DE102010052186A1

DE102010052186A1 - Verdrängermaschine für kompressible Medien

Info

Publication number: DE102010052186A1
Application number: DE201010052186
Authority: DE
Inventors: Hubert Hagel; Jürgen Licht; Stefan Cölsch; Joachim Nusser; Andreas Lechleiter
Original assignee: Handtmann Systemtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Handtmann Systemtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: DE102010052186B4

Abstract

Es wird eine Verdrängermaschine für kompressible Medien, mit wenigstens einem, in einem feststehenden Gehäuse angeordneten Förderer und mit einem dem Förderer zugeordneten, spiralförmigen Verdrängerelement, wobei das Verdrängerelement mittels einer Lagerung auf einem mit einer Antriebswelle verbundenen Exzenterelement gelagert und ein Schmiermittelsystem mit einem Schmiermittelkreislauf vorgesehen ist, der eine Schmiermittelzufuhr und eine Schmiermittelrückflussleitung aufweist, vorgeschalgen, bei der eine unerwünschte Rückführung von kompressiblen Medium in den Schmiermittelzufluss vermindert oder ganz vermieden wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Gegendruckpumpe 37 im Übergangsbereich vom feststehenden Schmiermitteltank 12 in ein drehendes Element der Schmiermittelzufuhr und/oder der Schmiermittelrückflussleitung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine für kompressible Medien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Verdrängermaschinen sind beispielsweise aus der DE 33 47 081 A1 bekannt. Bei einem solchen Verdichter wird zwischen einer Förderkammer und einem spiralförmig ausgebildeten Verdrängerkörper kompressibles Medium vom Einlass durch die Förderkammer hindurch zum Auslass hin bewegt, wobei das Volumen verringert und somit der Druck des kompressiblen Mediums erhöht wird.
Der Verdrängerkörper wird dabei mittels einer Lagerung auf dem Exzenter einer Antriebswelle gelagert. Diese Lagerung muss geeignet geschmiert werden.
Eine solche Schmierung ist beispielsweise aus der DE 10 2007 043 595 A1 bekannt.
Bei dieser Verdrängermaschine wird in einer Bohrung der Antriebswelle eine Führungshülse für das Schmiermittel vorgesehen. Die Zufuhr des Schmiermittels erfolgt dabei zentral im Inneren der Führungshülse und mündet in eine Radialbohrung am Ende der Axialbohrung für die Führungshülse auf Höhe des zu schmierenden Exzenterlagers. Über diese Radialbohrung gelangt das Schmiermittel zu einer Seite des Exzenterlagers und kann in axialer Richtung durch dieses Lager dringen. Durch eine weitere radiale Bohrung gelangt das Schmiermittel in einen Ringspalt zwischen der Führungshülse und der Antriebswelle, der in axialer Richtung beidseits durch Querschnittsvergrößerung und der Führungshülse abgeschlossen ist. In diesen Ringspalt fließt das Schmiermittel entgegengesetzt zur zentralen Strömungsrichtung wieder zurück, so dass durch diesen Ringspalt eine Rückführungsleitung gebildet wird. In etwa auf Höhe eines Lagers der Antriebswelle, mit dem die Antriebswelle gegenüber dem Gehäuse gelagert ist, kann das Schmiermittel über eine radiale Bohrung der Antriebswelle zu einer Seite des Antriebswellenlagers gelangen und dieses in axialer Richtung durchdringen. Im Anschluss daran gelangt das Schmiermittel zurück in das Schmiermittelreservoir.
Zur Umwälzung des Schmiermittels werden zwei unterschiedliche Fördermöglichkeiten in der DE 10 2007 043 595 A1 beschrieben. In einer Ausführungsform ergibt sich eine Fördereinrichtung durch unterschiedliche radiale Längen der radialen Querbohrungen, wobei die Umwälzung zusätzlich dadurch getrieben wird, dass im Betrieb die Wälzkörper des als Wälzlager ausgebildeten Exzenterlagers mit einer Drehzahl rotieren, die nur halb so groß ist wie die Drehzahl der Antriebswelle und dass das in den Schmiermittelräumen beidseits des Wälzkörperlagers befindliche Schmiermittel daran gehindert wird, mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle zu rotieren. Alternativ wird zudem in dieser Druckschrift eine im Gehäuse der Verdrängermaschine untergebrachte Pumpe vorgeschlagen, die über die Antriebswelle angetrieben wird.
In dem Schmiermittelkreislauf eines Spiralladers kann es aufgrund des teilweise sehr hohen Drucks im Fördervolumen des kompressiblen Mediums, insbesondere bei Ladeluft für einen Verbrennungsmotor dazu kommen, dass das kompressible Medium, z. B. in Form von Luft in den Schmiermittelkreislauf eintritt. Ein solcher Gaseintritt ist zwar nicht erwünscht, jedoch nicht unter allen Umständen vermeidbar. Da die Schmiermittelzufuhr und die Schmiermittelabfuhr des Schmiermittelkreislaufs entlang der sich drehenden Antriebswelle erfolgen muss und das Schmiermittelreservoir konstruktionsbedingt gegenüber der sich drehenden Antriebswelle steht, muss zumindest eine der beiden Leitungen, dass heißt der Schmiermittelrückfluss oder die Schmiermittelzufuhr zwischen einem sich drehenden Element gegenüber einem stehenden Element abgedichtet werden. Im oben angeführten Stand der Technik wird ein zwischen sich und der Antriebswelle einen Ringspalt ausbildendes Rohr, das innen die Schmiermittelzufuhr und außen den Schmiermittelabfluss bewirkt und als Führungshülse bezeichnet wird, in eine zylinderförmige Aufnahme des Schmiermittelvorratstanks gesteckt und dort durch einen Ringspalt gedichtet, der in unmittelbarer Nähe zum Schmiermittelrückfluss und somit in unmittelbarer Nähe zum unerwünschten komprimierten Medium aus dem Fördervolumen steht, das im Schmiermittelrückfluss transportiert wird. Durch diesen Ringspalt ist die Rückführung des kompressiblen Mediums, beispielsweise von Ladeluft in die Schmiermittelzufuhr möglich, was den Umwälzvorgang im Schmiermittelkreislauf behindern kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die unterwünschte Rückführung von kompressiblem Medium in den Schmiermittelzufluss zu vermindern oder ganz zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der vorgenannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafter Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Verdrängermaschine dadurch aus, dass eine Gegendruckpumpe im Übergangsbereich der Schmiermittelzufuhr und/oder der Rückflussleitung zwischen einem drehenden Element des Schmiermittelkreislaufs und dem stehenden Schmiermittelvorrat vorgesehen ist, um dem unmittelbaren Durchtritt von kompressiblem Medium aus dem Schmiermittelrückfluss in die Schmiermittelzufuhr entgegen zu wirken.
Durch eine solche Maßnahme kann Schmiermittel aus der Schmiermittelzufuhr mit entsprechendem Druck in solche Zwischenräume zwischen stehenden und drehenden Elementen gedrückt werden, durch die eventuell aus dem Fördervolumen in den Schmiermittelkreislauf übergetretenes kompressibles Medium, beispielsweise Ladeluft eindringen könnte. Hierdurch wird eine sehr reibungsarme Abdichtung zwischen einem drehenden Element und dem stehenden Schmiermitteltank geschaffen, mit dem zuverlässig verhindert werden kann, dass eindringende Luft oder sonstiges mit der Verdrängermaschine gefördertes kompressibles Medium in die Schmiermittelzufuhr zurück gelangt. So kann beispielsweise ein Ringspalt wie im Stand der Technik durch den Aufbau eines Gegendrucks mit Hilfe des Schmiermittels gegen eindringende Luft oder sonstiges kompressibles Medium abgedichtet werden.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Schmiermittelrückflussleitung in einem gegenüber dem Schmiermittelvorrat drehenden Element des Schmiermittelkreislaufs vorgesehen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, gegebenenfalls den Gegendruck durch das sich drehende Element selbst aufzubauen, beispielsweise indem das sich drehende Element als Pumpenrotor ausgebildet oder mit einem solchen versehen wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird als Pumpenrotor der Gegendruckpumpe eine Gegendruckschnecke vorgesehen. Durch Drehung des Pumpenrotors bzw. der Gegendruckschnecke wird dabei durch Förderung von Schmiermittel aus der Schmiermittelzufuhr in Richtung des Schmiermittelvorrats der gewünschte Gegendruck aufgebaut.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Durchlass des Schmiermitteltanks für das sich drehende Elemente des Schmiermittelkreislaufs hülsenförmig verlängert, wodurch sich die axiale Länge der Gegendruckpumpe, beispielsweise in Form einer Schneckenpumpe vergrößern lässt.
Bevorzugt wird die hülsenförmige Verlängerung des Durchlasses des sich drehenden Elementes des Schmiermittelkreislaufs in den Schmiermitteltank so ausgebildet, dass es sich in den Schmiermitteltank hinein erstreckt. Zum einen bleibt hierdurch der Bauraum im Innern des Gehäuses der Verdrängermaschine unbeeinträchtig, zum andern wird der Austritt des unerwünscht geförderten kompressiblen Mediums, beispielsweise von Ladeluft vom Eintritt des Schmiermittels in die Schmiermittelzufuhr weiter entfernt.
Darüber hinaus kann durch diese Maßnahme der hülsenförmigen Verlängerung mit Erstreckung in den Schmiermitteltank die hülsenförmige Verlängerung leichter an- bzw. in den Schmiermitteltank eingeformt werden.
Dies ist in vielerlei Hinsicht von Vorteil. Zum einen kann diese hülsenförmige Verlängerung von außen auf das drehbare Element des Schmiermittelkreislaufs zusammen mit der Montage des Schmiermitteltanks aufgesetzt werden. Zum andern kann diese hülsenförmige Verlängerung, die als Außenhülse für den Pumpenrotor der Gegendruckpumpe dient, besonders einfach in den Schmiermitteltank eingeformt werden, da dieser nicht aus demselben Material wie das Gehäuse der Verdrängermaschine bestehen muss. Beispielsweise ist im Bereich des Schmiermitteltanks ohne weiteres die Verwendung von Kunststoff denkbar.
Weiterhin wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine zusätzlich ein drehfest mit der Antriebswelle ausgebildeter Pumpenrotor für eine Umwälzpumpe vorgesehen, die für die Umwälzung des Schmiermittels in dem Schmiermittelkreislauf sorgt. Die Umwälzpumpe wird bevorzugt in unmittelbarer Nähe der Verbindung des Gehäuses der Verdrängermaschine mit dem Schmiermittelvorratstank angeordnet.
Der Pumpenrotor der Umwälzpumpe wird so ebenfalls als integrierte Einheit mit der Antriebswelle aufgebaut, so dass eine Umwälzpumpe für das Schmiermittel realisierbar ist, die ohne zwischengeordnete Transmissionselemente zwischen Antriebswelle und Pumpe auskommt. Dadurch wird zudem eine zuverlässige Schmiermittelversorgung mit ausreichend hohem Schmiermitteldruck gewährleistet.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird darüber hinaus eine Schmiermittelzuführungsleitung wenigstens teilweise entlang dem Außenumfang des Pumpenrotors vorgesehen. Auf diese Weise ist es möglich, weitere Pumpenelemente, die mit dem Pumpenrotor in Wechselwirkung stehen, ebenfalls außerhalb des Pumpenrotors vorzusehen. Hierdurch wird der Aufbau einer Pumpvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Pumpenrotor vereinfacht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführung wird darüber hinaus eine Schmiermittelrückführungsleitung wenigstens teilweise im Inneren des Pumpenrotors vorgesehen. Auf diese Weise stört die Schmiermittelrückführung die äußere Schmiermittelzufuhr nicht. Gegenüber einer Vorrichtung wie eingangs zum Stand der Technik beschrieben liegt in diesem Fall eine Umkehrung der Strömungsrichtung vor, durch die die Ausgestaltung einer Pumpvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Pumpenrotor begünstigt wird.
Vorzugsweise umfasst der Pumpenrotor eine Pumpenschnecke zur Förderung von Schmiermittel. Eine solche Pumpenschnecke ist in der Lage, durch Drehung der Antriebswelle und dem damit drehfest ausgebildeten Pumpenrotor relativ zum Gehäuse Schmiermittel in axialer Richtung zu fördern. Der Pumpenrotor kann dabei einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet sein. Er kann jedoch auch mit Hilfe eines drehfest mit der Antriebswelle verbindbaren separaten Elements realisiert werden.
Vorteilhafterweise wird zudem eine die Pumpenschnecke umgebende Außenhülse vorgesehen. Eine solche Außenhülse kann gewissermaßen eine Pumpenkammer bilden, gegenüber der die Pumpenschnecke Schmiermittel fördert. Die Außenhülse kann dabei als Bohrung im Gehäuse der Verdrängermaschine ausgebildet sein, sie kann jedoch vorteilhafterweise auch durch ein separates Teil als Pumpenbuchse gebildet werden, das bevorzugt drehfest in einer entsprechenden Aufnahme im Gehäuse untergebracht wird. Die Ausgestaltung als separates Einlegeteil oder Pumpenbuchse bringt Vorteile hinsichtlich der Maßhaltigkeit der Vorrichtung mit sich.
So kann die Pumpenbuchse in ihrem Innendurchmesser leichter an die Pumpenschnecke angepasst werden. Darüber hinaus kann die Pumpenbuchse zwar drehfest mit dem Gehäuse, aber schwimmend gelagert untergebracht werden. Auf diese Weise sind größere Toleranzen bei der Fertigung des Pumpenrotors gegenüber dem Gehäuse der Verdrängermaschine möglich, da diese Toleranzen an der Außenumfangsseite der Pumpenbuchse gegenüber der entsprechenden Gehäuseaufnahme durch ein entsprechendes Spiel ausgeglichen werden können.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Pumpenrotor ein fest mit der Antriebswelle in diese einsetzbares Pumpenrohr.
Durch diese Ausgestaltung ist mit vergleichsweise wenig Aufwand eine Schmiermittelrückführungsleitung realisierbar, in dem Schmiermittel aus einer Axialbohrung der Antriebswelle über das genannte Pumpenrohr in Richtung Schmiermittelreservoir strömen kann.
Darüber hinaus ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Ringspalt zwischen der Antriebswelle und dem Pumpenrotor vorgesehen. In einem solchen Ringspalt kann die Schmiermittelströmung ins Innere der Antriebswelle stattfinden. Der Ring schmiert in einer bevorzugten Ausführungsform durch entsprechende Formgebung des in die Antriebswelle einsetzbaren Pumpenrohrs realisiert. Dies ist beispielsweise mit einem Pumpenrohr zu verwirklichen, das über eine bestimmte Länge in axialer Richtung am Außenumfang einen verminderten Querschnitt aufweist.
In axialer Richtung kann mit Bereichen vergrößerten Umfangs das Pumpenrohr an dem Innenumfang der Axialbohrung der Welle anliegen und somit den Ringspalt in axialer Richtung verschließen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin ein Druckraum zwischen dem Gehäuse und dem Pumpenrotor in axialer Richtung vor der Antriebswelle vorgesehen. In diesem Druckraum kann sich ein Staudruck des Schmiermittels aufbauen, mittels dem weitere Komponenten mit Schmiermittel versorgt werden können. So kann beispielsweise ein mit dem Druckraum in Verbindung stehendes Lager der Antriebswelle durch diesen Staudruck im Druckraum zwischen Gehäuse und Pumpenrotor mit Schmiermittel versorgt werden.
Vorzugsweise wird dieser Druckraum mit dem Ringspalt verbunden, wozu ein entsprechender Durchlass, beispielsweise im Bereich des Außenumfangs des Pumpenrohrs vorgesehen wird. Ein solcher Durchlass kann beispielsweise durch Axialbohrungen im Pumpenrohr oder auch durch Schlitze realisiert werden. Die Schlitze können beispielsweise als Längsschlitze oder in Form einer Wendel am Außenumfang des Pumpenrohrs angebracht sein. Wesentlich ist, dass ein Durchlass für das Schmiermittel entlang dem Außenumfang des Pumpenohrs in den Ringspalt erfolgt.
Um das Exzenterlager mit Schmiermittel zu versorgen, wird vorteilhafterweise die Antriebswelle mit einem Durchlass zwischen dem Ringspalt, der zur Schmiermittelzufuhr dient, und dem Exzenterlager versehen. Dies kann beispielsweise in Form einer Radialbohrung verwirklicht werden, durch die das Schmiermittel zum Exzenterlager strömen kann.
Auch die Rückführungsleitung auf der anderen Seite des Exzenterlagers wird bevorzugt dadurch realisiert, dass in der Antriebswelle eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Pumpenrohrs und dem Exzenterlager vorgesehen wird. Auch diese Verbindung kann beispielsweise durch eine entsprechende Radialbohrung in der Antriebswelle realisiert werden.
Der Schmiermitteltank kann im Gehäuse der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine ausgeformt sein. Er kann in einer besonderen Ausführungsform jedoch auch als separater Schmiermitteltank auf das Gehäuse aufsetzbar ausgestaltet werden. Ein solcher Schmiermitteltank kann beispielsweise wenigstens teilweise aus Kunststoff bestehen. Ein separater Schmiermitteltank kann bei der Montage auf das Gehäuse der Verdrängermaschine aufgesetzt werden. Hierbei werden vorzugsweise Dichtmittel vorgesehen, um den Schmiermitteltank dicht mit dem Maschinengehäuse zu verbinden und um einen Durchtritt des Schmiermittels zum Pumpenrotor zu ermöglichen.
Bevorzugt wird die Gegendruckpumpe und/oder die Umwälzpumpe durch den Antrieb der Verdrängermaschine, insbesondere über deren Antriebswelle angetrieben, sodass ein separater Antrieb entfallen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert:
Im Einzelnen zeigen
1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Verdrängermaschine,
2 eine Ausschnittsvergrößerung aus 1 zur Darstellung des Schmiermittelkreislaufs und
3 eine weiter vergrößerte Darstellung eines Teils der Verdrängermaschine im Querschnitt mit Pumpenrotor in perspektivischer Darstellung.
Die Verdrängermaschine 1 gemäß 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem ein spiralförmiger Verdrängerkörper 3 angeordnet ist. Der Verdrängerkörper 3 umfasst einen Mittelsteg 4 mit einer Lageraufnahme 5. In der Lageraufnahme 5 ist ein Wälzlager 6 untergebracht. Das Wälzlager 6 ist beidseits durch Dichtungen 7, 8 gegenüber dem Fördervolumen der Verdrängermaschine. abgedichtet.
Die Antriebswelle 10 wird über eine nicht in 1 dargestellte Riemenscheibe angetrieben, so dass das Exzenterelement 9 eine exzentrische Bewegung bezüglich der Achse A durchführt. Mit Hilfe dieser Bewegung kann der Verdrängerkörper 3 in bekannter Weise ein kompressibles Medium verdichten. Die Zufuhr und Abfuhr des Mediums aus bzw. in die Förderkammer 11 der Verdrängermaschine erfolgt in bekannter Weise und wird an dieser Stelle nicht eingehender erläutert.
Ein Schmiermitteltank 12 ist seitlich auf das Gehäuse 2 aufgesetzt. In 2 ist erkennbar, dass der Schmiermitteltank 12 mit einem Anschlussstutzen 13 in eine korrespondierende Ausnehmung des Gehäuses 2 eingesetzt ist und. mittels eines Dichtrings 14 eine dichte Verbindung mit dem Gehäuse 2 bildet.
In der Antriebswelle 10 ist eine Axialbohrung 15 mit verschiedenen Querschnittsabstufungen angebracht. In diese Axialbohrung ist ein Pumpenrohr 16 eingesetzt. Stirnseitig liegt das Pumpenrohr 16 formschlüssig in der Axialbohrung 15 an. Im weiteren axialen Verlauf des Pumpenrohrs 16 ist ein Ringspalt 17 zwischen dem Pumpenrohr 16 und der Antriebswelle 10 vorgesehen. Der axiale Endbereich 18 ist gegenüber dem Bereich der Axialbohrung 15, in dem das Pumpenrohr 16 liegt, mit vermindertem Durchmesser ausgebildet und steht mit dem Innenraum 40 des Pumpenrohrs in Verbindung.
Der axiale Endbereich 18 steht weiterhin über eine Radialbohrung 19 mit einem Schmiermittelraum 20 auf einer Seite des Wälzlagers 6 in Verbindung. Die Schmiermittelkammer 20 ist über eine Dichtung 21 gegenüber dem Fördervolumen für das kompressible Medium abgedichtet.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Wälzlagers 6 befindet sich eine weitere Schmiermittelkammer 22, die wiederum über eine. Dichtung 23 gegenüber dem kompressiblen Medium abgedichtet ist. Die Schmiermittelkammer 22 steht über eine Radialbohrung 24 mit dem Ringspalt 17 in Verbindung, der außenseitig von der Antriebswelle 10 und innenseitig vom Pumpenrohr 16 begrenzt ist.
Das Pumpenrohr 16 ist fest mit der Antriebswelle 10 verbunden. Auf der zum Schmiermitteltank hinweisenden Seite des Pumpenrohrs 16 ist der Endbereich des Pumpenrohrs 16 als Pumpenrotor 36 einer Gegendruckpumpe 37 ausgebildet (siehe 3). Der Pumpenrotor 36 ist hierzu mit einer Gegendruckschnecke 38 versehen, die in einer Eingangshülse 39 des Schmiermitteltanks eingesteckt ist. Das Gewinde der Gegendruckschnecke 38 ist so angelegt, dass Schmiermittel aus der Schmiermittelkammer 28 in Richtung zum Schmiermitteltank 30 durch den Ringspalt zwischen Eingangshülse 39 und Pumpenrotor 36 bzw. Gegendruckschnecke 38 gefördert wird, wodurch sich die gewünschte Gegendruckpumpe ergibt. Etwaige Luft, die aus dem Raum 40 des Pumpenrohrs 16 zum Tank 12 gefördert wird, kann somit nicht durch diesen Ringspalt in Richtung zur Schmiermittelkammer 28 eindringen.
Das Pumpenrohr 16 dient zugleich als Pumpenrotor 25 für eine Umwälzpumpe 41.
Hierzu ist in einem zur Antriebswelle 10 benachbarten Abschnitt des Pumpenrohrs 16 eine Pumpenschnecke 26 eingeformt. Die Pumpenschnecke 26 ist von einer Pumpenbuchse 27 umgeben. Die Pumpenschnecke 26 steht mit einer Schmiermittelkammer 28 in Verbindung, die wiederum über Durchlässe 29 mit dem Innenraum 30 des Schmiermitteltanks 12 verbunden ist.
Die Pumpenbuchse 27 ist schwimmend, das heißt mit einem kleinen Spiel gegenüber dem Gehäuse 2 gelagert und gegenüber dem Gehäuse mit einer Dichtung 31 gedichtet. Die Dichtung 31 verhindert den Schmiermittelrückfluss auf der Außenseite der Pumpenbuchse 27. Die Pumpenbuchse 27 ist so fixiert, dass eine Relativbewegung zwischen Pumpenschnecke 26 und Pumpenbuchse 27 möglich ist. Bevorzugt ist die Pumpenbuchse 27 drehfest mit dem Gehäuse 2 ausgebildet.
Zwischen der Antriebswelle 10 und dem Gehäuse 2 ist zwischen Antriebswelle 10 und Pumpenbuchse 27 ein Schmiermittelkanal 32 ausgebildet, der zu einem Wälzlager 33 der Antriebswelle 10 führt. Auf der gegenüberliegenden Seite vom Schmiermittelkanal 32 ist das Wälzlager 33 mittels einer Dichtung 34 gegenüber der Förderkammer 11 für das kompressible Medium abgedichtet.
Unmittelbar im Bereich der Öffnung der Antriebswelle 10 ist das Pumpenrohr 16 mit einer weiteren Schneckenstruktur 35 versehen, der jedoch keine Förderwirkung zukommt, da das Pumpenrohr 16 als Pumpenrotor 25 drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden ist. Die Schneckenstruktur 35 dient vielmehr dem Durchlass von Schmiermittel in den Ringspalt 15. Zugleich bildet die Schneckenstruktur 35 eine Press- und Führungsfläche, um zum einen eine Drehmomentübertragung von der Antriebswelle 10 auf das Pumpenrohr 16 und zum anderen eine sichere Zentrierung verbunden mit einem sicheren Sitz zur Vermeidung einer axialen Verschiebung zu realisieren.
Der Schmiermittelkreislauf gestaltet sich bei einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine wie folgt: Schmiermittel, beispielsweise Öl, wird aus dem Innenraum 30 des Vorratstanks 12 über die Schmiermittelkammer 28 zur Pumpenschnecke 26 geleitet. Die Pumpenschnecke 26 fördert das Schmiermittel in axialer Richtung F in den Schmiermittelkanal 32, in dem sich durch die Förderwirkung der Pumpenschnecke 26 ein entsprechender Schmiermittel- bzw. Öldruck aufbaut. Durch diesen Staudruck wird das Wälzlager 33 ausreichend mit Schmiermittel versorgt.
Durch die Schneckenstruktur 35 ist weiterhin ein Durchlass vom Schmiermittelkanal 32 zum Ringspalt 17 geöffnet, so dass Schmiermittel weiter in Richtung F gefördert werden. Am Ende des Ringspalts 15 wird das Schmiermittel in die Radialbohrung 24 gedrückt und gelangt so zur Schmiermittelkammer 22 auf einer Seite des Wälzlagers 6, das als Exzenterlager dient. Das Schmiermittel durchdringt das Wälzlager 6 weiter in Richtung F und gelangt somit in die gegenüberliegende Schmiermittelkammer 20. Von dort wird es über die Radialbohrung 19 in den axialen Endbereich der Axialbohrung 15 geleitet, der mit dem Innenraum 40 des Pumpenrohrs 16 in Verbindung steht. Durch das Pumpenrohr 16 wird das Schmiermittel schließlich wieder entgegen Richtung F in den Schmiermitteltank 30 gefördert.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bietet den Vorteil, dass neben der Gegendruckpumpe mit vergleichsweise wenig Aufwand zugleich eine Umwälzpumpe in die Verdrängermaschine integriert ist. Dies ist dadurch möglich, dass ein drehfest mit der Antriebswelle 10 ausgebildeter Pumpenrotor 25 vorgesehen ist. In der beschriebenen Ausführungsvariante wird die Umwälzpumpe ebenso wie die Gegendruckpumpe als Schneckenpumpe ausgestaltet, die wiederum den besonderen Vorteil bietet, dass die Pumpenkammer durch eine zylindrische Umgebung, zum Beispiel durch die Zylinderbuchse 27 oder die Eingangshülse 39, ebenfalls auf einfache Weise realisierbar ist.
Grundsätzlich könnte die Pumpenschnecke 26 auch in einer passgenauen zylindrischen Aufnahme des Gehäuses 2 liegen, die als separates Teil ausgebildete Pumpenbuchse 27 bietet jedoch den Vorteil, dass sie mit Spiel im Gehäuse 2 gelagert werden kann. Hierdurch sind größere Toleranzen bei der Fertigung des Pumpenrotors 25 möglich.
Grundsätzlich wäre es bei der beschriebenen Ausführung auch möglich, den dem Schmiermittelkanal 32 gegenüberliegenden Bereich des Wälzlagers 33 mit der Rückführungsleitung im Inneren des Pumpenrohrs zu verbinden, es hat sich jedoch gezeigt, dass an dieser Stelle kein geschlossener Schmiermittelkreislauf erforderlich ist, sondern vielmehr der Staudruck im Schmiermittelkanal 32 absolut ausreichend für eine zuverlässige Schmierung des Wälzlagers 33 ist, das die Antriebswelle lagert.
Die Pumpenschnecke könnte grundsätzlich auch einstückig der Antriebswelle 10 ausgebildet werden, die beschriebene Ausführungsvariante als Einlegeteil in eine Bohrung in der Antriebswelle 10 bietet jedoch fertigungstechnische Vorteile.
Zur Integration der Gegendruckpumpe und der Umwälzpumpe in die Verdrängermaschine sind auf Seiten der Verdrängermaschine nur minimale Anpassungen erforderlich. Die Pumpen selbst werden im dargestellten Ausführungsbeispiel durch separat gefertigte Teile wie den Pumpenrotor 25, die Pumpenbuchse 27, dem Pumpenrotor 36 und der Eingangshülse 39 realisiert. Darüber hinaus ist bei Verwendung eines aufsteckbaren Schmiermitteltanks 12 auch keinerlei Vorratsbehälter im Gehäuse 2 auszubilden. Zudem kann ein separat ausgebildeter Schmiermitteltank 12 ganz oder teilweise aus einem frei wählbaren anderen Material als das Gehäuse 2, beispielsweise aus Kunststoff gefertigt werden.
Die Ausgestaltung des Pumpenrotors und der Pumpenbuchse als separate Teile ermöglicht auch in diesem Bereich eine freie Materialwahl, um einen dauerhaft zuverlässigen dichten Betrieb ohne größeren Verschleiß zu gewährleisten.
So kann die Pumpenschnecke beispielsweise aus Stahl (zum Beispiel des Typs 11SMn30) bestehen und hierzu eine Pumpenbuchse 27 mit einer Kupferlegierung (zum Beispiel CuSn8), aus Kunststoff (zum Beispiel PBT) oder als Sinterbronze vorgesehen werden. Alle diese Kombinationen weisen gute Gleiteigenschaften bei ausreichender Dichtigkeit der Pumpenschnecke an der Buchse auf. Kunststoffe werden dabei bevorzugt verstärkt oder gefüllt, z. B. als Faserverbundwerkstoffe verwendet. In einer weiteren Variante kann sowohl die Pumpenschnecke als auch die Pumpenbuchse aus Kunststoff bestehen. Für die Pumpenschnecken kommt beispielsweise PES gefüllt in Frage, während die Pumpenbuchse oder die Eingangshülse wiederum aus PBT gefüllt vorgesehen werden kann.
Die Materialauswahl im Bereich der Pumpenschnecken und der Pumpenbuchse bzw. der Eingangshülse sollte einen übermäßigen Materialabtrag oder ein Festlaufen beider Elemente verhindern.
Die genannten Materialkombinationen sind aufgrund der separaten Fertigung der beiden Komponenten alle weiteren gewünschten Materialkombinationen ohne Einschnitte im Aufbau der Verdrängermaschine möglich.
Bezugszeichenliste

1: Verdrängermaschine
2: Gehäuse
3: Verdrängerkörper
4: Mittelsteg
5: Lageraufnahme
6: Wälzlager
7: Dichtung
8: Dichtung
9: Exzenterelement
10: Antriebswelle
11: Förderkammer
12: Schmiermitteltank
13: Anschlussstutzen
14: Dichtring
15: Axialbohrung
16: Pumpenrohr
17: Ringspalt
18: axialer Endbereich
19: radiale Bohrung
20: Schmiermittelkammer
21: Dichtung
22: Schmiermittelkammer
23: Dichtung
24: Radialbohrung
25: Pumpenrotor
26: Pumpenschnecke
27: Pumpenbuchse
28: Schmiermittelkammer
29: Durchlass
30: Innenraum
31: Dichtung
32: Schmiermittelkanal
33: Wälzlager
34: Dichtung
35: Schneckenstruktur
36: Pumpenrotor
37: Gegendruckpumpe
38: Gegendruckschnecke
39: Eingangshülse
40: Innenraum
41: Umwälzpumpe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3347081 A1 [0002]
DE 102007043595 A1 [0004, 0006]

Claims

Verdrängermaschine für kompressible Medien mit wenigstens einem, in einem feststehenden Gehäuse angeordneten Förderer und mit einem dem Förderer zugeordneten, spiralförmigen Verdrängerelement, wobei das Verdrängerelement mittels einer Lagerung auf einem mit einer Antriebswelle verbundenen Exzenterelement gelagert und ein Schmiermittelsystem mit einem Schmiermittelkreislauf vorgesehen ist, der eine Schmiermittelzufuhr und eine Schmiermittelrückflussleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gegendruckpumpe (37) im Übergangsbereich vom feststehenden Schmiermitteltank (12) in ein drehendes Element der Schmiermittelzufuhr und/oder der Schmiermittelrückflussleitung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelrückflussleitung das sich gegenüber dem Schmiermitteltank (12) drehende Element (16) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckpumpe (37) eine Gegendruckschnecke (38) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (39) der Schmiermittelrückflussleitung in den Schmiermitteltank (12) hülsenförmig verlängert ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die hülsenförmige Verlängerung (39) des Durchlasses in den Schmiermitteltank (12) hinein erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hülsenförmige Verlängerung (39) an den Schmiermitteltank (12) angeformt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehfest mit der Antriebswelle (10) ausgebildeter Pumpenrotor (25) einer Umwälzpumpe für die Zufuhr des Schmiermittels vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzuführungsleitung wenigstens teilweise entlang dem Außenumfang des Pumpenrotors (25) der Umwälzpumpe verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelrückführungsleitung wenigstens teilweise im Inneren des Pumpenrotors (25) der Umwälzpumpe verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenrotor (25) der Umwälzpumpe eine Pumpenschnecke (26) zur Förderung von Schmiermittel umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Pumpenschnecke (26) der Umwälzpumpe umgebende Pumpenbuchse (27) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehfest mit der Antriebswelle (10) einsetzbares Pumpenrohr (16) vorgesehen ist, das wenigstens einen Pumpenrotor (25) für die Gegendruckpumpe (37) und/oder die Umwälzpumpe (41) umfasst.