DE10119927A1 - Motor-Schraubenverdichter-Anordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motor-Schraubenverdichter-Anordnung mit einem zwei in einem Verdichtergehäuse (10) gelagerte, über eine Läuferwelle (12) miteinander kämmend antreibbare Schraubenläufer (16, 18) aufweisenden Schraubenverdichter (20) für gasförmige Medien, insbesondere Druckluft und einem elektrischen Antriebsmotor (26) zum Antrieb der Schraubenläufer (16, 18). Um eine kompakte robuste bauform zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß der Antriebsmotor (26) einen drehfest auf einem lagerfreien Wellenansatz (48) der angetriebenen Läuferwelle (12) sitzenden Rotor (22) sowie einen an dem Verdichtergehäuse (10) angeflanschten Stator (24) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motor-Schraubenverdichter- Anordnung mit einem zwei in einem Verdichtergehäuse ge­ lagerte, über eine Läuferwelle miteinander kämmend an­ treibbare Schraubenläufer aufweisenden Schraubenver­ dichter für gasförmige Medien, insbesondere Druckluft und einem elektrischen Antriebsmotor zum Antrieb der Schraubenläufer.

Bei der Drucklufterzeugung ist es bekannt, verschiedene Standardmotoreinheiten mit unterschiedlichen Leistungen einzusetzen, um entsprechende Drehzahlen am Kompressor zu fahren, womit unterschiedliche Liefermengen an Druckluft erreicht werden. Die Motoren sind dabei in der Regel durch Asynchronmotoren gebildet, welche bei einer festen Drehzahl arbeiten und hinsichtlich ihres Wirkungsgrads auf ein gegebenes Drehmoment optimiert sind. In diesem Zusammenhang ist es weiter bekannt, Kupplungsmittel einzusetzen, um die Motorwelle ab­ triebseitig mit der angetriebenen Läuferwelle zu kop­ peln und gegebenenfalls die Verdichterdrehzahl durch ein Schaltgetriebe in vorgegebenen Stufen zu variieren. Typischerweise laufen Asynchronmotoren mit 1500 oder 3000 Umdrehungen pro Minute, während der Verdichter im Bereich zwischen 1000 und 5000 Umdrehungen in der Minu­ te arbeitet. Als nachteilig wird bei solchen Anordnun­ gen der große Raumbedarf, die Vielzahl der Lager und der erforderlichen Getriebemittel einhergehend mit ver­ ringerter Standzeit und hohem Wartungsbedarf angesehen. Hinzu kommt, daß der Bedarf an Druckluft häufig nicht mit der zur Verfügung stehenden Drehzahl übereinstimmt, so daß durch eine Zweipunktregelung ein Verdichterbe­ trieb mit häufigen Schaltzyklen erforderlich ist.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ei­ ne Motor-Verdichter-Einheit hinsichtlich ihrer Bauform und ihres Antriebs zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Antrieb als integrierte Baueinheit des Verdichters zu gestal­ ten. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschla­ gen, daß der Antriebsmotor einen drehfest auf einem la­ gerfreien Wellenansatz der angetriebenen Läuferwelle sitzenden Rotor sowie einen an dem Verdichtergehäuse angeflanschten Stator aufweist. Dadurch kann auf geson­ derte Motorlager verzichtet werden, der Antriebsstrang läßt sich äußerst kurz gestalten und die Baugröße kann entsprechend reduziert werden.

Vorteilhafterweise ist der Antriebsmotor mit veränder­ licher Drehzahl betreibbar, um den Volumenstrom des verdichteten Mediums entsprechend regulieren zu können.

Dies läßt sich gemäß einer bevorzugten Ausführung da­ durch erreichen, daß der Antriebsmotor als geschalteter Reluktanzmotor ausgebildet ist. Solche Motoren besitzen vor allem den Vorteil, daß in einem breiten Drehzahlbe­ reich derselbe hohe Wirkungsgrad erreicht wird. Weiter wichtige Vorzüge liegen im Sanftanlauf mit hohem An­ laufmoment, der einfachen mechanischen Integration und dem robusten Aufbau.

Vorteilhafterweise wird die Drehzahlregelung frei von mechanischen Bauteilen dadurch realisiert, daß der An­ triebsmotor über eine elektronische Steuereinheit kon­ tinuierlich über einen gegebenen Drehzahlbereich an­ steuerbar ist.

Um eine anwendungsspezifische Abstimmung zu ermögli­ chen, wird vorgeschlagen, daß die Drehzahl des An­ triebsmotors nach Maßgabe der Liefermenge und/oder des Auslaßdrucks des verdichteten Mediums einstellbar ist.

Eine einfache und fertigungstechnisch vorteilhafte In­ tegration in verschiedene Anlagen läßt sich dadurch er­ reichen, daß die Blechpaketdicke des Stators und Rotors entsprechend einer vorgegebenen maximalen Liefermenge des verdichteten Mediums angepaßt ist.

Vorteilhafterweise wird der mechanische Aufwand und insbesondere die Anzahl der Lagerstellen dadurch redu­ ziert, daß die angetriebene Läuferwelle an einander ge­ genüberliegenden Stirnwänden des Verdichtergehäuses ge­ lagert ist, und daß der den Rotor des Antriebsmotors tragende Wellenansatz frei über eine zugleich einen Flansch für den Stator bildende Stirnwand übersteht.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, daß die angetrie­ bene Läuferwelle vertikal ausgerichtet ist. Dadurch lassen sich schwerkraftbedingte Einflüsse hinsichtlich der Schwingungsanfälligkeit und entsprechender Geräu­ schentwicklung und Abnützung vorteilhaft reduzieren. Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, daß das motorferne Wellenende der angetriebenen Läuferwelle vorzugsweise über ein kombiniertes Radial- Axiallager axial an dem Verdichtergehäuse abgestützt ist, und daß die angetriebene Läuferwelle in einem mo­ torseitigen Bereich über ein vorzugsweise als Zylinder­ rollenlager ausgebildetes Radiallager an dem Verdich­ tergehäuse gelagert ist.

In einer besonders einfachen und flexiblen Ausführung ist der Stator zwischen einem Motordeckel und einem Flansch des Verdichtergehäuses vorzugsweise über Durch­ steckschrauben eingespannt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß der Rotor vorzugsweise über eine Paßfeder formschlüssig und/oder vorzugsweise durch Aufschrumpfen kraftschlüssig mit dem Wellenansatz der angetriebenen Läuferwelle verbunden ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Motor-Schraubenverdichter-Einheit in einem Axialschnitt; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Ansteuerelektronik der Motor-Schraubenverdichter-Einheit.

Die in Fig. 1 dargestellte kombinierte Motor-Schrauben­ verdichter-Anordnung besteht im wesentlichen aus einem zwei in Zylinderräumen eines Verdichtergehäuses 10 über Läuferwellen 12, 14 drehbare Schraubenläufer 16, 18 aufweisenden Schraubenverdichter 20 für Druckluft, ei­ nem einen Rotor 22 und einen Stator 24 umfassenden, di­ rekt mit dem Schraubenverdichter 20 gekoppelten elek­ trischen Antriebsmotor 26 sowie einer elektronischen Ansteuereinrichtung 28 zur drehzahlveränderlichen An­ steuerung des Antriebsmotors 26.

Die Schraubenläufer 16, 18 sind achsparallel nebenein­ ander angeordnet und weisen zueinander komplementäre, in einem Durchdringungsbereich 30 unter Bildung von Ar­ beitskammern ineinandergreifende Schraubenkörper 32, 34 auf, von deren Schraubengängen vereinfacht nur eine Schraubenlinie 36 des Schraubenläufers 16 dargestellt ist. Dieser ist als Hauptläufer 16 motorisch antreib­ bar, während der Nebenläufer 18 über die miteinander verzahnten Schraubengänge gegensinnig mitgedreht wird, um zu verdichtende Luft von einem Saugeinlaß zu einem Druckauslaß (nicht gezeigt) des Verdichtergehäuses 10 zu fördern und dabei zu verdichten.

Die Läuferwellen 12, 14 sind in den Stirnwänden 38, 40 des Verdichtergehäuses 10 aufrecht drehbar gelagert.

Zur axialen Abstützung sind bodenseitig Schrägkugella­ ger 42 vorgesehen, während die radiale Zentrierung über Nadellager 44 und - nur an der Antriebsseite des Haupt­ läufers 16 - über ein Zylinderrollenlager 46 erfolgt.

Als motorseitiger Teil des Antriebsstrangs weist die angetriebene Läuferwelle 12 des Hauptläufers 16 einen Wellenendabschnitt bzw. endseitigen Wellenansatz 48 auf, welcher über die Lagerstelle 46 hinaus frei über die Stirnwand 38 hinaus nach oben übersteht.

Zur direkten Integration des Antriebsmotors 26 sitzt der Rotor 22 mittels Paßfeder 50 fest auf dem überste­ henden Wellenansatz 48, während der Stator 22 mittels Durchsteckschrauben 52 zwischen einem oberen Motordec­ kel 54 und einem durch die Stirnwand 38 gebildeten Flansch 56 gehäusefest eingespannt ist. Dabei ist es zur Festlegung der Motorleistung entsprechend einer ge­ wünschten maximalen Liefermenge der Druckluft auf ein­ fache Weise möglich, die Stapeldicke der Blechpakete 58, 60 des Stators 24 und Rotors 22 anzupassen.

Um auf ein Getriebe verzichten zu können, läßt sich der Antriebsmotor 26 drehzahlveränderlich betreiben. Zu diesem Zweck ist ein geschalteter Reluktanz- (SR/Switched Reluctance)-Motor vorgesehen. Solche Motore benötigen keine Bürsten, Magnete und Wicklungen im Rotor und sind daher sehr robust und einfach herzustel­ len.

Zur genauen Drehzahlregelung wird gemäß dem Schaltbild Fig. 2 eine elektronische Ansteuereinrichtung 28 einge­ setzt, die den Motorstrom zwischen den einzelnen Sta­ tor-Polwicklungen des in dem gezeigten Beispiel zwei­ phasigen SR-Motors 26 weiterschaltet. Diese Einrichtung umfaßt einen an ein Drehstromnetz 62 angeschlossenen Gleichrichter 64 mit parallel geschalteter Kondensator­ bank 66 als Glättungseinheit für einen nachgeordneten Treiberkreis 68, welcher vier durch IGBT-Transistoren gebildete Halbleiterschalter 70 aufweist, um einen ge­ takteten Gleichstrom an die A-Phasenwicklung 72 und B- Phasenwicklung 74 des Stators anzulegen. Dabei dreht sich der Rotor in die jeweilige Position mit der ge­ ringsten Reluktanz. Das Drehmoment hängt von dem Strom durch die Phasenwicklungen 72, 72 ab. Durch Verändern dieses Stroms läßt sich auch die Drehzahl kontinuier­ lich verändern.

Die drehzahlgerechte Umschaltung wird durch eine elek­ tronische Steuereinheit 76 sichergestellt. Diese wird über einen Druckfühler 78 mit dem Liefer- bzw. Auslaß­ druck des Verdichters 20 als Eingangswert beaufschlagt und steuert nach Maßgabe eines gewünschten Sollwerts die Halbleiterschalter 70 an, wodurch die Motordrehzahl entsprechend geregelt wird.

Claims (13)

1. Motor-Schraubenverdichter-Anordnung mit einem zwei in einem Verdichtergehäuse (10) gelagerte, über ei­ ne Läuferwelle (12) miteinander kämmend antreibbare Schraubenläufer (16, 18) aufweisenden Schraubenver­ dichter (20) für gasförmige Medien, insbesondere Druckluft und einem elektrischen Antriebsmotor (26) zum Antrieb der Schraubenläufer (16, 18), dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (26) einen drehfest auf einem lagerfreien Wellenansatz (48) der angetriebenen Läuferwelle (12) sitzenden Rotor (22) sowie einen an dem Verdichtergehäuse (10) an­ geflanschten Stator (24) aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (26) mit veränderlicher Dreh­ zahl betreibbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antriebsmotor (26) als geschalte­ ter Reluktanzmotor ausgebildet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (26) über ei­ ne elektronische Steuereinheit (76) kontinuierlich über einen gegebenen Drehzahlbereich ansteuerbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Antriebsmotors (26) nach Maßgabe der Liefermenge und/oder des Aus­ laßdrucks des verdichteten Mediums einstellbar ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechpaketdicke des Stators (24) und Rotors (22) entsprechend einer vorgegebe­ nen maximalen Liefermenge des verdichteten Mediums angepaßt ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebene Läuferwelle (12) an einander gegenüberliegenden Stirnwänden (38, 40) des Verdichtergehäuses (10) gelagert ist, und daß der den Rotor (22) des Antriebsmotors (26) tragende Wellenansatz (48) frei über eine zugleich einen Flansch (56) für den Stator (24) bildende Stirnwand (38) übersteht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebene Läuferwelle (12) vertikal ausgerichtet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das motorferne Wellenende der angetriebenen Läuferwelle (12) vorzugsweise über ein kombiniertes Radial-Axiallager (42) axial an dem Verdichtergehäuse (10) abgestützt ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebene Läuferwelle (12) in einem motorseitigen Bereich über ein vor­ zugsweise als Zylinderrollenlager ausgebildetes Ra­ diallager (46) an dem Verdichtergehäuse (10) gela­ gert ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stator (24) zwischen einem Motordeckel (54) und einem Flansch (56) des Verdichtergehäuses (10) vorzugsweise über Durch­ steckschrauben (52) eingespannt ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rotor (22) vorzugs­ weise über eine Paßfeder (50) formschlüssig mit dem Wellenansatz (48) der angetriebenen Läuferwelle (12) verbunden ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rotor (22) vorzugs­ weise durch Aufschrumpfen kraftschlüssig mit dem Wellenansatz (48) der angetriebenen Läuferwelle (12) verbunden ist.