DE1964387C3

DE1964387C3 - Rotationskol benmaschine, especially compressor or expansion machine

Info

Publication number: DE1964387C3
Application number: DE19691964387
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Zimmern, Bernard, Neuil)y-sur-Seine (Frankreich)
Priority date: 1968-12-27
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1977-05-12

Description

wobeiwhereby

d,der Abstand zweier Punkte M₁ -und A₁ ist, die beide auf einer im Punkt M, an eine der Einführungsgeraden (22) abgewandten Flanke (27) eines Zahnes (26) gezogene Tangente (29) liegen, und A, der Schnittpunkt dieser Tangente mit der Einführungsgeraden ist; d, the distance between two points M ₁ and A ₁ , both of which lie on a tangent (29) drawn at point M on a flank (27) of a tooth (26) facing away from the insertion straight line (22), and A, the Is the intersection of this tangent with the lead-in line;

Λ, der Abstand des Punktes M, von der vom Mittelpunkt (0) des Ritzels (24) auf die Tangente gezogenen Senkrechten ist;Λ, the distance of the point M from that of the The center point (0) of the pinion (24) is on the perpendicular drawn tangent;

das Produkt c/, · Λ, positiv ist, wenn die Abstände d, und Λ/ auf der gleichen Seite von M,- liegen, und negativ, wenn sie auf entgegengesetzten Seiten von M, liegen;the product c /, · Λ, is positive if the distances d, and Λ / are on the same side of M, - and negative if they are on opposite sides of M ,;

r, der Abstand des Punktes M; von der Projektion (25) der Rotorachse auf die die Berührungsünien zwischen Ritzel (24) und Rotor (23) enthaltende Ebeneist;r, the distance from point M; is from the projection (25) of the rotor axis onto the plane containing the contact lines between pinion (24) and rotor (23);

dj, hj, η die analogen Größen bezüglich eines Berührungspunktes M₃ auf einer der Einführungsgeraden (22) zugewandten Flanke (31) eines Zahnes (32) sind. dj, hj, η are the analogous quantities with respect to a point of contact M ₃ on a flank (31) of a tooth (32) facing the straight line (22).

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, bei welcher die Zähne des Ritzels parallele Flanken haben, dadurch gekennzeichnet, daß die angegebene Bedingung über wenigstens 70% des in Berührung mit den Gewinden stehenden Abschnitts der Zähne erfüllt ist.2. Rotary piston machine according to claim 1, wherein the teeth of the pinion have parallel flanks characterized in that the specified condition is in contact for at least 70% of the with the thread standing portion of the teeth is fulfilled.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flanken jedes Zahns über einen Teil ihrer Länge zueinander parallel sind und zum Ende hin konvergieren (51 in F i g. 7).3. Rotary piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the two Flanks of each tooth are parallel to one another over part of their length and towards the end converge (51 in Fig. 7).

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (52) auf der Miederdruckseite entlang einer koaxial zum Rotor liegenden Kreiskegelfläche (54) abgeschnitten ist.4. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Rotor (52) on the corset pressure side along a circular conical surface (54) lying coaxially to the rotor is cut off.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (63) einer Die Erfindung beziehv sich auf eine Rotationskolbenmaschine, insbesondere Verdichter oder Expansionsmaschine, bei der innerhalb eines feststehenden Gehäuses5. Rotary piston machine according to claim 4, characterized in that the end (63) one The invention relates to a rotary piston machine, in particular a compressor or expansion machine, in the case of a fixed housing

ίο mit Einlaß- und Auslaßöffnungen ein schraubverzahnter Rotor als Leistungsteil und mindestens ein Ritzel als Absperrteil, deren Achsen zueinander windschief angeordnet sind, derart in Kämmeingriff stehen, daß in jeder Winkelstellung des schraubverzahnten Rotorsίο a screw-toothed one with inlet and outlet openings Rotor as a power part and at least one pinion as a shut-off part, the axes of which are skewed to each other are arranged to be in meshing engagement that in every angular position of the helical rotor

wenigstens zwei Zähne des Ritzels bzw. jedes Ritzels an beiden Flanken in linienförmiger Berührung mit Rippenflanken des Rotors sind.at least two teeth of the pinion or each pinion on both flanks in linear contact with Are rib flanks of the rotor.

Eine Rotationskolbenmaschine dieser Art ist aus Fig. 1 der US-PS 31 80 565 bekannt. Bei Rotationskol-A rotary piston machine of this type is known from FIG. 1 of US Pat. No. 3,180,565. With rotary piston

benmaschinen dieser Art hängt der Grad der Druckänderung (Kompressionsgrad bzw. Expansionsgrad) von der Zahl der Rippen des Rotors ab, die gleichzeitig mit Zähnen des Ritzels im Eingriff stehen.Ben machines of this type depend on the degree of pressure change (degree of compression or degree of expansion) the number of ribs of the rotor that are simultaneously in mesh with teeth of the pinion.

Je größer nämlich diese Zahl ist, umso kleiner ist dasThe larger this number is, the smaller it is

Restvolumen der Arbeitskammern in dem Augenblick,Remaining volume of the working chambers at the moment

in dem diese in Verbindung mit der Hochdrucköffnung gebracht werden, und umso größer ist demzufolge der Grad der Druckänderung.in which these are brought into connection with the high pressure port, and consequently the greater is the Degree of pressure change.

Je größer aber die Zahl der gleichzeitig miteinanderBut the greater the number of simultaneously with each other

in Eingriff stehenden Rotorrippen und Ritzelzähne ist, umso schwieriger ist das Problem, die Maschine so zu konstruieren, daß Rotor und Ritzel zusammengebaut werden können. Es lassen sich auf dem Papier /.ahlreiche Maschinen dieser Art konstruieren, die an sich einwandfrei funktionieren würden, die aber nicht realisiert werden können, weil Rotor und Ritzel nach getrennter Herstellung nicht zusammengebaut werden können.meshing rotor ribs and pinion teeth, the more difficult the problem is, making the machine so too construct that rotor and pinion can be assembled. It can be seen on paper /. construct numerous machines of this type which are used on would work properly, but cannot be realized because the rotor and pinion are behind separate manufacture cannot be assembled.

Es sind Maschinen dieser Art bekannt, bei denen die Anzahl der gleichzeitig in Eingriff stehenden Rotorrippen und Ritzelzähne groß ist, bei denen aber der Zusammenbau von Rotor und Ritzel nur dadurch erfolgen kann, daß entweder dor Rotor oder das Ritzel in mehrere Teile zerlegt wird. Da sich solche Maschinen aber mit großer Drehzahl drehen, müssen die Abmessungen des Rotors und der. Ritzels sehr genau eingehalten werden. Wie groß auch die Präzision sein mag, mit der die verschiedenen den Rotor oder das Ritzel bildenden Teile einzeln hergestellt werden, so werden doch bei ihrem Zusammenbau unvermeidlich gewisse »Teilur.gsfehler« in der Kämmung hervorgerufen. Da ferner die Maschine beträchtlichen Erwärmungen ausgesetzt ist, können sich Ausdehnungen ergeben, die sich in den verschiedenen Teilen eines zusammengesetzten Werkstücks nicht homogen verteilen, wodurch die Teilungsfehler im Betrieb noch verstärkt werden.There are machines of this type known in which the number of simultaneously engaged rotor ribs and pinion teeth is large, but this is the only way to assemble the rotor and pinion can be done that either the rotor or the pinion is disassembled into several parts. Since there are such machines but rotating at high speed, the dimensions of the rotor and the. Pinion very precisely be respected. However great the precision with which the different controls the rotor or the Pinion-forming parts are individually manufactured, but become inevitable when they are assembled caused certain "partial errors" in the comb. Furthermore, since the machine has considerable heating exposed, there may be expansions in the different parts of a compound Do not distribute the workpiece homogeneously, which increases the division errors during operation.

Daraus kann sich eine schnelle Abnutzung ergeben, welche die Maschine sehr bald unbrauchbar macht.This can result in rapid wear and tear, which very soon makes the machine unusable.

Bei der aus Fig. 1 der US-PS 3180 565 bekannten Rotationskolbenmaschine der eingangs angegebenen Art sind Ritzel und Rotor einteilig ausgeführt, wobei dennoch in jeder Winkelstellung des Rotors mehrere Zähne des Ritzels gleichzeitig an beiden Flanken mit Rippenflanken des Rotors in Berührung stehen. Der Zusammenbau wird in diesem Fall durch ein besonderes Zahnprofil des Ritzels erreicht: die Zähne haben ein spitzwinkliges Profil, wobei der Winkel so bemessen ist, daß wenigstens bei bes:immten Winkelstellungen desIn the known from Fig. 1 of US-PS 3,180,565 Rotary piston machine of the type specified at the outset, pinion and rotor are made in one piece, with nevertheless, in every angular position of the rotor, several teeth of the pinion simultaneously on both flanks Rib flanks of the rotor are in contact. The assembly is in this case by a special Reached the tooth profile of the pinion: the teeth have an acute-angled profile, the angle being dimensioned in such a way that that at least with certain angular positions of the

Rotors die äußersten noch in Berührung mit Rippenflanken stehenden Zahnflanken zueinander parallel sind, in diesen Winkelstellungen kann dann das Ritzel längs einer parallel zu diesen Zahnflanken liegenden Einführungsgeraden in den Rotor eingeschoben werden. Die s Zähne haben in diesem Fall aber sehr schmale Profile mit kleinem Profilquerschnitt, und entsprechend klein ist das von den Zähnen zwischen den Rippenflanken des Rotors abgegrenzte Volumen. Deshalb sind die Förderkapazität und die auf das Gewicht bezogene ι ο Leistung solcher Maschinen sehr klein.In the rotor, the outermost tooth flanks still in contact with the rib flanks are parallel to one another The pinion can then use these angular positions along an insertion straight line lying parallel to these tooth flanks be pushed into the rotor. In this case, however, the s teeth have very narrow profiles with a small profile cross-section, and that of the teeth between the flanks of the ribs is correspondingly small Rotor's delimited volume. Therefore the conveying capacity and the weight related ι ο Performance of such machines is very small.

In der gleichen Patentschtifi sind auch Maschinen beschrieben, bei denen die Zähne des Ritzels parallele oder sogar nach außen divergierende Flanken haben und die dennoch ohne Unterteilung von Ritzel oder is Rotor zusammengebaut werden kunnen. Hierfür ist aber Voraussetzung, daß es wenigstens eine Winkelstellung des Rotors gibt, in der bei parallelen Zahnflanken nur ein einziger Zahn an beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken des Rotors steht, und in der bei :o divergierenden Zahnflanken kein Zahn an beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken steht. In dieser Winkelstellung kann dann jeweils das Ritzel längs einer Einführungsgeraden in den Rotor eingeschoben werden. Bei diesen Lösungen ist offensichtlich die Höchstzahl der gleichzeitig im Eingriff mit dem Rotor kommenden Zähne sehr beschränkt; dies hat zur Folge, daß der Kompressionsgrad bzw. der Expansionsgrad für viele Anwendungszwecke, beispielsweise für Kompressoren von Kältegeräten, zu niedrig ist.In the same patent schifi machines are also described in which the teeth of the pinion are parallel or even have outwardly diverging flanks and still have no subdivision of pinion or is Rotor can be assembled. A prerequisite for this is that there is at least one angular position of the rotor, in which, with parallel tooth flanks, only a single tooth is in contact on both flanks with rib flanks of the rotor, and in the case of: o diverging tooth flanks no tooth on both Flanks is in contact with rib flanks. In this angular position, the pinion can then each along a Straight lines are inserted into the rotor. These solutions are obviously the maximum number the teeth coming into engagement with the rotor at the same time are very limited; this has the consequence that the Degree of compression or the degree of expansion for many purposes, for example for compressors of refrigeration equipment is too low.

Schließlich sind in der US-PS 31 80 565 auch noch Maschinen beschrieben, bei denen ohne Unterteilung des Ritzels oder Rotors sechs oder mehr Zähne des Ritzels gleichzeitig mit dem Rotor in Eingriff stehen können; dies wird dadurch ermöglicht, daß der Rotor eine konische Außenfläche mit sehr großem Kegelwinkel hat, der im Grenzfall sogar 180° erreichen kann, so daß der Rotor eine ebene Scheibe wird. Solche Maschinen verursachen aber beträchtliche axiale Schubkräfte, und zur Unterdrückung dieser Schubkräfte ist man dazu gezwungen, zwei entgegengesetzt wirkende Maschinen zusammenzubauen, insbesondere im Fall von ebenen Rotoren. Ferner muß der Sektor des Eingriffs zwischen Ritzel und Rotor begrenzt werden, und in zahlreichen Fällen muß der Rotor auf der Niederdruckseite abgeschnitten werden, wodurch die Förderkapazitäl herabgesetzt wird.Finally, US Pat. No. 3,180,565 also describes machines in which there is no subdivision of the pinion or rotor, six or more teeth of the pinion are simultaneously in mesh with the rotor be able; this is made possible by the fact that the rotor has a conical outer surface with a very large cone angle has, which can even reach 180 ° in the borderline case, so that the rotor becomes a flat disk. Such However, machines cause considerable axial thrust forces, and to suppress these thrust forces one is forced to assemble two oppositely acting machines, in particular in the case of flat rotors. Furthermore, the sector of engagement between pinion and rotor must be limited, and in many cases the rotor must be cut off on the low pressure side, whereby the Funding capacity is reduced.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Rotationskolbenmaschine der eingangs angegebenen Art, die bei großem Fördervermögen und hohem Kompressions- oder Expansionsgrad ohne Unterteilung des Rotors oder des Ritzels zusammengebaut werden kann.The object of the invention is to create a rotary piston machine of the type specified at the beginning Type that with large pumping capacity and a high degree of compression or expansion without subdivision the rotor or the pinion can be assembled.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei wenigstens einer Winkelstellung des Rotors für wenigstens eine Einführungsgerade, die in der die Berührungslinien zwischen Ritzel und Rotor enthaltenden Ebene liegt, die folgende Beziehung wenigstens für einen Teil des in Berührung mit den Rippenflanken des Rotors stehenden Abschnitts der Zähne des Ritzels bzw. jedes Ritzels erfüllt ist:According to the invention, this object is achieved in that at at least one angular position of the Rotor for at least one straight line leading into the line of contact between pinion and rotor containing plane, the following relationship at least for part of the in contact with the Rib flanks of the rotor standing section of the teeth of the pinion or each pinion is fulfilled:

'Ml'Ml

dider Abstand zweier Punkte M₁ und A,-ist, die beide auf einer im Punkt M, an eine der Einführungsgeraden abgewandten Flanke eines Zahnes gezogene Tangente liegen, und A, der Schnittpunkt dieser Tangente mit der Einführungsgeraden ist: d is the distance between two points M ₁ and A, - both of which lie on a tangent drawn at point M on a flank of a tooth facing away from the straight line, and A, the point of intersection of this tangent with the straight line:

Λ, der Abstand des Punktes M₁ von der vom Mittelpunkt des Ritzelsauf die Tangente gezogenen Senkrechten ist: das Produkt dft, positiv ist, wenn die Abstände d, und ti, auf der gleichen Seite von M, liegen, und negativ, wenn sie auf entgegengesetzten Seiten von M, liegen;
r, der Abstand des Punktes M, vor. der Projektion der Rotorachse auf die die Berührungslinien zwischen Ritzel und Rotor enthaltende Ebene ist;
dj, hj, r, die analogen Größen bezüglich eines Berührungspunktes Mj auf einer der Einführungsgeraden zugewandten Flanke eines Zahnes sind.Λ, the distance of the point M ₁ from the perpendicular drawn on the tangent from the center of the pinion: the product dft, is positive if the distances d, and ti, are on the same side of M , and negative if they are on opposite sides of M, lie;
r, the distance from point M, in front. is the projection of the rotor axis onto the plane containing the lines of contact between pinion and rotor;
dj, hj, r, the analogous quantities with respect to a point of contact Mj on a flank of a tooth facing the straight line.

Eine Rotationskolbenmaschine, bei welcher die vorstehend angegebene Bedingung erfüllt ist, kann stets dadurch zusammengebaut werden, daß in der betreffenden Winkelstellung das Ritzel längs der Einführungsgeraden in den Rotor eingeschoben wird. In anderen VVinkelsteüungen, oder in anderen Einführungsrichtungen, für welche die Bedingung nicht erfüllt ist. ist der Zusammenbau nicht möglich, doch ist dies bedeutungslos. A rotary piston machine in which the above condition is met can always be assembled in that in the angular position in question, the pinion along the straight line lead-in is pushed into the rotor. In other V-angled positions, or in other insertion directions, for which the condition is not met. assembly is not possible, but it is meaningless.

Die angegebene Bedingung ist fü^r alle Zähne/.ahlen, Rippenzihlen, Zahnprofile, Rippenprofile und Rotorprofile gültig; Voraussetzung ist jeweils nur, daß diese Parameter und die Abmessungen der Teile (insbesondere der Durchmesser des Ritzels) so aufeinander abgestimmt werden, daß die angegebene Bedingung wenigstens für eine Winkelstellung des Rotors und wenigstens für eine Einführungsgerade erfüllt ist. Trifft dies für mehrere Winkelstellungen und/oder Einführungsgeraden zu, dann wird dadurch zwar der Zusammenbau erleichtert, doch zeigt dies gleichzeitig an, daß hinsichtlich Förderleistung und Kompressionsbzw. Expansionsgrad noch nicht das Optimum erreicht ist. Dies bietet die Möglichkeit, die Konstruktion im Hinblick auf günstigere Werte abzuändern.The specified condition is valid fo ^r all teeth / .ahlen, Rippenzihlen, tooth profiles, fin profiles and rotor profiles; The only prerequisite is that these parameters and the dimensions of the parts (in particular the diameter of the pinion) are matched to one another in such a way that the specified condition is met at least for an angular position of the rotor and at least for one straight line lead-in. If this applies to several angular positions and / or straight lines, then the assembly is indeed facilitated, but at the same time this indicates that in terms of delivery rate and compression or. Degree of expansion has not yet reached the optimum. This offers the possibility of changing the construction with regard to more favorable values.

Das Überraschende an der angegebenen Bedingung ist, daß sie auch für Maschinen erfüllbar ist, bei denen in allen Winkelstellungen des Rotors die noch in Berührung mit Rippenflanken stehenden äußersten Zahnflanken nach außen divergieren; dies ist beispielsweise bei Maschinen der eingangs angegebenen Art der Fall, bei denen die Zähne des Ritzels parallele Flanken haben. Nach vorherrschender Meinung, die auch in der US-PS 31 80 565 zum Ausdruck gebracht ist, ist aus rein geometrischen Gründen in diesem Fall ein Zusammenbau nicht möglich. Bei den nach der Erfindung ausgebildeten Maschinen ist ein Zusammenbau jedoch dadurch möglich, daß dem Ritzel während des Einschiebens längs der Einführungsgeraden gleichzeitig eine Drehbewegung um diese Fintührungsgerade erteilt wird. Dadurch entsteht eine zusammengesetzte schraubende Bewegung, durch die das Ritzel in Eingriff mit den Rippen des Rotors gebrach; wird.The surprising thing about the specified condition is that it can also be fulfilled for machines in which in of all angular positions of the rotor are the outermost ones still in contact with the rib flanks Tooth flanks diverge outwards; this is, for example, in machines of the type specified at the beginning Case where the teeth of the pinion have parallel flanks. According to the prevailing opinion, also in the US-PS 31 80 565 is expressed, is for purely geometric reasons in this case an assembly not possible. In the case of the machines designed according to the invention, however, assembly is possible thereby possible that the pinion during the insertion along the insertion straight line at the same time a rotary movement around this Fintührungsgerage is granted. This creates a compound screwing end Movement by which the pinion was broken into engagement with the ribs of the rotor; will.

Es ist auf diese Weise möglich, Maschinen mit einstückigem Rotor und einstückigen Ritzeln zu bauen, bei denen stets eine größere Anzahl von Zähnen mit großem Profilquerschnitt im Eingriff mit dem Rotor steht und die demzufolge große Förderkapazitäten und hohe Kompressions- bzw. Expansionsgrade haben.In this way it is possible to build machines with a one-piece rotor and one-piece pinion, in which there is always a larger number of teeth with a large profile cross-section in engagement with the rotor and which consequently have large conveying capacities and high degrees of compression and expansion.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous refinements can be found in the subclaims.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigtEmbodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. In it shows

Fig. 1 eine zum Teil geschnittene Ansicht einerFig. 1 is a partially sectioned view of a

Rotationskolbenmaschine, die einen Rotor mit konischer Außenfläche und ein mit ihm im Eingriff stehendes Ritzel enthält,Rotary piston machine comprising a rotor with a conical outer surface and an engaging one with it Pinion contains,

Fig. 2 eine zum Teil geschnittene Ansicht eines Rotors mit zylindrischer Außenfläche und des mit diesem Rotor zusammenwirkenden Ritzels vor dem Zusammenbau,Fig. 2 is a partially sectioned view of a Rotor with a cylindrical outer surface and the pinion cooperating with this rotor in front of the Assembly,

F i g. 3 die Teile von F i g. 2 in der Anfangsphase des Zusammenbaus,F i g. 3 the parts of FIG. 2 in the initial stage of assembly,

Fig. 4 die Teile von Fig. 2 in der Endphose des ι ο Zusammenbaus,Fig. 4 the parts of Fig. 2 in the end phose of the ι ο Assembly,

F i g. 5 einen Aufriß zur Darstellung der geometrischen Beziehungen zwischen einem Rotor und einem Ritzel,F i g. Fig. 5 is an elevation showing the geometrical relationships between a rotor and a rotor Pinion,

F i g. 6 einen Aufriß zur Erläuterung einer besonderen ι _s Anwendung der Erfindung,F i g. 6 is an elevation to explain a particular ι_s Application of the invention,

Fi g. 7 eine schematische Schnittansicht einer besonderen Ausführungsform eines Ritzels bei einer Rotationskolbenmaschine, Fi g. Figure 7 is a schematic sectional view of a particular one Embodiment of a pinion in a rotary piston machine,

F i g. 8 eine schematische Schnittansicht einer besonderen Ausführungsform eines Rotors bei einer Rotationskolbenmaschine undF i g. 8 is a schematic sectional view of a particular embodiment of a rotor in a rotary piston machine and

Fig.9 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Rotors bei einer Rotationskolbenmaschine. Figure 9 is a perspective view of a preferred one Embodiment of a rotor in a rotary piston machine.

Die in Fig. 1 dargestellte Rotationskolbenmaschine, die als Verdichter oder Expansionsmaschine verwendbar ist, enthält einen schraubverzahnten Rotor 1, dessen Gewindescheitel durch eine konische Fläche begrenzt ist. Der Rotor 1 ist um seine Achse 2 drehbar gelagert ^o und wird von Kugellagern 3 in einem Gehäuse 4 gehalten. Zwei gezahnte Ritzel 5, die symmetrisch zueinander angeordnet sind, sind um ihre Achse 6 drehbar gelagert und kämmen mit dem Rotor 1. Durch das Gehäuse 4 ist eine Reihe von Öffnungen 7 geführt. ,15 die um den Umfang verteilt sind und die Niederdrucköffnungen darstellen, d. h. die Einlaßöffnung für das Strömungsmittel im Fall eines Verdichters oder die Auslaßöffnung für das Strömungsmittel im Fall einer Expansionsmaschine. Auf der Hochdruckseite weist das Gehäuse 4 zwei Öffnungen von dreieckigem Querschnitt für den Austritt des verdichteten Strömungsmittels bzw. für den Einlaß des zu entspannenden Strömungsmittels auf. Eine dieser Öffnungen ist strichpunktiert bei 8 in Fig. 1 angedeutet, doch liegt diese Öffnung in Wirklichkeit vor der Schnittebene.The rotary piston machine shown in Fig. 1, which can be used as a compressor or expansion machine is, contains a helical rotor 1, the crest of the thread delimited by a conical surface is. The rotor 1 is rotatably mounted about its axis 2 ^ o and is held in a housing 4 by ball bearings 3. Two toothed pinions 5 that are symmetrical are arranged to each other, are rotatably mounted about their axis 6 and mesh with the rotor 1. Through the housing 4 is guided by a series of openings 7. , 15 which are distributed around the circumference and the low pressure ports represent, d. H. the inlet opening for the fluid in the case of a compressor or the Outlet opening for the fluid in the case of an expansion machine. This shows on the high pressure side Housing 4 has two openings of triangular cross-section for the outlet of the compressed fluid or for the inlet of the fluid to be relaxed. One of these openings is Indicated by dash-dotted lines at 8 in Fig. 1, but lies this opening in reality in front of the cutting plane.

Die Abdichtung der Verdichtungs- oder Expansionskammern, welche durch zwei einander zugewandte Rippenflanken des Rotors 1, den mit diesen Rippenflanken in Berührung stehenden Zahn jedes Ritzels 5 und die Innenfläche des Gehäuses 4 begrenzt sind, ist in an sich bekannter Weise durch Flüssigkeitsdichtungen gewährleistet. Eine Abdichtungsflüssigkeit wird in die Maschine von der Seite des Einlasses des zu komprimierenden oder zu entspannenden Strömungsmittels her in der Nähe der Ritzel 5 eingespritzt. Einspritzdüsen 9 sind auf der Niederdruckseite für den Einlaß dieser Abdichtungsflüssigkeit in dem Fall vorgesehen, daß die Maschine als Verdichter arbeitet. Falls die Maschine als Expansionsmaschine verwendet ho wird, liegen diese Einspritzdüsen in der Einlaßöffnung 8 für das Strömungsmittel.The sealing of the compression or expansion chambers, which by two facing each other Rib flanks of the rotor 1, the tooth of each pinion 5 and in contact with these rib flanks the inner surface of the housing 4 are limited, is in a known manner by liquid seals guaranteed. A sealing liquid is fed into the machine from the side of the inlet to the compressing or relaxing fluid is injected in the vicinity of the pinion 5. Injection nozzles 9 are on the low pressure side for the inlet of this sealing liquid in the case provided that the machine works as a compressor. In case the machine is used as an expansion machine ho is, these injection nozzles are in the inlet opening 8 for the fluid.

Der Rotor 1 dreht sich in der Richtung des Pfeils f, wenn die Maschine als Verdichter arbeitet, und im entgegengesetzten Sinn, wenn die Maschine eine (.5 Expansionsmaschine ist.The rotor 1 rotates in the direction of arrow f when the machine is working as a compressor and in the opposite direction when the machine is a (.5 expansion machine.

Der konische Rotor 1 kann durch einen Rotor mit zylindrischer Umfangsfläche ersetzt werden, beispielsweise den in Fig. 2 dargestellten Rotor 11. Es ist zu bemerken, daß sowohl bei dem konischen Rotor 1 als auch bei dem zylindrischen Rotor 11 in allen Winkelstellungen des Rotors wenigstens zwei Zähne des Ritzels 5 gleichzeitig mit ihren beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken des Rotors stehen. Es ist daher unmöglich, das Ritzel durch einfaches Verschieben in den Rotor einzustecken, wenn man nicht den Zähnen des Ritzels oder den Rippen des Rotors sich nach außen verjüngende Profile geben will, durch welche die Förderki pazität und die Leistung der Maschine, bezogen auf ihr Gewicht, beträchtlich verringert werden. In F i g. 2 ist zu erkennen, daß beim Einschieben des Ritzels in den Rotor der Zahn e an der Rippe b und der Zahn c an der Rippe g anstoßen würden.The conical rotor 1 can be replaced by a rotor with a cylindrical circumferential surface, for example the rotor 11 shown in FIG Teeth of the pinion 5 are simultaneously with their two flanks in contact with the rib flanks of the rotor. It is therefore impossible to insert the pinion into the rotor by simply sliding it, if you do not want to give the teeth of the pinion or the ribs of the rotor tapered profiles through which the Förderki capacity and the performance of the machine, based on their weight , can be reduced considerably. In Fig. 2 it can be seen that when the pinion is pushed into the rotor, the tooth e would abut the rib b and the tooth c would abut the rib g.

Bei den bekannten Maschinen dieser Art wird das Problem des Zusammenbaus der Schraube und des Ritzels dadurch gelöst, daß entweder die Schraube oder das Ritzel in mehrere Teile unterteilt werden. Dadurch ergeben sich aber im Betrieb anisotrope Verformungen, durch welche die Maschine schnell unbrauchbar wird.In the known machines of this type, the problem of assembling the screw and the Pinion solved in that either the screw or the pinion are divided into several parts. Through this however, anisotropic deformations occur during operation, which quickly make the machine unusable.

Durch die nachstehend beschriebene Ausbildung der Rotationskolbenmaschine ist es möglich, einstückige Rotoren und Ritzel zu verwenden, bei denen in jeder Winkelstellung des Rotors wenigstens zwei Zähne des Ritzels gleichzeitig mit ihren beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken des Rotors sind. Es wurde nämlich festgestellt, daß bei Erfüllung gewisser geometrischer Bedingungen, die später erläutert werden, wenigstens eine Winkelstellung des Rotors besteht, bei der es möglich ist, derartige Rotoren und Ritzel zusammenzubauen, ohne daß diese unterteilt werden müssen.The design of the rotary piston machine described below makes it possible to produce one-piece To use rotors and pinions, in which in each angular position of the rotor at least two teeth of the Pinion are simultaneously with their two flanks in contact with rib flanks of the rotor. It was namely found that if certain geometric conditions, which will be explained later, are fulfilled, there is at least one angular position of the rotor in which it is possible to use such rotors and pinions assemble without having to subdivide them.

In Fig. 3 und 4 ist für einen zylindrischen Rotor 12 und ein Ritzel 13 dargestellt, wie in diesem Fall der Zusammenbau erfolgt. Das Ritzel 13 (Fig. 3) wird derart geneigt, daß seine Ebene einen Winkel a mit der Achse des Rotors 12 bildet, und die Enden 14 und 15 der Zähne 16 und 17. die mit ihren beiden Flanken in Berührung mit den Rippen 18, 19 und 21 des Rotors stehen müssen, werden in Berührung mit den beiden äußeren Rippen 18 bzw. 21 gebracht. Dann wird das Ritzel 13 entlang einer später noch zu definierenden Einführungsgeraden 22 eingeschoben, wobei man gleichzeitig dem Ritzel eine Drehbewegung um diese Einführungsgerade 22 erteilt, so daß der Neigungswinkel a allmählich verringert wird, bis sich das Ritzel 13 an Ort und Stelle befindet (F i g. 4).3 and 4 show how the assembly is carried out in this case for a cylindrical rotor 12 and a pinion 13. The pinion 13 (Fig. 3) is inclined so that its plane forms an angle a with the axis of the rotor 12, and the ends 14 and 15 of the teeth 16 and 17, which with their two flanks in contact with the ribs 18, 19 and 21 of the rotor must stand, are brought into contact with the two outer ribs 18 and 21, respectively. Then the pinion 13 is inserted along an insertion straight line 22 to be defined later, while at the same time the pinion is given a rotational movement about this insertion line 22, so that the angle of inclination a is gradually reduced until the pinion 13 is in place (F i g. 4).

Unter Bezugnahme auf F i g. 5 sollen nun die geometrischen Bedingungen erläutert werden, welche der Rotor 23 und das Ritzel 24 erfüllen müssen, damit wenigstens eine Einführungsgerade 22 besteht.Referring to FIG. 5 the geometric conditions are now to be explained, which the rotor 23 and the pinion 24 must meet so that there is at least one straight line 22 lead-in.

Die Zeichenebene von Fig. 5 ist die Ebene, welche die Berührungslinien zwischen dem Ritzel 24 und dem Rotor 23 enthält, wenn sich das Ritzel in seiner Arbeitsstellung befindet. Diese Ebene enthält nicht notwendigerweise die Achse des Rotors 23. Es sei jedoch angenommen, daß der Abstand dieser Achse von der Zeicherebene etwa 20% des Außendurchmessers des Rotors 23 in der Mitte des Eingriffssektors zwischen Rotor und Ritzel nicht überschreitet, und daß der Winkel zwischen der Rotorachse und der Zeichenebene etwa 20° nicht überschreitet. Bei 25 ist die Projektion der Achse des Rotors 23 auf die Zeichenebene dargestellt.The plane of the drawing of Fig. 5 is the plane which the lines of contact between the pinion 24 and the Rotor 23 contains when the pinion is in its working position. This level does not contain necessarily the axis of the rotor 23. It is assumed, however, that the distance of this axis is from the drawing plane about 20% of the outer diameter of the rotor 23 in the middle of the engagement sector between Rotor and pinion does not exceed, and that the angle between the rotor axis and the plane of the drawing does not exceed about 20 °. At 25 is the projection of the axis of the rotor 23 on the plane of the drawing shown.

Man zeichnet in dieser Ebene eine Gerade 22, und es sollen nun die Bedingungen definiert werden, die zuA straight line 22 is drawn in this plane, and the conditions are now to be defined which lead to

erfüllen sind, damit diese Gerade tatsächlich eine Einführungsgerade im oben definierten Sinne ist.must be fulfilled so that this straight line is actually an introductory straight line in the sense defined above.

In bezug auf diese Einführungsgerade 22 hat jeder Zahn 26 eine Flanke 27, die auf der der Einführungsgeraden 22 abgewandten Seite des Zahns liegt, und eine Flanke 28, die auf der der Einführungsgeraden 22 zugewandten Seite des Zahns liegt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sollen die Flanken nach Art der Flanke 27 »abgewandte Flanken« und die Flanken nach Art der Flanke 28 »zugewandte Flanken« genannt ι ο werden.With respect to this straight line 22 of introduction, each tooth 26 has a flank 27 which is on that of the straight line of introduction 22 is opposite side of the tooth, and a flank 28, which is on that of the straight line 22 facing side of the tooth. To simplify the description, the edges should be based on the type of Flank 27 "averted flanks" and the flanks of the type of flank 28 called "facing flanks" ι ο will.

In einem Punkte M, einer abgewandten Flanke 27 ist die Tangente 29 an diese Flanke 27 gezeichnet, wobei der Punkt Λί,- ein Berührungspunkt zwischen dem Zahn 26 und der Flanke einer Rippe 30 des Rotors ist. Diese ι s Tangente schneidet die Einführungsgerade 22 in einem Punkt Aj. Man fällt andererseits die Senkrechte OH, vom Mittelpunkt 0 des Ritzels 24 aus auf die Tangente 29. Mit d, bzw. Λ, sollen die Abstände M₁A, bzw. M₁H, bezeichnet werden, die auf der Tangente 29 vom Punkt M, aus unter Berücksichtigung des Vorzeichens gemessen werden; dies bedeutet, daß diese beiden Abstände das gleiche Vorzeichen haben, wenn sie (wie in F i g. 5) auf der gleichen Seite vom Punkt M₁ liegen, und daß sie entgegengesetzte Vorzeichen haben, wenn sie auf entgegengesetzten Seiten vom Punkt M, liegen. Der Absolutwert des Abstandes des Punktes M, von der Projektion 25 der Schraubenachse soll r, genannt werden.At a point M, a flank 27 facing away, the tangent 29 is drawn to this flank 27, the point Λί, - being a point of contact between the tooth 26 and the flank of a rib 30 of the rotor. This ι s tangent intersects the straight line 22 at a point Aj. On the other hand, the perpendicular OH, from the center point 0 of the pinion 24 , falls onto the tangent 29. The distances M ₁ A and M ₁ H, which are on the tangent 29 from the point M , are to be denoted by d and Λ, respectively , can be measured taking into account the sign; this means that these two distances have the same sign when they lie on the same side of point M ₁ (as in FIG. 5) and that they have opposite signs when they lie on opposite sides of point M 1 . The absolute value of the distance of the point M from the projection 25 of the screw axis shall be called r.

Ferner wird ein Berührungspunkt M₁ zwischen einem weiteren Zahn 32 und einer weiteren Rippe 33 des Rotors betrachtet, wobei der Punkt M₁ auf der der Einführungsgeraden 22 zugewandten Flanke 31 des Zahns 32 liegt. Mit c/,, hj und η sollen die sich auf den Punkt Mj beziehenden Größen bezeichnet werden, die den zuvor für den Punkt M, definierten Größen c/,, h, und r,entsprechen. Dasselbe gilt für die Punkte Ajund H₁. Furthermore, a point of contact M ₁ between a further tooth 32 and a further rib 33 of the rotor is considered, the point M ₁ lying on the flank 31 of the tooth 32 facing the straight line 22. The quantities c / ,, hj and η referring to the point Mj are intended to correspond to the quantities c / ,, h, and r previously defined for the point M,. The same applies to points Aj and H ₁ .

Die Gerade 22 ist eine Einführungsgerade im zuvor definierten Sinn, wenn die folgende Bedingung für jedes Punktepaar, wie die Punkte M.und M₁ erfüllt ist:The straight line 22 is an introduction, especially in the previously defined sense if the following condition for each pair of points as the points M. and M ₁ is satisfied:

(D(D

In dem Sonderfall, daß die Zähne des Ritzels 24 parallele Flanken haben, genügt es. daß die obige Bedingung (1) für zwei Punktepaare erfüllt ist, welche an Flanken der beiden äußeren Rippen 34, 35 (F i g. 6) des Rotors liegen, die in Berührung mit Zähnen des Ritzels stehen.In the special case that the teeth of the pinion 24 have parallel flanks, it is sufficient. that the above condition (1) is satisfied for two pairs of points, which at Flanks of the two outer ribs 34, 35 (Fig. 6) of the rotor lie in contact with teeth of the pinion stand.

So ist in Fig. 6 ein Ritzel dargestellt, dessen Zähne parallele Flanken haben und mit einem Rotor mit konischer Außenfläche kämmen. Bei wenigstens einer Winkelstellung des Rotors stehen vier Zähne 36, 37, 38 und 39 in Berührung mit drei Rippen 34, 41 und 35 der Schraube. Die Zwischenzähne 37 und 38 stehen mit ihren beiden Flanken gleichzeitig in Berührung mit Rippenflanken, während die äußeren Zähne 36 und 39 jeweils nur mit einer ihrer beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken stehen.Thus, a pinion is shown in Fig. 6, the teeth have parallel flanks and mesh with a rotor with a conical outer surface. At least one Angular position of the rotor are four teeth 36, 37, 38 and 39 in contact with three ribs 34, 41 and 35 of the Screw. The intermediate teeth 37 and 38 are in contact with their two flanks at the same time Rib flanks, while the outer teeth 36 and 39 each come into contact with only one of their two flanks stand with rib flanks.

In diesem Fall muß die Bedingung (1) für die beiden folgenden Punktepaare erfüllt sein:In this case, condition (1) must be met for the following two pairs of points:

Das erste Punktepaar ist durch zwei Punkte 42 und 43 an der äußeren Rippe 34 gebildet, wobei der Punkt 42 auf der der Einführungsgeraden 22 abgewandten Flanke Us des Zahns 37 am Umfang des Rotors liegt, und der Punkt 43 auf der zugewandten Flanke des Zahns 36 am Umfang des Ritzels.The first pair of points is formed by two points 42 and 43 on the outer rib 34, the point 42 being on the flank Us of the tooth 37 facing away from the straight line 22 on the circumference of the rotor, and the point 43 on the facing flank of the tooth 36 on the Circumference of the pinion.

Das zweite Paar ist durch die Punkte 44 und 45 gebildet, die den Punkten 42 bzw. 43 entsprechen und an Flanken der anderen Außenrippe 35 liegen.The second pair is formed by points 44 and 45, which correspond to points 42 and 43, respectively Flanks of the other outer rib 35 lie.

Wenn der Rotor eine zylindrische Außenfläche hat und die Schnittlinie dieser Fläche mit der Ebene des Ritzels symmetrisch in bezug auf die vom Mittelpunkt des Ritzels auf die Projektion der Rotorachse auf diese Ebene bezogene Senkrechte ist, müssen die möglichen Einführungsgeraden, falls sie vorhanden sind, diese Senkrechte enthalten, die eine Symmetrieachse darstellt. If the rotor has a cylindrical outer surface and the line of intersection of this surface with the plane of the Pinion symmetrical with respect to that from the center of the pinion to the projection of the rotor axis on this Is plane-related perpendicular, the possible straight lines, if they exist, must follow these Contain perpendiculars that represent an axis of symmetry.

Durch die zuvor angegebene Bedingung (1) werden bestimmte Grenzen hinsichtlich der Abmessungen des Rotors und des Ritzels sowie ihrer gegenseitigen Lage vorgeschrieben.The above condition (1) prescribes certain limits with regard to the dimensions of the rotor and the pinion and their mutual position.

So zeigt F i g. 6, wie man mit Hilfe der Bedingung (1) den maximalen Durchmesser des Ritzels bestimmen kann, für den wenigstens eine Einführungsgerade besteht.Thus, Fig. 6, how to determine the maximum diameter of the pinion with the help of condition (1) can, for which at least one straight line exists.

Bei diesem Beispiel ist angenommen, daß die Erzeugende der konischen Fläche des Rotors eine Neigung von 45° zur Rotorachse aufweist. Das Ritzel hat 11 Zähne, deren Breite 16 mm beträgt. Der Abstand des Mittelpunkts des Ritzels von der Rotorachse beträgt 80 mm, und der Abstand zwischen diesem Mittelpunkt und der Erzeugenden des Kegels beträgt. 30 mm. Der maximale Durchmesser des Ritzels, für den wenigstens eine Einführungsgerade besteht, kann nach einem Näherungsverfahren graphisch in folgender Weise bestimmt werden:In this example it is assumed that the generatrix of the conical surface of the rotor is a Has an inclination of 45 ° to the rotor axis. The pinion has 11 teeth, the width of which is 16 mm. The distance the center of the pinion from the rotor axis is 80 mm, and the distance between this center and the generatrix of the cone is. 30 mm. The maximum diameter of the pinion, for the least there is an introductory straight line can be graphed graphically in the following manner using an approximation method be determined:

Man nimmt einen Anfangsdurchmesser des Ritzels an, für den das Profil des Ritzels dem Kreis 46 mit dem Durchmesser 0 entspricht. Man zeichnet eine erste Gerade 22, für welche die BedingungAn initial diameter of the pinion is assumed for which the profile of the pinion corresponds to the circle 46 with the Diameter 0 corresponds. A first straight line 22 is drawn, for which the condition

für das an der äußeren Rippe 34 liegende Punktepaar 42, 43 erfüllt ist. Hierfür gibt es unendlich viele Möglichkeiten, weil in der vorstehenden Gleichung nur die Größen hj. r,. hj. r, vorgeschrieben sind.for the pair of points 42, 43 lying on the outer rib 34 is fulfilled. There are infinitely many possibilities for this, because in the above equation only the quantities hj. r ,. hj. r, are prescribed.

Dann wird die Lage der Geraden 22 so geändert, daß die vorstehende Gleichung erfüllt bleibt und die sich auf das zweite zuvor definierte Punktepaar 44, 45 beziehende Größe dh/r einen Wert hat, der größer bzw. kleiner als der sich auf die Punkte 42 und 43 beziehende gemeinsame Wert ist.Then the position of the straight line 22 is changed in such a way that the above equation remains fulfilled and the quantity dh / r relating to the second previously defined pair of points 44, 45 has a value that is greater or smaller than that of the points 42 and 43 is related common value.

Wenn man wenigstens eine weitere Lage der Geraden 22 finden kann, welche diese Bedingung erfüllt, bedeutet dies, daß mehrere mögliche Einführungsgeraden bestehen, und daß der für den Durchmesser des Ritzels angenommene Wert kleiner als der Maximalwert ist.If one can find at least one further position of the straight line 22 which fulfills this condition, this means that there are several possible lead-in straight lines, and that the one for the diameter of the Pinion's assumed value is less than the maximum value.

Dann wird die Zeichnung für einen größeren Wert des Ritzeldurchmessers wiederholt, bis man einen Durchmesser entsprechend einem Ritzelprofil 47 findet für den eine solche Lage 22a der Geraden 22 besteht daß die Größe dh/r für die vier Punkte 42 bis 45 der gleichen Wert hat. Diese Lage 22a stellt dann die einzig mögliche Einführungsgerade dar, und das Profil 4/ entspricht dem maximalen Durchmesser des Ritzels. Mil den zuvor angegebenen Zahlenwerten findet man, daC dieser maximale Durchmesser in der Größenordnung von 91 mm liegt, !"-ei einem größeren Durchmesse! können Rotor und Ritzel nicht zusammengebaui wer Jen, ohne daß eines dieser beiden Teile unterteil: wird.Then the drawing is repeated for a larger value of the pinion diameter until one finds a diameter corresponding to a pinion profile 47 for which such a position 22a of the straight line 22 exists that the size dh / r has the same value for the four points 42 to 45. This position 22a then represents the only possible straight line leading in, and the profile 4 / corresponds to the maximum diameter of the pinion. With the numerical values given above, one finds that this maximum diameter is in the order of magnitude of 91 mm! "- With a larger diameter, the rotor and pinion cannot be assembled without dividing one of these two parts.

Die Suche nach dem maximalen Durchmesser kam natürlich auch in anderer Weise erfolgen. Man kanrThe search for the maximum diameter could of course also be done in other ways. Man canr

709 619/105709 619/105

ίοίο

insbesondere ein elektronisches Rechengerät verwenden. in particular, use an electronic computing device.

In gleicher Weise findet man, daß für eine Maschine mit zylindrischem Rotor (Fig. 2), der symmetrisch in Bezug auf die vom Mittelpunkt des Ritzels auf die Rotorachse gezogene Senkrechte ist, mit folgenden Werten:In the same way it is found that for a machine with a cylindrical rotor (Fig. 2), the symmetrical in Reference is made to the perpendicular drawn from the center of the pinion to the rotor axis, with the following Values:

Rotordurchmesser
Zähnezahl des Ritzels
Achsabstand Rotor - Ritzel
Breite der ZähneRotor diameter
Number of teeth on the pinion
Center distance rotor - pinion
Width of teeth

100 mm
ti ίο 100 mm
ti ίο

80 mm
16 mm80 mm
16 mm

der maximale Durchmesser des Ritzels in der Größenordnung von 94 mm liegt. Die einzige Einführungsgerade ist dann die Symmetrieachse, d. h. die vom Mittelpunkt des Ritzels auf die Rotorachse gezogene Senkrechte.the maximum diameter of the pinion is of the order of 94 mm. The only straight lead-in is then the axis of symmetry, i.e. H. the one drawn from the center of the pinion onto the rotor axis Vertical.

Bei diesem Beispiel und bei den nachfolgenden Beispielen können natürlich alle Abmessungen mit dem gleichen Faktor multipliziert werden, ohne daß die Bedingungen für das Vorhandensein der Einführungsgeraden davon berührt werden.In this example and in the following examples, of course, all dimensions can be combined with the the same factor can be multiplied without the conditions for the existence of the straight line introduction be touched by it.

In analoger Weise findet man, daß bei einer Maschine mit zylindrischem Rotor für die folgenden Bedingungen keine Einführungsgerade vorhanden ist:In an analogous way one finds that with a machine with a cylindrical rotor there is no lead-in line for the following conditions:

RotordurchmesserRotor diameter

RitzeldurchmesserPinion diameter

ZähnezahlNumber of teeth

ZahnbreiteFace width

Achsabstand Rotor- RitzelCenter distance rotor-pinion

Zähne mit parallelen Flanken.Teeth with parallel flanks.

i 00 mm
100 mm
15i 00 mm
100 mm
15th

11 mm
80 mm11 mm
80 mm

Unter diesen Bedingungen kann man den Rotor und das Ritzel nicht zusammenbauen, ohne daß eines dieser Teile unterteilt wird. Damit eine Einführungsgerade vorhanden ist. muß der Durchmesser des Ritzels auf einen Wert von 84 mm verringert werden. In diesem Fall stehen jeweils fünf Zähne des Ritzels im Kämmeingriff mit dem Rotor, wovon in der Einführungsstellung drei Zähne mit ihren beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken des Rotors stehen.Under these conditions one cannot assemble the rotor and the pinion without one of them Parts is divided. So that there is an introductory line. must be the diameter of the pinion a value of 84 mm can be reduced. In this In the case of each case, five teeth of the pinion are in meshing engagement with the rotor, of which in the insertion position three teeth with their two flanks in contact with the rib flanks of the rotor.

Die zuvor angegebene geometrische Beziehung (1) ist für ideale Bedingungen aufgestellt worden, d. h. für Zähne, die sich genau an die Gewinde des Rotors anpassen. In der Praxis; ist es notwendig, ein gewisses Spiel zwischen den Flanken der Zähne und den Rippenflanken des Rotors vorzusehen. Die Erfahrung zeigt, daß man ein Gesamtspiel (d. h. die Summe der Spiele zu beiden Seiten eines Zahns) zulassen kann, das von ein bis zwei Prozent der Zahnbreite beträgt, ohne daß ein merklicher Verlust an Förderkapazität hervorgerufen wird.The above geometrical relationship (1) has been established for ideal conditions, i.e. H. for Teeth that adapt exactly to the threads of the rotor. In practice; it is necessary a certain Provide clearance between the flanks of the teeth and the rib flanks of the rotor. The experience shows that a total clearance (i.e. the sum of the clearances on both sides of a tooth) can be allowed that from one to two percent of the face width without causing a noticeable loss of conveying capacity will.

Dieses Spiel erleichtert den Zusammenbau des Rotors und des Ritzels und ermöglicht die Überschreitung der durch die Bedingung (1) vorgeschriebenen theoretischen Grenzen.This play makes it easier to assemble the rotor and pinion and allows it to be exceeded the theoretical limits prescribed by condition (1).

In der Praxis genügt es, daß diese Bedingung (1) für wenigstens 70% der nutzbaren Höhe des Zahns im Fall ho von Zähnen mit parallelen Flanken erfüllt ist. Die nutzbare Höhe eines Zahns ist definiert als die Länge der Flanke des Zahns, die in der Stellung maximale/ Eindringtiefe des Ritzels in Berührung mit den Rippenflanken des Rotors steht. _fi5 In practice, it is sufficient that this condition (1) is satisfied for at least 70% of the usable height of the tooth in the case of teeth with parallel flanks ho. The usable height of a tooth is defined as the length of the flank of the tooth which is in contact with the rib flanks of the rotor in the position of maximum / penetration depth of the pinion. _fi5

Es seien beispielsweise zylindrische Rotoren mit 6 oder 8 Rippen betrachtet, die einen Durchmesser von 100 mm haben und mit Ritzeln zusammenwirken, die 11 bzw. 15 Zähne mit parallelen Flanken haben. Es wurde gefunden, daß man bei einem Achsabstand von 80 mm die nutzbare Höhe der Zähne in der Größenordnung von 45% gegenüber der theoretischen Grenze vergrößern konnte, wenn man ein Gesamtspiel von 2% der Zahnbreite zuließ.Consider, for example, cylindrical rotors with 6 or 8 ribs that have a diameter of 100 mm and interact with pinions that 11 or 15 teeth with parallel flanks. It has been found that with a center distance of 80 mm increase the usable height of the teeth in the order of 45% compared to the theoretical limit could if you allowed a total backlash of 2% of the face width.

Man kann diese nutzbare Höhe der Zähne noch weiter vergrößern, wenn man die Parallelität der Zahnflanken nicht über die ganze Höhe des Zahns beibehält.This usable height of the teeth can be increased even further if the parallelism of the Does not retain tooth flanks over the entire height of the tooth.

So ist in Fi g. 7 ein zylindrischer Rotor 48 mit einem Durchmesser von 100 mm dargestellt, der mit einem Ritzel 49 mit 15 Zähnen zusammenwirkt. Die Breite der Zähne beträgt 11 mm, und der Achsabstand zwischen Rotor und Ritzel beträgt 80 mm. Zuvor war zu erkennen, daß bei diesen Kenngrößen keine Einführungsgerade für einen Durchmesser des Ritzels von mehr als 84 mm vorhanden ist, wenn die Zähne parallele Flanken haben. Bei der Ausführungsform von F i g. 7 sind die Flanken der Zähne über eine Höhe von 15 mm vom Zahnfuß aus zueinander parallel, und sie weisen dann einen konvergierenden Abschnitt 51 auf, der einen Winkel in der Größenordnung von 30° mit der Achse des Zahns bildet. Man kann unter diesen Bedingungen den Durchmesser des Ritzels bis auf einen Wert von 100 mm bringen. Es besteht dann eine Einführungsgerade 22, welche mit der Symmetrieachse zusammenfällt.So in Fig. 7 a cylindrical rotor 48 with a Diameter of 100 mm shown, which cooperates with a pinion 49 with 15 teeth. The width of the Teeth is 11 mm, and the center distance between rotor and pinion is 80 mm. Before it was closed recognize that with these parameters there is no straight line leading up to a diameter of the pinion of more than 84 mm is present when the teeth have parallel flanks. In the embodiment of FIG. 7th the flanks of the teeth are parallel to each other over a height of 15 mm from the tooth root, and they point then a converging portion 51 which forms an angle on the order of 30 ° with the axis of the tooth. Under these conditions, the diameter of the pinion can be reduced to a value of Bring 100 mm. There is then an introductory straight line 22 which coincides with the axis of symmetry.

Wenn man bei diesem Ritzeldurchmesser von 100 mm die Flanken der Zähne über ihre ganze Höhe parallel hielte, erhielte man gegenüber der Ausführungsform von F i g. 7 eine sehr geringfügige Zunahme der Förderkapazität, die einige Prozent nicht überschreiten würde. Dieser sehr geringfügige Vorteil würde sehr weitgehend durch die bereits erwähnten Nachteile aufgehoben, die sich aus einer Unterteilung des Rotors oder des Ritzels ergäben.If, with this pinion diameter of 100 mm, the flanks of the teeth over their entire height would hold parallel, one would get compared to the embodiment of FIG. 7 a very slight increase in Production capacity that would not exceed a few percent. This very minor benefit would be great largely offset by the disadvantages already mentioned, which result from a subdivision of the rotor or the pinion.

Es ist sehr wichtig, zu bemerken, daß es keineswegs notwendig ist. daß der Zusammenbau des Rotors und des Ritzels in der zuvor beschriebenen Weise bei jeder Winkelstellung des Rotors möglich ist. Vielmehr ist ei vorgesehen, dem Rotor und dem Ritzel solche Profile und Abmessungen zu geben, daß dieser Zusammenbai nur bei einer begrenzten Zahl von Winkelstellungen de: Rotors oder sogar nur bei einer einzigen Winkelstellung möglich ist.It is very important to note that it is by no means necessary. that the assembly of the rotor and of the pinion is possible in the manner described above at any angular position of the rotor. Rather, it is egg provided to give the rotor and the pinion such profiles and dimensions that this assembly only with a limited number of angular positions de: rotor or even only with a single angular position is possible.

So ist in F i g. 8 ein zylindrischer Rotor 52 zi erkennen, der einen Außendurchmesser von 100 mm ha und mit einem Ritzel 53 mit 13 Zähnen mit paralleler Flanken zusammenwirkt. Der Achsabstand zwischer Rotor und Ritzel beträgt 80 mm. und die nutzbare Höhe der Zähne beträgt 20 mm.Thus, in FIG. 8 recognize a cylindrical rotor 52 zi, which has an outer diameter of 100 mm ha and cooperates with a pinion 53 with 13 teeth with parallel flanks. The center distance between The rotor and pinion is 80 mm. and the usable height of the teeth is 20 mm.

Wenn der Rotor 52 über seine ganze Höhe zylindrisd ist, stehen bei jeder Winkelstellung des Rotors immei drei Zähne des Ritzels 53 gleichzeitig mit ihren beidei Flanken mit Rippenflanken des Rotors in Berührung Man findet dann, daß bei dieser nutzbaren Höhe de Zähne keine Einführungsgerade besteht, welche di< Bedingung (1) erfüllt. Man ist dann gezwungen entweder die Höhe der Zähne zu verringern oder dei Rotor oder das Ritzel zu unterteilen.When the rotor 52 is cylindrical over its entire height, the rotor is always at a standstill in every angular position three teeth of the pinion 53 at the same time with their two flanks with rib flanks of the rotor in contact One then finds that at this usable height of the teeth there is no straight line leading through which di < Condition (1) met. One is then forced either to reduce the height of the teeth or to reduce the height of the teeth To divide the rotor or the pinion.

Es ist jedoch möglich, den Rotor 52 so zu profilierer daß wenigstens eine Einführungsgerade bei eine beschränkten Zahl von Winkelstellungen des Rotor vorhanden ist.However, it is possible to profile the rotor 52 in this way that at least one lead-in line at a limited number of angular positions of the rotor is available.

Beispielsweise kann man, wie in F i g. 8 gezeigt ist, dei Rotor 52 auf der Niederdruckseite entlang einer koaxia zum Rotor liegenden Kreiskegelfläche 54 abschneider Es ist zu erkennen, daß bei einer bestimmten Anzahl voiFor example, as shown in FIG. 8 is shown dei Rotor 52 on the low-pressure side along a circular conical surface 54 lying coaxially to the rotor It can be seen that for a certain number of voi

Stellungen des Rotors, beispielsweise der in Fig. 8 gezeigten Stellung, bei «richer das Ende 55 des auf der Hochdruckseite mit tkn Rotor in Eingriff stehenden Zahns 56 gerade mit dem zylindrischen Umfang des Rotors abschneidet, die Flanke 57 des auf der Niederdruckseite mit dem Rotor in Eingriff stehenden Zahns 58 infolge der Abschneidung freiliegt. In dieser Stellung stehen nur zwei Zähne 59 und 61 mit ihren beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken des Rotors, und der Zusammenbau von Rotor und Ritzel ist ohne Unterteilung möglich. Es ist zu bewirken, daß sich die Länge des Eingriffs zwischen Rotor und Ritzel, am Umfang des Ritzels gemessen, im wesentlichen über eine ganze Zahl von Zähnen erstreckt. Bei dieser Lösung ist die Anzahl der Winkelstellungen des Rotors, bei denen der Zusammenbau von Rotor und Ritzel möglich ist, gleich der Anzahl der Rippen des Rotors.Positions of the rotor, for example the position shown in FIG. 8, with richer the end 55 of the High pressure side engaged with tkn rotor Tooth 56 just cuts off with the cylindrical circumference of the rotor, the flank 57 of the on the Low-pressure side with the rotor engaged tooth 58 is exposed as a result of the cut. In this Position are only two teeth 59 and 61 with their two flanks in contact with the rib flanks of the Rotor, and the assembly of rotor and pinion is possible without subdivision. It is to cause yourself the length of the engagement between the rotor and the pinion, measured on the circumference of the pinion, essentially over extending an integer number of teeth. With this solution, the number of angular positions of the rotor is in which the assembly of the rotor and pinion is possible, equal to the number of ribs on the rotor.

Anstatt alle Rippen des Rotors abzuschneiden, wie dies in Fig.8 gezeigt ist, kann man nur eine einzige Rippe abschneiden, wie Fig.9 zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist nur die Rippe 62 auf der Niederdruckseite bei 63 abgeschnitten. Es besteht dann nur eine einzige Winkelstellung des Rotors, bei welcher der Zusammenbau von Rotor und Ritzel möglich ist, wobei in dieser Stellung nur zwei Zähne des Ritzels mit ihren beiden Flanken mit Rippenflanken des Rotors in Berührung stehen.Instead of cutting off all the ribs of the rotor, as shown in Fig. 8, you can only cut a single one Cut off the rib as shown in Fig. 9. In this embodiment, only the rib 62 is on top Low pressure side cut off at 63. There is then only a single angular position of the rotor in which the assembly of rotor and pinion is possible, with only two teeth of the pinion in this position their two flanks are in contact with the rib flanks of the rotor.

Die Lösungen, wie sie in F i g. 8 und 9 dargestellt sind, ermöglichen es, gleichzeitig einen hohen Verdichtungsoder Expansionsgrad und eine maximale Förderkapazi- tat zu erzielen. Man kann insbesondere Maschinen realisieren, bei denen in wenigstens einer Winkelstellung des Rotors nur zwei Zähne des Ritzels mit ihren beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken stehen, und in alien Winkelstellungen des Rotors höchstens vier Zähne des Ritzels in Berührung mit Rippenflanken stehen. Man kann auch Maschinen konstruieren, bei denen wenigstens in einer Winkelstellung des Rotors nur drei Zähne des Ritzels mit ihren beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken des Rotors stehen, wobei die Anzahl der im Eingriff befindlichen Zähne in allen Winkelstellungen des Rotors höchstens 5 beträgt.The solutions as shown in FIG. 8 and 9 make it possible to achieve a high degree of compression or expansion and a maximum conveying capacity at the same time. did achieve. In particular, machines can be implemented in which at least one angular position of the rotor only two teeth of the pinion with their two flanks are in contact with the rib flanks, and in all angular positions of the rotor at most four teeth of the pinion in contact with rib flanks stand. One can also construct machines in which at least one angular position of the rotor only three teeth of the pinion are with their two flanks in contact with the rib flanks of the rotor, whereby the number of teeth in mesh in all angular positions of the rotor is at most 5.

Es ist zu bemerken, daß die zuvor angegebene Bedingung (1) unabhängig von der Anzahl der Ripper des Rotors ist. Man kann also diese Zahl so wählen, daf. sich jede Rippe in an sich bekannter Weise über einer Winkelsektor des Rotors erstreckt, der im wesentlicher gleich dem Winkelabsland zwischen /.wei aufeinander folgenden Ritzeln ist. Bekanntlich ermöglicht diese letzte Bedingung die optimale Ausnutzung des zwischer zwei nebeneinunderlicgcnden Rippen enthaltenen Volumens. Der genaue Winkelbereich jeder Rippe kanr unter Berücksichtigung ullgemcin bekannter Überlegungen bestimmt werden, beispielsweise der Tatsache daß es vorteilhaft ist, wenn die Anzahl der Rippen deb Rotors und die Anzahl der Zähne des Ritzels keinen gemeinsamen Teiler haben.It should be noted that the above condition (1) is independent of the number of rippers of the rotor is. So one can choose this number in such a way that. each rib is in a manner known per se over one Angular sector of the rotor extends, which is essentially equal to the angular distance between /.wei each other following pinions. As is well known, this last condition enables optimal utilization of the intermediate two side by side ribs contained volume. The exact angular range of each rib can be determined taking into account known considerations be determined, for example the fact that it is advantageous if the number of ribs deb The rotor and the number of teeth on the pinion do not have a common factor.

Die beschriebenen Maschinen ermöglichen die Erzielung hoher Förderkapazitäten und Kompressionsgrade unter Verwendung von einstückigen Rotoren und Ritzeln, die sich im Betrieb nicht verformen und eine lange Lebensdauer gewährleisten.The machines described make it possible to achieve high conveying capacities and degrees of compression using one-piece rotors and Pinions that do not deform during operation and ensure a long service life.

So sind bei einem zylindrischen oder konischen Rotor mit sechs Rippen, der mit einem Ritzel mit elf Zähnen zusammenwirkt, die Förderkapazität und der Kompressions- oder Expansionsgrad um mehr als 10% gegenüber bekannten Maschinen gleicher Abmessungenerhöht. This is the case with a cylindrical or conical rotor with six ribs, the one with a pinion with eleven teeth cooperates, the conveying capacity and the degree of compression or expansion by more than 10% compared to known machines of the same dimensions.

Insbesondere ermöglicht aber die beschriebene Lösung die Realisierung von Maschinen mit zylindrischen Rotoren, die einen Kompressions- oder Expansionsgrad von mehr als 10 ergeben. Man kann beispielsweise einen Rotor mit acht Rippen und ein Ritzel mit 15 Zähnen verwenden, wovon fünf Zähne gleichzeitig in Berührung mit Rippenflanken des Rotors stehen, und in der Einbaustellung drei dieser Zähne mit ihren beiden Flanken in Berührung mit Rippenflanken stehen. Nach dem Stand der Technik konnten so hohe Kompressionsgrade nur mit konischen Rotoren erhalten werden, die den Nachteil ergeben, daß beträchtliche axiale Schubkräfte erzeugt werden, oder mit Rotoren oder Ritzeln, die aus mehreren Teilen gebildet sind und sich schnell abnutzen. Diese hohen Kompressionsgrade können insbesondere in der Kälteindustrie erwünscht sein.In particular, however, the solution described enables the implementation of machines with cylindrical Rotors that give a degree of compression or expansion greater than 10. One can for example, use a rotor with eight ribs and a pinion with 15 teeth, five of which are teeth at the same time are in contact with the rib flanks of the rotor, and in the installation position three of these teeth with their two flanks are in contact with rib flanks. According to the state of the art, so high Compression degrees can only be obtained with conical rotors, which have the disadvantage that considerable axial thrust forces are generated, or with rotors or pinions, which are formed from several parts and wear out quickly. These high degrees of compression can be particularly desirable in the refrigeration industry being.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

\. Rotary piston machine, in particular compressor or expansion machine, in which, within a stationary housing with inlet and outlet openings, a screw-toothed rotor as a power part and at least one pinion as a shut-off part, the axes of which are skewed to each other, are in meshing engagement that at least in every angular position of the screw-toothed rotor two teeth of the pinion or each pinion on both flanks are in linear contact with the rib flanks of the rotor, characterized in that in at least one angular position of the rotor (1; 11; 12; 23; 48; 52) for at least one straight line (22) , which lies in the plane containing the lines of contact between pinion (5; 13; 24; 49; 53) and rotor, the following relationship at least for part of the area in contact with the rib flanks (18, 19, 21, -31, 33, -34, 35, 41) of the rotor standing portion of the teeth (16,17; 26,32; 36,37,38,39; 56,58,59,61) of the pinion or each pinion he is filled:

single rib (62) of the rotor on the low pressure side is cut off.