DE3810498A1

DE3810498A1 - Rotor fuer eine stroemungsmaschine

Info

Publication number: DE3810498A1
Application number: DE3810498A
Authority: DE
Inventors: Toshio Takeda; Yoshiharu Okochi
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1988-10-20
Anticipated expiration: 2008-03-29
Also published as: DE3810498C2; JPS63243478A; US4971536A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine, wie beispielsweise ein Gebläse, einen Kompressor, einen Stellmotor, eine Vakuumpumpe u. ä.

Bei einem herkömmlich ausgebildeten Rotor für eine Strö mungsmaschine umfaßt der Rotor eine Antriebswelle und ein drehbares Element, das drehbar an der Antriebswelle gelagert ist.

Für die Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem drehbaren Element finden ein Keil und eine Keilnut An wendung.

Bei einer derartigen Verbindung aus Keil und Keilnut ist es schwierig, Spiel in Drehrichtung zwischen der Antriebs welle und dem drehbaren Element zu vermeiden. Daher tritt etwas Spiel in Drehrichtung zwischen der Antriebswelle und dem drehbaren Element auf, wenn sich der Rotor in Umfangsrichtung dreht.

Um bei einer derartigen Strömungsmaschine, wie beispiels weise einer Pumpe mit einem Gehäuse und drehbar im Ge häuse gelagerten Rotoren, den Kompressionsgrad so hoch wie möglich zu halten, ist es erforderlich, das Spiel zwischen den beiden drehbaren Elementen der Rotoren und zwischen den drehbaren Elementen und einer Innenwand eines Gehäuses, in dem die Rotoren angeordnet sind, mini mal zu halten. Bei einer herkömmlich ausgebildeten Pumpe, bei der in Drehrichtung der drehbaren Elemente etwas Spiel unvermeidbar ist, kann jedoch nicht darauf verzichtet werden, dieses Spiel beträchtlich größer als erforderlich auszubilden. Hierdurch kann jedoch der Wirkungsgrad, beispielsweise das Kompressionsvermögen etc., nicht verbessert werden.

In der ungeprüften japanischen Patentanmeldung 63 390/1984 ist eine Ausführungsform beschrieben, bei der sowohl in einer Antriebswelle als auch in einem drehbaren Element ein koaxial ausgebildetes Stiftloch angeordnet und ein Stift in beide Stiftlöcher gepreßt ist. Bei dieser be kannten Ausführungsform kann der Stift jedoch verformt werden, obwohl Spiel in Drehrichtung der drehbaren Ele mente verhindert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders zuverlässigen Rotor ohne jedwedes Spiel in Drehrichtung und ohne Verformung eines derartigen Stiftes zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor ge löst, der eine Antriebswelle mit einem Drehverhinde rungsabschnitt auf ihrem Umfang und ein um den Drehver hinderungsabschnitt der Antriebswelle herum gegossenes drehbares Element besitzt.

Die Herstellung eines derartigen erfindungsgemäß ausge bildeten Rotors umfaßt die folgenden Schritte: Ausbil dung einer Antriebswelle, Anordnen der Antriebswelle im Hohlraum einer Gießform, Gießen eines geschmolzenen Metalls in den Hohlraum, während die Antriebswelle da rin angeordnet ist. Bei Verfestigung des geschmolzenen Metalls durch Abkühlung wird eine feste Verbindung zwischen Antriebswelle und dem drehbaren Element er reicht.

Das gegossene drehbare Element zieht sich gegen den Drehverhinderungsabschnitt der Antriebswelle zusammen bzw. zieht diesen Abschnitt zusammen, da es bei seiner Verfestigung aus dem geschmolzenen Metall stark schrumpft. Es ist daher möglich, eine feste Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem drehbaren Element herzustellen.

Aus diesem Grunde wird das drehbare Element vorzugsweise aus Materialien hergestellt, deren Wärmeschrumpfmaß größer ist als das der Antriebswelle. Die Verwendung von Materialien, die ein großes Wärmeschrumpfmaß besitzen, macht es möglich, das Wärmeschrumpfmaß bis zum Abkühlen des geschmolzenen Metalls auf Normaltemperatur nach der Verfestigung ausreihend groß zu halten, so daß das durch das drehbare Element bewirkte Zusammenziehen stärker aus geprägt wird.

Wenn die Antriebswelle aus Eisen- und Stahlmaterialien hergestellt wird, wird das drehbare Element vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellt. Es ist ferner wünschenswert, die Oberfläche des Drehverhin derungsabschnittes zu reinigen oder mit einem Überzug zu versehen, der eine größere Affinität gegenüber dem zu gießenden Metall besitzt, um die Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem drehbaren Element zu verfesti gen.

Je größer der beim Vergießen auf das geschmolzene Metall einwirkende Druck ist, desto stärker wird der Kontakt zwischen dem Drehverhinderungsabschnitt und dem dreh baren Element.

Bei dem Drehverhinderungsabschnitt kann es sich um zwei planare Abschnitte handeln, die Umfangsabschnitt der Antriebswelle ausgebildet sind und sich Axialrichtung gegenüberliegen.

Als weitere Alternative kann der Drehverhinderungsab schnitt zahnförmig ausgebildet sein.

Es wird ferner vorgezogen, am äußeren Umfangsabschnitt der Antriebswelle einen Anschlag zur Verhinderung einer Axialbewegung vorzusehen. Durch diese Konstruktion wird Spiel des drehbaren Elementes in Axialrichtung ausge schaltet, da ein guter Eingriff zwischen dem axialen Anschlag und dem drehbaren Element besteht.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Problem des Vorhandenseins von Spiel zwischen der Antriebswelle und dem drehbaren Element weitgehend beseitigt werden kann.

Da ferner bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Rotor kein Stift und kein Stiftloch Anwendung finden, besteht kein Problem einer Stiftverformung. Des weiteren kann durch die Anordnung eines axialen Anschlags an der An triebswelle Spiel in Axialrichtung verhindert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs beispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Pumpe vom Roots-Typ, die mit einer ersten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäß ausgebil dten Rotors versehen ist;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt entlang der Linie II- II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch die Antriebs welle bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch die Antriebs welle einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch die Antriebs welle einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch die Antriebs welle einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 einen Teilquerschnitt durch die Antriebs welle einer sechsten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 8 einen Teilquerschnitt durch die Antriebs welle einer siebten Ausführungsform der Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform dargestellt, bei der ein erfindungsgemäß ausgebildeter Rotor bei einem Gebläse mit positiver Verdrängung vom Roots-Typ Anwendung findet.

Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Gebläse ein Ge häuse 50 und zwei Rotoren 1, die drehbar im Gehäuse 50 gelagert sind. Eine Antriebswelle 2 wird durch einen länglichen Antriebswellenkörper 20 gebildet, der eine Achse Q und ein an beiden Enden desselben vorgesehenes Lager 21 aufweist.

Jeder Rotor 1 besteht aus einer Antriebswelle 2 und einem drehbaren Element 3, das an der Antriebswelle 2 montiert ist.

Das drehbare Element 3 ist kürbisförmig ausgebildet und mit einem Loch 3 a zur Gewichtsverminderung, Ausgleich von Wärmeausdehnungseffekten u. ä. versehen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind in regelmäßigen Abständen entlang dem Antriebswellenkörper 20 der Antriebswelle 2 Drehverhinderungsabschnitte 23 ausgebildet.

Diese Drehverhinderungsabschnitte 23 besitzen planare Flächen, die sich einander gegenüberliegen und durch Abfasen der äußeren Umfangsabschnitte des Antriebswel lenkörpers 20 ausgebildet worden sind. Jeder Drehver hinderungsabschnitt 23 entspricht einem der in Fig. 2 gezeigten schmalen Teile des drehbaren Elementes 3.

Des weiteren sind Anschlag- bzw. Verhinderungsabschnitte 24 für eine Axialbewegung zwischen den Drehverhinderungs abschnitten 23 an der Antriebswelle 2 ausgebildet.

Ferner ist ein Anschlagabschnitt 25 für eine Axialbe wegung an beiden Enden des länglichen Antriebswellen körpers 20 ausgebildet. Jeder der Anschlagabschnitte 25 besitzt einen in Richtung auf sein Ende allmählich an steigenden Durchmesser.

Bei der Herstellung eines jeden Rotors 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird zuerst eine Antriebswelle 2 aus Eisen oder Stahl geformt, die die vorstehend genannten Drehverhinderungsabschnitte 23 und Anschlagabschnitte 24 und 25 für eine Axialbewegung be sitzt. Als nächstes wird die Antriebswelle 2 in den Hohl raum einer Gießform eingebracht. Dann wird geschmolzenes Aluminium in den Hohlraum gegossen, wobei sich das flüs sige Metall um die Drehverhinderungsabschnitte 23 und die Anschlagabschnitte 24 und 25 herum verteilt.

Da die drehbaren Elemente 3, die in der vorstehend be schriebenen Weise gegossen worden sind, zum Zeitpunkt ihrer Verfestigung aus dem geschmolzenen Metall ein großes Schrumpfmaß besitzen, ziehen sie sich sehr eng gegen die Drehverhinderungsabschnitte 23 und die An schlagabschnitte 24 und 25 der Antriebswelle 2 bzw. pressen diese zusammen. Somit wird eine feste Verbin dung zwischen der Antriebswelle 2 und dem drehbaren Element sichergestellt. Mit anderen Worten, es ist mög lich, Spiel zwischen der Antriebswelle 2 und dem dreh baren Element 3 in Drehrichtung zu verhindern.

Des weiteren wird der Wärmeschrumpfpfad des drehbaren Elementes 3 von der Verfestigung bis zur Abkühlung des aus einer Aluminiumlegierung bestehenden geschmolzenen Metalls so groß wie möglich gehalten, was zur Verbes serung des Zusammenziehgrades beträchtlich beitragen kann. Hierbei kann die Fläche der planaren Drehverhin derungsabschnitte 23 durch Erhöhung ihrer Breitendimen sion D ausreichend groß gemacht werden, wodurch eine zufriedenstellende Festigkeit der Verbindung sicherge stellt wird.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind in regelmäßigen Abständen drei Drehverhinderungsabschnit te 23 über die Länge des länglichen Antriebswellen körpers 20 angeordnet. Daher ist diese Ausführungsform selbst dann vorteilhaft, wenn eine längere Antriebs welle 2 verwendet wird, da in Drehrichtung der Welle 2 kein Spiel auftritt.

Des weiteren ist es möglich, den Umfang des drehbaren Elementes 3 umd das Ausmaß der Drehverhinderungsabschnit te 23 näher an den axialen Mittelpunkt Q der Antriebs welle heranzulegen. Somit kann der verengte Bereich des drehbaren Elementes 3 sehr groß ausgebildet sein. Durch die kleinere Ausführungsform des Gehäuses 50 kann daher ein größerer Raum für die Pumpenkammer zur Verfügung gestellt werden. Es versteht sich, daß die Drehverhin derungsabschnitte 23 auch als unregelmäßige Fläche an stelle einer ebenen Fläche ausgebildet werden können.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, sind die beiden Rotoren 1 des Gebläses mit positiver Verdrängung vom Roots-Typ mit einem Raum 500 versehen, der eine kürbis förmige Pumpenkammer bildet, einem Gehäuse 50 mit einem Lufteinlaß und Luftauslaßlöchern, einer Platte 51 und einer Abdeckung 52, die mit Hilfe eines Bolzens 50 a am Gehäuse 50 befestigt ist, sowie einer Abdeckung 53, die mit Hilfe eines Bolzens 53 a am Gehäuse 50 befestigt ist.

Im kürbisförmigen Raum 500 des Gehäuses 50 befinden sich zwei drehbare Elemente 3 der Rotoren 1 in einer relativ zueinander verschobenen Phase. Jedes Ende 21 der Antriebs wellen 2 wird durch entsprechende Lager 54, 55, 56 und 57 drehbar gelagert.

Um ein Lösen der Antriebswellen 2 zu verhindern, sind Bolzen 60, 61, 62 und 63 vorgesehen.

Eines der beiden drehbaren Elemente 3 besitzt ein Zahn rad 64 an seinem Ende 21, während das andere Element ein Zahnrad 65 und eine Riemenscheibe 66 aufweist. Die Riemenscheibe 66, die über einen Riemen (nicht gezeigt) angetrieben wird, dient dazu, daß Drehmoment auf die drehbaren Elemente 3 in Richtung des Pfeiles B zu über tragen. Somit drehen sich durch das Kämmen der Zahn räder 64 und 65 die beiden drehbaren Elemente 3 in Rich tung des Pfeiles A, wodurch über den Auslaß angesaugte Luft komprimiert und wieder ausgestoßen wird.

Im Bodenabschnitt des Raumes 69, der durch die Abdec kung 52 und die Platte 51 begrenzt wird, befindet sich umgewälztes Öl 70, das dort in flüssigkeitsdichter Weise angeordnet ist.

Zur vollständigen Abdichtung des umgewälzten Öles und der komprimierten Luft sind die Elemente 71, 72, 73, 74, 75 und 76 vorgesehen.

Die Funktionsweise des in das Gebläse vom Roots-Typ ein gebauten Rotors 1 wird nunmehr im einzelnen beschrieben.

Wenn die drehbaren Elemente 3 rotieren, dienen die Dreh verhinderungsabschnitte 23 dazu, jedwedes Spiel zwischen den Antriebswellen 2 und den drehbaren Elementen 3 in Drehrichtung zu verhindern. Des weiteren dienen die An schlagabschnitte 24 und 25 bzw. Verhinderungsabschnitte für eine Axialbewegung dazu, jedwedes Spiel zwischen den Antriebswellen 2 und den drehbaren Elementen 3 zu verhindern. Daher kann das Spiel zwischen den beiden drehbaren Elementen 3 und zwischen diesen drehbaren Elementen 3 und der Innenwand des Gehäuses 5, in dem der Raum 500 ausgebildet ist, ausreichend klein ge halten werden. Dies trägt dazu bei, den Kompressions grad zu verbessern.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfin dung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Drehverhinderungsabschnitte 80 als planare Abschnitte in einem seitlichen Bereich des Umfangs der Antriebs wellen 2 ausgebildet.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden die Drehverhinderungs abschnitte durch vier planare Abschnitte 81 am Umfang der Antriebswellen 2 gebildet. In diesem Fall ist der Querschnitt einer jeden Antriebswelle 2 rechteckig.

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden die Drehverhinderungs abschnitte 82 durch zwei kreisbogenförmige vertiefte Abschnitte am Umfang der Antriebswellen 2 gebildet. Der Querschnitt einer jeden Antriebswelle 2 besitzt somit Kürbisform.

In Fig. 6 ist eine fünfte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden die Dreh verhinderungsabschnitte 83 durch sechs planare Abschnit te am Umfang der Antriebswellen 2 gebildet. Der Quer schnitt der Antriebswellen 2 ist daher hexagonal.

In Figur ist eine sechste Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform werden die Drehver hinderungsabschnitte 84 durch zwei kreisbogenförmige Ab schnitte am Umfang der Antriebswellen 2 gebildet. Der Querschnitt der Drehverhinderungsabschnitte 84 ist somit oval oder elliptisch.

Fig. 8 zeigt eine siebente Ausführungsform der Erfin dung. Bei dieser Ausführungsform werden die Drehverhin derungsabschnitte 85 durch zwei ausgeschnittene Abschnit te am Umfang der Antriebswellen 2 gebildet.

Die Funktionsweise jeder Ausführungsform 2 bis 7 ent spricht der der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform.

Erfindungsgemäß wird somit ein Rotor für Strömungs maschinen, wie beispielsweise Gebläse, Kompressoren, Fluidmotoren und Vakuumpumpen, vorgeschlagen, der eine Antriebswelle mit Drehverhinderungsabschnitten an ihrem Umfang und ein drehbares Element umfaßt, das um die Drehverhinderungsabschnitte der Antriebswelle gegossen ist. Der erfindungsgemäß ausgebildete Rotor wird herge stellt, indem die Antriebswelle ausgebildet und im Hohlraum einer Gießform angeordnet wird. Danach wird geschmolzenes Metall in den Hohlraum, in dem sich die Antriebswelle befindet, gegossen. Der entstandene Ro tor besitzt kein Spiel in Drehrichtung seines dreh baren Elementes.

Claims

1. Rotor für eine Strömungsmaschine, gekennzeichnet durch
eine Antriebswelle (2) mit Drehverhinderungsab schnitten (23, 80, 81, 82, 83, 84, 85) an ihrem Um fang und
einem um die Drehverhinderungsabschnitte (23, 80, 81, 82, 83, 84, 85) der Antriebswelle (2) herum gegos senen drehbaren Element (3).

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehverhinderungsabschnitte (23, 80, 81) planar ausgebildet sind und sich in Axialrichtung am Umfang der Antriebswelle (2) gegenüberliegen.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehverhinderungsabschnitte zahnförmig ausge bildet sind.

4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Element (3) aus Mate rialien besteht, die ein größeres Schrumpfmaß besitzen als die Antriebswelle (2).

5. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehverhinderungsabschnitte oberflächenbehandelt sind, so daß eine ausreichende Ver bindungsfestigkeit zwischen den Drehverhinderungsab schnitten und der Antriebswelle (2) sichergestellt wird.

6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Umfangsabschnitt (24) der Antriebswelle (2) als Stufe ausgebildet ist, um eine Axialbewegung zu verhindern.