DE19834187C2

DE19834187C2 - Schraubenläufer für Schraubenverdichter mit Öleinspritzung

Info

Publication number: DE19834187C2
Application number: DE19834187A
Authority: DE
Inventors: Shoji Yoshimura
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: US6000920A; GB2327985A; GB9813643D0; DE19834187A1; JP3673404B2; GB2327985B; JPH1162860A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schrauben läufer zur Verwendung in einem Schraubenverdichter mit Ölein spritzung, der durch einen Nebenläufer angetrieben ist.

Obwohl üblicherweise ein Schraubenverdichter mit Öleinsprit zung von einem Hauptläufer angetrieben ist, ist auch ein Schraubenverdichter mit Öleinspritzung bekannt, der durch ei nen Nebenläufer angetrieben ist, um eine hohe Drehzahl zu er reichen. Bei dem Schraubenverdichter mit Öleinspritzung wer den ungefähr 90% der Eingangsleistung durch den Hauptläufer verbraucht und der Rest, etwa 10%, wird durch den Nebenläu fer verbraucht. Folglich wird bei dem durch den Hauptläufer angetriebenen Schraubenverdichter mit Öleinspritzung 10% der Eingangsleistung von dem Hauptläufer auf den Nebenläufer an einem Kontaktabschnitt zwischen Zahnflächen des Haupt- und Nebenläufers übertragen.

Andererseits wird bei dem durch den Nebenläufer angetriebenen Schraubenverdichter mit Öleinspritzung 90% der Eingangsleis tung von dem Nebenläufer an dem Kontaktabschnitt auf den Hauptläufer übertragen. Folglich wirkt eine hohe Kontakt spannung, die als Hertzspannung bezeichnet wird, auf den Kon taktabschnitt, was eine Grübchenbildung oder Pitting hervor ruft, wenn die Fläche des Kontaktbereichs klein ist. Wie be kannt ist, ist, wenn eine konvexe Zahnfläche und eine konkave Zahnfläche miteinander in Kontakt sind, die Hertzspannung proportional zur Quadratwurzel des Unterschieds zwischen den Kehrwerten der Kurvenradien der Zahnflächen. Folglich muß bei dem durch den Nebenläufer angetriebenen Schraubenverdichter mit Öleinspritzung insbesondere die Hertzspannung an dem Kon taktabschnitt minimiert werden, und es ist erforderlich, daß die Läuferzahnflächen an dem Kontaktabschnitt die gleiche Krümmung haben. Wenn die Krümmungen gleich sind, entsteht keine Hertzspannung, was es ermöglicht, das Pitting zu ver meiden.

Die EP 0 149 304 A2 beschreibt einen Schraubenläufer, bei dem die Zahnoberflächen in einem Kontaktabschnitt gleiche Krüm mung haben. Bei diesem Schraubenläufer ist der Kontaktab schnitt wie ein Bogen geformt, dessen Mitte auf einem Wälz kreis angeordnet ist. Fig. 4 zeigt diesen Schraubenläufer. Eine durch einen Kreis X umschlossene Zahnoberfläche hat die Form eines Bogens, dessen Mitte in einem Punkt O auf dem Wälzkreis ist. Fig. 5 und 6 sind vergrößerte Ansichten des in Fig. 4 gezeigten Kreises X. In Fig. 4, 5 und 6 bezeichnet M einen Hauptläufer, F einen Nebenläufer und P_M und P_F bezeich nen Wälzkreise des Hauptläufers M bzw. des Nebenläufers F.

Bei diesem Schraubenläufer sind, wenn der Mittenabstand zwi schen dem Haupt- und Nebenläufer M und F keine Abweichung von der Konstruktion hat, der Haupt- und Nebenläufer M und F in gleichmäßigem Flächenkontakt miteinander über einen weiten Bereich, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Es ist jedoch tatsächlich unmöglich, die Abweichung auf Null zu reduzieren. Wenn der Mittenabstand nicht gleich dem Konstruktionswert ist, sind die Läufer an dem Kontaktabschnitt in örtlichem Kontakt, was sich im Radialschnitt als punktueller Kontakt darstellt, wie durch den Kreis Y in Fig. 6 gezeigt ist. Folglich ist im Fall des durch den Nebenläufer angetriebenen Schraubenkompressors das Pitting des Schraubenläufers eine unumgängliche Tatsache.

Angesichts der vorgenannten Schwierigkeiten ist es Aufgabe der Erfindung, einen Schraubenläufer für einen ölgekühlten Schraubenverdichter zu schaffen, der stets einen Hauptläufer und einen Nebenläufer in flächigem Kontakt hält und Pitting am Kontaktabschnitt zwischen dem Hauptläufer und dem Neben läufer vermeidet, sogar wenn der Mittenabstand zwischen dem Hauptläufer und dem Nebenläufer eine Abweichung hat.

Diese Aufgabe wird mit einem Schraubenläufer mit den Merkma len des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an gebeben.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Ansicht, die einen Eingriffszustand eines Schraubenläufers für einen Schraubenverdichter mit Ölein spritzung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Ansicht, die zeitliche Veränderungen im Kon taktabschnitt eines in Fig. 1 gezeigten Hauptläufers und ei nes Nebenläufers in einem Fall zeigt, in welchem der Mitten abstand zwischen dem Haupt- und Nebenläufer konstruktionsge mäß abweichungsfrei gehalten ist.

Fig. 3 ist eine Ansicht, die zeitliche Veränderungen im Kon taktabschnitt des in Fig. 1 gezeigten Haupt- und Nebenläufers in einem Fall zeigt, in welchem der Mittenabstand zwischen dem Haupt- und Nebenläufer nicht gleich einem Konstruktions wert ist, d. h. eine Abweichung hat.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die einen Eingriffszustand eines be kannten Schraubenläufers für einen Schraubenverdichter zeigt.

Fig. 5 ist eine Ansicht, die einen Kontaktabschnitt eines in Fig. 4 gezeigten Hauptläufers und eines Nebenläufers in einem Fall zeigt, in welchem der Mittenabstand zwischen dem Haupt- und dem Nebenläufer konstruktionsgemäß abweichungsfrei gehal ten ist.

Fig. 6 ist eine Ansicht, die einen Kontaktabschnitt des in Fig. 4 gezeigten Haupt- und Nebenläufers in einem Fall zeigt, in welchem der Mittenabstand zwischen dem Haupt- und Neben läufer nicht gleich dem Konstruktionswert ist, d. h. eine Ab weichung hat.

Fig. 1 zeigt einen Schraubenläufer für einen Schraubenver dichter mit Öleinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Schraubenverdichter ist ein Hauptläufer M von ei nem Nebenläufer F angetrieben, welcher sich in der Richtung des Pfeils I dreht. In Fig. 1 bezeichnen P_F bzw. P_M Wälzkreise des Nebenläufers F und des Hauptläufers M mit den Mitten O_F und O_M und P bezeichnet einen Teilungspunkt welcher mit einem Berührpunkt zwischen den Wälzkreisen P_F und P_M übereinstimmt und auf einer Linie II angeordnet ist, die die Mitten O_F und O_M verbindet. Ferner bezeichnet L_F eine vordere oder führende Zahnfläche des Nebenläufers F mit einem Abschnitt zur Über tragung von Drehkraft auf den Hauptläufer M und T_M bezeichnet eine hintere oder nachlaufende Zahnfläche des Hauptläufers M mit einem Abschnitt zum Aufnehmen der Drehkraft von dem Ne benläufer F. Die führende Zahnfläche L_F besteht aus einem in neren Abschnitt L_Fi innerhalb des Wälzkreises P_F und einem äu ßeren Abschnitt L_Fo außerhalb des Wälzkreises P_F. Ferner be steht der innere Abschnitt L_Fi aus einem Antriebsabschnitt L_Fi' zum Übertragen der Drehkraft auf den Hauptläufer M, wie oben beschrieben, und einem antriebslosen Abschnitt L_Fi". Gleichermaßen besteht der äußere Abschnitt L_Fo aus einem An triebsabschnitt L_Fo' und einem antriebslosen Abschnitt L_Fo". Gleichermaßen steht die nachlaufende Zahnfläche T_M aus einem äußeren Abschnitt T_Mo außerhalb des Teilungskreises P_M und ei nem inneren Abschnitt T_Mi innerhalb des Teilungskreises P_M. Ferner besteht der äußere Abschnitt T_Mo aus einem Antriebsab schnitt T_Mo' zur Aufnahme der Drehkraft von dem Nebenläufer F, wie zuvor erwähnt, und einem antriebslosen Abschnitt T_Mo". Gleichermaßen besteht der innere Abschnitt T_Mi aus einem ange triebenen Abschnitt T_Mi' und einem nicht angetriebenen Ab schnitt T_Mi".

Der innere Antriebsabschnitt L_Fi' der führenden Zahnfläche L_F ist eine Ortskurve eines Punkts A, ein Punkt der führenden Zahnfläche L_F und des Wälzkreises P_F, der auf einem Kreis C₁ angeordnet ist, welcher ein Beispiel einer in dem Punkt A in den Wälzkreis P_F einbeschriebenen Wälzkurve ist, wenn der Kreis C₁ entlang der Innenseite des als Basis dienenden Wälz kreises P_F abrollt. Ferner ist der äußere Antriebsabschnitt L_Fo' der führenden Zahnfläche L_F eine Ortskurve des auf einem Kreis C₂ angeordneten Punkts A, welcher ein Beispiel einer Wälzkurve ist, die den Wälzkreis P_F am Punkt A berührt, wenn der Kreis C₂ entlang der Außenseite des als Basis dienenden Wälzkreises P_F abrollt. In anderen Worten, die Kontaktab schnitte L_Fi' und L_Fo' sind Rollkurven, die durch den Punkt A gezogen sind, wenn die Wälzkurven C₁ und C₂ längs des als die Basis dienenden Wälzkreises P_F abrollen. Der innere antriebs freie Abschnitt L_Fi" der führenden Zahnfläche L_F ist eine willkürliche Kurve, die sanft mit dem Antriebsabschnitt L_Fi' verbunden ist. Gleichermaßen ist der äußere antriebslose Ab schnitt L_Fo" der führenden Zahnfläche L_F eine willkürliche Kurve, die sanft mit dem Antriebsabschnitt L_Fo' verbunden ist.

Andererseits ist der äußere angetriebene Abschnitt T_Mo' der nachlaufenden Zahnfläche T_M eine Ortskurve eines Punkts B, ein Schnittpunkt der führenden Zahnfläche T_M und des Wälz kreises P_F, der auf einem Kreis C₃ angeordnet ist, der ein Beispiel einer den Wälzkreis P_M am Punkt B berührenden Wälz kurve ist und den gleichen Durchmesser hat wie der Kreis C₁, wenn der Kreis C₃ an der Außenseite des als die Basis dienen den Wälzkreises P_M abrollt. Ferner ist der innere angetriebe ne Abschnitt T_Mi' der nachlaufenden Zahnfläche T_M eine Orts kurve des auf einem Kreis C₄ angeordneten Punkts B, der ein Beispiel einer in dem Wälzkreis T_M an dem Punkt B einbe schriebenen Wälzkurve mit dem gleichen Durchmesser wie der Kreis C₂ ist, wenn der Kreis C₄ entlang der Innenseite des als die Basis dienenden Wälzkreises P_M abrollt. Entsprechend der vorhergehenden Beschreibung sind die Kontaktabschnitte T_Mo' und T_Mi' Rollkurven, die durch den Punkt B gezogen sind, wenn die Wälzkurven C₃ und C₄ entlang des als die Basis dienenden Wälzkreises P_M abrollen. Der äußere nichtangetriebene Ab schnitt T_Mo" der nachlaufenden Zahnfläche T_M ist eine erzeu gende Kurve des nicht angetriebenen Abschnitts L_Fi", die sanft oder stetig mit dem angetriebenen Abschnitt T_Mo' verbunden ist.

Gleichermaßen ist der innere nicht angetriebene Abschnitt T_Mi" der nachlaufenden Zahnfläche T_M eine erzeugende Kurve des nicht angetriebenen Abschnitts L_Fo", die sanft mit dem ange triebenen Abschnitt T_Mi' verbunden ist.

In diesem Ausführungsbeispiel sind, weil Kreise als die Wälz kurven verwendet werden, die vorgenannten Rollkurven eben falls Zykloiden.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird, wenn sich die führende Zahn fläche L_F und die nachlaufende Zahnfläche T_M einander in einem willkürlichen Punkt Q berühren, eine Kurve AQ durch das Ab rollen des Kreises C₁ mit einer Mitte O₁ zu der Position eines Kreises C₅ mit einer Mitte O₃, der in den Wälzkreis P_F am Tei lungspunkt P einbeschrieben ist, erzeugt und ein Linienseg ment PQ ist die Normale auf die führende Zahnfläche L_F am Punkt Q und entspricht dem Krümmungsradius. Ferner wird eine Kurve BQ durch das Abrollen des Kreises C₃ mit einer Mitte O₂ zu der Position des Kreises C₅ mit der Mitte O₃ erzeugt, und das Liniensegment PQ ist die Normale zu der nachlaufenden Zahnfläche T_M am Punkt Q und entspricht dem Krümmungsradius. Dies bedeutet, daß die Krümmungen der führenden Zahnfläche L_F und der nachlaufenden Zahnfläche T_M im Kontaktabschnitt da zwischen stets einander gleich sind. Folglich wirkt in einem Fall, in welchem der Hauptläufer M durch den Nebenläufer F wie in Fig. 1 gezeigt angetrieben ist, keine Hertzspannung auf den Kontaktabschnitt und das Pitting ist verhindert.

Weil der Punkt Q ein willkürlicher Punkt ist, gilt das Gesag te für alle Drehlagen, bei denen die führende Zahnfläche L_F und die nachlaufende Zahnfläche T_M miteinander in Kontakt sind.

Fig. 2 zeigt zeitliche Veränderungen des Kontaktabschnitts zwischen dem Hauptläufer M und dem Nebenläufer F, wenn der Abstand zwischen den Mitten O_M und O_F des Hauptläufers M und des Nebenläufers F, wie in Fig. 1 gezeigt, konstruktionsgemäß abweichungsfrei gehalten ist. Der Kontaktabschnitt ändert sich von (1) nach (6) in dieser Reihenfolge.

Fig. 3 zeigt zeitliche Veränderungen des Kontaktabschnitts zwischen dem Haupt- und Nebenläufer M und F, wenn der Abstand zwischen den Mitten O_M und O_F der in Fig. 1 gezeigten Haupt- und Nebenläufer M und F ungleich dem Konstruktionswert ist und einen Fehler ε hat. Der Kontaktabschnitt ändert sich von (1) nach (6) in dieser Reihenfolge.

Der Hauptläufer M und der Nebenläufer F werden bei diesem Ausführungsbeispiel nicht wie bei dem vorgenannten bekannten Schraubenläufer in örtlichen Kontakt gebracht, unabhängig da von, ob der Abstand zwischen den Mitten O_M und O_F eine Abwei chung hat oder nicht, der Haupt- und Nebenläufer M und F sind jeweils in gleichmäßigem flächigen Kontakt und das Hervorru fen von Pitting an diesem Abschnitt ist verhindert.

Obwohl die Wälzkurve in dem vorgenannten Schraubenläufer ein Kreis ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen sol chen Schraubenläufer begrenzt und umfaßt Schraubenläufer, in denen andere geschlossene Kurven als Kreise als Wälzkurven verwendet werden.

Claims

1. Schraubenläufer für einen Schraubenverdichter mit Öleinspritzung, wobei Radialschnitte eines Hauptläufers (M) und eines Nebenläufers (F) an einem Kontaktabschnitt zur Übertragung von Leistung von dem Nebenläufer (F) auf den Hauptläufer (M) in der Form von Rollkurven profiliert sind, die Ortskurven von auf Wälzkurven (C₁, C₂; C₃, C₉) liegenden Punkten (A; B) sind, und die durch das Abrollen der Wälzkurven (C₁, C₂; C₃, C₉) längs als Basis dienenden Wälzkreisen (P_F; P_M) der Läufer erzeugt sind.

2. Schraubenläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Wälzkreisen (P_F; P_M) der Läufer jeweils zwei Wälzkurven verschiedener Größe (C1, C2; C3, C4) zugeordnet sind, wobei die Wälzkurven der beiden Wälzkreise (P_F, P_M) zwei Paare (C1, C3; C2, C4) von Wälzkurven gleicher Größe bilden.

3. Schraubenläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptläuferzahn (M) und der Nebenläuferzahn (F) in dem Kopf- und Fußbereich jeweils aus zwei der Rollkurven besteht, die unmittelbar aneinander angrenzen und verschiedene Krümmungen haben.

4. Schraubenläufer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkurven Abrollkreise (C₁, C₂, C₃, C₄) sind.

5. Schraubenläufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der auf der Innenseite eines Wälzkreises (P_F; P_M) abrollende Abrollkreis (C₁; C₄) die gleiche Größe hat wie der auf der Außenseite des anderen Wälzkreises (P_M; P_F) abrollende Abrollkreis (C₃; C₂).