DE2505113A1

DE2505113A1 - Parallel- und aussenachsige drehkolbenmaschine mit schraegverzahntem kaemmeingriff

Info

Publication number: DE2505113A1
Application number: DE19752505113
Authority: DE
Inventors: Kaj Bengt Ingemar Emanuelsson; Sven Evald Eriksson
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-02-07
Publication date: 1976-01-15
Also published as: CA1030503A; FI751829A; BE825834A; FR2276461A1; FR2276461B1; DE2505113B2; JPS5117011A; FI61075C; JPS6035557B2; SE7408229L; SE386960B; IT1029479B; FI61075B; GB1443505A

Description

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Hans Dieter Gesthuysen Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte:

45 462/Ti-th

43 Essen 1,Theaterplatz3, Postf.789.,

5. Februar 1975

Patentanmeldung

Atlas Copco Aktiebolag

Naoka, Schweden

Parallel- und außenaohsige Drehkolbenmaschine
mit schrägverzahntem Kämmeingriff.

Die Erfindung betrifft eine parallel- und außenachsige Drehkolbenmaschine mit schrägverzahntem Kämmeingriff eines Hauptrotors und eines Steuerrotors, deren schraubenförmige Zähne jeweils über den Rollkreis des Gegenrotors hinausragen»

Um bei einer derartigen Drehkolbenmaschine, wenn sie als Kompressor verwendet wird, die pro Umdrehung eines Rotors abgegebene

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Luftmenge oder den volumetrischen Wirkungsgrad zu vergrößern, wird gewöhnlich am Steuerrotor außerhalb des Rollkreises Material zugefügt und am Hauptrotor eine entsprechende innerhalb des Rollkreises liegende Materialmenge abgenommen. Wenn am Steuerrotor ein derartiger Materialzusatz vorgenommen wird, entsteht eine sogenannte Durchblasöffnung, durch welche das Arbeitsmedium von einer unter hohem Druck stehenden Arbeitskammer in eine Arbeitskammer mit niedrigerem Druck durchleckt. Diese Leckverluste müssen möglichst niedrig gehalten werden, um sicherzustellen, daß die Leistung der Maschine nicht beeinträchtigt wird.

Wenn in Drehkolbenmaschinen der eingangs genannten Art Flüssigkeit eingespritzt wird, um das Arbeitsmedium zu kühlen und um eine Abdichtung zwischen beiden Rotoren bezw. zwischen den Rotoren und dem Maschinengehäuse zu erreichen, wird gewöhnlich das Synchronisierungsgetriebe fortgelassen, welches sonst verwendet wird, um eine Drehung der Rotoren ohne gegenseitigen Kontakt zu gewährleisten. Wenn die Rotoren mit gegenseitigem Kontakt angetrieben werden sollen, müssen ihre Profile derart ausgebildet sein, daß längs eines Teiles der Rotorflanken ein Kämmeingriff erzielt wird. Bei den bisher bekannten Ausführungen sind die Rotoren derart ausgebildet, daß der Kämmeingriff innerhalb des Rollkreises an der für die Abmessung des Gaseinschlusses wesentlichen Planke des Steuerrotors und außerhalb des Rollkreises an der für die Abmessung des Gaseinschlusses wesentlichen Plamke des HauptrotoPs erfolgt. Eine derartige Ausbildung ergibt jedoch eine vergleichsweise große Durchblasöffnung.

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pie Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einer Drehkolbenmaschine der eingangs genannten Art, welche als Kompressor, als Pumpe oder auch als Motor arbeiten kann, die beiden Rotoren in der Weise auszubilden, daß ein Minimalwert für die Durchblasöffnung erzielbar ist, wenn zur Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrades der Maschine am Steuerrotor ein Materialzusatz und am Hauptrotor eine entsprechende Materialabnahme vorgenommen ist. Dabei sollen derartige Rotoren sowohl für Drehkolbenmaschinen mit Flüssigkeitseinspritzung ohne Synchronisierungsgetriebe wie für Drehkolbenmaschinen mit Synehronisierungsgetrieben geeignet sein.

Eine den genannten Erfordernissen entsprechende erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine der eingangs genannten Art ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Zahnflanken des Steuerrotors einen vom Zahn des Hauptrotors erzeugten und sich von der Zahnwurzel im wesentlichen bis zum Rollkreis des Steuerrotors erstreckenden ersten Abschnitt und einen außerhalb des Rollkreises liegenden, sich im wesentlichen bis zur Kopfbahn des Steuerrotors erstreckenden zweiten Abschnitt aufweisen und die hinteren Zahnflanken des Hauptrotors einen außerhalb des Rollkreises dieses Hauptrotors liegenden ersten Abschnitt sowie einen vom Rollkreis aus im wesentlichen radial einwärts verlaufenden, mit dem zweiten Zahnflankenabschnitt des Steuerrotors dichtend zusammenwirkenden zweiten Abschnitt aufweisen.

Weitere Besonderheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:

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Figur 1 einen Längsschnitt durch eine parallel- und außenachsige Drehkolbenmaschine mit schrägverzahntem Kämmeingriff;

Figur 2 einen Schnitt durch Figur 1 längs der Linie 2-2;

Figur j5 einen Teilschnitt durch!zwei erfindungsgemäß ausgebildete Rotoren;

Figur 4 einen Teilschnitt durch einen Kompressor, bei welchem die sogenannte Durchblasöffnung sichtbar wird;

Figur 5 einen Teilschnitt durch zwei Rotoren, bei denen der Kämmeingriff sichtbar wird;

Figur 6 einen Schnitt durch zwei Rotoren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Figur 7 einen Teilschnitt durch zwei Rotoren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der in den Figuren 1 und 2 im Längs- bezw. im Querschnitt dargestellte parallel- und außenachsige Drehkolbenkompressor besitzt ein Kompressorgehäuse 1, in welchem ein Hauptrotor und ein Steuerrotor J5 durch Lager ¹J, 8 und 9 gelagert sind. Dabei sind allerdings nur die Lager für den Hauptrotor zu sehen. Dieser Hauptrotor besitzt vier schraubenförmig verlaufende Zähne 28 mit dazwischenliegenden, ebenfalls schraubenförmig verlaufenden Zahnlücken. Der Steuerrotor 3 besitzt sechs schraubenförmige

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Zähne 37 und dazwischenliegende Zahnlücken. Der Hauptrotor 2 besitzt eine Welle 6, an welche ein Antriebsmotor entweder direkt oder über ein Getriebe zum Antrieb des Kompressors angeschlossen werden kann. Der Steuerrotor 3 wird über den Hauptrotor durch Kämmeingriff der schraubenförmigen Zähne 28 und 37 angetrieben. Während des Betriebes des Kompressors wird das Arbeitsmedium vom Ansaugstutzen 4 zum Auslaßstutzen 5 gefördert und gleichzeitig dabei verdichtet.

Die spezielle erfindungsgemäße Profilform der beiden Rotoren soll nachstehend anhand der Figuren 3* 4 und 5 durch ein erstes Ausführungsbeispiel im einzelnen erläutert werden. Die schraubenförmigen Zähne 28 des Hauptrotors 2 besitzen eine erste oder hintere Zahnflanke, welche sich vom innerhalb des Rollkreises 12 liegenden Punkt 21 zu dem außerhalb des Rollkreises liegenden Punkt 24 erstreckt, und eine zweite Zahnflanke, welche sich vom Punkt 24 zum Punkt 27 erstreckt. Zwischen den Zähnen erstrecken ^rsich Abschnitte 29 eines Fußkreises. Die erste Zahnflanke des Hauptrotors besitzt einen ersten Abschnitt, welcher sich von der Kopfbahn bezw. der Spitze 42 des Hauptrotorzahnes, der in diesem Beispiel die scharfe Kante 24 aufweist, bis zum Punkt 23 auf dem Rollkreis 12 erstreökt. Dieser Abschnitt wird durch die Kante 32 des Steuerrotors 3 erzeugt. Die erste bezw. die hintere Zahnflanke des Hauptrotors weist außerdem einen zweiten Abschnitt auf, welcher sich zwischen den Punkten 22 und 23 erstreckt. Dieser Abschnitt verläuft geradlinig zum Drehmittelpunkt 20 des Hauptrotors 2. Des weiteren weist diese hintere Zahnflanke des Hauptrotors einen gekrümmten Abschnitt zwischen den Punkten 21 und 22 auf, welcher durch die Kante 31 des Steuerrotors 3 erzeugt

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wird. Die zweite Flanke eines jeden Hauptrotorzahnes verläuft zwischen den Punkten 24 und 25 in einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt im Punkt 15 auf dem Rollkreis 12 liegt. Der Abschnitt zwischen den Punkten 25 und 26 wird durch den geradlinigen Abschnitt zwischen den Punkten 34 und 55 des Steuerrotors 3 erzeugt. Außerdem weist diese zweite Planke eines Hauptrotorzahnes

eine kreisbogenförmige Hohlkehle zwischen den Punkten 26 und auf, deren Mittelpunkt auf dem Rollkreis 12 liegt.

Die schraubenförmigen Zähne 37 des Steuerrotors 3 besitzen eine erste oder vordere Flanke, welche sich vom Punkt 3I außerhalb des Rollkreises I3 bis zum Punkt 33 innerhalb des Rollkreises an der tiefsten Stelle der Zahnlücken des Steuerrotors erstreckt. Die zweite Flanke dieser Steuerrotorzähne 37 erstreckt sich vom Punkt 33 zum Punkt 36. Da die Zahnlücken des Steuerrotors das Komplementärprofil der Steuerrotorzähne bilden, gilt die Profilbeschreibung sowohl für die Zähne wie für die Zahnlücken. Die erste oder vordere Zahnflanke des Steuerrotors weist einen ersten Abschnitt auf, welcher sich vom Punkt 32 bis zum Punkt erstreckt und durch die Kante 24 des Hauptrotorzahnes 28 erzeugt wird. Ein zweiter Abschnitt dieser Zahnflanke des Steuerrotors erstreckt sich vom Punkt 3I zum Punkt 32 und wird durch den geradlinigen Abschnitt zwischen den Punkten 22 und 23 des Hauptrotors 2 erzeugt. Die Kante 32 bildet eine Übergangsstelle 43 zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt dieser ersten Zahnflanke des Steuerrotors. Die zweite oder hintere Zahnflanke des Steuerrotors verläuft zwischen den Punkten 33 und 34 kreisbogenförmig, wobei der Mittelpunkt im Punkt 15 des Rollkreises 13 liegt, und vom Punkt 34 aus geradlinig in radialer Richtung

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bis zum Punkt 55. Dieser geradlinige Abschnitt 54, 55 dieses Zahnflankenprofils verläuft daher in Richtung auf den Drehmittelpunkt 50 des Steuerrotors. Vom Punkt 55 aus verläuft diese Zahnflanke dann bis zu einem Punkt 56 in einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt auf dem Rollkreis I5 liegt und an den sich die Kopfbahn 58 anschließt.

Figur 4 zeigt die Stellung der beiden Rotoren 2 und 5 in dem Augenblick, in welchem die Kante 24 des einen Hauptrotorzahnes 28 ihre abdichtende Wirkungslage an der Innenwandung des Kompressorgehäuses 1 verlassen hat, jedoch bevor sie ihre abdichtende Wirkungslage am Steuerrotorzahn 57 erreicht hat. In dieser Stellung fließt Gas von der Kammer 17 in die Kammer l8 durch die Durchblasöffnung zwischen dem Hauptrotorzahn 28 und dem Steuerrotorzahn 57· Die vorbeschriebenen Profilausbildungen der Rotoren ergeben einen Minimalwert für diese Durchblasöffnung. Die gestrichelten Linien 40 und 41 in Figur 4 zeigen eine bekannte Ausbildung deriSStorprofile, bei denen der Kämmeingriff innerhalb des Rollkreises des Steuerrotors und außerhalb des Rollkreises des Hauptrotors vor sich geht. Aus Figur 4 ist deutlich zu sehen, daß in diesem Fall die Durchbläisöffnung wesentlich größer ist als bei der erfindungsgemäßen Profilgebung.

Figur 5 zeigt das Zusammenwirken des geradlinigen Abschnittes zwischen den Punkten 22 und 25 des Hauptrotors mit dem Abschnitt zwischen den Punkten 5I und J>2 des Steuerrotors, welcher dadurch erzeugt wird, während gleichzeitig die Kante 5I des Steuerrotors den gekrümmten Abschnitt zwischen den Punkten 21 und 22 des Hauptrotors erzeugt. Dieser Kämmeingriff hängt von dem Gasdruck

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in der Kammer 17 ab, durch welchen der Steuerrotor 3 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht wird.

Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel trägt der Steuerrotorzahn 37 eine Dichtrippe 39 am Übergang zwischen der Kopfbahn 38 in die Vorderflanke des Steuerrotorzahnes. Die eine Seite dieser Dichtrippe 39 besteht aus dem radial äußersten Teil des Abschnittes zwischen den Punkten 3I und 32 an der vorderen Zahnflanke des Steuerrotors. Der Hauptrotor 2 besitzt eine Auskehlung' 1 9 für diese Dichtrippe 39· Bei dieser Ausbildung des Steuerrotors kann ein mit Dichtrippen versehenerrRotor in einer Anzahl von Arbeitsgängen entsprechend der Anzahl der Zahnlücken im Steuerrotor auf endgültige Form gefräst werden.

Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Steuerrotor 3 einen abgerundeten Bereich 45 als Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt dieser vorderen Zahnflanke. Der Hauptrotor 2 besitzt hierbei eine abgerundete Kopfbahn 46. Mit diesen abgerundeten Teilen wird die sogenannte "Laufbildung" (travelling generation) erreicht.

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Claims

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Patentansprüche:

/l.) Parallel- und außenaohsige Drehkolbenmaschine mit schrägverzahntem Kämmeingriff eines Hauptrotors und eines Steuerrotors, deren schraubenförmige Zähne jeweils über den Rollkreis des Gegenrotors hinausragen, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Zahnflanken (31-33) des Steuerrotors (3) einen vom Zahn (28) des Hauptrotors (2) erzeugten und sich von der Zahnwurzel (33) im wesentlichen bis zum Rollkreis (13) des Steuerrotors erstreckenden ersten Abschnitt (32-33) und einen außerhalb des Rollkreises (13) liegenden, sich im wesentlichen bis zur Kopfbahn (38) des Steuerrotors erstreckenden zweiten Abschnitt (3I-32) aufweisen und die hinteren Zahnflanken (21-24) des Hauptrotors (2) einen außerhalb des Rollkreises (12) dieses Hauptrotors liegenden ersten Abschnitt (23-24) sowie einen vom Rollkreis aus im wesentlichen radial einwärts verlaufenden, mit dem zweiten Zahnflankenabschnitt (31-32) des Steuerrotors dichtend zusammenwirkenden zweiten Abschnitt (22-23) aufweisen.
2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (32-33) der Zahnflanken des Steuerrotors (3) von der Kopfbahn (42) der Hauptrotorverzahnung (28) erzeugt ist.
3· Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (23-24) der Zahnflanken des Hauptrotors (2) von der Übergangsstelle (43) des ersten (32-33) in den zweiten Zahnflankenabschnitt (31-32) des Steuerrotors (3) erzeugt ist.

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4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zahnflankenabschnitt (31-32) des Steuerrotors (3) eine scharfe Kante (31) am äußersten Ende aufweist.
5. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (37) des Steuerrotors (3) eine radiale Dichtrippe (39) aufweisen, deren eine Seite das radial am weitesten außen liegende Teil des zweiten Zahnflankenabschnittes (31-32) bildet.
6. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zahnflankenabschnitt (31-32) des Steuerrotors (3) vom zweiten Zahnflankenabschnitt (22-23) des Hauptrotors (2) erzeugt ist.
7. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zahnflankenabschnitt (22, 23) des Hauptrotors (2) geradlinig zum Drehmittelpunkt (20) des Hauptrotors verläuft.
8. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 4-7* dadurch gekennzeichnet, daß die scharfe Kante (3I) am äußersten Zahnflankenende des Steuerrotors (3) einen vom zweiten Zahnflankenabschnitt (22-23) des Hauptrotors (2) in einen Abschnitt (39) des Fußkreises dieses Hauptrotors übergehenden gekrümmten Abschnitt (21, 22) erzeugt.
9. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopf bahn (42) eines Hauptrotorzahnes (28) eine scharfe Kante (24) aufweist.

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10. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfbahn (42) eines Hauptrotorzahnes (28) einen schwach abgerundeten Übergang (46) zwischen den beiden Zahnflanken bildet.
11. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstelle (43) des ersten in den zweiten Zahnflankenabschnitt des Steuerrotors (3) eine scharfe Kante (=52) aufweist.
12. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstelle (43) des ersten in den zweiten Zahnflankenabschnitt des Steuerrotors (3) eine Abrundung (45) aufweist.

Patentanwalt.

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