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Schrauhenverdichter mit Schmalkopfprofilen und Kreisbogenhobelflanken.
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Alle bisher für Schraubenverdichter vorgeschlagenen Profile bestehen
im Acheialschmitt aus Trochoiden oder Kreisbogen,die für die Hobelwerkzeuge nach
zweifacher Verzerrung Kurven ergeben, welche nur mit Mühe von Punkt zu Punkt in
Schneidkanten umzuformen sind. Die ursprünglich vorgeschlagenen Trochoidenflanken
am Arbeitsrotor verhindern außerdem einen manchmal erwünschten Antrieb des dabei
punktverzahnten Steuerrotore ohne zusätsli ches Synchrohgetriebe. Als weiterer Nachteil
solcher Verzahnungen erwies sich noch das Entstehen großer waschen am Druckdekkel,
die sich nicht über Steuerkanten entleeren lassen,weil sich dort auch dazu komplementäre
Saugtaschen bilden. Solche Taschen können beim Normaldruckverhältnis 3 fast 3% der
Fördermenge speichern und damit einen wirtschaftlichen Betrieb gefährden (-Verluste
an Wirkungsgrad und Substanz, Drucksteigerung1 Geräusch).
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Zur Vermeidung dessen hat man vorerst eine im Achsialschnitt fast
halbkreisförmiges Pro in mit einem im Wälzpunkt liegenden Krümmungsmittelpunkt eingeführt,wie
es schon 1925 von Wildhaber und später von Novikov für Getrieberäder vorgeschlagen
wurde.
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Man gelangte so zu der bekannten Lysholm-Verzahnung mit dem Zahnverhältnis
4/6 ,wo in der Mittellage die#Halbkreisflanken beider Rotoren im Tot@leingriff stehender
in a@hsialer Riah.
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tung wandert. Man kann mit Lysholmprofilen zwar Jede Taschenbildung
exakt vermeiden und bei bester Schmiegung auch den manchmal erwünschten Betrieb
ohne Synchronräder erreichen,doch werden hierbei diese Vorteile durch einen zusätslichen
inneren Lekverlust erkauft,welcher dem Abstand des hier mit der Eingriffslinie
identischen
Kreisflankenprofils von der Gehäuseverschneidungskante verhältig ist und einen Wirkungsgradverlust
w = Schallgeschwindigkeit 1 #o#1,5@ % d = Arbeitsrotorumfangsgeschwindigkeit bewirkt.
Mit w = 420 , u = 80 m/@ec erhält man damit#o=8%.
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Damit bleiben solche @erdichter guten Kolbenverdichtern hoffnungslos
unterlegen. Ein weiterer @achteil aller Bauarten mit solchen Halbkreisprofilen ist
die damit verbundene Bindung an ein Zahnverhältnis ( Lysholmgruppe-) Z = 4,5,6,
. . .
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2 = #o welches das 1 -#2o verhältige Schluckvermögen einengt. Die
Wahl 2 * 3 ist dabei wegen der dabei beengten Abflußqerschnitte für Druckverhältnisse
> 2,5 stets problematisch.
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Üm jenen #o-"blowhole"Verlust zu vermeiden wurde bereits eine solche
Maschine mit unsymmetrischen Profilen gebaut,welche auf der Druck@eite eine frochoiden
-Pu@ktverzahnung mit einer die Gehäuseverschneidung erakt erreichenden Eingriffelinis
hat und nur auf der Baugmeite den Lysholmkreisbogen beibehält. Man hat so gegenüber
der Lysholm-äaschine neben der Vermeidung des -Verlustes auch ein günstigeres Zahnverhältnis
4/7 mit einem # 6% größeren Schluckvermögen erreicht,jedoch erfordert der Punkteingriff
auf der Druckseite stets ein Synchrohgetriebe.
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Ferner sind hier Drucktaschen vorhanden,deren Entleerung einen Teil
des #o -Gewinnes wieder aufzehrt.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen gleicherweise für trockenen
und ohne Synchrongetriebe auch für ölgefluteten ( Schmierung, Kühlung, Dichtung-)
Betrieb geeigneten Schraubenverdichter mit besonders schmalen Zähnen dar, welcher
Höchstwerte für das Schluckvermögen verspricht. Seine Rotoren lassen sich mit e@nfachsten
Hobelwerkzeugen,deren Profile aus nur
wenigen @reisbogen zusammengesstzt
sind, in konventioneller Weise nicht wesemtlich teurer fertigen,als gewöhnliche
Schrägzahnräder. Das Taschenproblem wird dabei fast verlustlos gelöst.
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Fig 1 zeigt die einem Achsialschnitt entsprechende Ansicht dXr Druckseite
beider Rotoren 1,2 in der Stellung beginnender Taschenbildung,den Achsialschnitt
3 des gemeinsamen Abwälzhobel-Profils ( Mittelstellung-) und den dazugehörenden
Eingriffsverlauf E . Fig 2,3 zeigen ergänzende Projektionen zur genaueren Erklärung
des Eingriffsverlaufes,der Taschenbildung und Taschenentleerung. Fig 4 zeigt den
einfachen Aufbau der Hobelprofile 31,32 aus hier nur fünf Kreisbogen. Fig 5,6 zeigen
wichtige konstruktive Maßnahmen.
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Die beiden Rotoren 1,2 mit den Radien rs,ra der Teilkreise 10, 20
und den wünschenswert gleichen Werten rg,rk für Außenradius und Kernradius sind
hier ii Verhältnis 5/8 verzahnt,wobei im Sinne kleiner "blow-holo"-Verluste rg nur
wenig größer als rs sein darf ( rg rs , rg = rs muß stetz vermieden werden,um Festwalzen
von Schmutz zu vermeiden-).Eine vollkommene Heran -führung der Eingriffslinie E
an die Gehäuseverschneidungekante 4 ist unnötig, da bereits die durch das @reisprofil
Eo angedeutete klassische Lysholmverzahnung trotz großer Abweichung von 4 eine beschränkt
leben6fähige Bauart ermöglichte und man durch gewisse genau berechenbare Abweichungen
von jenem fragwürdigen Ideal die erfindungsgemäßen Vorteile einer Werkzeugprofilgebung
mit nur wenigen @reisbogen im Sinne großen Schluckvermögens und eines inneren Kraftschlusses
ohne Synchrongetriebe wahrzunehmen vermag. Es läßt sich hierbei nachweisen,daß die
hier durch "unerakten" Eingriff entstehende Wirkungsgradschädigung gegenüber dem
erwähnten 4/7- Viertels kreisprofil "e@akten" Eingriffes durch sein größeres Schluck@
vermögen bei sonst gleichen Spaltverlusten völlig kompensiert
wird,weil
man hier stets das Zahnverhältnis der Schmalkppfg gruppe Z ra 3 = = # , rs <
rg < 1,1.@s Z + 3 rs ohne die dort noch nötige Beschränkung auf rg < rs frei
zu wählen vermag.
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Die sinngemäß in den wichtigsten Punkten mit o@ - - 7' markierten
Eingriffslinie E enthält auch die für inneren Kraftschluß ohne Synchrongetriebe
vorgesehenen Arbeitszonen 1'- - 2' ( Wormalbetrieb-) und 5'- - 6' ( ( Anfahren-).
Die kleinsten "blowhole"-Verluste würden sich ergeben,wenn man unter Verzicht auf
inneren Krmftschluß die Punkte 1',2' vereinigen und den so entstandenen Doprelpunkt
12' direkt auf den Teilkreis 10 verlegen würde. Dies würde am Arbeitsrotor 2 Zykloidenflanken
und an den Hobelwerkzeugen entsprechend verzerrte schwer su realisierende Kurven
ergeben. Ilan kann Jedoch nachweisen,daß im Gebiet o' - - 1' ein Werkzeugprofil
mit konstantem Krümmungsradius rn zu finden ist,dar eine wünschenswert gute Annäherung
an Jene ideale Zykloide ohne Unterschnitt erlaubt,wenn man im Punkt 1' den @rümmungsradius
r1 am Achsialschnitt 3 des Hobelprofils so wählt,daß sein Drehpunkt, M von der Teilgeraden
30 den Abstand
hat,wobei x@ < x1 < 3.x0 sei@ darf. Für r1 findet man
Fig 1 zeigt x1 # 2.x0 , r1 # ,95.r10.
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Am Scheitel der Eingriffslinie B sind die damit bestimmten Strecken
a@@@a@ ablesbar. Man kann damit als "blowhole"-Ver -lust
ableiten und findet als @erhältnis dieser hier @@ erwartenden Verluste gegenüber
der Lysholmbauart
Aus Fig 1 errechnet man #/#o# 1/4 (##2%). Mit Verzicht auf inneren
Kraftschluß,wobei die Strecke 1' - - 2' im Punkt 12' auf Null schrumpft,wäre hier
#/#o#1/10. Wenn man darüber hinaus im grenzfall x1= x0 ( Eckenbildung am Steuerprofil)
macht,dann ergibt sich als die für einen konstanten rn-Wert eben noch erreichbare
Grenze # /#o# 1/25 (##,2%).
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Der zu r1 gehörende für den Intervall o' - - 1' gewählte Radiud r@
am Hobelprofil wird durch zweimalige Projektion des achsia@
| len Profils 3 ermittelt c, |
| i^kiz |
| W 4.si tg2fl TJ |
Hierbei sind # der Teilkreissteigungswinkel, γ1 der Flankenwinkel im Punkt
1' und 1 > # > ,98 ein aus den Schnittbedingungen der Hobelwerkzeuge zu errechnender
Verzerrungsfaktor.
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Fig 4 zeigt demgemäß in vergrößertem Maßstab das in x-Richtung im
Maßstab # und qer dazu im Maßstab sin# verzerrte Achsialprofil 3 als Urprofil für
die Gesta@tung der Hobelwerkzeuge 31,32, wo rn unter dem verzerrten Winkel γ@n
anzusetzen ist, für den man sin# 9 tgγ1n= # tgγ1 # findet. An dem nahe
der Teilgeraden 30 liegenden Wendepunkt o@ endet der rn - Bogen mit dem kleinsten
für die Fertigung wichtig gen Plankenwinkel , für den man als annähernd sichere
Grenze
( Bogenmaß-) findet. Mit x1 = 2.xo,rg = 1,03.rs , # = 45 gd und ( 3,4,5) ergibt
sich daraus für die Schmalkopfgruppe
Hierbei ist 1-6 @ ein Maß für das Schluckvermögen . Der Vergleich mit einem Lysholmverdichter
gleicher Arbeitsrotorzähnezahl liefert als annäherndes Maß für das relative Schluckvermögen
(1-#2 )/(1-#o2) #
Zahnverhältnis Z/(Z+3) 4/7 5/8 6/9 7/10 Flankenwinkel
γ gd 11 10,5 10 9,5 Relatives Schluckvermögen 1,2 1,25 1,27 1,29 Der Flankenwinkel
γ bleibt für alle praktisch interessierenden Zahnverhältnisse oberhalb der
aus Fertigungsgrün@en erwünschten Grenze γ# 6 gd. Für die erste Stufe eines
derartigen Mehrstufenaggregates sind stets die kleineren Zahnverhältnisse zu wählen.
Bei den höheren Stufen muß man gewisse Konzessionen hinsichtlich Schluckvermögen
machen,um dafür Rotoren mit gro-Ben Zähnezahlen Z+3 , Z > 5,6,7,. . . und entsprechender
Druckbelastbarkeit zu ermöglichen. Große Z-Werte ergeben nicht nur ein großes @ernverhältnis
rk/rg,sondern sie erlauben bei gegebenem Druckverhältnis auch noch besonders kurze
Rotoren-.
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Für den Werkzeugradius r1 der Arbeitsflanken ( 1' - 2' 5' - 6') wählt
man im Sinne bester Schmiegung zweckmäßig
Die im Wendepunkt o' ansetzende Kopfabrundung rz der Hobelprofile 31,32 ist an ein
Unterschnittgesetz gebunden @
Man wählt demgemäß ao,rz derart,daß im Sinne sorgloser @ertigung und bedeutungsloser
Profilfehler O <γz <45 gd.
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Das Hobelprofil 32 für den Arbeitsrotor 2 besteht demnach hier aus
nur drei exakten in den Punkten o',1' tangential zusammentreffenden Kreisbogen mit
den @adien rz,rn,rm . Das Hobelprofil 31 für den Steuerrotor 1 müßte über 2' hinaus
durch eine Kurve ergänzt werden,welche der von den Zahnkopfkante des Arbeitsrotors
2 im Achsialschnitt 3 beschriebenen Trochoide 21- 3' entspricht. Man kann für den
Scheitelkrümmungskreis dieser Kurve den Radius
als Richtwert ermitteln,um
so eine Näherung für jene Kurve durch zwei oder mahr @reisbogen anzusetzen. Fig
3 zeigt eine bereits für die meisten Pälle genübende Näherung durch rt1 rto und
einen passend gewählten zwischen rm und rt1gewählten rt2 -Wert,der zweckmäßig an
einen innerhalb zulässiger Fehler über 2' hinaus bis 2" verlängerten rm'-Bogen anscließt.
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Die günstigste Abstufung der Kopfbreiten beider Rotoren 1,2 nach
Wahl von x1,r1 , γ1. . bedarf hier als elemontare Aufgabe der Verzahnungskina@@tik
keiner weiteren Erläuterung.
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Das hier zu bewältigende Taschenproblem wird besonders deutlich ia
Fig 1,3 durch den E-Verlauf zwischen 2' - - 6' und 7@ erläutert.Die in Fig 1 aichtbare
@asisfläche der Drucktasche beträgt#rg2/20. Zwischen 5' - - 2' folgt die Taschenfläche
ungefähr der dritten Potenz der achsialen Entfernung von 5'.
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Demgemäß findet man hier für die über Drucktaschen zu entleerende
Menge bei dem Normaldruckverhältnis #@ und einen 2/3 verwundenen Arbeitsrotor 2
annähernd 1,8% der Fördermenge.
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Davon müssen 70% schon im ersten Viertel der Entleerungszeit abgeführt
werden. Dies geschieht enfangs im Wesentlichen durch eine Lücke,die einerseits durch
die Profilkontur 11 und andererseite durch eine nahe an den Kopfkreis 21 ( Eier
Eingriffslinie E-) des Arbeitzrotors 2 herangeführte bearbeitete Steuerkante S am
Druckdeckel 5 begrenzt wird. Diese Lücke wird während der @weiten Hälfte der Entleerungszeit
völlig abgedeckt . Aus diesem @runde wird die Taschenentleerung noch durch Rotornischen
12 geföreert,welche in genau begrenztem Maße mit der entsprech chend verlängerten
Steuerkante 8 zusammenwirken.Diese Steuerkante 8 wird durch eine knapp an den Kopfkreis
21 herangeführte Druckdeckelnut 50 erzeugt,um so für jens Nischenschadräu@e die
günstigzten Voraussetzungen zu schaffen. Der hierbei notwendige Nischen@erschnitt
kann rg2/300 sein. Demgemäß kann der in
solchen Nischen 12 gespeicherte
und auf die Baugseite zurückgeschleuste Schadrauminhalt bei den hier gezeigten Verhältnissen
auf#1/500 der Fördermenge gebracht werden,was einem Wirkungsgradverlust von nur
o,2% entspricht. Die Anordnung sicher Abflußnischen kleinsten Volumens wird hier
durch die Steigungsrichtung der Rotorschraube noch besonders begünstigt,sodaß die
steuernde Nischankante 13 bis zur Eingriffsgrenze geführt werden kann,dte durch
den von 5' aus gezogenen treisbogen markiert wird. Durch Wahl eines besonderen Profilfräsers
14 kann diese Nische 12 so geformt werden, daß sie mit großer unveränderli " cher
@eschwindigkeit bei sanfter Umlenkung im sinne kleinsten Volumens durchströmt werden
darf.
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Auch auf der Saugseite bilden sich entsprechende Komplementärtaschen,die
jedoch weniger problematisch sind. Man kann dort eine Vakuumbildung und eine damit
verbundene Wirkungsgradscht.-digung um o,5X vermeiden,wenn man sinngemäß auch den
Saugdeckel sit einer bearbeiteten Steuerkante knapp außerhalb des Kopfkreises 21
versieht und vielleicht sogar noch eine sutlußmöglichkeit analog zu 12,50 schafft.
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S@@malkopf-Spitzzähne sind auch deshalb vorteilhaft,weil sie sich
ii Falle thermischer und elastischer Verformungen rasch auf un -gefährliche Maße
abschleifen,bevor sie sich übermäßig erwärmen und "fressen"@ Dieser wünschenswerte
Einschleifvorgang kann hier noch durch Umfangerillen 120 an beiden Rotoren 1,2 begünstigt
werden,wobei man von Anfang an besonders eng. Spalte vorschen kann,die neben einem
sicheren Betrieb zugleich Höchstwirkungsgrade versprechen. Solche Rillen können
auch mehrfach angeordnet und zur Vermeidung von Kurzschlußströmungen periodisch
unterbrochen werden ( e). Sie speichern zugleich das sehr kleine.
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Volumen der über 3'--4@'antstehenden Sekundärtaschen.die keine
weitere
Beacht@ng verdienen,wenn man die Kop@breite des Arbeitsrotors auf b2<rg/10 beschränkt.
Als ausreichende Rillentiefe gendgn stets#ro/ loo . Auch die Kopfbreite des Steuerrotors
1 läßt sich durch passende "ahl von rz im Bereich der Schmalkopfgruppe stets auf
b1<rg/10 bringen, Breitere Steuerrotorköpfe entstehen,wenn das Werkzeug fär den
Arbeitsrotor 32 nur einen einzig gen Kreisbogen aufweist . Für rn besteht dann eine
zweite Unterschnittbedingung rg-rs x1 rs 80,xo Solche Geräte können auch mit ungleichen
rg1,rg2 - Werten für beide Rotoren 1 ,2 ausgebildet werden,wobei in (4) rg1,in (16)
und sonst rk,rg - Mittelwerte zu wählen sind. Alle hier für Hobelwerkzeuge angegebenen
Vorschriften sind sinngemäß auch fur andere Werkzeuge gültig,doch versprechen Hobelplatten
wegen ihren einfachen Nachschleifbarkeit die weitaus billigste und genaueste Tertigung-.
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Es ist auch möglich,solche Maschinen als Druckgasmotoren für Druckverhältnisse
> 3 zu gebrauchen.