DE1576923B - Parallel und außenachsige Rotations kolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine parallel- und außenachsige Rotationskolbenmaschine in Anwendung als Verdichter oder Expansionsmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, wobei der Schraubennutenrotor in einer achsnormalen Ebene einen Nutenquerschnitt hat, dessen Kontur sich aus zwei Hälften zusammensetzt, die sich zwischen der achsnahen und der achsfernen Zone erstrecken, wobei die eine Nutkonturhälfte mindestens zum größten Teil durch einen Vektor erzeugt ist, der vom Schnittpunkt des Teilkreises des Schraubennutenrotors mit einer Radiallinie durch das achsnahe Ende dieser Nutkonturhälfte ausgeht und dessen Länge von der achsfernen Zone zur achs nahen Zone hin stetig abnimmt.

Eine derartige Rotationskolbenmaschine ist aus der britischen Patentschrift 1 010 665 bekannt.

Die Form der Schraubennutkontur bestimmt bei solchen Maschinen nicht nur die Querschnittskontur der Schraubenrippen des anderen Rotors als Hüllkurve, sondern auch die Form der von jeweils einer Schraubennut und einem Rippenzwischenraum gebildeten V-förmigen Arbeitskammer an der Eingriffsstelle von Rippe und Nut, wodurch sich je nach der Grundform der Nutkontur sehr unterschiedliche Eigenschaften der Maschine ergeben. Dabei lassen sich drei Grundformen für die Nutkontur unterscheiden:

a) die festpunkterzeugte Kontur, bei der jede Nutkonturhälfte einer Epitrochoide folgt, die durch den radial äußersten Punkt der Rippenkontur des anderen Rotors erzeugt ist,

b) die keisbogenförmige Kontur, bei der jede Nutkontur einem Kreisbogen folgt, dessen Mittelpunkt auf dem Teilkreis des Schraubennutenrotors liegt, und

c) die wanderpunkterzeugte Kontur, bei der jede Nutkonturhälfte in einer Radialebene zu den Achsen der Rotoren einer Kurve folgt, die durch einen Radiusvektor erzeugt ist, der vom Schnitt-

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punkt des Teilkreises des Schraubennutenrotors der Verdichtung eine erhebliche Beschleunigung und

mit einer Radiallinie durch das achsnahe Ende einen Druckzuwachs erfährt, falls die Nut in axialer

der Nutkonturhälfte ausgeht und dessen Länge Richtung nicht vollständig entleert werden kann,

von der achsfernen Zone zur achsnahen Zone Im Vergleich zur Kreisbogenkontur ergibt bei glei-

hin stetig abnimmt. 5 chen Rotorabmessungen und gleicher Umfangsweite

der Schraubennuten in der achsfernen Zone die wan-

Die festpunkterzeugte Nutkontur ergibt bei groß- derpunkterzeugte Kontur ein kleineres Verdrängungstem Verdrängungsvolumen ohne das Auftreten eines volumen. Außerdem sind bei ihr die Blasspalte um Blasspaltes zugleich die längste Eingriffslinie zwischen ein Mehrfaches größer. Die Abdichtungslinie zwischen den Rotoren und dadurch die größten Leckverluste. io den Rotoren in deren Eingriffsbereich ist jedoch die Ferner kommen die radial äußersten Teile der Rip- kürzeste, so daß die Leckverluste von den V-förmipen des Schraubenrippenrotors und des Schrauben- gen Arbeitskammern direkt zur Niederdruckseite der nutenrotors beim Eingriff in eine derart nahe Dicht- Maschine einen Minimalwert erreichen. Ebenso findet lage zueinander, daß bei unzureichender Synchroni- keine unmittelbare Berührung zwischen den achssierung der Rotoren die Gefahr einer unmittelbaren 15 fernen Teilen der Schraubenrippen und der Schrau-Berührung besteht, die Beschädigungen der mit- bennuten statt, so daß keine Gefahr von Beschädiwirkenden Konturzonen und dadurch Leckspalte gungen besteht. Ein Nutenrotor mit wanderpunktlängs der gesamten Flanken zwischen den V-förmigen erzeugter Kontur nimmt ein positives Drehmoment Kammern und der Niederdruckseite hervorrufen kön- auf, wodurch die Axialkräfte auf die zusammenwirnen, welche die Maschine praktisch unbrauchbar 20 kenden Rotoren gleichgerichtet sind und die Gefahr machen. Die Gefahr einer unzureichenden Syn- von Störungen in der Synchronisation vermindert ist, chronisierung entsteht, wenn der Rippenrotor ein so daß bei wanderpunkterzeugter Kontur mit sehr negatives Drehmoment aufnimmt, wodurch die Axial- geringem Spiel zwischen den Rotoren gearbeitet werkräfte auf die Rotoren gegengerichtet sind. Weiterhin den kann. Auch entstehen keine taschenförmigen entstehen taschenförmige Verlängerungen der V-för- 25 Verlängerungen der V-förmigen Arbeitskammern, migen Arbeitskammern, die beim Betrieb der Ma- und das Problem der Entleerung solcher Taschen schine als Verdichter nicht unmittelbar in die Hoch- entfällt. Der Eingriff zwischen den Rotoren erfolgt drucköffnung entleert werden können, was zu über- nicht innerhalb einer einzigen Radialebene, so daß mäßigen Biegebeanspruchungen der rippenförmigen das in der Schraubennut eingeschlossene Arbeits-Teile zwischen den Nuten des Schraubennutenrotors 30 medium in der letzten Phase der Verdichtung keiner- und letztlich deren Bruch führen kann. lei Beschleunigung und keinerlei Druckanstieg wie Im Vergleich zur festpunkterzeugten Kontur ergibt bei den anderen Nutkonturen erfährt und die Entbei gleichen Rotorabmessungen und gleicher Um- leerung der Schraubennuten erheblich gleichmäßiger fangsweite der Schraubennuten in der achsfernen und ruhiger vor sich geht.

Zone die kreisbogenförmige Nutkontur ein kleineres 35 Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die fest-Verdrängungsvolumen, jedoch ist die Abdichtungs- punkterzeugte Nutkontur mit der Kreisbogenkontur linie zwischen den Rotoren erheblich kürzer, so daß und die Kreisbogenkontur mit der wanderpunktdie Leckverluste von der Arbeitskammer zur Nieder- erzeugten Nutkontur zu kombinieren. Im ersteren druckseite der Maschine geringer sind. Ferner ent- Fall entsteht am Schraubennutenrotor ein erhebliches steht bei der Kreisbogenkontur zwischen den benach- 40 Drehmoment, und die rippenförmigen Teile zwischen barten V-förmigen Arbeitskammern ein Blasspalt. den Schraubennuten werden stark auf Biegung bean-Außerdem kommen die achsfernen Zonen des Schrau- sprucht. Die zweite Kombination, die aus der bereits benrippenrotors und des Schraubennutenrotors nie- obengenannten britischen Patentschrift 1 010 666 bemals in abdichtende Nähe zueinander, so daß die Ge- kannt ist, führt zu keinem ausreichenden Verdrängerfahr einer Beschädigung der Rotoren durch unmittel- 45 volumen, und der Gesamtwirkungsgrad ist unbefriebare gegenseitige Berührung erheblich geringer ist, digend. Beide Kombinationen sind schlechter als die so daß bei einer Beschädigung der Nutkanten des reine Kreisbogenkontur, weshalb sie ebenso wie die Nutenrotors Leckspalte nur längs des gesamten rein festpunkterzeugte und die rein wanderpunkt-Sohlenteiles der Rippen des Schraubenrippenrotors erzeugte Kontur keinen Eingang in die Praxis finden entstehen. Der Schraubennutenrotor mit Kreis- 50 konnten.

bogenkontur nimmt theoretisch kein Drehmoment Alle bisher bekannten Konturformen mindern die

auf; es treten jedoch infolge der dynamischen Kräfte Betriebssicherheit und/oder den Wirkungsgrad der

des Arbeitsmediums ständig Pulsationen um den Maschine beträchtlich.

O-Wert auf, was unerwünscht ist. Um eine gleich- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im

bleibende Richtung des Drehmoments und damit die 55 Hinblick auf den volumetrischen Wirkungsgrad und

Richtung der Axialkraft auf den Schraubennuten- die Betriebssicherheit eine optimale Konturform für

rotor sicherzustellen, wird dieser Rotor deshalb in der die Schraubennuten und -rippen der Rotoren einer

Praxis mit über den Teilkreis hinausragenden An- Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art

Sätzen versehen, so daß er ein positives Drehmoment zu schaffen.

aufnimmt. Taschenförmige Verlängerungen der 60 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-V-förmigen Arbeitskammern sind nicht vorhanden. löst, daß die andere Nutkonturhälfte des Schrauben-Andererseits wird jedoch eine jede Schraubennut, nutenrotors mindestens zum größten Teil als Epiwenn die Eingriffsstelle zwischen den Rotoren im trochoide ausgebildet ist und diese Nutkonturhälfte Verdichterbetrieb die hochdruckseitige Gehäusestirn- bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Verwand erreicht, augenblicklich längs der ganzen trans- 65 dichter nachlaufend und bei Ausbildung der Roversalen Längen der Flanken der Schraubennut ge- tationskolbenmaschine als Expansionsmaschine vorschlossen, was zur Folge hat, daß das in einer Nut laufend ist.
eingeschlossene Arbeitsmedium in der letzten Phase Es werden also die beiden extremen Konturformen,

nämlich die Epitrochoide (punkterzeugte Kontur) und die wanderpunkterzeugte Kontur miteinander kombiniert. Dabei folgen die Konturen der Schraubenrippen des anderen Rotors den Hüllkurven, welche von den Konturen der Schraubennuten erzeugt werden, wenn die Schraubenrippen und -nuten bei der Drehung der Rotoren in und wieder außer Eingriff gelangen.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

Die Axialkräfte haben an beiden Rotoren gleiche Richtung, was zu einer hohen mechanischen Betriebssicherheit selbst dann führt, wenn aus Gründen eines hohen volumetrischen Wirkungsgrades ein sehr kleines Spiel zwischen den Nuten bzw. Rippenflanken der Rotoren vorhanden ist. Die Dichtlinie im Eingriffsbereich der Rotoren ist kurz, was ebenfalls den volumetrischen Wirkungsgrad begünstigt. Durch das große Verdrängervolumen können die Abmessungen der Maschine entsprechend klein gehalten werden und nur geringe mechanische und dynamische Verluste entstehen. Taschenförmige Verlängerungen der V-förmigen Arbeitskammern haben eine so vorteilhafte Gestalt, daß ihr Gesamtvolumen verhältnismäßig gering ist und sie so vorteilhaft entleert werden können, daß praktisch kein Biegemoment auf die zwischen den Schraubennuten verbleibenden rippenförmigen Teile des Nutenrotors und nur ein vernachlässigbar kleines Drehmoment auf die Rotoren ausgeübt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Teilquerschnitt durch ein Rotorpaar einer Rotationskolbenmaschine mit einer ersten Ausbildungsform der Schraubenrippen- bzw. Schraubennutenkontur,

Fig. 2, 2a bis 2d in verkleinerter Darstellung den Teilquerschnitt nach Fig. 1, jedoch in anderen Eingriffsstellungen der Rotoren,

F i g. 3 die Ansicht eines mit einer Rippenkontur nach F i g. 1 und 2 ausgebildeten Schraubenrippenrotors in axialer Erstreckung mit strichpunktiert eingezeichneter Dichtlinie im Eingriffsbereich mit dem Schraubennutenrotor,

F i g. 4 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Volumens der sich bildenden Tasche von der Winkelstellung des Schraubenrippenrotors wiedergibt und

F i g. 5 einen Teilquerschnitt ähnlich F i g. 1 mit einer abgeänderten Ausführungsform der Schraubenrippen- bzw. Schraubennutkontur.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1, 2a bis 2d sind ein Schraubenrippenrotor 10 mit vier in bekannter Weise schraubenförmig um einen Kern verlaufenden Schraubenrippen 12 und ein Schraubennutenrotor 14 mit sechs schraubenförmig in einem zylindrischen Grundkörper eingeschnittenen Schraubennuten 16 versehen. Die Rotoren 10,14 haben angenähert gleich großen Außendurchmesser und werden von einem (nicht dargestellten) Gehäuse mit achsparallelen, einander schneidenden Bohrungen entsprechender Durchmesser umschlossen.

Die Schraubennuten 16 haben einen Umschlingungswinkel von etwa 200° und liegen mit ihren Hauptteilen innerhalb des zugehörigen Teilkreises 18. Zwischen den Schraubennuten 16 sind außerhalb des Teilkreises liegende Ansätze 20 gebildet. Jede Schraubennut 16 hat, in einer zur Rotorachse normalen Schnittebene betrachtet, eine Kontur, die sich aus zwei zwischen der am Nutgrund liegenden achsnahen Zone und der am Kopf der Ansätze liegenden achsfernen Zone erstreckenden konkav verlaufenden Nutkonturhälften 22 und 24 zusammensetzt.

Die Schraubenrippen 12 haben einen Umschlingungswinkel von etwa 300° und liegen mit ihren

ίο Hauptteilen außerhalb des zugehörigen Teilkreises 26. Zwischen den Schraubenrippen 12 sind innerhalb des Teilkreises Ausnehmungen 28 zur Aufnahme der Ansätze 20 des Schraubennutenrotors 14 vorgesehen. Jede Schraubenrippe 12 hat, in einer zur Rotorachse normalen Schnittebene betrachtet, eine Kontur, die sich aus zwei zwischen dem am Grund der Ausnehmung 28 liegenden achsnahen Zone und der am Rippenkopf liegenden achsfernen Zone erstreckenden konvex verlaufenden Rippenkonturhälften 30 und 32 zusammensetzt.

Pfeile 34 und 36 geben die Drehrichtung der Rotoren bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Verdichter an. Bei Ausbildung der Maschine als Expansionsmaschine drehen die Rotoren in entgegengesetzter Richtung.

Die Nutkonturhälfte 24 jeder Schraubennut 16 folgt im gesamten Bereich zwischen dem achsnahen und dem achsfernen Ende einer Epitrochoide, die durch den achsfernen Scheitelpunkt 38 der Kontur der Schraubenrippe 12 erzeugt ist (s. auch Fig. 2a und 2 b). Die andere Nutkonturhälfte 22 der Schraubennuten 16 besteht aus einem inneren kreisbogenförmigen Abschnitt, dessen Mittelpunkt 40 außerhalb des Teilkreises 18 auf einer durch das achsnahe Ende dieser Nutkonturhälfte verlaufenden Radiallinie 42 liegt, und aus einem an den inneren Abschnitt tangential anschließenden äußeren Abschnitt, der sich über den Teilkreis 18 hinaus erstreckt, so daß die gesamte Nutkonturhälfte 22 als durch einen Radiusvektor beschrieben angesehen werden kann, der vom Schnittpunkt 44 des Teilkreises 18 mit der Radiallinie 42 ausgeht und dessen Länge vom achsfernen zum achsnahen Ende hin stetig abnimmt.
Die Rippenkonturhälfte 32 der Schraubenrippen 12 folgt vom achsfernen Scheitelpunkt 38 bis zum Teilkreis 26 einer Epitrochoide, die durch den Schnittpunkt 46 (F i g. 2 a) der Nutkonturhälfte 24 einer Schraubennut 16 mit dem Teilkreis 18 des Schraubennutenrotors 14 erzeugt ist. Die andere Konturhälfte 30 der Schraubenrippe 12 folgt der Hülikurve der Nutkonturhälfte 22 der Schraubennut 16. Wie dem Fachmann bekannt ist, bilden die Schraubenrippen und -nuten der Rotoren einer solchen Rotationskolbenmaschine zusammen mit der Gehäusewandung V-förmige Arbeitskammern, von denen ein Schenkel aus einer Nut des Schraubennutenrotors und der andere Schenkel aus dem Zwischenraum zwischen zwei Rippen des Schraubenrippenrotors besteht. Diese Schenkel werden auf der Außenseite von der der Nutkonturhälfte 24 entsprechenden Nutflanke des Schraubennutenrotors 14 und der der Rippenkonturhälfte 30 entsprechenden Rippenflanke des Schraubenrippenrotors 10 und auf der Innenseite von der der Nutkonturhälfte 22 entsprechenden Nutflanke des Schraubennutenrotors 14 und der der Rippenkonturhälfte 32 entsprechenden Rippenflanke des Schraubenrippenrotors 10 begrenzt. Da die Nut- bzw. Rippenkonturhälften 24 und 32 punkterzeugt sind.

ergibt sich kein Blasspält zwischen benachbarten V-förmigen Kammern, abgesehen von dem vernachlässigbar kleinen Blasspalt, der durch die Ansätze 20 des Schraubennutenrotors 14 entsteht.

Wie aus Fig. 1 sowie den Fig. 2b bis 2d ersichtlich ist, entsteht im Eingriffsbereich der Rotoren zwischen der Nutkonturhälfte 24 und der Rippenkonturhälfte 32 eine Saugtasche 48, die es erforderlich macht, den in der Hochdruckstirnwand des Gehäuses befindlichen Teil der Hochdrucköffnung 50 mit einer in den Fig. 2a bis 2d strichpunktiert angedeuteten Leitwand 52 zu versehen, welche die Saugtasche 48 abdeckt. Die Leitwand 52 deckt jedoch in bestimmten Winkelstellungen der Rotoren auch eine auf der anderen Seite des achsfernen Scheitelpunktes 38 gebildete Drucktasche 54 ab, so daß diese nicht vollständig zur Hochdrucköffnung entleert werden kann. F i g. 2 a zeigt jene Winkelstellung der Rotoren^ in welcher die Drucktasche 54 gerade gegen den in der Mantelwandung des Gehäuses befindlichen Teil der Hochdrucköffnung abgeschlossen wird und die Ausbildung der Saugtasche 48 beginnt. In der Win^ kelstellung nach Fig. 2b ist die Drucktasche 54 außer Verbindung mit dem in der Hochdruckstirnwand des Gehäuses gelegenen Teil der Hochdrucköffnung gelangt. In der Winkelstellung nach Fig. 2c hat die Drucktasche 54 auf das Volumen Null abgenommen. In der Winkelstellung nach Fig. 2b ist schließlich die Saugtasche 48 auch radial mit der Niederdruckseite der Maschine in Verbindung gelangt. .. .. : : '.

Die F i g. 2 a bis 2 c lassen erkennen, daß der Berührungspunkt 56 zwischen der Nutkonturhäifte 22 und der Rippenkonturhälfte 30 bei der Drehung der Rotoren in Richtung der Pfeile 34, 36 stetig in die Schraubennut 16 hineinwandert, so daß das Volumen der Drucktasche 54 abnimmt und, was noch'^!wichtiger ist, auch der dem Druck des in der Drucktasche 54 eingeschlossenen Arbeitsmediums ausgesetzte Bereich der Nutkonturhälfte 22 verkleinert wird. Infolge dieser Wanderung des Berührungspunktes 56 übt das in der Drucktasche 54 eingeschlossene Arbeitsmedium praktisch kein Biegemoment auf die zwischen den Schraubennuten stehengebliebenen Teile des Schraubennutenrotors 14 aus, wie dies der Fall wäre, wenn die Nutkonturhälfte 22 punkterzeugt oder kreisbogenförmig wäre, wobei sich dann die Drucktasche 54 bis zur Abnahme ihres Volumens auf Null stets außen bis zum Teilkreis 18 erstrecken würde.

F i g. 3 zeigt den Verlauf der Dichtlinie 53 am Schraubenrippenrotor 10 im Eingriffsbereich der Rotoren. Diese Abdichtlinie ist im Vergleich mit symmetrischen punkterzeugten Nutkonturhälften verhältnismäßig kurz und auch kürzer als bei symmetrischer Kreisbogenkontur. Dadurch wird der volumetrische Wirkungsgrad der Maschine begünstigt.

Im Diagramm nach F i g. 4 ist die Änderung des Volumens V der Drucktasche 54 in Abhängigkeit von der Winkelstellung α des Schraubenrippenrotors 10 durch die Kurve A dargestellt. Die Abszissenwerte a, b, c, d entsprechen Winkelstellungen der F i g. 2 a bis 2 d. Die Kurve B zeigt im Vergleich die Volumenänderung einer entsprechenden Drucktasche bei symmetrischer punkterzeugter Nutkontur. Die Winkelstellung b entspricht dem Volumen, das tatsächlich eingeschlossen ist und niemals durch die Hochdrucköffnung entleert werden kann. Wie das Diagramm deutlich erkennen läßt, beträgt dieses eingeschlossene Volumen bei der erfindungsgemäßen Konturgestaltung nur etwa 8% des eingeschlossenen Volumens bei einem Verdichter gleicher Abmessung mit symmetrischer punkterzeugter Kontur.

F i g. 5 zeigt eine abgeänderte Ausbildungsform der Rippen- bzw. Nutkonturen, wobei für mit der Ausführungsform nach F i g. 1 übereinstimmende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

ίο Im Unterschied zu Fig. 1 hat die Kontur der Schraubennuten 16 nach F i g. 5 einen sich in der achsnahen Zone zwischen den Punkten erstreckenden Sohlenteil in der Form eines Kreisbogens mit dem Radius r, dessen Mittelpunkt im Schnittpunkt des Teilkreises 18 mit der durch den achsnahen Punkt 64 der Schraubennutkontur verlaufenden Radiallinie 42 liegt. Der Kreisbogen erstreckt sich symmetrisch zur Radiallinie 42 mit einem Bogenwinkel β von 20 bis 30°. Auf die Radiallinie 42 projiziert, beträgt die radiale Erstreckung jeder Bogenhälfte daher nur 2,5 bis 5 % der gesamten radialen Erstreckung der beiden Nutkonturhälften vom achsnahen Punkt 64 bis zum Teilkreis 18.

Die Rippenkontur der entsprechenden Scheitelseite an den Schraubenrippen 12 zwischen den Punkten 66 und 68 ist in gleicher Weise als Kreisbogen ausgebildet, dessen Mittelpunkt 70 am Teilkreis 26 des Schraubenrippenrotors 10 liegt und der sich über den gleichen Winkel β erstreckt. Durch Aussparungen 72 und 74, die sich von den Endpunkten 66 bzw. 68 zur Bogenmitte hin erstrecken, sind jedoch Teile des Kreisbogens weggeschnitten, so daß nur eine schmale, flache Dichtleiste 76 im Scheitel der. Rippenkontur verbleibt. ·:

Der an den Sohlenteil anschließende Teil der Nutkonturhälfte 24, der sich vom Punkt 62 bis zum ^:'Teilkreis 18 des Schraubennutenrotors 14 erstreckt, setzt sich aus einem im Punkt 78 vor dem Teilkreis endenden Hauptabschnitt, welcher durch den Punkt

66 der Rippenkontur des Schraubenrippenrotors 10 erzeugt ist, und einem dann bis zum Teilkreis 18 im Punkt 46 reichenden Abschnitt in Form einer Geraden zusammen, die durch die Rotorachse 80 verläuft. Die radiale Erstreckung dieses Abschnitts beträgt ungefähr 15 °/o der radialeji.Erstreckung der gesamten Nutkonturhälfte 24.

Der am anderen Ende des Sohl en teils anschließende Teil der Nutkonturhälfte 22, der sich vom Punkt 60 bis zum Teilkreis 18 erstreckt, hat die Form eines Kreisbogens mit einem Radius i?, dessen Mittelpunkt 82 außerhalb des Teilkreises 18 auf einer Geraden durch die Punkte 60 und 44 in einer solchen Entfernung liegt, daß die Tangente an diesem Kreisbogen im Schnittpunkt mit dem Teilkreis 18 durch die Rotorachse 80 verläuft.

Der sich an den Punkt 66 radial nach einwärts anschließende Abschnitt der Rippenkonturhälfte 32 ist zum Teil durch den Punkt 78 der Nutkonturhälfte 24 punkterzeugt und zum Teil durch den sich zum Teil-So kreis 18 hin an den Punkt 78 anschließenden Abschnitt der Nutkonturhälfte 24 wanderpunkterzeugt. Demgegenüber ist der sich an den Punkt 68 radial nach einwärts anschließende Abschnitt der Rippenkonturhälfte 30 durch den außerhalb des Punktes 60 gelegenen Teil der Nutkonturhälfte 22 wanderpunkterzeugt.

Der Punkt 78 auf der Nutkonturhälfte 24 liegt dort, wo der sich radial nach einwärts anschließende

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geradlinige Abschnitt dieser Konturhälfte bei vollem Eingriff zwischen Rippe und Nut eine Tangente an den punkterzeugten Teil der Rippenkonturhälfte 32 im Berührungspunkt mit dem Punkt 78 bildet. Damit sich die Rotoren 10,14 ungehindert drehen können, darf der außerhalb des Punktes 78 gelegene Abschnitt der Nutkonturhälfte 24 nicht über diese Tangente hinaus vorspringen.

Um eine für die mechanische Betriebssicherheit unerwünschte Punkterzeugung der Rippenkonturhälfte 32 in der Nähe des Teilkreises 26 zu vermeiden, soll der Winkel y zwischen der Tangente an den Teilkreis 18 des Schraubennutenrotors 14 und der Tangente an die Nutkonturhälfte 24 im Schnittpunkt des Teilkreises 18 ■ mit dieser Flanke nicht größer als 90° sein. Je kleiner dieser Winkel γ ist, desto größer wird jeedoch der Querschnitt des Blasspaltes. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, den Winkel γ möglichst nahe bei 90° zu wählen. Er wird genau 90°, wenn der beim Teilkreis 18 liegende äußere Abschnitt der Nutkonturhälfte 24 längs einer Geraden durch die Rotorachse 80 verläuft.

Die von den Aussparungen 72, 74 am Rippenscheitel gebildete Dichtleiste 76 hat in Verbindung mit dem zwischen den Punkten 60 und 62 liegenden Sohlenteil der Nutenkontur 22, 24 den Vorteil, daß eine eventuelle Beschädigung durch leichte Berührung zwischen dem Rippenscheitel und der Gehäusewandung keine wesentliche Vergrößerung der Leckströmung von der V-förmigen Arbeitskammer zur Niederdruckseite der Maschine zur Folge hat. Der Winkel β der kreisbogenförmigen Konturabschnitte soll jedoch so klein wie möglich sein, um den Blasspalt so klein wie möglich zu halten und das Verdichtungsvermögen der Maschine nicht zu vermindern.

Die Ansätze 20 am Schraubennutenrotor 14 sind so geformt, daß ihre äußersten Umfangsteile möglichst rasch in den maximalen Durchmesser des Schraubennutenrotors übergehen, so daß die von den Ansätzen hervorgerufene Vergrößerung des Blasspaltes in geringstmöglichen Grenzen bleibt. Die

ίο Ansätze 20 können mit Ausnehmungen versehen sein, um eine Labyrinthdichtung zur Gehäusewandung zu schaffen.

Um bei direkter Flankenberührung der Rotoren die mechanische Betriebssicherheit zu gewährleisten, sind die Rippenkonturhälften 30, 32 so geformt, daß zwischen diesen Konturhälften und den von den Nutkonturhälften 22, 24 erzeugten Hüllkurven ein Spiel verbleibt, das längs seiner Erstreckung rings um die Achse des Schraubenrippenrotors 10 in der Nähe von dessen Teilkreis 26 wenigstens an der Rippenkonturhälfte 30, die mit der Nutenkonturhälfte 22 zusammenwirkt, auf ein Minimum abnimmt. Hierdurch werden die folgenden Vorteile erzielt:

Die Flankenteile der Schraubenrippen und -nuten haben in den Berührungspunkten die gleiche Umfangsgeschwindigkeit, so daß keine Stoßberührung und somit auch keine Schwingungen der Rotoren auftreten können. Weiterhin wird die Gefahr einer Berührung zwischen den Rotorscheiteln, wie sie bei punkterzeugten Konturen auftritt, vermieden, wodurch dem Entstehen von spürbaren Blasspalten zwischen der V-förmigen Arbeitskammer und der Niederdruckseite der Maschine vorgebeugt wird.

Hierzu 2 B}att Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Parallel- und außenachsige Rotationskolbenmaschine in Anwendung als Verdichter oder Expansionsmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, wobei der Schraubennutenrotor in einer achsnormalen Ebene einen Nutenquerschnitt hat, dessen Kontur sich aus zwei Hälften zusammensetzt, die sich zwischen der achsnahen und der achsfernen Zone erstrecken, wobei die eine Nutkonturhälfte mindestens zum größten Teil durch einen Vektor erzeugt ist, der vom Schnittpunkt des Teilkreises des Schraubennutenrotors mit einer Radiallinie durch das achsnahe Ende dieser Nutkonturhälfte ausgeht und dessen Länge von der achsfernen Zone zur achsnahen Zone hin stetig abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Nutkonturhälfte (24) des Schraubennutenrotors (14) mindestens zum größten Teil als Epitrochoide ausgebildet ist und diese Nutkonturhälfte (24) bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Verdichter nachlaufend und bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Expansionsmaschine vorlaufend ist.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Epitrochoide ausgebildete Nutkonturhälfte (24) des Schraubennutenrotors (14) einen vom Teilkreis radial nach innen mit weniger als 25%, vorzugsweise etwa 15%, der Tiefe der Schraubennut (16) sich erstreckenden Abschnitt aufweist, der von einem Vektor beschrieben ist, welcher vom Schnittpunkt (44) des Teilkreises (18) mit einer Radiallinie (42) durch das achsnahe Ende dieser Nutkonturhälfte ausgeht und dessen Länge vom achsnahen bis zum achsfernen Punkt dieses Abschnittes, in welch letzterem der Vektor eine Normale an den kleineren Abschnitt bildet, stetig abnimmt.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Teilkreis radial nach innen sich erstreckende Abschnitt der als Epitrochoide ausgebildeten Nutkonturhälfte (24) des Schraubennutenrotors (14) im achsfernen Bereich die Neigung einer Tangente aufweist, welch letztere durch die Rotorachse (80) verläuft.

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die als Epitrochoide ausgebildete Nutkonturhälfte (24) des Schraubennutenrotors (14) einen sich vom achsnahen Punkt radial nach auswärts erstreckenden Abschnitt (64, 62) in Form eines Kreisbogens mit einem Zentrum im Schnittpunkt (44) zwischen dem Teilkreis (18) und der Radiallinie (42) aufweist.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Epitrochoide ausgebildete Nutkonturhälfte (24) des Schraubennutenrotors (14) eine zwischen 2,5 und 5% der Tiefe der Schraubennut betragende Radialerstrekkung besitzt.

6. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubennutenrotor (14) zwischen den Schraubennuten (16) mit außerhalb seines Teilkreises (18) liegenden Ansätzen (20) versehen ist und der Schraubenrippenrotor (10) zwischen den Schraubenrippen (12) entsprechende, innerhalb seines Teilkreises (26) liegende Ausnehmungen (28) aufweist.

7. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die bei Ausbildung der Rotationskolbenmaschine als Verdichter vorlaufende Rippenkonturhälfte (30) des Schraubenrippenrotors (10) so geformt ist, daß sie gegenüber der von der zusammenwirkenden Nutkonturhälfte (22) des Schraubennutenrotors (14) erzeugten Hüllkurve abweicht, wobei diese Abweichung entlang der Rippenkonturhälfte (30) variiert und in der Nähe des Teilkreises (18) des Schraubennutenrotors (14) ein Minimum erreicht.