WO2000047897A1 - Zwillings-förderschrauben zum einbau in verdrängermaschinen, insbesondere pumpen - Google Patents

Zwillings-förderschrauben zum einbau in verdrängermaschinen, insbesondere pumpen Download PDF

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WO2000047897A1
WO2000047897A1 PCT/CH1999/000587 CH9900587W WO0047897A1 WO 2000047897 A1 WO2000047897 A1 WO 2000047897A1 CH 9900587 W CH9900587 W CH 9900587W WO 0047897 A1 WO0047897 A1 WO 0047897A1
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Ulrich Becher
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Ateliers Busch Sa
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels

Definitions

  • the invention relates to twin conveyor screws for installation in positive displacement machines, in particular pumps, for axially parallel, opposing external engagement with wrap angles> 720 ° and carried out with the same end profiles, each with a cycloid-shaped hollow flank, which form a well-sealed axial chamber sequence without blow hole connections in a housing.
  • each feed screw has a plurality of screw bodies arranged axially one behind the other on a common shaft.
  • twin screws shown in documents EP 0496 170 A2 and DE 43 16 735 A1 have screw bodies with different winding directions.
  • the volume flow is divided, which saves critical dynamic seals.
  • Dynamic balancing is also guaranteed for catchy, non-point-symmetrical profiles.
  • the screw pump according to DE 196 14 562 A1 combines the two features mentioned, namely different winding directions and different pitches of the screw bodies arranged one behind the other on a shaft.
  • the disadvantages of this first type of twin screw consist in particular in an increased construction effort compared to those with a single screw body per spindle.
  • all of the publications mentioned above have catchy rotors which, despite being 100% balanced due to their great length, have a strong tendency to vibrate, which precludes the operation of corresponding pumps at high speeds.
  • the screws are multi-start and the profiles are point-symmetrical.
  • SRM profiles named after the company "Svenska Rotor Maskiner Aktiebolag", in which the two rotors have an uneven number of teeth and in which one of the rotors is referred to as “male” and the other as “female” Profiles do not have any imbalance problems because they are point-symmetrical. This applies both to the profile called “symmetrical” with mirror-image tooth flanks and to that called “asymmetrical” with different tooth flanks.
  • Cooling options for such rotors are, on the one hand, the generally known and widespread “fluid injection”, which is not suitable for all applications, on the other hand, and on the other hand an internal cooling system in which a cooling medium is passed through the rotors.
  • the patent documents DE 914 886, US 2,714,314 and US 2,441,771 show cooling systems of the latter type.
  • the twin screws of a third type described below also belong to the point-symmetrical profiles.
  • the patent applications DE 195 22 559 A1 and DE 19522 560 A1 describe twin screws with a two-start rectangular profile.
  • the pump concept realized with these feed screws is the most advanced and most flexible concept at the moment.
  • the two-course rectangular profile allows high speeds without bending vibrations and operates without a front end cover.
  • precisely because of this rectangular profile the formation of sufficiently well partitioned, axial chamber sequences with little leakage is only achieved at low gradients and large wrap angles in combination with high speed (8000 min "1 ), ie operation in the low and medium speed range results
  • the pump is cooled here on the stationary part conventionally by coolant.
  • the rotors are cooled according to the principle of heat radiation in the area of the pressure-side coaxial bores. This rotor geometry offers no space for an effective internal cooling system with flowing cooling medium.
  • the fourth and last type of twin screw to be described here has catchy profiles.
  • a known pump with rotors of this type is manufactured by Kashiyama and has rotors mounted on one side with a catchy rectangular profile.
  • the additional problem of balancing is solved by recesses in the core area at the front. In the opinion of the manufacturer, the severely restricted area of application and the small size make cooling unnecessary.
  • twin screws with catchy profiles with a hollow flank are disclosed.
  • one flank of the catchy profiles as an elongated cycloid (hollow flank)
  • symmetrical lines of engagement are alternately formed, which run from the inner edges of the housing to the core circles along the outer contours of the screws.
  • These lines of engagement divide the interior of the pump into axially moving work cells with twice the length of the slope in an overlapping arrangement.
  • Versions with large wrap angles (> 720 °) bring the good isolation without a blow hole to full effect and good efficiency and very good final vacuum are also achieved for medium (3000 min "1 ) and low speeds.
  • the output control is not necessarily carried out via a front cover
  • the screws themselves can do this alone.
  • the balancing method is important in the implementation of such catchy conveyor screws - by forming frontal and / or internal cavities, cutting away outer, insignificant screw parts, using materials of different densities and varying the wrap angle, static and dynamic Documents representing the prior art with regard to such methods are JP 62 291 486, WO 97/21925, JP 0 230 5393 and WO 98/11351.
  • the present invention has for its object to provide a set of conveyor screws, which is suitable for problem-free operation in a wide speed range (approx. 1'000 - 800 min "1 ) and with which a good vacuum even at low speeds and a vibration-free operation can be achieved up to the upper range.
  • the conveyor screws are intended to install an effective Enable internal rotor cooling, which is becoming increasingly important, especially for larger pumps (> 200 m 3 / h).
  • the twin conveyor screws according to the invention are characterized in that the end profile is multi-start but not point-symmetrical, that exactly one flank of a single tooth is designed as a cycloid-shaped hollow flank and that all other flanks are essentially convexly curved and that they are formed accordingly individual stimulus profile limitation curves there is agreement between the center of gravity and the pivot point.
  • helical channels are provided in the interior of the rotor, in the areas of the teeth, through which a cooling medium flows.
  • FIG. 1 shows a set of twin conveyor screws in a housing, in an end cut, along the line I - 1 from FIG. 3,
  • Figure 2 shows a twin screw set with unequal arches, in an end cut and 3 shows a twin screw set with internal cooling channels, in a partially sectioned view in the direction of arrow III in FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section through a housing, indicated by 3, in which there is a first exemplary embodiment of the twin conveyor screws 1 and 2 according to the invention.
  • the view according to FIG. 1 is cut along the line I - I in FIG. 3, but the channel denoted by 11 in FIG. 3 is not shown.
  • Each of the screws shown has a uniform, coherent screw body and is preferably intended for a dry-running pump with an externally arranged synchronization device.
  • the profile of the screws is composed of the following limitation curves:
  • a single hollow flank 6 merges at its radially outer end over an edge 7 into a circular arc K.
  • the cycloid-shaped hollow flank 6 merges tangentially into a circular arc F.
  • a first convex flank 8 is connected via a transition radius, at the radially outer end of which a further tip arc K is connected.
  • a second convex flank 9 which in turn merges into a further root arc F via a transition radius.
  • the contour merges again via a transition radius into a third convex flank 10, which abuts the already mentioned tip circle at its radially outer end.
  • FIG. 2 shows, based on a second exemplary embodiment of the twin conveyor screws according to the invention, that the radii rK1, rK2 of the two circular arcs bK1 and bK2 of each conveyor screw are not the same as in FIG have to be.
  • rK1 is greater than rK2, so that there is a clear gap between the head arc K adjacent to the convex flanks 8 and 9 and the inner wall of the housing.
  • this gap is of minimal importance for the partitioning of the work cells, because this takes place at the edge 7 and the adjacent circular arc.
  • the different root circle radii rF1, rF2 inevitably result from the center distance and the tip circle radii rK1, rK2.
  • the surfaces of the housing 3 and the rotors 1, 2 forming the working space are enlarged, which is advantageous in combination with the internal rotor cooling.
  • FIG 3 shows the twin screw set according to Figure 1 in a partially sectioned view in the direction of arrow III in Figure 1.
  • the two-speed rotors are mirror images and are in engagement with each other.
  • a helical channel 11 is formed in its interior, through which a cooling medium flows during operation.
  • Each rotor is made in one piece.
  • each rotor could also be composed of a rotor shaft 4 and a screw body 5, which can be made of the same or different materials. Because of the favorable end profile geometry, materials of low strength can also be used in this case. Non-castable special materials can also be used if the internal rotor cooling is not used.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

Bekannte mehrgängige Zwillings-Förderschrauben weisen punktsymmetrische Profile, kleine Steigungen und sehr grosse Umschlingungswinkel auf und müssen wegen der Rest-Blasloch-Verluste zwischen den Arbeitszellen hochtourig betrieben werden. Bekannte eingängige Ausführungen erreichen Arbeitszellenabschottung ohne Blaslochverbindungen und liefern schon bei mittleren und niederen Drehzahlen gutes Vakuum und guten Wirkungsgrad, neigen bei höheren Drehzahlen jedoch zu unerwünschten Biegeschwingungen. Aus Geometriegründen besteht für keine dieser Ausführungen die Möglichkeit einer effektiven Innenkühlung. Vorliegende Erfindung eliminiert dieses Manko und vereinigt die Vorteile beider oben genannten bekannten Ausführungen. Sie bietet eine einheitliche Lösung für einen breiten Drehzahlbereich durch Förderschrauben (1, 2) mit nicht punktsymmetrischen, mehrgängigen Stirnprofilen mit mittiger Schwerpunktlage. Solche Förderschrauben arbeiten einerseits ohne Blaslochverluste, sind andererseits wegen der mittigen Schwerpunktlage auch für hochtourigen Betrieb geeignet und können wegen fehlender Auswuchthöhlen bei mittleren Steigungen mit Kanälen zur Innenkühlung ausgerüstet werden. Diese sehr guten Anpassungsmöglichkeiten an die Prozessführung öffnen ein weites Feld der Anwendung in Medizin, Chemie, Halbleitertechnik.

Description

Zwillings-Förderschrauben zum Einbau in Verdrängermaschinen, insbesondere Pumpen
Die Erfindung betrifft Zwillings-Förderschrauben zum Einbau in Verdrängermaschinen, insbesondere Pumpen, für achsparallelen, gegenläufigen Ausseneingriff mit Umschlingungswinkeln > 720° und ausgeführt mit gleichen Stirnprofilen mit jeweils einer zykloidenförmigen Hohlflanke, welche in einem Gehäuse eine gut geschottete axiale Kammersequenz ohne Blaslochverbindungen bilden.
Nachstehend werden verschiedene Typen bekannter Zwillings- Förderschrauben und deren Eigenschaften erläutert.
Bei einem ersten Typ derartiger Zwillingsschrauben hat jede Förderschraube jeweils mehrere, auf einer gemeinsamen Welle axial hintereinander angeordnete Schraubenkörper.
Die in den Dokumenten EP 0496 170 A2 und DE 43 16 735 A1 dar- gestellten Zwillingsschrauben weisen Schraubenkörper mit unterschiedlichen Windungsrichtungen auf. Dabei wird der Volumenstrom aufgeteilt, was zur Einsparung der kritischen dynamischen Dichtungen führt. Ferner ist dynamische Auswuchtung auch für eingängige, nicht punktsymmetrische Profile gewährleistet.
Die Dokumente JP 63-36086 und DE 19522 559 A1 zeigen ebenfalls Schraubenpaare dieses ersten Typs, wobei aber hier die hintereinander angeordneten Schraubenkörper unterschiedliche Steigungen aufweisen. Dadurch wird der Bereich der Kompression axial gedehnt, womit die Wärmeaustauschfläche des Gehäuses vergrössert wird, was zu einer Verbesserung der äusseren Kühlung führt.
In der Schraubenpumpe gemäss DE 196 14 562 A1 sind die beiden genannten Merkmale, nämlich unterschiedliche Windungsrichtungen und unterschiedliche Steigungen der auf einer Welle hintereinander angeordneten Schraubenkörper vereint. Die Nachteile dieses ersten Typs von Zwillingsschrauben bestehen insbesondere in einem gegenüber solchen mit einem einzigen Schraubenkörper pro Spindel erhöhten Bauaufwand. Zudem zeigen, mit Ausnahme der Patentanmeldung DE 19522 559 A1 , alle der vorangehend erwähnten Publikatio- nen eingängige Rotoren, die trotz hundertprozentiger Auswuchtung wegen ihrer grossen Länge stark zu Biegeschwingungen neigen, was einen Betrieb entsprechender Pumpen mit hohen Drehzahlen ausschliesst.
Bei einem zweiten Typ von Zwillings-Förderschrauben sind die Schrauben mehrgängig und die Profile punktsymmetrisch. Dazu gehören ins- besondere die nach der Firma „Svenska Rotor Maskiner Aktiebolag" benannten SRM Profile, bei denen die beiden Rotoren ungleiche Zähnezahlen aufweisen und bei denen einer der Rotoren als „männlich" und der andere als „weiblich" bezeichnet wird. Bei diesen bekanntesten Profilen treten keine Unwuchtprobleme auf, weil sie punktsymmetrisch sind. Dies betrifft sowohl das als „sym- metrisch" bezeichnete Profil mit spiegelbildlichen Zahnflanken als auch das als „asymmetrisch" bezeichnete mit unterschiedlichen Zahnflanken.
Die Nachteile dieses zweiten Typs von Zwillingsschrauben sind darin zu sehen, dass sie nicht in der Lage sind, in einem Pumpengehäuse eine axiale Kammersequenz zu bilden, weil sich bei der Gehäusekante, welche sich an der Schnittlinie der beiden Gehäusebohrungen befindet, ein sogenanntes Blasloch bildet. Die Schrauben haben eine grosse Steigung und weisen kleine Umschlingungswinkel auf, wodurch sich ein gutes Endvakuum und ein guter Wirkungsgrad nur bei hoher Drehzahl erreichen lassen. Darüber hinaus sind bei Verdichtern mit derartigen Zwillingsschrauben stirnseitige Enddeckel funk- tionsbedingt erforderlich.
Als Kühlungsmöglichkeiten für derartige Rotoren bietet sich einerseits die allgemein bekannte und verbreitete „fluid-injection" an, die aber nicht für alle Anwendungen geeignet ist und andererseits ein inneres Kühlsystem, bei dem ein Kühlmedium durch die Rotoren hindurch geleitet wird. Die Patent- Schriften DE 914 886, US 2 714 314 und US 2 441 771 zeigen Kühlsysteme der zuletzt genannten Art. Ebenfalls zu den punktsymmetrischen Profilen zählen die nachfolgend beschriebenen Zwillingsschrauben eines dritten Typs.
In den Patentanmeldungen DE 195 22 559 A1 und DE 19522 560 A1 sind Zwillingsschrauben mit zweigängigem Rechteckprofil beschrieben. Das mit die- sen Förderschrauben realisierte Pumpenkonzept stellt nach vielseitiger Auffassung das zur Zeit fortschrittlichste und flexibelste Konzept dar. Das zweigängige Rechteckprofil erlaubt hohe Drehzahlen biegeschwingungsfrei und operiert ohne stirnseitige Enddeckel. Andererseits wird aber gerade wegen dieses Rechteckprofils die Bildung genügend gut geschotteter, axialer Kammerse- quenzen mit geringer Leckage nur bei geringen Steigungen und grossen Umschlingungswinkeln in Kombination mit hoher Drehzahl erreicht (8000 min"1), d.h., ein Betrieb im niederen und mittleren Drehzahlbereich resultiert in schlechtem Endvakuum und schlechtem Wirkungsgrad. Die Kühlung der Pumpe erfolgt hier am stationären Teil konventionell durch Kühlflüssigkeit. Die Kühlung der Rotoren erfolgt nach dem Prinzip der Wärmestrahlung im Bereich druckseitiger Koaxialbohrungen. Für ein wirksames inneres Kühlsystem mit strömendem Kühlmedium bietet diese Rotorgeometrie keinen Raum.
Bei den in der Patentschrift DE 4224 969 C1 beschriebenen Zwillingsschrauben mit gleicher Gangtiefe, gleicher Gangzahl und beidseitig symmetrisch aus- gebildeten Flankenprofilen wird versucht, die Verlustspalte durch Korrekturen der Flankenprofile zu reduzieren. Es liegen aber keine Informationen über durch diese Massnahme erzielbare Verbesserungen vor.
Der vierte und letzte Typ der hier zu beschreibenden Zwillingsschrauben weist eingängige Profile auf.
Eine bekannte Pumpe mit Rotoren dieses Typs wird von Kashiyama hergestellt und weist einseitig gelagerte Rotoren mit einem eingängigen Rechteckprofil auf. Bezüglich Geometrie, Drehzahl, Leckage, Endvakuum und Wirkungsgrad treten bei dieser Pumpe dieselben Probleme auf wie weiter oben im Zusammenhang mit dem zweigängigen Rechteckprofil der Dokumente DE 19522 559 A1 und DE 195 22 560 A1 beschrieben. Das Zusatzproblem der Auswuchtung wird durch stirnseitige Ausnehmungen im Kernbereich gelöst. Der stark eingeschränkte Anwendungsbereich sowie die geringe Grosse machen eine Kühlung nach Meinung des Herstellers überflüssig.
In den Dokumenten GB 112 104, GB 670 395, GB 746628 und WO 97/21926 sind Zwillingsschrauben mit eingängigen Profilen mit Hohlflanke offenbart. Durch die Ausbildung jeweils einer Flanke der eingängigen Profile als verlängerte Zykloide (Hohlflanke) werden wechselweise symmetrische Eingriffslinien gebildet, die von den Gehäuseinnenkanten zu den Kernkreisen entlang der Schraubenaussenkonturen verlaufen. Diese Eingriffslinien unterteilen den Innenraum der Pumpe in axial wandernde Arbeitszellen mit zweifacher Länge der Steigung in überlappender Anordnung. Ausführungen mit grossen Umschlingungswinkeln (> 720°) bringen die gute Abschottung ohne Blasloch voll zur Wirkung und es werden auch für mittlere (3000 min"1) und kleine Drehzahlen guter Wirkungsgrad und sehr gutes Endvakuum erreicht. Die Ausgangssteuerung erfolgt nicht zwangsläufig über einen stirnseitigen Deckel; die Schrauben selbst können dies allein bewirken. Wichtig bei der Realisierung solcher eingängiger Förderschrauben ist die Auswuchtmethode- Durch Ausbildung stirnseitiger und/oder innerer Hohlräume, Wegschneiden äusserer, unwesentlicher Schraubenteile, Verwendung von Materialien unterschiedlicher Dichte sowie Variation des Umschlingungswinkels wird statische und dynamische Aus- wuchtung erreicht. Dokumente, die den Stand der Technik bezüglich solcher Methoden repräsentieren sind JP 62 291 486, WO 97/21925, JP 0 230 5393 und WO 98/11351.
Nicht erreicht werden kann biegeschwingungsfreier Betrieb, insbesondere bei hohen Drehzahlen und schlanken Rotoren. Nicht möglich ist hier ausserdem eine wirkungsvolle Rotor-Innenkühlung, da hierzu wesentliche Bereiche der Auswuchthohlräume benötigt würden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Förderschrauben-Satz zu schaffen, der sich zum problemlosen Betrieb in einem breiten Drehzahlbereich (ca. 1 '000 - 8O00 min"1) eignet und mit dem sich ein gutes Vakuum auch bei niederen Drehzahlen sowie ein biegeschwingungsfreier Betrieb bis in den oberen Bereich erzielen lässt. Zudem sollen die Förderschrauben die Installation einer effektiven Rotorinnenkühlung ermöglichen, die insbesondere für grössere Pumpen (> 200 m3/h) zunehmend an Bedeutung gewinnt-
An dieser Stelle ist noch anzumerken, dass gewisse sich anbietende Lösungen nur Scheinlösungen sind. Dazu gehören die in anderem Zusammenhang in den Dokumenten US 4 224 016 und AU 261 792 beschriebenen Rotoren mit punktsymmetrischen Profilen mit mehreren Hohlflanken. Mit solchen Profilen kann man zwar Schraubenrotoren ausbilden, diese bilden aber in einem Gehäuse keine axiale Kammersequenz, sondern es sind vielmehr alle Teilvolumen miteinander verbunden, so dass hiermit keine Verdrängermaschine realisiert wer- den kann.
Zur Lösung der Aufgabe sind die erfindungsgemässen Zwillings- Förderschrauben dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnprofil mehrgängig aber nicht punktsymmetrisch ist, dass genau eine Flanke eines einzigen Zahnes als zykloidenförmige Hohlflanke ausgebildet ist und dass alle anderen Flanken im wesentlichen konvex gekrümmt sind und dass durch entsprechende Ausbildung der einzelnen Stimprofilbegrenzungskurven Übereinstimmung von Profilschwerpunkt und Drehpunkt besteht.
Einer Ausgestaltungsmöglichkeit zufolge sind im Rotorinneren, in den Bereichen der Zähne, schraubenförmige Kanäle vorgesehen, durch welche ein Kühlmedium strömt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt
Figur 1 einen Zwillings-Förderschrauben-Satz in einem Gehäuse, in einem Stirnschnitt, entsprechend der Linie I - 1 von Figur 3,
Figur 2 einen Zwillings-Förderschrauben-Satz mit ungleichen Kopfkreisbögen, in einem Stirnschnitt und Figur 3 einen Zwillings-Förderschrauben-Satz mit inneren Kühlkanälen, in einer teilweise geschnittenen Ansicht in Richtung des Pfeiles III in Figur 1.
Die Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein mit 3 an- gedeutetes Gehäuse, in dem sich ein erstes Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemässen Zwillings-Förderschrauben 1 und 2 befinden. Die Ansicht ge- mäss Figur 1 ist entlang der Linie I - I in Figur 3 geschnitten, wobei aber der in Figur 3 mit 11 bezeichnete Kanal nicht dargestellt ist. Jede der dargestellten Schrauben weist einen einheitlichen, zusammenhängenden Schraubenkörper auf und ist vorzugsweise für eine trocken laufende Pumpe mit extern angeordneter Synchronisierungseinrichtung bestimmt. Das Profil der Schrauben ist aus folgenden Begrenzungskurven zusammengesetzt: Eine einzige Hohlflanke 6 geht an ihrem radial äusseren Ende über eine Kante 7 in einen Kopfkreisbogen K über. An ihrem radial inneren Ende geht die zykloidenförmige Hohlflanke 6 tangential in einen Fusskreisbogen F über. Am anderen Ende des Fusskreis- bogens schliesst sich über einen Übergangsradius eine erste Konvex-Flanke 8 an, an deren radial äusseres Ende sich ein weiterer Kopfkreisbogen K an- schliesst. Am anderen Ende dieses weiteren Kopfkreisbogens befindet sich eine zweite Konvex-Flanke 9, welche ihrerseits über einen Übergangsradius in einen weiteren Fusskreisbogen F übergeht. Am anderen Ende des weiteren Fusskreisbogens geht die Kontur wieder über einen Übergangsradius in eine dritte Konvex-Flanke 10 über, welche an ihrem radial äusseren Ende an den bereits erwähnten Kopfkreis stösst. Die Formen und die gegenseitige Lage der genannten Begrenzungskurven sind so gewählt, dass der Flächenschwerpunkt des Stirnprofilquerschnittes genau mit der Drehachse der betreffenden Förderschraube zusammenfällt. Dadurch sind Massnahmen zur Auswuchtung überflüssig und im Inneren der Förderschrauben können Kühlkanäle angeordnet werden, wie dies in Figur 3 mit der Bezugszahl 11 gezeigt ist.
Figur 2 zeigt anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemässen Zwillings-Förderschrauben, dass zum Einhalten der oben genannten Bedingung, nämlich der Übereinstimmung von Profilschwerpunkt und Drehpunkt, die Radien rK1 , rK2 der beiden Kopfkreisbögen bK1 und bK2 jeder Förderschraube nicht wie in Figur 1 gleich sein müssen. Gemäss Figur 2 ist rK1 grösser als rK2, so dass also zwischen dem den Konvex-Flanken 8 und 9 benachbarten Kopfkreisbogen K und der Gehäuseinnenwand ein deutlicher Spalt besteht. Dieser Spalt hat jedoch für die Abschottung der Arbeitszellen minimale Bedeutung, denn diese erfolgt an der Kante 7 und dem ihr benach- barten Kopfkreisbogen. Die unterschiedlichen Fusskreisradien rF1 , rF2 ergeben sich zwangsweise aus dem Achsabstand und den Kopfkreisradien rK1 , rK2. Mit dieser Ausführung werden die den Arbeitsraum bildenden Oberflächen des Gehäuses 3 und der Rotoren 1 , 2 vergrössert, was in Kombination mit der Rotorinnenkühlung vorteilhaft ist.
Figur 3 zeigt den Zwillings-Förderschrauben-Satz gemäss Figur 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht in Richtung des Pfeiles III in Figur 1. Die zweigängigen Rotoren sind spiegelbildlich ausgebildet und stehen miteinander im Eingriff. In ihrem Inneren ist ein schraubenförmiger Kanal 11 ausgebildet, durch den im Betrieb ein Kühlmedium strömt. Jeder Rotor ist einstückig ausge- bildet. Statt dessen könnte selbstverständlich jeder Rotor auch aus einer Rotorwelle 4 und einem Schraubenkörper 5 zusammengesetzt sein, die aus dem gleichen oder aus verschiedenen Werkstoffen bestehen können. Wegen der günstigen Stirnprofilgeometrie können in diesem Fall auch Werkstoffe von geringer Festigkeit verwendet werden. Auch nicht giessbare Sonderwerkstoffe können eingesetzt werden, wenn auf die Rotorinnenkühlung verzichtet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Zwillings-Förderschrauben (1 , 2) zum Einbau in Verdrängermaschinen, insbesondere Pumpen, für achsparallelen, gegenläufigen Ausseneingriff mit Umschlingungswinkeln > 720° und ausgeführt mit gleichen Stirnprofilen mit jeweils einer zykloidenförmigen Hohlflanke, welche in einem Gehäuse (3) eine gut geschottete axiale Kammersequenz ohne Blaslochverbindungen bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnprofil mehrgängig aber nicht punktsymmetrisch ist, dass genau eine Flanke eines einzigen Zahnes als zy- kloidenförmige Hohlflanke (6) ausgebildet ist und dass alle der mindestens drei anderen Flanken (8, 9, 10) im wesentlichen konvex gekrümmt sind und dass durch entsprechende Ausbildung der einzelnen Stirnprofilbegrenzungskurven Übereinstimmung von Profilschwerpunkt und Drehpunkt besteht-
2. Zwillings-Förderschrauben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stimprofil zwei Zähne aufweist, gebildet aus der genannten zykloidenförmigen Hohlflanke (6), drei Konvex-Flanken (8, 9, 10), zwei radiusgleichen Kopfkreisbögen (K) und zwei radiusgleichen Fusskreisbogen (F).
3. Zwillings-Förderschrauben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konvex-Flanke (8), die an den selben Fusskreisbogen (F) anschliesst wie die Hohlflanke (6) und die dritte Konvex-Flanke (10), die an den selben Kopfkreisbogen (K) anschliesst wie die Hohlflanke (6), kongruent sind.
4. Zwillings-Förderschrauben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Konvex-Flanke (9) spiegelbildlich zur ersten (8) und dritten Konvex-Flanke (10) ausgebildet ist.
5. Zwillings-Förderschrauben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nicht alle Kopfkreisbögen (K) und infolge auch nicht alle Fuss- Kreisbögen (F) radiusgleich sind und dass der grösste, mit der Gehäusebohrung korrespondierende Kopfkreis dem Zahn mit der Hohlflanke (6) zugeordnet ist.
6. Zwillings-Förderschrauben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Monobloc-Bauweise ausgeführt sind.
7. Zwillings-Förderschrauben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrstückig zusammengefügt sind.
8. Zwillings-Förderschrauben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Rotorwelle (4) und Schraubenkörper (5) aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgeführt sind.
9. Zwillings-Förderschrauben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schraubeninneren, in den Bereichen der Zähne, schraubenförmige Kanäle (11 ) vorgesehen sind, die dazu bestimmt sind, von einem Kühlmedium durchströmt zu werden.
10. Zwillings-Förderschrauben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung längs der Achse variiert.
11. Zwillings-Förderschrauben nach Anspruch 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Profil längs der Achse variiert.
PCT/CH1999/000587 1999-02-08 1999-12-07 Zwillings-förderschrauben zum einbau in verdrängermaschinen, insbesondere pumpen WO2000047897A1 (de)

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