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Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Rollen- oder Rollkolbenverdichter und
insbesondere auf eine Justieranordnung zum Bewirken einer Parallelität zwischen einer
umlaufenden Rolle und einer feststehenden Rolle eines Rollen- oder Rollkolbenverdichters.
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In einem Rollen- oder Rollkolbenverdichter der Art, die einen Abstand oder Zwischenraum
aufweist, sind die Involutenprofile der feststehenden und umlaufenden Rollen oder Rollkolben
so ausgelegt, daß sie in enger Nachbarschaft aber in einer sich nicht berührenden Beziehung
zueinander arbeiten. Ein Zwischenraum zwischen den zwei Rollen, der größer ist als
erforderlich, resultiert in einer Druckluftleckage, einem erhöhten Energieverbrauch des
Verdichters, einer verringerten Leistung und insgesamt in einer Verringerung der Lebensdauer der
Verdichterlager. Ein Beispiel für einen Rollkolbenverdichter mit einem umlaufenden
Rollkolben ist in US-Patent Nr. 5 253 989 dargestellt, wobei dieser so ausgelegt ist, daß er es
gestattet, daß sich die Endplatte radial nach außen relativ zu dem Hilfselement thermisch
expandiert.
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Ein Parameter, der den erforderlichen Zwischenraum oder Abstand zwischen den zwei
Involutenprofilen bestimmt, um eine Rollkolbenberührung zu verhindern, ist die Parallelität
zwischen diesen zwei Profilen. In dieser Beziehung erfordert eine herkömmliche Anordnung
eines Rollenverdichters mit Zwischenraum eine äußerst hochpräzise maschinelle Bearbeitung
des Verdichtergehäuses, des feststehenden Rollkolbens und des umlaufenden Rollkolbens, um
die erforderliche Parallelität zu erzielen. Eine derartige Präzision bei der Herstellung dieser
Untereinheiten eines Rollkolbenverdichters erhöht die Herstellungskosten jedoch beträchtlich.
Gemäß der vorliegen en Erfindung ist ein Rollen- oder Rollkolbenverdichter vorgesehen, mit
einem Gehäuse, einem feststehenden Rollen- oder Rollkolbenelement, das fest an dem
Gehäuse angebracht ist, und einem umlaufenden Rollen- oder Rollkolbenelement, das an einer
exzentrischen Antriebswelle angebracht ist, die das umlaufende Rollenelement durch eine
vorgegebene kreisförmige Bahn in eingreifender Beziehung mit dem feststehenden
Rollenelement treibt, wobei ein Druck zwischen dem feststehenden und dem umlaufenden
Rollenelement während des Betriebs des Rollenverdichters erzeugt wird, der das umlaufende
Rollenelement mit einer vorgegebenen Kraft beaufschlagt und der das umlaufende
Rollenelement in einer Richtung von dem feststehenden Rollenelement weg antreibt, wobei eine
Justieranordnung vorgesehen ist, um eine Parallelität zwischen dem umlaufenden
Rollenelement und dem feststehenden Rollenelement zu erzielen, wobei die Justieranordnung
aufweist:
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- eine exzentrische Führungswelle mit sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden
sowie eine Stufe, die an einer mittleren Position entlang der Welle angeordnet ist, und
wobei das zweite Ende mit dem umlaufenden Rollenelement verbunden ist;
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- ein erstes Lager, das innerhalb des Gehäuses angebracht ist und eine innere und äußere
Lauffläche hat, wodurch das erste Ende der exzentrischen Führungswelle drehbar
angebracht wird, wobei das erste Ende der exzentrischen Führungswelle axial entlang
einer vorgegebenen Bewegungsbahn, relativ zu der inneren Lauffläche, bewegbar endet;
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- Mittel zum Vorspannen der exzentrischen Führungswelle entlang der vorgegebenen
Bewegungsbahn in einer Richtung von dem Lager weg; und
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- Mittel zum wählbaren Positionieren der exzentrischen Führungswelle an einer
vorgegebenen Stelle entlang der Bewegungsbahn.
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Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt werden
kann, wird jetzt beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Rollenverdichters ist, die eine Justieranordnung an
einem Rollenverdichter darstellt;
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Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 ist; und
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Fig. 3 eine schematische Darstellung ist, die eine vorgegebene Anzahl und eine
vorgegebene Anordnung der Vorrichtung an einem umlaufenden Rollkolben des
Rollenverdichters darstellt.
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Unter Bezugnahme au die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile
in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, zeigt Fig. 1 allgemein bei 10 die Vorrichtung,
die für einen Betrieb in einem Rollenverdichter 12 des Typs angebracht ist, der einen
Zwischenraum aufweist. Es versteht sich, daß, obwohl die Vorrichtung 10 hier zur Verwendung
mit einem Rollenverdichter des Typs, der einen Zwischenraum aufweist, beschrieben wird,
die Vorrichtung 10 auch mit einem Rollenverdichter des Typs, bei dem eine Berührung
erfolgt, Vakuumpumpen oder anderen Verdrängungsmaschinen verwendet werden kann, die
nach dem Spiralprinzip arbeiten.
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Ein Rollenverdichter 12 weist ein erstes feststehendes Verdrängungselement oder eine
feststehende Rolle 14 auf, die an einem ersten Rollenverdichtergehäuse 15 angebracht ist. Auf
der feststehenden Rolle 14 ist eine erste Hülle oder Involute 16 ausgebildet. Ein zweites
bewegbares Verdrängungselement oder eine umlaufende Rolle 18 ist angebracht, um eine
translatorische kreisförmige Bewegung auszufähren, das heißt die Gesamtheit der
umlaufenden Rolle 18 bewegt sich um eine vorgegebene kreisförmige Bahn herum, aber rotiert nicht
um eine Achse. Auf der umlaufenden Rolle 18 ist eine zweite Involute 20 ausgebildet, die in
geeigneter Weise dimensioniert ist, um mit der ersten Involute 16 in Eingriff zu treten. Die
erste Involute 16 und die zweite Involute 20 greifen ineinander ein, um spiralförmige
Bereiche eines begrenzten Ausmaßes zu bilden, die sich radial nach außen oder radial nach innen
bewegen, wenn die umlaufende Rolle 18 über ihre kreisförmige Bahn relativ zu der
feststehenden Rolle 14 verschoben wird, die dadurch den fördernden oder fluidverdrängenden
Effekt des Rollenverdichters 12 erzeugt.
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Eine exzentrische Antriebswelle 22 ist flir einen Betrieb in einem zweiten
Rollenverdichtergehäuse 24 angebracht, und eine exzentrische Antriebswelle 22 wird durch Lager 26
unterstützt. Während des Betriebs ist ein herkömmlicher Primärantrieb, wie beispielsweise ein
Elektromotor, (nicht dargestellt) mit einer Riemenscheibe 25 oder einem anderen geeigneten
Eingriffselement, wie beispielsweise einem Getriebe (nicht dargestellt), koppelbar, um zu
bewirken, daß die exzentrische Antriebswelle 22 um eine Achse 27 rotiert. Die exzentrische
Antriebswelle 22 ist mit einem angetriebenen Ende versehen, das einen Wellenschaft 28 hat,
der in einem Lager 30 montiert ist. Der Wellenschaft 28 ist für den Betrieb mit der
umlaufenden Rolle 18 verbunden, um die umlaufende Rolle um die vorgegebene kreisförmige
Bahn herum zu treiben.
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Wie es im Stand der Technik bekannt ist, wird bei Rollen- oder Rollkolbenverdichtem oder
Rollenfluidmaschinen der in Fig. 1 dargestellten Art eine passive exzentrische Führungswelle
32 verwendet, um exzentrische Rotationen auszuführen, die der Exzentrizität der
exzentrischen Antriebswelle 22 entsprechen, um sicherzustellen, daß sich die umlaufende Rolle 18
entlang der vorgegebenen kreisförmigen Bahn in bezug auf die feststehende Rolle 14 ohne
Selbst- oder Autorotation bewegt. Die exzentrische Führungswelle 32 führt daher passive
exzentrische Rotationen aus, die der Antriebsrotation der exzentrischen Antriebswelle 22
folgen. Während die Autorotation der umlaufenden Rolle 18 unterbunden werden kann, kann
auf diese Weise ihre kontrollierte Bewegung entlang der kreisförmigen Bahn ausgeführt
werden. Bei typischen Rollenfluidmaschinen sind drei exzentrische Führungswellen 32
symmetrisch um die exzentrische Antriebswelle 22 herum unter Abständen von ungefähr 120º
angeordnet, wie es am besten in Fig. 3 dargestellt ist.
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Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung 10, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die
Vorrichtung 10 gestattet es, daß eine feststehende Rolle 14 und eine umlaufende Rolle 18
justiert werden, um eine Parallelität relativ zueinander zu erzielen. Die Vorrichtung 10 umfaßt
die exzentrische Führungswelle 32, ein erstes Lager 34, ein Vorspannelement 37 und eine
Positioniereinrichtung 38.
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Die exzentrische Führungswelle 32 weist sich gegenüberliegende erste und zweite Enden 40
bzw. 42 auf. Das zweite Ende 42 ist einstückig mit der umlaufenden Rolle 18 verbunden. An
einer Position zwischen den ersten und zweiten Wellenenden 40 bzw. 42 ist eine Stufe 44 auf
der exzentrischen Führungswelle 32 ausgebildet. In dem ersten Ende 40 der exzentrischen
Führungswelle 32 ist eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 45 ausgebildet, die in
weiteren Details im Folgenden beschrieben wird.
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Das erste Lager 34, das eine innere Lauffläche 34A und eine äußere Lauffläche 348 hat, ist
fest innerhalb des Gehäuses 24 angebracht. In der dargestellten Ausführungsform der
Vorrichtung 10 positionieren eine erste Lagerhalterung 35 und ein mit einem Gewinde versehenes
Befestigungsmittel 36 das erste Lager 34 fest innerhalb des Gehäuses 24. Das erste Lager 34
befestigt das erste Ende 40 der exzentrischen Führungswelle 32 drehbar in einer solchen
Weise, daß eine rückwärts und vorwärts gerichtete Bewegung der exzentrischen
Führungswelle, in bezug auf die innere Lauffläche 34A, entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn
ermöglicht wird. Die vorgegebene Bewegungsbahn, wie sie hier verwendet wird, verläuft
parallel zu der Achse 27. Ein zweites Lager 46, das eine innere Lauffläche 46A und eine
äaßere Lauffläche 468 hat, ist fest an der umlaufenden Rolle 18 angebracht. In der
dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 positionieren eine zweite Lagerhalterung 48 und ein
mit einem Gewinde versehenes Befestigungsmittel 50 das zweite Lager fest innerhalb der
umlaufenden Rolle 18. Das zweite Lager 46 befestigt das zweite Ende 42 der exzentrischen
Führungswelle 32 drehbar in einer solchen Weise, daß die exzentrische Führungswelle
einstückig mit der umlaufenden Rolle verbunden ist. Das zweite Ende 42 der exzentrischen
Führungswelle 32 ist beispielsweise, und wie es in der dargestellten Ausführungsform gezeigt
ist, unter "Preßpassung"in der inneren Lauffläche 46A angebracht.
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Das Vorspannelement 37 spannt die exzentrische Führungswelle 32 in einer Richtung zu der
feststehenden Rolle hin vor. In der dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 weist
das Vorspannelement 37 eine vorgegebene Anzahl von Tellerfedem auf, die um die
exzentrische Führungswelle 32 in einer Position zwischen der Stufe 44 und dem ersten Lager 34
angeordnet sind. Während des Betriebs des Rollenverdichters 12 wird ein Druck zwischen der
feststehenden Rolle 14 und der umlaufenden Rolle 18 erzeugt. Dieser Druck übt eine
Belastung auf die umlaufende Rolle 18 in einer von der feststehenden Rolle 14 weg gerichteten
Richtung aus. Die vorgegebene Anzahl von Tellerfedem sollte eine gesamte Vorspannkraft
gegen die exzentrische Führungswelle 32 erzeugen, die größer ist als die Belastung, die durch
den Druck zwischen den feststehenden und den umlaufenden Rollen erzeugt wird.
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Die Positioniereinrichtung 38 ist einstückig mit der Führungswelle 32 ausgeführt.
Insbesondere und gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist die Positioniereinrichtung 38 eine mit
einem Gewinde versehene Anordnung, die über ein Schraubengewinde von der mit Gewinde
versehenen Öffnung 45 aufgenommen wird. Eine Halterungsscheibe 52 ist zwischen der mit
Gewinde versehenen Anordnung und dem ersten Lager 34 angeordnet.
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Wie oben erwähnt wurde, ist ein Parameter, der den erforderlichen Zwischenraum zwischen
den zwei Rollen einer Rollenfluidmaschine der Art, die einen Zwischenraum aufweist, wie
beispielsweise dem Zwischenraum-Rollenverdichter 12, bestimmt, die Parallelität zwischen
den ersten und zweiten Involuten 16 bzw. 20. Die herkömmliche Konfiguration eines
Zwischenraum-Rollenverdichters erfordert eine extrem hochpräzise maschinelle Bearbeitung des
Verdichtergehäuses, der feststehenden Rolle sowie der umlaufenden Rolle, um die
erforderliche Parallelität zu erzielen, wobei diese Präzision bei der Herstellung dieser Rollenverdichter-
Untergruppen die Herstellungskosten jedoch beträchtlich erhöht. Die vorliegende Erfindung
schafft eine wirtschaftliche und wirksame Vorrichtung zur Erzielung der erfor-derlichen
Parallelität zwischen der feststehenden Rolle 14 und der umlaufenden Rolle 18.
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Im Betrieb verringert die Vorrichtung 10 die Präzision, die bei der Herstellung eines
Rollenverdichters der Art, die einen Zwischenraum aufweist, erforderlich ist, indem ermöglicht
wird, daß die umlaufende Rolle 18 mit der feststehenden Rolle 14 ausgerichtet oder parallel
zu dieser angeordnet wird. Diese Justierung zu einer Parallelität zwischen der feststehenden
und der umlaufenden Rolle hin wird bewerkstelligt, indem eine oder alle der exzentrischen
Führungswellen 32 in bezug auf eine innere Lauffläche 34A eines ersten Lagers 34 präzise
positioniert werden. Diese Justierung wird erreicht, indem ein geeignetes Vorspannelement 37
zwischen dem ersten Lager und der Stufe 44 angeordnet wird. Das Vorspannelement 37 wird
dann in der Position seiner Nennausführung komprimiert, um eine Belastung zu liefern, die
größer ist als die maximale Lageraxialbelastung, die durch den Druck zwischen der
feststehenden Rolle 14 und der umlaufenden Rolle 18 erzeugt wird. Die Positioniereinrichtung 38
wird durch eine Rotation entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht,
die das erste Ende 40 der exzentrischen Führungswelle 32 dadurch in einer vorgegebenen
Position entlang der Bewegungsbahn relativ zu der inneren Lauffläche 34A positioniert. Die
Positionierung der exzentrischen Führungswelle 32 relativ zu der inneren Lauffläche 34A
positioniert folglich die umlaufende Rolle 18 in einer vorgegebenen Position in bezug auf die
feststehende Rolle 14. Die durch die Vorrichtung 10 ermöglichte Justierung gestattet die
Positionierung der umlaufenden Rolle 18 in drei verschiedenen Ebenen, X bzw. Y bzw. Z.
Justierungen der umlaufenden Rolle in der X-Ebene bewirken eine seitliche Positionierung der
umlaufenden Rolle 18 in bezug auf die Achse 27. Justierungen der umlaufenden Rolle in der
Y-Ebene bewirken eine langsgerichtete Positionierung der umlaufenden Rolle 18 in bezug auf
die Achse 27. Justierungen der umlaufenden Rolle in der Z-Ebene bewirken eine
Positionierung der umlaufenden Rolle 18 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn, die parallel zu der
Achse 27 liegt.