Die Erfindung betrifft Maßnahmen zur Auswuchtung eines Zwillingsschraubensatzes in achsparalleler Anordnung mit gegenläufigem auβenachsigen Eingriff sowie mit Umschlingungswinkeln von mindestens 720° in eingängiger Ausführung. Schwerpunkt mittenabstand, Stirnfläche und Umschlingungswinkel bestimmen hierbei die Größen der statischen und der dynamischen Unwucht, die bei Schrauben mit eingängigen Profilen auftreten.

In der Offenlegungschrift Sho 62 (1987)-291486 der Fa. Taiko, Japan, wird eine Methode zur Schraubenauswuchtung beschrieben: Zunächst wird statische Auswuchtung erreicht durch Festsetzen der Schraubenlänge auf ganzzahlige Vielfache der Steigung. Durch beidseitig stirnseitige Aussparungen in der Schraube, die hohl oder mit leichtem Material gefüllt sind, wird dynamisch ausgewuchtet.

Diese Methode der Auswuchtung ist nicht durchführbar, wenn Sonderwerkstoffe verlangt werden, die nicht gegossen werden können. Auch bei außergewöhnlichen Profilgeometrien hat diese Methode ihre Grenzen, da einerseits die Wandstärken der Schrauben aus Stabilitätsgründen nicht beliebig verringert werden können, andererseits eine zu große axiale Ausdehnung der Auswuchthöhlen wegen der spiraligen Form erhebliche Fertigungsprobleme mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu definiern zur Auswuchtung eingängiger Schrauben, deren Geometrie außergewöhnlich ist oder deren Einsatz Sonderwerkstoffe fordert, ohne großen Mehraufwand in der Fertigung und ohne Gefährdung der Formstabilität.

Diese Aufgabe wird bei einem Zwillingsschraubensatz l, 2 (Fig.l) in achsparalleler Anordnung mit gegenläufigem außenachsigem Eingriff sowie Umschlingungswinkeln von mindestens 720° in eingängiger Ausführung erfindungsgemäß

dadurch gelöst, daß die Schraubenlängen nicht auf ganzzahlig Vielfache der Steigung fixiert sind und daß die Schraubenaußenkonturen im Medium-Eintrittsbereich zur Auswuchtung 3 (Fig.l) verändert sind.

Ausgestaltungsmöglichkeiten sind durch Anbringen von Zusatzmassen 6 (Fig.l) im Auβenbereich, insbesondere am Pilotgetriebe sowie durch stirnseitige Answuchthöhlen 4 (Fig.2) gegeben, deren axiale Ausdehung zur Optimierung variiert wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind :

1. Leichtere Fertigung und größere Formstabilität im Falle der Anbringung von stirnseitigen Auswuchthöhlen, erreicht durch optimale Dimensionierung von Schraubenumschlingungs-winkel, Auswuchthöhlenumschlingungswinkel sowie Auswuchthöhlenguerschnitt.

2. Möglichkeit der Verwendung von Sonderwerkstoffen, die nicht gegossen werden können.

3. Reduzierte Schraubenoberflächen im Ausgangsbereich, was eine Temperaturreduzierung bewirkt.

Anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungs¬ beispiels wird die Erfindung anschließend näher erläutert :

Es zeigen :

Fig.l: Einen Zwillingsschraubensatz für eine Schraubenpumpe in eingängiger Ausführung nach der Erfindung mit Umschlingungswinkeln von 1598° und Auswuchtausnehmungen an den Schraubenaußenkonturen im Medium-Eintrittsbereich.

Fig.2: Ein Ausführungsbeispiel eines Zwillingsschrauben¬ satzes von Fig.l mit Auswuchthöhle in Stirnansicht.

Fig.3: Die Darstellung der spiraligen Profilschwerpunkt- Ortskurve eines Schraubenprofils von Fig.2.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Zwillingsschrauben 1, 2 (Fig.l) Längen vom 4,439-fachen der Steigung auf, was einem Umschlingungswinkel von 1598° entspricht (Fig.3). Das Stirnprofil 5 (Fig.2) sowie die Steigung 1 (Fig.l) bestimmen zusammen mit der Wandstärke d (Fig.2) den größten Teil der Kontur der axial angebrachten Auswuchthöhlen 4 (Fig.2); der Kernkreis 7 (Fig.2) begrenzt diese nach dem Zentrum hin. Bei gemeinsamen Winkelpositionen der Schwerpunkte von Vollprofil und Auswuchtfläche So, S ₃ (Fig.2) ergibt sich der gerade Abschluß in der Auswuchtfläche zwangsläufig.

Rechnerisch wird das Problem wie folgt behandelt:

In einem rechtwinkligen Koordinatensystem mit Schraubenachse als w-Achse und u-Achse und v-Achse in der Ebene des mittleren Schraubenstirnschnitts wird der Schwerpunkt So (Fig.3) auf der u-Achse positioniert. Die Ausdehnung der Schraube in w- Richtung erstreckt sich symmetrisch von -W2...+W ₂ oder in Winkeldefinition von -0.2...+0.2, bei einer Beziehung 0:2 = (2π/l)-W ₂ (II) , wobei 2ct ₂ der Umschlingungswinkel der Schraube und π = Kreiszahl = 3,1415... bedeuten.

Die Bereiche der stirnseitigen Auswuchthöhlen sind bei -W2...- Wi und + W _J ....+ W ₂ , was Winkelpositionen von -α ₂ ...-αι und +αι.,.-κx2 mit αχ= (2π/l)-Wι (I) entspricht.

Die jeweiligen Umschlingungswinkel einer Auswuchthöhle betragen also 0- ₃ = 0-2-αι (III) .

Bei symmetrischen Auswuchthöhlen mit einem konstanten Wert g ₃ des Produktes aus Fläche f ₃ und Schwerpunktmittenabstand r ₃ (Fig.2) (g ₃ = f ₃ • r ₃ = Konstant (IV) ) führen die Forderungen nach statischer und dynamischer Auswuchtung zu den Formeln 0.2 ^• sinαi cosα2 ^β αi • cosαi sinα2 (V) und

93 ⁼ go-(sino-2-o.2Cθsα2) / (sinα2-sinαι-α2Cθsα2-κxicosαι) (VI), wobei go das Produkt aus Vollprofilfläche fo und zugehörigem

Schwerpunktmittenabstand ro (Fig.2) bedeutet, 0.2 und αi im Bogenmaß einzusetzen sind und g ₃ der oben stehenden Definition entspricht.

Gleichung (V) liefert für jeden beliebigen

Schraubenumschlingungswinkel 20.2 (mit 02 > 2π) mindestens eine Lösung für <xχ; aus αi und α2 folgen die Abmessungen der Auswuchthöhle: Aus (III) der Umschlingungswinkel und aus (VI) der Soll-Querschnitt g ₃ .

Aus Fertigungsgründen soll der Umschlingungswinkel 0 ₃ der Auswuchthöhle möglichst klein sein; es wird bei mehreren Lösungen für αi also der größte Wert mit αi < 0:2 eingesetzt. Genaue Untersuchungen zeigen, daß die ungünstigsten Verhältnisse bei Schraubenlängen von ganzzahligen vielfachen der Steigung auftreten, bei 2W2 = 2L, 3L, 4L, 5L ... K-L, entsprechend der Ausführung gemäß o.a. Offenlegungsschrift: Der Auswuchthöhlenumschlingungswinkel beträgt dort 0. ₃ — π, der Dynamik-Kennwert g ₃ erreicht ein Maximum, was eine maximale Auswuchthöhle erfordet : g ₃ , Max = g ₀ • k/(2k-l) d.h. für eine Schraubenlänge der 4- fachen Steigung wird dort g ₃ = go • 4/7.

Für die Ausführung der hier beschriebenen Erfindung werden Schrauben mit Umschlingungswinkeln von 20. ₂ — 5π, 7π, 9π... entsprechend Schraubenlängen von 2W ₂ = 51/2, 71/2, 91/2 gewählt.

Die Auswuchthöhlenumschlingungswinkel sind dann er nfalls 0. ₃ = π, der Dynamik-Kennwert g ₃ erreicht hier jedoch ein Minimum, was eine minimale Auswuchthöhle bedeuted : g ₃ , Min = go/2

Verstärkungsrippen am Ende der Auswuchthöhlen führen zu asymmetrischen Verhältnissen, die teilweise durch Korrektur der Umschlingungswinkel 20.2, 0 ₃ aufgefangen werden.

Als weitere Maßnahme zur Auswuchtung werden die Schrauben 1, 2 an den passiven Außenkonturteilen an der Saugseite verändert. Der Passivbereich 3 (Fig.l) erstreckt sich bei beiden Schrauben über alle Teile, die weder zur Bildung der ersten saugseitigen Arbeitszelle noch zur Aufrechterhaltung der Stabilität erforderlich sind. Diese äußere Auswuchtung kann alternativ oder in Kombination mit einer oder mehreren stirnseitigen Auswuchthöhlen eingesetzt werden.

In einer Untervariante werden äußere Auswuchtmassen 6 (Fig.l) im Bereich des Pilotgetriebes eingesetzt.