DE2934065A1

DE2934065A1 - Schrauben-drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2934065A1
Application number: DE19792934065
Authority: DE
Inventors: Edouard Klaey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-09-20
Filing date: 1979-08-23
Publication date: 1980-04-03
Also published as: NL7906453A; ZA794433B; FI792687A; AR219187A1; AT363164B; NO150696B; IT7925903A0; YU228779A; ES484284A1; BE878680A; FR2436876A1; IN153024B; DK146861B; NO150696C; MX149042A; PT70172A; AU5037079A; DK146861C; IE48625B1; GR66587B

Description

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Dr.Unridi-Dr.HfRse-Dr.Fronkt

69 Heidelberg 1
Gakbergstr. 3 · Telefon 25335

Edouard Kläy, Delemont (Schweiz)

Johann Beyeler, Bellmund (Schweiz)

Schrauben-Drehkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Schrauben-Drehkolbenmaschine zum Pressen bzw. Entspannen eines zugeführten Mediums, mit wenigstens zwei miteinander kämmenden, in zwei parallelen Achsen liegenden schraubenartigen Spindeln mit abnehmendem bzw. zunehmendem gewindeartigen Nutquerschnitt, welche Spindeln in einem Gehäuse mit wenigstens einer Einlass- und wenigstens einer Auslassöffnung eingebaut sind.

Im Handel sind Schraubenkompressoren zur Erzeugung von Druckluft bekannt, wobei sich zwei zylindrische Schraubenkörper mit ihrem Gewinde entgegengesetzter, konstanter Steigung und gleichbleibendem Gewindequerschnitt aneinander abwälzen. Dabei wird von jedem Gewindenutumgang ein Luftvolumen durch die Berührungsstellen der beiden Spindeln abgeschlossen und von der Ansaugseite zur Druckseite gefördert.

Bei grossen Druckdifferenzen zwischen dem Eintritt und dem Austritt kommt die Luft im abgeschlossenen Volumen mit der relativ kleinen Ansaugdichte plötzlich zusammen mit der komprimierten Luft der Austrittseite, was eine wesentliche Verschlechterung des Kompressorwirkungsgrades sowie störenden Lärm verursacht.

In der DE-PS 1 553 214 wird auf das britische Patent 890'507 hingewiesen, welches eine Schraubenspindelpumpe mit verstellbarer Fördermenge bei konstanter Drehzahl betrifft. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schraubenspindeln mit einer stetig veränderten Gewindenutbreite vorgesehen sind, wobei über die beiden Spindeln eine einen Gewindegang überdeckende Hülse verstellbar angeordnet

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Diese Pumpe kann auch zwei Zwillingsschraubenspindeln aufweisen, wobei das Gehäuse dann mit einem einzigen Einlass und zwei Auslassen bzw. mit zwei Einlassen und einem einzigen Auslass versehen sein kann.

Bei stetig verändertem Gewindenutquerschnitt werden die von einem elastischen Medium angefüllten, durch die Gewindegänge bei gegenseitiger Abwälzung der Spindeln abgeschlossenen Volumina stetig verändert, so dass deren Medium stetig bis zur gewünschten Enddichte zusammengepresst, bzw. ausgedehnt werden kann.

Es ist jedoch ausserordentlich schwierig und umständlich, sich aneinander abwälzende Schraubenspindeln mit stetig verändertem Gewindenutquerschnitt mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen. Schon relativ kleine Ungenauigkeiten können die nötige Dichtheit beim Abschluss der Volumina in Frage stellen.

Es stellte sich daher das Problem, eine Schrauben-Drehkolbenmaschine mit schraubenartigen Spindeln zu schaffen, deren Gewindenutquer schnitt sich längs der Gewindenut verändert, wobei jedoch die erforderliche Genauigkeit bei relativ einfacher Herstellung erreicht werden kann. Die Schrauben-Drehkolbenmaschine gemäss der Erfindung stellt eine Lösung dieses Problems dar.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt in der durch die Spindelachsen bestimmten Ebene einer Drehkolbenmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt der Spindeln nach Fig. 2, jedoch im vergrösserten Massstab, und

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1.

Die Schrauben-Drehkolbenmaschine nach Fig. 1 kann als Kompressor zur Verdichtung oder als Motor zur Entspannung eines zugeführten gasförmigen Mediums verwendet werden. Sie weist zwei auf parallelen Achsen liegende schraubenartige Zwillingsspindeln la, Hd; 2a, 2b auf, die sich gegenseitig kämmend aneinander abwälzen. Die beiden Zwillingsspindeln la, Ib, bzw. 2a, 2b sind mit je einem Lagerzapfen 3 und je einer Antriebswelle 4 versehen. Die Lagerzapfen 3 und die Antriebswellen 4 stecken in Kugellagern 5,

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welche in zwei gleichen einander gegenüberliegenden Lagerschildern 6 eines Maschinengehäuses 7 eingebaut sind. Die beiden Antriebswellen 4 sind durch gleiche Stirnräder 8 drehbar miteinander verbunden. Die Zwillingsspindelhälften la, Ib; 2a, 2b weisen je eine gewindeartige Nut 9 auf, die vom äusseren Spindelende nach der Zwillingsspindelmitte in der Breite und in der radialen Tiefe abnimmt.

In der Nut 9 greift ein entsprechend geformter gewindeartiger Kamm 10 der Gegenspindel, so dass durch jeden Gewindegang der beiden Zwillingsspindelhälften la, Ib; 2a, 2b je ein mit dem gasförmigen Medium gefülltes Nutvolumen durch den Innenmantel des Gehäuses 7 und durch den Kamm 10 der Gegenspindel an dessen Abwalzstelle in der durch die Spindelachsen bestimmten Ebene abgeschlossen wird.

Der Aussendurchmesser der Zwillingsspindeln lab und 2ab nimmt nach der Längsmitte derselben hin konisch ab, während der Kerndurchmesser nach der Längsmitte hin konisch zunimmt. Das Gehäuse ist deshalb zweiteilig und mit Längsflanschen 11 vorgesehen.

Werden die beiden Zwillingsspindeln lab, 2ab nach Fig. 1 an ihrer oberen Mantelseite gesehen gegeneinander gedreht, so wirkt die Maschine als Kompressor, wobei das gasförmige Medium durch Kanäle 12 der beiden Lagerschilder 6 einströmt und mit Nutvolumina nach der Zwillingsspindel lab, 2ab geschoben wird, wo es in eine Mittelrille 13 und über eine Gehäusenut 14 durch Kanäle 15 aus der Maschine ausströmt. Weil der Querschnitt der Gewindenut 9 von den Längsenden der Zwillingsspindeln lab, 2ab nach deren Mitte verkleinert wird, so werden auch die einzelnen abgeschlossenen Nutvolumina der Gewindegänge verkleinert, wobei der Druck und die Dichte des Mediums zunehmen. Um ein relatives Rückströmen des Mediums im veränderlichen Nutquerschnitt zu verhindern, ist der erste Gewindegang beim Eintritt des Mediums sowie der letzte Gewindegang vor dem Austritt mit gleichbleibendem Gewindenutquerschnitt vorgesehen. Die durch den Druckunterschied zwischen Mediumeintritt und Mediumaustritt auf die Spindeln bewirkten Axialkräfte werden bei den Zwillingsspindeln lab, 2ab kompensiert, so dass die Kugellager 5 nur radial belastet werden. Bei gleichem Drehsinn kann die Maschine auch als Vakuumpumpe zur Erzeugung ei-

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nes Unterdruckes in den Kanälen 12 verwendet werden. Das verdünnte Medium wird dann bis auf den athmosphärischen Druck verdichtet und verlässt die Maschine ebenfalls durch die Kanäle 15.

Wird der Maschine durch die Kanäle 15 ein gasförmiges Medium mit Ueberdruck zugeführt, so kann sich dieses in den eingeschlossenen Nutvolumina gegen die Kanäle 12 hin entspannen, so dass die Maschine als Motor wirkt. Die Zwillingsspindeln lab, 2ab drehen sich dann an ihrer oberen Mantelseite (Fig. 1) gesehen, voneinander.

Die gewindeartige Nut 9 ist in ihrer Breite durch rechtwinklig zur Spindelachse stehende ebene Flächen 16 begrenzt, welche in der Schraubenlinie nacheinander gesehen und durch Stufen 17 voneinander getrennt sind. Dadurch erscheint die Nut 9 als eine Folge von ineinander übergehenden parallelen, seitlich verschobenen Aussparungen (Fig. 1).

Der Querschnitt der Spindeln la, Ib; 2a, 2b ist eine Kreisfläche mit mindestens einem Ausschnitt 18 von omegaartiger Form (Fig. 2, 3). Bei eingängigem Gewinde (Fig. 1, 2 und 3) weist die Kreisfläche nur einen solchen Ausschnitt 18 auf. Dieser erstreckt sich aussen auf den halben Umfang der Kreisfläche und ist radial nach innen durch einen konzentrischen Halbkreisbogen 19 begrenzt. Die Enden des Bogens 19 sind durch symmetrische Kurven 20 mit den Enden des äusseren Scheibenbogens 21 verbunden und bilden Ecken 22 mit diesem. Ist die Spindel beispielsweise dreigängig vorgesehen, so verteilen sich drei omegaartige Ausschnitte 18 gleichmässig auf dem Umfang der Kreisfläche, wobei jeder Ausschnitt ein Sechstel des Umfanges der Kreisfläche einnimmt.

Nach Fig. 2 hat die Maschine einen kreisförmigen Querschnitt. Zur Material- und Gewichtseinsparung dienen zylindrische Löcher 23. Die beiden Lagerschilder 6 sind durch Zugstangen am Gehäuse 7 befestigt, welche durch Bohrungen 24 führen.

Die Maschine kann auch mit Zwillingsspindeln lab, 2ab vorgesehen sein, deren Aussendurchmesser nach der Längsmitte derselben konisch zunimmt und deren Kerndurchmesser nach der Längsmitte hin abnimmt.

Vorteilhaft können sich auch Zwillingsspindeln mit konstantem Aussendurchmesser erweisen, weil dadurch das Maschinengehäuse 7

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einteilig und mit zylindrischen Bohrungen ausgeführt werden kann.

Die Spindeln la, Ib; 2a, 2b können auch je eine Welle aufweisen, auf welcher Kreisringscheiben dicht nebeneinander verschiebungsfest angebracht sind, welche Scheiben mit omegaartigen Ausschnitten 18 vorgesehen sind. Diese Kreisringscheiben müssen gegeneinander derart verdreht sein, dass deren Ausschnitte 18 zusammen die gewindeartige Nut 9 bilden. Die erwähnten Scheiben sind in Fig. 1 auf der rechten Seite der Zwillingsspindeln angedeutet.

In Fig. 3 ist eine Darstellung der beiden schraubenartigen Spindeln lab, 2ab gezeigt, in welcher die Kurven 20 einen Raum 25 abschliessen. In dieser Darstellung liegt je eine Ecke 22 der einen Spindel la, Ib an einem Ende des Halbkreisbogens 19 der anderen Spindel 2a, 2b. Bewegen sich die Ecken 22 von der oberen Gehäusekante 26 zur unteren Gehäusekante 27, so verschieben sie sich auf der Kurve 20 zunächst von aussen nach innen zu den Enden des Halbkreisbogens 19, wobei sich der Kurvenraum 25 bildet und dann wieder von den Enden des Halbkreisbogens 19 nach aussen, wobei der Kurvenraum 25 wieder verschwindet. Dieser ist jedoch relativ klein und bleibt während seiner Entstehung und seiner Verkleinerung nach der Nut 9 hin offen. Die Ecken 22 der Spindelquerschnittfläche (Fig. 3) entsprechen den Kanten der Stufen 17 (Fig. 1) und bewirken dort einen doppelten Abschluss.

Die Maschine weist einen einfachen Aufbau mit nur festen und rotierenden Teilen von relativ kleinem Durchmesser auf, so dass sehr hohe Drehzahlen möglich sind. Dadurch soll eine reibungsarme Abdichtung durch kleines Spiel bewirkt werden.

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Claims

Patentansprüche :

f 1/ Schrauben-Drehkolbenmaschine zum Pressen bzw. Entspannen eines zugeführten Mediums, mit wenigstens zwei miteinander kämmenden, in zwei parallelen Achsen liegenden schraubenartigen Spindeln mit abnehmendem bzw. zunehmendem gewindeartigen Nutquerschnitt, welche Spindeln in einem Gehäuse mit wenigstens einer Einlass- und wenigstens einer Auslassöffnung eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln (la, Ib, 2a, 2b) mindestens eine gewindeartige Nut (9) aufweisen, welche durch stufenförmige, in der Schraubenlinie nacheinander vorgesehene, mit zu den Spindelachsen rechtwinklig stehenden ebenen Begrenzungsflächen (16) versehenen, ineinander übergehenden Aussparungen gebildet ist, in welche Nut (9) in der durch die beiden Spindelachsen bestimmten Ebene ein entsprechend geformter gewindeartiger Kamm (10) der Gegenspindel eingreift und bei jedem Gewindegang ein Nutvolumen abschliesst, so dass bei der Abwälzung der Spindeln der Kamm (10) die Nutvolumina mit dem Medium vom Einlauf zum Auslauf verschiebt, wobei die Nutvolumina verändert werden und die gewünschte Druckdifferenz zwischen Einlauf und Auslauf erzielt wird, und dass die Spindeln (la, Ib, 2a, 2b) im Querschnitt eine Kreisfläche mit mindestens einem omegaartigen Ausschnitt (18, 19, 20) aufweisen.
2. Schrauben-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Schraubenlinie sich folgenden Aussparungen zwecks Pressung des Mediums eine abnehmende Breite und/oder eine abnehmende radiale Tiefe bzw. zwecks Entspannung des Mediums eine zunehmende Breite und/oder eine zunehmende radiale Tiefe aufweisen.
3. Schrauben-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln als Zwillingsspindeln (lab, 2ab) vorgesehen sind, deren Aussendurchmesser nach der Längsmitte konisch abnimmt und deren Kerndurchmesser nach der Längsmitte zunimmt.
4. Schrauben-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln als Zwillingsspindeln (lab, 2ab) vorgesehen sind, deren Aussendurchmesser nach der Längsmitte konisch zunimmt und deren Kerndurchmesser nach der Längsmitte abnimmt.

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5. Schrauben-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln als Zwillingsspindeln (lab, 2ab) mit konstantem Aussendurchmesser vorgesehen sind.
6. Schrauben-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gewindespindel (la, Ib, 2a, 2b) eine Welle aufweist, auf welcher mit mindestens einem omegaartigen Ausschnitt (18) versehene, dicht nebeneinander liegende Kreisringscheiben verschiebungsfest aufgebracht sind, so dass die Ausschnitte (18) zusammen die gewindeartige Nut (9) bilden.

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