DE2108714A1

DE2108714A1 - Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2108714A1
Application number: DE19712108714
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 5600 Wuppertal; Hubrich Christoph Dipl.-Ing. 4723 Neubeckum; Winkelsträter Claus Dipl.-Volksw. 5600 Wuppertal-Barmen. P Bürgener
Original assignee: Gebr Winkelstraeter GmbH
Current assignee: Gebr Winkelstraeter GmbH
Priority date: 1971-02-24
Filing date: 1971-02-24
Publication date: 1972-09-07
Also published as: FR2127729A5; CH537526A; AT314062B; US3817667A; GB1345107A; IT947817B; DE2108714B2

Description

Andrejewslei & Honke Patentanwälte 21 0 8 7 U Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur Anwaltsakte: ₅5 775/Vg- _Dr._,_ng. _{Manfred Ho}nke

Essen, den 5. Januar 1971 Kettwiger Straße 36

Patentanmeldung

Gebr. Winkelsträter GmbH,

Maschinenfabrik,

56 'Wuppertal-Barmen, Breslauer Straße 59

Drehkolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine nach Art eines Rootsgebläses aufgebaute Drehkolbenmaschine, die als Verdränger oder aus als sogenannte Vakuumpumpe arbeiten kann. Solche Drehkolbenmaschinen sind in ihrem grundsätzlichen Aufbau ausgerüstet mit zwei im Maschinengehäuse rotierenden, sich aufeinander abwälzenden, identisch gleichen, in bezug auf eine Längsachse und auf eine Querachse des Profils symmetrischen Drehkolben, die durch Zahnräder miteinander gekuppelt sind und synchron umlaufen. Die Drehkolben sollen sich gegenläufig mit möglichst kleinem Spiel zum Gehäuse und untereinander bewegen. Im allgemeinen ist, in Richtung der Drehkolbenachsen betrachtet, die Umfangsform jeden Drehkolbens bestimmt durch einen verzahnungstechnisch definierten Teilkreis, einen dazu konzentrischen Kopfkreis und einen dazu konzentrischen

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Fußkreis, mit dem Gehäuse wechselwirkenden Abdichtungsflächen am Kopfkreis, Abwälzerhöhungen am Pußkreis sowie innerhalb und außerhalb des Teilkreises liegenden, abwälztechnisch bestimmten Übergangskurven zwischen jweils Abdichtungsfläche und Abwälzerhöhung. Bei den bekannten Ausführungsformen sind, unter Berücksichtigung der verzahnungstechnischen Erfordernisse, die innerhalb und insbesondere die außerhalb des Teilkreises liegenden Übergangkurven zumeist geometrisch einfach bestimmbare Kreisbögen mit außerhalb des Teilkreises liegenden Krümmungsmittelpunkten und verhältnismäßig großen Krümmungsradien, wobei zwischen diesen Kreisbögen und den Abdichtungsflächen bzw. den Abwälerhöhungen zuweilen noch kleine Abrundungskurvenstücke zwischengeschaltet sind. Wünscht man bei solchen Drehkolbenmaschinen ein größeres Fördervolumen, dann muß man eine kleinere Abdichtungsfläche zwischen Drehkolben und Gehäuse in Kauf nehmen, oder aber es wird, wenn man Wert auf bessere Wirkungsgrade legt und deswegen diese Abdichtungsflächen breiter ausgeführt· kissen möchte, das Fördervolumen kleiner. Bei kleineren Abdiehtungsflächen am Kopfkreis entsteht in der verzahnungstechnischen Konstruktion nur eine sehr kleine Abwälzerhöhung am Pußkreis. Diese Abwälzerhöhung am Pußkreis ist wesentlich größer, wenn eine größere Abdichtungsfläche am Kopfkr«is gewünscht wird. Die Gestaltung der Übergangskurven macht in der Praxis die größten Schwierigkeiten, weil die Übergangskurven bei der gegenseitigen Abwälzung der Drehkolben aufeinander schädliche Kammern entstehen lassen, die den Wirkungsgrad ebenso ungünstig beeinflussen wie schlechte Abdichtung, und die außerdem eine starke Geräuschentwicklung verursachen. Die Bildung von schädlichen Kammern kann man durch die schon erwähnten Abrundungskurvenstücke reduzieren aber nie vollständig vermeiden. Im Ergebnis sind bei den Drehkolbenmaschinen der eingangs beschriebenen Gattung Abdichtung und Wirkungsgrad verbesserungsbedürftig. Darüber hinaus ist die Fertigung schwierig, da zahlreiche Flächen sorgfältig und

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toleranzarm mit unterschiedlichen Krümmungsradien bearbeitet werden müssen. -

Im übrigen kennt man eine Drehkolbenmaschine, bei der die Drehkolben eine Umfangsform aufweisen, die innerhalb des Teilkreises von geraden Linien begrenzt ist, welche parallel zur Längsachse des Profils des Drehkolbens verlaufen, während die Umfangsform | außerhalb des Teilkreises verzahnungstechnisch angepaßt ist. Das hat die Gestaltung von Drehkolbenmaschinen der eingangs beschriebenen Gattung bisher nicht beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Drehkolbenmaschine der eingangs beschriebenen Gattung eine Umfangsform für die Drehkolben anzugeben, die zu sehr guter Abdichtung und günstigem Wirkungsgrad bei einfacher Fertigung führt.

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine mit zwei im Maschinengehäuse gegenläufig rotierenden, sich aufeinander abwälzenden, identisch gleichen, in bezug auf eine Längsachse und auf die Querachse des Profils symmetrischen Drehkolben, die durch | Zahnräder miteinander gekuppelt sind, wobei (in Richtung der Drehkolbenachse betrachtet) die Umfangsforra dieses Drehkolbens bestimmt ist durch einen verzahnungstechnisch definierten Teilkreis, einen dazu konzentrischen Kopfkreis und einen dazu konzentrischen Fußkreis mit dem Gehäuse wechselwirkenden Abdichtungsflächen am Kopfkreis, Abwälzerhöhungen am Fußkreis sowie innerhalb und außerhalb des Teilkreises liegenden Übergangskurven zwischen jeweils Abdichtungsfläche und Abwälzerhöhung. Die Erfindung besteht darin, daß die außerhalb des Teilkreises liegenden Übergangskurven aus einem an die betreffende Abdichtungsfläche angeschlossenen Übergangsbogenstück und einem an die innerhalb des Teilkreises liegende Übergangskurve angeschlossenen Übergangsstück besteht, und

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daß das Übergangsbogenstück eine Krümmung mit hauptsächlich in Nähe des Teilkreises bzw. auf dem Teilkreis liegenden Krümmungsmittelpunkt aufweist. Bei der erfindungsgemäßen ümfangsform der Drehkolben ist die Gestaltung der beschriebenen Übergangsstücke unter Berücksichtigung von Breite der Abdichtungsfläche und der Abwälzerhöhungen (Fördervolumen) beliebig. Ohne Schwierigkeiten läßt sich die Anordnung so treffen, daß das Übergangsstück paral-Ie zur Längsachse des Drehkolbens verläuft. Diese Ausführungsform ist fertigungsmäßig besonders einfach und schon aus diesem Grunde für die Erfindung von besonderer Bedeutung. Optimale Verhältnisse in bezug auf Abdichtung und Wirkungsgrad erreicht man dadurch, daß das Übergangsstück exakt als Kreisbogenstück ausgeführt ist und einen auf dem Teilkreis liegenden Krümmungsmittelpunkt aufweist. Zum Zwecke der praktisch vollständigen Vermeidung von schädlichen Kammern lehrt die Erfindung in Kombination zu den beschriebenen Maßnahmen, daß das Übergangsbogenstück einen Krümmungsmittelpunkt aufweist, der im Schnittpunkt von Teilkreis und einer Geraden liegt, welche die Längsachse des .Drehkolbens unter einem Winkel von etwa 45%-im Schnittpunkt von Längsachse und Qerachse schneidet. Verwirklicht man die beschriebene ümfangsform der Drehkolben, so läßt sich immer erreichen, daß die innerhalb des Teilkreises liegende Übergangskurve ebenfalls aus Kreisbogenstücken zusammengesetzt ist, wobei sich ein großes Kreisbogenstück, welches an die Abwälzerhöhungen anschließt, aus abwälztechnischen Bedingungen ergibt, während ein verbleibendes kleineres Kreisbogenstück gleichsam als AbrundungskurvenstUck angeschlossen wird.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind hauptsächlich darin zu sehen, daß eine Drehkolbenmaschine, dren Drehkolben die beschriebene ümfangsforra aufweisen, sich durch sehr gute Ab-

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dichtung und sehr günstigen Wirkungsgrad - bei einfacher Fertigung - auszeichnet. Dabei kann ohne Schwierigkeiten für jede praktische Auslegung eine Optimierung durchgeführt werden. Optimale Abdichtung erreicht man, da erfindungsgemäß während einer Umdrehung viermal gleichsam eine Mantelflächendichtung zwischen den Drehkolben erreicht und außerdem eine sehr große Dichtfläche zwischen Drehkolben und Gehäuse verwirklicht ist, wobei dieser Dichtfläche eine sehr große Breite gegeben werden kann₀ In fertigungstechnischer Hinsicht ist die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine vorteilhaft, weil die Drehkolben mit Hilfe von Schablonen und Profilfräsern leicht hergestellt werden kann. Von besonderem Vorteil ist bei speziellen Abwendungen, daß mit der Breite der Abdichtungsflächen überraschenderweise der Wirkungsgrad besser wird, während gleichzeitig die schädliche Erwärmung beim Arbeiten der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine reduziert wird. Bei der Fertigung kann mit den üblichen oder sogar, wegen der leichteren Fertigung, mit geringeren Toleranzen gearbeitet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; (( es zeigen in schematischer Darstellung

Fig«, 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine,

Fig. 2 in gegenüber der Fig«, 1 wesentlich vergrößerter Darstellung den unteren Drehkolben der Drehkolbenmaschine nach Fig. 1.

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Die in den Figuren dargestellte Drehkolbenmaschine ist nach Art eines Rootsgebläses aufgebaut und arbeitet als Verdränger oder Vakuumpumpe. Sie besitzt zunächst das Maschinengehäuse 1 und zwei darin rotierende Drehkolben 2, die sich aufeinander abwälzen. Die Drehkolben 2 sind identisch gleich ausgeführt und in bezug auf eine Längsachse 3 sowie in bezug auf eine Querachse 4 ihres Profils symmetrisch. Nur angedeutet ist, daß die beiden Drehkolben 2, die synchron aber gegensinnig rotieren, durch Zahnräder 5 miteinander gekuppelt sind.

Insbesondere aus der Pig. 2 entnimmt man, daß, in Richtung der Drehkolbenachse betrachtet, die ümfangsforra jedes Drehkolbens 2 in ihrem grundsätzlichen Aufbau bestimmt ist durch einen verzahnungstechnisch definierten Teilkreis 6, einen dazu konzentrischen Kopfkreis 7 und einen Fußkreis 8. An dem Kopfkrfcis 7 befinden sich die beiden Abdichtungsflächen 9, am Fußkreis 8 die beiden Abwälzerhöhungen 10. Innerhalb und außerhalb des Teilkreises 6 liegen Übergangskurven 11, 12 bzw. 16, 17 zwischen jeweils Abdichtungsfläche 9 und Abwälzerhöhung 10. Erfindungsgemäß ist die Anordnung so getroffen, daß die außerhalb des Teilkreises 6 liegende Übergangskurve 11, 12 aus einem an die betreffende Abdichtungsfläche 9 angeschlossenen Übergangsbogenstüek 11 und einem an die innerhalb des Teilkreises 6 liegende Übergangskurve 16, angeschlossenen Übergangsstück 12 besteht. Das Übergangsbogenstüok 11 besitzt eine Krümmung mit hauptsächlich in Nähe des Teilkreises 6 bzw. auf dem Teilkreis 6 liegendem Krümmungsmittelpunkt 15. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist fernerhin die Anordnung so getroffen, daß das Übergangstück 12 parallel zur Längsachse 3 des Drehkolbens 2 verläuft. Man erkennt insbesondere aus Fig. 2, daß das Übergangsbogenstüek 11 als Kreisbogenstuck ausgeführt ist und einen auf dem Teilkreis l6 liegenden Krümmungsmittelpunkt Ij5 auf-

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weist. Um praktisch jede schädliche Kammer zu vermeiden, ist darüber hinaus die Anordnung so getroffen, daß das Übergangsbogenstück 11 einen Krümmungsmittelpunkt 13 besitzt, der im Schnittpunkt des Teilkreises 6 mit einer Geraden 14 liegt, welche die Längsachse 5 des Drehkolbens 2 unter einem Winkel 15 von etwa 22° im Schnittpunkt von Längsachse 3 und Querachse J 4 des Profils schneidet. Anders ausgedrückt liegt der Krümmungs- " mittelpunkt I3 im Schnittpunkt von Teilkreis und einer Geraden, die parallel zum Kurvenstück 12 verläuft (wenn das Kurvenstück 12 keine Gerade sondern ein Kreisbogen ist, muß sinngemäß der zweite geometrische Ort ein konzentrischer Kreis zu diesem Kurvenstück 12 sein) und von diesem um die Differenz zwischen dem Kopfkreis-Radius und dem Teilkreis-Rdius entfernt ist. Auch die innerhalb des Teilkreises 6 liegende Übergangskurve 16, I7 ist aus Kreisbogenstücken zusammengesetzt, wobei das größere Kreisbogenstück 16 abwälztechnisch definiert ist und das kleinere Kreisbogenstück 17 gleichsam als Abrundungskurvenstück angeschlossen ist, das auch aus zwei Kreisbogenstücken bestehen kann. d

Ansprüche;

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Claims

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Ansprüche :

1WDrehkolbenmaschine mit zwei im Maschinengehäuse rotierenden., sich aufeinander abwälzenden, identisch gleichen, in bezug auf eine Längsachse und auf eine Querachse des Profils symmetrischen Drehkolben, die durch Zahnräder miteinander gekuppelt sind, wobei die Umfangsform jedes Drehkolbens bestimmt ist durch einen Teilkreis, einen Kopfkreis und einen Pußkreis mit Abdichtungsflächen am Kopfkreis, Abwälzerhöhungen am Pußkreis sowie innerhalb und außerhalb des Teilkreises liegenden Übergangskurven zwischen jeweils Abdichtungsfläche und Abwälzerhöhung, dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb des Teilkreises (6) liegenden Übergangskurven (11, 12) aus einem an die betreffende Abdichtungsfläche (9) angeschlossenen Ubergangsbogenstück (11) und einem an die innerhalb des Teilkreises (6) liegende Übergangskurve (l6, 17) angeschlossenen Übergangsstück (12) bestehen, und daß das Ubergangsbogenstück (ll) eine Krümmung mit hauptsächlich in Nähe des Teilkreises (6) bzw. auf dem Teilkreis (6) liegenden Krümmungsmittelpunkt (lj5) aufweist.

2) Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsstück (12) parallel zur Längsachse (j5) des Drehkolbens (2) verläuft.

j5) Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ubergangsbogenstück (11) als Kreisbogenstück ausgeführt ist und einen auf dem Teilkreis (ü) liegenden Krümmungsmittelpunkt (IJ) besitzt.

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4) Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsbogenstück (11) einen Krümmungsmittelpunkt (IJ) aufweist, der im Schnittpunkt des Teilkreises (6) mit einer Geraden (14) liegt, welche die Längsachse (3) des Drehkolbens (2) unter einem Winkel von etwa 45%im Schnittpunkt von Längsachse (3) und Querachse (4) schneidet.

5) Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Teilkreises (6) liegenden Übergangskurven (l6, 17) ebenfalls aus Kreisbogenstücken zusammengesetzt sind.

PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke

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