DD161222A5

DD161222A5 - Schraubenrotormaschine fuer ein beliebiges arbeitsfluid

Info

Publication number: DD161222A5
Application number: DD82237229A
Authority: DD
Inventors: Ake Astberg
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner Ab
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1982-02-05
Publication date: 1985-06-26
Also published as: USRE32568E; FR2499638B1; ES8302187A1; NL191951C; CA1187461A; ES509360A0; JPS57148001A; US4435139A; IE52830B1; CS244420B2; DE3203228A1; ZA82529B; IE820254L; BE892039A; AU545590B2; FR2499638A1; ATA38082A; AT400974B; DK50682A; FI70074B

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung in der Erhoehung des Wirkungsgrades und einer Senkung der Herstellungskosten liegt, besteht die Aufgabe darin, den Antrieb sowohl ueber den maennlichen als auch ueber den weiblichen Rotor zu realisieren, wobei die Rippen zur Vergroesserung der Steifigkeit eine spezifische Gestaltung aufweisen sollen und ferner die Abdichtung laengs einer jeden Rotorflanke verbessert werden soll. Die Schraubenrotormaschine enthaelt kaemmend ineinandergreifende maennliche und weibliche Rotoren. Die im Verdichterbetrieb vorauseilende Flanke jeder Schraubennut des maennlichen Rotors weist einen den Teilkreis schneidenden Abschnitt auf, der einem Kreisbogen folgt, dessen Mittelpunkt innerhalb des Teilkreises liegt. Im Schnittpunkt mit dem Teilkreis schliesst die Tangente an den Kreisbogen einen Winkel zwischen 0,25 rad und 0,75 rad mit einem Radialstrahl des Rotors durch diesen Schnittpunkt ein, und der Radius des Kreisbogens bildet einen spitzen Winkel mit einer Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Kreisbogens und dem Achszentrum des Rotors. Fig. 3

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schraubenrotormaschine für ein beliebiges Arbeitsfiuid und die Profile c(er dafür vorgesehenen Rotoren. Die Erfindung betrifft insbesondere eine solche Maschine zur entweder Verdichtung oder Entspannung eines elastischen Arbeitsfluids.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten Schraubenrotormaschinen für ein elastisches Arbeitsfiuid haben ein Gehäuse, einen von mindestens zwei einander schneidenden parallelachsigen Bohrungen im Gehäuse gebildeten und durch eine Niederdrucköffnung mit einem Niederdruckkanal und durch eine Hochdrucköffnung mit einem Hochdruckkanal verbundenen Arbeitsraum sowie eine Anzahl mit Schraubenrippen Und dazwischenliegenden Schraubennuten bei einem Umschlingungswinkel von weniger als 360° versehener und paarweise im Kämmeingriff innerhalb der Gehäusebohrungen angeordneter Rotoren. Jeweils ein Paar von durch den Kämmeingriff zusammenwirkenden Schraubennuten bildet eine V-förmige Arbeitskammer, die mit ihrer Basis in. einer an die Hochdrucköffnung angrenzenden Querebene zu den Rotorachsen endet, während sich ihr Scheitel bei der Drehung der Rotoren unter Änderung des Volumens der Arbeitskammer axial bewegt. Je ein Rotor eines jeden Rotorpaars ist als weiblicher Rotor mit wenigstens hauptsächlich innerhalb eines Teilkreises liegenden Schraubenrippen und -nuten und der andere Rotor als männlicher Rotor mit wenigstens hauptsächlich außerhalb seines Teilkreises liegenden Schraubenrippen und -nuten ausgebildet. Die Schraubenripp'en des einen Rotors folgen den von den Schraubennuten des anderen Rotors bei der Drehung im Kämmeingriff entwickelten Einhüllenden zur Bildung einer fortlaufenden Dichtlinie zwischen den Rotoren. Der Wirkungsgrad derartiger Maschinen hängt im großen Maße von den Profilen der Rotoren ab; und es ist eine solche Profilform erwünscht, daß eine jede Rotornut asymmetrisch gegenüber einer vom Achszentrum des Rotors durch den mittelsten Punkt des Nutgrundes verlaufenden Strahl verläuft und somit eine primäre und eine sekundäre Flanke von unterschiedlichem Verlauf aufweist. Wenn die Maschine als Verdichter arbeitet, ist die primäre Flanke die nacheilende Nutflanke beim weiblichen Rotor und die voreilende Nutflanke beim männlichen Rotor. Das Gegenteil ist der Fall, wenn die Maschine als Expander arbeitet, was

bedeutet, daß die primäre Flanke, in Umfangsrichtung betrachtet, die Außenwand des von der Schraubennut des weiblichen Rotors gebildeten Schenkels und die Innenwand des von der Schraubennut des männlichen Rotors gebildeten Schenkels der V-förmigen Kammer darstellt, während die primäre Flanke die jeweils andere Wand des betreffenden Schenkeis der V-förmigen Kammer bildet.

Ein solches asymmetrisches Rotorprofil ist aus der DE-PS 1576932, insbesondere Fig. 6 und 7, bekannt. In einer Ebene senkrecht zu den Rotorachsen weist die primäre Flanke einer jeden Schraubennut des weiblichen Rotors einen im wesentlichen konkaven Abschnitt auf, der einer Epitrochoide folgt, wie sie ganz allgemein von einem Punkt nahe dem achsfernen Ende der damit zusammenwirkenden primären Flanke des männlichen Rotors erzeugt wird, wobei sich ein kleinerer Teil des im wesentlichen

konkaven Abschnitts nach auswärts zum Teilkreis erstreckt und einem geraden Radialstrah[folgtjjnd ein konvexer

Ansatzabschnitt außerhalb des Teilkreises einem Kreisbogen folgt, dessen Mittelpunkt dem Teilkreis benachbart ist. Die damit zusammenwirkende primäre Flanke des männlichen Rotors weist entsprechend einen im wesentlichen konvexen Abschnitt auf, der einer Epitrochoide folgt, die hauptsächlich von dem achsnächsten Punkt des kleineren Abschnitts der primären Flanke des weiblichen Rotors erzeugt ist, wobei sich ein kleinerer konvexer Teil dieses Abschnittes bis zum Teilkreis erstreckt und einer Kurve folgt, welche die Einhüllende ist, die von der den kleineren Teil der primären Nutflanke des weiblichen Rotors bildenden geraden Linie entwickelt ist, und einem konkaven Ausnehmungsabschnitt, welcher in der Hauptsache einem Kreisbogen folgt und seinen Mittelpunkt in der Nähe des Teilkreises hat. Die sekundäre Nutflanke des weiblichen Rotors weist einen im wesentlichen konkaven Abschnitt nach auswärts zum Teilkreis, der einem Kreisbogen mit dem Mittelpunkt außerhalb des Teilkreises folgt und im Schnittpunkt mit dem Teilkreis eine Tangente besitzt, die einem vom Achszentrum des Rotors ausgehenden Radialstrahls folgt sowie einen konvexen Ansatzabschnitt'ähnlich dem der primären Flanke der Nut auf. Die damit zusammenwirkende sekundäre Nutflanke des männlichen Rotors besteht aus einem im wesentlichen konvexen Abschnitt, welcher der von dem den Hauptteil der sekundären Nutflanke des weiblichen Rotors bildenden Abschnitts entwickelten Einhüllenden folgt und hat demgemäß eine radiale Tangente am Teilkreis und einen konkaven Ausnehmungsabschnitt ähnlich dem der primären Flanke der Rippe. ,

Es hat sich erwiesen, daß das vorbeschriebene Rotorprofii nicht in jeder Hinsicht ideal, sondern mit Nachteilen in bezug auf diejenigen Flankenabschnitte des männlichen Rotors behaftet ist, die in der Nähe des Teilkreises dieses Rotors gelegen sind. Diese Nachteile betreffen insbesondere die Herstellung des Rotors und hängen von den Flankenwinkeln ab. Demzufolge ist der Winkel zwischen den beiden Flanken einer männlichen Rotornut im Teilkreis so klein, daß der Winkel zwischen den Achsen des Rotors und eines Fräsers für dessen Herstellung praktisch feststeht und im wesentlichen parallele Kanten des Fräswerkzeugs im äußeren Abschnitt desselben benötigt. Dies bedeutet, daß es praktisch unmöglich ist, das theoretische Profil durch Abwälzfräsen herzustellen. ,..·. .-.

Weiterhin hat die längs der Flanke auftretende Änderung des Winkels zwischen der Tangente an die Flanke und einem Radialstrahl durch den Berührungspunkt der Tangente mit der Flanke als Funktion des Abstandes vom Teilkreis grundsätzlich hyperbolischen Verlauf, was bedeutet, daß sie im wesentlichen über den Hauptteil einer jeden Flanke konstant ist, jedoch innerhalb des dem Teilkreis benachbarten Bereichs rasch ansteigt, Dies·ist auch der Grund dafür, daß der Fräser eine schnelle Änderung seines Winkels an seinem äußeren Ende erfährt, d. h. einen kurzen Krümmungsradius, und demzufolge die Scfineidwinkel in dem wichtigsten Bereich der Rotorflanken mit der Notwendigkeit verhältnismäßig weiter Toleranzen innerhalb dieses Bereichs ungünstig werden. Ferner bringt die tatsächliche Gestalt des Fräsers einen hohen Verschleiß mit sich, und es muß deshalb ein beträchtlicher Betrag an Werkzeugmaterial während eines jeden Abrichtvorgangs weggeschnitten werden. Demzufolge ist die erforderliche Anzahl von Abrichtvorgängen hoch, und die Werkzeugkosten schlagen, da die Anzahl der möglichen Abrichtvorgänge begrenzt ist, beträchtlich zu Buche, was bei den endgültigen Kosten der Rotorherstellung nicht vernachlässigt werden kann. Noch ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Krümmungsradius der Flanke am Teilkreis auf Null absinkt. Eine solche Krümmung ist sehr schwierig herzustellen, was zu einer geringwertigen und rauhen Oberfläche führt. Der geringe Krümmungsradius bedeutet jedoch selbst dann, wenn eine glatte Oberfläche fehlerfrei hergestellt wird, daß die Oberfläche sehr hohen Oberflächenbeanspruchungen ausgesetzt wird.

Eine abgeänderte Ausführungsform des vorstehend abgehandelten Rotorprofiis ist in der GB-PS 1503488 (basierend auf der britischen Patentanmeldung Nr. 10070/74) offenbart. Bei diesem abgewandelten Rotorprofil folgt ein innerhalb des Rotorteilkreises gelegener und diesem benachbarter Abschnitt der sekundären Flanke einer weiblichen Rotornut in einer Ebene lotrecht zu den Rotorachsen einer geraden Linie, welche eine Tangente an den den Hauptteil der sekundären Flanke des obigen Profils ausmachenden Kreisbogen bildet und einen Winkel von 20° mit einem radialen Strahl vom Achszentrum des Rotors zu dem Schnittpunkt zwischen diesem Flankenabschnitt und dem Rotorteilkreis einschließt. Die zusammenwirkende sekundäre Flanke einer männlichen Rotornut hat einen entsprechenden Abschnitt außerhalb des Teilkreises dieses Rotors, der diesem benachbart ist und der von dem geradlinigen Flankenabschnitt des weiblichen Rotors entwickelten Einhüllenden folgt. Auf diese Weise wird der Winkel zwischen den beiden Flanken einer männlichen Rotornut innerhalb des Bereichs nahe dem Teilkreisbis hinauf zu einem Wert vergrößert, der die Herstellung durch Abwälzfräsen gestattet, während gleichzeitig der „ Krümmungsradius der sekundären männlichen Rippenflanke in deren Schnittpunkt mit dem Teilkreis eine bestimmte Länge annimmt, die jedoch nur etwa 60% des Produktes aus dem Teilkreisradius und dem Sinus von 20° beträgt, während der Krümmungsradius an eier primärseitigen Flanke nach wie vor Null ist. Die längs der Flanke auftretende Änderung des Winkels zwischen der Tangente und dem Radius als Funktion des Abstandes vom Teilkreis hat noch hyperbolischen Verlauf, was ein schnelles Ansteigen der Änderung zum Teilkreis hin bedeutet, auch wenn dieses Ansteigen nicht so ausgeprägt ist, wie wenn der Winkel am Teilkreis auf Null geht. Die Nachteile des oben abgehandelten unmodifizierten Profils werden dadurch zum Teil beseitigt, jedoch ohne zu idealen Verhältnissen zu führen. Weiterhin werden die Rippen des weiblichen Rotors auf diese Weise geschwächt, was Probleme bei der Herstellung des Rotors ebenso wie im Betrieb der Maschine aufgrund einer gewissen Durchbiegung der Rippen verursachen kann. Das in der GB-PS 1503483 gezeigte Rotorprofil ist gegenüber demjenigen nach der DD-PS 68947 ferner dahingehend abgeändert, daß der Ausnehmungsfortsatz der primären Nutflanke des männlichen Rotors innerhalb des Teilkreises einen Abschnitt aufweist, der einer radial zum Rotorzentrum hin gerichteten geraden Linie folgt, und daß der Ansatz der primären Flanke eines jeden weiblichen Rotors außerhalb des zugehörigen Teilkreises einen entsprechenden,Abschnitt aufweist, welcher der von dem genannten Flankenabschnitt der primären Flanke des männlichen Rotors entwickelten Einhüllenden folgt. Diese Abschnitte der primären Flanken des männlichen und des weiblichen Rotors sind für eine Verbesserung des Antriebs über den weiblichen Rotor bestimmt, d. h. des Antriebs, bei dem der weibliche Rotor an einer Antriebsmaschine angeschlossen ist und der männliche Rotor durch direkte Flankenberührung zwischen den Rotoren

angetrieben wird, was besonders bei kleinen Verdichtern vorgesehen wird, um die Anzahl der Umdrehungen des männlichen Rotors und damit die Scheitelgeschwindigkeit der Rotoren ohne die Notwendigkeit eines Übersetzungsgetriebes zu vergrößern. Die Anordnung dieser Flankenabschnitte innerhalb des Teilkreises des männlichen Rotors und außerhalb des Teilkreises des weiblichen Rotors ist dazu bestimmt, Eingriffsverhältnisse zwischen diesen Flankenabschnitten zu schaffen, welche einen Schmierfilm dazwischen begünstigen. Jedoch wird der Abschnitt der primären Flanke des weiblichen Rotors in ihrem Schnittpunkt mit dem Teilkreis eine radiale Tangente und eine Länge ihres Krümmungsradius mit einem Nullwert haben, ähnlich den Bedingungen für die männlichen Rotorflanken, wie sie oben in Verbindung mit dem unmodifizierten Profil . abgehandelt worden sind. Aus diesem Grund ist der Abschnitt der primären Nutflanke des weiblichen Rotors mit Nachteilen von etwa derselben Art wie jene behaftet, die oben in bezug auf die Rippenflanken des männlichen Rotors herausgestellt wurden. Darüber hinaus wird der gerade radial Abschnitt der primären Rippenflanke des männlichen Rotors das Fräsen des Rotors weiter erschweren. Auf Grund dieser Nachteile ist ein Rotorprofil, wie es in der GB-PS 1 503483 gezeigt ist, für die

praktische Verwendung nicht geeignet. ~ : : ;

Eine weitere Abänderung des in der DD-PS 68947 vorgeschlagenen Profils ist in der US-PS 4053263 gezeigt, wo eine jede Flanke des männlichen und des weiblichen Rotors, an den Teilkreis angrenzend, mit einem konvexen Flankenabschnitt versehen ist, welcher einer Evolvente mit einem Eingriffswinkel von 20° folgt. Dieser Evolventenabschnitt der primären Flanke einer ' jeden Rippe des männlichen Rotors erstreckt sich von einem geringfügig innerhajb des Teilkreises gelegenen Punkt zu einem Punkt im wesentlichen an der Außenseite des Kopfkreises. Der Evolvenfenabschnitt einer jeden sekundären Flanke des männlichen Rotors erstreckt sich von einem geringfügig innerhalb des Teilkreises gelegenen Punkt zu einem Punkt außerhalb des Teilkreises mit erheblichem Abstand zu diesem. Der Evolventenabschnitt einer jeden Flanke des weiblichen Rotors erstreckt sich zwischen einem geringfügig außerhalb des Grundkreises der Evolvente gelegenen Punkt zu einem geringfügig außerhalb des Teilkreises gelegenen Punkt. Auf diese Weise wird der Winkel zwischen den beiden Flanken einer Nut des männlichen Rotors am Teilkreis gleichzeitig erhöht, während die Krümmungsradien in den Schnittpunkten der Flanken mit dem Teilkreis einen bestimmten Wert annehmen, welcher das Produkt des Teilkreisradius und des Sinus-Wertes des Eingriffswinkels ist. Jedoch nimmt der Winkel zwischen den Flanken bei einer Bewegung nach einwärts vom Teilkreis aus schnell ab, während gleichzeitig die Änderung des Winkels zwischen der Tangente und dem Radialstrahl noch irvder Hauptsache einer Hyperbel folgt, was eine rasche Zunahme des Winkels in der Nachbarschaft des Teilkreises nach einwärts zum Grundkreis der Evolvente hin bedeutet. Ferner nehmen auch die Krümmungsradien der Flanken innerhalb ihrer radial innersten Abschnitte schnell ab. Wenn auch dieses modifizierte Profil trotz des verhältnismäßig kurzen Krümmungsradius der Flanken des männlichen Rotors am Teilkreis dort für die Herstellung der Rotoren brauchbar sein mag, wo die unmittelbar einander berührenden Oberflächen der Rotorflanken außerhalb des Teilkreises des männlichen Rotors bzw. innerhalb des Teilkreises des weiblichen Rotors liegen, gestattet dieses Profil nur eine sehr geringe Ausdehnung jener Berührungsflächen über den jeweiligen Teilkreis hinaus. Das in der US-PS 4053263 gezeigte modifizierte Rotorprofil ist folglich ungeeignet zur Herstellung von Rotoren, bei denen sich die Berührungsflächen der Rippen des männlichen Rotors in den Teilkreis hinein fortsetzen, was besonders wesentlich bei Antrieb über den weiblichen Rotor ist. ·

Noch eine weitere Abänderung des in der DD-PS 68947 gezeigten Rotorprofils ist in der GB-PS 1358505 dargestellt, wo eine jede Nutflanke des weiblichen Rotors innerhalb des Teilkreises und in dessen Nähe einen konvexen Flankenabschnitt aufweist, der einem Kreisbogen folgt. Die Länge des Radius dieses Kreisbogens liegt in der Größenordnung von 20-40% des Achsabstandes der Rotoren, und der Mittelpunkt dieses Kreisbogens befindet sich außerhalb des Teilkreises des weiblichen Rotors, was bedeutet, daß der damit zusammenwirkende Flankenabschnitt an der Rippe des männlichen Rotors in seinem Schnittpunkt mit dem Teilkreis eine Tangente aufweist, die einen Winkel von nur etwa 5° mit einem vom Achszentrum des Rotors durch diesen Schnittpunkt gezogenen Radialstrahl bildet, und daß ferner der Krümmungsradius des Flankenabschnitts in diesem Punkt sehr klein ist und höchstens 60—70% des Produktes aus dem Teilkreisradius und dem Sinus-Wert von 5° • beträgt. Die Änderung des Winkels zwischen der Tangente und dem Radialstrahl hat auch bei diesem modifizierten Profil hyperbolischen Verlauf und erreicht im Teilkreis einen hohen Wert. Die Vorteile dieses Profils im Verhältnis mit demjenigen nach der DD-PS 68947 ist demzufolge vernachlässigbar.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schraubenrotormaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie genauer und mit geringeren Kosten herstellbar ist, während gleichzeitig der Wirkungsgrad der Maschine im Verhältnis zu den bisher hergestellten Maschinen verbessert ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Schraubenrotormaschine, die sich nicht nur zum Antrieb über den männlichen Rotor, sondern auch über den weiblichen Rotor mit zumindest demselben Wirkungsgrad und derselben · mechanischen Zuverlässigkeit eignet, wobei weiterhin ein Rotorprofil zu schaffen ist, bei welchem eine jede Rippe des weiblichen Rotors eine solche Gestalt hat, daß ihre Weite in Umfangsrichtung fortgesetzt vom radial äußersten zum radial innersten Ende zunimmt, so daß sich ihre Steifigkeit gegenüber Biegebeanspruchungen vergrößert. Des weiteren besteht ein zu lösendes Teilproblem in der Erzielung einer fortgesetzten Bewegung der Abdichtstelle längs einer jeden Rotorflanke von deren einem zu deren anderen Ende, wenn die Rotoren drehen. ' ,"'' " .

Die Hauptaufgabe der Erfindung wird gelöst durch Abänderung des in der DD-PS 68947 gezeigten Rotorprofils zumindest hinsichtlich des dem Teilkreis benachbarten Abschnitts der primären Flanke einer jeden Nut des männlichen Rotors. In einer Ebene senkrecht zur Rotorachse fällt der Teilkreisschnittpunktswinkel, d.h. der Winkel zwischen der Tangente an die Flanke in ihrem Schnittpunkt mit dem Teilkreis und dem vom Achszentrum des Rotors durch diesen Punkt gezogenen Radialstrahl in einen Bereich von 0,25-0,75 rad, während gleichzeitig der Krümmungsradius der Flanke in diesem Punkt eine Länge aufweist, welche das Produkt aus dem Teilkreisradius dieses Rotors und dem Sinus-Wert des Teilkreisschnittpunktwinkels übersteigt. Ferner hat die Flanke innerhalb ihres an den Teilkreis angrenzenden Bereichs eine solche Gestalt, daß das Verhältnis zwischen dem Wert, um welchen der Winkel, der zwischen der Tangente an die Flanke in einem beliebigen Punkt darauf und einem Radialstrahl vom Achszentrum durch diesen Punkt eingeschlossen ist, von dem Winkel im Schnittpunkt mit dem Teilkreis abweicht, und den radialen Abstand von dem Punkt zum Teilkreis im wesentlichen konstant und etwa gleich dem Durchschnittswert eines solchen Verhältnisses über den vom Teilkreis entfernten Hauptteil der Flanke ist. Auf diese Weise wird die Herstellung des Rotors unabhängig vom Herstellungsverfahren vereinfacht. Besondere Vorteile werden bei Anwendung

von Fräs- oder Schleifvorgängen erhalten, da der Winkel zwischen den Achsen des Werkzeugs und des Werkstücks zur Schaffung optimaler Bearbeitungsverhältnisse frei gewählt werden kann. In Verbindung mit dem vergrößerten Krümmungsradius des tatsächlichen Flankenabschnitts führt dies zu engeren Toleranzen, einer glatteren Flankenoberfläche, geringerem Werkzeugverschleiß, einer größeren Produktionszahl von Rotoren zwischen zwei Abrichtvorgängen für das Werkzeug und der Möglichkeit einer höheren Fräsgeschwindigkeit. Das Werkzeug wird ferner eine Gestalt erhalten, bei welcher zwei Flanken davon stets einen beträchtlichen Winkel zwischen den Flanken bilden, was bedeutet, daß sich das Werkstück einfacher herstellen läßt, und besonders, daß die bei jedem Nachrichten wegzunehmende Materialmenge auf ein Minimum verkleinert wird, so daß die Anzahl von Nachrichtvorgängen an jedem Werkzeug einen Höchstwert erreicht. Mit anderen Worten, die Qualität der Rotoren wird verbessert, während gleichzeitig die Herstellungskosten vermindert werden. Außerdem werden auf Grund des vergrößerten Krümmungsradius der Flanke in der Nähe des Teilkreises die Oberflächenbeanspruchungen der Flanke beträchtlich vermindert. In Verbindung mit der Tatsache, daß das neue Flankenprofil zu einer geringeren relativen Gleitgeschwindigkeit zwischen den Rotorflanken innerhalb des wirksamen Bereichs derselben führt, wird die Abnützung der . Rotoren während des Betriebs verringert, was eine noch höhere mechanische Zuverlässigkeit ebenso wie geringere Reibungsverluste mit sich bringt. In Verbindung mit einem engeren Spiel auf Grund der verbesserten Qualität der Rotoren bedeutet dies auch eine beträchtliche Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Maschine.

Das Problem der Schaffung einer Schraubenrotormaschine, die sich nicht nur zum Antrieb über den männlichen Rotor, sondern auch über den weiblichen Rotor mit zumindest demselben Wirkungsgrad und derselben mechanischen Zuverlässigkeit eignet, wird durch die Ausbildung der primären Flanke des männlichen Rotors mit einem Abschnitt gelöst, der sich vom Teilkreis nach beiden Seiten erstreckt und einen irrfwesentlichen konstanten Krümmungsradius besitzt. Auf diese Weise läßt sich eine leicht zu bearbeitende Berührungsfläche innerhalb des Teilkreises mit einem beträchtlichen Krümmungsradius und einem günstigen Tangentenwinkel derselben Art erzielen, wie dies oben im Hinblick auf die Hauptaufgabe der Erfindung abgehandelt wurde. Ein weiteres Teilproblem der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die zweite Flanlce des männlichen Rotors mit einem Abschnitt versehen wird, der einen hauptsächlich konstanten Krümmungsradius aufweist, sich vom Teilkreis nach auswärts erstreckt und eine Tangente im Schnittpunkt mit dem Teilkreis hat, die einen Winkel von mindestens 20° mit einem durch den Schnittpunkt mit dem Teilkreis verlaufenden Radialstrahl bildet. Die davon erzeugte sekundäre Flanke des weiblichen Rotors wird dann eine S-förmige Gestalt annehmen, die ein fortgesetztes Anwachsen der Umfangsweite der Rippe des weiblichen Rotors von ihrem radial äußersten Ende zu ihrem radial innersten Ende ergibt.

Das Teilproblem der Erzielung einer fortgesetzten Bewegung der Abdichtstelle längs einer jeden Rotorflanke von deren einem ' zum anderen Ende, wenn die Rotoren drehen, wird durch den Ersatz der scharfen Ecken der primären Rotorflanken des in der gezeigten Profils durch kurze Bogenabschnitte gelöst. Auf diese Weise wird das Flankenprofil einer fortlaufenden Kurve folgen, die genauer und mit geringerem Risiko von Beschädigungen des gesamten Rotors hergestellt werden kann, während sich gleichzeitig der Abdichtpunkt fortgesetzt längs aller Flankenabschnitte bewegt, was zu einer besseren Abdichtung und einer beträchtlichen Verminderung des Leckquerschnitts auf Grund einer örtlichen Unvollkommenheit des bogenförmigen Dichtungsabschnitts im Vergleich mit dem Leckquerschnitt führt, derauf eine ähnliche Unvollkommenheit einer scharfen Ecke bei dem früheren Rotorprofil zurückgeht. '. -

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend in ihren Einzelheiten in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel eines Verdichters näher

erläutert, der in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1: einen senkrechten Schnitt durch einen Schraubenrotorverdichter nach Linie 1-1 in Fig.2; Fig.2: einen Querschnitt durch den Verdichter nach Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig.3: eine Einzelheit aus Fig.2 in größerem Maßstab;

Fig.4: ein abgeändertes Rotorprofil nach der Erfindung;

Fig.5: einen Ausschnitt aus Fig.3 mit dem Profil des männlichen Rotors, .1

Fig. 6: in einen Diagramm den Verlauf der Flanken des männlichen Rotors in Abhängigkeit vom Rotorradius und Fig.7: das Profil eines Fräsermessers.

Der in den Figuren 1-3 gezeigte Schraubenrotorverdichter hat ein Gehäuse 10, das einen Arbeitsraum 12 von im wesentlichen der Form zweier einander schneidender zylindrischer Bohrungen mit parallelen Achsen umschließt. Das Gehäuse 10 enthält ferner einen Niederdruckkanal 14 und einen Hochdruckkanal 16 für das Arbeitsmittel, welche mit dem Arbeitsraum 12 über eine Niederdrücköffnung 18 bzw. eine Hochdrucköffnung 20 in Verbindung stehen. In dem gezeigten Verdichter befindet sich die Niederdrucköffnuhg 18 in ihrer Gesamtheit in der Niederdruckendwand 22 des Arbeitsraums 12 und erstreckt sich in der Hauptsache auf einer Seite einer die Bohrungsachsen enthaltenden Ebene. Die Hochdrucköffnung 20 des gezeigten Verdichters befindet sich teilweise in der Hochdruckendwand 24 des Arbeitsraums 12 und teilweise in deren Mantelwand 26 und ist in ihrer Gesamtheit auf der der Niederdrucköffnung 18 entgegengesetzten Seite der die Bohrungsachsen enthaltenden Ebene angeordnet.

Der Arbeitsraum 12 enthält zwei zusammenwirkende Rotoren, nämlich einen männlichen Rotor 28 und einen weiblichen Rotor 30, deren Achsen mit den Bohrungsachsen zusammenfallen. Die Rotoren 28,30 sind im Gehäuse 10 in Zylinderrollenlagern 32 innerhalb der Niederdruckendwand 22 und den Paaren von Schrägkugellagern 34 innerhalb der Hochdruckendwand 24

gelagert. - .

Der weibliche Rotor 30 trägt femer eine aus dem Gehäuse 10 herausragende Stummelwelle 36. ·

Der männliche Rotor 28 trägt vier Schraubenrippen 38 mit dazwischenliegenden Schraubennuten 40, die einen Umschlingungswinkel von etwa 300° haben. Der weibliche Rotor 30 weist sechs Schraubenrippen 42 mit dazwischenliegenden Schraubennuten 44 auf, die einen Umschlagungswinkel von etwa 200° haben. Die Schraubenrippen 42 des weiblichen Rotors 30 sind mit radial außerhalb seines Teilkreises 46 gelegenen Ansätzen 48 versehen, und die Schraubennuten 40 des männlichen Rotors enthalten entsprechende Aussparungen 52 radial innerhalb des Teilkreises 50 des männlichen Rotors 28.

In der Mantelwand 26 des Arbeitsraumes 12 befinden sich eine Vielzahl von Öleinspritzkanälen 54, die an der Verschneidungslinie 56 zwischen den beiden den Arbeiterraum 12 bildenden Bohrungen liegen. Diese Kanäle 54 bilden

Verbindungen zwischen einer Ölversorgungskammer 58 und dem Arbeitsraum 12. Der Ölversorgungskammer 58 wird Öl von einer (nicht gezeigten) Druckölquelle über eine Zuführöffnung 60 unter einem Druck zugeführt; der höher als der im Arbeitsraum 12 an den Mündungen derKanäle 54 herrschende Druck ist.

Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, weist jede Schraubennut 40 des männlichen Rotors 28 eine primäre Flanke 62, - welche bei Anordnung in einem Verdichter die voreilende Nutflanke und bei Anordnung in einem Expandor die nacheilende Nutflanke ist, sowie eine sekundäre Flanke 64 auf, welche dann entsprechend die nacheilende bzw. voreilende Flanke bildet. Eine jede der Flanken 62; 64 erstreckt sich von einem radial innersten Teil der Schrauberinut 40 nach auswärts zu einem Scheitelteil 68 der angrenzenden Rippe 38. Die primäre Flanke 62 setzt sich aus drei aufeinanderfolgenden Abschnitten zusammen. Der erste Abschnitt 70-72 der Flanke 62 folgt einem Kreisbogen mit einem Radius T₁, dessen Mittelpunkt 74 in ' einem Abstand b, vom Achszentrum 76 des Rotors 28 gelegen ist und sich von einem Punkt 70 innerhalb des Teilkreises 50, der in einem Abstand von etwa 95% des Teilkreisradius r_M des Rotors von dessen Achszentrum 76 gelegen ist, zu einem Punkt 72 außerhalb des Teilkreises 50, der in einem Abstand von etwa 110% des Teilkreisradius r_M vom Achszentrum 76 des Rotors 28 entfernt ist. Der Abschnitt 70-72 schneidet den Teilkreis 50 in einem Punkt 78 und hat in diesem Punkt eine Tangente, die einen Winkel S₁ mit einem Radialstrahl 76—78 einschließt. Der Winkel ε, beträgt 20° oder etwa 0,3 rad. Die Länge des Radius T₁ ist etwa das 1,6fachedes Produktes aus dem Teilkreisradius r_M und dem Sinus-Wert von S₁. Der Abstand b, ist etwas größer als das Produkt aus dem Teilkreisradius r_M und dem CosinusWert von έ_ν Derzweite Abschnitt 72-80 der Flanke 62 folgt schlechthin einer Epitrochoide, die von einem Abschnitt 82-84 der damit zusammenwirkenden primären Flanke 100 der Schraubennut 44 des weiblichen Rotors erzeugt ist, und erstreckt sich von dem Punkt 72, in welchem er eine gemeinsame Tangente mit dem ersten Flankenabschnitt 70-72 hat, zu einem Punkt 80 nahe dem Scheitelbereich 68 der Rippe 38. Der Flankenabschnitt 82-84 folgt einem Kreisbogen mit einem Radius r_s, dessen Mittelpunkt 86 in einem Abstand b_s vom Achszentrum 88 des weiblichen Rotors 30 gelegen ist. Die Länge des Radius r_s beträgt etwa 5% des Abstandes zwischen den Achszentren 76, 88 der Rotoren. Der Abstand b_s ist etwa gleich dem Produkt aus dem Teilkreisradius r_F des weiblichen Rotors' 30 und der Quadratwurzel aus dem Cosinus-Wert von ε^. Der Krümmungsradius der im wesentlichen einer Epitrochoide folgenden Kurve, welche den Verlauf des zweiten Flankenabschnitts 72-80 bestimmt, nimmt fortgesetzt von dem äußersten Punkt 80 zu dem innersten Punkt 72 ab, wo er ein funktionelles Minimum gleich dem Radius η hat. Der dritte Abschnitt 80-68 . der Flanke 62 folgt einem Kreisbogen mit dem Radius r₃, dessen Mittelpunkt 90 in einem Abstand b₃ vom Achszentrum 76 des Rotors 28 entfernt ist, und erstreckt sich von dem Punkt 80, in welchem er eine gemeinsame Tangente mit dem zweiten Flankenabschnitt 72-80 hat, zu dem Scheitelbereich 68. Die Länge des Radius r₃ beträgt etwa 5% des Abstandes zwischen den Achszentren 76,88 der Rotoren. Der Abstand b₃ ist etwa gleich der Differenz zwischen dem Kopfkreisradius des Rotors 28 und dem Radius r₃.'.'"'''

Die sekundäre F.lanke 64 des männlichen Rotors 28 folgt einem Kreisbogen mit einem Radius r₂, dessen Mittelpunkt 92 in' einem Abstand b₂ vom Achszentrüm 76 des Rotors liegt und erstreckt sjch von einem Punkt 94 innerhalb des Teilkreises 50, der in einem Abstand von etwa 95% des Teilkreisradius r_M des Rotors 28 von dessen Achszentrum 76 gelegen ist, zu dem Scheitelbereich 68. Die sekundäre Flanke 64 schneidet den Teilkreis 54 in einem Punkt 96 und hat in diesem Punkt eine Tangente, die mit einem Radialstrahl 76-96 einen Winkel ε₂ einschließt. Der Winkel ε₂ beträgt 30° oder etwa 0,5 rad. Die Länge des Radius r₂ ist etwa das Vierfache des Produktes des Teilkreisradius r_M und des Sinus-Wertes von ε₂. Der Abstand b₂ ist etwas größer als das Produkt des Teilkreisrsdius r_M und des Cosinus-Wertews von ε₂.

Der achsnahe Bereich 66 setzt sich aus einem größeren konvexen Abschnitt, der konzentrisch zum Achszentrum 76 des Rotors verläuft, und zwei kleineren konkaven Abschnitten zur Herstellung eines weichen Übergangs zu den primären und sekundären Flanken des Rotors 28 in den Punkten 70 bzw. 94 zusammen. _____

Der Scheitelbereich 68 folgt einem mit seinem Mittelpunkt 98 auf dem Teilkreis 50 liegenden konvexen Kreisbogen zur Herstellung eines weichen Übergangs zu der primären und der sekundären Flanke des Rotors 28. .

Eine jede Schraubennut 44 des weiblichen Rotors 30 hat eine erste Flanke 100, die bei Anordnung in einem Verdichter die nacheilende und bei Anordnung in einem Expander die voreilende Flanke ist, sowie eine sekundäre Flanke 102, welche dann entsprechend die voreilende bzw. nacheilende Flanke bildet. Eine jede derFlanken 100,102 erstreckt sich von einem radial innersten achsnahen Bereich 104 der Nut 44 nach auswärts zu dem Scheitelbereich 106 der angrenzenden Rippe 42.

Die primäre Flanke 100 des weiblichen Rotors 30 besteht aus drei aufeinanderfolgenden Abschnitten. Der erste, sich vom Scheitelbereich 106 zum Punkt 82 erstreckende Abschnitt folgt einer von dem ersten Flankenabschnitt 70-72 der zusammenwirkenden primären Flanke 62 des männlichen Rotors 28 erzeugten Kurve. Derzweite Bereich ist der Flankenabschnitt 82-84, der oben in Verbindung mit dem zweiten Abschnitt 72-80 der primären Flanke 62 des männlichen Rotors 28 beschrieben wurde. Es verdient Beachtung, daß dieser Abschnitt 82-84 bis auf die Länge Null verkleinert werden kann, wodurch dieser Abschnitt jedoch durch eine stumpfwinklige Ecke ersetzt würde. Der dritte Abschnitt, der sich vom Punkt 84 zum achsnahen Bereich 104 erstreckt, folgt einer von dem dritten Abschnitt 80-68 der zusammenwirkenden primären Flanke 62 des männlichen

Rotors 28 erzeugten Kurve. .

Die sekundäre Flanke 102 der Schraubennut 44 des weiblichen Rotors 30 folgt einer konvex-konkaven Kurven mit einem Wendepunkt, der von der zusammenwirkenden sekundären Flanke 64 des männlichen Rotors 28 erzeugt ist.

Der Scheitelbereich 106 des weiblichen Rotors 30 setzt sich aus einem größeren konvexen Abschnitt, welcher konzentrisch zum Achszentrum 88 des Rotors verläuft, und zwei kleineren konvexen Abschnitten zur Herstellung eines weichen Übergangs mit der primären und der sekundären Flanke des Rotors zusammen. Der achsnahe Bereich 104 des weiblichen Rotors 30 folgt einem mit seinem Mittelpunkt 108 auf dem Teilkreis 46 liegenden konkaven Kreisbogen zur Herstellung eines sanften Übergangs mit der primären und der sekundären Flanke des Rotors 30.

Es ist zu beachten, daß es auch möglich ist, den Scheitelbereich 68 des männlichen Rotors 28 und den achsnahen Bereich 104 des weiblichen Rotors 30 als konvexe Zylinderabschnitte auszubilden, die konzentrisch .zu den Achszentren 76,88 der Rotoren verlaufen. Es ist auch möglich, die kleineren konvexen Abschnitte des Scheitelbereichs 106 des weiblichen Rotors 30 und den dritten Abschnitt 80-68 der primären Flanke 62 des männlichen Rotors 28 durch stumpfwinklige Ecken zu ersetzen.

Fig.4 zeigt ein Rotorprofil derselben allgemeinen Art für die Kombination eines männlichen Rotors mit fünf Schraubenrippen und-nuten mit einem weiblichen Rotor mit sieben Schraubenrippen und-nuten.

Fig. 5 veranschaulicht den mit „ε + μ" bezeichneten Winkel zwischen der Tangente an eine Flanke des männlichen Rotors und einem vom Achszentrum des Rotors durch den jeweiligen Tangentialpunkt gezogenen Radialstrahl, wobei der Abstand dieses

Punktes vom Achszentrum 76 mit „r", der Radialabstand von diesem'Punkt zum Teilkreis 50 des Rotors mit „e" und der '

Teilkreisradius des Rotors mit „r_M" bezeichnet sind.

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Änderung des Verhältnisses μ/e gemäß obiger Erläuterung anhand der Fig. 5 als Funktion des Verhältnisses „r/r_M", d.h. des Abstandes vom Achszentrum 76 des Rotors zu dem jeweiligen Tangentialpunkt im Verhältnis

zum Teilkreisradius des weiblichen Rotors 30. Die Kurve „a" bezieht sich auf die sekundäre Flanke 64 in Fig.3, dieKÜrve „b" auf die primäre Flanke 62 in Fig.3, die Kurve „c" auf die entsprechende primäre Flanke „116" des Rotorprofils nach Fig.6der DE-PS 1576932, und die Kurve „d" zeigt im Vergleich einen Flankenverlauf ähnlich dem zu Kurve „c" gehörenden, wobei der an den Teilkreis angrenzende Flankenabschnitt durch einen Flankenabschnitt in Evolventenform mit einem Eingriffswinkel von 20° ersetzt ist. , ,

Wie aus diesem Diagramm deutlich hervorgeht, folgt das Verhältnis „μ/e" für die bisher verwendete Ausführung der primären Flanke, nämlich die Kurve „c" einer Funktion von im wesentlichen der Gestalt einer Hyperbel mit einer Assymptote anden Teilkreis. Mit anderen Worten, die Winkelabweichung des Winkels der Tangente ändert sich sehr schnell mit der radialen Lage des Tangentenpunktes innerhalb des an den Teilkreis angrenzenden Bereiches. Dies bedeutet, daß ein Fräser zur Herstellung eines solchen Profils eine Gestalt haben wird, bei welcher seine Schneidkante eine sehr schnelle Änderung ihrer Richtung und ihres Krümmungsradius aufweist, was wiederum in sehr hohen Anforderungen an die Genauigkeit des Fräsers zur Herstellung eines Rotors mit vernünftigen Toleranzen gipfelt.

Durch den Ersatz des Fußabschnittes der Flanke durch einen evolventenförmigen Flankenabschnitt wird eine gewisse Verbesserung erzielt. Wie aus dem Diagramm, Kurve „e" hervorgeht, folgt das Verhältnis „μ/e" einer Funktion desselben allgemeinen Verlaufs, auch wenn der kritischste Bereich vom Teilkreis zum Grundkreis der Evolvente hin verschoben ist. Die primäre Flanke 62 des in Fig.3 gezeigten Profils führt jedoch zu einer völlig anderen Funktion für das Verhältnis „μ/e". Wie aus dem Diagramm, Kurve „b" hervorgeht, nähert sich die Funktion einer Geraden, insbesondere innerhalb des Bereichs zu beiden Seiten des Teilkreises. Darüber hinaus beträgt der Wert der Funktion innerhalb dieses Bereiches etwa 1,6, ist im wesentlichen konstant und etwa gleich dem Durchschnittswert des Verhältnisses in den Tangentenpunkten, die in einem größeren Abstand von dem Achszentrum des Rotors liegen. Gemäß der Erfindung kann dieser Wert des Verhältnisses „μ/e" nach der Formel

1 - C/COS £

tan £

gewählt werden, wobei „c" eine Konstante mit einem Maximalwert von etwa 0,4, einem Minimalwert von 0,1 und einem bevorzugten Wert von 0,2-0,3 ist. '' . Die sekundäre Flanke 64 des in Fig.3 gezeigten Profils führt zu einer ähnlichen Funktion für das Verhältnis „μ/e". Wie in dem Diagramm, Kurve „a" gezeigt, folgt die Funktion über den Hauptteil der Flanke sowohl innerhalb als außerhalb des Teilkreises einer im wesentlichen geraden Linie und hat einen praktisch konstanten Wert von etwa 1,1, der auch in den Bereich der oben angegebenen Formel fällt. :

Durch Gestaltung der Flanken einer jeden Nut des männlichen Rotors gemäß der Erfindung ändert sich die Winkelabweichung des Tangentenwinkels proportional zu der radialen Lage des Tangentenpunktes, insbesondere innerhalb des Bereichs der Flanke in der Nähe des Teilkreises und zu beiden Seiten desselben. Dies bedeutet, daß ein Fräser zur Herstellung eines solchen Profils eine Gestalt haben wird, bei welcher seine Schneidkanten einer fortlaufenden Kurve ohne jegtichen schnellen Wechsel seiner Richtung oder seines Krümmungsradius folgt, was wiederum zu sehr engen Toleranzen des dadurch hergestellten Rotors im Vergleich zu einem Rotor der alten Ausfürung nach Fig.6 der DE-PS 1576932 mit denselben Toleranzen des Fräsers führt. Mit anderen Worten, die Qualität der Rotoren und dadurch der Wirkungsgrad der Schraubenrotormaschine, in die sie eingebaut sind, wird ohne Anwachsen der Herstellungskosten beträchtlich gesteigert, und diese Kosten werden in der Tat sogar gesenkt, da das neue Fräserprofil leichter und dadurch billiger herzustellen ist.

Diese Tatsache ist weiterhin in Fig. 7 veranschaulicht, wo das Schneidprofil eines Messers für einen V-Fräser nach der Erfindung durch eine durchgezogene Linie zusammen mit dem entsprechenden Schneidprofil für das oben abgehandelte alte Profil gezeigt ist, welches gestrichelt eingezeichnet ist. Wie darin klar zu erkennen ist, ist der Winkel zwischen den beiden Flanken des Fräsermessers für eines nach der Erfindung viel größer als für eines gemäß dem alten Rotorprofil. Diese Tatsache ist besonders an dem äußeren Ende des Fräsermessers ausgeprägt, wo der Winkel zwischen den Flanken seinen Kleinstwert hat. Der minimale Winkel des neuen Fräsermessers beträgt somit etwa 48°, was etwa das Vierfache des Winkels des alten Fräsermessers ist, der nur etwa 12° beträgt. Demzufolge ist die Anzahl der möglichen Abrichtvorgänge für das neue Fräsermesser, bevor es auf seine kleinstmögliche Größe abgeschliffen ist, um ein Vielfaches größer als bei dem alten Fräsermesser, da die bei jedem Abrichtvorgang wegzuschleifende Materialmenge drastisch vermindert ist. Die Werkzeugkosten können dadurch drastisch gesenkt werden, was eine noch wirtschaftlichere Herstellung der Schraubenrotormaschinen bedeutet.

Die Gestalt des Messerprofils führt ferner zu günstigeren Schnittwinkeln und einem geringeren Verschleiß des Werkzeugs, was gleichbedeutend mit einer größeren Zahl von zwischen zwei Abrichtvorgängen herstellbaren Rotoren ist. Ferner läßt das neue Profil eine breitere Auswahl der Winkel zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück während des Herstellvorgangs zu, was wiederum bedeutet, daß die Schnittwinkel noch günstiger sein werden, so daß die Abnutzung des Werkzeugs noch mehr vermindert wird, während dies gleichzeitig die Möglichkeit einer Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit eröffnet. Mit anderen Worten, die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, eine Maschine mit einem besseren Wirkungsgrad zu einem beträchtlich niedrigeren Preis herzustellen als bei der alten Maschine mit geringerem Wirkungsgrad. Obgleich die vorstehenden Erläuterungen auf Formfräsverfahren beschränkt sind, stellen sich dieselben Vorteile auch bei anderen spanenden Herstellungsverfahren wie beim Abwälzfräsen und Schleifen ein. Ähnliche oder entsprechende Vorteile werden auch auftreten, wenn die Rotoren auf eine beliebige andere Weise hergestellt werden einschließlich der plastischen Verformung und dem Gießen. . .

Es ist ferner zu beachten, daß der erste Flankenabschnitt des männlichen Rotors einen solchen Krümmungsradius aufweist, daß die Oberflächenbeanspruchungen der Rotorflanken minimiert werden, was in Verbindung mit einer verminderten relativen Gleitgeschwindigkeit zu einem geringeren Verschleiß der Rotoren während des Betriebs der Schraubenrotormaschine führt. Die Tatsache, daß sich zumindest die primäre Flanke des weiblichen Rotors in den Teilkreis hinein fortsetzt, gestattet, daß die Berührungsfläche zwischen den Rotorflanken auf diese Seite des Teilkreises verlegt werden kann, was in der Möglichkeit gipfelt, den Antrieb über den weiblichen Rotor vorzunehmen, wobei die Relativbewegung zwischen den zusammenwirkenden Flanken eine solche ist, daß ein Schmierölfilm zwischen den Berührungsflächen positiv aufgebaut wird.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist somit möglich, eine Schraubenrotormaschine mit hohem Wirkungsgrad, geringerem Verschleiß und der Möglichkeit des Antriebs sowohl über den weiblichen als über den männlichen Rotor herzustellen. Diese Maschine wird ferner unabhängig von dem gewählten Herstellungsverfahren einfacher und billiger herzustellen sein als ähnliche Maschinen der vorher bekannten Ausführungen.

Claims

Erfindungsansprüche:

1. Schraubenrotormaschine für ein beliebiges Arbeitsfluid, mit einem Gehäuse, einem von mindestens zwei einander schneidenden parallelen Bohrungen im Gehäuse gebildeten und durch eine Niederdrucköffnung mit einem Niederdruckkanal und eine Hochdrucköffnung mit einem Hochdruckkanal verbundenen Arbeitsraum sowie einer Anzahl

ι mit Schraubenrippen und dazwischenliegenden Schraubennuten versehenen und paarweise im Kämmeingriff innerhalb der Gehäusebohrungen angeordneten Rotoren, deren durch den Kämmeingriff paarweise zusammenwirkende Schraubennuten V-förmige Arbeitskammern bilden, die mit ihrer Basis in einer an die Hochdrucköffnung angrenzenden Querebene zu den Rotorachsen enden, wobei je ein Rotor eines jeden Rotorpaars als weiblicher Rotor mit wenigstens hauptsächlich innerhalb seines Teilkreises liegenden Schraubenrippen und -nuten und der andere Rotor als männlicher Rotor mit wenigstens hauptsächlich außerhalb seines Teilkreises liegenden Schraubenrippen und -nuten ausgebildet sind, die Schraubenrippen des einen Rotors dem von den Schraubennuten des anderen Rotors bei der Drehung im Kämmeingriff entwickelten Einhüllenden zur Bildung einer fortlaufenden Dichtlinie zwischen den Rotoren folgen und wobei jede Rotornut eine primäre Flanke, welche, in Umfangsrichtung betrachtet, die Außenwand des von der Schraubennut des weiblichen Rotors gebildeten Schenkels und die Innenwand des von der Schraubennut des männlichen Rotors gebildeten Schenkels der V-förmigen Kammer darstellt, und eine sekundäre Flanke, welche die jeweils andere Wand des betreffenden Schenkels der V-förmigen Kammer darstellt, aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß in einer von den Rotorachsen senkrecht durchsetzten Querebene mindestens die primäre Flanke (62) einer jeden Nut (40) des männlichen Rotors (28) einen ersten, dem zugehörigen Teilkreis (50) benachbarten und sich von diesem auswärts erstreckenden Flankenabschnitt (70-72) aufweist, dessen Tangente im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) zusammen mit einem vom Achszentrum (76) des männlichen Rotors (28) durch diesen Schnittpunkt (78) verlaufenden Radialstrahl einen Winkel (S₁) in der Größenordnung von 0,25 rad bis 0,75 rad, gemessen auf der Außenseite des Teilkreises von der Tangente zur Nutflanke (62), einschließt, und daß der Krümmungsradius dieses ersten Flankenabschnitts (70-72) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) eine Länge hat, welche das Produkt des Teilkreisradius (r_M) und des Sinuswertes (sin S₁) des genannten Winkels (S₁) zwischen der Tangente und dem Radialstrahl im Teilkreisschnittpunkt (78) übersteigt.
2. Schraubenrotormaschine nach Punkt ,1, gekennzeichnet dadurch, daß sich der genannte erste Flankenabschnitt (70-72) in den Teilkreis (5) hineinerstreckt. .
3. Schraubenrotormaschine nach Ppnkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte erste Flankenabschnitt (70-72) konvex gekrümmt ist.
4. Schraubenrotormaschine nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte erste Flankenabschnitt (70-72) eine solche Gestalt hat, daß das Verhältnis zwischen dem Wert, um welchen der Winkel, der zwischen der Tangente an den ersten Flänkehabschnitt (70—72) in einem beliebigen Punkt darauf und einem Radialstrahl vom Achszentrum (76) durch diesen Punkt eingeschlossen ist, von dem genannten Winkel (S₁) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) abweicht, und dem radialen Abstand von dem genannten beliebigen Punkt zum Teilkreis (50) im wesentlichen konstant und etwa gleich dem Durchschnittswert des genannten Verhältnisses in Punkten des radial außerhalb des genannten ersten ·: Flankenabschnittes (70-72) gelegenen größeren Flankenabschnittes (72-80) ist.
5. Schraubenrotormaschine nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das genannte Verhältnis sich gemäß der Formel

- c/cos

²6

e tan c

ändert, worin die einzelnen Größen folgende Bedeutungen haben:
μ dieWinkelabweichunginrad,

e der radiale Abstand von dem beliebigen Punktzum Teilkreis (50) im Verhältnis zum Teilkreisradius (r_M), s dergenannteWinkel(Si)imSchnittpunkt(78)mitdemTeilkreis(50)und ' .

C eine Konstante mit einem Maximalwert von etwa 0,4, einem Minimalwertvon etwa 0,1 und einem bevorzugten Wert von 0,2-0,3.
6. Schraubenrotormaschine nach einem der Punkte 2 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die radialen Extremwerte des genannten ersten Flankenabschnitts (70—72) innerhalb eines Bereiches von 0,9 bis 1,5fachen des Teilkreisradius (r_M) liegen.
7. Schraubenrotormaschine nach einem der Punkte 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte erste Flankenabschnitt (70-72) einen wenigstens angenähert konstanten Krümmungsradius aufweist.
8. Schraubenrotormaschine nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte erste Flankenabschnitt (70-72) einer Kurve zweiten Grades folgt.
9. Schraubenrotormaschine nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Kurve zweiten Grades ein Kreisbogen ist, deren Radius das 1,1- bis 1,7fache, vorzugsweise das 1,5fache, des Produktes aus dem Teilkreisradius (r_M) und dem Sinus-Wert (sin S₁) des Winkels (S₁) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) ist und dessen Mittelpunkt in einem Abstand vom Achszentrum (76) des Rotors (28) liegt, dergestalt, daß das Verhältnis zwischen diesem Abstand und dem Teilkreisradius (r_M) zwischen den Cosinus-Wert (cos S₁) des genannten Winkels (S₁) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) und der Quadratwurzel dieses Wertes fällt.
10. Schraubenrotormaschine nach einem der Punkte 3 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte Winkel (S₁) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) etwa 0,3 rad beträgt. ·
11. Schraubenrotormaschine nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die primäre Flanke (62) des männlichen Rotors (28) einen zweiten Flankenabschnitt (72-80) im Anschluß an den ersten Flahkenabschnitt (70-72) und sich von diesem radial nach auswärts erstreckend aufweist, dessen Krümmungsradius in dem gemeinsamen Punkt (72) der beiden Flankenabschnitte mindestens dieselbe Länge wie der Radius (r-,) des ersten Flankenabschnitts (70—72) in diesem Punkt aufweist.
12. Schraubenrotormaschine nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß der zweite Flän.kenabschnitt (72-80) in der Hauptsache die Gestalt einer Epitrochoide besitzt, die von einem Abschnitt (82-84) der damit zusammenwirkenden Flanke (100) des weiblichen Rotors (30) erzeugt ist, welcher innerhalb des Teilkreises (46) des weiblichen Rotors (30) gelegen ist.
13. Schraubenrotormaschine nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte Flankenabschnitt (82-84) des weiblichen Rotors (30) einer Kurve folgt, die zumindest für ihren achsfernsten Punkt einen innerhalb des Teilkreises (46)

. des weiblichen Rotors (30) gelegenen Krümmungsmittelpunkt (86) und einen Krümmungsradius (r_s) aufweist, dereinen kleirTen_Bruchteil des Teilkreisradius (r_f) des weiblichen Rotors (30| beträgt. __..
14. Schraubenrotormaschine nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte Flankenabschnitt (82-84) des weiblichen Rotors einem Kreisbogen mit einem Radius (r_s) folgt, dessen Länge kleiner als 10%, vorzugsweise 5% des Abstandes (r_M + r_s) zwischen den Achszentren (76; 78) der Rotoren (28; 30) beträgt und der mft seinem Mittelpunkt (86) in einem Abstand (B_s) vom Achszentrum (88) des Rotors (30) liegt, dergestalt/daß das Verhältnis zwischen diesem Abstand (b_s) und dem Teilkreisradius (r_F) des weiblichen Rotors (30) etwa gleich der Quadratwurzel des Cosinus-Wertes des genannten Winkel (S₁) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis ist.
15. Schraubenrotormaschine nach Punkt 13 oder 14, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte Flankenabschnitt (82-84) des weiblichen Rotors (30) in jedem seiner Endpunkte (82-84) eine gemeinsame Tangente mit dem in diesem Punkt ansetzenden folgenden Flankenabschnitt aufweist.
16. Schraubenrotormaschine nach einem der Punkte 2 bis 15, gekennzeichnet dadurch, daß die primäre Flanke (62) des männlichen Rotors (28) einen dritten Flankenabschnitt (80-68) im Anschluß an den zweiten Flankenabschnitt (72-80) aufweist, der sich radial nach auswärts zu dem Scheitelpunkt (68) der betreffenden Schraubenrippe (38) erstreckt und eiher konvexen Kurve folgt, welche in jedem Punkt einen kurzen Krümmungsradius (r₃) und einen Krümmüngsmittelpunkt (90) aufweist, der sich außerhalb des Teilkreises (50) des männlichen Rotors (28) befindet.
17. Schraubenrotormaschine nach Punkt 16, gekennzeichnet dadurch, daß die den Verlauf des dritten Flankenabschnittes (80-68) bestimmende Kurve eine Kurve zweiten Grades ist.
18. Schraubenrotormaschine nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Kurve zweiten Grades ein Kreisbogen mit einem Radius ist, dessen Länge weniger als 15%, vorzugsweise 5% des Abstandes (r^ + r_F) zwischen den Achszentren (76; 88) der Rotoren (28; 30) beträgt.
19. Schraubenrotormaschine nach einem der Punkte 16 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß der dritte Flankenabschnitt (80-68) in seinem achsnächsten Punkt (80) eine gemeinsa/ne Tangente mit dem zweiten Flankenabschnitt (72^-80) in diesem Punkt besitzt. , . . .
20. Schraubenrotormaschine nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die sekundäre Flanke (64) einer jeden Nut (40) des männlichen Rotors (28) einem ersten Flankenabschnitt ähnlich dem der primären Flanke (62) aufweist.
21. Schraubenrotormaschine nach Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Flankenabschnitt (94-86) der sekundären Flanke (64) einer jeden Nut (40) des männlichen Rotors (28) sich nach auswärts bis zumScheitelbereich (68) der Rotorrippe (38) erstreckt.
22. Schraubenrotormaschine nach Punkt 20 oder 21, gekennzeichnet dadurch, daß der Winkel (ε₂), welcher die Tangente an die sekundäre Flanke (64) im Schnittpunkt (96) mit dem Teilkreis (50) mit dem Radialstrahl vom Achszentrum (76) durch diesen Punkt einschließt, etwa 0,5 rad beträgt.
23. Schraubenrotormaschine nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der Scheitelbereich (68) jeder Rippe (38) des männlichen Rotors (28) Kreisbogenkontur mit dem Mittelpunkt (98) auf dem Teilkreis (50) und einer Tangente an jedem Ende aufweist, welche gemeinsam mit derjenigen eines jeden angrenzenden Flankenabschnitts an diesem Endpunkt ist.
24. Schraubenrotormaschine nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der achsnahe Bereich (66) einer jeden Nut (40) des männlichen Rotors (28) einen radial innersten Abschnitt und wenigstens einen diesen mit dem benachbarten Flankenabschnitt (70-72; 94-68) verbindenden konkaven Abschnitt aufweist, der einem Kreisbogen mit einem Radius folgt, welcher ein kleiner Bruchteil des Teilkreisradius (r_M) ist und eine Tangente an seinem äußeren Endpunkt hat, welche gemeinsam mit der des benachbarten Flankenabschnitts in demselben Punkt (70; 94) ist.
25. Zusammenwirkendes Rotorpaar für eine Schraubenrotormaschine nach einem der vorhergehenden Punkte.