Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Profilentwicklung von Schraubenrotoren für die umformende Fertigung und der damit verbundenen Massenproduktion von Schraubenmaschinen im Bereich der automotiven Anwendung. Die Umsetzung des Downsizingkonzepts mit mechanischen Schraubenladern erfolgt durch umformende Herstellungsverfahren bei gleichzeitig angepasster Profil- bzw. Rotorgeometrie. Diese Anforderungen machen die Entwicklung einer rechnergestützten Methode notwendig, die eine geometrische Optimierung der Rotoren von Schraubenmaschinen für eine umformende Fertigung bei thermodynamisch günstigen Betriebseigenschaften ermöglicht. Die Arbeit beginnt mit einer breitbandigen Geometrieanalyse der Schraubenmaschine, um den Einfluss einer Profiländerung auf das Maschinenbetriebsverhalten zu bestimmen. Da eine reine geometrische Beurteilung von Rotorprofilformen keine adäquate Aussage über das Betriebsverhalten liefert, wird das thermodynamische Betriebsverhalten dieser auf Grundlage eines Kammermodells simuliert. Durch eine hohe Anzahl an Einflussfaktoren auf das Betriebsverhalten einer Schraubenmaschine ist eine geometrische Abstraktion der Maschine unerlässlich. Neben der eigentlichen Profilform der Rotoren sind auch die räumlichen Parameter einer Schraubenmaschine mit zu beachten, um eine verbesserte Beurteilung der Spaltverhältnisse innerhalb der Maschine sowie der Energiewandlungsgüte der Maschine zu erreichen. Als geometrische Abbildungsmöglichkeiten für Rotorprofile von Schraubenmaschinen findet die Profilsteigungsfunktion Verwendung, die eine Ersatzvorstellung des zweidimensionalen Stirnschnittes darstellt. Sie ermöglicht die Analyse von verschiedenen Rotorverzahnungen und erleichtert die Neuentwicklung von Profilen. Im Bereich der computerunterstützten Profiloptimierung erlaubt die Verwendung von Non-Uniform Rational B- Splines (NURBS) eine vorteilhafte geometrische Abbildungsmöglichkeit der Profilsteigungsfunktion. Diese erfordert eine sehr hohe Abbildungsgüte bei gleichzeitig geringem Informationsgehalt, was durch die Wahl von Non-Uniform Rational B-Splines erreicht wird. Die Entwicklung und Konstruktion eines Schraubenladers unter dem Aspekt der umformgerechten Herstellung von Schraubenrotoren mit abschließender Verifikation führt trotz unüblicher Parameter der Maschinengeometrie zu einer Maschine mit vergleichsweise gutem thermodynamischen Betriebsverhalten.

    The study presented is a contribution to the profile development of screw rotors for manufacture using deformation techniques, and their consequent suitability for mass production in the automobile industry. The implementation of downsizing concepts for mechanical screw compressors involves deformation production processes in conjunction with suitably adapted profile and rotor geometries. These requirements make it necessary to develop a computer-aided method which makes it possible to optimise the geometrical profile of the rotors in screw machines for deformation manufacture, while providing thermodynamically favourable operating characteristics. The study begins with a broadly-based analysis of screw machines, with a view to ascertaining the influence of profile modification on operating behaviour. As a purely geometrical assessment of rotor profiles does not provide adequate information about operating behaviour, the thermodynamic aspects of operating behaviour are simulated on the basis of a chamber model. As there are many influences on the behaviour of a screw machine, a geometrical abstraction is essential. Along with the actual profile forms of the rotors, spatial parameters have to be taken into account, so that a better evaluation of gap conditions inside the machine and of its operating efficiency can be arrived at. For a geometrical representation of the rotor profiles of screw machines a profile grading function is used, which provides a representation of the two-dimensional front section. This makes it possible to analyse various rotor meshing scenarios, which simplifies the development of new profiles. In the area of computer-aided profile optimisation, the deployment of Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) provides a good geometrical representation of the profile gradientfunction. This requires very high-quality representation, with concurrent low information content, demands which can be met by selecting NURBS. During the computer-aided optimisation process the parameters of the geometrical representation are successively changed by means of an evolutionary procedure. Via the geometrical performance, which are selectively changed, checked and evaluated, a specific solution can be approached step by step. In order to achieve the best possible results, the factors influencing the optimisation strategy are examined. In addition to the mathematical modelling of the screw machine and the choice of the optimisation strategy itself, calculation times must also be taken into account because of the high complexity of the model.


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    Title :

    Geometrische Analyse von Schraubenrotoren für die umformende Fertigung


    Contributors:
    Hauser, Jan (author)

    Published in:

    Publication date :

    2011


    Size :

    181 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German





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