EP0149446A2

EP0149446A2 - Drehkolbenverdichter

Info

Publication number: EP0149446A2
Application number: EP84890238A
Authority: EP
Inventors: Gerold Dipl.-Ing. Dr. Riegler
Original assignee: Boge Kompressoren Otto Boge GmbH and Co KG
Current assignee: Boge Kompressoren Otto Boge GmbH and Co KG
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-12-06
Publication date: 1985-07-24
Also published as: US4614484A; EP0149446A3; DE8434596U1; JPS60147590A

Abstract

Bei einem parallel- und außenachsigen Drehkolbenverdichter mit einem mit Ein- und Auslaßöffnungen versehenen Gehäuse und mindestens zwei Rotoren als Haupt- und Nebenläufer sind die Rotoren mit schraubenlinienförmig gewundenen Zahnlücken besetzt und achsparallel und ineinandergreifend angeordnet, wobei die Zahnprofile des Hauptläufers im wesentlichen konvex und außerhalb des Wälzkreises befindlich und die Zahnflanken des Nebenläufers im wesentlichen konkav und innerhalb des Wälzkreises befindlich ausgebildet. Um die Rotoren in einfacher Weise herstellen zu können und Leckspalte gering zu halten, sind beide Flanken der Hauptläuferzähne (12) durchgehend vom Zahnfuß bis zum Zahnkopf aus einer Schraubtorse (14) mit stetigem Kurvenverlauf gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Parallel- und außenachsigen Drehkolbenverdichter mit einem mit Ein- und Auslaßöffnungen versehenen Gehäuse und mindestens zwei Rotoren als Haupt-und Nebenläufer, die mit schraubenlinienförmig gewundenen Zahnlücken besetzt und achsparallel und ineinander greifend angeordnet sind, wobei die Zahnprofile des Hauptläufers im wesentlichen konvex und außerhalb des Wälzkreises befindlich und die Zahnflanken des Nebenläufers im wesentlichen kcnkav und innerhalb des Wälzkreises befindlich ausgebildet sind.
Obwohl Schraubenverdichter seit etwa dreißig Jahren gebaut werden, haben sie erst in den letzten fünfzehn Jahren als Serienmaschinen weite Verbreitung gefunden. Von den Stückzahlen her sind es vorallem die kleineren einspritzölgekühlten Luft- oder Kältemittelverdichter, die heute den überwiegenden Anteil der Weltproduktion an Schraubenkompressoren ausmachen.
Schraubenverdichter sind in der Mehrzahl zweiwellige Rotations- oder Drehkolbenverdichter. Sie arbeiten ähnlich wie die bekannten Kolbenverdichter nach dem Verdrängungsprin- - zip. Die Arbeitsräume sind bei Schraubenverdichtern die Zahnlücken-von zwei im Eingriff befindlichen schrägverzahnten Rotoren, die in einem die Rotoren eng umschließenden Gehäuse laufen.
Beim Drehen der mit einer Sonderverzahnung versehenen Verdichterläufer verkleinert sich das zwischen Läuferstirnseite und den Berührungslinien der Läuferzähne befindliche Zahnlückenvolumen eines Lückenpaares von einem Maximalwert stetig bis auf Null. Das zwischen den Zahnlücken und den Gehäusebohrungen eingeschlossene zu fördernde Gas wir somit stetig verdichtet und schließlich durch eine Auslaßöffnung im Verdichtergehäuse zur Druckleitung ausgeschoben. Durch das Fehlen von freien Massenkräften können Schraubenkompressoren mit hohen Drehzahlen arbeiten, wodurch sie klein und leicht gebaut werden können.
Ein wesentlicher Nachteil von Schraubenkcm^pressoren ist die unvollkommene Abdichtung der Arbeitsräume zwischen den Zahnköpfen und dem Verdichtergehäuse, zwischen den Läuferseiten und den Gehäusestirndeckeln sowie zwischen den aneinanderliegenden Läuferzähnen.-Die durch die Leckspalte des Arbeitsraumes abfließenden inneren Leckgasmengen verschlechtern den Verdichterwirkungsgrad je nach gewählter Verzahnung sowie erreichter Herstellungsgenauigkeit erheblich.
Um diese inneren Leckmengen klein zu halten, wird bei den meisten Schraubenkompressoren während des Verdichtungsvorganges Hydrauliköl in die Zahnlücken eingespritzt, wobei die Einspritzölmengen bei 6 bis 15 1/m3 angesaugter Luft liegen. Das öl wird infolge der hohen Läuferdrehzahlen feinst zerstäubt urd bildet mit der Luft ein Zweiphasengemisch, wodurch eine bessere Abdichtung der Leckspalte und damit eine Verkleinerung der Leckgasmengen erreicht werden kann. Andererseits erhöht der ölanteil durch ölspezifische Verluste, wie Planschverluste und Inkompressiblität, die inneren Verluste im Verdichter, was sich nachteilig auf den Verdichterwirkungsgrad auswirkt und der ölmenge pro angesaugter Luftmenge Grenzen setzt.
Einen weiteren wesentlichen Nachteil der am Markt befindlichen Schraubenverdichter stellt die Kompliziertheit der verwendeten Sonderverzahnungen dar, durch welche besonders große Verdichtungskammern bei möglichst geringen Leckspalten erreicht werden sollen. Ein solches Zahnflankenprofil ist beispielsweise durch die DE OS 26 39 870 und die DE OS 27 35 670 bekannt. Darin werden Zahnflankenprofile für Schraubrotoren beschrieben, welche sich im Stirnschnitt aus einer Vielzahl von Flankenteilstücken, wie Kreisbögen, Ellipsenkurven, Evolventen, Zykloiden und Hyperbelkurven zusammensetzen. Wegen der Kompliziertheit dieser Flankenkurven sind meist äußerst aufwendige Herstellungsverfahren bzw. dazu sehr teure Werkzeuge nötig, welche besonders bei kleinen Schraubenverdichtereinheiten eine wirtschaftliche Herstellung der Rotoren oft nicht erlauben. Häufig wirkt sich auf die Herstellung solcher komplizierter Profile neben der Vielfalt der Arbeitsgänge und der dazu notwendigen zahlreichen verschiedenen Werkzeuge der Umstand nachteilig aus, daß die Schnittbedingungen bei der Herstellung ungünstig sind; sodaß der Werkzeugverschleiß erhöht wird und deren Standzeiten gering sind. Dies erfordert oftmaliges Nachschleifen der Werkzeuge, was nicht nur eine Verteuerung des Arbeitsvorganges an sich bedeutet, sondern worunter auch die Genauigkeit der Profilform leidet, weswegen häufig teure Nacharbeiten notwendig sind.
In der DE AS 22 34 777 wird ein Zahnprofil beschrieben, welches aus Evolventen und Kreisbögen gebildet ist. Am Nebenläufer ergibt sich dabei als Hüllkurve der Hauptläuferevolvente im Anschluß an die Zykloide ebenfalls eine Evolvente. Da diese wegen der Hauptläuferprofilform über den Wälzkreis der Verzahnung hinausreicht, entsteht ein relativ langer Evolventenabschnitt am Nebenläufer, welcher ein großes Blasloch bewirkt. Das Blasloch der Verdichterverzahnung entsteht dadurch, daß die Berührungslinie, längs derer die Zahnflanken von Haupt- und Nebenläuferzahn eines im Eingriff stehenden Zahnpaares aneinander liegen, nicht zu jener Gehäusekante reicht, welche als Schnitt der beiden Gehäusebohrungen entsteht.
Ferner ergibt sich am Nebenläuferkopf eine vom Radius des Nebenläufers, wenn dieser nach der DE AS 22 34 777 nicht mit dem Wälzkreisradius zusammenfällt, abhängige Relativgeschwindigkeit, welche zu Verschleiß führt und neben dem großen Blasloch die Leckspaltmengen vergrößert und damit den inneren Verdichterwirkungsgrad verschlechtert.
In der DE OS 31 40 107 wird ein Rotorprofil vorgeschlagen, bei dem die Zahnflanken des Hauptläufers nicht aus Kurvensegmenten zusammengesetzt sind, sondern durch eine stetige, gleichmäßige, analytisch definierbare Kurvenform von einem Kopfpunkt des Hauptläufers zum nächsten gebildet wird. Dadurch ergibt sich zwar eine sehr einfache und robuste Form des Hauptläufers, welche auch verhältnismäßig einfach hergestellt werden kann, jedoch wird die Form der Nebenläuferverzahnung deutlich komplizierter und bewirkt damit wieder Probleme bei der Herstellung. Weiters weist diese Verzahnung durch die Profilform sehr kleine Arbeitsräume bei vergleichsweise großen Spaltlängen auf. Trotzdem cie Herstellung des Hauptläufers vereinfacht ist und dadurch die Verzahnung genauer hergestellt werden kann, ergeben sich im Verhältnis große Leckspalte, welche große Leckgasmengen und damit niedrigere Verdichterwirkungsgrade als vergleichbare Systeme bringen.
Besonders die aus der DE-OS 31 40 107 bekannte Ausführung mit spitzen Nebenläuferzähnen läßt darüberhinaus hohen Verschleiß und Erwärmung im Betrieb erwarten, wodurch wiederum die'Leckgasmengen erhöht und der Verdichtungswirkungsgrad verschlechtert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine Verzahnung für eine Schraubenverdichteranlage zu schaffen, welche sich in gleicher Weise für Haupt- und Nebenläufer durch einfache Herstellung, robuste Ausführung und geringe Leckspalte auszeichnet. Ferner soll eine kostengünstige Fertigung durch einfach
durchzuführende Verfahren,wie beispielsweise das Abwälzfräsen möglich und ein verschleißarmer Betrieb sichergestellt sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Flanken der Hauptläuferzähne durchgehend vom Zahnfuß bis zum Zahnkopf aus einer Schraubtorse mit stetigem Kurvenverlauf gebildet sind. Eine Schraubtorse entsteht als Einhüllende einer verschraubten Ebene, sofern diese schräg zur Schraubachse steht. Aufgrund der Abwickelbarkeit der Schraubtorsen ist eine sehr einfache Herstellung durch Abwälzfräsen oder durch Hobeln oder Stoßen möglich. Im Stirnschnitt ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Verzahnung eine Evclvente, welche nach den bekannten Verzahnungsaesetzer, auch am Nebenläufer eine Evolvente und damit eine Schraubtorse nach sich zieht, welche ebenso wie der Hauptläufer in einfacher Weise herstellbar ist. Weiters ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Verzahnung ein vom Zahnfuß bis zum Zahnkopf stetiger Kurvenverlauf. Dadurch werden Ungleichheiten und Sprünge in den Zahnflanken sowie Spitzen bei der Kraftübertragung im Betrieb vermieden und damit unnötiges Gleiten und Verschleiß verhindert.
Nach einer vorteilhafen Ausgestaltung der Erfindung sind die Hauptläuferzähne bezüglich einer cie Schraubachse enthaltenden Teilebene im Stirnschnitt symmetrisch ausgebildet, wobei vorzugsweise der Fußkreisradius des Hauptläuferzahnes gleich dem Wälzkreisradius des Hauptläufers ist, während der Kehlkreisradius der Schraubtorse vorzugsweise kleiner als der Wälzkreisradius ist. Eine symmetrische Profilform hat den Vorteil, daß die Herstellung beider Zahnflanken an Haupt-und Nebenläufer identisch ist. Durch die Wahl des Wälzkreises als Fußkreis ergibt sich der Vorteil, daß beim Abwälzen von Haupt- und Nebenläufer keine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Hauptläuferzahnfuß und dem Nebenläuferzahnkopf entsteht und somit kein Verschleiß entsteht, der zu höheren Leckverlusten und damit schlechterem Verdichterwirkungsgrad führt. Vorteilhaft ist ferner, daß der Außendurchmesser des Nebenläufers gleich dem Wällkreis des Nebenläufers ist. Dadurch rollen die Hauptläufer- und Nebenläuferflanken im Betrieb ansirander et und ein Verlust durch Aneinandergleiten der Flanken wird vermieder.
Der Hauptläufer besteht aus mindestens 3 Zähnen, der Nebenläufer aus mindestens 4 Zähnen, wobei nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Paarung Hauptläufer Zl = 4 und Nebenläufer Z2 = 5 oder 6 zur besten Geometrie und den günstigster Betriebs- und Laufeigenschaften führt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Profils gemäß dem kennzeichnencen Teil des Anspruches besteht auch darin, daß die Hauptläuferzähne bezüglich einer die Schraubachse enthaltenden Teilebene im Stirnschnitt asymmetrisch sind, wobei der Kehlkreisradius der saugseitigen Schraubtorse des im Eingriff mit dem Nebenläufer befindlichen Hauptläuferzahnes kleiner als der Kehlkreisradius der druckseitigen Schraubtorse des im Eingriff mit dem Nebenläufer befindlichen Hauptläuferzahnes ist.
Leiters erweist sich von Vorteil, wenn erfindungsgemäß der Kehikreisradius der druckseitigen Schraubtorse gleich dem Wälzradius des Hauptläufers ist und die beiden ungleichen Schraubtorsen des asymmetrischen Profils derart zu liegen kommen, daß sich im Stirnschnitt die beiden Evolventen in einem Punkt am Außendurchmesser des Hauptläufers schneiden.
Gemäß dem Erfindungsvorschlag ergibt sich damit ein asymmetrischer Hauptläuferzahn, bei welchem im Stirnschnitt die saugseitige Evolvente länger ausgebildet ist als die druckseitige Evolvente. Dies hat zur Folge, daß die im Stirnschnitt mit der druckseitigen Hauptläuferevolvente im Eingriff befindliche Nebenläuferevolvente sehr kurz ausgebildet ist, sodaß das geometriebedingte druckseitige Elasloch beinahe auf Null verkleinert wirc. Dadurch werden die Leckspaltströme durch dieses Blasloch vernachlässigbar klein und verbessern damit den Verdichterwirkungsgrad gegenüber bekannten Ausführungsformen.
Weiters werden durch das Abrollen der Hauptläufer- und Nebenläuferwälzkreise sowie durch die kleinen Relativgeschwindigkeiten zwischen den Hauptläufer- und Nebenläuferflanken ausgezeichnete kinematische Laufbedingungen (=Abrollbecingungen) erreicht, welche geringen Verschleiß und damit eine lange Lebensdauer der Läufer sowie geringe Verluste nach sich ziehen.
Erfindungsgemäß läßt sich die Herstellgenauigkeit erhöhen und cie Läuferherstellung verbilligen. Damit wird eine erfindungscemäße Schraubenverdichteranlage sowohl im Betrieb als auch bei der Anschaffung gegenüber den derzeit am Markt ernältlichen Anlagen wesentlich verbilligt.
Darüber hinaus ist es für das erfindungsgemäße Profil vorteilhaft daß durch eine Achsabstandskorrektur die Hauptläuferevolventen im Stirnschnitt in Nullstellung in zwei Punkten an den Nebenläuferevolventen anliegen, wodurch eine Dreipunktberührung der Verzahnung in Nullstellung auftritt.
Die Nullstellung der Verzahnung ist durch die Läuferstellung am Verdichtungs- bzw. Ausschubende definiert. Tritt in dieser Stellung keine Berührung der Hauptläufer- und Nebenläuferflanken in drei Punkten auf, so ist die Verzahnung in dieser Stellung nicht dicht und es entsteht eine zusätzliche Leckspaltöffnung, welche Gasmasseverluste und damit einen schlechteren Wirkungsgrad nach sich zieht.
Bei bekannten Schraubenverdichterverzahnungen wie beispielsweise gemäß der DE AS 22 34 777 wird diese Dreipunktberührung durch ein sehr kompliziertes Profil, zusammengesetzt aus Kreisbögen, Evolventen, Zykloiden usw. gebildet. Dadurch ergibt sich neben einer sehr teuren und komplizierten Herstellung, im Betrieb ein Gleiten der Hauptläufer- und Nebenläuferflanken aneinander, was zu Verschleiß auf diesen Kurvenabschnitten und damit zu Verlusten führt. Das in der DE OS 31 40 107 beschriebene Profil eriaubt hingegen keine exakte Dreipunktberührung.
Beim erfindungsgemäßen Profil ist dagegen eine einfache und billige Herstellung garantiert, welches auch nach einer Achsabstandskorrektur aneinander abrollt und damit eine einwandfreie Funktion gewährleistet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann bei Verwendung des asymmetrischen Profils die Gehäuseinnenwand des Nebenläufers gleichzeitig als Lagerschale für den Nebenläufer ausgebildet sein. Damit kann auf eine teure Lagerkonstruktion für den Nebenläufer verzichtet werden.
Üblicherweise werden bei Schraubenverdichtern nur etwa 10 % des Hauptläuferdrehmoments auf den Nebenläufer während des Betriebes übertragen. Daraus resultieren für den Nebenläufer auch relativ geringe Lagerkräfte, welche durch die beim erfindungsgemäßen asymmetrischen Profil auftretenden breiten Nebenläuferzahnköpfe, welche durch Kreisbögen identisch der Gehäusebohrung gebildet werden, leicht aufgenommen werden können.
Durch diese erfindungsgemäße Lagerung ergibt sich der weitere Vorteil, daß diese Lagerung sehr robust ist und eine Durchbiegung des Nebenläufers praktisch nicht zuläßt. Dadurch wird einerseits ein Anlaufen der Nebenläuferzähne an der Gehäusebohrung verhindert, andererseits erfolgt keine Vergrößerung der Leckspaltflächen im Betrieb durch Durchbiegung, sodaß der innere Verdichterwirkungsgrad verbessert wird. Die Schmierung der Lagerstellen ist durch Uleinspritzung während der Verdichtung zu jeder Zeit sichergestellt.
Wird auf eine entsprechend robuste Auslegung von Haupt- und Nebenläufer Bedacht genommen, so erfolgt zweckmäßig der Antrieb des Drehkolbenverdichters über den Nebenläufer. Bei
bekannten Schraubenverdichteranlagen ist hingegen ein Antrieb durch den Nebenläufer nur in den seltensten Fällen möglich und wird durch einen schlechten Kraftübertragungswinkel zwischen Hauptläufer und Nebenläufer erkauft, wodurch erhöhter Verschleiß und Abnutzung im Betrieb resultiert. Beider erfindungsgemäßen Verzahnung hingegen ist durch den konstanten Eingriffswinkel bei Evolventenverzahnungen der Kraftübertragungswinkel bei der Auslegung der Verzahnung frei vorwählbar, wodurch entsprechend günstige Obertragsungswinkel erzielt werden können. Insbesondere durch die üblicherweise größere Nebenläuferzähnezahl ergibt sich bei einem Antrieb des Nebenläufers der Vorteil, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Rotorpaares größer und damit die Leckspaltmengen pro verdichteter Gasmengeneinheit geringer werden. Dies zeigt sich positiv im spezifischen Leistungsbedarf und beim inneren Verdichtungswirkungsgrad.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verzahnung kann die Hauptläufer- und Nebenläufersteigung der Verschraubung frei gewählt werden. Dadurch ergeben sich je nach Wahl der Steigung sehr kurze, robuste und billige Läufer, welche sich durch eine geringe Durchbiegung gegenüber bekannten Läufern auszeichnen.
Weiters hat die erfindungsgemäße Verzahnung auch bei einem Aussetzbetrieb von Schraubenverdichtern Vorteile, da durch den günstigen, frei wählbaren Kraftübertragungswinkel die Schläge bei jedem Anlaufen des Verdichters leicht aufgenommen werden und erhöhter Verschleiß vermieden werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Fig. 1 - 8 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert
Es zeigt

Fig. 1 den Eingriff eines Hauptläufers in eine Nebenläuferzahnlücke bei symmetrischer Profilausführung im Stirnschnitt in Nullstellung
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Eingriffs nach Fig. 1
Fig. 3 das Eingriffsbild im Stirnschnitt bei asymmetrischer Profilausführung, ebenfalls in Nullstellung
Fig. 4 ei-ne gedrehte Läuferstellung bei asymmetrischer Profilausführung, wobei der Hauptläufer um den Blaswinkel ϕ_B aus der Ausgangsstellung verdreht wurde
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Eingriffs nach Fig. 4
Fig. 6 eine 40fache Vergrößerung des Eingriffs des symmetrischen Profils nach Fig l. mit geeigneter Achsabstandskorrektur für Dreipunktberührung in Nüllstellung
Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehkolbenverdichter, bei dem die Nebenläufergehäusebohrung als Lagerschale für den Nebenläufer ausgebildet ist, und
Fig. 8 einen schematichen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehkolbenverdichter mit Nebenläuferantrieb.

In Fig. 1 ist der Stirnschnitt einer erfindungsgemäßen Schraubenkompressoranlage 1 mit einem Hauptläufer 2 und einem Nebenläufer 3 schematisch in einem Verdichtergehäuse 4 dargestellt. Dabei sind die jeweils miteinander im kämmenden Eingriff stehenden Rotoren 2,3 in üblicher Weise vom drucksei- ti^gen Ende der Verdichteranlage 1 aus gesehen in Nullstellung, also am Ausschubende, gezeigt.
Das zu komprimierende Gas wird in die Schraubenkompressoranlage 1 auf der dem Stirnschnitt Fig. 1 axial gegenüberliegenden Saugseite 5 eingesaugt und gelangt nach Abschluß der Verdichtungskammer 6 und 7 durch Drehung des Hauptläufers 2 in Richtung des Pfeiles. 8 und der damit verbundenen Drehung des Nebenläufers 3 in Richtung des Pfeiles 9 zur Druckseite 10, wobei es durch Verkleinerung der Verdichtungskammer 11 komprimiert und nach Erreichen des Verdichtungsenddruckes durch eine nicht dargestellte Auslaßöffnung im Gehäuse 4 mit der Druckleitung verbunden wird.
In Fig. 1 weist der Hauptläufer 2 vier Zähne 12 auf, während der Nebenläufer 3 sechs Zähne 13 besitzt. Die.Flanken jedes Hauptläuferzahnes 12 sind aus je 2 symmetrisch zueinander angeordneten Schraubtorsen 14 gebildet, welche im Stirnschnitt gespitze Kreisevolventen 15 ergeben. Der Kehlkreis dieser gespitzen Kreisevolvente wurde mit 16 bezeichnet, wobei der Kehlkreisradius kleiner als der Radius des Hauptläuferwälzkreises 17 ist. Nach der erfindungsgemäßen Profilausführung endet die Schraubtorsenfläche 14 an der Zylinderfläche 18, welche durch den Radius des Hauptläuferwälzkreises 17 bestimmt ist. Dadurch ergibt sich im Stirnschnitt Fig. 1 der erfindungsgemäßen Schraubkompressoranlage 1 ein kurzes Kreisbogenstück 19 zwischen den Abschnitten der gespitzen Kreisevolventen 15, womit die nicht herstellbare Spitze 2C des Profils vermieden werden kann.
Die zum Hauptläufer 12 gehörige Nebenläuferzahnlücke 21 wird durch die Punktbahn 22 der Hauptläuferzahnspitze 23 sowie die Hüllbahn 24 der Hauptläuferflanke 14 gebildet; dabei stellt die Punktbahn 22 eine verschlungene Zykloide und die Hüllbahn 24 nach den bekannten Verzahnungsgesetzen im Stirnschnitt eine Evolvente dar. Begrenzt wird der Nebenläuferzahn durch ein Kreisbogenstück 25 am Außendurchmesser, wobei der Radius dieses Kreisbogenstückes 25 gleich dem Radius des Nebenläuferwälzkreises 26 ist.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des im kämmenden Eingriff befindlichen Läuferpaares 2,3 mit erfindungsgemäßem symmetrischen Profil. Dabei wurden wieder der Hauptläufer mit 2, der Nebenläufer mit 3, das schematische Gehäuse mit 4, die Hauptläuferflanke mit 14, die Nebenläuferzykloide mit 22, die Nebenläuferevolvente mit 24 und der Nebenläuferkreisbogen mit 25 bezeichnet.
Bei einer Drehung des Hauptläufers 2 entgegen der Pfeilrichtung 8 wandert die Hauptläuferspitze 23 in einem ruhenden Bezugssystem 30 entlang des Kreisbogens 31, wobei sich die Hauptläuferspitze 23 bis zum Punkt 32 im Eingriff mit der Nebenläuferzykloide 22 befindet. Das druckseitige Blasloch, welches eine geomtriebedingte Leckfläche ist, entsteht zwischen dem letzen Eingriffspunkt 32 der Hauptläuferspitze 23 mit der Nebenläuferzykloide 22 und dem Schnitt der Gehäusebohrung 33. Aus der Bogenlänge 34 in Bild 2 ist ersichtlich, daß bereits bei der erfindungsgemäßen symmetrischen Schraubenverdichterverzahnung die Blaslochfläche klein wird, sodaß nur kleine Leckgasmengen durch das Blasloch abfließen können.
Fi^g. 3 zeigt einen zu Fig. 1 ähnlichen Stirnschnitt einer Schraubenkompressoranlage 1, jedoch mit dem erfindungsgemäßen asymmetrischen Flankenprofil. In Fig. 3 wurden gleiche Maschinenteile mit den gleichen Ziffern aus den Fig. 1 und 2 bezeichnet. Beim asymmetrischen Profil besteht jeder Hauptläuferzahn 12 aus einer Schraubtorse 40 und einer Schraubtorse 41, welche im Stirnschnitt eine gespitze Kreisevolvente 42 bzw. 43 ergeben. Beim erfindungsgemäßen Profil findet nur je ein Ast der Schraubtorsen 40 und 41 bzw. der gespitzten Kreisevolventen 42 und 43 Verwendung. Für die Schraubtorse 40, welche sich auf der Saugseite des im Eingriff mit der Nebenläuferlücke 21 befindlichen Hauptläuferzahnes 12 befindet, ist der Kehlkreisradius wieder mit 16 bezeichnet, wobei der Radius des Kehlkreises 16 wieder kleiner als der Wälzkreisradius 17 des Hauptläufers ist. Allerdings findet die Schraubtorse 40 wiederum nur bis zum Zylinder 18, welcher durch den Radius des Wälzkreises 17 gebildet wird, Verwendung. Die Schraubtorse 41 allerdings besitzt einen Kehlkreisradius 44, welcher größer als der Kehlkreisradius 16 der Schraubtorse 40 und vorzugsweise gleich dem Radius des Wälzkreises 17 des Hauptläufers ist.
Dabei wird die Schraubtorse 41 derart gebildet, daß die beiden Schraubtorsen 40 und 41 an einem vorgegebenen Außendurchmesser 45 zu einer Spitze 46 zusammenlaufen. Durch die erfindungsgemäße asymmetrische Anordnung der Schraubtorsen kann erreicht werden, daß die Nebenläuferzykloide 22 auf der Druckseite des im Eingriff befindlichen Zahnpaares bis annähernd an den Nebenläuferracius 47 heranreicht, welcher vorzugsweise gleich dem Radius des Nebenläuferwälzkreises 26 ist. Dadurch läßt sich, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, die Blaslochstrecke 34 zwischen dem letzten Eingriffspunkt 32 und dem Gehäuseschnittpunkt 33 noch weiter verkleinern, sodaß die Blaslochfläche und damit die Leckmengen durch diesen geometriebedingten Spalt vernachlässigbar klein werden.
In Fig. 4 ist jene Drehstelluna des Läuferpaares 2, 3 dargestellt, bei der die Hauptläuferspitze 46 bei einer Drehung des Hauptläufers in Richtung des Pfeiles 8 erstmals die Nebenläuferzykloide 22 berührt, und somit die Blaslochstrecke 34 gerade überschritten hat. Auch an dieser Darstellung bzw. an der Vergrößerung Fig. 5 ist die kleine Blaslochfläche erkennbar.
In Fig. 6 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Eingriffs bei einer achsabstandskorrigierten Verzahnung des symmetrischen Profils gezeigt. Damit wird die Möglichkeit demonstriert, durch eine Korrektur des Achsabstandes eine exakte Dreipunktberührung in Nullstellung zu erreichen, welche für eine Verringerung der Leckspaltflächen erforderlich ist, ohne die Lauf bzw. Abrolleigenschaften der Verzahnung zu verschlechtern. In Fig. 6 wurde der Schnittpunkt zwischen der Nebenläuferzykloide 22 und der Nebenläuferevolvente 24 mit 48 und der Flankenberührpunkt zwischen der Hauptläuferflanke 15 und der Nebenläuferevolvente 24 mit 49 bezeichnet.
In Fig. 3 wurde weiters eine erfindungsgemäße Nebenläuferlagerung eingezeichnet. Dazu wurde in die Nebenläufergehäusebohrung 50 durch Auftragsschweißung mit einer UTB-Brcnzelektrode eine Lagerschale 51 eingefügt, wobei sich die Brinellhärte der Bronze in bekannter Weise durch die Stromstärke bei der Auftragschweißung einstellen läßt. Durch die Verwendung eines naturharten Nebenläufers 3, welcher mit einem gehärteten Hauptläufer 2 kämmt, und der Verwendung eines naturharten Gehäuses, in welches die gehärtete Lagerbronze 51 eingebracht wurde, lassen sich gute Lager-und Laufbedingungen erzielen.
In Fig. 7 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schraubenkompressoranlage 1 dargestellt. Dabei ist der Hauptläufer 2 in bekannter Weise im Gehäuse 4 derart drehbar gelagert, daß sich das Festlager 60 auf der Druckseite 10 und das Loslager 61 auf der Saugseite 5 der Schraubenkompressoranlage 1 befindet. Der Antrieb der Anlage 1 erfolgt über eine nicht näher dargestellte Kupplung am saugseitigen Wellenende 62 des Hauptläufers 2.
Die Lagerung des Nebenläufers 3 erfolgt in einer in der Gehäusebohrung 50 durch Auftragsschweißung eingefügten Lagerschale 51, wobei diese Lagerschale. 51 sowohl auf der druckseitigen Gehäusestirnseite 63 als auch im saugseitigen Gehäusedeckel 64 bis zur Schnittkante 33 der Gehäusebohrung angebracht ist.
In Fig. 8 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Schraubenkompressoranlage 1 dargestellt, wobei der Hauptläufer 2 in einem druckseitigen Festlager 60 und einem saugseiten Loslager 61 im Gehäuse 4 drehbar gelagert ist.
Der Nebenläufer 3 ist bei dieser Ausführung ebenfalls in einem druckseitigen Festlager 65 und einem saugseitigen Loslager 66 drehbar gelagert. Bei dieser gezeigten Ausführung erfolgt der Antrieb der Anlage 1 über eine nicht dargestellte Kupplung, welche ar saugseitigen Wellenende 67 des Nebenläufers 3 angeflanscht wird. Ober die Nebenläuferzähne 13 wird das Antriebsmoment auf den Hauptläufer 2 übertragen und das eingesaugte Gas in den Zahnlücken komprimiert und an der Druckseite 10 in einen nicht dargestellten Druckbehälter ausceschoben.

Claims

1.Parallel- und außenachsiger Drehkolbenverdichter mit einer, mit Ein- und Auslaßöffnungen versehenen Gehäuse und mindestens zwei Rotoren als Haupt- und Nebenläufer, die mit schraubenlinienförmig gewundenen Zahnlücken besetzt und achsparallel und ineinander greifend angeordnet sind, wobei die Zahnprofile des Hauptläufers im wesentlichen konvex und außerhalb des Wälzkreises befindlich und die Zahnflanken des Nebenläufers im wesentlichen konkav und innerhalb des Wälzkreises befindlich ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flanken der Hauptläuferzähne (12) durchgehend vom Zahnfuß bis zur Zahnkopf aus einer Schraubtorse (14; 40, 41) mit stetigem Kurvenverlauf gebildet sind.

2. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptläuferzähne (12) bezüglich einer die Schraubachse enthaltenden Teilebene im Stirnschnitt symmetrisch sind, wobei vorzugsweise der Fußkreisradius des Hauptläuferzahnes gleich dem Wälzkreisradius des Hauptläufers (2) ist, während der Kehlkreisradius der Schraubtorse (14) vorzugsweise kleiner als der Wälzkreisradius ist (Fig. 1).

3. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Nebenläufers (3) gleich dem Wälzkreisdurchmesser des Nebenläufers (3) ist.

4. Drehkolbenverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptläufer mindestens drei, vorzugsweise aber vier, der Nebenläufer mindestens vier,vorzugsweise aber sechs Zähne (12, 13) aufweist.

5. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptläuferzähne (12) bezüglich einer die Schraubachse enthaltenden Teilebene im Stirnschnitt asymmetrisch sind, wobei der Kehlkreisradius der saugseitigen Schraubtorse (40) des im Eingriff mit dem Nebenläufer (3) befindlichen Hauptläuferzanes (12) kleiner als der Kehlkreisradius der druckseitigen Schraubtorse (41) des im Eingriff mit dem Nebenläufer (3) befindlichen Hauptläuferzahnes (12) ist (Fig. 3, 4, 5).

6. Drehkolbenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kehlkreisradius der druckseitigen Schraubtorse (41) gleich dem Wälzaradius des Hauptläufers (2) ist und die beiden ungleichen Schraubtorsen (40, 41) des asymmetrischen Profils derart zu liegen kommen, daß sich im Stirnschnitt die beiden Evolventen (42, 43) in einem Punkt (46) am Außendurchmesser des Hauptläufers schneiden.

7. Drehkolbenverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Achsabstandskorrektur die Hauptläuferevolventen im Stirnschnitt in Nullstellung in zwei Punkten an den Nebenläuferevolventen anliegen, wodurch eine Dreipunktberührung der Verzahnung in Nullstellung auftritt.

8. Drehkolbenverdichter nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseinnenwand des Kebenläufers als Lagerschale für den Nebenläufer ausgebildet ist.

9. Drehkolbenverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Drehkolbenverdichters über den Nebenläufer erfolgt.