Verdrängungsmaschine Die Erfindung betrifft eine mit positiver Verdrän gung arbeitende Verdrängungsmaschine, insbesondere Kompressor, Motor oder Pumpe, welche mindestens zwei mit Zähnen versehene, ineinandergreifende Rotoren enthält.
Pumpen dieser allgemeinen Beschreibung, deren Ro toren auf parallelen Achsen laufen, sind bekannt. Ihr grösserer Rotor hat Innenverzahnung und umfängt den kleineren Rotor. Diese bekannte Ausführung hat eine bestimmte und sehr beschränkte Zahnhöhe, die genau ein Modul beträgt, d. h. eine Zahnteilung dividiert durch z = 3,1416. Die geringe Zahnhöhe ergibt eine entspre chend kleine Fördermenge. Auch sind noch weitere Ein schränkungen vorhanden.
Die vorliegende Erfindung soll diesen Einschränkun gen abhelfen. Sie soll Rotoren von grösserer Zahnhöhe schaffen, mit Zahnhöhen meistens grösser als zwei Modul und mit entsprechend grösserer Fördermenge. Diese Rotoren sollen überdies imstande sein, grössere zentri fugale Trägheitskräfte auszuhalten als bekannte Rotoren mit Innenverzahnung, so dass sie schneller laufen kön nen. Auch sollen die Trägheitskräfte mehr in der Längs richtung der Zähne wirken, so dass die Zahnform ge nauer erhalten bleibt.
Die bekannten Rotoren mit parallelen Achsen kom men in Berührung hauptsächlich an den stark gekrümm ten Endflächen der Zähne. Diese berühren die Seiten flächen und die Endflächen der Zähne des anderen Rotors. Infolge der kleinen Zahnhöhe und der dadurch bedingten starken Profilneigung kommen die Zahnseiten nur kurz miteinander in Eingriff. Ein wichtiger Zweck der Erfindung ist, Zähne zu schaffen, deren weniger geneigte Seitenflächen viel länger miteinander in Be rührung bleiben, so dass beständig Berührung zwischen Seitenflächen stattfindet.
Diese verschiedenen erwünschten Eigenschaften wer den erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Zähne zahlen der zwei ineinandergreifenden Rotoren um einen Zahn verschieden sind und die Drehachsen dieser Ro- toren im Winkel zueinander stehen, derart, dass Zahn berührung über den ganzen Umfang verteilt stattfindet.
Die Erfindung soll anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden, worin Fig. 1 eine schematische Ansicht darstellt zur Er klärung der Theorie.
Fig.2 ist ein Axialschnitt eines Ausführungsbei spiels.
Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linien 3-3 der Fig. 2. Fig. 4 ist ein Axialschnitt einer weiteren Ausführung. Fig.5 ist ein Axialschnitt, teilweise eine Seiten ansicht, eines Rotors einer weiteren Ausführungsart. Fig.6 ist eine axiale Ansicht eines Rotors mit geraden, nach der Spitze gerichteten Zähnen.
Fig. 7 ist eine ähnliche Ansicht eines Rotors mit der Länge nach gekrümmten Zähnen.
Fig. 8 ist eine Axialansicht eines Rotors mit der Länge nach gekrümmten und spiralförmig angeordneten Zähnen.
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Herstellungsart der Rotor-Zähne, wobei der Rotor im Axialschnitt erscheint.
Fig. 10 ist ein ähnliches Schema zum Gebrauch eines Hobelstahls oder auch einer hin und her bewegten Schleifscheibe.
Fig. 11 ist eine der Fig. 10 entsprechende Ansicht in der Richtung der Werkzeugbewegung schauend. Das eingezeichnete Werkzeug arbeitet am Zahnboden.
Fig. 12 ist eine weitere Ansicht in der Richtung der Werkzeugbewegung, wobei das Werkzeug an einer Zahn seite arbeitet. Sie zeigt den Rotor in geneigter Lage.
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, wie Fig. 12, für ein Werkzeug von anderem Profil.
Fig. 14 ist eine Ansicht der Rotoren der Fig. 2 in grö sserem Massstab, in der Richtung senkrecht zur Ebene der Achsen schauend.
Fig. 15 ist eine Teilansicht davon in der Richtung der Momentanachse (32 in Fig. 2) schauend. Sie zeigt die Zähne in vollem Eingriff. Fig. 16 ist eine Teilansicht in der Richtung der Be rührungslinie (39 in Fig. 2) der Zahnenden.
Fig. 17 ist eine schematische Ansicht einer Kraft einheit, bestehend aus einem Kompressor und Motor. Fig. 18 ist ein schematischer Schnitt nach Linie 18-18 der Fig. 17.
Fig.19 und 20 sind schematische Ansichten zur Erläuterung des Vorteils, erreicht durch Neigung der Achsenebenen der beiden Rotorpaare gegeneinander. Sie können als Schnitte nach Linie 19-19 der Fig. 17 angesehen werden, in der Richtung der Pfeile schauend.
In Fig. 1 bezeichnen 30, 31 die Rotorachsen, die sich in der Spitze 0 schneiden. Der Rotor mit Achse 31 hat N Zähne, während der Rotor mit Achse 30 (N + 1) Zähne besitzt. Die beiden kämmenden Rotoren haben eine bestimmte Momentanachse 32 der Relativbewe gung. Sie kann als Berührungslinie der beiden koni schen Teilflächen aufgefasst werden, die aufeinander abrollen, ohne zu gleiten. Ein jeder Punkt 33 der Momentanachse hat einen Abstand von den Achsen 31, 30 im Verhältnis der Zähnezahlen N, (N + 1).
Es soll s den spitzen Winkel zwischen den Achsen 30, 31 bezeichnen, und p die Neigung der Momentan achse 32 zur Senkrechten. Die Teilkegel-Winkel 28, 29 der beiden Rotoren sind dann (90 -s-p) und (90 + p). Punkt 33 hat dann Abstände (0-33) - cos (s + p) und (0-33) - cos p je von den Achsen 31, 30.
Ihr Verhältnis
EMI0002.0018
<U>cos <SEP> (s <SEP> --f- <SEP> p)</U> <SEP> ist <SEP> gleich <SEP> <U>N</U> <SEP> = <SEP> <B>In.</B>
<tb> cos <SEP> p <SEP> N <SEP> -I- <SEP> 1 Wie bekannt, kann dies umgewandelt werden in
EMI0002.0019
tg <SEP> p <SEP> _ <SEP> <U>cos <SEP> s <SEP> - <SEP> m</U> <SEP> wobei <SEP> m <SEP> = <SEP> <U>N</U>
<tb> sin <SEP> s <SEP> <U>N <SEP> 1</U> Es soll nun numerisch gezeigt werden, eine wieviel grössere Zahnhöhe mit sich schneidenden Achsen er reicht werden kann als mit parallelen Achsen. Beispiels weise für ein Zähnezahlverhältnis N/(N + 1) von 8/9 wird Winkel p = 16 35' bei s = 15 . Die Zahnhöhe 2s im Winkelmass ist dann 30 auf einem Grosskreis gemes sen.
Die Teilung im Winkelmass auf einem Grosskreis gemessen ist
EMI0002.0022
Das Verhältnis der Zahnhöhe zur Teilung ist 30/38,33 = 1/1,28. Für par allele Achsen ist dieses Verhältnis 1/,z _-_ 1/3,14.
Das Zahnhöhenverhältnis hat einen grossen Einfluss auf die erreichbare Zahnform. Auch vergrössert das günstigere Verhältnis die Verdrängung oder Förderung.
Die Rotoren 34, 35 (Fig. 2) mit Achsen 30, 31 sind drehbar in einem Gehäuse 36 gelagert, das aus zwei fest miteinander verbundenen Teilen besteht. Die Ro toren haben Aussenflächen, die in einer gemeinsamen Kugelfläche 37 liegen. Ihr Mittelpunkt 0 liegt im Schnitt punkt der Achsen 30, 31. Das Gehäuse 36 hat eine dazu passende Hohlkugelfläche, die als Abdichtung dient und die durch einen oder mehr Einlasskanäle und Aus lasskanäle 38, 38' unterbrochen ist.
Wenn Fig. 2 und 3 sich auf einen Kompressor be ziehen, so ist der Auslassdruck grösser als der Einlass druck und die Auslassöffnung ist kleiner. 38 ist der Einlass, 38' der Auslass für einen Kompressor. Bei einem Motor ist der Einlassdruck grösser und die Ein lassöffnung ist kleiner. In Fig. 3 ist der Umdrehungssinn rechtsgängig wie die Uhrbewegung für einen Kompres sor, linksgängig für einen Motor. Am inneren Ende reichen die Zähne 45, 46 zu einer Kugelfläche 40 mit demselben Mittelpunkt 0. Diese Kugelfläche reicht an eine zylindrische Fläche 41 heran, die beide am Ende einer Welle 42 angebracht sind.
Der Rotor 34 ist starr mit der Welle 42 verbunden durch zahnartige Vorsprünge, die in Lücken 43 hineinpassen, welche in einer Flansche 44 der Welle 30 angebracht sind.
Fig. 14 bis 16 sind Ansichten der Rotoren 34, 35 in grösserem Massstab. Die ineinander,-reifenden Zähne 45, 46 bilden Zwischenräume 47, 47', 47", . . . von wechselndem Inhalt. Bei Drehung im Sinne des Pfeiles 48 nehmen die Zwischenräume an Inhalt ab. Bei einem Kompressor fängt die Auslassöffnung an, wo sich dieser Inhalt wesentlich verringert hat. <I>Zahnprofile</I> Man mag zuerst die Zähnezahlen N, (N + 1) an nehmen und den Winkel s der Drehachsen. 2s ist dann der Winkel der Zahnhöhe. Dann kommt die Krümmung der äusseren Zahnenden, deren Krümmungsachsen und ihr Winkelabstand voneinander, wenn in Berührung miteinander (Fig. 16). Die betrachteten Zahnoberflächen enthalten Geraden, die alle durch die Spitze 0 gehen.
Das äussere Zahnende liegt entwed--r in einer Kreis- kegelfläche oder in einer Kegelfläche von derselben Krümmung.
In einer Ausführungsart hat das Zahnende 46e (Fig. 14) des Rotors mit N Zähnen eine kreiskegelför mige Oberfläche, deren Achse 50 in Fig. 1 eingezeichnet ist in der Lage, wenn sie in der Ebene der Drehachsen liegt. Sie ist um den Winkel b gegen die Momentanachse 32 geneigt. 50' ist die Lage der Achse 50 nach einer halben Umdrehung um die Rotorachse 31, so dass sie wiederum in der Ebene der Achsen 30, 31 liegt, der Zeichenebene der Fig. 1. Die Krümmungsachse 51' des Zahnendes 45e des Rotors 34 schliesst einen Winkel b' ein mit der Krümmungsachse 50'.
Dieser Winkel wird vorzugsweise kleiner gehalten als die halbe Winkelteilung des grösseren Rotors 34.
Mit sphärischer Trigonometrie kann folgende Formel für Winkel b' abgeleitet werden:
EMI0002.0054
Winkel b wird verändert, bis b' einen annehmbaren Wert erreicht.
Nach Annahme des Zahnendes 46e des Rotors 35 und seiner Krümmungsachse 50 kann die ganze Ober fläche der Zähne 45 bestimmt werden, als die vom Zahnende 46e umhüllte Fläche, wenn das Zahnende sich um Achse 31 dreht, während sich der Rotor 34 um seine eigene Achse dreht im Verhältnis der Zähnezahlen (N + 1) und N, so dass die Teilkegelflächen aufeinander abrollen, ohne zu gleiten.
Wenn das angenommene Zahnende 46e eine Kreis kegelfläche ist, so kann sie durch einen Kegelfräser oder Schleifkörper dargestellt werden, dessen Achse mit Achse 50 übereinstimmt. Wenn nun die Achse dieses Werkzeuges wie oben beschrieben vorschubsmässig re lativ zum Rotor 34 bewegt wird, dann wird das rotie rende Werkzeug dessen Zähne herstellen. Während dieser Bewegung beschreibt die Achse 50 (Fig. 1) eine Kegelfläche, und ihr Punkt 53 beschreibt einen Kreis 53', der in Fig. 1 als Gerade erscheint.
Die Berührungslinie zwischen Rotor 34 und dem kegel förmigen Zahnende liegt immer in einer Ebene, die die Momentanachse 32 und Achse 50 enthält. Die Be rührungslinie ist die Erzeugende der Kegelfläche in dieser Ebene, der Normalebene der erzeugenden Mantel linie. Ganz allgemein ist diejenige Erzeugende in Be rührung, deren Normalebene die Momentanachse ent hält.
Die erwünschte Zahnweite kann erreicht werden durch entsprechende Annahme des Kegelwinkels.
Es soll hervorgehoben werden, dass die Zahnober flächen 45s eine erwünschte mässige Neigung zu Axial ebenen haben, das heisst zu Ebenen die Achse 30 ent halten. Dies wird durch die grössere Zahnhöhe erreicht. Die Profile der Seitenfläche 45s sind weniger als dreissig Grad zur Axialebene (49, Fig. 15) geneigt, die sie in der Mitte schneidet.
Die Seitenflächen 45s kommen mit den Endflächen 46e des Rotors 35 in Berührung. Und sie haben noch eine weitere Berührungslage. Die Normalebene der Berührungslinie kommt noch ein zweites Mal in die Lage, wo sie die Momentanachse enthält, in ihrer Rotation um Achse 30. In dieser zweiten Lage sind die Seitenflächen 45s, 46s der beiden Rotoren 34, 35 in Eingriff. Es geht dies auch aus Fig. 15 hervor. Die Seiten 45s haben offenbar Gegenseiten 46s, mit denen sie kämmen. Die Berührungslagen der Seiten können mit bekannter sphärischer Trigonometrie errechnet wer den. Damit sind auch die Berührungslinien und die Zahnform selbst der Seiten 46s bestimmbar.
54 (Fig. 15) ist die Eingrifflinie der Zahnseiten 45s, 46s, während 54' die Eingriffslinie der entgegengesetzten Zahnseiten darstellt. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Eingriffdauer nach Linie 54 mehr als eine Teilung beträgt, da die Zähne hoch sind. Jederzeit be rühren sich mindestens ein Paar Zähne mit ihren Seiten flächen auf jeder der beiden Seiten. Infolge der mässigen Relativkrümmung der Seitenprofile kann jederzeit eine bedeutende Last übertragen werden, auch bei ungünsti ger Schmierung oder Schmierung mit gasförmigem Medium.
Die punktierte Linie 54e ist die Eingriffslinie der Zahnenden 46e. 33-33a, Fig.2, ist der Zahnkopf oder Addendum des Rotors 34; und 33-33b ist sein Zahn fuss oder Dedendum. Obschon im Ausführungsbeispiel der Zahnkopf kleiner ist als der Zahnfuss, kann er auch grösser sein. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 sind die Einlass- und die Auslassöffnungen alle beide am äusseren Ende der Zähne angebracht, an der Kugel fläche 37.
<I>Weitere Ausführungsbeispiele</I> Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit Einlassöffnung an der inneren Kugelfläche 40 und Auslassöffnung an der äusseren Kugelfläche 37. Diese Ausführung mag bei spielsweise für Flüssigkeitspumpen benützt werden, wo die Zentrifugalwirkung bedeutend mithilft. Die Rotoren 34', 35' mit Drehachsen 30, 31 haben die beschriebene Zahnform. Sie sind drehbar in einem Gehäuse 55 ge lagert, mit dem ein Hohlkörper 56 mit Kugelende 56' fest verbunden ist.
Dieses Ende hat aussen die be schriebene innere Kugelfläche 40 und anschliessend daran eine Zylinderfläche 41', die zur Lagerung des Rotors 34' dient. Flüssigkeit strömt ein, längs Achse 30 und durch die öffnungen 57, welche im Kugelende 56' angebracht sind. Auslassraum 58 führt zu einem nicht eingezeichneten Auslass.
In den bis jetzt beschriebenen Beispielen hat die innere Kugelfläche 40 etwa den halben Durchmesser der äusseren Kugelfläche 37. Wenn die Zähne bis zur Spitze 0 gingen, so wäre das innerhalb der Kugelfläche 40 geförderte Volumen nur ein Achtel des innerhalb der Kugelfläche 37 geförderten Volumens, deren Durch messer doppelt so gross ist. Mit von Kugelfläche 37 bis zur Kugelfläche 40 reichenden Zähnen ist die För derung immer noch 7/8 der grössten möglichen Förde rung innerhalb Kugelfläche 37, während ein bedeutender Herstellungsvorteil erreicht wird beim Schneiden oder Schleifen. Bei anderen Herstellungsverfahren, wie z. B. Pressen, Prägen, Giessen verringert sich dieser Vorteil.
Dann mag die innere Kugelfläche 40 verkleinert wer den bis fast zu null. Fig.5 zeigt einen so gestalteten Rotor 34". Seine innere Kugelfläche 40i ist viel kleiner. Ihre Aussenseite ist direkt am Rotor 34" angebracht.
Verhältnismässig kleine innere Kugelflächen mögen auch an sehr grossen Rotoren verwendet werden, und auch an Rotoren für äusserst hohe Geschwindigkeiten, wo erhöhte Herstellungskosten annehmbar sind.
Fig. 6 ist eine Axialansicht eines Rotors 34" der als Rotor 34 oder 34' wie beschrieben verwendet werden kann. Er hat gerade Zähne 60, die gegen die Spitze 0 gerichtet sind, wo sich die Achsen der beiden Rotoren schneiden. Die Zahnoberfläche enthält gerade Linien, die alle durch die Spitze 0 gehen.
Fig. 7 ist eine Axialansicht eines Rotors 34b, dessen Zähne 60b der Länge nach gekrümmt sind, haupt sächlich für schnellere Herstellung bei kleinen und mittleren Abmessungen. Entgegengesetzte Zahnseiten 61, 61' sind der Länge nach je konvex und konkav. In der Mitte sind die Zähne gegen die Spitze 0 zugerichtet.
Der in Fig. 8 abgebildete Rotor 34, hat längsge krümmte Zähne 60, die spiralförmig angeordnet sind. Solche Zähne kommen in Erwägung hauptsächlich in der in Fig. 4 dargestellten Ausführung. Die mit Fig. 6 bis Fig. 8 beschriebenen Gestaltungen können jede in beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Wenn erwünscht, können Leitschaufeln in den Ein lass- und Auslassöffnungen eingebaut werden, um eine erwünschte Strömung weiterhin zu sichern.
<I>Herstellung</I> Ein Herstellungsverfahren für Rotor 34 mit geraden nach der Spitze gerichteten Zähnen ist schon beschrieben worden. Der damit laufende Rotor 35 kann auch mit einem solchen Kegelfräser in einer ähnlichen Abwälz- bewegung geschnitten werden. Jedoch sind dann die Drehbewegungen um die beiden sich schneidenden Ach sen in einem veränderlichen Verhältnis. Diese Abände rung der Übersetzung mag beispielsweise durch Nocken bewirkt werden.
Ein weiteres Verfahren, das auch für grosse Abmes sungen günstig ist, soll nun mit Fig. 9 beschrieben wer den. Es verwendet einen gleichartigen Kegelfräser 62 oder Schleifkörper, dessen Achse 63 die Achse 30 des Werkstückes 34a an der Spitze 0 schneidet. Der Fräser 62 rotiert um seine Achse zum Schneiden, während sich das Werkstück 34a langsam um seine Achse 30 dreht, und während der Fräser um die Spitze 0 entsprechend vorgeschoben wird. Er wird um eine durch 0 gehende Achse vorgeschoben, die senkrecht zur Werkstückachse 30 und zur Zeichenebene stehen mag.
Eine weitere Lage 62' des Fräsers in seiner Vorschubbewegung ist ge strichelt eingezeichnet. Die Vorschubbewegung des Frä- sers um 0 steht in einem veränderlichen Verhältnis zur Drehbewegung des Werkstückes. Es ist eine lang same hin und her gehende Schwenkung um 0 zwischen zwei Endlagen 62, 62'. Das Werkstück kann sich gleich förmig langsam um seine Achse drehen. Jedoch kann eine schnellere Herstellung erzielt werden durch peri odische Abänderung seiner Drehgeschwindigkeit.
Der Rotor 35 des Paares kann mit einem gleich artigen Fräser in einem gleichartigen Verfahren her gestellt werden. Dabei ist jedoch der Vorschub des Fräsers in anderer Weise von der Drehbewegung des Werkstückes abhängig.
Fig. 10 bis 12 beziehen sich auf eine Herstellung mit hin und her gehendem Werkzeug. Hobelstahl 64 oder Schleifscheibe 64' haben ein konvex gekrümmtes Ar beitsprofil 65 oder Schnittkante, das mindestens so stark gekrümmt ist wie das konkave Bodenprofil am inneren Zahnende des Rotors. Es ist ein Kreisbogen mit Mittelpunkt 67 (Fig. 11). Die Seiten 68 dienen nur zur Festlegung des Arbeitsprofils, ohne zur Zahnge staltung beizutragen. Hobelstahl 64 oder Schleifscheibe 64' wird längs der Zähne nach Linie 70 gegen die Spitze 0 zu und davon weg bewegt.
Die Gerade 70 liegt in der Zeichenebene der Fig. 10 und steht senkrecht zur Zei chenebene der Fig. 11 und 12. Fig. 10 und 11 zeigen die Vorschubslage, wo das Werkzeug den Zahnboden längs Linie 70 bearbeitet. Die Zahnseitenflächen werden erzeugt, während das Werkstück 34 um Achse 59 ver schoben wird, die durch 0 geht und senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 10 steht. In der gestrichelt ein gezeichneten Lage 34i des Werkstückes wird eine durch 0 gehende Gerade einer Seitenfläche erzeugt. Fig. 12 zeigt dieselbe Lage des Werkstückes.
Um jederzeit längs einer im Raum fest stehenden Geraden 70 zu schneiden oder zu schleifen, wird das Schneidwerkzeug oder die Schleifscheibe in einem Kreis bogen 72 (Fig. 12) um eine Achse verschoben, die mit der Geraden 70 übereinstimmt. Dieser Vorschub erfolgt in der Weise, dass die Profilneigung des Werkzeuges längs der Geraden 70 beständig mit der Profilneigung des Werkstückzahnes übereinstimmt, d. h. dass das Werkzeug das Werkstück längs der Geraden 70 tangiert.
Diese zusätzliche Vorschubbewegung des Werkzeuges kann eine kreisförmige Translation sein, wobei das Werkzeug stets in paralleler Lage bleibt, und wobei Mittelpunkt 67 den Kreisbogen 72 beschreibt. Die zusätzliche Vorschubbewegung ist der Drehbewegung des Werkstückes in Abhängigkeit zugeordnet. Auch die Vorschubbewegung um Spitze 0 zwischen Werkstück und Werkzeug ist der Drehbewegung des Werkstückes zugeordnet, wiederum in einem veränderlichen Ver hältnis.
Das Verfahren ist fortlaufend. Das Werkstück wird einmal um Achse 59 vorgeschoben und zurückgescho ben für jeden Zahn, während sich das Werkstück be ständig um seine Achse dreht. Die Drehung kann gleich förmig oder periodisch veränderlich erfolgen. Nach einer vollen Umdrehung des Werkstückes sind die Zähne fertiggestellt.
Eine Schleifscheibe 64' (Fig. 10) muss klein genug sein, so dass sie das Werkstück nicht berührt auf der entgegengesetzten Seite (links in Fig. 10). Diese Ein schränkung wird gemildert, wenn der grössere Rotor 34 des Paares eine ungerade Zähnezahl hat. Dann kann die Schleifscheibe auf der entgegengesetzten Seite etwas in eine Zahnlücke hineinreichen.
Schruppen kann durch einen Fräser 64" (Fig.10) von gleichem Kreisprofil erfolgen, ohne hin und her gehende Bewegung, aber mit denselben Vorschubbewe- gungen.
Spiralzähne können geschnitten werden durch Zu satz einer fortlaufenden Drehbewegung des Werkstückes, wobei die Schnittgeschwindigkeit des Hobelstahles von dieser zusätzlichen Bewegung abhängig gemacht wird und beispielsweise gleichförmig erfolgt.
Fig. 13 veranschaulicht ein Arbeitsprofil von verän derlicher Krümmung. Es ist konvex und am meisten gekrümmt am Ende 74 und weniger gekrümmt auf beiden Seiten 75. Es kann an einem geradlinig bewegten Hobelstahl oder einer Schleifscheibe verwendet werden, oder auch an einem Stahl 76, der um eine Achse 77 zum Schneiden hin und her geschwenkt wird.
Achse 77 liegt in einer zur Geraden 70 senkrechten Ebene. In dieser Ebene geht auch hier das Schnittprofil durch einen Punkt der Geraden 70. Die zusätzliche Vorschubbewegung des Werkzeuges erfolgt allgemein in der Weise, dass das Arbeitsprofil in dieser Ebene stets diesen Punkt schneidet und stets wie das Zahnprofil geneigt ist. Alle andern Vorschubbewegungen sind gleich wie in dem mit Fig. 10 bis 12 beschriebenen Verfahren. Sie sind derart, dass die feststehende Gerade 70 die Zahnoberflächen beschreibt.
Ein Arbeitsprofil (73) von veränderlicher Krüm mung hat weniger Abnützung und ergibt eine verfeinerte Oberflächenbeschaffenheit oder schnellere Herstellung der Rotoren.
Es soll noch erwähnt werden, dass die beschriebene Zahnform besonders geeignet ist zur Verfeinerung durch Schaben, Einlaufen und Läppen, wobei die vielen gleich zeitigen Berührungsstellen eine gleichförmige Bewegung erzwingen.
<I>Einheiten mit</I> mehreren Rotorpaaren Schematische Ansicht Fig. 17 zeigt eine Anordnung mit zwei Rotorpaaren 80, 81 und 82, 83 von verschie dener Fördermenge, in einem gemeinsamen Gehäuse 84 eingebaut. Die Einheit kann als Motor oder auch als Kältemaschine gebaut werden. Für einen Motor sind die Rotoren 80, 81 der bewegliche Teil eines Kompressors. Luftzufuhr ist durch Kanal 85. Kanal 86 führt die ver dichtete Luft in einen Verbrennungsraum schematisch als 88 eingezeichnet. Kanal 89 führt das Verbrennungs gas zum anderen Rotorpaar 82, 83. Ein Abgaskanal 90 führt das verbrauchte Verbrennungsgas nach aussen.
Der zwischen den Drehachsen 91, 92 der Rotoren 80, 81 eingeschlossene Winkel ist vorzugsweise kleiner als der zwischen den Drehachsen 92, 93 der Rotoren 82, 83 eingeschlossene Winkel, der zwischen einer Drehachse und der Verlängerung der anderen Drehachse gebildet wird. Die Rotoren 81, 82 haben eine gemein same Achse 92 und sind fest miteinander verbunden. Ausserdem ist vorzugsweise die Ebene der sich schnei denden Achsen 91, 92 zur Eene der sich schneiden den Achsen 92, 93 geneigt, um einen besseren Druck ausgleich zwischen den Rotoren 81, 82 zu erzielen. Der Grund dieser Neigung soll nun mit Fig. 19 und 20 be schrieben werden.
Fig.19 veranschaulicht die Belastung, wenn die Achsen 91, 92, 93 alle in einer Ebene sind. Die Druck luft übt einen einseitigen Druck auf den Rotor 81 aus. Dieser Druck mag längs des Pfeiles 94 erfolgen, der in Fig. 17 und 19 eingezeichnet ist. Er schneidet die Mittel ebene 78 der Welle 78' in einem Punkt 79. Ein ähn licher einseitiger Druck wirkt auf Rotor 82. Er mag längs des Pfeiles 95 erfolgen, der die Ebene 78 im Punkte 96 schneidet. Die Länge der Pfeile entspricht der Grösse der Last.
Die axialen Druckkomponenten durch die Punkte 79, 96 wirken gegeneinander und heben sich zum Teil auf, bilden aber auch ein Dreh moment in einer durch 79, 96 gehenden Ebene, die parallel zur Achse 92 verläuft. Das Drehmoment nimmt zu mit zunehmendem Abstand der Punkte 79, 96 von einander. Die längs der Pfeile 94, 95 wirkenden Kräfte können in einer Resultierenden 92-97 (Fig. 19) zu sammengefasst werden plus einem Drehmoment um Achse 92. Das Drehmoment ist die Differenz der Dreh momente, die durch die Punkte 79, 96 gehenden Kräfte bewirkt werden.
Fig. 20 veranschaulicht die Wirkung einer Neigung der Ebene der Achsen 91, 92 um Achse 92. Die Neigung bringt Punkt 79 in die Lage 79' nahe bei Punkt 96. Die Resultierende 92-97' ist etwas kleiner als die Resul tierende 92-97. Aber der Hauptgewinn liegt in der scharfen Verkleinerung des durch die axialen Kraft komponenten bewirkten Drehmomentes, die nun durch die Punkte 79', 96 gehen. Schema Fig.17 ist der Fig. 20 entsprechend aufzufassen.
Das Drehmoment, das auf den Rotor 82 des Motors ausgeübt wird, treibt den Kompressor. Nur ein kleiner Teil davon wird durch die Zahnseiten des Rotorpaares 82, 83 übertragen.
Im Betrieb wird Luft durch das Rotorpaar 80, 81 komprimiert in einem durch Kante 87 (Fig. 17) der Auslassöffnung bestimmten Mass. Dieser Druck bleibt im Verbrennungsraum bestehen, wo die Temperatur erhöhung das Volumen vergrössert. Dadurch benötigt das Rotorpaar 82, 83 ein grösseres gefördertes Volumen, das durch einen grösseren Druchmesser und einen ver grösserten Winkel (s) der Drehachsen erreicht werden kann.
Wenn die Brennstoffzufuhr verkleinert wird, dann nimmt das Volumen im Verbrennungsraum weniger zu, und der Druck darin nimmt ab. Die Druckluft dehnt sich aus nach Austritt aus dem Kompressor, wobei sich ihr Volumen vergrössert, bis die weitere Vergrösserung durch Verbrennung es dem durch das Rotorpaar 82, 83 geförderten Volumen gleich macht.
Ein erhöhter Wirkungsgrad bei veränderter Be lastung kann durch Veränderung der Auslassöffnung des Kompressors erreicht werden, wobei die Auslassöffnung vergrössert wird bei verkleinerter Brennstoffzufuhr. Dies verkleinert den im Kompressor erreichten Luftdruck, so dass er dem im Verbrennungsraum herrschenden Druck etwa gleich ist.
Fig. 17 und 18 zeigen schematisch eine Ausführung zur Veränderung der Auslassöffnung. Die Kante 87 der Auslassöffnung ist an einem Schieber 98 angebracht, der um Achse 91 gemäss der Brennstoffzufuhr ver schoben werden kann. Seine gestrichelt eingezeichnete Lage 98' entspricht einer Einstellung für verringerte Zufuhr und verkleinerten Luftdruck. Die Auslasskante ist dann in der Lage 87'. Die Verschiebung am anderen Ende 98e hat wenig Wirkung auf die Leistung, da dort fast keine Volumenveränderung stattfindet.
Kühlung der heissen Teile mag in irgendeiner be kannten Art geschehen.
Wenn Fig. 17 eine Kälteeinheit betrifft, dann geht die frische Luft durch das grössere Rotorpaar 82, 83 und wird dort komprimiert. Dabei erhitzt sich die Luft und kommt dann zur Abkühlung in einen Raum 88, allgemein in einen Raum zur Temperaturveränderung. Nach der Abkühlung wird die komprimierte Luft zu den Rotoren 80, 81 geleitet, die nun als Motor dienen. Während die Luft dort expandiert, fällt ihre Tempera tur und ein Strom frischer kühler Luft verlässt die Einheit.
Displacement machine The invention relates to a positive displacement machine, in particular a compressor, motor or pump, which contains at least two intermeshing rotors provided with teeth.
Pumps of this general description, whose Ro gates run on parallel axes, are known. Your larger rotor has internal teeth and surrounds the smaller rotor. This known design has a certain and very limited tooth height, which is exactly one module, i. H. a tooth division divided by z = 3.1416. The low tooth height results in a correspondingly small delivery rate. There are also other restrictions.
The present invention is intended to remedy these limitations. It should create rotors with a larger tooth height, with tooth heights mostly greater than two modules and with a correspondingly larger delivery rate. These rotors should also be able to withstand greater centrifugal forces of inertia than known rotors with internal teeth, so that they can run faster. The inertial forces should also act more in the longitudinal direction of the teeth so that the tooth shape is retained more precisely.
The known rotors with parallel axes come into contact mainly on the strongly curved end surfaces of the teeth. These touch the side surfaces and the end surfaces of the teeth of the other rotor. Due to the small tooth height and the resulting strong profile inclination, the tooth sides only come into engagement with one another for a short time. An important purpose of the invention is to provide teeth whose less inclined side surfaces remain in contact with one another for much longer so that there is constant contact between side surfaces.
These different desired properties are achieved according to the invention in that the number of teeth of the two intermeshing rotors are different by one tooth and the axes of rotation of these rotors are at an angle to one another, so that tooth contact takes place over the entire circumference.
The invention will be explained with reference to embodiments shown in the drawings, in which Fig. 1 is a schematic view to explain the theory.
Fig.2 is an axial section of a game Ausführungsbei.
Fig. 3 is a section on lines 3-3 of Fig. 2. Fig. 4 is an axial section of another embodiment. Fig.5 is an axial section, partially a side view, of a rotor of a further embodiment. Figure 6 is an axial view of a rotor with straight, tip-facing teeth.
Figure 7 is a similar view of a rotor with the teeth curved lengthwise.
Figure 8 is an axial view of a rotor having the teeth curved lengthwise and spirally arranged.
9 is a schematic view for explaining a way of manufacturing the rotor teeth, the rotor appearing in axial section.
Fig. 10 is a similar diagram of the use of a planing steel or alternatively a reciprocating grinding wheel.
Figure 11 is a view corresponding to Figure 10 looking in the direction of tool movement. The drawn tool works on the tooth base.
Fig. 12 is another view in the direction of tool movement with the tool working on one tooth side. It shows the rotor in an inclined position.
FIG. 13 is a schematic view, like FIG. 12, for a tool of a different profile.
14 is a larger-scale view of the rotors of FIG. 2 looking in the direction perpendicular to the plane of the axes.
Fig. 15 is a partial view thereof looking in the direction of the instantaneous axis (32 in Fig. 2). It shows the teeth in full engagement. Fig. 16 is a partial view taken in the direction of the line of contact (39 in Fig. 2) of the tooth ends.
Fig. 17 is a schematic view of a power unit consisting of a compressor and motor. FIG. 18 is a schematic section along line 18-18 of FIG. 17.
19 and 20 are schematic views to explain the advantage achieved by inclining the axial planes of the two pairs of rotors with respect to one another. They can be viewed as sections along line 19-19 of Figure 17, looking in the direction of the arrows.
In FIG. 1, 30, 31 designate the rotor axes which intersect at the tip 0. The rotor with axis 31 has N teeth, while the rotor with axis 30 has (N + 1) teeth. The two intermeshing rotors have a certain instantaneous axis 32 of the Relativbewe movement. It can be understood as the line of contact between the two conical partial surfaces that roll on each other without sliding. Each point 33 of the instantaneous axis is at a distance from the axes 31, 30 in the ratio of the number of teeth N, (N + 1).
It should s denote the acute angle between the axes 30, 31, and p the inclination of the current axis 32 to the vertical. The pitch cone angles 28, 29 of the two rotors are then (90 -s-p) and (90 + p). Point 33 then has distances (0-33) - cos (s + p) and (0-33) - cos p from axes 31, 30.
Your relationship
EMI0002.0018
<U> cos <SEP> (s <SEP> --f- <SEP> p) </U> <SEP> is <SEP> equal to <SEP> <U> N </U> <SEP> = <SEP > <B> In. </B>
<tb> cos <SEP> p <SEP> N <SEP> -I- <SEP> 1 As known, this can be converted into
EMI0002.0019
tg <SEP> p <SEP> _ <SEP> <U> cos <SEP> s <SEP> - <SEP> m </U> <SEP> where <SEP> m <SEP> = <SEP> <U> N </U>
<tb> sin <SEP> s <SEP> <U> N <SEP> 1 </U> It should now be shown numerically how much greater tooth height can be achieved with intersecting axes than with parallel axes. For example, for a gear ratio N / (N + 1) of 8/9, the angle p = 16 35 'at s = 15. The tooth height 2s in angular dimensions is then measured 30 on a large circle.
The angular division is measured on a great circle
EMI0002.0022
The ratio of the tooth height to the pitch is 30 / 38.33 = 1 / 1.28. For parallel axes this ratio is 1 /, z _-_ 1 / 3.14.
The tooth height ratio has a major influence on the achievable tooth shape. The more favorable ratio also increases the displacement or promotion.
The rotors 34, 35 (Fig. 2) with axes 30, 31 are rotatably mounted in a housing 36 which consists of two parts firmly connected to one another. The Ro gates have outer surfaces that lie in a common spherical surface 37. Your center 0 is at the intersection of the axes 30, 31. The housing 36 has a matching hollow spherical surface which serves as a seal and which is interrupted by one or more inlet channels and outlet channels 38, 38 '.
If Fig. 2 and 3 refer to a compressor be, the outlet pressure is greater than the inlet pressure and the outlet opening is smaller. 38 is the inlet, 38 'the outlet for a compressor. In an engine, the inlet pressure is higher and the inlet opening is smaller. In Fig. 3, the sense of rotation is right-handed like the clock movement for a Kompres sor, left-handed for a motor. At the inner end, the teeth 45, 46 extend to a spherical surface 40 with the same center point 0. This spherical surface extends to a cylindrical surface 41, both of which are attached to the end of a shaft 42.
The rotor 34 is rigidly connected to the shaft 42 by tooth-like projections which fit into gaps 43 which are mounted in a flange 44 of the shaft 30.
14 to 16 are views of the rotors 34, 35 on a larger scale. The interlocking teeth 45, 46 form interspaces 47, 47 ', 47 ",... Of varying content. When rotated in the direction of arrow 48, the interspaces decrease in content. In a compressor, the outlet opening begins where <I> Tooth profiles </I> One may first assume the number of teeth N, (N + 1) and the angle s of the axes of rotation. 2s is then the angle of the tooth height. Then comes the curvature of the outer tooth ends , their axes of curvature and their angular distance from one another when in contact with one another (Fig. 16) The tooth surfaces under consideration contain straight lines which all pass through the tip 0.
The outer tooth end lies either in a circular conical surface or in a conical surface with the same curvature.
In one embodiment, the tooth end 46e (FIG. 14) of the rotor with N teeth has a circular cone shaped surface, the axis 50 of which is shown in FIG. 1 in the position when it lies in the plane of the axes of rotation. It is inclined to the instantaneous axis 32 by the angle b. 50 'is the position of the axis 50 after half a revolution around the rotor axis 31, so that it again lies in the plane of the axes 30, 31, the plane of the drawing in FIG. 1. The axis of curvature 51' of the tooth end 45e of the rotor 34 includes one Angle b 'a with the axis of curvature 50'.
This angle is preferably kept smaller than half the angular division of the larger rotor 34.
With spherical trigonometry, the following formula can be derived for angle b ':
EMI0002.0054
Angle b is varied until b 'reaches an acceptable value.
After assuming the tooth end 46e of the rotor 35 and its axis of curvature 50, the entire upper surface of the teeth 45 can be determined as the area enclosed by the tooth end 46e when the tooth end rotates about axis 31 while the rotor 34 rotates about its own axis in the ratio of the number of teeth (N + 1) and N, so that the partial conical surfaces roll on one another without sliding.
If the assumed tooth end 46e is a circular conical surface, it can be represented by a bevel cutter or grinding wheel, the axis of which coincides with axis 50. If now the axis of this tool is moved as described above in terms of feed relative to the rotor 34, then the rotating tool will produce its teeth. During this movement, the axis 50 (FIG. 1) describes a conical surface, and its point 53 describes a circle 53 'which appears as a straight line in FIG.
The line of contact between the rotor 34 and the conical tooth end is always in a plane containing the instantaneous axis 32 and axis 50. The line of contact is the generating line of the conical surface in this plane, the normal plane of the generating envelope line. In general, that generator is in contact whose normal plane contains the instantaneous axis.
The desired tooth width can be achieved by appropriately assuming the taper angle.
It should be emphasized that the tooth surfaces 45s have a desired moderate inclination to axial planes, that is, to planes the axis 30 keep ent. This is achieved through the larger tooth height. The profiles of the side surface 45s are inclined less than thirty degrees to the axial plane (49, FIG. 15) which it intersects in the middle.
The side surfaces 45s come into contact with the end surfaces 46e of the rotor 35. And they have one more point of contact. The normal plane of the line of contact comes a second time into the position where it contains the instantaneous axis, in its rotation about axis 30. In this second position, the side surfaces 45s, 46s of the two rotors 34, 35 are in engagement. This can also be seen from FIG. 15. The sides 45s apparently have opposite sides 46s that they mesh with. The contact positions of the sides can be calculated using the known spherical trigonometry. In this way, the lines of contact and the tooth shape even of the sides 46s can be determined.
54 (FIG. 15) is the line of engagement of the tooth sides 45s, 46s, while 54 'represents the line of engagement of the opposite tooth sides. It can be readily seen that the duration of engagement along line 54 is more than one division, since the teeth are high. At any time, at least one pair of teeth touch each other with their side surfaces on each of the two sides. Due to the moderate relative curvature of the side profiles, a significant load can be transferred at any time, even with unfavorable lubrication or lubrication with a gaseous medium.
The dotted line 54e is the line of engagement of the tooth ends 46e. 33-33a, Fig.2, is the tooth tip or addendum of the rotor 34; and 33-33b is its tooth base or dedendum. Although the tooth tip is smaller than the tooth root in the exemplary embodiment, it can also be larger. In the embodiment of FIGS. 2 and 3, the inlet and outlet openings are both attached to the outer end of the teeth, on the spherical surface 37.
<I> Further exemplary embodiments </I> FIG. 4 shows an embodiment with an inlet opening on the inner spherical surface 40 and an outlet opening on the outer spherical surface 37. This embodiment may be used, for example, for liquid pumps, where the centrifugal effect helps significantly. The rotors 34 ', 35' with axes of rotation 30, 31 have the tooth shape described. They are rotatably stored in a housing 55 ge, with which a hollow body 56 with ball end 56 'is firmly connected.
This end has the outside be written inner spherical surface 40 and then a cylindrical surface 41 ', which is used to support the rotor 34'. Liquid flows in along the axis 30 and through the openings 57 which are made in the ball end 56 '. Outlet space 58 leads to an outlet (not shown).
In the examples described so far, the inner spherical surface 40 has approximately half the diameter of the outer spherical surface 37. If the teeth went to the tip 0, the volume conveyed within the spherical surface 40 would be only one eighth of the volume conveyed within the spherical surface 37 Diameter is twice as large. With teeth ranging from spherical surface 37 to spherical surface 40, the För derung is still 7/8 of the largest possible Förde tion within spherical surface 37, while a significant manufacturing advantage is achieved when cutting or grinding. In other manufacturing processes, such as. B. pressing, embossing, casting, this advantage is reduced.
Then the inner spherical surface 40 may be reduced to almost zero. 5 shows a rotor 34 "designed in this way. Its inner spherical surface 40i is much smaller. Its outer side is attached directly to the rotor 34".
Relatively small inner spherical surfaces may also be used on very large rotors, and also on rotors for extremely high speeds, where increased manufacturing costs are acceptable.
Fig. 6 is an axial view of a rotor 34 "which can be used as a rotor 34 or 34 'as described. It has straight teeth 60 directed towards the tip 0 where the axes of the two rotors intersect. The tooth surface contains straight Lines all going through the tip 0.
Fig. 7 is an axial view of a rotor 34b, the teeth 60b of which are curved lengthways, mainly for faster manufacture in small and medium dimensions. Opposite tooth sides 61, 61 'are convex and concave depending on the length. In the middle the teeth are trimmed against the tip 0.
The rotor 34 shown in Fig. 8 has longitudinally curved teeth 60 which are arranged in a spiral. Such teeth come into consideration mainly in the embodiment shown in FIG. The configurations described with FIGS. 6 to 8 can each be used in both of the described exemplary embodiments.
If desired, guide vanes can be installed in the inlet and outlet openings to continue to ensure a desired flow.
<I> Production </I> A production method for rotor 34 with straight teeth directed towards the tip has already been described. The rotor 35 running with it can also be cut with such a conical milling cutter in a similar rolling movement. However, the rotational movements around the two intersecting axes are then in a variable ratio. This modification of the translation may be effected, for example, by cams.
Another method, which is also favorable for large dimensions, will now be described with FIG. 9 to whoever. It uses a similar conical milling cutter 62 or grinding body, the axis 63 of which intersects the axis 30 of the workpiece 34a at the tip 0. The milling cutter 62 rotates about its axis for cutting, while the workpiece 34a rotates slowly about its axis 30, and while the milling cutter is advanced around the tip O accordingly. It is advanced about an axis going through 0, which may be perpendicular to the workpiece axis 30 and to the plane of the drawing.
Another position 62 'of the milling cutter in its feed movement is shown in dashed lines. The feed movement of the milling cutter around 0 is in a variable relationship to the rotary movement of the workpiece. It is a slow back and forth pivoting about 0 between two end positions 62, 62 '. The workpiece can rotate slowly and uniformly around its axis. However, faster manufacture can be achieved by periodically changing its speed of rotation.
The rotor 35 of the pair can be made with a similar milling cutter in a similar process. In this case, however, the feed of the milling cutter is dependent in a different way on the rotational movement of the workpiece.
Figures 10 through 12 relate to reciprocating tool manufacture. Planing steel 64 or grinding wheel 64 'have a convexly curved Ar beitsprofil 65 or cutting edge that is at least as strongly curved as the concave bottom profile at the inner tooth end of the rotor. It is an arc with a center point 67 (FIG. 11). Pages 68 only serve to define the work profile without contributing to the tooth design. Planing steel 64 or grinding wheel 64 'is moved along the teeth along line 70 towards tip 0 and away from it.
The straight line 70 lies in the drawing plane of FIG. 10 and is perpendicular to the drawing plane of FIGS. 11 and 12. FIGS. 10 and 11 show the feed position where the tool processes the tooth base along line 70. The tooth side surfaces are generated while the workpiece 34 is displaced about axis 59, which passes through 0 and is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. In the position 34i of the workpiece, shown in dashed lines, a straight line through 0 is generated on a side surface. Fig. 12 shows the same position of the workpiece.
In order to cut or grind at any time along a straight line 70 that is stationary in space, the cutting tool or the grinding wheel is moved in a circular arc 72 (FIG. 12) about an axis that coincides with the straight line 70. This advance takes place in such a way that the profile inclination of the tool along the straight line 70 constantly coincides with the profile inclination of the workpiece tooth; H. that the tool is tangent to the workpiece along straight line 70.
This additional feed movement of the tool can be a circular translation, the tool always remaining in a parallel position, and the center 67 describing the circular arc 72. The additional feed movement is assigned as a function of the rotary movement of the workpiece. The feed movement around tip 0 between the workpiece and the tool is also assigned to the rotational movement of the workpiece, again in a variable ratio.
The process is ongoing. The workpiece is advanced once about axis 59 and pushed back ben for each tooth, while the workpiece rotates constantly be around its axis. The rotation can take place uniformly or periodically variable. After a full rotation of the workpiece, the teeth are finished.
A grinding wheel 64 '(Fig. 10) must be small enough that it does not touch the workpiece on the opposite side (left in Fig. 10). This restriction is mitigated when the larger rotor 34 of the pair has an odd number of teeth. Then the grinding wheel can reach somewhat into a tooth gap on the opposite side.
Roughing can be carried out using a milling cutter 64 "(Fig. 10) of the same circular profile, without moving back and forth, but with the same feed movements.
Spiral teeth can be cut by adding a continuous rotational movement of the workpiece, the cutting speed of the planing steel being made dependent on this additional movement and, for example, taking place uniformly.
Fig. 13 illustrates a working profile of varying curvature. It is convex and most curved at the end 74 and less curved on both sides 75. It can be used on a straight planing steel or grinding wheel, or on a steel 76 that is pivoted back and forth about an axis 77 for cutting .
Axis 77 lies in a plane perpendicular to straight line 70. In this plane, too, the sectional profile passes through a point of the straight line 70. The additional feed movement of the tool generally takes place in such a way that the working profile in this plane always intersects this point and is always inclined like the tooth profile. All other feed movements are the same as in the method described with FIGS. 10 to 12. They are such that the fixed straight line 70 describes the tooth surfaces.
A working profile (73) of variable curvature has less wear and tear and results in a more refined surface finish or faster manufacture of the rotors.
It should also be mentioned that the tooth shape described is particularly suitable for refinement by scraping, running in and lapping, with the many simultaneous points of contact forcing a uniform movement.
<I> Units with </I> several pairs of rotors Schematic view FIG. 17 shows an arrangement with two pairs of rotors 80, 81 and 82, 83 of different delivery rates, installed in a common housing 84. The unit can be built as a motor or as a refrigeration machine. For a motor, the rotors 80, 81 are the moving part of a compressor. Air is supplied through channel 85. Channel 86 leads the compressed air into a combustion chamber, shown schematically as 88. Channel 89 leads the combustion gas to the other pair of rotors 82, 83. An exhaust gas channel 90 leads the used combustion gas to the outside.
The angle enclosed between the axes of rotation 91, 92 of the rotors 80, 81 is preferably smaller than the angle enclosed between the axes of rotation 92, 93 of the rotors 82, 83, which is formed between one axis of rotation and the extension of the other axis of rotation. The rotors 81, 82 have a common axis 92 and are firmly connected to one another. In addition, the plane of the intersecting axes 91, 92 is preferably inclined to the Eene of the intersecting axes 92, 93 in order to achieve better pressure compensation between the rotors 81, 82. The reason for this tendency will now be described with FIGS. 19 and 20.
Fig. 19 illustrates the loading when the axes 91, 92, 93 are all in one plane. The compressed air exerts a one-sided pressure on the rotor 81. This pressure may take place along the arrow 94, which is shown in FIGS. 17 and 19. It intersects the central plane 78 of the shaft 78 'at a point 79. A similar unilateral pressure acts on the rotor 82. It may take place along the arrow 95 which intersects the plane 78 at the point 96. The length of the arrows corresponds to the size of the load.
The axial pressure components through the points 79, 96 act against each other and partially cancel each other out, but also form a torque in a plane passing through 79, 96 which runs parallel to the axis 92. The torque increases as the distance between the points 79, 96 increases. The forces acting along the arrows 94, 95 can be summarized in a resultant 92-97 (FIG. 19) plus a torque about axis 92. The torque is the difference between the torques caused by the forces going through the points 79, 96 will.
Fig. 20 illustrates the effect of inclining the plane of axes 91, 92 about axis 92. The inclination brings point 79 to position 79 'close to point 96. Resultant 92-97' is slightly smaller than Resultant 92-97 . But the main benefit lies in the sharp reduction in the torque caused by the axial force components, which now go through points 79 ', 96. Scheme Fig.17 is to be interpreted in accordance with Fig. 20.
The torque applied to the motor's rotor 82 drives the compressor. Only a small part of this is transmitted through the tooth sides of the rotor pair 82, 83.
During operation, air is compressed by the rotor pair 80, 81 to a degree determined by the edge 87 (FIG. 17) of the outlet opening. This pressure remains in the combustion chamber, where the increase in temperature increases the volume. As a result, the rotor pair 82, 83 requires a larger conveyed volume, which can be achieved by a larger diameter and a larger angle (s) of the axes of rotation.
When the fuel supply is reduced, the volume in the combustion chamber increases less and the pressure therein decreases. The compressed air expands after exiting the compressor, its volume increasing, until the further increase through combustion makes it equal to the volume conveyed by the rotor pair 82, 83.
Increased efficiency with a changed load can be achieved by changing the outlet opening of the compressor, the outlet opening being enlarged with a reduced fuel supply. This reduces the air pressure reached in the compressor so that it is roughly the same as the pressure in the combustion chamber.
17 and 18 schematically show an embodiment for changing the outlet opening. The edge 87 of the outlet opening is attached to a slide 98 which can be pushed ver about axis 91 according to the fuel supply. Its position 98 'drawn in dashed lines corresponds to a setting for reduced supply and reduced air pressure. The outlet edge is then in position 87 '. The shift at the other end 98e has little effect on the performance, since there is almost no change in volume.
The hot parts may be cooled in any known way.
When FIG. 17 relates to a refrigeration unit, the fresh air passes through the larger pair of rotors 82, 83 and is compressed there. The air is heated in the process and then comes to cool in a room 88, generally in a room for changing the temperature. After cooling, the compressed air is directed to the rotors 80, 81, which now serve as a motor. As the air expands there, its temperature drops and a stream of fresh, cool air leaves the unit.