CH635403A5

CH635403A5 - SCREW MACHINE.

Info

Publication number: CH635403A5
Application number: CH980678A
Authority: CH
Inventors: Edouard Klaey
Original assignee: Edouard Klaey; Beyeler Johann
Priority date: 1978-09-20
Filing date: 1978-09-20
Publication date: 1983-03-31
Also published as: NO150696B; CA1120447A; FR2436876B1; GB2030227B; IT7925903A0; DK146861C; JPS5543288A; ATA571279A; NO792870L; AU5037079A; FR2436876A1; IN153024B; IE48625B1; GR66587B; IE791634L; MX149042A; DE2934065A1; IT1123269B; YU228779A; ES484284A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelmaschine zum Verdichten oder Entspannen eines zugeführten Mediums, mit zwei miteinander kämmenden, in zwei parallelen Achsen liegenden schraubenartigen Spindeln mit in Spindellängsrichtung abnehmendem oder zunehmendem Nutquerschnitt, welche Spindeln in einem Gehäuse mit wenigstens einer Einlass- und wenigstens einer Auslassöffnung eingebaut sind. The invention relates to a screw machine for compressing or relaxing a supplied medium, with two intermeshing screw-like spindles lying in two parallel axes with a groove cross-section decreasing or increasing in the longitudinal direction of the spindle, which spindles are installed in a housing with at least one inlet and at least one outlet opening.

Im Handel sind Schraubenkompressoren zur Erzeugung von Druckluft bekannt, wobei sich zwei zylindrische Schraubenkörper mit ihrem Gewinde entgegengesetzter, konstanter Steigung und gleichbleibendem Gewindequerschnitt aneinander abwälzen. Dabei wird von jedem Gewindenutumgang ein Luftvolumen durch die Berührungsstellen der beiden Spindeln abgeschlossen und von der Ansaugseite zur Druckseite gefördert. Screw compressors for generating compressed air are known in the trade, two cylindrical screw bodies rolling against one another with their threads of opposite, constant pitch and constant thread cross section. An air volume of each thread groove is sealed off by the contact points of the two spindles and conveyed from the suction side to the pressure side.

Bei grossen Druckdifferenzen zwischen dem Eintritt und dem Austritt kommt die Luft im abgeschlossenen Volumen mit der relativ kleinen Ansaugdichte plötzlich zusammen mit der komprimierten Luft der Austrittsseite, was eine wesentliche Verschlechterung des Kompressorwirkungsgrades sowie störenden Lärm verursacht. With large pressure differences between the inlet and the outlet, the air in the closed volume with the relatively low suction density suddenly comes together with the compressed air on the outlet side, which causes a significant deterioration in the compressor efficiency and disturbing noise.

In der DE-PS 1553 214 wird auf das britische Patent 890'507 hingewiesen, welches eine Schraubenspindelpumpe mit verstellbarer Fördermenge bei konstanter Drehzahl betrifft. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schraubenspindeln mit einer stetig veränderten Gewindenutbreite vorgesehen sind, wobei über die beiden Spindeln eine einen Gewindegang überdeckende Hülse verstellbar angeordnet ist. DE-PS 1553 214 refers to the British patent 890'507, which relates to a screw pump with an adjustable delivery rate at constant speed. This is achieved in that the screw spindles are provided with a constantly changing thread groove width, a sleeve covering a thread being arranged so as to be adjustable via the two spindles.

Diese Pumpe kann auch zwei Zwillingsschraubenspindeln aufweisen, wobei das Gehäuse dann mit einem einzigen Einlass und zwei Auslässen bzw. mit zwei Einlässen und einem einzigen Auslass versehen sein kann. This pump can also have two twin screw spindles, in which case the housing can then be provided with a single inlet and two outlets or with two inlets and a single outlet.

Bei stetig verändertem Nutquerschnitt werden die von einem elastischen Medium angefüllten, durch die Gewindegänge bei gegenseitiger Abwälzung der Spindeln abgeschlossenen Volumina stetig verändert, so dass deren Medium stetig bis zur gewünschten Enddichte zusammengepresst, bzw. ausgedehnt werden kann. With a constantly changing groove cross-section, the volumes filled with an elastic medium and closed by the threads with mutual rolling of the spindles are continuously changed so that their medium can be continuously compressed or expanded to the desired final density.

Es ist jedoch ausserordentlich schwierig und umständlich, sich aneinander abwälzende Schraubenspindeln mit stetig verändertem Nutquerschnitt mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen. Schon relativ kleine Ungenauigkeiten können die nötige Dichtheit beim Abschluss der Volumina in Frage stellen. However, it is extremely difficult and cumbersome to produce screw spindles that roll against one another with a constantly changing groove cross section with the required accuracy. Even relatively small inaccuracies can jeopardize the necessary tightness when closing the volumes.

Es stellte sich daher das Problem, eine Schraubenspindelmaschine mit schraubenartigen Spindeln zu schaffen, deren Nutquerschnitt sich längs der Nut stufenweise verändert, wobei jedoch die erforderliche Genauigkeit bei relativ einfacher Herstellung erreicht werden kann. Die im Anspruch 1 definierte Schraubenspindelmaschine stellt eine Lösung dieses Problems dar. The problem therefore arose of creating a screw machine with screw-like spindles whose groove cross section changes stepwise along the groove, but the required accuracy can be achieved with relatively simple manufacture. The screw machine defined in claim 1 represents a solution to this problem.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen: In the drawing, an embodiment of the subject of the invention is shown. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt in der durch die Spindelachsen bestimmten Ebene einer Schraubenspindelmaschine, 1 shows a section in the plane of a screw machine determined by the spindle axes,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-II der Fig. 1, 2 shows a section along the line I-II of FIG. 1,

Fig. 3 den Querschnitt der Spindeln nach Fig. 2, jedoch im vergrösserten Masstab, und Fig. 3 shows the cross section of the spindles of Fig. 2, but on an enlarged scale, and

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1. 4 shows a section along the line IV-IV of FIG. 1st

Die Schraubenspindelmaschine nach Fig. 1 kann als Kom-pressore zur Verdichtung oder als Motor zur Entspannung eines zugeführten gasförmigen Mediums verwendet werden. Sie weist zwei auf parallelen Achsen liegende schraubenartige Zwillingsspindeln la, lb; 2a, 2b auf, die sich gegenseitig kämmend aneinander abwälzen. Die beiden Zwillingsspindeln la, lb, bzw. 2a, 2b sind mit je einem Lagerzapfen 3 und je einer Antriebswelle 4 versehen. Die Lagerzapfen 3 und die Antriebswellen 4 stecken in Kugellagern 5, welche in zwei gleichen einander gegenüberliegenden Lagerschildern 6 eines Maschinengehäuses 7 eingebaut sind. Die beiden Antriebswellen 4 sind durch gleiche Stirnräder 8 drehbar miteinander verbunden. Die Zwillingsspindelhälften la, lb; 2a, 2b weisen je eine Nut 9 auf, die vom äusseren Spindelende nach der Zwillingsspindelmitte in der Breite und in der radialen Tiefe abnimmt. The screw spindle machine according to FIG. 1 can be used as a compressor for compression or as a motor to relax a gaseous medium supplied. It has two screw-like twin spindles la, lb lying on parallel axes; 2a, 2b, which are mutually meshing with each other. The two twin spindles la, lb, and 2a, 2b are each provided with a journal 3 and a drive shaft 4. The bearing pins 3 and the drive shafts 4 are inserted in ball bearings 5, which are installed in two identical bearing plates 6 of a machine housing 7, which are located opposite one another. The two drive shafts 4 are rotatably connected to one another by the same spur gears 8. The twin spindle halves la, lb; 2a, 2b each have a groove 9 which decreases in width and in radial depth from the outer spindle end to the center of the twin spindle.

In die Nut 9 greift ein entsprechend geformter Schraubengang 10 der Gegenspindel, so dass durch jede Umdrehung der beiden Zwillingsspindelhälften 1 a, lb; 2a, 2b je ein mit dem gasförmigen Medium gefülltes Nutvolumen durch den Innenmantel des Gehäuses 7 und durch den Schraubengang 10 der Gegenspindel an dessen zwei aufeinanderfolgenden Abwälzstellen in der durch die Spindelachsen bestimmten Ebene abgeschlossen wird. A correspondingly shaped screw thread 10 of the counter spindle engages in the groove 9, so that each revolution of the two twin spindle halves 1 a, 1 b; 2a, 2b each have a groove volume filled with the gaseous medium through the inner casing of the housing 7 and through the screw thread 10 of the counter spindle at its two successive rolling points in the plane determined by the spindle axes.

Der Aussendurchmesser der Zwillingsspindeln 1 a und 2ab nimmt nach der Längsmitte derselben hin konisch ab, während der Kerndurchmesser nach der Längsmitte hin konisch zunimmt. Das Gehäuse 7 ist deshalb zweiteilig und mit The outer diameter of the twin spindles 1a and 2ab decreases conically towards the longitudinal center thereof, while the core diameter increases conically towards the longitudinal center. The housing 7 is therefore in two parts and with

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

635403 635403

Längsflanschen 11 vorgesehen. Longitudinal flanges 11 are provided.

Werden die beiden Zwillingsspindeln lab, 2ab nach Fig. 1 an ihrer oberen Mantelseite gesehen gegeneinander gedreht, so wirkt die Maschine als Kompressor, wobei das gasförmige Medium durch Öffnungen 12 der beiden Lagerschilder 6 einströmt und mit Nutvolumina nach den Zwillingsspindeln lab, 2ab geschoben wird, wo es in eine Mittelrille 13 und über eine Gehäusenut 14 durch Öffnungen 15 aus der Maschine ausströmt. Weil der Querschnitt der Nut 9 von den Längsenden der Zwillingsspindeln lab, 2ab nach deren Mitte verkleinert wird, werden auch die einzelnen abgeschlossenen Nutvolumina der Schraubengänge verkleinert, wobei der Druck und die Dichte des Mediums zunehmen. Um ein relatives Rückströmen des Mediums im veränderlichen Nutquerschnitt zu verhindern, ist der erste Schraubengang beim Eintritt des Mediums sowie der letzte Schraubengang vor dem Austritt mit gleichbleibendem Nutquerschnitt vorgesehen. Die durch den Druckunterschied zwischen Mediumeintritt und Mediumaustritt auf die Spindeln bewirkten Axialkräfte werden bei den Zwillingsspindeln lab, 2ab kompensiert, so dass die Kugellager 5 nur radial belastet werden. Bei gleichem Drehsinn kann die Maschine auch als Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Unterdruckes in den Öffnungen 12 verwendet werden. Das verdünnte Medium wird dann bis auf den atmosphärischen Druck verdichtet und verlässt die Maschine durch die Öffnungen 15. If the two twin spindles lab, 2ab according to FIG. 1 are rotated against each other on their upper casing side, the machine acts as a compressor, the gaseous medium flowing in through openings 12 in the two end shields 6 and being pushed with groove volumes towards the twin spindles lab, 2ab, where it flows out of the machine into a central groove 13 and through a housing groove 14 through openings 15. Because the cross-section of the groove 9 is reduced from the longitudinal ends of the twin spindles lab, 2ab towards the center thereof, the individual closed groove volumes of the screw threads are also reduced, the pressure and the density of the medium increasing. In order to prevent a relative backflow of the medium in the variable groove cross section, the first screw thread at the entry of the medium and the last screw thread before the outlet are provided with a constant groove cross section. The axial forces caused by the pressure difference between the medium inlet and medium outlet on the spindles are compensated for in the twin spindles lab, 2ab, so that the ball bearings 5 are only loaded radially. With the same direction of rotation, the machine can also be used as a vacuum pump for generating a negative pressure in the openings 12. The diluted medium is then compressed to atmospheric pressure and leaves the machine through openings 15.

Wird der Maschine durch die Öffnungen 15 ein gasförmiges Medium mit Überdruck zugeführt, so kann sich dieses in den eingeschlossenen Nutvolumina gegen die Öffnungen 12 hin entspannen, so dass die Maschine als Motor wirkt. Die Zwillingsspindeln lab, 2ab drehen sich dann, an ihrer oberen Mantelseite (Fig. 1) gesehen, voneinander. If a gaseous medium with excess pressure is supplied to the machine through the openings 15, this can relax in the enclosed groove volumes against the openings 12, so that the machine acts as a motor. The twin spindles lab, 2ab then rotate, seen on their upper surface (Fig. 1), from each other.

Die Nut 9 ist in ihrer Breite durch rechtwinklig zur Spindelachse stehende ebene Flächen 16 begrenzt, welche durch Stufen 17 voneinander getrennt sind. Dadurch erscheint die Nut 9 als eine Folge von ineinander übergehenden parallelen, seitlich verschobenen Aussparungen (Fig. 1). The width of the groove 9 is limited by flat surfaces 16 which are perpendicular to the spindle axis and which are separated from one another by steps 17. As a result, the groove 9 appears as a sequence of merging parallel, laterally displaced recesses (FIG. 1).

Der Querschnitt der Spindeln la, lb; 2a, 2b ist eine Kreisfläche mit mindestens einem Ausschnitt 18 von omegaartiger Form (Fig. 2,3). Bei eingängiger Spindel (Fig. 1,2 und 3) The cross section of the spindles la, lb; 2a, 2b is a circular area with at least one cutout 18 of omega-like shape (FIGS. 2, 3). With a single spindle (Fig. 1,2 and 3)

weist die Kreisfläche nur einen solchen Ausschnitt 18 auf. Dieser erstreckt sich aussen auf den halben Umfang der Kreisfläche und ist radial nach innen durch einen konzentrischen Halbkreisbogen 19 begrenzt. Die Enden des Bogens 19 sind durch symmetrische Kurven 20 mit den Enden des äusseren Scheibenbogens 21 verbunden und bilden Ecken 22 mit diesem. Ist die Spindel beispielsweise dreigängig vorgesehen, so verteilen sich drei omegaartige Ausschnitte 18 gleich-mässig auf dem Umfang der Kreisfläche, wobei jeder Ausschnitt ein Sechstel des Umfanges der Kreisfläche einnimmt. 5 Nach Fig. 2 hat die Maschine einen kreisförmigen Querschnitt. Zur Material- und Gewichtseinsparung dienen zylindrische Löcher 23. Die beiden Lagerschilder 6 sind durch Zugstangen am Gehäuse 7 befestigt, welche durch Bohrungen 24 führen. the circular area has only one such cutout 18. This extends on the outside to half the circumference of the circular area and is delimited radially inwards by a concentric semicircular arc 19. The ends of the arch 19 are connected by symmetrical curves 20 to the ends of the outer disc arch 21 and form corners 22 with the latter. If, for example, the spindle is provided with three gears, three omega-like cutouts 18 are distributed evenly over the circumference of the circular area, each cutout taking up one sixth of the circumference of the circular area. 5 According to Fig. 2, the machine has a circular cross section. Cylindrical holes 23 are used to save material and weight. The two end shields 6 are fastened to the housing 7 by tie rods which lead through bores 24.

io Die Maschine kann auch mit Zwillingsspindeln 1 ab, 2ab vorgesehen sein, deren Aussendurchmesser nach der Längsmitte derselben konisch zunimmt und deren Kerndurchmesser nach der Längsmitte hin abnimmt. io The machine can also be provided with twin spindles 1 ab, 2ab, whose outside diameter increases conically after the longitudinal center thereof and whose core diameter decreases towards the longitudinal center.

Vorteilhaft können sich auch Zwillingsspindeln mit kon-15 stantem Aussendurchmesser erweisen, weil dadurch das Maschinengehäuse 7 einteilig und mit zylindrischen Bohrungen ausgeführt werden kann. Twin spindles with a constant outer diameter can also prove to be advantageous because this enables the machine housing 7 to be designed in one piece and with cylindrical bores.

Die Spindeln la, lb; 2a, 2b können auch je eine Welle aufweisen, auf welcher Kreisringscheiben dicht nebeneinander 20 verschiebungsfest angebracht sind, welche Scheiben mit omegaartigen Ausschnitten 18 vorgesehen sind. Diese Kreisringscheiben müssen gegeneinander derart verdreht sein, dass deren Ausschnitte 18 zusammen die Nut 9 bilden. Die erwähnten Scheiben sind in Fig. 1 auf der rechten Seite der 25 Zwillingsspindeln angedeutet. The spindles la, lb; 2a, 2b can also each have a shaft, on which circular disks 20 are attached tightly next to one another so as to be fixed against displacement, which disks are provided with omega-like cutouts 18. These annular disks must be rotated relative to one another in such a way that their cutouts 18 together form the groove 9. The disks mentioned are indicated in Fig. 1 on the right side of the 25 twin spindles.

In Fig. 3 ist eine Darstellung der beiden schraubenartigen Spindeln lab, 2ab gezeigt, in welcher die Kurven 20 einen Raum 25 abschliessen. In dieser Darstellung liegt je eine Ecke 22 der einen Spindel la, lb an einem Ende des Halbkreisbo-30 gens 19 der anderen Spindel 2a, 2b. Bewegen sich die Ecken 22 von der oberen Gehäusekante 26 zur unteren Gehäusekante 27, so verschieben sie sich auf der Kurve 20 zunächst von aussen nach innen zu den Enden des Halbkreisbogens 19, wobei sich der Kurvenraum 25 bildet und dann wieder 35 von den Enden des Halbkreisbogens 19 nach aussen, wobei der Kurvenraum 25 wieder verschwindet. Dieser ist jedoch relativ klein und bleibt während seiner Entstehung und seiner Verkleinerung nach der Nut 9 hin offen. Die Ecken 22 der Spindelquerschnittfläche (Fig. 3) entsprechen den Kanten 40 der Stufen 17 (Fig. 1) und bewirken dort einen doppelten Abschluss. FIG. 3 shows a representation of the two screw-like spindles lab, 2ab, in which the curves 20 close off a space 25. In this illustration, a corner 22 of one spindle la, lb is located at one end of the semi-circular arc 30 gene 19 of the other spindle 2a, 2b. If the corners 22 move from the upper housing edge 26 to the lower housing edge 27, they first shift on the curve 20 from the outside inwards to the ends of the semicircular arc 19, the curve space 25 forming and then 35 again from the ends of the semicircular arc 19 outwards, the curve space 25 disappearing again. However, this is relatively small and remains open towards the groove 9 during its creation and its reduction. The corners 22 of the spindle cross-sectional area (FIG. 3) correspond to the edges 40 of the steps 17 (FIG. 1) and bring about a double termination there.

Die Maschine weist einen einfachen Aufbau mit nur festen und rotierenden Teilen von relativ kleinem Durchmesser auf, so dass sehr hohe Drehzahlen möglich sind. Dadurch soll 45 eine reibungsarme Abdichtung durch kleines Spiel bewirkt werden. The machine has a simple structure with only fixed and rotating parts of a relatively small diameter, so that very high speeds are possible. This is intended to achieve a low-friction seal through small play.

B B

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

635403 PATENT CLAIMS

1. Screw spindle machine for compressing or relaxing a supplied medium, with two intermeshing screw-like spindles lying in two parallel axes with a groove cross-section decreasing or increasing in the longitudinal direction of the spindle, which spindles are installed in a housing with at least one inlet and at least one outlet opening that the spindles (la, lb, 2a, 2b) each have at least one groove (9), which is formed by successive recesses in the helix, which recesses have plane boundary surfaces (16) perpendicular to the spindle axes, which have steps (17) are separated from each other so that a correspondingly shaped screw thread (10) of the counter spindle engages in the groove (9) and that each spindle (la, lb, 2a, 2b) has a circular cross section with at least one omega-like cutout (18, 19.20).

2. Screw machine according to claim I, characterized in that the following recesses have a decreasing width and / or a decreasing radial depth.

3. Screw machine according to claim 2, characterized in that the spindles are provided as twin spindles (lab, 2ab), the outside diameter of which decreases conically after the longitudinal center and the core diameter of which increases after the longitudinal center.

4. Screw machine according to claim 2, characterized in that the spindles are provided as twin spindles (lab, 2ab), the outer diameter of which increases conically after the longitudinal center and the core diameter of which decreases after the longitudinal center.

5. Screw machine according to claim 2, characterized in that the spindles are provided as twin spindles (lab, 2ab) with a constant outside diameter.

6. Screw machine according to claim 1, characterized in that each screw (la, lb, 2a, 2b) has a shaft on which with at least one omega-like cutout (18), closely spaced circular washers are applied so as to be non-displaceable, so that the cutouts (18) together form the groove (9).