DE1503579B2 - Rootsgebläse mit Zykloidenverzahnung der Drehkolben - Google Patents

Description

Praktische Versuche haben gezeigt, daß bei einem vernünftigen Fertigungsaufwand der Betrag C zweckmäßig nicht wesentlich größer als. ein Tausendstel des Teilkreisdurchmessers B ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile werden deutlich, wenn man die erfindungsgemäße Lösung der vorstehend erwähnten Lösung, von der Kolbenumfangsfläche beider Drehkolben eine geringe Schicht gleichförmiger Dicke abzutragen, gegenüberstellt. Dabei sei angenommen, daß das theoretische Spiel in der kritischsten Stellung (b) in beiden Fällen ungefähr gleich 0,08 mm betragen soll. Unter dieser Voraussetzung folgt für das theoretische Spiel:

Stellung	Erfindungs- gemäße Lösung C = 0,025 mm	Gleichförmiger Schichtabtrag von 0,04 mm	Gewinn
(a) (b)	0,05 mm 0,08 mm	0,08 mm 0,08 mm	0,03 mm

Bei gleichem theoretischem Spiel in der kritischsten Stellung (b) wird also das Spiel in den weniger kritischen Stellungen erheblich kleiner. Das bedeutet größeren Wirkungsgrad selbst in niedrigeren Drehzahlbereichen. Erfindungsgemäß aufgebaute Gebläse lassen sich daher auch für Anwendungsfälle einsetzen, die stark schwankende Gebläsedrehzahlen erfordern, z. B. bei der Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren durch Nachverbrennung unter Frischluftzufuhr, wo das Frischluftgebläse unter Normalbedingungen etwa 0,94 bis 14,2 l/s Luft bei 0 bis 0,7 at und bei einem Betriebsdrehzahlbereich von 1000 bis 10 000 U/min liefern muß.

Im Vergleich zu einer Vergrößerung des Achsabstandes der Drehkolben gegenüber dem Teilkreisdurchmesser B schneidet die erfindungsgemäße Lösung noch günstiger ab, weil sich ein vergrößerter Achsabstand in der weniger kritischen Stellung (a) wesentlich stärker bemerkbar macht als in der Stellung (b).

Ein wichtiger praktischer Gesichtspunkt ist ferner, daß die erfindungsgemäße Drehkolbenumrißkontur geometrisch einfach definiert ist. Die Werkstatt kann auf diese Weise mit eindeutigen Zahlenwerten versorgt werden. Die Umrißkontur ist leicht reproduzierbar. Die Bemessungsregel ist nicht auf eine spezielle Gebläseausführung und -größe beschränkt, sondern bei Gebläsen mit unterschiedlichen Werten für den theoretischen Rollkreisdurchmesser A, den Teilkreisdurchmesser B und die Zähnezahl JV der Drehkolben anwendbar. Wegen der einfachen eindeutigen mathematischen Definition kann die genaue Kolbenumrißform leicht von computergesteuerten Zeichenmaschinen gezeichnet oder in ein Programm für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine umgesetzt werden.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Rootsgebläse,

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig.l,

F i g. 3 die Umrißkontur eines der Drehkolben des Gebläses nach den F i g. 1 und 2 und

F i g. 4 und 5 schematische Querschnitte ähnlich Fig. 2 für zwei verschiedene Drehkolbenstellungen.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Gebläse weist ein Gußgehäuse 11 mit einer Außenwand 12 und einer quer dazu verlaufenden Zwischenwand 13 auf.

Die Zwischenwand 13 unterteilt den von der Außenwand 12 umschlossenen Raum in eine Getriebekammer 14 und eine Verdichterkammer 15, die an den Außenseiten durch Abdeckplatten 16, 17 abge-S schlossen sind. Die Abdeckplatten 16, 17 sind mit dem Gehäuse 11 über Schrauben 18 verbunden, die in Gewindelöcher 19 eingeschraubt sind. Sie sind ebenfalls Gußteile und weisen ebenso wie die Außenwand 12 Kühlrippen 21 auf.

ίο Innerhalb der Verdichterkammer 15 sind auf parallelen Wellen 24, 25 zwei bis auf die Fertigungstoleranzen völlig gleichartig ausgebildete Drehkolben 22, 23 mittels Stiften 26, 27 befestigt. Die Welle 25 ist in zwei in den Seitenwänden der Getriebekammer 14 angeordneten Kugellagern 28, 29 gelagert und weist einen über die ■ Abdeckplatte 16 vorstehenden Wellenstumpf zum Anschluß an einen nicht dargestellten Antrieb auf. Die Welle 24 des anderen Drehkolbens ist in entsprechender Weise in Lagern 31, 32

ao gelagert. Die Wellen 24, 25 tragen in der Getriebekammer 14 untergebrachte, miteinander kämmende Zahnräder 33, 34, so daß bei einer Verdrehung der Welle 25 die Welle 24 über die Zahnräder 33, 34 gegenläufig angetrieben wird.

Wenn daher bei der Darstellung nach F i g. 2 die Welle 25 zusammen mit den Drehkolben 23 im Uhrzeigersinn gedreht wird, dreht sich die Welle 24 mit dem Drehkolben 22 entgegen dem Uhrzeigersinn. Ein gasförmiges Medium, beispielsweise Luft, das über einen seitlichen Einlaßstutzen 35 in die Verdichterkammer 15 gelangt, wird durch die Drehkolben verdichtet und unter höherem Druck über einen Auslaßstutzen 36 aus der Verdichterkammer 15 herausgedrückt.

F i g. 3 zeigt gestrichelt die Umrißkontur eines zwei Zähne aufweisenden Drehkolbens mit Zykloidenverzahnung, bei dem die konvexen Kurvenstücke der Umrißkontur Epizykloiden und die damit abwechselnden konkaven Kurvenstücke Hypozykloiden sind. Der Durchmesser der Rollkreise ist dabei mit A und der Durchmesser des Teilkreises mit B bezeichnet. Diese Durchmesser erfüllen die Bedingung A= B/2 N oder, da JV = 2, A = B/4.

Um nun für das erforderliche Spiel zu sorgen, ist, wie in F i g. 3 ebenfalls angedeutet, für die Drehkolben 22,23 der Sollkreisdurchmesser der Epizykloiden um einen vorbestimmten kleinen Betrag C kleiner und der Sollrollkreisdurchmesser der Hypozykloiden um denselben Betrag C größer als der theoretische Rollkreisdurchmesser A gewählt.

Ist der Achsabstand der beiden Drehkolben gleich dem Teilkreisdurchmesser B und wird das Profil der Innenwand der Verdichterkammer in bekannter Weise von zwei sich schneidenden Kreisen bestimmt, deren Durchmesser D = B + BIN ist und deren Mittelpunkte mit den Achsen der beiden Drehkolben zusammenfallen, werden die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Sollspiele erhalten. Das Spiel zwischen dem radial am weitesten vom Mittelpunkt der Drehkolben entfernten Punkt der Kolbenumfangsfläche und der Innenwand der Verdichterkammer ist gleich C. In der Stellung (a), in der die Längssymmetrieachsen der beiden Drehkolben senkrecht zueinander stehen (F i g. 4), hat das Spiel zwischen den Drehkolben den Wert 2 C. Dagegen wird ein Spiel π C zwischen den Drehkolben erhalten, wenn entsprechend F i g. 5 die Längsmittelachsen der Drehkolben parallel zueinander liegen (Stellung b).

Bei einem praktisch mit Erfolg erprobten Gebläse, das den Bedingungen von Automobilherstellern im Zusammenhang mit der Entwicklung von Abgasentgiftungsanlagen entsprach, bei denen die Autoabgase unter Frischluftzufuhr nächverbrannt werden, betrug der Teilkreisdurchmesser B beider Drehkolben 38,1 mm, während der Durchmesser des die Epizykloiden erzeugenden Rollkreises um C = 0,025 mm kleiner und der Durchmesser des die Hypozykloiden erzeugenden Rollkreises um den gleichen Betrag C = 0,025 mm größer war als der Wert A = B/2 N.

Drehkolben der vorliegend beschriebenen Art lassen sich beispielsweise mit sehr hoher Genauigkeit in Massenfabrikation aus gesintertem Metallpulver unter Verwendung von genauen Formen herstellen. Zur Konstruktion der Form wird die Umrißkontur der Drehkolben in Sperrholz in etwa 10Ofacher Vergrößerung mittels eines Kopierbohrers ausgebildet, der in an sich bekannter Weise über ein die Kurven abtastendes Führungsorgan sehr genau gesteuert wird. Dieses Sperrholzmodell wird dann geglättet und in einer oder mehreren Stufen mittels eines Panto-

o graphen oder dergleichen verkleinert, so daß sich ein sehr genaues Kopiermodell ergibt, auf Grund dessen der Formenmacher die entsprechende Form herstellen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 umso stärker bemerkbar, je niedriger die Drehzahl Patentansprüche: liegt. Gerade bei der Förderung oder Kompression von Gasen kommt es darauf an, das Spiel in sämt-

1. Rootsgebläse für gasförmige Medien, bei liehen im Betrieb durchlaufenen Relativlagen der dem die Umrißkontur der beiden Drehkolben 5 Drehkolben auf einem kleinen, über Null liegenden außerhalb des Teilkreises Epizykloiden und inner- Wert zu halten, weil selbst ein nur kurzzeitig in behalb des Teilkreises Hypozykloiden sind und bei stimmten Relativstellungen übermäßiges Spiel zu dem der theoretische Durchmesser A der die Epi- praktisch sofortigem Druckabfall und damit zu und Hypozykloiden erzeugenden Rollkreise, der schwerwiegenden Leistungsverlusten führt.
Durchmesser B des Teilkreises und die Zähne- io Es bietet sich an, für das erforderliche Spiel zwizahl N jedes Drehkolbens die Bedingung sehen den Drehkolben dadurch zu sorgen, daß ent- A = B/2N erfüllen, dadurch gekenn- weder der Achsabstand der beiden Drehkolben etwas zeichnet, daß der Rollkreisdurchmesser der größer als der Teilkreisdurchmesser B gewählt oder Epizykloiden um einen vorbestimmten kleinen von der theoretischen Grundform der Umrißkontur Betrag (C) kleiner.und der Rollkreisdurchmesser 15 der Drehkolben um ein bestimmtes Maß zurückgeder Hypozykloiden um denselben Betrag (C) gangen wird, indem gleichsam eine geringe Schicht größer als der theoretische Rollkkreisdurchmesser gleichmäßiger Dicke von der Kolbenumfangsfiäche (A) ist, wobei dieser Betrag (C) einem Sollspiel abgetragen wird. Beide Lösungen führen aber aus (π C) zwischen den beiden Drehkolben entspricht, den im folgenden noch näher dargelegten Gründen wenn diese parallel zueinander stehen. »o zu relativ großen Leistungsverlusten.

2. Rootsgebläse nach Anspruch 1, dadurch ge- Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß kennzeichnet, daß der Betrag (C) nicht wesentlich bei einem Gebläse der vorliegend betrachteten Art größer als ein Tausendstel des Teilkreisdurch- die Schwierigkeiten, bei der Fertigung für das ermessers (B) ist. wünschte kleine Spiel zwischen den Drehkolben zu

25 sorgen, für die verschiedenen Relativstellungen der Drehkolben unterschiedlich groß sind. So hängt in

der Stellung (Stellung a), in der die radial am weitesten außen liegende Umfangsstelle des einen Drehkolbens der radial am weitesten innen liegenden Um-

Die Erfindung betrifffft ein Rootsgebläse für gas- 30 fangsstelle des anderen Drehkolbens gegenübersteht,

f örmige Medien, bei dem die Umrißkontur der beiden das Spiel nur von der Fertigungsgenauigkeit beider

Drehkolben außerhalb-des-Teilkreises Epizykloiden Drehkolben und von dem Achsabstand zwischen den

und innerhalb des Teilkreises . Hypozykloiden sind Kolbenwellen ab. In der Relativstellung (Stellung b),

und bei dem der theoretische Durchmesser ^4 der in der die Drehkolben parallel zueinander stehen,

die Epi- und Hypozykloiden erzeugenden Rollkreise, 35 wird dagegen das Spiel nicht nur von der Fertigungs-

der Durchmesser B des Teilkreises und die Zähne- genauigkeit beider Drehkolben und dem Achsabstand

zahliV jedes Drehkolbens die Bedingung A = B/2 N zwischen den Drehkolben, sondern zusätzlich noch

erfüllen. von der Winkelausrichtung beider Drehkolben beein-

Gebläse dieser Art sind seit langem bekannt flußt, die ihrerseits von Faktoren wie dem toten

(US-PS 166 295 und DT-PS 425 689). Sie haben ge- 40 Gang der Antriebszahnräder oder der Torsion der

genüber Rootsgebläsen mit anderer Drehkolben- Drehkolbenwellen abhängt.

umrißkontur den Vorteil,· daß während einer vollen, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit erfolgen- geometrisch einfach definierbare Umrißkontur der den Umdrehung der Drehkolben ständig theoretisch Drehkolben zu sorgen, die theoretisch, also bei einer ein Linienkontakt zwischen beiden Drehkolben auf- 45 angenommenen Toleranz Null, zu einem Spiel führt, rechterhalten wird und die Kontaktlinie sich in steti- das entsprechend dem vorstehend erläuterten steigenger Weise entlang dem Kolbenumfang bewegt. den Schwierigkeitsgrad, bei der Fertigung und im

Während theoretisch ständig ein Linienkontakt praktischen Betrieb des Gebläses eine vorgegebene zwischen den Drehkolben.besteht, darf in der Praxis Toleranz einzuhalten, größer wird,
keine tatsächliche Berührung zwischen den beiden 50 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-Drehkolben sowie zwischen den Drehkolben und der löst, daß der Rollkreisdurchmesser der Epizykloiden Innenwand der Verdichterkammer erfolgen, weil es um einen vorbestimmten kleinen Betrag C kleiner zwischen diesen Bauteilen zu. einer schmiermittel- und der Rollkreisdurchmesser der Hypozykloiden freien Gleitbewegung kommt, die im Falle eines um denselben Betrag C größer als der theoretische Kontaktes zu hohem Verschleiß oder Fressen der 55 Rollkreisdurchmesser A ist, wobei dieser Betrag C Kolben führen würde. Es muß also für ein gegen- einem Sollspiel π C zwischen den beiden Drehkolben seitiges Spiel gesorgt sein (CH-PS 87 819), das aber entspricht, wenn diese parallel zueinander stehen,
im Interesse der Gebläseleistung so klein wie möglich Es läßt sich rechnerisch zeigen, daß bei einem derzu halten ist. Durch die auf das erforderliche Spiel art ausgebildeten Rootsgebläse das theoretische Spiel zurückzuführenden Spalte zwischen den beiden Dreh- 60 in der Stellung (a) gleich 2 C ist und in der Stelkolben sowie zwischen den Drehkolben und der Ver- lung (b) einen Maximalwert von π C erreicht. In der dichterkammerwand kann nämlich verdichtetes For- kritischsten Stellung wird also für das größte theodermedium von der Hochdruck- zur Niederdruckseite retische Spiel gesorgt. Das bedeutet, daß in der Praxis des Gebläses zurückströmen. Das führt zu einer Her- das theoretische, vom Konstrukteur vorgegebene absetzung des volumetrischen Wirkungsgrades. Der 65 Spiel insgesamt besonders klein gehalten werden so entstehende Leckverlust stellt bei gegebenem kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Dreh-Druck eine von der Drehzahl des Gebläses unab- kolben in den kritischen Stellungen in Reibkontakt hängige Konstante dar; er macht sich infolgedessen miteinander kommen.