DE2237297B2

DE2237297B2 - Geschraenktachsige rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2237297B2
Application number: DE19722237297
Authority: DE
Inventors: Bernard Neuilly sur Seine Hauts de Seine Zimmern (Frankreich)
Original assignee: Omphale SA, Suresnes, Hauts de Seine (Frankreich)
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1973-08-16
Also published as: FR2148677A5; GB1390085A; DE2237297A1; JPS4827303A; JPS534243B2; DE2237297C3; NL170765C; NL7210511A; US3788784A; SE384561B; NL170765B; IT965090B; SU908255A3

Description

Die Erfindung betrifft eine geschränktachsige Rotationskolbenmaschine als Verdichter, Pumpe oder Expansionsmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem mehrere Gewindegänge aufweisenden Schraubenrotor und mindestens einem zahnradartigen Absperrteil aus Metall innerhalb eines Gehäuses, das im Bereich der axialen Enden des Schraubenrotors Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Arbeitsmedium hat.

Maschinen dieser Art sind z. B. in der deutschen Patentschrift 1426 072 beschrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maschinen aus folgenden Gründen problematisch sied:

Erstens ist in bestimmten Fällen ein schneller Verschleiß der Zahnflanken des Absperrteils bei Berührung mit den Gewindegängen des Schraubenrotors festgestellt worden. Diese Erscheinung ist zieirlich überraschend, da das Abspenteil keiner Bremskraft ausgesetzt ist und sich in den Gewindegangen des Schraubenrotors völlig frei bewegen kann. Diese Erscheinung tritt insbesondere bei Verdichtern auf, obwohl diese eine ölschmierung aufweisen, und sie verstärkt sich noch, wenn eine Schmierung mit Wasser verwendet wird, was insbesondere für die Erzeugung von ölfreier Druckluft von Interesse ist. Zweitens ist der Lärmpegel bei diesen Maschinen ziemlich hoch. Ein Verdichter oder eine Vakuumpumpe, deren Durchsatz ungefähr 40001/min beträgt, erzeugt einen Lärmpegel, der in einem Meter ao Abstand im Bereich von etwa 85 bis 90 Dezibel liegt. Aus der USA.-Patentschrift 2 530 Ί«~ι i<=t e« bekannt, bei einer Zahnradpumpe die Zähne mit einer Umhüllung aus einem schmiegsamen und verhältnismäßig elastischen Material zu versehen, die die Flanken der Zähne vollständig umhüllt.

Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die Verwendung einer solchen Umhüllung bei einer Rotationskolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art den schnellen Verschleiß der sich drehenden Teile nicht verhindern kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Rotationskolbenmaschine den Verschleiß weitestgehend auszuschalten, und den Lärmpegel erheblich zu vermindern, das heißt auf etwa i0 bis 15 Dezibel.

Diese Aufgabe wird bei einer Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens ein Teil der dem Arbeitsmedium zugewandten Fläche des Absperrteils mit einem Kunststoffüberzug bedeckt ist derart, daß die die aus Metall bestehenden Zähne des Absperrteil bedeckenden Teile des Kunststoffüberzugs um soviel breiter als die Zähne sind, als sie die Gewindegänge des Schraubenrotors berühren und dadurch eine Berührung derselben durch die Metallzähne des Absperrteils verhindern.

Die so ausgestaltete Rotationskolbenmaschine hat den Vorteil, daß sie außerordentlich leise arbeitet, und zwar bei einem Lärmpegel unterhalb von 15 Dezibel und keinerlei Verschleißerscheinungen zeigt. Außerdem neigt ein etwa durch heftiges Abbremsen des Absperrteils künstlich hervorgerufener Verschleiß nicht dazu, sich nach Wegfall der Bremswirkung zu verstärken, sondern sich im Gegenteil zu stabilisieren. Diese Erscheinung läßt sich wie folgt erklären. Das mit dem Schraubenrotor in Eingriff stehende Absperrventil stellt eine bewegliche Einrichtung dar, deren Drehung nur durch die vernachlässigbar geringe Reibung der Lager gebremst wird. Das Absperrteil verhält sich also wie ein leerlaufendes Getriebe und kann in Schwingungen um seine mittlere Lage innerhalb der Gewindegänge des Schraubenrotors geraten, wobei die Schwingungen durch Winkelbeschleunigungen und -Verzögerungen gekennzeichnet sind und die Zahnflanken auf der einen oder anderen Seite gegen die Gewindegänge anschlagen. Diese Hypothese stützt sich auf die Erscheinung von Freßspuren auf beiden Flanken der Gewindegänge

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η f Schwingungen selbst können durch geringe geometrische Herstellungsfehler der Maschine herdreht und auf

_{des Arbeitsme}diums züge-

S -geigen werden, daß allein der ststoffteü um seine mittlere Lage schwingt, wosch der Metallteil wie der Kunststoff! mit angebracht der aus emem
Kunststoff besteht. Der ÜbenugSisJ

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von Schwingungen derselben Amplitude betragt. Kunststoffüberzug 9

Weiterhin kann die Oberfläche der dem Druck des da er be.m Abheben mit d«^*ne _ßetrieb

" Vorzugsweise ist der Kunststoffüberzug durch eine sehen _Millimeter

S£ d£ Si» vollko™ festem^1HeU

^verb;^UmlC h' ^ZClit0'^C"- ^Ul~ " "~ "

Äinaus kann das Absperrteil mindestens einen Stift aufweisen, der in eine in dem Kunststoff-Überzug ausgebildete Aussparung hineinragt und kann zwischen dem Stift des Absperrteil* und den Wänden der Aussparung des Kunststoffuberzugs eine ehsU^che Verbindung in Form eines Rings angeord-„cf sein Dadurch kann die Winkelverschiebung des Kunststoffüberzugs um seine mittlere Lage mit großer Genauigkeit festgelegt werden. Entsprechend eine weiteren Ausgestaltung weisen die die Zahne des A perrteils bedeckenden Teile des Überzugs e.nen Bereich schwächeren Querschnitts auf. wöbe, dieser Bereich sich in einem Abstand von dem Bereich befindet, der mit den Gewindegängen des Schraubenrotors in Berührung kommt.

Der Erfindungsgegenstand wird im olgenden an Hand von beispielsweisen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es

3°

li_g. 1 eine erste Ausführungsform des mit emem überzue versehenen Absperrteils im Axialschnitt, F i gT2 eine Draufsicht auf das m F , g. 1 darge-

^^S^ eines Absperrteil-Zahns längs

?£ n^Xbwandiung der in den Fig. 1 bis 3 dar_aes^gtemen Ausführungsform im Schnitt,

F i _e. 5 eine zweite Ausführungsform des mit emem übe A versehenen Absperrteils im Ax.alschnitt.

Fi g 6 eine teilweise Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführung des Überzugs des Absperrtet ^Μ?ΐΐ !f eme^rspektivische Teilansicht einer abge^ wandelten Ausführungsform des Absperrtet nach Fic 5 mit seinem Überzug.

Fig. 1 zeiat einen Axialschnitt einer ersten Aus- ] t^SSrrteilS und

^ Schraubenmuttern und ähnliches, starr nutcin-n- *5 der zu verbinden. _{aus F ; g}. ^

F . - zeigt α / _{des aus} Kunststoff

F . g. ^ zeigt ^ Metall bestehenden

ϊ£ f ^n ι _Absperrte,ls.

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^te'l»/;^^a _a^_n ^S^£^benachbarter Gewindezischen den FlanUn _rotors. ^ zum

gJ^J^J^ _aus Metall bestehenden Zahne Se ^LD^^ra ^,,„<.,,._toffüberzue 9 ausgebildeten Teile, wie indem Kunststoff!überzug ^vMOm* und bee£a9 «- ^^{d br}^ . _unterschiedlich geneigten setzen F anken η ^ _{ft 13} ^ _h

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ciewindeEänee des Schraubenrotors bei der Drehung G^egan^e _Schraubenrotor anzupassen,

des Absperric _& ^^^ _{den h}

Die Schnrttl.n ^^ entsprechen den^Beruh-

_{mcrschicds zwisc}hen den axis _Zähncn 5 _fl und d»

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leicht verschieben. _{5 £l} sind wesentlich stärker aus_{ffzähne 9 fl}. _{da S1C} den Druck _{mcn< wUhre d dic} Kunst-

st ojihne nur

^₁₇^_m^_hmesser. das 11 Zähne von 25 mm ™" ^ _Länce aufweist, die Dicke des

6o Brctc und 3J mm _{Zahnfuß und ctw 6}

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seiner mittleren Lage von etwa 0,2 bis 0,3 mm. Gemäß der Erfindung sollen die Mittel zur Verbindung zwischen dem metallischen Absperrteil 5 und dem elastischen Überzug 9 so sein, daß sie dem Überzug eine geringe Verschiebung um seine mittlere Lage gegenüber dem metallischen Absperrteil erlauben.

Diese Verschiebung kann allein durch die Flexibilität des Kunststoffs erzielt werden. Bei Verwendung von Kunststoffen wie etwa Polyamid 11 oder von Materialien, die aus mit Phenolharzen überzogenen Baumwoll- oder Asbestschichten bestehen, ist eine seitliche Verschiebung des Kunststoffteils gegenüber der metallischen Unterlage festgestellt worden, die bei seitlicher Krafteinwirkung von einigen Kilopond ein Zehntel Millimeter erreicht.

Die Winkelverschiebung des Kunststoffüberzugs und die RücksleUkräftc um seine mittlere Lage können, was allerdings zur Erzielung der obengenannten Ergebnisse nicht unbedingt notwendig ist, mit größerer Genauigkeit festgelegt werden, wenn zwischen ao dem Kunststoffüberzug und dem Metallabsperrteil eine elastische Verbindung angeordnet ist, wie sie in F i g. 4 beispielsweise dargestellt ist.

Nach dieser abgewandelten Ausführungsform weist der Stift 10 α einen Kopf 19 mit einer Zylinderfläche as 22 auf, die mit einer Rille versehen ist, in der sich als elastische Verbindung 20 aus elastischem Material, etwa Gummi, befindet, der in der im Kunststoffüberzug 9 ausgebildeten Aussparung 21 zur Anlage kommt.

Diese Anordnung gestattet die Beeinflussung der Rückstellkraft über die Dicke des Rings und das Maß seiner Zusammendriickung, das durch den Unterschied zwischen dem Durchmesser der Zylinderflache 22 des Stifts und dem Durchmesser der Aussparung 21 bestimmt ist.

Die Durchmesser können so gewählt sein, daß im Fall einer zufälligen Zerstörung des Rings die maximale Winkelverschiebung der Kunststoffteile kleiner ist als der Rücksprung zwischen den Flanken 13 der Kunststoffteile und den Flanken 16 der Metallzähne, so daß die Metallzähne niemals mit den Gewindegängen des Schraubenrotors in Berührung kommen.

Die F i g. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die bei Absperrteilen Anwendung findet, deren Zähne auf einem Zylinder angeordnet sind.

In dem in F i g. 5 dargestellten Gehäuse 23 dreht sich ein nicht dargestellter Schraubenrotor in Richtung des Pfefls 25 um die Achse 24.

Ein Absperrteil 27 aus Metall dreht sich über die

Nadellager 29 und 30 um die im Gehäuse 23 gehaltene Welle 28 mit der Achse 26.

Nach dieser Ausführungsform, bei der der Druck auf die durch die Zähne des Absperrteils gebildete Innenfläche des Zylinders einwirkt, ist im Inneren des Absperrteils 27 ein Kunststoffüberzug 31 angebracht und mit diesem durch einen Stift 32 verbunden. Bei dieser Art von Absperrteil wird ebenfalls ein Verschleiß und ein hoher Lärmpegel festgestellt, wenn das Absperrteil ein mit einem Kunststoffüberzug versehenes Metallteil ist. Dagegen wird eine erhebliche Verminderung des Lärmpegels und des Verschleißes festgestellt, wenn das Metallabsperrteil und der Kunststoffüberzug erfnidungsgemäß elastisch verbunden sind.

Die Erscheinung tritt hier noch stärker auf, da entsprechend der Masse die Trägheit dieses Absperrteiltyps viel größer ist als bei dem vorstehend beschriebenen ebenen Absperrteil.

Bei Verdichtern, bei denen die Absperrteile nicht die innere, sondern die äußere Fläche des durch die Zähne gebildeten Zylinders dem Druck zuwenden, ist die Lage des Absperrteils aus Metall zu dem Kunststoffüberzug umgekehrt, so daß sich also der Überzug an der Außenfläche und nicht an der Innenfläche des Absperrteils befindet.

Zwischen dem Kunststoffüberzug 31 und dem Metallabsperrteil kann eine elastische Verbindung vorgesehen sein, die beispielsweise aus einem Ring besteht, wie er in F i g. 4 für ebene Absperrteile beschrieben worden ist.

Wenn die Verschiebung zwischen dem Metallabsperrteil und seinem Überzug allein durch die Flexibilität des den Überzug bildenden Kunststoffs gewährleistet ist. kann diese Flexibilität gesteigert werden, indem am Fuß der Teile des Kunststoffüberzugs ein Bereich verengten Querschnitts geschaffen wird, wie F i g. 6 für einen überzug eines ebenen Absperrteils und F i g. 7 für einen überzug eines Absperrteils mit zylindrischer Verzahnung zeigt.

Die Teile 9 α bzw. 31 α weisen in der Nähe ihres Fußes Einkerbungen 51 bzw. 61 auf, die Bereiche 52 bzw. 62 mit einem Querschnitt festlegen, der schwächer ist als der Querschnitt der angrenzenden Bereiche der Zahne. Die schwächeren ^Querschnitte 52 bzw. 62 befinden sich in einem Abstand von dem Abschnitt der Zähne, der mit den Gewindegänaeri des Schraubenrotors in Eingriff steht, und erhöher die Verschiebung der Zähne unter Einwirkung emei bestimmten seitlichen Kraft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geschränktachsige Rotationskolbenmaschine als Verdichter, Pumpe oder Expansionsmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem mehrere Gewindegänge aufweisenden Schraubenrotor und mindestens einem zahnradartigen Absperrteil aus Metall innerhalb eines Gehäuses, das im Bereich der axialen Enden des Schraubenrotors Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Arbeitsmedium hat, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der dem Arbeitsmedium zugewandten Fläche des Absperrteils (5, 27) mit einem Kunststoffüberzug (9, 31) bedeckt ist, derart, daß die die aus Metall bestehenden Zähne (5 a, 27 a) des Absperrteils bedeckenden Teile (9 a, 31 a) des Kunststoffüberzugs um so viel breiter als die Zähne (5 α, 27 α) sind, als sie die Gewindegänge (14 a, 14 b) des Schraubenrotors berühren und d.idurch eine Berührung derselben durch die Mi-tallzähne (5 α, 27 α) des Absperrventils verhindern.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der dem Druck des Arbeitsmediums ausgesetzten Teile (9 a) des Überzugs (9) in einer Ebene li'^gt.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der dem Druck des Arbeitsmediums ausgesetzten Teile (31 a) des Überzugs (31) auf einem Zylinder liegt.

4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffüberzug (9, 31) durch eine elastische Verbindung (20) auf dem Absperrteil (5, 27) angebracht ist.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrteil (5, 27) mindestens einen Stift (10, 10 a, 32) aufweist, der in eine in dem Kunststoffüberzug (9, 31) ausgebildete Aussparung (21) hineinragt, und daß zwischen dem Stift (10, 10 a, 32) des Absperrteils und den Wänden der Aussparung des Kunststoffüberzugs eine elastische Verbindung (20) in Form eines Rings angeordnet ist.

6. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zähne (5 α, 27 α) des Absperrteils (5, 27) bedeckenden Teile (9 a, 31 α) des Überzugs (9, 31) einen Bereich schwächeren Querschnitts (52, 62) aufweisen, wobei dieser Bereich sich in einem Abstand von dem Bereich befindet, der mit den Gewindegängen (14 α, 14 b) des Schraubenrotors in Berührung kommt.