DE2639870A1

DE2639870A1 - Rotorpaar fuer schraubenmaschinen

Info

Publication number: DE2639870A1
Application number: DE19762639870
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Mosemann
Original assignee: KUEHLAUTOMAT VEB
Current assignee: KUEHLAUTOMAT VEB
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-09-04
Publication date: 1977-05-12
Also published as: FR2330888A1; GB1539224A; PL112637B1; FR2330888B3; CS188556B1; DD122841A1; SE7612317L

Description

Erfinden Dieter Mosemann; B^.rfin Berlin, den 14*6.76

Z,-Bevollmächtigts Patenting. Ullrich ächeffier

Rotorpaar für Sohraubenmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Rotorpaar füe eine Schraubenmasehine zum Komprimieren oder Expandieren eines kompreasiblen Arbeitsmediums.

Eine Schraubenmaschine hat im allgemeinen ein Gehäuse mit einem Arbeitsraum mit Hochdruck- und Niederdrucköffnungen, denen sich ein Hochdruck- und ein Niederdruckraum anschließen. Der Arbeiteraum wird durch mindestens zwei einander schneidende Bohrungen mit parallelen Achsen gebildet. In diesen Bohrungen sind zusammenkämmende Haupt- und Nebenrotoren angeordnet, die schraubenlinienförmig verlaufende ineinandergreifende Kämme und Nuten aufweisen. Beim Hauptrotor sind zumindest die Hauptteile der Kamme und Nuten außerhalb des Teilkreises angeordnet und weisen im wesentlichen eine konvexe Form auf, wogegen beim Nebenrotor zumindestens die Hauptteile der Kämme und Nuten innerhalb des Teilkreises angeordnet sind und im wesentlichen eine konkave Form aufweisen.

Die im Eingriff stehenden, von den Zahnteilen und der Umfangswandung des Arbeiteraumes gebildeten Zahnlückenräumen bilden v-förmige Arbeit skammern, die am Basisende durch eine stationäre Normalebene zu den Rotoren begrenzt werden, wobei sich die mit dem Saugraum in Verbindung stehenden vor dem Zahneingriff befindlichen Arbeitskammern bei Drehung der Rotoren um ihre Achsen vergrößern und die hinter dem Zahneingriff befindlichen Arbeitskammern verkleinern» Jede dieser v-förmigen Arbeitskammern umfaßt einen Teil einer Nut des Hauptrotors und einen Teil einer Nut des Nebenrotors. Jeder Hutteil des Nebenrotors, der jeweils einen Schenkel einer v-förmigen Arbeitskammer Jaildet, hat eine hintere erste Flanke, welche der hochdruckseitigen Gehäusestirnwand zugewandt ist und eine vordere zweite Flanke, welche der niederdruckseitigen Gehäusestirnwand zugeandt ist*

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Es sind verschiedene Arten von JFlankenprofilen bekannt. Die Form des Plankenprofils beeinflußt die Betriebscharakteristik einer Schraubenrοtormaschine«

Bekannt sind symmetrische.profilierte Zahnflankenkonturen and Zahnflankenkonturen, bei denen in der Normalebene zu den Rotordrehachsen, Stirnschnitt genannt, für die erste und zweite Zahnflanke verschiedene Profilformen verwendet werden, so daß sich unsymmetrische Profile ergeben·

Als Konturen werden Teilstücken von Zykloidenkurven, im weitesten Sinne, Kreisbögen und Ellipsen angewendet.

Die Profilform des mit dem Nebenrotor zusammenkämmenden Hauptrotors ist so gestaltet, daß Haupt- und Nebenrotorflenken dichtend zusammenwirken. Als bekannte symmetrische Profile sind das Kreisbogenprofil, das Zykloidenprofil, das wanderpunkterzeugte Profil und das Ellipsenprofil zu nennen.

Das Kreisbogenprofil weist die Nachteile

keine vollständige axiale Abdichtung zwischen den v-förmigen Arbeitskammern durch das Vorhandensein eines Blasspaltes, bei Kreisbogenprofil ohne Zahnkopfteil außerhalb des Nebenrotorteilkreises kein Drehmoment am Nebenrotor; dadurch sind Drehschwingungen des Nebenrotors möglich,
relativ kleines theoretisches Pördervolumen, schlagartiges Entleeren der v-förmigen Arbeitskammern bei Verwendung des Profiles in Schraubenkompressoren, Empfindlichkeit gegen Beschädigungen der Nebenrotorflanken am Teilkreis, da das zur Verschlechterung der Abdichtung zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite im Bereich des Sohlenteiles der Nut des H_aupt-■ rotors führt,
geringe Zahnfußfestigkeit des Nebenrotors,

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Beim Zykloidenprofil sind die Nachteile

lange Kontaktlinie zwischen Haupt- und Nebenrotor im Profileingriff der Zahnflanken; daher große Iieckmengei» zwischen Hochdruck- und Niederdrückten der Schraubenrotormaschine, Empfindlichkeit gegen Beschädigungen der Planken an den Profilerzeugungspunkten, da dann Dauerleckage zwischen Hochdruck- und Hiederdruckseite des Verdichters auftritt und sich der Volumenausnutzungsgrad verschlechtert,

Empfindlichkeit gegen Abweichung von der Achsparallelität der Rotoren durch große «*iale Überdeckung der Kontaktlinie zwischen den Rotoren,

höchste technologische Anforderungen an die Konturgenauigkeit der Zahnflanken zur Gewährleistung eines guten Volumenausnutzungskoeffizienten,

Profilpunkte kommen bei hoher Relativgeschwindigkeit in abdichtende Fähe zueinander, daher ist bei Flankenberührung immer die Gefahr des "Fressens" vorhanden,

schlecht oder nicht entleerbare eingeklemmte Volumen durch axiale Überlappung der Kontaktlinie der Rotoren, geringe Zahnfußfestigkeit der Zahnflanken des Nebenrotors, negatives Drehmoment am Nebenrotor,

große Krümmungsunterschiede miteinander kämmender Haupt- und Nebenrot orzahnflanken, deshalb ungünstige Eingriffsverhältnisse bei Schraubenrotormasehinen oder Synchronisierungsgetriebe,

zu nennexip

Das iymaetrische wanderpunkterzeugte Profil besitzt nachteilig einen großen Blasspalt und ein kleines theoretisches Fördervolumen.

Als unsymmetrische Profilformen an den Zahnflanken der Schraubenrotoren sind bisher Kombinationen von Kreiebogenprofil und Zykloidenprofil, von wanderpunkterzeugtem Profil, dessen Konturteil im wesentlichen außerhalb des Kreisbogenprofilradius angeordnet ist und Zykloide oder andere Konturen, die im wesentlichen innerhalb des Kreisbogenprofilradius angeordnet sind, bekannt« Die jeweils an erster Stelle genannten Profilteile, wie die Zykloide, sind als erste Zahnflanke ausgebildet»

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Die Nachteile der bekannten unsymmetrischen Profile sind die geringe Zahnfußfestdgkeit und die 'Empfindlichkeit des Zykloldenprofils gegen Beschädigungen. Darüber hinaus besitzen die bekannten unsymmetrischen Profile lange Kontaktlinien zwischen den Rotoren, die den Liefergrad verschlechtern» Bei der ersten Zahnflanke kommen einerseits Profilteile mit hoher Relativgeschwindigkeit nachteilig in abdichtende Nähe zueinander, und andererseits besitzen diese miteinander zusammenwirkenden Plankenteile von Haupt- und Nebenrotors eine schmierungstechnisch ungünstige Form, so daß der Schmierfilm an den Zahnflanken besonders bei Schraubenverdichter, mit Nebenrotorantrieb, bei dem die erste Zahnflanke zur Drehmomentenübertragung benötigt wird, abgesteift wird·

Ziel der Erfindung ist es, ein Profil für Schraubenrotoren zu schaffen, das diese Nachteile beseitigt»

Erfindungsgemäß ist ein Teil der mit der ersten Zahnflanke des Nebenrotors zusammenwirkenden Zahnflanke des Hauptroto?s vom radial äußersten Punkt des Hauptrotors beginnend mit einem Teilstück einer Ellipsenkurve ausgestattet, der sich eine vom Schnittpunkt der ersten Zahnflanke des Nebenrotors mit dem Teilkreis des Nebenrotors erzeugtes Kurventeilstück anschließt. Die erste Zahnflanke des Nebenrotors ist die zu dem an der Hauptrotorzahnflanke angeordneten Ellipsenprofil gehörende Hüllkurve«

Ein wesentliches Teilstück .der zweiten Zahnflanke des Nebenrotors ist vom radial innersten Punkt der NebenrotorZahnlücke beginnend als Teilstück einer Hyperbelkurve ausgestattet und ist Hüllkurve zu einem wesentlichen Teil der mit der zweiten Nebenrotorzahnflanke zusammenwirkenden ,Haüptrot or zahnflanke.

Die Erzeugungskurven in einer Normalebene zu den Rotordrehachsen für die Ellipsenkontur am Hauptrotorzahn und die dazugehörige Hüllkurve am Nebenrotorzahn sind durch folgende Gleichungen bestimmt}

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Für die Profilform am Hauptrotor X₁ = d + a * cos ψ Y₁ a b · sin ψ

Für die Profilform am Nebenrotor

X₂ = ~A · cos (i₂₁ 'J⁸O + d · cos (k *f) + a •-cos^'· cos (k ·/*) -b . siny· sin (k·^);

Y₂ » -A · sin (I₂₁ ./9 + d · sin (k-y>) + a · cosV· sin (k *f) + f i? -^*#X Cf ' COS C * ' fJ

Die Winkel Lf und f unterliegen einer notwendigen Abhängigkeit (Bedingung für Hüllkurve)

Die Verbindungsgleichung zwischen V und ψ lautet: -r- · b · sixif· cosy^ (a - b2) · sin^* oosf^ a · d

* sin φ -r-j · a · cos/*· siny-=

Die Erzeugungskurve der Hyperbel an der zweiten Zahnflanke des Nebenrotors ist in einer Hormalebene zu den Drehachsen der Rotoren durch die Gleichungen

y₂ β b-j ♦ tan V₁ bestimmt.

Die mit dem Hyperbelteil zusammenwirkende Flankenkontur des Hauptrotors ist durch die Gleichungen

X₁ a A ^β cos)"¹- Ca₁ · cos k · γ + bi · sint/'.j ♦ sin k

Y₁ = A * Blnf- (a-j · sin k * f + b-j · 3±ηψ^ · cos k bestimmt·

Nur γ oder ^- sind frei wählbar. Zwischen beiden Parametern besteht die Beziehung

A · a-j · sin ψ^ · cos i₂₁ · f + A · b-| . sin i2i * f*- k

• (a² + b2) »o

In den angeführten Gleichungen bedeuten

X^ , Υ·| Koordinatensystem des Hauptrotors mit seinem Ursprung im Drehpunkt des Hauptrotors. Die Abszissenachse zeigt zum Nebenrotor.

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Y₂ , X₂ Koordinatensystem des Hebenrotors mit seinem Ursprung

im Drehpunkt des liebenrot or s. Die Abszissenachse hat die gleiche Sichtung wie X-j.

a « k 1 · r

b β k 2 · r

d = r₁ + r - a

k 1 , k 2 - Koeffizienten (> 0)

x^ - halber Teilkreisdurchmesser des Hauptrotors

r - ideeller Profilradius

A β r-j + r₂ - Achsabstand der Rotoren

r₂ - halber Teilkreisdurchmesser des Nebenrotors

(^₁ , q/ - Profilwinkel

ψ - Drehwinkel des Hauptrotors

±2i * ^xi/^r2 ** tibersetzungsverhältnis der Rotoren

r₂ - halber Teilkreisdurchmesser des Nebenrotors

k = 1 +1₂₁

a^ « r2 - r

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Profiles sind die Erhöhung der Zahnfußfestigkeit des Nebenrotors und die Verkürzung der Kontaktlinie zwischen Haupt- und Nebenrotor, wodurch die Querabdichtung zwischen

Hochdruck- und Niederdruckteil des Verdichters Verbessert wird» Weitere Vorteile sind

weitestgehende axiale Abdichtung des Profiles zwischen den v-förmigen Arbeitekammern.,
positives Drehmoment am Nebenrotor,
größeres theoretisches fördervolumen,

allmähliches Entleeren der v-förmigen Arbeitskammern gegen Ende des Außschubvorgange3 bei Einsatz der Schraubenrotormaschine als Verdichter,

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bei Beschädigungen an den Zahnflanken entstehen zumeist nur punktförmige löcher, so daß die Querabdichtung bei Flankenbeschädigungen gewährleistet wird,

die miteinander wirkenden Plankenteile der ersten und zweiten Zahnflanke weisen weitestgehend Konturteile mit geringen Krümmungsunterschieden auf, so daß sich günstige Pressungs- und damit günstige Kraftübertragungsverhältnisse am Profil einstellen und der Schmierfilm erhalten bleibt.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert;

Die Figur zeigt einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Schraubenrotorprofiles senkrecht zu den Drehachsen der Rotoren 1 und 2. Der Hauptrotor 1 besitzt eine erste Zahnflanke 3, die mit einer ersten Zahnflanke 4 des Nebenrotors 2 zusammenwirkt und eine zweite Zahnflanke 5, die mit der zweiten Zahnflanke 6 des Nebenrotors zusammenwirkt. Die hintere erste Flanke 4 der Nut 7 des liebenrotors 2 ist der hochdruckseitigen Stirnwand zugewandt. Die vordere zweite Flanke 6 der !Tut 7 des liebenrotors 2 ist der niederdruckseitigen Stirnwand zugewandt ρ Das Profil der mit der ersten Flanke 4 des liebenrotors 2 zusammenwirkenden Sahnflanke 9 des Hauptrotors 1 ist vom radial äußersten Punkt 10 des Hauptrotorzahnes 11 beginnend mit einem Teilstück einer Ellipsenkurve ausgestattet, der sich eine vom Schnittpunkt 12 der ersten Zahnflanke 4 des liebenrotors 2 mit dem Teilkreis 13 des Nebenrotors 2 erzeugtes Kurvenstück 14 anschließt. Die erste Zahnflanke 4 des liebenrotors 2 ist die zu dem an der Haupt rot or ζ ahnflanke 9 angeordneten Ellipsenprofil gehörende Hüllkurve· Ein wesentliches Teilstück der zweiten Zahnflanke 6 des Nebenrotors ist vom radial innersten Punkt 8 der NebenrotorZahnlücke beginnend als Teilstück einer Hyperbelkurve ausgestattet und ist Hüllkurve zu einem wesentlichen Teil der mit der zweiten Nebenrotorzahnflanke 6 zusammenwirkenden Hauptrotorzahnflanke 15.

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Claims

Patentanspruch:

Rotorpaar für eine Schraubenrotormaschine zum Komprimieren oder Expandieren eines kompressiblen Arbeitsmediums, mit einem Hauptrotor, dessen Kämme und Nuten im wesentlichen außerhalb des Teilkreises angeordnet sind und die Kämme im wesentlichen eine konvexe' Form aufweisen und mit einem Nebenrotor, dessen Kämme und Nuten im wesentlichen innerhalb des .Teilkreises angeordnet sind und weitestgehend eine konkave Form aufweisen, wobei die im Eingriff stehenden Rotorzahnteile mit ihren Zahnlückenräumen v-förmige Arbeitskammern bilden und jeder Nutteil des Nebenrotors, der jeweils einen Schenkel einer v-förmigen Arbeitskammer bildet, eine erste hintere Zahnflanke besitzt, die der hochdruokseitlgen Gehäusestirnwand zugewandt ist und eine vordere zweite Zahnflanke besitzt, die der niederdruckseitigen Gehäusestirnwand zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der mit der ersten Zahnflanke des Nebenrotors zusammenwirkenden Zahnflanke des Hauptrotors vom radial äußersten Punkt des Bauptrotors beginnend mit einem Teilstück einer Ellipsenkurve ausgestattet ist, der sich ein vom Schnittpunkt der ersten Zahnflanke des Nebenrotors mit dem Teilkreis, des Nebenrotors erzeugtes Kurvenstück anschließt und die erste Zahnflanke des Nebenrotors die zu dem an der Hauptrotorzahnflanke angeordneten Ellipsenprofil gehörende Hüllkurve ist und ein wesentliches Teilstück der zweiten Zahnflanke, des Nebenrotors vom radial innersten Punkt der Nebenrot or Zahnlücke beginnend als teilstück einer Hyperbelkurve ausgestattet ist und Hüllkurve zu einem wesentlichen Teil der alt der zweiten Nebenrotorzahnflanke zusammenwirkenden Hauptrotorzahnflanke ist»

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