EP0865575B1 - Zwillingsschraubensatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Maßnahmen zur Auswuchtung eines Zwillingsschraubensatzes in achsparalleler Anordnung mit gegenläufigem außenachsigen Eingriff sowie mit Umschlingungswinkeln von mindestens 720° in eingängiger Ausführung. Schwerpunktmittenabstand, Stirnfläche und Umschlingungswinkel bestimmen hierbei die Größen der statischen und der dynamischen Unwucht, die bei Schrauben mit eingängigen Profilen auftreten.

In der Offenlegungschrift Sho 62 (1987)-291486 der Fa. Taiko, Japan, wird eine Methode zur Schraubenauswuchtung beschrieben: Zunächst wird statische Auswuchtung erreicht durch Festsetzen der Schraubenlänge auf ganzzahlige Vielfache der Steigung. Durch beidseitig stirnseitige Aussparungen in der Schraube, die hohl oder mit leichtem Material gefüllt sind, wird dynamisch ausgewuchtet.

Diese Methode der Auswuchtung ist nicht durchführbar, wenn Sonderwerkstoffe verlangt werden, die nicht gegossen werden können. Auch bei außergewöhnlichen Profilgeometrien hat diese Methode ihre Grenzen, da einerseits die Wandstärken der Schrauben aus Stabilitätsgründen nicht beliebig verringert werden können, andererseits eine zu große axiale Ausdehnung der Auswuchthöhlen wegen der spiraligen Form erhebliche Fertigungsprobleme mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu definieren zur Auswuchtung eingängiger Schrauben, deren Geometrie außergewöhnlich ist oder deren Einsatz sonderwerkstoffe fordert, ohne großen Mehraufwand in der Fertigung und ohne Gefährdung der Formstabilität.

Diese Aufgabe wird bei einem Zwillingsschraubensatz 1, 2 (Fig.1) in achsparalleler Anordnung mit gegenläufigem außenachsigem Eingriff sowie Umschlingungswinkeln von mindestens 720° in eingängiger Ausführung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schraubenlängen nicht auf ganzzahlig Vielfache der Steigung fixiert sind. Vorzugweise sind die Schraubenaußenkonturen im Medium-Eintrittsbereich zur Auswuchtung 3 (Fig.1) verändert.

Ausgestaltungsmöglichkeiten sind durch Anbringen von Zusatzmassen 6 (Fig.1) im Außenbereich, insbesondere am Pilotgetriebe sowie durch stirnseitige Answuchthöhlen 4 (Fig.2) gegeben, deren axiale Ausdehnung zur Optimierung variiert wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind :

1. Leichtere Fertigung und größere Formstabilität im Falle der Anbringung von stirnseitigen Auswuchthöhlen, erreicht durch optimale Dimensionierung von Schraubenumschlingungswinkel, Auswuchthöhlenumschlingungswinkel sowie Auswuchthöhlenquerschnitt.

2. Möglichkeit der Verwendung von Sonderwerkstoffen, die nicht gegossen werden können.

3. Reduzierte Schraubenoberflächen im Ausgangsbereich, was eine Temperaturreduzierung bewirkt.

Anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung anschließend näher erläutert :

Es zeigen :

Fig.1:

Einen Zwillingsschraubensatz für eine Schraubenpumpe in eingängiger Ausführung nach der Erfindung mit Umschlingungswinkeln von 1598° und Auswuchtausnehmungen an den Schraubenaußenkonturen im Medium-Eintrittsbereich.

Fig.2:

Ein Ausführungsbeispiel eines Zwillingsschraubensatzes von Fig.1 mit Auswuchthöhle in Stirnansicht.

Fig.3:

Die Darstellung der spiraligen Profilschwerpunkt-Ortskurve eines Schraubenprofils von Fig.2.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Zwillingsschrauben 1 und 2 (Fig.1) Längen vom 4,439-fachen der Steigung auf, was einem Umschlingungswinkel von 1598° entspricht (Fig.3). Das Stirnprofil 5 (Fig.2) sowie die Steigung 1 (Fig.1) bestimmen zusammen mit der Wandstärke d (Fig.2) den größten Teil der Kontur der axial angebrachten Auswuchthöhlen 4 (Fig.2); der Kernkreis 7 (Fig.2) begrenzt diese nach dem Zentrum hin. Bei gemeinsamen Winkelpositionen der Schwerpunkte von Vollprofil und Auswuchtfläche S₀, S₃ (Fig.2) ergibt sich der gerade Abschluß in der Auswuchtfläche zwangsläufig.

Rechnerisch wird das Problem wie folgt behandelt:

In einem rechtwinkligen Koordinatensystem mit Schraubenachse als w-Achse, und u-Achse und v-Achse in der Ebene des mittleren Schraubenstirnschnitts wird der Schwerpunkt S₀ (Fig.3) auf der u-Achse positioniert. Die Ausdehnung der Schraube in w-Richtung erstreckt sich symmetrisch von -W₂...+W₂ oder in Winkeldefinition von -α₂...+α₂, bei einer Beziehung α₂ = (2π/l)·W₂ (II), wobei 2α₂ der Umschlingungswinkel der Schraube und π = Kreiszahl = 3,1415... bedeuten.

Die Bereiche der stirnseitigen Auswuchthöhlen sind bei -W₂...- W₁ und + W₁...+ W₂, was Winkelpositionen von -α₂...-α₁ und +α₁...+α₂ mit α₁= (2π/l)·W₁ (I) entspricht.

Die jeweiligen Umschlingungswinkel einer Auswuchthöhle betragen also α₃ = α₂-α₁ (III).

Bei symmetrischen Auswuchthöhlen mit einem konstanten Wert g₃ des Produktes aus Fläche f₃ und Schwerpunktmittenabstand r₃ (Fig.2) (g₃ = f₃ · r₃ = Konstant (IV) ) führen die Forderungen nach statischer und dynamischer Auswuchtung zu den Formeln α2 · sinα1 cosα2= α1 · cosα1 sinα2 und g3 = g0·(sinα2-α2cosα2) / (sinα2-sinα1-α2cosα2+α1cosα1) wobei g₀ das Produkt aus Vollprofilfläche f₀ und zugehörigem Schwerpunktmittenabstand r₀ (Fig.2) bedeutet, α₂ und α₁ im Bogenmaß einzusetzen sind und g₃ der obenstehenden Definition entspricht.

Gleichung (V) liefert für jeden beliebigen Schraubenumschlingungswinkel 2α₂ (mit α₂ > 2π) mindestens eine Lösung für α₁; aus α₁ und α₂ folgen die Abmessungen der Auswuchthöhle: Aus (III) der Umschlingungswinkel und aus (VI) der Soll-Querschnitt g₃.

Aus Fertigungsgründen soll der Umschlingungswinkel α₃ der Auswuchthöhle möglichst klein sein; es wird bei mehreren Lösungen für α₁ also der größte Wert mit α₁ < α₂ eingesetzt. Genaue Untersuchungen zeigen, daß die ungünstigsten Verhältnisse bei Schraubenlängen von ganzzahligen vielfachen der Steigung auftreten, bei 2W₂ = 2L, 3L, 4L, 5L ... K·L, entsprechend der Ausführung gemäß o.a. Offenlegungsschrift: Der Auswuchthöhlenumschlingungswinkel beträgt dort α₃ = π, der Dynamik-Kennwert g₃ erreicht ein Maximum, was eine maximale Auswuchthöhle erfordert : g3, Max = g0 · k/(2k-1) d.h. für eine Schraubenlänge der 4-fachen Steigung wird dort g3 = g0 · 4/7.

Für die Ausführung der hier beschriebenen Erfindung werden Schrauben mit Umschlingungswinkeln von 2α₂ = 5π, 7π, 9π... entsprechend Schraubenlängen von 2W₂ = 5·l/2, 7·l/2, 9·l/2 gewählt.

Die Auswuchthöhlenumschlingungswinkel sind dann ebenfalls α₃ = π, der Dynamik-Kennwert g₃ erreicht hier jedoch ein Minimum, was eine minimale Auswuchthöhle bedeutet : g3, Min = g0/2

Verstärkungsrippen am Ende der Auswuchthöhlen führen zu asymmetrischen Verhältnissen, die teilweise durch Korrektur der Umschlingungswinkel 2α₂, α₃ aufgefangen werden.

Als weitere Maßnahme zur Auswuchtung werden die Schrauben 1, 2 an den passiven AuBenkonturteilen an der Saugseite verändert. Der Passivbereich 3 (Fig.1) erstreckt sich bei beiden Schrauben über alle Teile, die weder zur Bildung der ersten saugseitigen Arbeitszelle noch zur Aufrechterhaltung der Stabilität erforderlich sind. Diese äußere Auswuchtung kann alternativ oder in Kombination mit einer oder mehreren stirnseitigen Auswuchthöhlen eingesetzt werden.

In einer Untervariante werden äußere Auswucht-Zusatzmassen 6 (Fig.1) im Bereich des Pilotgetriebes eingesetzt.

Claims (7)

1. Zwillingsschraubensatz für Schraubenpumpe in achsparalleler Anordnung mit gegenläufigem aussenachsigem Eingriff sowie mit Umschlingungswinkeln von mindestens 720° in eingängiger Ausführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenlängen kein ganzzahlig vielfaches von der Steigung sind.
2. Zwillingsschraubensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenlänge um ein ganzzahlig vielfaches der Steigung grösser ist als das 1½- fache der Steigung.
3. Zwillingsschraubensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenaussenkonturen im Medium-Eintrittsbereich zur Auswuchtung verändert sind, wobei die Schraubenaussenkonturen an den passiven Aussenkonturteilen an der Saugseite verändert sind.
4. Zwillingsschraubensatz gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ende der Schrauben eine innere Auswuchthöhle (4) aufweist.
5. Zwillingsschraubensatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden eine Auwuchthöhle (4) aufweisen.
6. Zwillingsschraubensatz gemäss Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschlingungswinkel der Auswuchthöhlen zur optimalen Abstimmung variiert werden.
7. Zwillingsschraubensatz gemäss einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatzmassen (6) im Aussenbereich, am Pilotgetriebe angebracht sind.

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