DE2746693C2

DE2746693C2 -

Info

Publication number: DE2746693C2
Application number: DE2746693A
Authority: DE
Inventors: Sven Evald Oerebro Se Eriksson
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1976-10-19
Filing date: 1977-10-18
Publication date: 1988-07-28
Also published as: US4227869A; SE7611579L; GB1547116A; DE2746693A1; BE859693A; CA1086277A; SE414814B; JPS5354304A; IT1090189B; FR2368622A1; FR2368622B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotationskolbengebläse mit zwei in einem Gehäuse um parallele Achsen verdrehbaren Kolben, an denen jeweils wenigstens zwei parallel zur Drehachse verlaufende Zähne angeordnet sind, welche Zahnflanken mit wenigstens abschnittsweiser Evolventenver zahnung aufweisen, an denen die Kolben miteinander in Eingriff stehen.

Rotationskolbengebläse, deren Kolben eine Evolventenverzahnung be sitzen, sind bekannt (DE-PS 4 99 675). Dabei erstreckt sich die Evol vente über die gesamte Zahnhöhe. Es handelt sich insoweit um einen theoretischen Vorschlag, der Erfordernisse der Praxis nicht berück sichtigt. - Ferner sind Rotationskolbengebläse bekannt (DE-PS 8 61 733), deren Kolben ein Profil mit einem vom Teilkreis zur Zahnspitze füh renden geraden Teilstück und einem gekrümmten Abschnitt innerhalb des Teilkreises besitzen. Das gerade Teilstück und der gekrümmte Abschnitt gehen unmittelbar ineinander über. Diese Ausführung ist insbesondere im Hinblick auf einfache Bearbeitung vorgeschlagen worden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem gattungsgemäßen Rotations kolbengebläse Drehmomentschwankungen zu verringern und die Ent stehung eines Überdruckes in dem zwischen den Kolben eingeschlos senen schädlichen Raum zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Evolventenabschnitt jeder Zahnlücke sich über einen durch eine Überdeckung des Eingriffs an jeweils gegenüberliegenden Zahnflanken definierten Bereich zwischen inneren und äußeren Begrenzungskreisen erstreckt, daß an den Evol ventenabschnitt innerhalb des inneren Begrenzungskreises ein im we sentlichen kreisbogenförmiger Abschnitt anschließt und daß der Evol ventenabschnitt außerhalb des äußeren Begrenzungskreises in ein im wesentlichen gerades Kreisstück übergeht, welches zur mit dem Ge häuse dichtenden Zahnspitze führt.

Da die gegenseitige Abdichtung zwischen den beiden Kolben nur längs eines Teiles der Flankenhöhe bzw. der Zahnhöhe erfolgt, erreicht man, daß das Drehmoment, welches durch die Gaskräfte auf jeden Kolben ausgeübt wird, vergleichsweise wenig schwankt. Dabei hat dieses Drehmoment stets die gleiche Richtung. Dadurch ergibt sich ein gleichmäßiger Lauf der Maschine. Da die Zähne außerhalb der Evolventenabschnitte derart geformt sind, daß sie die Zahnlücken im anderen Kolben mit beträchtlichem Spiel durchlaufen, wird eine Über kompression zwischen den Kolben verhindert, ohne daß zwischen Aus laß und Einlaß der Maschine ein Gaseinschluß entsteht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur ein Teil einer jeden Zahnflanke sehr genau bearbeitet werden muß. Da die Abdichtung zwischen beiden Kolben und zwischen jedem Kolben und dem Maschinengehäuse durch verschiedene Teile der Zahnflanke erfolgt, können diese Teile unab hängig voneinander zwecks optimaler Funktion ausgebildet werden. Abdichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, daß das Spiel zwischen zusammenwirkenden Teilen gering ist. Das Spiel zwischen den Evol ventenabschnitten der Kolben beträgt beispielsweise 0,3 mm, wenn der Kolbenradius etwa 100 mm beträgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels im einzel nen erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Rotationskolbengebläse; und

Fig. 2 bis 5 Teilschnitte durch die Kolben bei verschiedenen Winkel stellungen derselben.

Das in Fig. 1 dargestellte Rotationskolbengebläse besitzt ein Maschi nengehäuse 1, in welchem zwei um parallele Drehachsen 12 bzw. 13 drehbare Kolben 4 und 5 gelagert sind. Wenn diese Kolben sich in der durch die Pfeile in Fig. 1 dargestellten Richtung drehen, wird das Gas vom Einlaß 2 zum Auslaß 3 geführt. Diese Kolben 4, 5 wer den durch einen nicht dargestellten Antriebsmotor direkt oder über ein Getriebe in an sich bekannter Weise in Drehung versetzt. Die Ma schine besitzt außerdem ein nicht dargestelltes Synchronisiergetriebe, um die Drehzahlen beider Kolben 4, 5 zu synchronisieren.

Jeder dieser beiden Kolben 4, 5 besitzt drei Zähne 6, welche parallel zu den Drehachsen 12 bzw. 13 verlaufen. Zwischen den Zähnen 6 weisen die Kolben 4, 5 Zahnlücken auf, in denen die Zähne des Gegenkolbens kämmen können. Da jeder Zahn 6 in bezug auf eine Radiallinie 10 durch die Spitze des Zahnes 6 symmetrisch ausgebildet ist, braucht lediglich eine Zahnflanke im einzelnen beschrieben zu werden.

Die Flanke des Zahnes 6 wurde in bezug auf ein theoretisches Profil 14 ausgebildet. Wenn beide Kolben 4, 5 dieses theoretische Profil aufweisen würden, würden sie ohne Spiel zusammenwirken. Die Kurve 14 besitzt ein kreisbogenförmiges Teil mit dem Punkt 20 als Mittel punkt auf dem Teilkreis 8, welches von der Radiallinie 11 durch den Grund 19 der Zahnlücke und den Punkt 20 zum inneren Begrenzungskreis 7 verläuft. Die Kurve 14 weist außerdem einen Evolventenabschnitt auf, welcher vom inneren Begrenzungskreis 7 zum äußeren Begrenzungskreis 9 verläuft. Außerhalb dieses äußeren Begrenzungs kreises 9 besitzt die Kurve 14 einen kreisbogenförmigen Abschnitt mit dem Punkt 22 als Mittelpunkt, bei dem es sich um den Schnittpunkt zwischen dem Teilkreis 8 und der Radiallinie 10 durch die Spitze 21 des Zahnes 6 handelt. Diese beiden Radiallinien 23 und 24 sind ge strichelt in der Figur angegeben, um den kreisbogenförmigen Charakter der Kreisbogenabschnitte zu markieren.

Um ein Spiel zwischen den beiden Kolben 4 und 5 zu er halten, wie es erforderlich ist, um eine einwandfreie Funktion wäh rend des Betriebes zu gewährleisten, d. h. wenn z. B. die Temperatur schwankt, wurde die Flanke des Zahnes 6 gegenüber der theoretischen Kurve 14 in der in Fig. 1 dargestellten Weise abgewandelt. Die da durch entstandene Kurve 15, 16, 17 und 18 hat einen im wesentlichen kreisbogenförmigen Abschnitt 15, welcher vom Punkt 19 zum inneren Begrenzungskreis 7 verläuft. Zwischen dem inneren Begrenzungskreis 7 und dem äußeren Begrenzungskreis 9 weist die Flanke einen Evolventenabschnitt 16 auf. Außerhalb des äußeren Begrenzungskreises 9 weist die Flanke eines Zahnes 6 ein im wesentlichen geradliniges Teilstück 17 und ein gekrümmtes Teilstück 18 auf. Der Abstand zwischen der Flanke 15, 16, 17, 18 und der theoretischen Kurve 14 wurde lediglich aus Gründen der besseren Erläuterung in Fig. 1 übergroß dargestellt. Der Abstand zwischen diesen Kurven ändert sich praktisch vom Punkt 19 zum äußeren Begrenzungskreis 9 nicht. Der Abstand ist an der Spitze 21 des Zahnes etwa acht bis neunmal so groß wie am Evolventenabschnitt 16. Infolgedessen kann der Abschnitt außerhalb des äußeren Begrenzungskreises 9 eine Hohlkehle oder eine Zahnlücke im anderen Kolben mit einem Spiel durchlaufen, welches wesentlich größer ist, als das Spiel zwischen den zusammenwirkenden Evolven tenabschnitten. Infolgedessen läßt sich die Kopffläche des Zahnes 6 vollkommen im Hinblick auf ihr Zusammenwirken mit der Wandung des Pumpengehäuses 1 ausbilden.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen im Detail, wie ein Zahn 6 eine Zahnlücke im anderen Kolben durchläuft. In all diesen Figuren wirken die Evolventenabschnitte im Unterteil der jeweiligen Figur abdichtend zu sammen. Bei der in Fig. 2 dargestellten Winkellage der Kolben tritt ein Zahn 6 gerade in eine Zahnlücke des Gegenkolbens 5 ein. Infol gedessen kann Gas ohne weiteres oder ungehindert aus der Kammer 25 austreten. In Fig. 3 ist der Zahn 6 bereits tiefer in die Zahn lücke eingedrungen. Da der Zahn 6 ein im wesentlichen geradliniges Teilstück 17 aufweist, ist der Spalt 22 zwischen den Kol ben in dieser Lage ebenso wie in der in Fig. 4 dargestellten Lage so weit, daß Gas ungehindert aus der Kammer 25 austreten kann, selbst wenn beide Kolben sich mit vergleichsweise hoher Drehzahl drehen. Dieses Teilstück 17 der Zahnflanke braucht allerdings nicht unbedingt genau eben zu sein, sondern kann auch etwas gekrümmt ausgebildet werden. Der Ausdruck "im wesentlichen geradlinig", der in bezug auf dieses Teilstück 17 hier verwendet wird, bedeutet, daß dieses Teilstück 17 von der Geraden, wie sie in den Figuren dargestellt ist, um einen Maximalwert von 1,5% des Kolbendurchmessers abweichen kann. Eine Maschine mit einer Abweichung von 1,15% wurde mit guten Resultaten getestet. Allerdings darf angenommen werden, daß die optimale Abweichung sich entspechend der Abmessung der Maschine etwas ändert. Der Ab stand zwischen der Geraden 17 in Fig. 1 und der theoretischen Kurve 14 beträgt etwa 2,4% des Kolbendurchmessers. Was bei der Konstruktion oder beim Entwurf des Teilstückes 17 in Betracht gezogen werden muß, ist die Tatsache, daß der Spalt 26 so weit sein muß, daß bei hohen Drehzahlen ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist. Fig. 5 zeigt die beiden Kolben in einer gegenseitigen Winkellage, welche sie ein nehmen, kurz bevor der Evolventenabschnitt 16 mit dem entsprechenden Abschnitt des Gegenkolbens in gegenseitige Dichtwirkung gelangt. Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß diese Abdich tung zwischen den beiden Evolventenabschnitten 16 im unteren Teil der Figur so lange aufrecht erhalten wird, bis eine Abdichtung zwi schen den Evolventenabschnitten 16 im oberen Teil der Fig. 5 er zielt ist. Auf diese Weise wird die Entstehung eines Gaseinschlusses zwischen dem Auslaß und dem Einlaß der Maschine verhindert. Da die Zahnflanken im wesentlichen geradlinige Teilstücke 17 aufweisen, ergibt sich eine geringe Zunahme des zum Einlaß der Maschine zurückgeleiteten Gasvolumens. Dieser Nachteil ist jedoch in der Praxis bedeutungslos, da die Druckzunahme in einem Gebläse be scheiden ist. Da beide Flanken der Zähne 6 im wesentlichen geradlinige Teilstücke 17 aufweisen, treten nur geringe Strömungs verluste auf, selbst wenn der Zahn 6 sich aus der Nut oder Zahn lücke im Gegenkolben entfernt. Auf diese Weise entsteht während der Saugphase nur ein geringfügiger Druckabfall in der Kammer 25.

Wenn auch vorstehend die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels im einzelnen beschrieben wurde, bei welchem die beiden in einandergreifenden Kolben drei Zähne aufweisen, so ist es doch ohne weiteres klar, daß die Kolben auch zwei oder mehr als drei Zähne mit derartigen Zahnflanken aufweisen können.

Claims

Rotationskolbengebläse mit zwei in einem Gehäuse um parallele Achsen drehbaren Kolben, an denen jeweils wenigstens zwei parallel zur Drehachse verlaufende Zähne angeordnet sind, welche Zahnflanken mit wenigstens abschnittsweiser Evolventenverzahnung aufweisen, an denen die Kolben miteinander in Eingriff stehen, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Evolventenabschnitt (16) jeder Zahnflanke sich über einen durch eine Übedeckung des Eingriffs an jeweils gegenüberliegenden Zahnflanken definierten Bereich zwischen inneren und äußeren Begrenzungskreisen (7, 9) erstreckt, daß an den Evolventenabschnitt (16) innerhalb des inneren Begrenzungskreises (7) ein im wesentlichen kreisbogenförmiger Abschnitt (19) anschließt und daß der Evolventenabschnitt (16) außerhalb des äußeren Be grenzungskreises (9) in ein im wesentlichen gerades Teilstück (17) übergeht, welches zur mit dem Gehäuse (1) dichtenden Zahnspitze (21) führt.