DE10026318A1

DE10026318A1 - Kugel-Ringplatten-Kupplung

Info

Publication number: DE10026318A1
Application number: DE10026318A
Authority: DE
Inventors: Kanetsugu Tsurutani; Jiro Iizuka
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd; Sanden Corp
Current assignee: NTN Corp; Sanden Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2000-12-21
Also published as: JP2000337365A; FR2794199B1; FR2794199A1

Abstract

Eine Kugel-Ringplatten-Kupplung umfaßt ein Paar Ringplatten, die relativ zueinander eine Umlaufbewegung ausführen. Die Ringplatten sind mit mehreren Paaren gegenüberliegender, ringförmiger Laufbahnnuten versehen, die jeweils durch eine Außenkante und eine Innenkante definiert sind. In jeweiligen Paaren gegenüberliegender Laufbahnnuten sind Kugeln enthalten. Jede Laufbahnnut besitzt einen Nutboden-Teilkreisdurchmesser, der höchstens gleich dem Umlaufdurchmesser einer der Ringplatten relativ zur anderen ist. Jede Nut besitzt eine Querschnittsform, derart, daß, wenn die Krümmungsradien an irgendwelchen zwei Punkten der Nut gemessen werden, die ausgehend von der zur Tangente des tiefsten Punkts der Nut senkrechten Linie in entgegengesetzten Winkelrichtungen um den gleichen Winkel beabstandet sind, der Krümmungsradius an dem Punkt zwischen dem tiefsten Punkt der Nut und der Außenkante größer als der Krümmungsradius an dem Punkt zwischen dem tiefsten Punkt und der Innenkante ist.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kugel-Ringplatten- Kupplungen, die zwischen zwei Elementen angeordnet sind, die eine exzentrische Umlaufbewegung relativ zueinander ausführen, etwa zwischen einer stationären Spindel und einer umlaufenden Spindel eines Schraubenkompressors.

Eine in einem Schraubenkompressor verwendete Kugel-Ring platten-Kupplung ist aus JP 10-89350-A bekannt. Wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist, umfaßt die Kugel-Ring platten-Kupplung ein Paar gegenüberliegender Ringplatten 1 und 2, die mehrere Paare gegenüberliegender ringförmi ger Laufbahnen 3 bzw. 4, die in vorgegebenen Winkelab ständen angeordnet sind, sowie Kugeln 5, die jeweils zwischen einem Paar Laufbahnen 3 bzw. 4 angeordnet sind, enthalten.

Die Ringplatten 1 und 2 sind an einem Rahmen 8 einer stationären Spindel 7 bzw. an einer umlaufenden Spindel 6 angebracht und einander zugewandt. Die Spindeln 6 und 7 besitzen spiralförmige Trennwände 9 bzw. 10, die jeweils in dem durch die Wände 10 bzw. 9 der Gegenspindel defi nierten Raum aufgenommen sind. Zwischen den Trennwänden 9 und 10 ist eine Kompressionskammer 11 definiert.

Die umlaufende Spindel 6 ist durch ein Lager an einer exzentrischen Drehwelle 12 an einem Abschnitt der Welle 12, der vom Drehzentrum um eine Strecke e versetzt ist, unterstützt, so daß die Spindel 6 um das Drehzentrum der Welle 12 umläuft. Jede Laufbahn 3, 4 besitzt einen Nutbo den-Teilkreisdurchmesser d, der im wesentlichen gleich dem Versatz e ist. Die Ringplatten 1, 2 werden gewöhnlich durch Pressen hergestellt.

Die Kugel-Ringplatten-Kupplung nimmt eine mit der Kom pression einhergehende Schublast auf und verhindert außerdem, daß sich die umlaufende Spindel 6 um ihre eigene Achse dreht.

Fig. 5A ist eine vergrößerte Ansicht der Ringplatte 1. Die ringförmige Laufbahn 3 umfaßt eine ringförmige Nut 13 mit einer Außenkante 14, eine äußere Schulter 15 außer halb der Außenkante 14 sowie ein Mittelfeld 16 innerhalb der Innenkante 14' der ringförmigen Nut 13.

Herkömmliche Laufbahnnuten besitzen einen Querschnitt in Form eines Kreisbogens oder eines Ellipsenbogens, wobei der Ellipsenbogen so positioniert ist, daß ein Ende der Nebenachse der Ellipse mit dem tiefsten Punkt der Nut zusammenfällt. Während der Belastung wird in der Oberflä che der Laufbahnnut 13 durch den Kontakt mit der Kugel 5 ein elliptischer Eindruck, der Kontaktellipse genannt wird, gebildet. Die Nut 13 muß so entworfen sein, daß die Kontaktellipse nicht auf dem Mittelfeld 16 läuft. Hierzu wird der Boden-Teilkreisdurchmesser d gewöhnlich gleich oder kleiner als der Versatzbetrag e gesetzt, so daß die Kugel 5 auf seiten des Außendurchmessers der Nut 13, d. h. auf seiten der Schulter 15, rollt. Da bei dieser Anordnung die Kugel vom Mittelfeld 16 beabstandet ist, ist der Kontaktdruck niedrig, so daß die Lebensdauer der Kupplung verlängert wird.

Selbst wenn der Durchmesser d kleiner als der Versatz e ist, können die Kugeln auf dem Mittelfeld 16 rollen (wie bei B in Fig. 5A), falls die Umlaufzentren der Ringplat ten 1, 2 wie in Fig. 5B gezeigt voneinander abweichen. Dadurch wird der Kontaktdruck erhöht, wodurch die Lebens dauer der Kupplung verkürzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kugel-Ringplatten-Kupplung zu schaffen, die eine längere Lebensdauer besitzt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kugel-Ringplatten- Kupplung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevor zugten Ausführungsform, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1A eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Kugel-Ringplatten-Kupplung gemäß einer Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 1B eine Draufsicht der stationären Ringplatte der Kupplung nach Fig. 1A;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht und eine Draufsicht der stationären Ringplatte der Kupplung nach Fig. 1A;

Fig. 3A, 3B schematische Schnittansichten der stationären Ringplatte, in denen die Ringplatte unter schiedliche Nutgeometrien besitzt;

Fig. 4A die bereits erwähnte Schnittansicht eines Schraubenkompressors mit einer herkömmlichen Kugel-Ringplatten-Kupplung;

Fig. 4B die bereits erwähnte Draufsicht der stationä ren Ringplatte der Kupplung nach Fig. 4A;

Fig. 5A die bereits erwähnte vergrößerte Teilschnittansicht und Draufsicht der statio nären Ringplatte einer herkömmlichen Kugel- Ringplatten-Kupplung; und

Fig. 5B die bereits erwähnte vergrößerte Teilschnittansicht der Kupplung nach Fig. 5A.

Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, umfaßt die Kugel- Ringplatten-Kupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ebenso wie eine herkömmliche Kugel-Ringplatten- Kupplung ein Paar Ringplatten 1, 2, die mit mehreren gegenüberliegenden ringförmigen Laufbahnen 3, 4 versehen sind, die in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind, sowie Kugeln 5, die jeweils in Paaren gegenüberlie gender Laufbahnen 3, 4 angeordnet sind.

Wie die herkömmliche Kupplung wird die Kugel-Ringplatten- Kupplung gemäß der Erfindung beispielsweise in einem Schraubenkompressor, wie er in Fig. 4A gezeigt ist, verwendet. Somit ist die Ringplatte 1 an einer mit der stationären Spindel einteilig ausgebildeten Komponente angebracht, während die Ringplatte 2 an der umlaufenden Spindel angebracht ist, so daß die Platte 2 mit einem Versatzbetrag e um die Platte 1 umläuft. Jede der Lauf bahnen 3, 4 besitzt einen Nutboden-Teilkreisdurchmesser d der kleiner als der Versatzbetrag e ist (beispiels weise um 0 bis 5% kleiner).

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Laufbahn 3 der Ringplatte 1. Die Nut 13 besitzt eine Außenkante 14, die einen Wendepunkt zwischen der Nut 13 und der Schulter 15 bildet, sowie eine Innenkante 14', die einen Wendepunkt zwischen der Nut 13 und dem Mittelfeld 16 bildet. Die Außen- und Innenkanten 14, 14' sind um Ab stände a bzw. b von der horizontalen Ebene beabstandet, die den tiefsten Punkt der Nut enthält. Der Abstand a ist wenigstens gleich dem Abstand b. Der Abstand a ist groß genug, um sicherzustellen, daß sich die Kontaktellipse A während der Belastung nicht über die Außenkante 14 hinweg nach außen bewegt.

Die Nut 13 besitzt einen Querschnitt wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt. Wenn die Krümmungsradien an irgendwelchen zwei Punkten gemessen werden, die ausgehend von einer zur Tangente des tiefsten Punkts der Nut senkrechten Linie in entgegengesetzten Winkelrichtungen um den gleichen Winkel beabstandet sind, ist der Krümmungsradius R an der Außen seite größer als der Krümmungsradius r an der Innenseite.

Die Nut von Fig. 3A besitzt eine erste Krümmung, die von der Innenkante 14' zum tiefsten Punkt der Nut verläuft und einen Krümmungsradius r besitzt, und eine zweite Krümmung, die vom tiefsten Punkt zur Außenkante 14 ver läuft und einen Krümmungsradius R, der größer als r ist, besitzt. Die Nut von Fig. 3B besitzt einen Querschnitt, der einen Bogen einer Ellipse enthält, die so angeordnet ist, daß ihre Nebenachse die Nut in einem Abschnitt außerhalb des tiefsten Punkts schneidet.

Gleiches gilt für die andere Laufbahn 2.

Bei dieser Anordnung rollt die Kugel 5 außerhalb des Nutboden-Teilkreises mit einem Versatzbetrag e, sie bewegt sich jedoch niemals über die Außenkante 14 hinaus, da der Abstand a verhältnismäßig groß ist.

Selbst wenn das Umlaufzentrum der umlaufenden Platte vom Zentrum der stationären Ringplatte abweichen sollte, rollen die Kugeln niemals auf einem an das Mittelfeld angrenzenden Abschnitt, weil jede Nut so geformt ist, daß ihr Abschnitt zwischen ihrem tiefsten Punkt und der Außenkante einen größeren Krümmungsradius als ihr Ab schnitt zwischen dem tiefsten Punkt und der Innenkante besitzt.

Claims

1. Kugel-Ringplatten-Kupplung, mit
einem Paar Ringplatten (1, 2), die relativ zuein ander eine exzentrische Umlaufbewegung ausführen und mit mehreren Paaren gegenüberliegender ringförmiger Laufbah nen (3, 4), wovon jede eine durch eine Außenkante (14) und eine Innenkante (14') definierte Nut (13) aufweist, versehen sind, und
Kugeln (5), die jeweils in einem Paar gegenüber liegender Laufbahnen (3, 4) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Nut (13) einen Nutboden-Teilkreisdurchmesser (d) besitzt, der höchstens gleich dem Versatzbetrag (e) der exzentrischen Umlaufbewegung ist,
ein Abstand zwischen dem tiefsten Punkt der Nut (13) und der Außenkante (14) wenigstens gleich einem Abstand vom tiefsten Punkt der Nut (13) zur Innenkante (14') ist und
jede der Nuten (13) eine Querschnittsform hat, derart, daß, wenn die Krümmungsradien an irgendwelchen zwei Punkten der Nut (13) gemessen werden, die ausgehend von der zur Tangente des tiefsten Punkts der Nut (13) senkrechten Linie in entgegengesetzten Winkelrichtungen um den gleichen Winkel (θ) beabstandet sind, der Krüm mungsradius (R) an dem Punkt zwischen dem tiefsten Punkt der Nut (13) und der Außenkante (14) größer als der Krümmungsradius (r) an dem Punkt zwischen dem tiefsten Punkt und der Innenkante (14') ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkante (14) jeder der Nuten (13) von einer den tiefsten Punkt der Nut (13) enthaltenden horizontalen Ebene vertikal um eine Strecke (a) beabstandet ist, derart, daß sich eine Kontaktellipse der Kugel (5) nie mals aus der Nut (13) hinaus bewegt.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß jede der Nuten (13) eine Querschnittsform besitzt, die eine erste Krümmung, die von der Innenkante (14') zum tiefsten Punkt der Nut (13) verläuft und einen Krümmungsradius (r) besitzt, sowie eine zweite Krümmung umfaßt, die vom tiefsten Punkt der Nut (13) zur Außen kante (14) verläuft und einen Krümmungsradius (R), der größer als der Krümmungsradius (r) der ersten Krümmung ist, besitzt.

4. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß jede Nut (13) von Fig. 3A einen Querschnitt besitzt, der einen Bogen einer Ellipse enthält, die so angeordnet ist, daß ihre Nebenachse die Nut (13) in einem Abschnitt zwischen dem tiefsten Punkt und der Außenkante (14) schneidet.