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L. Rinder, M. Grafinger:
"Lagerung von Schraubenverdichterrotoren mit nur einem einseitigen Kegelrollenlager auf der Druckseite";
Schraubenmaschinen, 9 (2001), 87 - 92.

For financial reason and because of the higher load-bearing capacity of the roller bearings, it is useful to brace the radial and axial load on the rotor pressure side with only one tapered roller bearing. Then the design of the inlet side moveable bearing occurs with cylindrical or needle roller bearings.
In a tapered roller bearing, an inner axial load is also caused by the radial bearing force. It depends on the angle of the inclined contact line and performs against the external axial load. To prevent the tapered roller bearing from coming apart, the external axial load always must be greater than the axial load caused by the radial load. Especially the female rotor with his small axial load has to be analyzed on the relation between the pressure sided radial load FR and the axial load Fa already during design phase of rotor geometry. With usual bearings FR / Fa has to be less then 1 to 4,4, depending on the angle of the inclined contact line and the thrust factor Y.
For this case of application, bearings with greater thrust factor are to be favoured, there a smaller axial load is generated because of the smaller contact angle. Therefore the design of the rotor geometry in reference to the expected bearing loads is less limited. The axial load-carrying capacity of these bearings is smaller than at bearings with bigger contact angle, but the resultant axial load to the bearing is only the difference between the external axial load and the axial load caused by the radial load.
The ratio of FR / Fa can be modified essentially by variation of rotor geometry. The main part of axial load results from the pressure of the compressed medium to the rotor front plane. The value of the radial load is influenced mainly by the rotor length. Consequently, a modification of the relation between rotor diameter and rotor length is most effective. For usage of a single tapered roller bearing on the female rotor, short rotors with a small ratio of L / D are better suitable than long rotors with large L / D.
But the axial load on the male rotor bearing, which is also a design criterion, enlarges with bigger rotor diameters. It appears, that even with a only insignificantly enlarged center distance at same tooth numbers and in this way by the less deep tooth spaces enlarged front plane, a favorable ratio of FR / Fa at the female rotor can be achieved, without increasing the axial load at the male rotor essentially in this case.

A modification of the helicoid parameter has only very small influence on axial load and therefore, is not suitable for obtaining a desired ratio of FR / Fa.
A true to scale change of the dimension of all rotor measurements has no influence on the ratio of the bearing loads.

Aus Kostengründen und wegen der höheren Tragfähigkeit der Rollenlager ist es oft vorteilhaft, die Radial- und Axialkraft auf der Rotordruckseite mit einem einzigen einreihigen Kegelrollenlager aufzunehmen. Die Gestaltung des saugseitigen Loslagers erfolgt dann mit Zylinderrollen- oder Nadellagern.
Im Kegelrollenlager wird auf Grund der geneigten Berührlinie durch die Radiallagerkraft auch eine innere Axialkraft verursacht, welche gegen den äußeren Achsschub wirkt. Damit der Rotor nicht vom Lager ablaufen kann, muss der Achsschub jedenfalls größer als diese erzeugte Axialkraft sein.
Damit ist besonders der Nebenrotor mit seinem im allgemeinen geringen Achsschub bereits bei der Auslegung der Rotorgeometrie kritisch auf das Verhältnis der druckseitigen Radialkraft FR zum Achsschub Fa zu betrachten. FR / Fa muss je nach Kegelwinkel und Axiallastfaktor Y von Lagern üblicher Bauart kleiner als 1 bis 4,4 sein.
Für diesen Anwendungsfall sind Lagerreihen mit großem Lastfaktor zu bevorzugen, da bei diesen durch den flacheren Kegelwinkel eine geringere Axialkraft entsteht und damit die Auslegung der Rotorgeometrie in Bezug auf die zu erwartenden Lagerkräfte weniger eingeschränkt wird. Die axiale Tragfähigkeit dieser Lagerreihen ist zwar geringer, als bei Lagern mit steilerem Kegelwinkel, jedoch wirkt als resultierende Axialkraft auf das Lager ohnedies nur die Differenz zwischen dem Achsschub und der durch die Radialkraft verursachten Axialkraft.

Das Verhältnis von FR / Fa lässt sich durch Variation der Rotorgeometrie wesentlich verändern. Der Hauptanteil des Achsschubes entsteht durch den Druck des verdichteten Mediums auf die Rotor-stirnfläche. Die Größe der Radialkräfte wird hauptsächlich durch die Rotorlänge beeinflusst. Am wirksamsten ist somit eine Veränderung des Verhältnisses Rotordurchmesser zu Rotorlänge. Für die Verwendung eines einseitigen Kegelrollenlagers am Nebenrotor sind kurze Rotoren mit einem kleinen Verhältnis von L / D besser geeignet, als lange Rotoren mit großem L / D.
Allerdings vergrößert sich mit größer werdendem Durchmesser der Rotoren auch der Achsschub am Hauptrotor. Es zeigt sich, dass allein durch einen geringfügig vergrößerten Achsabstand bei gleich bleibender Zähnezahl und der damit durch die etwas weniger tief eingeschnittenen Zahnlücken vergrößerten Stirnfläche am Nebenrotor ein günstiges Verhältnis von FR / Fa erreicht werden kann, ohne dabei den Achsschub am Hauptrotor wesentlich zu erhöhen.

Eine Veränderung des Verschraubungsparameters hat nur sehr geringen Einfluss auf den Achsschub und ist daher zur Erzielung eines gewünschten Verhältnisses von FR / Fa nicht geeignet.
Eine geometrisch ähnliche Vergrößerung aller Rotorabmessungen hat keinen Einfluss auf das Verhältnis der Lagerkräfte zueinander.