AT400974B - Schraubenrotormaschine - Google Patents

Description

AT 400 974 B

Die Erfindung betrifft eine Schraubenrotormaschine mit einem Gehäuse, einem von mindestens zwei einander schneidenden parallelen Bohrungen im Gehäuse gebildeten und durch eine Niederdrucköffnung mit einem Niederdruckkanal und durch eine Hochdrucköffnurig mit einem Hochdruckkanal verbundenen Arbeitsraum sowie einer Anzahl mit Schraubenrippen und dazwischenliegenden Schraubennuten versehener und paarweise im Kämmeingriff innerhalb der Gehäusebohrungen angeordneter Rotoren, deren durch den Kammeingriff paarweise zusammenwirkende Schraubennuten V-förmige Arbeitskammern bilden, die mit ihrer Basis in einer an die Hochdrucköffnung angrenzenden Querebene zu den Rotorachsen enden, wobei a) je ein Rotor eines jeden Rotorpaares 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 ist, und die Schraubenrippen des einen Rotors den von den Schraubennuten des anderen Rotors bei der Drehung im Kämmeingriff entwickelten Einhüllenden zur Bildung einer fortlaufenden Dichtlinie zwischen den Rotoren folgen, b) 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, c) in einer beliebigen von der Rotorachse durchsetzten Querebene die Tangente an das Profil der primären Flanke eines jeden Rotors im Schnittpunkt mit dem zugehörigen Teilkreis einen spitzen Winkel mit einem vom Achszentrum des Rotors durch diesen Schnittpunkt verlaufenden Radialstrahl einschließt und d) das Profil der primären Flanke des männlichen Rotors zwei in einem gemeinsamen Punkt aneinander anschließende, konvex gekrümmte Flankenabschnitte aufweist, wobei der radial äußere Abschnitt einer hauptsächlich epitrochoidförmigen Kurve folgt.

Ein Rotorprofil dieser Art ist aus der DE- 27 35 670 A bekannt. In einer Ebene lotrecht zu der Motorachse besteht die primäre Flanke einer jeden männlichen Rotornut aus einer Anzahl von erzeugten Abschnitten, die mit einem kurzen Abschnitt in Evolventengestalt im Anschluß an den Teilkreis kombiniert sind. Der Druckwinkel der Evolvente beträgt etwa 10*. Die sekundäre Flanke ist ferner mit einem ähnlichen Evolventenabschnitt im Anschluß an den Teilkreis versehen.

Der Winkel zwischen der Tangente an die primäre Flanke in einem beliebigen Punkt derselben und einen durch diesen Punkt verlaufenden Rotorradius verändert sich von Punkt zu Punkt. Die Unterschiede zwischen diesem Winkel und dem entsprechenden Winkel am Teilkreis folgt als eine Funktion des radialen Abstandes zwischen dem jeweiligen Punkt und dem Teilkreis in Gestalt einer Kurve von im wesentlichen hyperbolischer Form, die sich zu einem Rotorradius von etwa 98,5 % des Teilkreisradius erstreckt. Dies bedeutet, daß die Funktion praktisch über den äußeren Abschnitt der Flanke konstant ist, jedoch innerhalb ihres Bereiches im Anschluß an den Teilkreis sehr schnell ansteigt. Aus diesem Grunde wird auch ein Fräser zum Fräsen des Rotors eine schnelle Änderung des Winkels an seinem äußeren Ende erfahren, d.h. einen kurzen Krümmungsradius, und demzufolge werden die Schneidwinkel in dem wichtigsten Bereich der Rotorflanken mit der Notwendigkeit verhältnismäßig weiter Toleranzen innerhalb dieses Bereiches ungünstig werden. Ferner bringt die tatsächliche Gestalt des Fräsers einen hohen Verschleiß mit sich, und es muß deshalb ein beträchtlicher Betrag an Werkzeug material während eines jeden Abrichtvorganges 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.

In der DE- 15 76 923 B, Fig. 5, (entspr. AT- 277 439 B) ist ein anderes Rotorprofil gezeigt und beschrieben, bei dem ein primärer Flankenabschnitt im Anschluß an den Teilkreis und außerhalb desselben einer wahren Epizykloide folgt, die eine radiale Tangente und einen Krümmungsradius von Null in ihrem Schnittpunkt mit dem Teilkreis aufweist. Die Änderung des Tangentenwinkels als eine Funktion des Abstandes vom Teilkreis ist auch für dieses Profil von hyperbolischer Art mit einer Asymptote an einem Radius gleich dem Teilkreisradius. Die Sekundärflanke des Profils hat ebenso eine radiale Tangente in ihrem Schnittpunkt mit dem Teilkreis. Dies bedeutet, daß der Winkel zwischen den beiden Flanken einer Rotornut so klein ist, daß er praktisch nicht durch Abwälzfräsen hergestellt werden kann. 2

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Die DE- 24 13 708 A zeigt und beschreibt ein Rotorprofil, das eine Abänderung des in der DE- 15 76 923 B gezeigten Profils ist, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß der Tangentenwinkel der Sekundärflanke in ihrem Schnittpunkt mit dem Teilkreis etwa 20* beträgt, was eine Herstellung durch Abwälzfräsen erleichtert. Jedoch ist die Primärflanke ungeändert und hat folglich dieselben Nachteile im 5 Hinblick auf ihre Herstellung.

Die US- 4 053 263 A zeigt und beschreibt ein Rotorprofil ähnlich dem, wie es in der DE- 27 35 670 A dargestellt ist und das mit Flankenabschnitten der Evolventenart versehen ist. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Profilen liegt darin, daß der Fräswinkel auf 20* vergrößert ist, was jedoch immer noch in einer hyperbolischen Änderung des Teilkreiswinkels im Verhältnis zu dem Abstand vom Teilkreis io resultiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegegenüber, die Rotorprofile einer Schraubenrotormaschine der gattungsgemäßen Bauart dahingehend auszubilden, daß die Flankenwinkel und die Krümmungsradien wenigstens der primären Profilflanken am Teilkreis so groß sind, daß die Rotoren bei geringem Werkzeugverschleiß genauer herstellbar sind, und der Wirkungsgrad der Maschine verbessert ist. 75 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster der beiden konvex gekrümmten Flankenabschnitte am männlichen Rotor, dessen radiale Extremwerte innerhalb eines Bereiches vom 0,9-bis 1,15-fachen des Teilkreisradius (rM) liegen, eine solche Gestalt hat, daß das Verhältnis zwischen dem Wert, um welchen der Winkel, der zwischen der Tangente an den ersten Flankenabschnitt in einem beliebigen Punkt darauf und einem Radialstrahl vom Achszentrum durch diesen Punkt eingeschlossen ist, 20 von dem genannten spitzen Winkel («1) im Schnittpunkt mit dem Teilkreis abweicht, und dem radialen Abstand von dem genannten beliebigen Punkt zum Teilkreis im wesentlichen konstant und etwa gleich einem Durchschnittswert des genannten Verhältnisses in Punkten des radial außerhalb des ersten Flankenabschnittes gelegenen Flankenabschnittes ist.

Auf diese Weise wird die Herstellung des Rotors unabhängig vom Herstellungsverfahren vereinfacht. 25 Besondere Vorteile werden bei Anwendung von Fräs- oder Schleifvorgängen erhalten, da der Winkel zwischen den Achsen des Werkzeuges und des Werkstückes zur Schaffung optimaler Bearbeitungsverhältnisse frei gewählt werden kann. In Verbindung mit dem vergrößerten Krümmungsradius des tatsächlichen Flankenabschnittes führt dies zu engeren Toleranzen, einer glatteren Flankenoberfläche, geringerem Werkzeugverschleiß, einer größeren Produktionszahl von Rotoren zwischen zwei Abrichtvorgängen für das 30 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 35 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 Gleichgeschwindigkeit zwischen den Rotorflanken innerhalb des wirksamen Bereiches derselben führt, wird die Abnützung der Rotoren während des Betriebes verringert, 40 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.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ändert sich das genannte Verhältnis gemäß der Formel 45 μ Ι-cl cos2 ε e tanff so worin die einzelnen Größen folgende Bedeutung haben: u die Winkelabweichung in rad, e der radiale Abstand von dem beliebigen Punkt zum Teilkreis im Verhältnis zum Teilkreisradius, 55 ( der genannte spitze Winkel im Schnittpunkt mit dem Teilkreis und C eine Konstante mit einem Maximalwert von etwa 0,4, einem Minimalwert von etwa 0,1 und einem bevorzugten Wert von 0,2-0,3. 3

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der genannte erste Flankenabschnitt einen wenigstens angenähert konstanten Krümmungsradius auf.

Erfindungsgemäß weist ferner die primäre Flanke des männlichen Rotors einen zweiten Flankenabschnitt im Anschluß an den ersten Flankenabschnitt und sich von diesem radial nach auswärts erstreckend auf, dessen Krümmungsradius in dem gemeinsamen Punkt der beiden Flankenabschnitte mindestens dieselbe Länge wie der Krümmungsradius des ersten Flankenabschnittes in diesem Punkt aufweist.

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,

Fig. 6: in einem 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 Hochdruckkanai 16 für das Arbeitsmittel, welche mit dem Arbeitsraum 12 über eine Niederdrucköffnung 18 bzw. eine Hochdrucköffnung 20 in Verbindung stehen. In dem gezeigten Verdichter befindet sich die Niederdrucköffnung 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 Arbeitraum 12 enthält zwei zusammenwirkende Rotoren, nämlich einen männlichen Rotor 28 und einen weiblichen Rotor 3o, 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 ferner 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 Umschlingungswinkel von etwa 200' haben. Die Schraubenrippen 42 des weiblichen Rotors 30 sind mit radial außerhalb seines Teilkreises 46 gelegenen Ansätzen 30 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 Arbeitsraums 12 befinden sich eine Vielzahl von Öleinspritzkanälen 54, die an der Verschneidungslinie 56 zwischen den beiden den Arbeitsraum 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 der Kanäle 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 Expander 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 Schraubennut 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 n, dessen Mittelpunkt 74 in einem Abstand bi 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 rM 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 rM 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 c mit einem Radiaistrahl 76-78 einschließt. Der Winkel « beträgt 20' oder etwa 0,3 rad. Die Lange des 4

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Radius n ist etwa das 1,6-fache des Produktes aus dem Teilkreisradius rM und dem Sinus-Wert von «i. Der Abstand bi ist etwas größer als das Produkt aus dem Teilkreisradius rM und dem Cosinus-Wert von ei. Der zweite 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 Scheitel bereich 68 der Rippe 38. Der Flankenabschnitt 82-84 folgt einem Kreisbogen mit einem Radius rs, dessen Mittelpunkt 86 in einem Abstand bs vom Achszentrum 88 des weiblichen Rotors 30 gelegen ist. Die Länge des Radius rs beträgt etwa 5 % des Abstandes zwischen den Achszentren 76, 88 der Rotoren. Der Abstand bs ist etwa gleich dem Produkt aus dem Teilkreisradius rF des weiblichen Rotors 30 und der Quadratwurzel aus dem Cosinus-Wert von ¢1. 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 n 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 ra.

Die sekundäre Flanke 64 des männlichen Rotors 28 folgt einem Kreisbogen mit einem Radius r2, dessen Mittelpunkt 92 in einem Abstand b2 vom Achszentrum 76 des Rotors liegt und erstreckt sich von einem Punkt 94 innerhalb des Teilkreises 50, der in einem Abstand von etwa 95 % des Teilkreisradius rM 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 tz einschließt. Der Winkel <2 beträgt 30' oder etwa 0,5 rad. Die Länge des Radius r2 ist etwa das vierfache des Produktes des Teilkreisradius rM und des Sinus-Wertes von ¢2. Der Abstand b2 ist etwas größer als das Produkt des Teilkreisradius rM und des Cosinus-Wertes von «2-

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 der Flanken 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. Der zweite 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. 5

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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+ u" 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 ”rM" bezeichnet sind.

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Änderung des Verhältnisses u/e gemäß obiger Erläuterung anhand der Fig. 5 als Funktion des Verhältnisses"r/rM”, 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, die Kurve "b" auf die primäre Flanke 62 in Fig. 3, die Kurve "c” auf die entsprechende primäre Flanke ”116" des Rotorprofils nach Fig. 6 der AT- 277.439 B, 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”u/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 an den 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 Bereich. 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 Fußabschnitts der Flanke durch einen evolventenförmigen Flankenabschnitt wird eine gewisse Verbesserung erzielt. Wie aus dem Diagramm, Kurve ”e" hervorgeht, folgt das Verhältnis "u/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 "u/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 Bereichs etwa 1,6, ist im wesentlichen konstant und etwa gleich dem 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 ”u./e" nach der Formel ü _ i - c/cos2g e 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 "ule". 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 Schneikante einer fortlaufenden Kurve ohne jeglichen schnellen Wechsel seiner Richtung oder seines Krümmungsradius folgt, was wiederum zu sehr engen Toleranzen des dadurch hergestellten 6

Claims (6)

1. AT 400 974 B Rotors im Vergleich zu einem Rotor der alten Ausführung nach Fig. 6 der AT- 277.439 B 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 Schneiprofil 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. Patentansprüche 1. Schraubenrotormaschine mit einem Gehäuse, einem von mindestens zwei einander schneidenden parallelen Bohrungen im Gehäuse gebildeten und durch eine Niederdrucköffnung mit einem Niederdruckkanal und durch eine Hochdrucköffnung mit einem Hochdruckkanal verbundenen Arbeitsraum sowie einer Anzahl mit Schraubenrippen und dazwischenliegenden Schraubennuten versehener und paarweise im Kämmeingriff innerhalb der Gehäusebohrungen angeordneter 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 a) je ein Rotor eines jeden Rotorpaares 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 7 AT 400 974 B -nuten ausgebildet ist, und die Schraubenrippen des einen Rotors den von den Schraubennuten des anderen Rotors bei der Drehung im Kämmeingriff entwickelten Einhüllenden zur Bildung einer fortlaufenden Dichtlinie zwischen den Rotoren folgen, b) 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, c) in einer beliebigen von der Rotorachse durchsetzten Querebene die Tangente an das Profil der primären Flanke eines jeden Rotors im Schnittpunkt mit dem zugehörigen Teilkreis einen spitzen Winkel mit einem vom Achszentrum des Rotors durch diesen Schnittpunkt verlaufenden Radialstrahl einschließt und d) das Profil der primären Flanke des männlichen Rotors zwei in einem gemeinsamen Punkt aneinander anschließende, konvex gekrümmte Flankenabschnitte aufweist, wobei der radial äußere Abschnitt einer hauptsächlich epitrochoidförmigen Kurve folgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster der beiden konvex gekrümmten Flankenabschnitte (70-72) am männlichen Rotor (28), dessen radiale Extremwerte innerhalb eines Bereiches vom 0,9- bis 1,15-fachen des Teilkreisradius (rM) liegen, eine solche Gestalt hat, daß das Verhältnis zwischen dem Wert, um welchen der Winkel, der zwischen der Tangente an den ersten Flankenabschnitt (70-72) in einem beliebigen Punkt darauf und einem Radialstrahl vom Achszentrum (76) durch diesen Punkt eingeschlossen ist, von dem genannten spitzen Winkel (n) 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 einem Durchschnittswert des genannten Verhältnisses in Punkten des radial außerhalb des ersten Flankenabschnittes (70-72) gelegenen Flankenabschnittes (72-80) ist.
2. 2. Schraubenrotormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verhältnis sich gemäß der Formel μ - c / cos2 ε e tanf ändert, worin die einzelnen Größen folgende Bedeutung haben: u die Winkelabweichung in rad, e der radiale Abstand von dem beliebigen Punkt zum Teilkreis (50) im Verhältnis zum Teilkreisradius (rM), e der genannte spitze Winkel (e;) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) und C eine Konstante mit einem Maximalwert von etwa 0,4, einem Minimalwert von etwa 0,1 und einem bevorzugten Wert von 0,2-0,3.
3. 3. Schraubenrotormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste Flankenabschnitt (70-72) einen wenigstens angenähert konstanten Krümmungsradius aufweist.
4. 4. Schraubenrotormaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius das 1,1- bis 1,7-fache, vorzugsweise das 1,5-fache des Produktes aus dem Teilkreisradius (rM) und dem Sinus-Wert (sin ¢1) des Winkels (<,) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) ist und daß das Krümmungszentrum in einem Abstand vom Achszentrum (76) des Rotors (28) liegt, dergestalt, daß das Verhältnis zwischen diesem Abstand und dem Teilkreisradius (rM) zwischen dem Cosinus-Wert (cos <) des genannten Winkels («<) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) und der Quadratwurzel dieses Wertes fällt.
5. 5. Schraübenrotormaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (e·) im Schnittpunkt (78) mit dem Teilkreis (50) im Bereich von 0,25 bis 0,75 rad liegt und vorzugsweise etwa 0,3 rad beträgt.
6. 6. Schraubenrotormaschinö nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Flanke (62) des männlichen Rotors (28) einen zweiten Flankenabschnitt (72-80) im 8 AT 400 974 B Anschluß an den ersten Flankenabschnitt (72-80) und sich von diesem radial nach auswärts erstreckend aufweist, dessen Krümmungsradius in dem gemeinsamen Punkt (72) der beiden Flankenabschnitte mindestens dieselbe Länge wie der Krümmungsradius (ri) des ersten Flankenabschnittes (70-72) in diesem Punkt aufweist. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 9