DE1426762A1 - Zweiwellen-Rotations-Zahnradmaschine - Google Patents

Description

• Zweiwellen-8otations-Zahnradmasohine

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  Zweiwellen-Rotations-Zahnradmasahinen sind in vielen Ausfüh-

  rungen mit den verschiedensten Arten von Zahnrädern bekannt.

  So gibt es :. B. Stirnräder mit Außen- und Innenversahnuna,

  Kegelräder, Schraubenräder (Schnecken), auch 0valsahnräder

  und Zahnräder mit polygon-ähnlichen unrunden Zahnkrans-For-

  men.

  Solche Zahnräder werden auch in Pumpen und :Motoren mit glüs-

  sigkeiten und Gasen als Pörder- und Betriebsmedien nicht nur

  als ?tihrunge-, Koppel- oder Gleichlaufräder, sondern auch als

  Arbeitsräder verwendet; als Beispiel für solche Maschinen

  seien die Mhnrad- und ;)'ohraubenpumpen, auch Ovalrad$ähler,

  die Wnradsotore für Flüssigkeits-, Druckluft- und Dampfan-

  trieb, die 2ohraubenverdiqhter und Rootsgebläse für die För-

  derung und Verdichtung von Gasen erwähnt. Auch wurde vielfach

  vorgeschlagen, Zahnradmaschinen als Brennkraftmasohinen zu

  bauen; diese Bestrebungen kamen aber über Versuche nicht hin-

  aus.

  In allen diesen Maschinen werden die Hingräuse »isohen den

  Grund- und Kopfzylindern der Versahnung in viele, relativ

  kleine Teilräume unterteilt. Diese sielen Teilräume, die

  bei Verdichtern zu Förderräumen werden, sind mit Ursache für

  das Entstehen von recht unangenehmen Arbeitsgeräuschen, denn

  jedesmal, wenn ein Förderraum mit dem Kompressionsraum Ver-

  bindung bekommt, strömt aus dem Kompressionsraum bereits

  verdichtetes fas schlagartig in den Förderraum aurUak, was

  eben zur Schallerregung führt; für Zahnrad-Druckluft-Motore

  gilt umgekehrt dasselbe; in übrigen ist bei Verdichtern die-

  aer Art, wie s. b. bei normalen Zahnrad-Maschinen, Schrauben-

  verdichtern und Rootsgebläsen, auch die Druckleitung und ein

  gegebenenfalls vorhandener Druckkessel zum Kompressionsraum

  au rechnen. Das Zurückschlagen des Leitungs- oder Kesseldruk-

  kes ist auch Ursache für den relativ großen Energiebedarf

  dieser Maschinen, denn die Arbeitsräder müssen ständig den

  vollen Leittage- baw. Kesseldruäk überwinden. Der ständig ge-

  gen die Arbeiterader anstehende Leitungs- bzw, Keeseldruck

  ist in Verbindung mit der relativ großen Gesamtspaltfläoht

  auch Ursache für das Auftreten unangenehmer Rtickatrömverlu-

  ete. Bei Dsuokluft-Zahnrad-Motoren erfolgt der Ausgleich zwi-

  schen den Förderraunen und der Atmosphäre; innerhalb der Pör-

  derräume goht bei Druckluft-Zahnrad-klotoren keine Entspannung

  den Treibmitte.® vor sich.

  flieg mUseen aucfä noch die Vorschläge erwähnt werden, die

  sieh mit Drahkolben-Maa®hinen befa®sen, bei denen auf glatte

  oder rersahate, zylindrische Trommeln prismatische Körper als Verdrdnter aufgesetzt und in den gegenläufern entsprechende Durohtrittslüoken vorgesehen sind. Abgesehen davon, da# solche Maschinen mit glatten*Troameln und aufgesetzten Prismen als Nilufer und Gegenläufer aus Gründen der Wärmedehnwng überhaupt nicht als Verdichter und Wärmekraftaasohine laufen können, tritt bei Maschinen mit verzahnten Trommeln und aufgesetzten Prismen die Schallerregung ebenfalls auf, allerdings ist die Zahl der Impulse in der Zeiteinheit hier etwas kleiner, dagegen sind Energieaufnahme und Rückströvrerluste gleich groß. Schallerregung, Energieaufnahme und Rüokströarerlnste können hier jedoch günstiger gestaltet werden, wenn auf der Druohseite ein gesteuertes Aus- oder Einlaßorgan vorgesehen wird.
• Hei solchen Maschinen sind auch Zahnräder benutzt worden, bei denen zwei gleiche oder unterschiedliche Zahngrößen bsw. Zahn- formen auf verschiedenen Teilkreisen aufgebracht sind, jedoch sind solche AusfUhrungsforaen kaum funktionsfähig.
• Durch die erfindungsgemäße Maschine sollen die genannten Nachteile behoben oder wenigstens vermindert werden. Die Er-findung besieht sich darauf, daß bei einer Zweiwellen-Rotations-Zahnraddasehine zwei miteinander kämmende je mit zwei Moduln auf den gleichen Teilkreis ausgebildete Arbeitszahnrä- der zum Verdichten bsw. Expandieren von kalten oder heitren, auch brennenden Gasen und/oder Dämpfen oder zum Durchsatz von

  F1ücaigkeiten Anwendung. finden. Zwar rind Zahnräder® bei

  denen eich Veraehnungen mit zwei uduin auf den g1eichan

  Teilkreie befinden, für hrattübsm tr e.gunguwaeehinen bereits

  benutzt worden. Bei der Benutzung eoleher Arbeitoaahnrkder

  zu Verdichten bzw. Expandieren vün Gagen end/oder Dämpfen.

  oder zum Durcheatz von flü®eigkelt®tcoten jedoch neue

  horraa®nde teahniaha Ettekto nfg di o bei rat tb@rtra-

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  f;ögliohkeit der BOMMtunQ;12"oo,oou"oe@t@ zi@ '@}c l'@co@

  lagvontile3g wodurch eine g®nano2c: tono2do3,Mllnng I32

  zu ®inar optimalen Le:Lotung m41:IcL9- toto

  Ein besonderer Vorteil für die Fertigung der Maschine läßt sich dann erreichen, wenn die beiden Arbeite-Zahnräder mit- einander kongruent, also deckungsgleich, sind. Dann ist es möglich, die beiden Arbeitsaahnrrder in einem einsigen So. seinearen Pertigungsgang herzustellen.
• Pier die Arbeitsweise und für die Verwendung der Maschine er- geben sich weitere gUnetige Möglichkeiten, wenn die beiden Arbeitssahnräder auf den gleichen Achsen mit je einem außer- halb des Förderraumes miteinander kämmend rotierenden FUhrungsnaharad gekoppelt sind. Dann können die Arbeits$nharM-der sowohl reibungsfrei zusammenwirken, was ihrer Lebensdauer wegen der fehlenden Abnutzung praktisch keine sren$en setzt, als auch können sie ölfrei arbeiten, was tUr viele Zwecke das kostspielige Entölen der Oase oder Dämpfe hinter der Ma- schine entbehrlich macht. Die Abnutzung der äuzieren fUhrungezahnräder lmBt sich durch ausreichende Jchmierung in normalen Irenaen halten.
• Von ganz besonderer Bedeutung ist der ";egfall spaltUberdekkender ßinriohtungen, wie Kolbenringe, Dichtleisten und ähnliche,-Gebilde. Die Maschine läßt hohe Drehzahlen au, so daß der an den urlaufenden Kanten als ipaltabdeakung besonders wirksam ist.
• Bei flüssigen Betriebsaedien zeichnet sich die erfindungsgemäße Maschine gegenüber den gebräuchlichen Zaharadsaaohinen durch erheblich kleinere Mengen an Quetschflüssigkeit aus, was eine Steigerung des hirkungegrades zur Folge hat.

  Zu dar AbbiSCu2S t@t# der eriindung®-

  GentiOeg MaeoMme i rsF@@z@li su den Drehachsen liegen-

  gena@ersehnit° echenatiseh dargestellt und nachsehend be®

  Qahrieb®ng ohne dad die Erfindung 39doch auf diese Aneltih-

  rungsf®rm beschränkt sein voll.

  Auf üen als Zehnräder auBeebildeton Arbeitsrädern 2, 3 befin-

  üen oich aug ü Ja und ümmoelb®Tellkzei® 4, 5 zwei verechie-

  f7n große

  ,'@o @co@ uodn2ah o@ en, Zehnräder mit einer Dop-

  o t, u ne v cr g< L `tl Q 129 13 für jeden Rad er-

  70

  go bon #, Doi :ioc@! ;@1 05o ßto ü@@@.!c@ amt die andere er-

  :Im loiohodo@@;@@c @i#ƒ U9 Mg 17 und 189 199

  `@ o k3@Jor.@'a`DO üol loch QJ@ o v`,7o''o @üd*@' 2 9 3 ei-

  @oäohio@ die Glo `;9or'-lo2C?oa@@ @Lw-@?@ @@c?`' einen Teil®

  von- UOG L'G"o(@nü Q12 UcbW. @o Versahnung

  2011 Modul Maa ü1 o I,#ü o-Go Soll a.ä@ 10 haben

  üie bc-Meg@.c@t@c@lo 3 oZu,#oh@anshih. Dann f®lgt-

  U %-g®n pi20G1 ünz aüF @@nGT@'@@1- 69 79 09 9 ein

  @?$i `® p?g3 6 @t,#.`# 109 #@E L#.-',`?o# n Zähne 9 vom Modul 1

  ülgone um n#ip-z.,ehr a n^ e inan vom. Modul 10 überzuge-

  hen. Dem? t Ao t dar s'd°L'SsäN@t: 6,j 70 239 9 des t rbeitsrsdes 2

  F.;e@lo@ens kmüh körn t gn Z2B-1,1 30 gmr-2.@lo von Indul 1 zwei Zäh-

  ne vom Modul 10 folans auf die tgiolior 50 Zähne vom Modul 1

  kommna wUrdenp um nit uwel#k voll®dul 10 den Zahnkrans

  an schließen. Die Anzcnl L"ßr Vsris t lünsmöglichkeitän Ist sehr

  groß und dis äb9)L@Es ool®h$r Räder mit Doppelverzahnung

  rei.chon von kleinen bij .-u ,ganz aroJen und von schmalen bis

  su sehr broiten Rädern.

  Die ortindaUepaUe Zahnradaaaohine tann mit FUhrungerä-

  dera, die unterhalb des Arbeitsraumes liegen, ausgestattet

  sein. Die Kombination solcher FUhrungaräder mit Zahnrädern

  mit Doppelverist neu, denn diese Kombination unter-

  scheidet eich von den bisherigen besonders in #'!-:chraubenver-

  diehtern und Rootegebläeen bekannt gewordenen derartigen

  Kombinationen dadurch, daß diese FUhrungor*der noch mehr

  als bisher taut nur Steueraufgaben zu arfU3len haben. Die

  Ubertrssuag von Drehnomenten, wie eine solche s. B. bei

  Rootesebläeen auftritt und bei diesen überdies in Form ei-

  nen sehr unangenehmen periodischen haatwAohasls erfolgt,

  fällt bei Zahnrädern mit L#oppelvericitnting fast völlig fort.

  Durch die Zusammenarbeit mit den F,ihrungerädern laufen in

  dieser @ombi__.@ä' n die ,@,^b@=.tnräder 2f 3 praktioch berührungs-

  frei, wodurch " -n4.=133.eriF. tvegI`allen kann, was iUr

  sehr viele @erwendungsa#:_i: r °;o-- se: w- #.,e:idutung Ist.

  Auch beim Betrieb als @rezkraftmdct@is@@=: t'.t: s Innire

  9ohoierung überflUasia, wodurch Druckluf, f, und Abgane ölfrei

  sind. Es besteht auch keine Ezplosions- und Vert:iftungage-

  fahr.

  Sehr erheblich unterscheiden sich die erfindun,4agemäßen Zahn-

  radaaechinen finit doppeltversahnten ürbeiterädcrn 2, ; von den

  bisher bekannten Maschinen dadurch, daß die Unterteilung des

  Ringraunen zwischen dem Grund- und dem Kopf-Zylinder in viele

  reilräuae vermieden wird. Auf diene =Beiss entstehen relativ

  groge Ringräume 22, gar die Förderräume darstellen. Gegenfiber

  den vielen kleinen Teilräumen der bisherigen Zahnradaa-.

  ely

  eehinen, auch der Sehrauiwerdichter, wird durch die Erfin-

  dung die Impulszahl und damit die Schallfrequens vorteilhaft vermindert.
• Die relativ großen Förderräume 22, 23 ermöglichen auch den Einbau einen gesteuerten Aus- oder Einlaßorganen 24 auf der Druckseite. Dies ist eine weitere neuartige Kombination, durch welche die Energieaufnahme, die Rüeksträmverlriete-und die Lärmentwicklung bei Verdichtern der neuen Hauart gegenüber den bisher bekannten sehr erheblich vermindert werden: Bei ".otoren nach dieser Bauart ergibt sich dabei, eine bessere Ausnutzung der Druckenergie der Gase und eine Verminderung der Spaltverluste.
• Eire Verminderung der Spaltfläche, die immer wünschenswert ist, wird durch Einspritzen von Wasser oller, wenn die austretende Füllung nicht ölfrei zu s .ein braucht, durch Unepritzen von 01 erreicht, was für viele Anwendungsfälle zulässig ist, de ja überdies eine Wasserabeeheidung bei jeder Art Verdichtung ohnehin erfolgt. Diesen Sperrwaeaer wird zwischen den-itirneeiten der Arbeitsräder 2, ä und den Seitenwänden des Gehäuses i eingespritzt oder eingepreit. Dabei wirkt das Sperrwasser kühlend und zugleich luftverdrängend. Durch die relativ hohen Temperaturen, die sich aufgrund der Verdichtung ergeben, wird das jperrwmsser, das in die Pörder.. räume 22, 23 gelangt, bei steigendem Druck zu Dampf. Dadurch wird durch das Aualaßorgan 24 ein Luft-Daspigesiaoh ausg*-sohoben, von den ein Teil in den Kompressionsraum 27 zurückbleibt. Bekommen dieYöxderrkuse 22, 23 Verbindung mit den Kospressionsraus 27, so tritt eine Entspannung ein, die umso größer wird, als der hier vorhandene Waasordamp:9 sofort zu Wasser kondensiert. Bemerkenswert ist noch, daß der Kom -pressionsraum 27 in keiner Weise mit den bekannten "sohkdlichen Haus" von Kolbenmaschinen verglichen werden kann, da Rückexpansionen, die den ftillungigrad nachteilig beeinflus- sen würden, nicht vorkommen. Bpaltverluate sollen bei dieser Betrachtung unberücksichtigt bleiben.
• Die Möglichkeit der Wassereinspritzung ist auch bei Brennkrattaasohinen nach diesem Bauprinzip von besonderer Bedeu- tung. Während der Verbrennung eingespritztes Wasser bewirkt eine-sehr erhebliche Volusenrernehrung den Treibmittels, wo- durch erhebliche Antriebskräfte freigestellt werden. Eine solche dassereinepritzung kann bei Maschinen nach den gegenetdndliohen Bauprinzip deshalb erfolgen, weil irgendwelche Waaserschlkge, die die Maschine zerstören könnten, nioht auf- treten.
• Die erfindungsgemäßen Arbeitsräder 2, 3 mit Doppelverzahnung machen die Verwendung dieses Bauprinzips als Brennkrattsaachine überhaupt erst möglich= denn durch die Doppelvernahnung worden die Wärmedehnungen der Arbeiterleder 2, 3 ausge# glichen. Ein solcher Ausgleich ist erforderlich, da der Ab-

  stand der Wellen '8, 29, deren hager außerhalb des Berei=

  chee hoher Temperaturen liegen, stete gleich bleibt.

  Wenn die Doppelyersßhnung 6, 7, 8, 9 und 10, 11, 129 13 au!

  den Arbeitsrädern 2, 3 als Dichtlabyrinth wirkt, so ist des-

  sen Selbstreinigung von besonderer Bedeutung. Setzt sich an

  den danken der kleinen und großen Zähne während den Betrie-

  bes irgend ein Belag an, so wird derselbe durch das dauernde

  Kämmen gelockert und schließlich durch die fliehkraßt abge-

  gchleudert® wodurch ein Zunetzen oder Verklemmen xermieden

  wird.

  Ergänzend muß noch da-rauf hingewiesen worden, daß bei der

  ?anrke 30 das Steuerorgan 24 Uber seinen Kanal. 26 die Verbin-

  dung zwischen denn lKonpreesicneraum 27 send der nicht gezeich-

  neten Druckleitung herzustellen beginnt (Öffnungsbeginn). Die

  Arbeitsräder 2, 3 haben die gleiche Hinkelgeaehwindigkeit wie

  das dteuerorghn 24. Die Pelle 25 des Drehschlebere 24 und die

  Ansaugöffnung 31 sind in den Zeichnungen ebenfalls dargestellt.

  3.1.n weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen 128echine 2, 3 mit

  Doppelverzahnung gegentiber den PlUgeln der ttootsgebläne ist

  die wesentlich größere mechanische Stabilität, wodurch erhob-

  lieb höhere Drehzahlen möglich sind, was bei gleicher Leistung

  beachtliche Verkleinerungen des ßauvolumene und wesentliche

  Drueketeigerungen mit sich bringt. Die Einschnfrung der ltootsä1V

  gei um die Welle läßt dieses Gebilde in Verbindung mit seiner

  relativ ,großen Länge und besonders in Verbindung mit den perio-

  disohen Druotnroohsel ständig zum Schwingen neigen, daher

  die man *nehmen Beoohränkungen, die dieser Bauart von Na-

  tur aus auferlegt sind. An eine Verwendung der üootsbauwei-

  so als Brennkrattmasohine ist ohäehin nicht zu denken.

  QegenUyer den.getea@a- *_em#Schraubenverdichtern fällt die ganz

  erhehlioh eintaohere Art der iiermtellung der erfindungsgeail-

  len ltasohine i-3-auf. Auch die Rotort von Schraubenverdich-

  tern neigen zu dohwingungen aufgrund von Durchbiegungen; des-

  halb aUsnen die Lager der Drenwelltn dieser notore Kugelbewe-

  gung haben. Wenngleich diese %urohbiegungen nicht so atark

  sind, wie aas bei Aootsflügeln der ia11 ist, so ist die noch

  Arbeit:- i#Inr.#3er ,acr

  gröbere Otabiä itnt derrerfindungmge@n@tßen gaechine ein wesent-

  lioher Vorteil. Liuersei@.s kann dadurch der erzeugbare Druck

  noch größer werden als bei Jßhraubanverdichtern und anderer-

  seits ist die Ausbildung der Lagerung ganz erheblich einfa-

  oher. Ia Ubrigen Bind auch Sahraubenradaaschinen nicht als

  Motors geeignet, da die Jalenkung der Kräfte ein viel zu gro-

  ßes Ausmaß aufweist. Die erfindungegemäße Maschine mit Dop-

  pelverasänun4 bewirkt dagegen eine Umwandlung des Drucks in

  Drehbewegung (Drehaoaent) ohne jede Umlenkung, was ihre Eig-

  nung fUr Motors aller Art besonders bedeutungsvoll er4ehei-

  nen lltgt:

  Zudem e ind .die Spalte, die eine der üauptursachen der RUck-

  ströavorluste sind, gegenüber 3ohraubenvtrdiehtern ganz we-

  sentlich kleiner und gegenüber Rootegebläsen, besonders um

  die Wellen 28, 29 viel günstiger. Bei Rootegebläsen liegen die kleinsten, bzw. kürzesten Spaltlängen genau ix Bereich der kleinsten Bewegung, nämlich ui die Welle, was die Rüekströmverluete sehr erheblich vergrößert.
• Gegenfiber dem Roote-Gebläse liegt bei der erfindungsgemäßen Maschine der Grundkreis der Verzahnung mit dem kleineren X-odul weiter außen, so maß die Rücketrömstreokef hier größer ist und deshalb einen größeren Widerstand bietet. In glei- chem Sinne wirken durch Erzeugung .einer Verwirbelung die vielen kleinen zähne der auf dem gleichen Teilkreis liegen- den Verzahnungen mit dem kleineren Modul.
• Die Arbeitsräder der erfindungsgemäßen Maschine können mit im übrigen gebräuchlichen Zähnungen versehen sein, a, B. Dvolventenzahnungen oder Zyoloidenzahnungen, insbesondere _ können für die verschiedenen 'soduln verschiedene Arten der .Zahnungen Verwendung finden.

Claims (1)

1. pate-pr- 1. Zweiwellen-ROtation#-Zaharadaieohine, dadurch gekennzeichnet, dall die beiden miteinander kämmenden in an sich bekannter Weise mit zwei verschiedenen Moduln auf den gleichen Teilkreis (4, 5) ausgebildeten Arbeitszahnräder (2, 3) aua Verdichten bsw. Expandieren von kalten oder heißen, auch brennenden Oasen und/oder Dämpfen oder zum Durchsatz von Flüssigkeiten Anwendung finden. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch da8 der Verdiahtunge- oder Expansionsraum (27) mit einem ge- steuerten Ein- oder Auslaßventil (24) versehen ist. 3. Nasohine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dii beiden (2, 3) miteinander kon- gruent (deckungsgleich) sind. 4. Maschine nach Anspruch 1y 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gut' gleichen Achsen je mit einen außerhalb des piirderrauaes miteinander in Eingriff stehend rotierenden Puhrungsrad gekoppelten Arbeitszahnräder (2, 3) berührungsfrei miteinander kämmen,