DE2429856C2

DE2429856C2 - Parallel- und auDenachsige Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2429856C2
Application number: DE2429856A
Authority: DE
Inventors: Robert Arthur Springfield Vt. Ingalls
Original assignee: Joy Manufacturing Co
Current assignee: Joy Manufacturing Co
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1974-06-21
Publication date: 1983-10-06
Also published as: DE2429856A1; FR2238065B1; SE411242B; SE7408363L; CH606771A5; FI197374A; FR2238065A1; JPS5037014A; CA1027910A; IT1016166B; GB1438225A

Description

Bei der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschi-

ne bestehen somit die Flanken der Rotoren praktisch vollständig aus Evolventen und Kreisbögen, was zu der angestrebten wirtschaftlichen Hersteübarkeit führt. Di'.rch die erfindungsgemäße Anordnung von Dichtleisten und Dichtnuten, die in relativ einfacher Weise herstellbar sind, wird die angestrebte Dichtung zwischen den Rotoren gewährleistet

Die Erfindung schafft zugleich die Voraussetzung für ein konstengünstiges Herstellungsverfahren der Rotoren. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe ίο eines Zahnrad-Formgebungsverfahrens zur Herstellung von Abroll- jnd Kreisprofiiflanken Flanken aus gehärtetem Stahl gefertigt werden, und daß die Abrollprofilflanken mit Zahnradmeßverfahren sowie die verbleibenden Profilflanken mittels Mikrometer- '*> messung ausgemessen werden.

Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, daß unter Einsatz des Abwälzfräsverfahrens Rotoren mit gleichen Flanken hergestellt werden, die mit nach Anspruch 2 als Standardrotoren hergestellten Rotoren zum Vergleich gepaart werden.

Mit Hilfe dieser beiden Weiterbildungen der Erfindung ist es somit möglich, die Oberflächen oder Flanken der Rotoren genau auszumessen und diese mithin genau zu überprüfen, so daß das bisherige Erfordernis der paarweisen Zuordnung von Schraubenrippenrotor und Schraubennutenrotor während der Lagerung und Montage in Wegfall kommen kann. Auch ist es auf Grund der Erfindung dann nicht mehr erforderlich, die Rotoren jeweils paarweise auszutauschen, selbst wenn 3<> nur einer der beiden Rotoren beschädigt ist. Es genügt ein Austausch dieses beschädigten Rotors. Schließlich können unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens maßgenaue Standard- oder Vergleichsmodelle hergestellt werden, die dann gegen die laufende ^ Produktion verglichen werden können.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 einen teilweisen Querschnitt längs der Rotationsebene eines Schraubenrippenrotors einer Rotationskolbenmaschine,

F i g. 2 einen teilweisen Querschnitt längs der Rotationsebene eines Schraubennutenrotors einer Rotationskolbenmaschine und

Fig.3 einen Querschnitt längs der Rotationsebene eines Rotorpaares einer Rotationskolbenmaschine.

In den Fig. 1 und 2 sind die Querschnitte der Schraubenwindungen von Rotoren gezeigt. Der Schraubenrippenrotor ist mit 10, der Schraubennutenrotor mit ">" 12 bezeichnet. Die Nummern 14 und 16 bezeichnen den Roll- bzw. Grundkreis des Schraubenrippenrotors 10, die Nummern 15 und 18 den Roll- bzw. Grundkreis des Schraubennutenrotors 12. Nach Festlegung der Zahndicke des Schraubennutenrotors 12 am Rollkreis 16 ^r" werden mit Hilfe des Grundkreises 18 die Abrollkurven oder Evolventen konstruiert. Diese Bögen sind längs des Rollkreises 15 durch die gewünschte Zahndicke voneinander getrennt angeordnet und reichen von wenig außerhalb des Rollkreises 15 nach innen bis wenig t>c außerhalb des Grundkreises 18, wie von den Punkten 20 bis 21 der Hinterkante des Zahnes des Schraubennutenrotors 12 (die Drehrichtung ist durch den spitzen Pfeil 19 angezeigt) und von den Punkten 22 bis 23 auf der Vorderkante desselben Zahnes. (Die Beschreibung geht ^⁵ davon aus, daß der Schraubennutenrotor 12 sechs Zähne 13 und der Schraubenrippenrotor 10 vier Zähne 11 aufweisen soll.) Die Kopfflanke jedes Zahnes 13 des Schraubennutenrotors 12, wie im Bereich des Punktes 25, wird am Kopfkreis 26 gebildet, nachdem sie durch Entfernung von Material im Bereich der Oberfläche im Durchmesser derart reduziert wurde, daß eine Dichtleiste 27 entsteht

Der 7ahn 11 des Schraubenrippenrotors 10 wird auf ähnliche Weise entwickelt Eine Evolvente mit einer Hinterkante 30 (die Drehrichtung ist durch einen spitzen Pfeil 29 gezeigt), die von dem Grundkreis 16 des Schraubenrippenrotors abgewickelt wird, wird von einem Punkt 31 etwas innerhalb des Rollkreises 14 gelegen, zu einem Punkt 32 hin konstruiert, der im wesentlichen am Kopfkreis 17 liegt, mit der Ausnahme, daß eine Kopffläche 33 ähnlich der äußeren Kopffläche 25 des Schraubennutenrotors 12 derart bearbeitet wird, daß eine etwas erhöhte Dichtleiste 32 entsteht

Sind Dicke und Zahnlückenweite der Zähne des Schraubennutenrotors 12 festgelegt, ist auch die Dicke des Zahnes des Schraubenrippenrotors 10 an der Abrollinie bestimmt Es wird von diesem Punkt ausgehend mit umgekehrter Krümmung wie die Hinterkante 30 eine Abroiifläche entwickelt, und zwar von dem etwas innerhalb des Rollkreises 14 gelegenen Punkt 34 bis zu dem sich wesentlich oberhalb des Rollkreises 14 befindlichen Punkt 35.

Da festgelegt wurde, daß vier Zähne 11 am Schraubenrippenrotor 10 vorhanden sein sollen, und da die Zahndicke an der Abrollinie jetzt bekannt ist, kann die Hinterflanke und der Fußteil der Vorderflanke aller vier Zähne 11 des Schraubenrippenrotors 10 entwickelt werden. Durch Drehung des Schraubennutenrotors 12 und Verwendung eines Teilstücks mit echtem Radius wie vom Punkt 21 zum Punkt 44, ist es jetzt auch möglich, das Profil des Zahnes 11 vom Punkt 36 der vorderen Kante der abgeflachten Fläche 33 bis hin zum Punkt 35 am äußeren Teil des gewünschten Abrollabschnitts des Zahnes 11 zu konstruieren. Das wird die mit echtem Radius mit der Länge des Teilstücks 21 bis 44 des Zahnes 12 beschriebene Hüllkurve ausfüllen. Solch eine epizyklische Erzeugungskurve ist jedoch nicht zu dimensionieren. Deshalb wird unter Verwendung von Punkten der Erzeugungskurve ein Zentrum am Punkt 38 gefunden, das zu einen kreisförmigen Bogen von Punkt 36 bis Punkt 37 führt, welcher die erzeugte Fläche gut approximiert, während er gleichzeitig die Vorteile einer kreisförmigen Profilfläche bietet, die darin bestehen, daß sie dimensionierbar ist, leicht bearbeitet und überprüft werden kann und daß die Bildung von Taschen beim Zusammenwirken mit dem Schraubennutenrotor 12 vermieden wird.

Ein kurzer Teil der Vorderflanke des Zahnes 11 kann unter Verwendung des Zentrums 38 erzeugt werden. Mit Hilfe von Standardverfahren kann aber das Zentrum 39 angegeben werden, von dem aus der Teil der Vorderflanke des Zahnes 11 vom Punkt 37 zu dem Punkt 36 beschrieben werden kann. Der Teil des Schraubennutenrotors 12, der wie bei 27 und 25 am Außendurchmesser liegt, liefert zusammen mit dem bekannten Abstand vom Zentrum die Maße für die Fußfläche 40 des Schraubenrippenrotors 10 mit einer Drehnut 41, die mit der Dichtleiste 27 zusammenpaßt. Diese Dichtnut 41 ist in jede der Fußflächen 40 vorgesehen, um eine bestmögliche Abdichtung zwischen den zusammenwirkenden Rotationskolben zu ergeben,siehe Fig. 3.

Der restliche Teil des Profils des Zahnes 13 des Schraubennutenrotors 12 wird auf ähnlicher Weise einwickelt, und zwar, indem Punkte auf dem Zahn 11 des

Schraubenrippenrotors 10 dazu benutzt werden, die vom Punkt 23 bis zum Punkt 44 reichende Fläche zu erzeugen. An dieser Stelle kann jedoch derselbe Einwand gegen Erzeugungsflächen erhoben werden. Es werden deshalb gemäß der Erfindung Kreisbögen aneinandergepaßt, die eine erzeugte Fläche gut approximieren und dennoch leicht bearbeitet und ausgemessen werden können, und die auch sonst gegenüber der normalerweise für diesen Abschnitt verwendeten epizyklischen Kurve Vorzüge haben. Der Teil des Profils von Punkt 21 bis Punkt 44 ist ein Kreisbogen mit dem Zentrum 45, welches außerhalb des Kopfkreises 26 liegt. Dieser Punkt wird mit Hilfe einer herkömmlichen Methode gefunden, indem man drei Punkte auf der gewünschten Kurve benutzt. In gleicher Weise wird der Teil der Oberfläche von Punkt 44 bis zum Punkt 46 konstruiert, und zwar als Kreisbogen mit dem Zentrum 47, während der Teil der Kurve von Punkt 46 bis 23 in gleicher Weise ein Kreisbogen mit dem Zentrum 48 ist.

Es sollte angemerkt werden, daß die Enden der Evolventen wie bei den Punkten 31 und 34 (Zahn 11) und 20 und 22 (Zahn 13) in entsprechender Weise durch Kreisbogenstücke an die konzentrischen Teilstücke 40 und 25 angeschlossen werden, um plötzliche Richtungsänderungen an den Oberflächen zu vermeiden.

Sowohl der Schraubenrippen- als auch der Schraubennutenrotor 10, 12 werden somit vollständig ohne Zuhilfenahme epizyklischer Flächen beschrieben, und alle diese Oberflächen können mittels einfacher Bearbeitungsverfahren hergestellt und auf Genauigkeit ^r> während der laufenden Produktion überprüft werden, wie dies bei Erzeugungsoberflächen nicht möglich ist.

Unter Hinweis auf F i g. 3 soll angemerkt werden, daß die Stellen engsten Kontaktes, wie bei 50 und 51, der Rotoren 10 und 12, ganz dicht in der Nähe der

in Rollkreise 14 und 15 liegen. Man erkennt auch, daß die beiden Rotoren 10, 12 im wesentlichen aufeinander abrollen, so daß selbst im Falle einer Oberflächenberührung praktisch keine Beschädigung eintreten kann, da sich die Oberflächen nur sehr langsam, wenn überhaupt, relativ zueinander bewegen. Solch eine wechselseitige Wirkung ist einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung.

Da es eine Eigenschaft von Abrollkurven ist, daß ein zum Grundkreis tangentiales Teilstück eine gerade Linie ist, ist es möglich, die Rotoren 10,12 durch Härten und Fräsen zu bearbeiten und so dauerhafte Standardrotoren herzustellen, gegen welche Rotoren aus der laufenden Produktion als Gegenstück angepaßt werden können, ohne daß die Notwendigkeit bestünde, zugeordnete Paare herzustellen, wie das bei den früheren Herstellungsprozessen der Fall war.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Parallel- und außenachsige Rotationskolbenmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor, dessen konvexe Rippen im wesentlichen außerhalb seines Teilkreises liegen, und einem Schraubennutenrotor, dessen Ndten im wesentlichen innerhalb seines Teilkreises liegen, wobei die vorlaufenden Flanken der Rippen des Schraubenrippenrotors im Fußbereich von einer Evolvente und ι ο im daran anschließenden Bereich von Kreisbogenabschnitten mit unterschiedlichen Krümmungsradien gebildet sind und die nachlaufenden Flanken der Rippen des Schraubenrippenrotors durchgehend eine Evolvente aufweisen, und wobei die nachlaufenden Flanken der Nuten des Schraubennutenrotors im Kopfbereich von einer Evolvente und im daran anschließenden Bereich von Kreisbogenabscnnitten mit unterschiedlichen Krümmungsradien gebildet sind und die vorlaufenden Flanken der Nuten des Schraubennutenrotors im Kopfbereich eine Evolvente aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die vorlaufenden Flanken der Nuten des Schraubennutenrotors (12) sind von an die Evolvente (22 bis 23) im Kopfbereich anschließenden Kreisbogenabschnitten (23 bis 44) gebildet und

b) die Rippen des Schraubenrippenrotors (10) und die Stege des Schraubennutenrotors (12) weisen in ihren achsfernen Bereichen achsparallele Dichtleisten (27,32) auf, wobei in den achsnahen Bereichen des Schraubenrippenrotors (10) die Dichtleisten (27, 32) der Stege entsprechende Dichtnuten (41) vorgesehen sind.

2. Verfahren zur Herstellung der Rotoren für eine Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Zahnrad-Formgebungsverfahrens zur Herstellung von Abroll- und Kreisprofilflanken der Rotoren Flanken aus gehärtetem Stahl gefertigt werden und daß die Abrollprofilflanken mit Zahnradmeßverfahren sowie die verbleibenden Profilflanken mittels Mikrometermessung über Präzisionskugeln ausgemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter Einsatz des Abwälzfräsverfahrens Rotoren gleicher Profile hergestellt werden und daß diese Rotoren mit solchen nach Anspruch 2 als Standardrotoren hergestellten Rotoren zum Vergleich gepaart werden.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Parallel- und außenachsige Rotationskolbenmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor, dessen konvexe Rippen im wesentlichen außerhalb seines Teilkreises liegen, und einem Schraubennutenrotor, dessen Nuten im wesentlichen innerhalb seines Teilkreises liegen, wobei die vorlaufenden Flanken der Rippen des Schraubenrippenrotors im Fußbereich von einer Evolvente und im daran anschließenden Bereich von Kreisbogenabschnitten mit unterschiedlichen Krümmungsradien gebildet sind und die nachlaufenden Flanken der Rippen des Schraubenrippenrotors durchgehend eine Evolvente aufweisen, und wobei die nachlaufenden Flanken der Nuten des Schraubennutenrotors im Kopfbereich von einer Evolvente und im daran anschließenden Bereich von Kreisbogenabschnitten mit unterschiedlichen Krümmungsradien gebildet sind und die vorlaufenden Flanken der Nuten des Schraubennutenrotors im Kopfbereich eine Evolvente aufweisen.

Rotationskolben- oder Schraubenrotormaschinen umfassen im allgemeinen ein Gehäuse mit dem Arbeitsvolumen und Hoch- und Niederdruck-Aus- bzw. -Einlaßöffnungen sowie mindestens zwei sich schneidende Bohrungen mit parallelen Achsen, außerdem die Rotationskolben, nämlich die Schraubenrippenrotoren und Schraubennutenrotoren, die auch als männliche und weibliche Rotoren bezeichnet werden, mit von Schraubenwindungen gebildeten Gebieten und dazwischenliegenden Einbuchtungen mit einem Umhüllungswinkel von weniger als 360°. Bei einem Schraubenrippenrotor ist von jedem solchen Gebiet und jeder solchen Einbuchtung mindestens der größere Teil außerhalb des Rollkreises des Rotors angeordnet. In der Regel weist jedes Gebiet oder jeder Zahn zwei konvexe Flanken auf, die demgemäß außerhalb des Rollkreises liegen. Bei den Schraubennutenrotoren liegt hingegen jedes Gebiet und jede Einbuchtung mindestens zum größeren Teil innerhalb des Rollkreises. Seine Zähne weisen im wesentlichen konkave Flanken auf, die dann innerhalb des Rollkreises vorgesehen sind.

Ein grundlegendes Problem bei der Herstellung von Rotationskolbenmaschinen besteht darin, wirtschaftlich herstellbare Verzahnungen der ineinander eingreifenden Rotationskolben zu schaffen. Bei dem älteren Recht DE-PS 22 34 777 schlägt der Vorerfinder in dieser Hinsicht vor, die Flanken der Schraubenwindungen der Rotoren im wesentlichen aus Evolventen und Kreisbögen aufzubauen. Die vorlaufenden Flanken des Schraubennutenrotors weisen jedoch nichtsdestoweniger eine Zykloide auf, die bekanntermaßen auf Zahnradfräsmaschinen vergleichsweise schwierig herzustellen ist. Die Zykloide ist beim Gegenstand des älteren Rechtes vorgesehen, um eine nicht unterbrochene Dichtungslinie zwischen den beiden Rotoren zu erhalten und so eine wirtschaftliche Arbeitsweise des Verdichters zu gewährleisten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auch die Flanken des Schraubennutenrotors auf vergleichsweise einfache Weise maschinell hergestellt werden können, wobei dennoch eine befriedigende Dichtung zwischen den ineinander eingreifenden Rotationskolben gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst:

a) die vorlaufenden Flanken der Nuten des Schraubennutenrotors sind von an die Evolvente im Kopfbereich anschließenden Kreisbogenabschnitten gebildet und

b) die Rippen des Schraubenrippenrotors und die Stege des Schraubennutenrotors weisen in ihren achsfernen Bereichen achsparallele Dichtleisten auf, wobei in den achsnahen Bereichen des Schraubenrippenrotors den Dichtleisten der Stege entsprechende Dichtnuten vorgesehen sind.