DE19834187C2 - Schraubenläufer für Schraubenverdichter mit Öleinspritzung - Google Patents
Schraubenläufer für Schraubenverdichter mit ÖleinspritzungInfo
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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 PM und PF 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 PF bzw. PM Wälzkreise
des Nebenläufers F und des Hauptläufers M mit den Mitten OF
und OM und P bezeichnet einen Teilungspunkt welcher mit einem
Berührpunkt zwischen den Wälzkreisen PF und PM übereinstimmt
und auf einer Linie II angeordnet ist, die die Mitten OF und
OM verbindet. Ferner bezeichnet LF eine vordere oder führende
Zahnfläche des Nebenläufers F mit einem Abschnitt zur Über
tragung von Drehkraft auf den Hauptläufer M und TM bezeichnet
eine hintere oder nachlaufende Zahnfläche des Hauptläufers M
mit einem Abschnitt zum Aufnehmen der Drehkraft von dem Ne
benläufer F. Die führende Zahnfläche LF besteht aus einem in
neren Abschnitt LFi innerhalb des Wälzkreises PF und einem äu
ßeren Abschnitt LFo außerhalb des Wälzkreises PF. Ferner be
steht der innere Abschnitt LFi aus einem Antriebsabschnitt
LFi' zum Übertragen der Drehkraft auf den Hauptläufer M, wie
oben beschrieben, und einem antriebslosen Abschnitt LFi".
Gleichermaßen besteht der äußere Abschnitt LFo aus einem An
triebsabschnitt LFo' und einem antriebslosen Abschnitt LFo".
Gleichermaßen steht die nachlaufende Zahnfläche TM aus einem
äußeren Abschnitt TMo außerhalb des Teilungskreises PM und ei
nem inneren Abschnitt TMi innerhalb des Teilungskreises PM.
Ferner besteht der äußere Abschnitt TMo aus einem Antriebsab
schnitt TMo' zur Aufnahme der Drehkraft von dem Nebenläufer F,
wie zuvor erwähnt, und einem antriebslosen Abschnitt TMo".
Gleichermaßen besteht der innere Abschnitt TMi aus einem ange
triebenen Abschnitt TMi' und einem nicht angetriebenen Ab
schnitt TMi".
Der innere Antriebsabschnitt LFi' der führenden Zahnfläche LF
ist eine Ortskurve eines Punkts A, ein Punkt der führenden
Zahnfläche LF und des Wälzkreises PF, der auf einem Kreis C1
angeordnet ist, welcher ein Beispiel einer in dem Punkt A in
den Wälzkreis PF einbeschriebenen Wälzkurve ist, wenn der
Kreis C1 entlang der Innenseite des als Basis dienenden Wälz
kreises PF abrollt. Ferner ist der äußere Antriebsabschnitt
LFo' der führenden Zahnfläche LF eine Ortskurve des auf einem
Kreis C2 angeordneten Punkts A, welcher ein Beispiel einer
Wälzkurve ist, die den Wälzkreis PF am Punkt A berührt, wenn
der Kreis C2 entlang der Außenseite des als Basis dienenden
Wälzkreises PF abrollt. In anderen Worten, die Kontaktab
schnitte LFi' und LFo' sind Rollkurven, die durch den Punkt A
gezogen sind, wenn die Wälzkurven C1 und C2 längs des als die
Basis dienenden Wälzkreises PF abrollen. Der innere antriebs
freie Abschnitt LFi" der führenden Zahnfläche LF ist eine
willkürliche Kurve, die sanft mit dem Antriebsabschnitt LFi'
verbunden ist. Gleichermaßen ist der äußere antriebslose Ab
schnitt LFo" der führenden Zahnfläche LF eine willkürliche
Kurve, die sanft mit dem Antriebsabschnitt LFo' verbunden ist.
Andererseits ist der äußere angetriebene Abschnitt TMo' der
nachlaufenden Zahnfläche TM eine Ortskurve eines Punkts B,
ein Schnittpunkt der führenden Zahnfläche TM und des Wälz
kreises PF, der auf einem Kreis C3 angeordnet ist, der ein
Beispiel einer den Wälzkreis PM 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 PM abrollt. Ferner ist der innere angetriebe
ne Abschnitt TMi' der nachlaufenden Zahnfläche TM eine Orts
kurve des auf einem Kreis C4 angeordneten Punkts B, der ein
Beispiel einer in dem Wälzkreis TM 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 PM abrollt. Entsprechend der
vorhergehenden Beschreibung sind die Kontaktabschnitte TMo'
und TMi' Rollkurven, die durch den Punkt B gezogen sind, wenn
die Wälzkurven C3 und C4 entlang des als die Basis dienenden
Wälzkreises PM abrollen. Der äußere nichtangetriebene Ab
schnitt TMo" der nachlaufenden Zahnfläche TM ist eine erzeu
gende Kurve des nicht angetriebenen Abschnitts LFi", die sanft
oder stetig mit dem angetriebenen Abschnitt TMo' verbunden
ist.
Gleichermaßen ist der innere nicht angetriebene Abschnitt TMi"
der nachlaufenden Zahnfläche TM eine erzeugende Kurve des
nicht angetriebenen Abschnitts LFo", die sanft mit dem ange
triebenen Abschnitt TMi' 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 LF und die nachlaufende Zahnfläche TM 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 PF am Tei
lungspunkt P einbeschrieben ist, erzeugt und ein Linienseg
ment PQ ist die Normale auf die führende Zahnfläche LF 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 TM am Punkt Q und entspricht dem Krümmungsradius.
Dies bedeutet, daß die Krümmungen der führenden Zahnfläche LF
und der nachlaufenden Zahnfläche TM 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 LF
und die nachlaufende Zahnfläche TM 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 OM und OF 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 OM und OF 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 OM und OF 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 (5)
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 (PF; PM) der Läufer erzeugt sind.
2. Schraubenläufer nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass den Wälzkreisen (PF; PM) der Läufer
jeweils zwei Wälzkurven verschiedener Größe (C1, C2; C3,
C4) zugeordnet sind, wobei die Wälzkurven der beiden
Wälzkreise (PF, PM) 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 (PF; PM) abrollende Abrollkreis (C1; C4) die
gleiche Größe hat wie der auf der Außenseite des anderen
Wälzkreises (PM; PF) abrollende Abrollkreis (C3; C2).
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