 mit Bezug auf den Grundberührungspunkt
116 und der Einlaßöffnung 5 mit Bezug auf den Scheitelberührungspunkt 117, um den
gewünschten Druck in den von der Auslaßöffnung 8 nicht freigelegten, also geschlossenen
Verdichtungsräumen zu erhalten. Die Auslaßöffnung 8 erstreckt sich auf zwei oder
mehr Verdichtungsräume 217, und der Einlaßöffnung bzw. den Einlaßöffnungen 5 liegen
zwei oder mehr der Einlaßräume 216 gegenüber.
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Der Druck, unter dem das Fördermittel in den Räumen 217 verdichtet
wird, hängt von der Stellung der Auslaßöffnung 8 zu dem Grundberührungspunkt 116
ab. Je mehr die Kante io8 der Auslaßöffnung 8 in Richtung des Pfeiles (Abb. 3) dem
Grundberührungspunkt 116 genähert wird, desto größer ist der Druck in den geschlossenen
Verdichtungsräumen 2i7. Infolgedessen nimmt die Dichte des Fördermittels zu, bis
es sich dem Grundberührungspunkt nähert und durch die Auslaßöffnung 8 entweicht.
Durch Drehen der Scheibe 6 entgegengesetzt zur Drehrichtung der Räder wird die Auslaßöffnung
zurückbewegt und näher an den Scheitelberührungspunkt 117 gebracht, wodurch sich
der Druck in den geschlossenen Verdichtungsräumen entsprechend vermindert. Es ist
also, wenn der Druck am Gehäuseauslaß niedrig ist, bei der beschriebenen Ausführungsform
des Verdichters nicht nötig, den Druck in den geschlossenen Verdichtungsräumen höher
zu treiben als am Gehäuseauslaß. Wenn der Druck in den geschlossenen Verdichtungs=
räumen über den Druck am Gehäuseauslaß q. gesteigert würde, so würde eine höhere
Antriebskraft für den Verdichter notwendig werden, und beim Austreten durch die
Auslaßöffnung würde dann das verdichtete Fördermittel auf den niedrigeren Außlaßdruck
expandieren, so daß die überschüssige Kraft verlorengeht. Liegt die Auslaßöffnung
8 an einem Punkte, in dem der Druck in den geschlossenen Verdichtungsräumen den
Druck am Gehäuseauslaß nicht übersteigt, so verdichtet der Verdichter auf genau
diesen Druck. Steigt der Druck am Gehäuseauslaß, so kann, um den gesteigerten Druckverhältnissen
Rechnung zu tragen, die Lage der Auslaßöffnung der Scheibe 6 in der Drehrichtung
der Räder ein wenig geändert werden, so daß der Druck in den geschlossenen Verdichtungsräumen
ungefähr gleich dem Druck am Gehäuseauslaß wird. Sinkt der Druck am Gehäuseauslaß,
so wird die Auslaßöffnung 8 entgegengesetzt der Drehrichtung der Räder bewegt, so
daß der Druck in den Verdichtungsräumen
ungefähr auf die Höhe des
Gehäuseauslaßdruckes vermindert wird.
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Das Drehen der Spinde13i8 kann von Hand oder, wie in Abb. 4 gezeigt,
durch selbsttätig wirkende Mittel erfolgen. Für letzteren Fall ist das äußere Ende
der Spindel mit einem Hebel 32 versehen, der durch einen Lenker 33 mit einem Kolben
34 in einem Zylinder 35 verbunden ist. Letzterer ist durch ein Rohr 36 mit dem Sammelbehälter
37 verbunden. In dem Zylinder liegt hinter dem Kolben eine Feder 38, um letzteren
dem Druck entgegen vorzubewegen. Hinter derFeder ist ferner ein Schraubverschlußteil39
angeordnet, so daß ihre Spannung verändert werden kann. Hinter dem Hebel befindet
sich eine Anschlagschraube 40, die die Bewegung des Hebels begrenzt. Die Spannung
der Feder 38 in dem Steuerzylinder wird mittels des Schraubverschlußteils 39 auf
den gewünschten Grad eingestellt, und wenn sich der Druck in dem Zylinder vor dem
Kolben steigert, so wird-letzterer entgegen der-Wirkung der Feder zurückgetrieben
und dreht mittels des Lenkers und Hebels die Scheibe 6 in der Drehrichtung der Zahnräder,
so daß der Druck in den geschlossenen Verdichtungsräumen steigt. Diese Drehung der
Scheibe 6 dauert unter Druckerhöhung in dem Behälter so lange, bis der Kolben durch
die Anschlagschraube 40 gehemmt wird.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 5 bis 7 ist die Abdichtungsscheibe
6 gegen Drehung gesichert, um eine gleichbleibende Lage für die Auslaßöffnung 8
beizubehalten. Um jedoch den Grundberührungspunkt 116 mit Bezug auf die Auslaßöffnung
8 zu verstellen, wird das Getriebe durch Drehung verstellt. Die Sicherung der Scheibe
6 gegen Drehung erfolgt mittels eines an ihr ausgebildeten, die Spindel 218 umgebenden
Vierkants 2o, der in eine entsprechend gestaltete Ausnehmung 21 im Deckel?,
eingreift und die Achsialbewegung der Scheibe 6 mitmacht. Zum Zwecke der Einstellung
des Grundberührungspunktes 116 mit Bezug auf die Auslaßöffnung 8 der Scheibe 6 ist
durch letztere eine Spindel 218 hindurchgeführt, auf der die Scheibe frei gleiten
kann. Die Längsachsen der Spindel 2i8 und der Welle 13 fallen zusammen, die Achse
des Zapfens 18 liegt indessen exzentrisch zur Achse der Welle und der Spindel. Das
Außenrad liegt konzentrisch zur Achse der Welle 13, während das Innenrad konzentrisch
zur Achse des Zapfens 18 und exzentrisch zur Achse des Außenrades liegt. Diese Exzentrizität
entspricht genau der Exzentrizität der beiden Räder. Durch Drehen der Spindel 218
kann der Mittelpunkt des Innenrades 17 um den .Mittelpunkt des Außenrades 16 eingestellt
werden, so daß sich der Grundberührungspunkt 116 und der Scheitelberührungspunkt
117- zu der Öffnung 8 verstellt. Die Einstellung der Spindel 218 kann entweder von
Hand oder mittels einer in Abb.7 veranschaulichten Steuervorrichtung selbsttätig
erfolgen. Diese Vorrichtung ist genau die gleiche wie die an Hand von Abb. 4 beschriebene,
indessen erfolgen ihre Bewegungen denen der Einrichtung nach Abb.4 entgegengesetzt,
indem die Spindel 218 entgegengesetzt der Drehrichtung der Zahnräder gedreht wird,
wenn der Grundberührungspunkt 116 der Auslaßöffnung 8 genähert werden soll. Wie
aus Abb.7 ersichtlich, erfolgt die Spindeldrehung mit Hilfe eines Lenkers 33, der
mit dem Kolben 34 im Zylinder 35 verbunden ist. Dieser Zylinder ist durch das Rohr
36 mit dem Gehäuseauslaß 4 und dem Sammelbehälter 37 verbunden. Nimmt der Druck
zu, so wird der Kolben 34 durch diesen Druck entgegen der Wirkung der Feder 38 vorbewegt,
bis die Bewegung des Lenkers 33 durch den Anschlag 40 gehemmt wird. Durch die Bewegung
des Lenkers 33 wird die Spindel 2,18 so gedreht, daß der Grundberührungspunkt der
Auslaßöffnung 8 genähert und der Druck in den geschlossenen Verdichtungsräumen gesteigert
wird. Nimmt der Druck im Behälter 37 ab, so sinkt auch der Druck im Zylinder 35,
und die Feder 38 bewegt den Kolben 34, den Lenker 33 und die Spindel 218 in entgegengesetzter
Richtung. Dadurch wird der Grundberührungspunkt 116 auf einen größeren Abstand von
der Auslaßöffnung 8 eingestellt, so daß der Druck in den geschlossenen Verdichtungsräumen
entsprechend der Druckverminderung im Behälter 37 sinkt.
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Das Fördermittel gelangt beim Verlassen des Verdichters durch die
Auslaßöffnung 8, den Durchgang 7 und den Gehäuseauslaß 4 auch in den Hohlraum
130, um die Scheibe 6 mit einem dem Auslaßdruck des Verdichters gleichen
Druck dichtschließend gegen die Seitenflächen der Zahnräder zu pressen.
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Bei den Ausführungsformen nach Abb. x bis 9 kann die Auslaßöffnung
8 auch zu dem Grundberührungspunkt 116 so eingestellt werden, daß sie die Verdichtungs-
und Einlaßseite verbindet. Die Einlaßöffnungen 5 verbinden dann auch die Einlaß-
und Verdichtungsräume am Scheitelberührungspunkt 117. Hierbei verschließt die Scheibe
6 den entsprechend angeordneten Ein.-laß 3 (vgl. Abb. 8 und 9), so daß der Verdichter
leerläuft. In Abb. 8 ist eine der Lagen der Dichtungsscheibe 6 veranschaulicht,
bei der der Verdichter -normal läuft, ein Fördermittel ansaugt und -es unter Druck
fördert. Das Fördermittel tritt dabei durch den Einlaß 3 und die Einlaßöffnungen
5 in die Einlaßräume 216 ein, wird in den Räumen 217 verdichtet und durch den Kanal
8 sowie den Gehäuseauslaß 4 ausgestoßen. In Abb.9 liegt der Auslaßkanal8 über dem
Grundberührungspunkt 116, so daß er die . Einlaßräume 216. -mit den Verdichtungsräumen
217 verbindet, und die F-inläßöffnungen
5 liegen infolge der Drehung
der Scheibe so, daß keine Verbindung zwischen diesen Einlaßöffnungen 5 und dem Einlaß
3 besteht. Die Einlaßöffnungen 5 liegen über dem Scheitelberührungspunkt 117 und
verbinden die Einlaßräume 216 mit den Verdichtungsräumen 217. Anderen Einrichtungen
gegenüber, bei denen beim Leerlauf Vakuum in dem Getriebe herrscht, wird hierdurch
der Vorteil erreicht, daß die Schmiereinrichtung ungestört bleibt und die Pumpe
nicht überflutet wird.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. io werden zum Anlaufen des Verdichters
wirksame mechanische rlittel, wie z. B. eine Feder iao o. dgl., benutzt, um die
Scheibe 6 in achsialer Richtung zu bewegen und sie mit den Zahnrädern in dichtschließende
Berührung zu bringen und in dieser zu halten, bis der Druck am Gehäuseauslaß steigt,
den Einlaßdruck überschreitet und die Wirkung der Feder ergänzt. Eine solche Feder
kann jedoch auch bei den Pumpen nach Abb. i, 5, io und der weiter unten erwähnten
Ausführungsform nach Abb. 12 benutzt werden.
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Eine Anordnung, vermöge der jedes Überströmen von der Verdichtungsseite
des Drehkolbenverdichters nach den Einlaßöffnungen verhindert wird, ist z. B. aus
den Abb. io und i2 ersichtlich. Bei den Ausführungsformen nach diesen Abbildungen
wird die Scheibe 6 durch einen Bolzen 22 gegen Drehung um ihre Mittelachse gesichert,
der in die Scheibe und eine entsprechende Ausnehmung des Deckels 2 eingreift, jedoch
die achsiale Bewegung der Scheibe 6 nicht hemmt. Der Bolzen 22 liegt exzentrisch
zur Achse der Gehäusekammer io und bildet den Drehpunkt, um den sich die Scheibe
6 dreht, wenn sie einer drehenden Kraft unterworfen wird, die sich aus der reibenden
Berührung zwischen dem umlaufenden Getriebe und der Scheibe ergibt (Abb. ii). Diese
Reibungskraft bewirkt ein Schwingen der Scheibe 6 um den Drehpunkt 22 und bringt
den Umfang der Scheibe 6 um den Pumpeneinlaß herum in dichtschließende Berührung
mit dem Gehäuse i. Da der Druck auf die Fläche der Scheibe 6 fortschreitend wächst,
so wächst auch die Reibung zwischen der Scheibe und dem Getriebe, und dementsprechend
wächst auch die Kraft, mit der die Scheibe 6 um den Einlaß 3 herum gegen das Gehäuse
gepreßt wird.