DE60105871T2 - Schraubenrotoren und Schraubenmaschine - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schraubenrotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, der bei einer Schraubenmaschine eingesetzt wird, und auf eine Schraubenmaschine, wie eine Trockenvakuumpumpe, etc., die solche Schraubenrotoren verwendet. Ein Schraubenrotor der obigen Art ist aus WO 97/21926 bekannt.
  • Herkömmlicherweise ist als Pumpe oder als Kompressor, die/der einen Hochgeschwindigkeits-, Langzeitdauerbetrieb erlaubt, eine Verdrängungsschraubenmaschine mit einem Paar von Schraubenrotoren in ihrem Gehäuse bekannt.
  • In solch einer Art von Schraubenmaschine, beispielsweise die Schraubenmaschine, die als Trockenvakuumpumpe benutzt wird, sind die männlichen und weiblichen Schraubenrotoren in Rückwärtsschraubenbeziehung miteinander parallel angeordnet und miteinander vermascht, so dass sie einen infinitesimal kleinen Abstand beabstandet sind, und, zwischen den beiden Rotoren und dem die Rotoren umgebenden Gehäuse sind die Arbeitskammern unterteilt von den Vermaschungsabschnitten der Rotoren ausgebildet. Ebenso ist die Schraubenmaschine derart eingerichtet, dass die männlichen und weiblichen Schraubenrotoren synchron gedreht werden, wobei die männlichen und weiblichen Schraubenrotoren im Wesentlichen in einem kontaktlosen Zustand vermascht sind, und dadurch bewirken, dass sich das Volumen der Arbeitskammern auf einer Ansaugseite vergrößert und auf einer Auslassseite verkleinert.
  • Ebenso sind im Allgemeinen in der Vakuumpumpe die zwei Phasen der wesentlichen Leistung, d.h. der Höchstdruck und die Ablassgeschwindigkeit dessen, höchst erforderlich. In der Schraubenmaschine wie einer Trockenvakuumpumpe, übt der maschende Eingriff der parallel angeordneten männlichen und weiblichen Schraubenrotoren, als auch der Abstand zwischen diesen Rotoren und dem Gehäuse, einen großen Einfluss auf alle Phasen der Leistung aus. Deshalb wird in solchen Schraubenmaschinen der Abstand zwischen den männlichen und weiblichen Schraubenrotoren und der Abstand zwischen den beiden Rotoren und dem Gehäuse bis zum Äußersten klein gemacht und dabei eine Verbesserung der Leistung erstrebt.
  • Ferner hat die Schraubenmaschine einige Bauarten wie eine Lysholmbauart, eine quadratisch gewickelte Bauart (mit einem Quinby-geformten (quadratisch-geformten) Zahnprofil), und einer spiraxialen Bauart (mit einem spiraxialen Schraubenzahnprofil gebildet durch Kombinieren eines Epitrochoids mit einer archimedischen Spiralkurve). In der Lysholmbauart kommt diejenige häufig zum Einsatz, deren Rotoren vier oder mehr Windungen haben, wobei der weibliche Rotor gegenüber dem männlichen Rotor um eine Windung vergrößert ist. In der quadratisch gewickelten Bauart und der spiraxialen Bauart kommt diejenige häufig zum Einsatz, bei der die männlichen und weiblichen Rotoren jeweils eine Windung haben.
  • Im Falle der quadratisch gewickelten Bauart oder der spiraxialen Bauart ist im Querschnitt senkrecht zur Drehachse die Position des Schwerpunkts stark von der Drehachse verschoben. Deshalb, um ein Koppelgleichgewicht zu erreichen, ist es notwendig, große Hohlräume mittels Guss auszubilden, etc., zum Öffnen von Hohlräumen an den Endseiten jedes der Schraubenrotoren, was den Herstellungsvorgang komplex macht.
  • Ferner nimmt die Schraubenmaschine solch eine Rotorform an, dass bei den Vermaschungsabschnitten der männlichen und weiblichen Schraubenrotoren ein Unterschied der relativen Umfangsgeschwindigkeit zwischen den beiden Rotoren entsteht. Damit passiert es in manchen Fällen, dass die beiden Schraubenrotoren mit einem kleinen Abstand bei den Eingriffsabschnitten aufgrund der Hochgeschwindigkeits-, Langzeitdauerbetätigung unter Hochlast, etc., einer thermischen Ausdehnung unterliegen, so dass sich die beiden Rotoren gleitend berühren und dabei Reibschweißung zwischen den männlichen und weiblichen Schraubenrotoren bewirken. Folglich gibt es ein Problem, dass der Vermaschungsabstand zwischen den Rotoren auch zum Nachteil der Pumpenleistung in gewissem Ausmaß gewährleistet sein muss, so dass Reibschweißung zwischen den Rotoren aufgrund thermaler Ausdehnung nicht vorkommen kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Dementsprechend zielt die Erfindung darauf ab, den Vermaschungsabstand zwischen den Schraubenrotoren zu verringern, um die Leistung zu erhöhen, und zusätzlich ist es ein Ziel dieser, die Schraubenmaschine bereitzustellen, die fähig ist, die Reibschwei ßung zwischen den Rotoren sogar unter Langzeithochgeschwindigkeitsdauerbetrieb effektiv zu verhindern.
  • Um das zuvor genannte Problem zu lösen, stellt die Erfindung einen Schraubenrotor nach Anspruch 1 bereit.
  • Weil der Stufenumfangsabschnitt vorgesehen ist, ist im Querschnitt senkrecht zur Drehachse die Position des Schwerpunkts niemals erheblich vom Drehmittelpunkt verschoben, und es gibt kein Bedürfnis, um komplexe Hohlräume mittels Guss, etc., zu formen, wobei eine Reduktion der Herstellungskosten ermöglicht wird.
  • In jedem dieser Schraubenrotoren wird der Versatz der Position des Schwerpunkts vom Drehmittelpunkt kleiner als im Vergleich zu der spiraxialen Bauart eines Schraubenrotors und der quadratisch gewickelten Bauart eines Schraubenrotors, die beide die äquivalente Auslassabschnittsfläche und denselben Rotordurchmesser haben. Damit, weil die Windungszahl ganzzahlig gemacht wird, um die Position des Schwerpunkts auf der Drehmittelachse zu platzieren, gibt es kein Bedürfnis, die komplexen Hohlräume mittels Guss, etc. auszubilden, um ein Koppelgleichgewicht zu erreichen.
  • Durch Einrichten, dass der Stufenumfangsabschnitt in einer Bandform in der radialen Position im Wesentlichen in der Mitte zwischen dem Zahnkopfoberflächenabschnitt und dem Zahnfußoberflächenabschnitt ausgebildet ist, können die Zahnprofile der jeweiligen Rotoren gemeinsam gebildet werden, um so die Verarbeitung zu vereinfachen, und ebenso kann die erforderliche Dichtleistung bei den Vermaschungsabschnitten der Schraubenrotoren von dem Stufenumfangsabschnitt, der eine bestimmte Breite hat, ausgeübt werden.
  • In der Erfindung ist der Radius des Stufenumfangsabschnitts so festgesetzt, dass wenn einer des Paares an männlichen und weiblichen Rotoren mit dem Rotorgegenstück vermascht ist, von den Vermaschungsabständen zwischen den männlichen und weiblichen Schraubenzähnen, der Abstand zwischen den Stufenumfangsabschnitten kleiner ist als die Abstände zwischen den anderen Abschnitten. In diesem Fall, wenn die männlichen und weiblichen Schraubenrotoren miteinander vermascht sind, ist von den Vermaschungsabständen zwischen den männlichen und weiblichen Schraubenzähnen der Abstand zwischen den Stufenumfangsabschnitten kleiner als die Abstände zwischen den anderen Abschnitten. Damit wird der Vermaschungsabstand zwischen den Rotoren der kleinste zwischen den Stufenumfangsabschnitten. Dabei, jedoch, wenn die Schraubenrotoren thermischer Ausdehnung unterliegen, grenzen zunächst die Stufenumfangsabschnitte mit bestimmtem Radius in einem Rollkontakt aneinander an, und deshalb kann eine Reibschweißung schwierig vorkommen im Vergleich zu der herkömmlichen Maschine, in welcher die Zahnabschnitte der beiden Rotoren stärkstens dazu neigen, sich gleitend zu berühren. Ferner, weil der Vermaschungsabstand zwischen den Rotoren an sich zwischen den Stufenumfangsabschnitten am kleinsten gehalten werden kann, kann die Effizienz erhöht werden.
  • Die Schraubenmaschine gemäß der Erfindung benutzt einen Schraubenrotor, wie er in Anspruch 1 oder Anspruch 2 definiert ist, und ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass – wobei die Schraubenrotoren als die miteinander vermaschten männlichen und weiblichen Rotoren angeordnet sind – die beiden Rotoren parallel zueinander im Gehäuse aufgenommen sind und einen Ansaugkanal und einen Auslasskanal bilden, um so miteinander in einem kontaktlosen Vermaschungseingriff miteinander vermascht zu sein, und dass, zwischen dem Gehäuse und beiden Rotoren, eine Vielzahl von Arbeitskammern ausgebildet ist, die durch Rotation der Schraubenrotoren in einer Axialrichtung der Drehachse versetzt werden, und in dem mit dem Ansaugkanal kommunizierenden Übergangsabschnitt ein vergrößertes Volumen haben und in dem mit dem Auslasskanal kommunizierenden Übergangsabschnitt ein verkleinertes haben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Vorderschnittansicht von Hauptabschnitten, darstellend die schematische interne Struktur der Schraubenmaschine gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht der Umgebung der Schraubenrotoren der Schraubenmaschine gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • 3 ist eine Vorderansicht, darstellend die Vermaschungsbeziehung zwischen den männlichen und den weiblichen Schraubenrotoren gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • 4 ist eine Schnittansicht auf eine Linie A–A aus 3.
  • 5 ist eine Ausführungsschnittansicht der Vermaschungsabschnitte, darstellend den Justierungszustand der Vermaschungsabstände zwischen den männlichen und weiblichen Schraubenrotoren gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • 6(a) bis 6(c) sind Ansichten zur jeweiligen Darstellung der Position des Schwerpunkts im Querschnitt jedes der Schraubenrotoren gemäß einer Ausführung der Erfindung. 6(a) ist eine Querschnittsansicht des Schraubenrotors einer Ausführung desselben, 6(b) ist eine Querschnittsansicht einer spiraxialen Bauart eines Rotors als ein vergleichendes Beispiel, und 6(c) ist eine Querschnittsansicht einer quadratisch gewickelten Bauart eines Rotors als weiteres vergleichendes Beispiel.
  • 7 ist eine Vorderansicht, darstellend die Vermaschungsbeziehung zwischen den männlichen und den weiblichen Schraubenrotoren gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung.
  • 8(a) und 8(b) sind Ansichten, darstellend die Formen der entgegengesetzten Enden der männlichen und weiblichen Schraubenrotoren gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung. 8(a) ist eine linksseitige Ansicht dessen, und 8(b) eine rechtsseitige Ansicht dessen.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird nachstehend basierend auf den Zeichnungen beschrieben.
  • 1 bis 6 sind die Ansichten darstellend die Schraubenrotoren und Schraubenmaschine gemäß einer Ausführung der Erfindung. Die Schraubenmaschine der Ausführung, eine Anwendung der Erfindung auf einer Trockenvakuumpumpe, beinhaltet das einen Ansaugkanal 11a und einen Auslasskanal 11b bildende Gehäuse 11, die männlichen und weiblichen Schraubenrotoren 21, 22, die parallel so im Gehäuse 11 aufgenommen sind, dass sie miteinander in einem kontaktlosen Vermaschungseingriff mit einem vorbestimmten Abstand (ein infinitesimal kleiner Abstand) vermascht sind, die Lager 23a, 23b und die Dichtelemente 24a, 24b zum Abdichten der Lagerbohrungen, die beide zwischen dem Gehäuse 11 und den Schraubenrotoren 21, 22 angebracht sind, das Antriebsmittel 27, welches die an die Schraubenrotoren 21, 22 anmontierten synchronen Zahnräder 25a, 25b hat, um die jeweiligen Rotoren 21, 22 in den entgegengesetzten Richtungen synchron zu drehen, und den an ein Ende des Rotors 22 gekoppelten Motor 26.
  • Der Schraubenrotor 21 auf der weiblichen Seite und der Schraubenrotor auf der männlichen Seite 22 haben solche äußere Durchmesser und axiale Längen, so dass sie einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind, z.B. ein Abstand von 50 μm hinsichtlich der inneren Wandoberfläche 11i des Gehäuses 11. Zwischen dem Gehäuse 11 und den beiden Schraubenrotoren ist eine Vielzahl spiralförmiger Arbeitskammern 31 ausgebildet, die an den Vermaschungsabschnitten der Schraubenrotoren 21, 22 voneinander unterteilt sind, und durch die Drehung der Schraubenrotoren 21, 22 in der axialen Richtung der Rotationsachse versetzt werden.
  • Wenn sich die Schraubenrotoren 21, 22 drehen, haben die Arbeitskammern 31 im Übergangsabschnitt an der linken Endseite ein vergrößertes Volumen, wie in 1 zu sehen ist. Während das Volumen vergrößert ist, wie in 2 gezeigt ist, kommunizieren die Arbeitskammern mit dem Ansaugkanal 11a des Gehäuses 11, und werden nach der Vervollständigung des Saugvorgangs auf die rechte Seite versetzt, wie in 1 zu sehen ist. Danach haben die Arbeitskammern im Übergangsabschnitt auf der rechten Endseite ein verkleinertes Volumen, wie in 1 zu sehen ist. Im Bereich der Vervollständigung der Verdichtung, wobei das Volumen der Arbeitskammem 31 unter einen vorbestimmten Wert fällt, kommunizieren die Arbeitskammem 31 an der rechten Endseite, wie in 1 zu sehen ist, mit dem Auslasskanal 11b, um entleert zu werden.
  • Insbesondere, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, ist der Schraubenrotor 21 mit dem Spiralschraubenzahn 211 um die Rotationsachse C1 ausgestattet. Der Schraubenzahn 211 hat den spiralbandförmigen Zahnkopfoberflächenabschnitt 211a und den Zahnfußoberflächenabschnitt 211c, der die Spiralnut mit einer vorbestimmten Nutbreite 211b zwischen den Zahnkopfoberflächenabschnitten 211a bildet. Auch zwischen dem Zahnkopfoberflächenabschnitt 211a und dem Zahnfußoberflächenabschnitt 211c des Schraubenzahns 211 sind der Stufenumfangsabschnitt 221p, die zahnkopfseitige, zum Zahnkopfoberflächenabschnitt 211a hin gegenüber dem Stufenumfangsabschnitt 211p abgeschrägte Fläche 211d, und die zahnfußseitige, zum Zahnfußoberflächenabschnitt 211c gegenüber dem Stufenumfangsabschnitt 211p hin abgeschrägte Fläche 211e, vorgesehen.
  • Andererseits ist der Schraubenrotor 22 mit dem Spiralschraubenzahn 221 um die Rotationsachse C2 ausgestattet, um in Rückwärtsschraubenbeziehung mit dem Schraubenrotor 21 zu sein. Der Schraubenzahn 221 hat den spiralbandförmigen Zahnkopfoberflächenabschnitt 221a und den Zahnfußoberflächenabschnitt 221c, der die Spiralnut mit einer vorbestimmten Nutbreite von 221 b zwischen den Zahnkopfoberflächenabschnitten 221a bildet. Ebenso sind zwischen dem Zahnkopfoberflächenabschnitt 221a und dem Zahnfußoberflächenabschnitt 221c des Schraubenzahns 221 der Stufenumfangsabschnitt 221p, die zahnkopfseitige, zum Zahnkopfoberflächenabschnitt 221a gegenüber dem Stufenumfangsabschnitt 221p hin abgeschrägte Fläche 221d, und die zahnfußseitige, zum Zahnfußoberflächenabschnitt 221c gegenüber dem Stufenumfangsabschnitt 221p hin abgeschrägte Fläche 221e, ausgebildet.
  • Die Stufenumfangsabschnitte 211p, 221p der Schraubenrotoren 21, 22, wie in 4 gezeigt wird, haben jeweils im Querschnitt (Schrägquerschnitt) senkrecht zu den Rotationsachsen C1, C2 einen festgelegten Radius rp (einen identischen Radius zueinander) äquivalent zu im Wesentlichen dem halben Mittelabstand zwischen Rotationsachsen C1, C2 (ein Radius, der um das Halbfache des infinitesimalfachen Abstandes g1 kleiner ist als 1/2 des Mittelabstands), und sind ebenso jeweils geformt als kurvige Oberfläche einer Spiralbandform, um den Kreisbogen eines vorbestimmten Winkelbereichs, beispielsweise, eines identischen Winkelbereichs θ3 zueinander zu bilden. Die Stufenumfangsabschnitte 211p, 221p haben jeweils in dem Längsschnitt der jeweiligen Schraubenrotoren 21, 22, wie in 5 gezeigt wird, eine flache Kontur im Wesentlichen parallel zum Zahnkopfoberflächenabschnitt 221a und dem Zahnfußoberflächenabschnitt 221c, und bilden ein gestuftes Zahnprofil zusammen mit der zahnkopfseitigen abgeschrägten Fläche 221d und der zahnfußseitigen abgeschrägten Fläche 221e. Ferner, ähnlich zum Winkelbereich der Stufenumfangsabschnitte 211p, 221p, ist der Winkelbereich des Zahnkopfoberflächenabschnitts 221a des Rotors 22 in 4 identisch zu dem Winkelbereich 81 des Zahnkopfoberflächenabschnitts 211a im Querschnitt des Rotors 21, und der Winkelbereich des Zahnfußoberflächenabschnitts 221c des Rotors 22 ist identisch zum Winkelbereich θ2 des Zahnfußoberflächenabschnitts 211c im Querschnitt des Rotors 21. Die Winkelbereiche θ1, θ2, θ3 können auf jeden beliebigen Wert festgesetzt werden, und der Winkelbereich θ3 der Stufenumfangsabschnitte 211p, 221p kann auf einen Wert festgesetzt sein, beispielsweise im Bereich von 5° ≤ θ3 < 180°.
  • Ebenso können die jeweiligen verbindenden Formstücke in einer Weise festgesetzt sein, dass die verbindenden Abschnitte zwischen den Zahnkopfoberflächenabschnitten 211a, 221a und den Stufenumfangsabschnitten 211p, 221p der jeweiligen Schraubenrotoren 21, 22 in verbindenden Kurven geformt sind, beispielsweise in einer kreisförmigen Bogenform, sanft verbunden in den Querschnitten der jeweiligen Rotoren 21, 22, wobei die verbindenden Abschnitte zwischen den Stufenumfangsabschnitten 211p, 221p und den Zahnfußoberflächenabschnitten 211c, 221c der jeweiligen Schraubenrotoren 21, 22 in erzeugenden Kurven geformt sind, die von den verbindenden Kurven erhalten werden, um sanft in den Querschnitten der jeweiligen Rotoren 21, 22 verbunden zu werden, und die verbindenden Abschnitte zwischen den Zahnkopfoberflächenabschnitten 211a, 221a und den Zahnfußoberflächenabschnitten 211c, 221c der jeweiligen Schraubenrotoren 21, 22 in trochoiden Kurven geformt sind, die von den Zahnköpfen (ein Seitenende eines jeden Zahnkopfoberflächenabschnitts 221a, 211a) der jeweiligen gegenüberliegenden Schraubenrotoren 22, 21 beschrieben werden.
  • Ferner, wie in 5 gezeigt wird, können in den Schraubenrotoren 21, 22, die Radien der Stufenumfangsabschnitte 211p, 221p und der Schraubenzahnprofile (die Schraubenzahnprofile in den Längsquerschnitten der jeweiligen Rotoren) so festgelegt werden, dass die gegenüberliegenden Rotoren, deren männliche und weibliche sich gegenüber stehen, in einen Vermaschungseingriff gebracht werden, und von den Vermaschungsabständen zwischen den männlichen und weiblichen Schraubenzähnen 211, 221, der Abstand g1 zwischen den Stufenumfangsabschnitten 211p, 221p (der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen, z.B. 20 μm) kleiner wird als wie die Abstände g2, g3, g4, etc., zwischen den anderen Vermaschungsabschnitten (die Abstände zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen, beispielsweise 50 μm jeweils).
  • Ferner ist, wie in 6a gezeigt wird, in jedem der Schraubenrotoren 21, 22 im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse C1, C2, die Position des Schwerpunkts wp exzentisch um einen vorbestimmten Versatz S1 von dem Drehmittelpunkt C1, C2. Der Versatz S1 (z.B. 4,487 mm) wird kleiner im Vergleich zu dem Versatz S2 (z.B. 4,938 mm im Fall des Vorliegens äquivalenter Auslassabschnittsfläche und Rotorradius zu dem der Rotoren 21, 22) in einer Spiraxialbauart des Schraubenrotors R10, wie in 6 gezeigt wird, oder im Vergleich zu dem Versatz S3 (z.B. 6,032 mm im Fall des Vorliegens der Auslassabschnittsfläche und des Rotorradius äquivalent zu dem jedes der Rotoren 21, 22) in einer quadratisch gewickelten Bauart des Schraubenrotors R20, wie in 6c gezeigt wird. (Je größer der Winkelbereich θ3 des Stufenumfangsabschnitts 211p, 221p wird, kann der Versatz S1 vergleichsweise kleiner gemacht werden.) Jedoch, damit die Position des Schwerpunkts insgesamt auf der Drehmittelachsenlinie positioniert ist, sind die Schraubenrotoren 21, 22 des Ausführungsbeispiels jeweils gestaltet, um die Schraubenlängen zu haben, in welcher die Windungszahl derselben ganzzahlig gemacht ist (z.B. 3), d.h. multiple Schraubenlängen der Windung.
  • Diese Operation wird nachstehend erklärt.
  • In der Schraubenmaschine des wie oben beschrieben eingerichteten Ausführungsbeispiels sind zum Startzeitpunkt des oder während des normalen Betriebs die männlichen und weiblichen Schraubenrotoren 21, 22 in einem kontaktlosen Vermaschungseingriff miteinander vermascht, und mit einem infinitesimal kleinen Abstand beabstandet. Zu dieser Zeit wird unter den Vermaschungsabständen zwischen den männlichen und weiblichen Schraubenzähnen 211, 221 der Abstand g1 zwischen den Stufenumfangsabschnitten 211p, 221p kleiner als die Abstände g2, g3, g4, etc., der jeweiligen anderen Vermaschungsabschnitte. Damit wird der Vermaschungsabstand zwischen den Rotoren 21, 22 zwischen den Stufenumfangsabschnitten 211p, 221p am kleinsten. Dabei jedoch, wenn die Schraubenrotoren 21, 22 aufgrund eines Hochgeschwindigkeits-, Langzeitdauerbetriebs, etc. einer thermalen Ausdehnung unterliegen, grenzen zunächst die Stu fenumfangsabschnitte 21, 22 mit einem festgesetzten Radius in einem Rollkontakt aneinander an, und daher entsteht Reibschweißung vergleichsweise schwierig im Vergleich zu der herkömmlichen Schraubenmaschine, in welcher die Zahnabschnitte 211, 221 der beiden Rotoren 21, 22 stark dazu neigen, sich gegenseitig gleitend zu berühren. Deshalb ergibt sich nicht ein solches Problem, dass, wie es herkömmlich war, der Abstand unnötig ausgedehnt wird, um Reibschweißung zu verhindern und dabei die Leistung der Pumpe und des Kompressors zu opfern. Entsprechend ist es möglich, die Schraubenmaschine mit einer höheren Leistung bereitzustellen.
  • Ebenso wird in jedem der Schraubenrotoren 21, 22 der Versatz der Position des Schwerpunkts vom Drehmittelpunkt C1, C2 kleiner im Vergleich zu der Spiraxialbauart eines Schraubenrotors R10 und der quadratisch gewickelten Bauart eines Schraubenrotors R20, wobei beide die äquivalente Auslassabschnittsfläche und Rotordurchmesser haben. Dabei, weil die Windungszahl ganzzahlig gemacht ist, um die Position des Schwerpunkts auf der Drehmittelachse zu positionieren, entsteht kein Bedürfnis, die komplexen Hohlräume mittels Guss, etc., herzustellen, um ein Koppelgleichgewicht zu erreichen. Entsprechend ist es möglich, die Herstellungsarbeitsleistung in solchem Ausmaß zu reduzieren, wie um einfache flache konkave Abschnitte zu bilden.
  • Ferner ist der Stufenumfangsabschnitt 211p, 221p in einer Bandform gebildet in der radialen Position im Wesentlichen im Mittelpunkt zwischen dem Zahnkopfoberflächenabschnitt 211a, 221a und dem Zahnfußoberflächenabschnitt 211c, 221c. Damit können die Zahnprofile der Rotoren 21, 22 gemeinsam gebildet werden, um die Verarbeitung zu vereinfachen, und ebenso kann die erforderliche Dichtungsleistung bei den Vermaschungsabschnitten der Schraubenrotoren 21, 22 (zwischen den angrenzenden Arbeitskammem 31) durch die eine festgesetzte Breite aufweisenden Stufenumfangsabschnitte 211p, 221p ausgeübt werden.
  • 7 und 8 sind Ansichten zu Darstellung der Schraubenrotoren gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, und jede andere Anordnung als die der Rotoren der Schraubenmaschine ist gesamtheitlich ähnlich zu der des zuvor genannten Ausführungsbeispiels.
  • In jedem der Schraubenrotoren 121, 122 dieses Ausführungsbeispiels ist wie im zuvor genannten Ausführungsbeispiel die Windungszahl ganzzahlig gemacht, um die Position des Schwerpunkts im gesamten Rotor auf der Rotationsmittelachse zu positionieren, und ferner sind die einfachen flachen konkaven Abschnitte ausgebildet, um ein Koppelgleichgewicht zu erreichen. Auch wenn nämlich die Position des Schwerpunkts im Gesamten auf der Drehmittelachse positioniert ist, bei Berücksichtigung des Schwerpunkts, der in der axialen Richtung beabstandet und in der Gegenrichtung exzentrisch ist, erzeugt die Zentrifugalkraft der beiden Abschnitte eine Kräftekopplung, um dabei das seitliche Druckgleichgewicht der Lagerungen auf den Seiten der entgegengesetzten Enden zu stören, d.h. ein Kräftekopplungsungleichgewicht zu verursachen. Um eine solche Kräftekopplung auszugleichen, um stabiles Gleichgewicht zu erreichen, ist in den Schraubenrotoren 121, 122 dieses Ausfühnangsbeispiels eine Vielzahl von endseitig geschlossenen und an den axial entgegengesetzten Enden geöffneten, zylindrischen konkaven, Abschnitten 211h1, 211h2, 221h1, 221h2, ausgebildet, wobei zumindest einer in einer vorbestimmten radialen Position, z. B. bei einer konstanten Tiefe, angeordnet ist. Ganz selbstverständlich kann die Anzahl, Position, Tiefe, etc., des Konkavabschnitts zum Einstellen des Koppelgleichgewichts entsprechend festgesetzt werden. Jede andere Anordnung als diese ist ähnlich zu dem des zuvor genannten Ausführungsbeispiels.
  • Ebenso kann in diesem Ausführungsbeispiel der ähnliche Vorteil zu dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel erhalten werden. Zusätzlich, weil die Konkavabschnitte 211h1, 211h2, 221h1, 221h2 für das Koppelgleichgewicht jeweils als Wölbung in einer Kreislochform mit identischem Durchmesser geformt sind, kann die Einstellung des Koppelgleichgewichts durch einen simplen Herstellungsprozess herbeigeführt werden.
  • Ferner, im zuvor genannten Ausführungsbeispiel, werden die jeweiligen Schraubenrotoren so erklärt, dass die Gewindegangswicklungen derselben von der Ansaugseite zur Auslassseite gleich sind. Alternativ kann beispielsweise eine Vielzahl von Schraubenabschnitten mit verschiedenen Wicklungen voneinander vorgesehen sein, so dass die Wicklung auf der Kompressorseite kleiner ist als die auf der Ansaugseite, oder die Stufen zwischen den Schraubenzähnen können kontinuierlich fortschreitend kleiner werden, je näher sie an der Auslassseite sind. Das heißt, es ist möglich, die Schraubenrotoren mit variablen Windungen zu bilden.
  • Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Zahnkopfoberflächenabschnitt und dem Zahnfußoberflächenabschnitt des Schraubenzahns der Stufenumfangsabschnitt vorgesehen, der in einem beliebigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse einen vorbestimmten Winkelbereich eines Kreisbogens mit einem festgesetzten Radius bildet. Folglich, weil der Versatz einer Schwerpunktsmittelposition des Rotors vom Drehmittelpunkt klein gemacht werden kann, besteht kein Bedürfnis, die komplexen Hohlräume mittels Guss, etc., herzustellen, um ein Koppelgleichgewicht zu erreichen.
  • Wenn die Schraubenrotoren aufgrund eines kontinuierlichen Hochgeschwindigkeitsbetriebs, etc., oder eines ähnlichen Falles, einer thermalen Ausdehnung unterliegen, grenzen zunächst die Stufenumfangsabschnitte mit einem festgesetztem Radius in einem Rollkontakt aneinander an, so dass die beiden Rotoren sich gleitend berühren, um dabei die Verhinderung des Vorkommens von Reibschweißung zu ermöglichen. Folglich ist es möglich, das herkömmliche Problem, dass der Vermaschungsabstand zwischen den Schraubenrotoren auf einen großen Wert festgesetzt werden muss, um die Reibschweißung auch zum Opfer der Ausgangsleistung zu verhindern, zu lösen.

Claims (4)

  1. Ein Schraubenrotor (21, 22), der um eine Rotationsachse (C1 C2) versehen ist mit einem Schraubenzahn (211, 221) mit einem spiralförmigen Zahnkopfoberflächenabschnitt (211a, 221a) und einem Zahnfußoberflächenabschnitt (211c, 221c), der eine Spiralnut zwischen benachbarten Windungen des Zahnkopfoberflächenabschnitts (221a, 221a) bildet, und der in Kombination mit einem Schraubenrotorgegenstück in einer Rückwärtsschraubenbeziehung zum Einsatz kommt, um ein männliches und weibliches Paar zu bilden, wobei der Schraubenrotor (21, 22) umfasst: einen Stufenumfangsabschnitt (211p; 221p), der zwischen dem Zahnkopfoberflächenabschnitt (211a, 221a) und dem Zahnfußoberflächenabschnitt (211c, 221c) vorgesehen ist, und der einen sich in einem vorbestimmten Winkelbereich (θ3) ausdehnenden Kreisbogen bildet und in, einem beliebigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse einen konstanten Radius aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (rp) des Stufenumfangsabschnitts (211p, 221p) so bestimmt ist, dass, wenn sich der Schraubenrotor (21, 22) mit dem Schraubenrotorgegenstück in Eingriff befindet, ein Eingriffsabstand (g, ) zwischen den Stufenumfangsabschnitten (211p, 221p) der Schraubenrotoren (21, 22), die sich miteinander in Eingriff befinden, kleiner ist als andere Eingnffsabstände (g2, g3, g4) zwischen den Schraubenrotoren (21, 22).
  2. Der Schraubenrotor nach Anspruch 1, wobei der Stufenumfangsabschnitt (211p, 221p) in einer radialen Position im Wesentlichen im der Mitte zwischen dem Zahnkopfoberflächenabschnitt (211a, 221a) und dem Zahnfußoberflächenabschnitt (211c, 221c) in einer Streifenform ausgebildet ist.
  3. Eine Schraubenmaschine umfassend: ein Paar von männlichen und weiblichen Rotoren (21, 22) die sich miteinander in Eingriff befinden, wobei jeder dieser Rotoren (21, 22) von einem Schraubenrotor (21, 22) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 gebildet wird; ein Gehäuse (11) das einen Einlasskanal (11a) und einen Auslasskanal (11b) bildet, und die Rotoren (21, 22) so darin aufnimmt, dass sie sich parallel zueinander erstrecken und sich gegenseitig in einem kontaktlosen Eingriffszustand miteinander in Eingriff befinden; eine Vielzahl von Arbeitskammern (31), die zwischen dem Gehäuse (11i) und den Rotoren (21, 22) vorgesehen sind, und die in einem mit dem Einlasskanal (11a) in Verbindung stehenden Übergangsabschnitt ein vergrößertes, und in einem mit dem Auslasskanal (11b) in Verbindung stehenden Übergangsabschnitt ein verkleinertes Volumen haben.
  4. Die Schraubenmaschine nach Anspruch 3, wobei ein Fluid durch die Rotation der Schraubenrotoren (21, 22) in einer axialen Richtung der Drehachse (C1, C2) weitergeleitet wird.
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