DE2735664A1

DE2735664A1 - Kupplungsglied fuer eine auf einer bahn umlaufende einrichtung

Info

Publication number: DE2735664A1
Application number: DE19772735664
Authority: DE
Inventors: John Engstrom Mccullough
Original assignee: Arthur D Little Inc
Current assignee: Arthur D Little Inc
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1977-08-08
Publication date: 1978-03-16
Also published as: FR2364359B1; DE2735664C2; CA1070133A; US4121438A; JPS5828433B2; IT1117323B; JPS5334107A; GB1558137A; FR2364359A1

Description

MÜLLER-BOR« · DEUFEL · SCHÖN · HERTEL PATENTANWÄLTE

Hl/Hk/ga-L 1165

DR. WOLFCANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALTVON 1927-!975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.

r 8. Aug. IB?/

Arthur D. Little, Inc.

Acorn Park

Cambridge, Ma. 02140

U. S. A.

Kupplungsglied für eine auf einer Bahn umlaufende Einrichtung

Die Erfindung betrifft ein Kopplungsglied und insbesondere ein Kopplungsglied für eine auf einer Bahn umlaufende Einrichtung, bei der zwei Bauteile in einer vorbestimmten winkligen Beziehung zueinander gehalten werden müssen, während das eine Bauteil bezüglich des anderen auf der Bahn umläuft. Das Kopplungeglied gemäß der Erfindung ist insbesondere zum Verkoppeln der bahnumlaufenden und der stationären Spiralglieder einer sogenannten spiralartigen Maschine geeignet.

Zum Stande der Technik gehört eine Gattung von Vorrichtungen, die im allgemeinen als "Spiral"-Pumpen, -Kompressoren und -Maschinen bezeichnet wird, bei denen zwei zusammenpassende spiralförmige oder spiralförmige Elemente mit Evolventen-Ausbildung mit einer gleichen Steigung auf separaten End-

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R MÖNCHEN BO SI EHERTSTR. 4 POSTFACH 860720 · KABEL: MUEBOPAT · TEL. (089) 474003 · TEl.l: X . i

platten befestigt sind, um ein auf einer Bahn umlaufendes unf? ein stationäres Spiralglied zu bilden. Die spiralförmigen Kiemente der Spiralglieder sind winklig und radial versetzt, so daß sie sich einander längs wenigstens eines Paares von Linienberührungen, wie z.B. zwischen spiralförmig gekrümmten Oberflächen, berühren. Ein Linienberührungspaar liegt näherungsweise auf einem einzigen Radius, der vom zentralen Bereich der Spiralglieder nach außen oezocien ist. Das so gebildete Fluidvolumen erstreckt sich demzufolge längs seines gesamten Weges um den zentralen Bereich der Sniralglieder. In bestimmten Einzelfällen erstreckt sich die Tasche oder das Fluidvolumen nicht über volle 360°, sondern schließt infolge der speziellen Anordnung der Öffnungen einen kleineren Winkel um den Zentralbereich der Spiralglieder ein. Die Taschen bestimmen Fluidvolumen, deren winklige Lage sich mit einem relativen Bahnumlauf der spiralförmigen Mitten verändert; und sämtliche Taschen behalten die gleiche relative winklige Lage infolge der Tatsache bei, daß die Spiralglieüer durch ein Kopplungsglied verbunden sind, um sie in einer vorbestimmten winkligen Beziehung zu halten. Während sich die Berührungslinien längs der Spiraloberflächen verschieben, erfahren die auf diese Weise gebildeten Taschen eine Volumenveränderung. Die entstehenden Bereiche des niedersten und des höchsten Drucks sind mit Fluidöffnungen verbunden.

Das Wesen und die Funktion des Konplungsgliedes erfordern, daß es einen Reib- bzw. Streichkontakt mit dem bahnumlaufenden Spiralglied und mit dem stationären Spiralglied oder mit einem anderen stationären Teil, wie dem Gehäuse oder einem Axiallager, herstellt. Dies bedeutet wiederum, daß das Kopplungsglied Bedingungen ausgesetzt ist, die zu einem Verschleiß führen können und daß in einigen Fällen diese Bedingungen so sind, daß ein Kopplungsglied erforderlich ist, welches über längere Zeiträume ohne Wartung oder Austausch betrieben werden kann. Als Beispiel derartiger Bedingungen,

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die Kopplungsglieder erfordern, welche sich einem unzulässigen Verschleiß über längere Detriebszeiträume widersetzen, seien diejenigen Bedingungen genannt, die bei einem Kühlkompressor erhalten werden, beispielsweise einem Kompressor für einen Haushaltskühlschrank. Ein derartiger spiralartiger Kompressor ist im einzelnen in US-Serial-No. 722 695 (Aktenzeichen der deutschen Anmeldung:L 1166) beschrieben.

Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, ein Kopplungsglied für eine Einrichtung zu schaffen, welche Einzelteile enthält, die in einer vorbestimmten winkligen Beziehung gehalten werden müssen, während das eine Bauteil in bezug auf das andere auf einer Bahn umläuft. Aufgabe ist ferner die Schaffung eines Kopplungsgliedes der eingangs genannten Gattung, das insbesondere zum Verkoppeln eines bahnumlaufenden Spiralgliedes mit einem stationären Spiralglied geeignet ist, entweder direkt oder indirekt durch ein anderes befestigtes Bauteil. Aufgabe ist ferner, ein Kopplungsglied zu schaffen, das über längere Zeiträume ohne Eintritt eines unzulässigen Verschleisses betrieben werden kann. Aufgabe der Erfindung ist auch die Schaffung eines Kopplungsgliedes, das so gestaltet ist, daß es mit öl in einer Weise geschmiert ist, daß ein äußerst wirksamer Gebrauch des Schmiermittels erhalten wird.

üeiuäß der Erfindung ist ein Kopplungsglied vorgesehen, das in Kombination einen Ring mit ersten und zweiten entgegengesetzten ringförmigen Oberflächen, ein)erstes Paar von entgegengesetzt angeordneten Schwenkstiften, welche an der ersten Oberfläche befestigt sind, ein zweites Paar von entgegengesetzt angeordneten Schwenkstiften, welche an der zweiten Oberfläche befestigt und von den ersten Schwenkstiftenpaar um 90 versetzt angeordnet sind, vier Nutfedern in Form rechtwinkliger Blöcke, wobei jede Feder eine zentrale Bohrung derartig dimensioniert hat, daß ein Gleitsitz in bezug auf einen der Schwenkstifte vorhanden ist, und beabstandete ölaussparungen in ihren

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größeren Seitenflächen aufweist, die parallel zur Achse der zentralen Bohrung gerichtet sind, und eine Vielzahl von axialkraftstabilisierenden Scheiben aufweist, die in die ersten und zweiten entgegengesetzten Oberflächen eingesetzt sind. Der ringförmige Ring ist vorteilhafterweise aus einer Legierung mit einem geringen Gewicht ausgebildet, und die Federn und kraftstabilisierenden Scheiben bestehen aus einem selbstschmierenden Material. Bei einer vorteilhaften Ausführunqsform des Kopplungsgliedes ist jeder der Schwenkstifte mit einem Flansch versehen, und es ist der Flanschabschnitt in eine Senkbohrung im ringförmigen Ring eingesetzt. In ähnlicher Weise sind die Scheiben in Senkbohrungen im ringförmigen Ring eingesetzt.

Die Erfindung umfaßt demgemäß die Merkmale der Konstruktion, uer Kombination der Elemente und der Anordnung der Teile, die in der nachfolgend beschriebenen Konstruktion beispielhaft genannt werden, wobei der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche gekennzeichnet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Kopplungsglie'*

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Kopplungsgliedes, in der die Art der Lage und Anordnung der Kopplungsfedern ersichtlich ist,

Fig. 3 einen detaillierten Querschnitt eines Bereichs des Kopplungsgliedes, aus dem die Konstruktion und die Befestigung einer Kopplungsfeder hervorgeht, und

Fin. 4 einen detaillierten Querschnitt durch den Kopplungsring, der die Einsetzung der axialkraftstabilisierenden Scheiben zeigt.

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Die Fig. 1 bis 4, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, veranschaulichen die Kopplungseinrichtung gemäß der Erfindung. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, weist das Kopplungsglied einen Ring 10 auf, der aus einer Legierung mit einem relativ geringen Gewicht gefertiyt sein kann, wobei ein erstes Paar von zwei Nutfederblökkpr 11 und 12 vorgesehen ist, die auf der einen ringförmigen Oberfläche 13 des Rings 10 in entgegengesetzter Weise angeordnet und für gleitend eingreifende Federnuten geeignet sind, welche die gleiche allgemeine Konfiguration in der Kopplungsoberfläche von einen? der zu verkoppelnden Bauteile aufweisen, beispielsweise des bahnumlaufenden Spiralglieds. Ein zweites Paar von zwei Nutfederblöcken 14 und 15 sind auf der anderen ringförmigen Oberfläche 16 des Pings IO in entgegengesetzter Weise angeordnet und für gleitend eingreifende Federnuten geeignet, die die gleiche allgemeine Konfiguration in der Kopplungsoberfläche des anderen der zu verkoppelnden Bauteile aufweisen, beispielsweise des stationären Spiralgliedes, oder des Gehäuses oder des Lagers, an dem das stationäre Spiralglied in starrer Weise befestigt wird. Die Federn 11 und 12 sind von den Federn 14 und 15 um 90 versetzt.

Jeder der Federblöcke ist aus einem selbstschmierenden Material gefertigt, beispielsweise aus Polyimid oder aus PoIytetrafluoräthylen, und jeder ist am ringförmigen Ring 10 durch einen Schwenkstift 20 befestigt, der beispielsweise aus gehärtetem Stahl ausgebildet ist. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, in der die Weise veranschaulicht ist, in der die Federblöcke auf dem Ring 10 angeordnet werden, weist jeder Federblock (wobei Federblock 15 beispielhaft beschrieben wird) eine zentrale Bohrung 21 auf, die derartig dimensioniert ist, daß ein Gleitsitz bezüglich des Schwenkstiftes 20 entsteht. Für einen Zusammenbau der Einrichtung, in die das Kopplungsglied eingebaut ist, werden die Federblöcke über ihre Schwenkstifte gestreift bzw. gesteckt und ausgerichtet.

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- fi -

wenn diese in den Nutfedern angeordnet sind, in denen sie während eines Betriebes gleiten sollen. Die Federblöcke werden in die Federnuten in einer Weise eingesetzt, daß keine tatsächliche Befestigungseinrichtung zwischen den Federblökken und ihren Schwenkstiften notwendig ist.

Wie aus dem fragmentarischen Einzelheit-Ouerschnitt der Fig. 3 hervorgeht, weist jeder Schwenkstift 2O einen Flansch 22 auf, der in eine Senkbohrung 23 in der Oberfläche des ringförmigen Rings IO eingesetzt wird, und jeder Schwenkstift 20 wird durch eine Schraube 24 am Ring IO befestigt. Die Verwendung des Flansches 22 verringert die Berührungsbeanspruchungen, und das Einsetzen des Schwenkstiftes 20 in den Ring 10 hat zur Folge, daß die Belastung anstelle in die Schraube in den Kopplungsring übertragen wird.

Jede Feder ist als rechtwinkliger Block konzipiert, der größere und kleinere Seitenflächen und zwei parallel beabstandete ölaussparungen 27 aufweist, die in die beiden grosser en Seitenflächen 28 und 29 geschnitten sind und parallel zur Achse des zentralen Durchgangs 21 verlaufen. Der Abstand zwischen den beiden Aussparungen in jeder Nutfederfläche sollte kleiner als der doppelte Umlaufbahnradius des bahnumlaufenden Teils sein, das zum Koppeln verwendet wird. Vorzugsweise ist der Abstand wenigstens gleich dem Radius der Umlaufbahn. Die Anordnungen und Abstände dieser seitlichen Claussparungen bilden die Kanäle, die für die Schaffung eines wirkungsvollen und leistungsfähigen Ölfilms um den Federblock herum erforderlich sind, so daß ihre Berührungsoberflächen (die größeren Flächen, oben und unten) vor einem Verschleißen geschützt werden.

Schließlich haben beide Seiten des ringförmigen Rings eine Vielzahl von beabstandeten axialkraftstabilisierenden Scheiben 30, die aus einem selbstschmierenden Material hergestellt

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und in Senkbohrungen 31 in den Ringoberflächen 13 und 16 eingesetzt sind. Im Betrieb der Einrichtung, beispielsweise eines Spiral-Kompressors, bei dem das Kopplungsglied verwendet ist, befindet sich die Verkopplung unter einer Drehmomentbelastung, und sekundäre Momente haben Axialkräfte in der Verkopplung zur Folge. Die Scheiben 30 bezwecken die übertragung dieser sekundären Kräfte. Demzufolge dienen die Scheiben 30 zum Stabilisieren des ringförmigen Rings 10 des Kopplungsgliedes.

Es wurde gefunden, daß das Kopplungsglied gemäß der Erfindung keinem unzulässigen Verschleiß über längere Zeiträume eines Betriebes in einem Spiral-Kompressor unterliegt, wie er in Serial-No. 722 695 (Aktenzeichen der deutschen Anmeldung: L 1166) beschrieben ist. Dieses Kopplungsglied kann auch in der Einrichtung nach dem US-Patent 3 924 977 und nach den Serial-Nos. 561 478, 561 479 und 570 170 verwendet werden.

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10 L e e r s e i t e

Claims

X - Patentans ρ ι J fiJl.e

1. Kopplungsglied, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ring mit ersten und zweiten entgegengesetzten ringförmigen Oberflächen vorgesehen ist, daß ein erstes Paar von entgegengesetzt angeordneten Schwenkstiften an der ersten Oberfläche befestigt ist, daß ein zweites Paar von entgegengesetzt angeordneten Schwenkstiften an der zweiten Oberfläche um 90 vom ersten Schwenkstiftenpaar versetzt befestigt ist, daß vier Nutfedern in Form rechtwinkliger Blöcke vorgesehen sind, von denen jede ein mittiges Loch mit einer Größe aufweist, daß ein Gleitsitz in bezug auf einen der Schwenkstifte vorhanden ist, und von denen jede beabstandete ölaussparungen in ihren größeren seitlichen Flächen aufweist, die parallel zur Achse des mittiges Lochs gerichtet sind, und daß eine Vielzahl von axialkraftstabilisierenden Scheiben in die ersten und zweiten entgegengesetzten ringförmigen Oberflächen gesetzt sind.

2. Kopplungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Ring aus einer Legierung mit einem geringen Gewicht ausgebildet ist, und daß die Federn und die Scheiben aus einem selbstschmierenden Material und die Schwenkstifte aus gehärtetem Stahl ausgebildet sind.

3. Kopplungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstschmierende Material ein Polyimid ist.

4. Kopplungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Schwenkstifte in einem Flansch endigt, daß der Flansch in eine Senkbohrung in eine Senkbohrung in dem Ring eingesetzt ist, und daß der Schwenkstift am Ring durch eine Schraube befestigt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Kopplungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Verkoppeln zweier Teile geeignet ist, von denen das eine Teil bezüglich des anderen auf einer Bahn umläuft, und daß der Abstand zwischen den ölaussparungen in den größeren Seitenflächen wenigstens gleich dem Radius der Umlaufbahn des einen Teils, aber kleiner als der doppelte Radius der Umlaufbahn ist.

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