DE4133428C2 - Spiralverdrängermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Verdichter ist beispielsweise beschrieben in der MTZ Motortechnische Zeitschrift 46 (1985), 323-327 und wird unter anderem zur Aufladung von Brennkraftmaschinen verwendet.

Dabei ist ein exzentrisch kreisender Verdränger mit spiralförmigen Schaufeln unter Bildung spiralförmig umlaufender Arbeitskammern in einem ebenfalls spiralförmige Schaufeln aufweisenden Gehäuse angeordnet. Die Gehäuseschaufeln erstrecken sich dort über einen Winkel von jeweils etwa 540° und die Verdrängerschaufeln jeweils etwa über 360°. Die Länge der Schaufeln sollte 360° nicht unterschreiten, da sich sonst keine geschlossenen Arbeitskammern ausbilden können. Bei der bekannten Spiralverdrängermaschine - auch Spirallader oder G-Lader genannt - öffnen mindestens zwei Arbeitskammern zugleich einem Auslaß gegenüber. Gleiches gilt für die Einlaßseite. Hierdurch entsteht innerhalb des Arbeitsmediums eine bestimmte Druckänderung und über den Zeitverlauf eine bestimmte Geräuschentwicklung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Geräuschentwicklung des bekannten Spiralladers zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach sind die Anfangs- und/oder Endpunkte der Verdrängerschaufeln so angeordnet, daß sie sich in nahzu jeder Phase über die benachbarten Anfangs- und/oder Endpunkte der Verdrängerschaufeln so angeordnet, daß sie sich in nahezu jeder Phase über die benachbarten Anfangs- und/oder Endpunkte der Gehäuseschaufeln hinaus erstrecken. Eine Arbeitskammer wird jeweils gebildet durch einen Außenradius einer Verdrängerschaufel in Verbindung mit einem Innenradius einer Gehäuseschaufel oder durch einen Innenradius einer Verdrängerschaufel in Verbindung mit einem Außenradius einer Gehäuseschaufel. Sofern sich auslaßseitig eine Arbeitskammer öffnet, kommt es zur Bestimmung des Zeitpunktes der Öffnung auf die Art und das Zusammenspiel der Paarung Innen- und Außenradius an. Bei dem bekannten Spirallader öffnet sich auslaßseitig die Arbeitskammer Verdrängerschaufelinnenradius-Gehäuseschaufelaußenradius gemeinsam mit der Arbeitskammer Verdrängerschaufelaußenradius-Gehäuseschaufelinnenradius bzw. umgekehrt nach einer 180°-Bewegung. Eine Verlängerung der Verdrängerschaufeln im Auslaßbereich, d. h. der Schaufelenden bewirkt eine spätere Öffnung der Arbeitskammer, die zusammen mit dem Verdrängerschaufelaußenradius gebildet wird. Die andere Arbeitskammer unter Beteiligung des Verdrängerschaufelinnenradius öffnet zur gleichen Zeit wie bisher. Entsprechendes gilt für das Öffnen der Arbeitskammern auf der Einlaßseite bzw. im Bereich der Schaufelanfangspunkte. Das zeitliche Auseinanderziehen der Öffnungszeitpunkte bewirkt eine deutliche Geräuschreduzierung. Außerdem verbessert sich durch die verlängerten Verdrängerschaufeln, insbesondere der Anfangspunkte im Einlaßbereich der Liefergrad des Spiralladers.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Verdränger und

Fig. 2 eine axiale Draufsicht auf eine Hälfte eines Gehäuses und

Fig. 3 eine Darstellung des Eingriffes des Verdrängers am Gehäuse.

Die Figuren betreffen dieselbe Ausführungsform. Es wird deshalb im folgenden nicht in jedem Falle auf die jeweils angesprochene Figur hingewiesen.

Ein Verdränger 10 eines Spiralladers weist auf einer Mittenscheibe 11 angeordnete spiralförmige Schaufeln 12, 13 auf, die ineinandergreifend verlaufen und sich aus der Bildebene heraus um ein bestimmtes Maß in axialer Richtung erstrecken. Anfangspunkte der Verdrängerschaufeln 12, 13 sind außen, d. h. einlaßseitig angeordnet und mit 12a bzw. 13a bezeichnet. Entsprechend gelten die Ziffern 12b und 13b für die Endpunkte der Verdrängerschaufeln 12, 13. An die Anfangs- und Endpunkte anschließende Bereiche 14 sind jeweils Gußschrägen und in diesem Zusammenhang von untergeordneter Bedeutung. Der Verdränger 10 ist so aufgebaut, daß die beschriebene Schaufelanordnung jeweils beidseitig der Mittenscheibe 11 vorgesehen ist. Die Fig. 1 zeigt demgemäß nur die eine sichtbare Seite. Mit 15 ist eine gedachte Verbindungslinie bezeichnet, auf der die beiden Mittelpunkte 16, 17 der Verdrängerschaufelradien liegen. Die einzelnen Schaufeln 12, 13 sind so gebildet, daß ein Halbkreis einer Schaufel, dessen Mittelpunkt auf 17 liegt, an den nächsten Halbkreis derselben Schaufel mit dem Mittelpunkt 16 anschließt.

In der Mitte des Verdrängers 10 ist eine Nabe 18 zur Aufnahme eines Lagers einer Antriebswelle vorgesehen. Im äußeren Bereich der Mittenscheibe 11 liegt eine Nebennabe 19 zur Aufnahme eines Lagers einer Führungswelle. Die Nabe 18 weist an ihrem äußeren Rand Stege 20 zur verstärkten Anbindung an die Mittenscheibe 11 auf. Am äußeren Umfang der Nabe 18 und den Stegen 20 benachbart sind Öffnungen 21 und 22 vorgesehen, die einen Durchtritt des Arbeitsmediums von einer Seite der Mittenscheibe 11 zur anderen ermöglichen.

Die Verdrängerschaufeln 12, 13 sind so ausgebildet, daß sich insbesondere die Endpunkte 12b, 13b in Förderrichtung des Arbeitsmediums, d. h. in Richtung nach innen zum Auslaß hin über die Verbindungslinie 15 erstrecken und zwar etwa um 15°. Gleiches gilt in etwa für die Erstreckung der Anfangspunkte 12a, 13a in Einlaßrichtung über die Verbindungslinie 15 hinaus. Die entstehende Schaufelverlängerung sollte möglichst kurz bemessen sein zur Vermeidung zusätzlichen Gewichts. Zugleich soll sie einen wirksamen Zeitversatz des Öffnens bzw. Schließens der Arbeitskammern gewährleisten.

Das Gehäuse des Spiralladers ist in einer radialen Ebene geteilt. Entsprechend zeigt die Fig. 2 nur eine Gehäusehälfte 121. In diesem sind, dem Verdränger 10 entsprechend, zwei Gehäuseschaufeln 122, 123 ineinandergreifend angeordnet. Anfangs- und Endpunkte der Gehäuseschaufeln sind mit 22a, 23a bzw. 22b, 23b bezeichnet. Die genannten Punkte 22a bis 23b liegen etwa im Bereich einer Linie 24, die analog zur Verbindungslinie 15 durch Mittelpunkte 25, 26 der Gehäuseschaufelradien definiert ist. Die beiden Linien 15 und 24 liegen vorzugsweise parallel zueinander. Die Gehäuseschaufeln 122, 123 erstrecken sich jeweils über ca. 540°. Der Anfangspunkt 23a liegt dabei im Bereich eines Einlaß 27 für das Arbeitsmedium. Nahe diesem, entgegen dem Uhrzeigersinn am Umfang der Gehäusehälfte 121 gesehen, ist eine Erweiterung 28 zur Aufnahme der Führungswelle und der Nebennabe 19 vorgesehen. Mittig in der Gehäusehälfte 21 ist eine Nabe 29 zur Aufnahme der Antriebswelle angeordnet. Um die Nabe herum sind in axialer Richtung öffnende Auslässe 30, 31, 32 gruppiert.

Die in der Fig. 3 dargestellte exzentrische Bewegung des Verdrängers 10 innerhalb des Gehäuses bewirkt eine ständige relative Bewegung der Verdrängerschaufeln 12, 13 gegenüber den Gehäuseschaufeln 122, 123. Die Bewegungsbereiche der Anfangspunkte 12a, 13a und der Endpunkte 12b, 13b sind in der Fig. 2 mit den Ziffern 33a, 34a und 33b, 34b bezeichnet und gestrichelt dargestellt. Die Verdrängerschaufel 12 bewegt sich beispielsweise mit ihrem Endpunkt 12b innerhalb des durch die Linie 34b dargestellten Bewegungsbereiches. Zugleich bewegt sich die Verdrängerschaufel 13 mit ihrem Endpunkt 13b innerhalb des Bewegungsbereiches 33b. Durch die dargestellte Erstreckung der Bewegungsbereiche 33b, 34b über die Linie 24 hinaus ergibt sich ein zeitversetztes Öffnen der Arbeitskammern gegenüber den Auslässen 30, 31, 32, auch bei der dargestellten punktsymmetrischen Schaufelanordnung. Die öffnungsbedingte maximale Druckänderung im Auslaßbereich wird dadurch reduziert und die entstehende Geräuschentwicklung entsprechend vermindert.

Gleiches gilt sinngemäß für die Anfangspunkte 12a, 13a innerhalb ihrer Bewegungsbereiche 33a, 34a gegenüber dem Einlaß 27. Zugleich wird durch die beschriebene Überdeckung der Liefergrad des Spiralladers verbessert.

In einer weiteren Ausführungsform unterscheiden sich die Schaufeln auf einer Seite der Mittenscheibe 11 von den Schaufeln auf der anderen Seite hinsichtlich ihrer Erstreckung über die Anfangs- und/oder Endpunkte der Gehäuseschaufeln hinaus. So könnte auf einer Seite eine Überdeckung von 10° bestehen und auf der anderen Seite von 20°. Die Geräuschentwicklung wird so nochmals reduziert.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Verdränger

11

Mittenscheibe

12

Verdrängerschaufel

12

a Anfangspunkt

12

b Endpunkt

13

Verdrängerschaufel

13

a Anfangspunkt

13

b Endpunkt

14

Gußschrägen

15

Verbindungslinie

16

Mittelpunkt

17

Mittelpunkt

18

Nabe

19

Nebennabe

20

Stege

21

Gehäusehälfte

22

Gehäusehälfte

22

a Anfangspunkt

22

b Endpunkt

23

Gehäuseschaufel

23

a Anfangspunkt

23

b Endpunkt

24

Linie

25

Mittelpunkt

26

Mittelpunkt

27

Einlaß

28

Erweiterung

29

Nabe

30

Auslässe

31

Auslässe

32

Auslässe

33

a Bewegungsbereich

33

b Bewegungsbereich

34

a Bewegungsbereich

34

b Bewegungsbereich

Claims (4)

1. Spiralverdichter, insbesondere zur Aufladung einer Brennkraftmaschine, mit einem mindestens zwei spiralförmige, insbesondere zueinander punktsymmetrische Schaufeln aufweisenden Gehäuse und einem in diesem unter Bildung spiralförmig umlaufender Arbeitskammern exzentrisch kreisenden Verdränger mit mindestens zwei entsprechenden spiralförmigen Schaufeln, wobei die Gehäuseschaufeln sich über mindestens 360°, insbesondere etwa 540° erstrecken, die Verdrängerschaufeln sich über mindestens 360° erstrecken und relativ zu den Gehäuseschaufeln so angeordnet sind, daß die Arbeitskammern zumindest zeitweise einem Einlaß oder Auslaß gegenüber abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Anfangs- und/oder Endpunkte (12a, 13a bzw. 12b, 13b) der Verdrängerschaufeln (12, 13) so angeordnet sind, daß sie sich in nahezu jeder Phase über die benachbarten Anfangs- und/oder Endpunkte (22a, 23a bzw. 22b, 23b) der Gehäuseschaufeln (122, 123) hinaus erstrecken.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Endpunkte (22b, 23b) der Gehäuseschaufeln (122, 123) - in Förderrichtung des Arbeitsmediums gesehen - etwa auf einer durch die Gehäusemitte gehenden Linie (24) angeordnet sind, auf der auch die Mittelpunkte (25, 26) der Gehäuseschaufelradien liegen und daß sich die Endpunkte (12b, 13b) der Verdrängerschaufeln (12, 13) über eine Verbindungslinie (15) der Mittelpunkte (16, 17) der Verdrängerschaufelradien hinaus erstrecken.

3. Spiralverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Endpunkte (12b, 13b) der Verdrängerschaufeln (12, 13) über die Verbindungslinie (15) um 10 bis 20°, vorzugsweise etwa um 15° erstrecken.

4. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anfangspunkte (12a, 13a) der Verdrängerschaufeln (12, 13) - gegen die Förderrichtung des Arbeitsmediums gesehen - über die Verbindungslinie (15) der Mittelpunkte (16, 17) der Verdrängerschaufelradien hinaus erstrecken.