DE2532202A1 - Verstellbare verbindung zwischen einer welle und einer nabe - Google Patents

Description

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Firma WALLACE-MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, New York, N.Y. (USA)

Verstellbare Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einstellbare Verzahnungsund sonstige Ariordnungen, die insbesondere in Verbindung mit Pumpen vom Flügelrad- oder Rotortyp sind. Im einzelnen betrifft die Erfindung eine winkel- bzw. phasenverstellbare Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe, die zumindest einen in Eingriff stehenden Federkeil aufweisen, wobei ein Widerlager längs der Welle einstellbar angeordnet ist und eine Seite der Nabe berührt.

Eine Pumpe vom Flügelradtyp wird von einer Kammer gebildet, in der sich zwei miteinander kämmende flügelartige Rotoren drehen. Die kämmenden Rotoren tragen zwei, drei oder irgendeine erwünschte Anzahl von Flügeln. Die Rotoren drehen sich in entgegengesetzten Richtungen und werden von parallelen Wellen getragen. Es ist bei solchen Pumpen von größter Wichtigkeit, daß die winkelmäßige Phase zwischen den Rotoren genau eingestellt und beibehalten wird, um ein Abschleifen zwischen den Flügelradoberflächen zu vermeiden. Bei einer Art zum Erzielen der erwünschten Phasenbeziehung wird eine Keil- bzw. Federverbindung zwischen einem Hilfs- oder angetriebenen Zahnrad und seiner Welle angewendet. Das Hilfszahnrad und das antreibende Zahnrad können schrägverzahnte Zahnräder sein. Auf der das Hilfszahnrad tragenden Welle sind eine Mutter und einstellbare Ausgleichsscheiben vorgesehen. Bei dieser Anordnung

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führt eine axiale Verschiebung des HiIfsZahnrades auf seiner Welle und zwar durch Ändern der Ausgleichsscheibendicke, zu der erwünsch ten Phaseneinstellung zwischen den beiden Flügelrotoren. Während zwar die bekannte Vorrichtung offenbar in der angestrebten Weise arbeitet, hat sie doch den wesentlichen Nachteil, daß ein Teil der Vorrichtung demontiert werden muß, um die Phaseneinstellung vornehmen zu können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer wesentlichen günstigeren winkel- bzw. phasenverstellbaren Verbindung der genannten Art, bei der die beschriebenen Nachteile vermieden sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich erfindungsgemäß eine winkel- bzw. phasenverstellbare Verbindung der genannten Art aus durch eine die andere Seite der Nabe berührende sowie zusammengepreßte Vorspannungsfeder, wodurch die Nabe von der Federkraft gegen das Widerlager gedrückt wird. Erfindungsgemäß wird somit die winkelmäßige Phase zwischen den kämmenden Rotoren einer Pumpe vom Flügelradtyp durch axiales Bewegen eines Zahnrades in bezug auf die Welle, auf der es befestigt ist, eingestellt. Statt der in bekannter Weise bisher verwendeten Ausgleichsscheiben werden ein oder mehrere Tellerfedern angewendet. Das Zahnrad wird durch eine Tellerfeder an Ort und Stelle gehalten, die das Zahnrad gegen eine Einstellmutter drückt. Ein axiales Verschieben des Zahnrades wird durch bloßes Drehen der Mutter relativ zu ihrer Welle erreicht. Die Zahnräder haben eine Schräg- bzw. Schraubenverzahnung, und die erwünschte Phaseneinstellung läßt sich ohne weiteres durchführen. Es ist auch möglich, schrauben- bzw. spiralförmige Federkeile und rechteckige bzw. gerade Zahnradzähne zu verwenden. Bei dieser letzten Anordnung führt ein axiales Verschieben eines der kämmenden Zahnräder in bezug auf seine Welle ebenfalls zu der erwünschten Phasenveränderung oder -einstellung. Die Winke!verstellung zwischen einem Zahnrad als eine Form einer Nabe und seiner das Flügelrad tragenden Welle ermöglicht die erwünschte winkelmäßige Phaseneinstellung zwischen den kämmenden Flügeln. Das Zahnrad bewegt sich axial auf seiner Welle und wird durch eine Schraube

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oder Mutter an einer Seite sowie durch eine Tellerfeder an der anderen Seite gehalten. Eine Drehung der Mutter führt zu einer axialen Verlagerung des Zahnrades und daher zu einer Phasenverstellung

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - im Schnitt einen Teil eines Kompressors vom Flügelradtyp mit dem Merkmal der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 - eine vergrößerte sowie einem Teil aus Figur 1 ähnelnde Ansicht,

Figur 3 - einen typischen Querschnitt einer Pumpe vom Flügelradtyp, wie derjenigen aus Figur 1,

Figur 4 - eine typische Schar von Belastungs-Federweg-Kurven für Tellerfedern zur Darstellung einer Auswahl einer optimalen Feder und

Figur 5 - eine Belastungs-Federweg-Kurve einer längs ihres Federungsgrenzbereiches betriebenen Tellerfeder.

In den Figuren bezeichnet die Hinweiszahl Io allgemein eine herkömmlich aufgebaute Pumpe vom Flügeltyp (lobe type). Die Pumpe weist ein äußeres Gehäuse 12 und Endverschlüsse 14, 16 auf. Die Hinweiszahl 18 bezeichnet ein Lager für eine eingangsseitige Antriebswelle 22, die Flügel bzw. Vorsprünge (lobes) 24 trägt. Eine parallele angetriebene Welle 26 trägt Flügel 28. Miteinander kämmende Zahnräder 3o und 34 sind an die Enden der Wellen 22 und 26 angeschlossen. Wenn die Welle 22 durch einen Motor oder eine andere Antriebsmaschine gedreht wird, erfolgt auch ein Drehen des hiermit beispielsweise durch Federn 36 verbundenen Zahnrades 34, das mit dem Zahnrad 3o kämmt, wodurch die Welle 26 über Federn ebenfalls in Drehung versetzt wird. Die Flügel 24 und 28 (siehe Figur 3) drehen sich daher in entgegengesetzten Richtungen und bewirken einen Pumpvorgang in herkömmlicher Weise.

Die Hinweiszahl 38 bezeichnet eine Tellerfeder üblichen Aufbaues, deren größerer Durchmesserbereich an einer Seite des Zahnrades anliegt. Eine Hülse 4o kann sich zwischen dem Flügel 28 sowie dem kleinen Durchmesserbereich der Tellerfeder erstrecken, wobei die

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Hülse 4o die Welle 26 umschließt. Eine Mutter 42 ist auf das Ende der Welle 26 aufgeschraubt.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Federn 36 gerade, während die Zahnräder 3o und 34 jeweils miteinander kämmende spiralförmige Zähne tragen. Unter Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung ist es ersichtlich, daß auch die Federn 36 spiralförmig und die kämmenden Zähne der Zahnräder 3o sowie 34 gerade oder rechteckig sein können.

Der Betrieb der Vorrichtung ist wie folgt. Die Montage der Vorrichtung erfolgt dadurch, daß die miteinander kämmenden Flügel 24 und 28 etwa in der erwünschten Phasen- oder Winkelbeziehung zueinander angeordnet werden. Die Mutter 42 wird entgegen der durch die Tellerfeder 38 ausgeübten Kraft festgezogen, bis sich das Zahnrad 34 in der Axialposition in Längsrichtung der Welle 26 befindet, in der sich die erwünschte Phasen- oder Winkelbeziehung zwischen den Flügeln 24 und 28 ergibt. Wenn eine Änderung der anfänglich gewählten Phasen- oder Winkelbeziehung zwischen den Flügeln auftreten sollte, beispielsweise infolge einer mechanischen Abnutzung, ist es lediglich erforderlich, die Mutter 42 so einzustellen, daß sich das Hilfs- oder angetriebene Zahnrad 34 in Axialrichtung längs der Welle 26 so verschiebt, bis die erwünschte Phasenbeziehung erneut erreicht ist. In der dargestellten Ausführungsform, bei der die Federn 36 parallel zur Achse oder Welle 26 verlaufen, führt eine Bewegung des spiraligen Zahnrades 34 in Axialrichtung längs seiner Welle zu einer Drehung des Zahnrades 3o und damit zu einer Winke!verstellung des von der Welle 22 getragenen Rotorflügels. Wenn die Federn 36 etwas unter einem Winkel gegenüber der Achse der Welle 26 geneigt bzw. angestellt sind, das heißt wenn spiralige Federn und gerade Zahnräder angewendet werden, führt eine axiale Verstellung des Zahnrades 34 längs der Welle 26 zu einer leichten Drehung des Zahnrades 34, wodurch eine entsprechende Drehung des Zahnrades 3o und der den anderen Flügelrotor tragenden Welle 22 begründet wird.

In Figur 4 ist für Tellerfedern eine Schar typischer Belastungs-

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Federweg-Kurven dargestellt. Bei einer Auswahl der Kurve h/t = 2,1 ist ersichtlich, daß sich über einen beträchtlichen Bereich ein ziemlich konstantes Federungsvermögen ergibt. Die Tellerfeder muß eine ausreichende Kraft erzeugen, damit das Zahnrad 34 ständig gegen die Seite der Mutter 42 gedrückt wird. Das heißt, die Axialkraft aufgrund des Pumpvorgangs muß ständig kleiner als die Federkraft sein. Die Steifigkeit der Tellerfeder wird auch ausreichend groß gewählt, damit die Mutter in ihrem normalen Drehmomentbereich festgezogen ist und ein Abfallen oder Verlieren der Mutter verhindert wird. Die axiale Position des Zahnrades 34 kann über den optimalen Federwegbereich der Tellerfeder 38 ohne spürbare Veränderung des Drehmoments an der Mutter 42 verstellt werden, wie es durch einen Doppelpfeil in Figur 1 dargestellt ist. Es ist dem Fachmann geläufig, daß Tellerfedern in Reihe oder parallel zu irgendeiner Kombination geschaltet werden können, um das für eine bestimmte Anwendung erforderliche Kraft- und Federwegverhalten zu erreichen.

Ein Betreiben der Tellerfeder ist in drei allgemeinen Zuständen möglich:

1. Optimaler Bereich (Figur 4). Durch Auswählen der Kurve h/t=2,l ergibt sich über einen beträchtlichen Bereich ein ziemlich konstantes Federungsvermögen.

2. In einem bestimmten Aufbau kann die Federkraft bei einer geeigneten Federgröße zu klein sein, um eine passende Mutterblockier kraft und/oder Zahnradklemmkraft zu ergeben. Dann kann eine Feder im linearen Teil der in Figur 4 dargestellten Kurve benutzt werden. Es wird hierbei eine axiale Einstellung vorgenommen, wobei sich die Federkraft zwischen annehmbaren Grenzen verändert. Es können Federn in Reihe oder parallel oder in Kombinationen beider Gestaltungen benutzt werden, um die erforderlichen Belastungs-Federweg-Eigenschaften zu erzielen.

3. Eine geeignet gehärtete Tellerfeder kann über ihre Federungsgrenze hinaus verformt werden, wobei ihr Federungsbereich vergrößert wird und sich geringere Federkosten ergeben (siehe Figur 5). Es müssen jedoch Vorsichtsmaßnahmen vorgesehen sein, damit keine größeren Verstellungen nur in einer Richtung durchgeführt werden. Eine kleine Umkehreinstellung ist möglich. -6-

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Während beispielhaft eine bestimmte Verwendung der Erfindung in Verbindung mit einer Pumpe vom Flügeltyp erörtert wurde, ist es offensichtlich, daß sich die Erfindung immer dann anwenden läßt, wenn eine Winkel- bzw. Phasenverstellung zwischen einer Nabe und ihrer Welle vorgenommen werden muß.

In einem Beispiel wurde die Pumpe Io als Luftpumpe verwendet, und der Steigungswinkel der Zahnräder 3o und 34 betrugt 19,oo5 . Der äußere Zahnraddurchmesser betrug 114,3 mm (4,5*'). Der axiale Verstellbereich des Zahnrades 34 lag bei 1,93 mm (o,o76^I!)/ wodurch sich eine zulässige Toleranz zwischen einem Zahnradzahn und dem Federkeil von plus und minus 5 Minuten sowie zwischen der Federkeilmittellinie und der Rotormittellinie von plus und minus 5 Minuten ergab. Die von der Tellerfeder 38 ausgeübte maximale Kraft betrug 4.o82 kp (9.ooo Ib). Eine Toleranz von plus und minus 8 Minuten oder ein Weiterschalten der Zahnräder von plus und minus 5 Minuten an der Rotormittellinie zur Federkeilmittellinie führte zu einem erforderlichen Axialbereich des Schraubenzahnrads 34 von etwa 2,51 mm (o,o99·'). In einem anderen Beispiel wurde die Tellerfeder 3Ö in dem in Figur 5 dargestellten Bereich betrieben. Die erwünschte Phase zwischen den Flügeln bzw. Flügekörpern war festgelegt, wenn die Mutter 42 eine Kraft von 2.722 kp (6.000 Ib) auf die Feder ausübte. Für alle nachfolgenden Phasenverstellungen wurde die Mutter gedreht, um die Tellerfeder weiter bis auf eine Kraft von 4.o82 kp (9.000 Ib) zu komprimieren. Diese Belastung liegt daher im Federungsgrenzbereich des Federmetalls, wie es durch den verzögerten bzw. verschobenen Federrückweg (Hysterese) dargestellt ist.

Während die Phasenverstellung gemäß Darstellung in bezug auf das angetriebene Zahnrad 3o vorgenommen wurde, ist es selbstverständlich auch möglich, diese Einstellung auf das Antriebszahnrad 34 anzuwenden.

- Patentansprüche - 7 -

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   Winkel- bzw. phasenverstellbare Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe, die zumindest einen in Eingriff stehenden Federkeil aufweisen, wobei ein Widerlager längs der Welle einstellbar angeordnet ist und eine Seite der Nabe berührt, gekennzeichnet durch eine die andere Seite der Nabe (3o, 34) berührende sowie zusammengepreßte Vorspannungsfeder (38), wodurch die Nabe von der Federkraft gegen das Widerlager (42) gedrückt wird.
2. 2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkeil (36) unter einem Winkel gegenüber der Achse der Welle angestellt ist, wodurch eine axiale Einstellung des Widerlagers (42) längs der Welle zu einer Drehung der Nabe gegenüber der Welle führt.
3. 3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager von einer auf die Welle aufgeschraubten Mutter (42) gebildet wird.
4. 4. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsfeder eine Tellerfeder (38) ist.
5. 5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesserbereich der Tellerfeder (38) eine Seite der Nabe (3o, 34) berührt, daß ein Kragen (4o) in Axialrichtung in bezug auf die Welle festgelegt ist und daß der kleinste Durchmesserbereich der Tellerfeder an einem Ende des Kragens anliegt.
6. 6. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe ein Zahnrad (3o) ist, da£ an einer zweiten Welle ein zweites Zahnrad (34) befestigt ist, welches mit dem ersten Zahnrad kämmt, und daß die ersten und zweiten Zahnräder schrauben- bzw. spiralförmige Zähne haben, wodurch eine axiale Bewegung des ersten Zahnrades auf seiner Welle zu einer Drehung des zweiten Zahnrades sowie seiner Welle führt. - 8 -

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7. 7. Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Wellen jeweils eine Vielzahl von länglichen, miteinander kämmenden Flügeln bzw. Flügelrädern (24, 28) tragen, wodurch ein Einstellen des Widerlagers (42) längs der ersten Welle zu einer Winkel- bzw. Phaseneinstellung zwischen den Flügelrädern führt.
8. 8. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (3o_r 34) an ihrem Umfang schrauben- bzw. spiralförmige Zahnradzähne aufweist.

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