CH255202A - Rotationsmaschine. - Google Patents

Description

  Rotationsmaschine.    Die vorliegende Erfindung betrifft     Rota-          tionsmasehinen    vom Zahnradtyp. Die Rota  tionsmaschine kann dabei als Kompressor für  die Komprimierung eines gasförmigen Me  diums oder als Motor zur Arbeitserzeugung       a.li     gebildet sein.

   Rotationsmaschinen dieser       :Irt    sind beispielsweise beschrieben im     USA.-          Patent        Nr.        2174ä22.    Die Zahnräder, und in       erster    Linie diejenigen mit konkaven Zahn  eUten, sind gemäss diesem Patent mit     unter-          sehnittenen    und in ihrer Längsrichtung       schraubenförmig        verlaufenden    Zähnen oder  Gewindegängen ausgebildet.

   Die     Gewinde-          ganglä.nge    ist so im Verhältnis zur Gewinde  steigung bemessen, dass der Gang nicht einen  ganzen Umfang     einnimmt,    und die Kompres  sion des Arbeitsmediums (bei Kompressoren)  findet im Gangzwischenraum statt, der     hach     dem Ablauf zu von der     abtriebsseitigen          Stirnwand    des Gehäuses abgeschlossen wird.  Die Tiefe der Gangnuten soll mit Rücksicht  auf die Kapazität der Rotationsmaschine       möglichst    gross sein.

   Mit Rücksicht auf die       dynamischen    und     volumetrischen    Verluste  bekannter     Maschinen    hat man bei gewis  ser Gangtiefe nicht die Möglichkeit, die       Zahnräder    nur mit Hinsicht auf ihre Festig  keit zu dimensionieren.     Der    Aussendurch  messer der Zahnräder wird daher in der Pra  xis abhängig von der Gangzahl. Dies führt  einerseits mit sich, dass die Schraubenräder  mit konkaven Gangnuten bei geringer An  zahl. z. B. bei drei Gängen, zu schwach wer-    den, um den seitlich auf die vom Arbeits  medium wirkenden Druck bei der Arbeit der     s5     Maschine aushalten, zu können.

   Man kann  daher aus Festigkeitsgründen     genötigt    sein,  die Ganganzahl zu vergrössern, obwohl dies  bei     bekannten    Ausführungen des in Rede  stehenden Typs auf die Eigenschaften der 4o  Maschine in anderer Hinsicht ungünstig ein  wirkt. Die Erfindung geht von dieser an und  für sich     weniger    vorteilhaften Ausführung  aus und bezweckt, diese so abzuändern, dass  sie eine grössere Kapazität bei gleichzeitiger 4s  Herabsetzung der Verluste besitzt.

   Dies wird  dadurch erreicht, dass sie mindestens zwei in       Eingriff    mit einem dazwischenliegenden Zwi  schenzahnrad     stehende    Seitenzahnräder be  sitzt, dass die Zähne in ihrer Längsrichtung     5o     schraubenförmig     mit    einem Umfangswinkel  von weniger als<B>3600</B> gewunden sind, dass die  Zahnanzahl im Zwischenrad grösser als in  den Seitenzahnrädern ist, die je     wenigstens     drei Zähne haben, dass die Zahnräder eine     55     Volumenänderung der Arbeitsräume dann  herbeiführen, wenn diese beim Arbeiten der  Maschine     so-,wohl    vom Einlass wie vom Ab  lauf des Arbeitsmediums     getrennt    sind,

   und  dass zu jedem Seitenzahnrad ein separater     6o     Einlass und ein separater Ablauf in dem die  Zahnräder umgebenden Gehäuse gehört.  



  Die Erfindung soll im folgenden an Hand  der in der beiliegenden Zeichnung gezeigten  Ausführungsbeispiele näher beschrieben wer-<B>65</B>  den.      In     Fig.    1 ist     ein    horizontaler     Längsschnitt     durch einen     erfindungsgemäss    ausgeführten       Schraubenradkompreszor    im     Schnitt    nach der       Linie        I-I    von     Fig.    2 gezeigt.  



       Fig.    2 ist     ein    Querschnitt nach der     Linie          II-II    von     Fig.1.     



       Fig.    3 ist ein     Querschnitt    nach der Linie       III-III    von     Fig.    1.  



  In     Fig.    4 ist ein zum     Kompressorgehäuse     gehörender Enddeckel gezeigt, in Projektion  gemäss der Linie     IV-IV    von     Fig.    1 gesehen.  



       Fig.    5 zeigt den Kompressor in einer  Aussenansicht von oben.  



       Fig.    6 ist ein     schematischer    Querschnitt  der     .Schraubenräder    des     Kompressors.     



       Fig.    7     zeigt    schliesslich eine andere Aus  führungsform eines     Schraubenkompressors     gemäss der     Erfindung    von oben gesehen,  wobei     gewisse    Teile     weggeschnitten    sind.  



  In der Ausführungsform gemäss     Fig.    1  bis 6 bezeichnet 10 ein     mittleres    Schrauben  rad (Zwischenzahnrad) mit unterschnittenen  konkaven Zähnen oder Gängen 12, mit dem  im     vorliegenden    Fall zwei Seitenschrauben  räder 14, 16 mit konvexen Zähnen oder Gän  gen 18 in Eingriff     stehen.    Die Zahl der seit  lichen Schraubenräder kann jedoch grösser als  zwei sein. Das mittlere Schraubenrad 10 hat  vorzugsweise mindestens sechs, im vorliegen  den Fall sieben durch Gangnuten 20 vonein  ander     getrennte    Gänge.

   Die Seitenschrauben  räder 14, 16 haben bei der gezeigten Aus  führungsform drei Gänge 18, doch kann die  Zahl auch grösser sein; sie soll aber keines  i falls so gross sein     wie    die Gangzahl des Ra  des 10. Die- Zahl der Gänge des Schrauben  rades 10 ist zweckmässig doppelt so gross oder  noch grösser als die der     Schraubenräder    14.  16. Die Form der Gänge 12, 18 bzw. der  Nuten 20     ist    in oben genanntem     Patent    näher  beschrieben worden, auf welches zu deren  näherer Beschreibung hingewiesen werden  kann.

   Die     Gewindegangflanken    der unterein  ander gleich     ausgeführten    Seitenschrauben  räder 18 haben somit vorzugsweise teils die  Form von Kreisbogen und teils von     Epizy-          kloiden,    die von der mit der entsprechenden  Gangflanke zusammenwirkenden Aussenkante    der Gangnut des     mittleren    Schraubenrades       bestimmt    und erzeugt werden. In entspre  chender Weise :sind die     Gangnuten    20 ge  formt, so dass eine bestmögliche Dichtung       zwischen    den     Schraubenrädern    erhalten wird.

    Die Schraubenräder 10, 14, 16 haben vor  zugsweise zylindrische Form, und deren  Gänge     erstrecken    sich über einen     Umfangs-          winkel    von weniger als     360 .     



  Die     Schraubenräder.sind    mit einem klei  nen Dichtungsspalt in     einem    Gehäuse 22 ein  geschlossen. Sie sind an     den    Enden mit Zap  fen 24 versehen bzw. verbunden, die in Lö  cher 49 (Fix. 3. und 4) des Gehäuses bzw.  dessen Deckel 26 eingeschoben sind und von  Lagern 28 getragen werden. In     Fig.1    hat  das mittlere Schraubenrad einen aus dem Ge  häuse herausragenden Teil 30, über den das       Antriebsmoment    von einem Antriebsorgan.  z. B. einem Motor, über Zahnräder 31, 33 auf  die     Seitenschraubenräder    übertragen wird.

   Es  kann     statt    dessen jedoch auch das eine oder  andere der     Seitenschraubenräder    antreibend  sein, indem es mit aus dem Gehäuse heraus  ragenden Zapfen ausgebildet wird, wie dies  bei 32 in     Fig.    1 mit strichpunktierten Linien  angedeutet ist. Welche     Antriebsweise    ange  wandt werden soll, hängt von der Geschwin  digkeit des Antriebsmotors ab, da die Seiten  schraubenräder schneller     umlaufen    als das       mittlere    Schraubenrad.  



  Das mittlere Schraubenrad 10 und das       Seitenschraubenrad    14 einerseits sowie das  Schraubenrad 10 und das Schraubenrad<B>16</B>       anderseits    besitzen je einen Einlass und einen  Ablauf, deren     Anschlussstutzen    an das Ge  häuse 22 mit 34, 36 bzw. mit 38, 40 bezeich  net sind. Die beiden Einlässe 34, 38 sind an  dem gleichen Ende des     Kompressorgehäuses     jedoch an entgegengesetzten Seiten desselben  gelegen. Das gleiche gilt für die Abläufe 36,  40, die an dem andern Ende des Kompressor  gehäuseS liegen.

   Die Kompression des, gasför  migen, zu komprimierenden Mediums erfolgt  in den von den     Schraubenrädern    gebildeten  Zwischenräumen, die radial nach aussen  durch das Gehäuse 22 und nach den     Enden     zu durch je eine ebene Stirnwand des Ge-           häuses    und des Deckels begrenzt werden.  Um     günstige        Einströmverhältnisse    zu erhal  ten, geht der     Einlassstutzen    34 in eine Aus  nehmung 42 des Deckels 26 von der gezeig  ten, an sich bekannten Form über. Der Ein  lassstutzen 38 geht in eine     Ausnehmung-    44  von gleicher Form im Deckel 26 über.

   Die  Einströmung des Gases kann zum Teil vor  zugsweise auch radial erfolgen, wie aus       Fig.    5 hervorgeht, in der ein Teil der Schrau  benräder 10, 16 unmittelbar unter dem     Rohr-          stutzen    38 Sichtbar ist.

   Auch an der Ablauf  seite des Kompressors besitzt die betreffende  Stirnwand des Gehäuses 22 gleichfalls in     be-          kannterWeise        Ausnehmungen    46, 48 von der  gezeichneten Form, so     dass    eine hinsichtlich  der Strömung günstige Verbindung mit dem       .-1.blaufstutzen    erhalten wird, wenn die     Kom-          pression    gegen die Stirnwand des Gehäuses  den gewünschten Wert erreicht hat. Das  komprimierte Gas geht auch radial durch       Üffnungen    50 bzw. 52 der gezeigten, an sich       bekannten    Form ab.  



  Bei der Arbeit des     Kompressors    entstehen  zwischen den Gängen und dein Gehäuse ein  aehliesslieh dessen Stirnwand und dem     Deh-          kel    voneinander getrennte, geschlossene  Räume, in denen die Kompression des Gases  vor Öffnung des Ablaufes     stattfindet.    Das  zum Beispiel durch den Einlass 38     kommende     gasförmige Medium wird zum Teil zwischen  den ineinander eingreifenden Gängen der       Schraubenräder    10 und 16     nach    dem Ablauf   < 10 geführt.

   Der restliche Teil dieses Me  diums     iv        ird    jedoch durch Zwischenräume ge  führt, die von dem mittleren Schraubenrad  10 und dem     Seitenschraubenrad    14     sowie     dem     zwischen    den Kanten 54 und 56 gelege  nen zylindrischen Teil des Gehäuses begrenzt   -erden. Dieser Teil des Arbeitsmediums geht  durch den Ablauf 36 ab. In gleicher Weise  teilt sieh die durch den Einlass 34 eintretende       Gasmenge    in zwei Ströme, von denen der eine  durch den Ablauf 40 abgeht. Die beiden Ein  lässe 34, 38 und/oder die beiden Abläufe 36.

    9 0 können miteinander verbunden werden, so  dass der Kompressor eine gemeinsame     Einlass-          bzw.    Ablaufleitung erhält.    Der Kompressor kann zur Kompression  auf zwei verschiedene Enddrücke ausgebildet  werden. Es ist dann zweckmässig, obwohl  nicht notwendig, die Ablauföffnungen 46,  50 und 48, 52 verschieden gross     auszuführen,     so dass die im Kompressor     eingeschlossenen     Gasmengen ihn erst     verlassen,    nachdem sie  auf verschiedene Drücke komprimiert wor  den sind.  



  Von wesentlicher Bedeutung ist, dass der  Umfangswinkel der Gänge des mittleren       Schraubenrades    10     richtig    bemessen zum       Umschliessungswinkel        zwischen    den Kanten  54, 56 des Gehäuses ist. In     Fig.6    ist mit  vollen Linien eine Gangnut 20 eingezeich  net, deren dem Beschauer     zugekehrtes    vor  deres Ende bei der Rotation des Schrauben  rades in eine solche Lage     gekommen    ist, dass  ihre Rückkante vorn eben die Kante 56 des  Gehäuses erreicht hat.

   Damit ein offener  Weg zwischen dem Einlass 38 auf der einen  und dem Ablauf 36 auf der andern Seite des  Schraubenrades 10 nicht bestehen soll, darf  die     Steigung    der     Gangnute    20 nicht grösser  sein, als dass deren Vorderkante hinten nicht  zum Punkt 54 gelangt, was einem Umfangs  winkel     a1    gemäss     Fig.    6 für den Gang ent  spricht. In Wirklichkeit kann man jedoch  mit einer Überdeckung um einen gewissen  Winkel     a2    arbeiten, so dass das hintere Ende  des Ganges sich an der mit 20' bezeichneten  Stelle in     Fig.    6 befindet.

   Eine derartige  Überlagerung, die also bewirkt, dass bei der       Rotation    der Schraubenräder die Gangzwi  schenräume während eines     gewissen    Augen  blickes gleichzeitig mit dem Einlass und Ab  lauf kommunizieren, kann ohne Nachteil an  gewandt werden, weil die     Überstromfläche     am Einlass bei Beginn der     Kommunikation          sowie    das Kompressionsverhältnis des     Kom-          pressors    relativ gering sind und die durch  den Gangzwischenraum vom Ablauf nach  dem     Einlauf    gehende Druckwelle den Einlass  nicht erreicht, bevor dieser geschlossen     wird.       Bei einer Gangtiefe h = 0,

  25 X Aussen  durchmesser der     Seitenschraubenräder    und  mit drei Gängen in     diesen        Schraubenrädern         sowie mit sechs Gängen im mittleren Schrau  benrad erhält die Gangnut des letzteren  zweckmässig einen     Umfangswinkel        a,.    = 48   oder ungefähr diesen Wert, bzw. bei Über  deckung einen Umfangswinkel     al        -f-        a,    = 58   oder etwa diesen Wert. Bei     erhöhter    Gang  zahl am mittleren Schraubenrad werden diese       Winkel    zweckmässig grösser gewählt.

   So kön  nen die Umfangswinkel     a,    bzw.     a1        +        a,    bei  acht Gängen am     mittleren        .Schraubenrad     etwa 66 bzw. 75  betragen.  



  Aus obigem geht hervor, dass die     Ver-          windung    der Gänge des     mittleren    Rades zwi  schen dessen Stirnebenen bedeutend weniger  als     360()    beträgt. Die Rotationsmaschine kann  gemäss der Gleichung<I>G =</I>     n        #   <I>g</I>     -i-   <I>n - x</I> ge  baut werden, wobei G die Zahnzahl des Zwi  schenrades,     g    die Zahnzahl der Seitenzahn  räder,     n    die Anzahl der     Seitenzahnräder    und  x eine ganze Zahl von gewisser Grössenord  nung grösser oder kleiner oder auch = 0 ist.

    Man hat somit sehr grosse Möglichkeiten, die  Rotationsmaschine den von Fall zu Fall gel  tenden. Bedingungen anzupassen.  



  Die     Ausführungsform    gemäss     Fig.    7 un  terscheidet sich von der     vorliergehenden    im  wesentlichen nur dadurch, dass die Schrau  benräder als     Doppelschraubenräder    ausgebil  det sind, das heisst, jedes Schraubenrad ist  aus zwei Schraubenrädern gemäss den vor  hergehenden Figuren     zusammengesetzt    mit  nach entgegengesetzter Richtung gewundenen  Gängen, die einander in der-     Mitte    bei der  Linie 60 treffen. Der Kompressor erhält  hierdurch zwei Abläufe oder zwei Einlässe  an jedem Ende.

   Im vorliegenden Fall hat  der Kompressor zwei Einlässe 62, die an der  einen (obern)     Seite    des     Kompressors    gelegen  sind und zwei Einlässe 64, die an der ent  gegengesetzten (untern)     Seite    des Kompres  sors gelegen     sind.    Die Abläufe :

  sind nach der       Mitte    des     Kompressors    verlegt, so dass den  Einlässen 62     ein.    Ablauf 66 an der Unter  seite des     Kompressors    und den Einlässen 64  ein     Ablauf    68 an dessen Oberseite     entspricht.     Auch bei dieser     Ausführungsform.    teilt sich  das durch einen Einlass     eingesaugte    Gas in       zwei    Ströme, so dass es nach beiden Abläu-         fen    geführt wird.

   Die Einlässe und Abläufe  haben ebenso wie in dem vorhergehenden Bei  spiel eine Form, die günstige Ein- bzw.     Aus-          strömverhältnisse    ergeben. In     Fig.    7 sind die  Einlass-     und    Ablaufstutzen für die auf der       Oberseite    sichtbaren Einlässe 62 und den  Ablauf 68 weggeschnitten. Durch diese Öff  nungen sind daher das     mittlere    Schrauben  rad 70 und die     Seitenschraubenräder    72, 74  sichtbar.

   Sämtliche Schraubenräder haben im       übrigen-die    gleiche Form, die oben beschrie  ben worden     ist,        mit    Ausnahme, dass jedes  aus zwei     Einzelschraubenrädern    mit gegen  einander verlaufenden Gängen aufgebaut ist.  Der Kompressor gemäss dieser Ausführungs  form hat, wie aus der     Fig.7    hervorgeht,  zwei     Enddeckel    76.  



  Die Erfindung ist     natürlich    nicht auf die  gezeigten Ausführungsformen beschränkt,  sondern kann in verschiedener Hinsicht im  Rahmen des folgenden Patentanspruches ab  geändert werden. Ein gemäss der Erfindung       ausgeführter    Motor kann im     Prinzip    entspre  chend dem obigen Ausführungsbeispiel (Kom  pressor)     ausgeführt    sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Rotationsmaschine vom Zahnradtyp, da durch gekennzeichnet, dass sie mindesten zwei in Eingriff mit einem dazwischenlie genden Zwischenzahnrad stehende Seiten zahnräder besitzt, dass die Zähne in ihrer Längsrichtung schraubenförmig mit einem Umfangswinkel von weniger als 360 gewun den sind, dass die Zahnanzahl im Zwischen rad grösser als in den Seitenzahnrädern ist, die je wenigstens drei Zähne haben, da.ss die Zahnräder eine Volumenänderung der Ar beitsräume dann herbeiführen,

   wenn diese beim Arbeiten der Maschine sowohl vom Ein lass wie vom Ablauf des Arbeitsmediums ge trennt sind und dass zu jedem Seitenzahnrad ein separater Einlass und ein separater Ab lauf in dem die Zahnräder umgebenden Ge häuse gehört. UNTERANSPRÜCHE 1. Rotationsmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet., dass das Zwischenzahnrad mindestens doppelt so viel Zähne wie die einzelnen Seitenzahnräder be sitzt.

   ?. Rotationsma,sehine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein lässe für zwei im Eingriff mit dem Zwi schenzahnrad stehende Seitenzahnräder auf einander gegenüberliegenden Seiten des lIa- sehinengehäuses gelegen sind. 3. Rotationsmaschine nach Unteranspruch \_>. dadurch gekennzeichnet, dass auch die zu diesen Seitenzahnrädern gehörenden Abläufe auf zueinander entgegengesetzte Seiten des Gehäuses verlegt sind, 4.

   Rotationsmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab laufquerschnitte der verschiedenen Abläufe verschieden gross sind, so dass das Arbeits medium auf seinem Weg durch den Zähne zwischenraum auf einer Seite des Zwischen- zahnrades eine andere Druckänderung er fährt als auf dem Weg durch den Zähnezwi schenraum auf einer andern Seite dieses Zahnrades. 5. Rotationsmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder Doppelräder sind, die aus zwei Teilschraubenrädern mit untereinander nach entgegengesetzten Richtungen gewundenen Zähnen zusammengesetzt sind, und dass je zwei miteinander im Eingriff stehende Dop pelräder zwei Einlässe besitzen. 6.

   Rotationsmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Zahnräder Doppelräder sind, die aus zwei Teilschraubenrädern mit zueinander nach entgegengesetzten Richtungen gewundenen Zähnen zusammengesetzt sind, und dass je zwei miteinander im Eingriff stehende Dop pelräd.er zwei Abläufe besitzen: