DE102013009040B4 - Spindle compressor with high internal compression - Google Patents

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Abstract

Spindelkompressor als im Arbeitsraum ohne Betriebsfluid arbeitende 2-Wellen-Rotations-Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung gasförmiger Fördermedien für Anwendungen im Vakuum und für Anwendungen im Überdruck für Druckverhältnisse zwischen Einlass- und Auslass-Druck größer als 3 mit einem gegensinnig von einer äußeren, also außerhalb vom Verdichter-Arbeitsraum gelegenen Synchronisation (37) drehwinkeltreu angetriebenen Spindelrotorpaar in einem umgebenden Verdichtergehäuse mit einem Einlass (34) und einem Auslass (35) für das Fördermedium dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorpaar bestehend aus einem 2-zähnigen Spindelrotor (2) und einem verzahnungsmäßig eingreifenden 3-zähnigen Spindelrotor (3) einen nicht-parallelen, also auseinanderstrebenden Achsabstand derart aufweist, dass auf der Fördergas-Einlass-Seite (34) der Achsabstand a.0 (1.a) zwischen beiden Spindelrotoren mindestens 20%, besser 50% und für höhere Druckverhältnisse sogar mehr als doppelt so groß ist wie der Auslass-seitige Achsabstand a.L (1.b), wobei außerdem der Umschlingungswinkel bezogen auf den 2-zähnigen Spindelrotor mindestens 2500 Winkelgrad, vorzugsweise jedoch über 3600 Winkelgrad, günstigerweise noch mehr als 4500 Winkelgrad oder noch besser über 5400 Winkelgrad und für besonders hohe Druckdifferenzen sogar über 6300 Winkelgrad beträgt, und zudem am Spindelrotorpaar die Einlass-seitige Steigung um weniger als 20%, für einige Einsatzfälle noch 60% aber höchstens 120% größer ist als die Auslass-seitige Steigung, wobei fernerhin jeder Spindelrotor eine Rotorinnen-Fluidkühlung (8, 9) besitzt mit dem Merkmal, dass die Strömungsrichtung (15) des Fördermediums entgegengesetzt erfolgt zur Kühlkonus-Strömungsrichtung (14) des Kühlfluids, welches im Rotor-Einlass-Bereich in die jeweilige zentrale Kühlfluid-Zuführ-Bohrung in jeder Trägerwelle (4, 5) zugeführt wird (13) und bei jedem auf seiner eigenen Trägerwelle drehfest sitzenden Spindelrotor (2, 3) durch die Zentrifugal-Bewegung der Rotordrehung zur Einlass-Seite im hohlen Rotorkörper getrieben wird.Spindle compressor as a 2-shaft rotary displacement machine operating in the working chamber without operating fluid for conveying and compressing gaseous conveying media for applications in a vacuum and for applications in overpressure for pressure ratios between inlet and outlet pressure greater than 3 with a spindle rotor pair driven in opposite directions by an external synchronization (37) located outside the compressor working chamber in a rotationally accurate manner in a surrounding compressor housing with an inlet (34) and an outlet (35) for the conveying medium, characterized in that the rotor pair consisting of a 2-tooth spindle rotor (2) and a 3-tooth spindle rotor (3) engaging in toothing has a non-parallel, i.e. diverging, axial distance such that on the conveying gas inlet side (34) the axial distance a.0 (1.a) between the two spindle rotors is at least 20%, better 50% and for higher pressure ratios even more than twice as large as the outlet side. Axle distance a.L (1.b), wherein the wrap angle in relation to the 2-tooth spindle rotor is at least 2500 angular degrees, but preferably over 3600 angular degrees, advantageously even more than 4500 angular degrees or even better over 5400 angular degrees and for particularly high pressure differences even over 6300 angular degrees, and in addition, on the spindle rotor pair, the inlet-side slope is less than 20%, for some applications still 60% but at most 120% greater than the outlet-side slope, wherein furthermore each spindle rotor has a rotor internal fluid cooling (8, 9) with the feature that the flow direction (15) of the conveying medium is opposite to the cooling cone flow direction (14) of the cooling fluid, which is fed (13) in the rotor inlet area into the respective central cooling fluid feed hole in each carrier shaft (4, 5) and in each case on its own carrier shaft The non-rotatably mounted spindle rotor (2, 3) is driven by the centrifugal movement of the rotor rotation to the inlet side in the hollow rotor body.

Description

Trockenverdichtende Kompressoren gewinnen in der industriellen Verdichtertechnik verstärkt an Bedeutung, denn durch zunehmende Verpflichtungen bei Umweltschutzvorschriften und steigende Betriebs- und Entsorgungskosten sowie erhöhte Ansprüche an die Reinheit des Fördermediums werden die bekannten nasslaufenden Verdichter, wie Flüssigkeitsringmaschinen, Drehschieberpumpen und Öl- oder Wassereingespritzte Schraubenkompressoren, immer häufiger durch trockenverdichtende Maschinen ersetzt. Zu diesen Maschinen gehören trockene Schraubenverdichter, Klauenpumpen, Membranpumpen, Kolbenpumpen, Scroll-Maschinen sowie Wälzkolbenpumpen. Diesen Maschinen ist jedoch gemeinsam, dass sie die heutigen Ansprüche hinsichtlich Zuverlässigkeit und Robustheit sowie Baugröße und Gewicht bei gleichzeitig niedrigem Preisniveau und befriedigendem Wirkungsgrad immer noch nicht erreichen.Dry-compressing compressors are becoming increasingly important in industrial compressor technology. Due to increasing obligations in environmental protection regulations and rising operating and disposal costs as well as increased demands on the purity of the pumped medium, the well-known wet-running compressors, such as liquid ring machines, rotary vane pumps and oil or water-injected screw compressors, are increasingly being replaced by dry-compressing machines. These machines include dry screw compressors, claw pumps, diaphragm pumps, piston pumps, scroll machines and Roots pumps. However, these machines have in common that they still do not meet today's requirements in terms of reliability and robustness as well as size and weight while at the same time being low in price and providing satisfactory efficiency.

Zur Verbesserung dieser Situation bieten sich die bekannten trockenverdichtenden Spindelkompressoren an, weil sie als typische 2-Wellenverdrängermaschinen ein hohes Kompressionsvermögen einfach dadurch realisieren, dass sie die nötige Mehrstufigkeit als sogen. „Fördergewinde“ durch Hintereinanderschaltung mehrerer abgeschlossener Arbeitskammern über die Anzahl der Umschlingungen je Verdrängerrotor äußerst unkompliziert erreichen, ohne jedoch ein Betriebsfluid im Arbeitsraum zu benötigen. Außerdem wird durch die berührungslose Abwälzung der beiden gegensinnig drehenden Spindelrotore eine erhöhte Rotordrehzahl ermöglicht, so dass bezogen auf die Baugröße gleichzeitig Nennsaugvermögen sowie Liefergrad ansteigen. Dabei können trockenverdichtende Spindelmaschinen sowohl für Anwendungen im Vakuum als auch für Überdruck eingesetzt werden, wobei der Leistungsbedarf im Überdruck naturgemäß signifikant höher ist, weil im Überdruck-Bereich mit Enddrücken deutlich über 2 bar (absolut) bis auf 15 bar und noch höher deutlich größere Druckdifferenzen zu überwinden sind.The well-known dry-compressing spindle compressors are ideal for improving this situation because, as typical 2-shaft displacement machines, they achieve a high compression capacity simply by achieving the necessary multi-stage function as a so-called "conveying thread" by connecting several closed working chambers in series via the number of wraps per displacement rotor, without requiring an operating fluid in the working chamber. In addition, the contactless rolling of the two counter-rotating spindle rotors enables an increased rotor speed, so that the nominal suction capacity and delivery efficiency increase at the same time in relation to the size. Dry-compressing spindle machines can be used for applications in both vacuum and overpressure, although the power requirement is naturally significantly higher in overpressure because in the overpressure range with final pressures well over 2 bar (absolute) up to 15 bar and even higher, significantly larger pressure differences have to be overcome.

In der PCT-Schrift WO 00 / 12 899 A1 wird für eine trockenverdichtende Spindel-Verdrängermaschine eine einfache Rotorkühlung beschrieben, indem in eine konisch Rotorbohrung bei jedem Rotor ein Kühlmittel, vorzugsweise Öl, eingebracht wird, um einen Teil der während des Verdichtungsvorgangs entstehenden Kompressionswärme ständig abzuführen. In dem Schutzrecht WO 2010 / 006 663 A1 wird in Fortsetzung dieses Ansatzes das Kühlmittel mit einer internen Kühlmittel-(Öl-)Pumpe des weiteren noch zur Kühlung des Pumpengehäuses verwendet, um in einem vorzugsweise gemeinsamen Kühlmittel-Kreislauf über einen separaten Wärmetauscher die aufgenommenen Wärmemengen aus der Verdichtung des Fördermediums sowie der Verlustleistungen derart abzuführen, dass die Abstands-Spielwerte zwischen dem Rotorpaar und dem umgebenden Pumpengehäuse für alle Betriebszustände erhalten bleiben. In der Patentanmeldung DE 10 2012 009 103 A1 wird eine hinsichtlich Minimierung der inneren Leckage und Gestaltung der Arbeitskammern verbesserte Rotorpaarung per 2-zähnigem und 3-zähnigem Spindelrotor beschrieben.In the PCT document WO 00 / 12 899 A1 A simple rotor cooling system is described for a dry-compressing spindle displacement machine, in which a coolant, preferably oil, is introduced into a conical rotor bore in each rotor in order to continuously dissipate part of the compression heat generated during the compression process. In the patent WO 2010 / 006 663 A1 In continuation of this approach, the coolant is also used to cool the pump housing with an internal coolant (oil) pump in order to dissipate the heat absorbed from the compression of the pumped medium and the power losses in a preferably common coolant circuit via a separate heat exchanger in such a way that the clearance values between the rotor pair and the surrounding pump housing are maintained for all operating conditions. In the patent application EN 10 2012 009 103 A1 An improved rotor pairing with a 2-tooth and 3-tooth spindle rotor is described with regard to minimizing internal leakage and design of the working chambers.

Zudem offenbart die Veröffentlichung DE 10 2012 202 712 A1 , dass mit nur einer Schraubenspindel-Kompressor-Maschine ohne Betriebsfluid im Arbeitsraum höhere Drücke am Gas-Auslass dadurch erreicht werden, dass das gegensinnig und berührungsfrei arbeitende Spindelrotorpaar jeweils einen mehr als 800 Winkelgrad großen Umschlingungswinkel für das äußere Fördergewinde aufweist, und dass sowohl am Spindelrotorpaar als auch an dem umgebenden Verdichtergehäuse ein Teil der zwischen dem Gas-Einlass und dem Gas-Auslassraum entstehenden Kompressionswärme während der Betriebsfluidfreien Verdichtung abgeführt wird, wobei ein Kühlfluid das Spindelrotorpaar und ein Kühlfluid über die Kühlfluid-Führung das Verdichtergehäuse Wärme-abführend durchströmt und die Größe der vom Fördergas berührten Wärmetransferflächen mindestens 50 cm2 je kW-Antriebsleistung beträgt, wobei die Arbeitskammer-Volumina auf der Fördergas-Einlass-Seite größer sind als die Arbeitskammer-Volumina auf der Fördergas-Auslass-Seite, und wobei zudem das gegensinnig und berührungsfrei zueinander rotierende Spindelrotorpaar mit erhöhter Drehzahl betrieben wird, so dass die UmfangsGeschwindigkeiten am Spindelrotor-Außendurchmesser mindestens 30 m/sec betragen. Über die Größe der Wärmetransferflächen im Verhältnis zur Verdichterleistung wird der Anteil der abgeführten Kompressionswärme, die insgesamt während der Verdichtung des Fördermediums zwischen dem Gas-Einlass und dem Gas-Auslass entsteht, festgelegt.The publication also reveals EN 10 2012 202 712 A1 that with only one screw spindle compressor machine without operating fluid in the working chamber, higher pressures are achieved at the gas outlet by the fact that the spindle rotor pair, which work in opposite directions and without contact, each has a wrap angle of more than 800 degrees for the outer conveying thread, and that part of the compression heat generated between the gas inlet and the gas outlet chamber is dissipated both at the spindle rotor pair and at the surrounding compressor housing during the operating fluid-free compression, with a cooling fluid flowing through the spindle rotor pair and a cooling fluid flowing through the compressor housing via the cooling fluid guide, dissipating heat, and the size of the heat transfer surfaces touched by the conveying gas is at least 50 cm2 per kW drive power, with the working chamber volumes on the conveying gas inlet side being larger than the working chamber volumes on the conveying gas outlet side, and with the spindle rotor pair, which rotate in opposite directions and without contact to one another, also being operated at an increased speed, so that the circumferential speeds on the spindle rotor outer diameter are at least 30 m/sec. The proportion of the dissipated compression heat that is generated during the compression of the conveying medium between the gas inlet and the gas outlet is determined by the size of the heat transfer surfaces in relation to the compressor output.

Ferner offenbart die Druckschrift DE 10 2011 004 960 A1 einen Druckluft-Kompressor mit den Merkmalen: a) ein Gehäuse, das einen mit Atmosphäre kommunizierenden Lufteinlass und einen Druckluftauslass aufweist, b) zwei in dem Gehäuse gegensinnig drehbar angeordnete, mit jeweils mindestens einem mehrfach umlaufenden Fördergewinde unter Begrenzung einer Mehrzahl von nacheinander angeordneten Förderkammern in den gehäuseseitig abgedichteten Gewindegängen zahnradartig ineinandergreifenden Spindelrotoren, c) einem mit den Spindelrotoren gekoppelten Antriebsmotor, d) einem mit den Förderkammern der trocken verdichtenden Spindelrotoren wärmeleitend verbundenen Kahlkreislauf, e) die letzte Förderkammer ist zu dem Druckluftauslass hin offen und der Betriebsdruck an dem Druckluftauslass beträgt mehr als 3 bar.Furthermore, the publication discloses EN 10 2011 004 960 A1 a compressed air compressor with the following features: a) a housing having an air inlet communicating with the atmosphere and a compressed air outlet, b) two spindle rotors arranged in the housing so as to be rotatable in opposite directions, each with at least one multi-rotating conveying thread, delimiting a plurality of conveying chambers arranged one after the other in the threads sealed on the housing side, which mesh with one another like a gear, c) a drive motor coupled to the spindle rotors, d) a cooling circuit connected in a heat-conducting manner to the conveying chambers of the dry-compressing spindle rotors, e) the last conveying chamber is open to the compressed air outlet and the operating pressure at the compressed air outlet is more than 3 bar.

Außerdem sind aus dem Stand der Technik die Druckschriften FR 796 274 A , FR 789 211 A , GB 464 475 A sowie US 3 180 559 A bekannt.In addition, the state of the art includes the publications FR 796 274 A , FR 789 211 A , GB 464 475 A as well as US 3 180 559 A known.

Gleichwohl sind insbesondere für anspruchsvollere Anwendungen im Überdruck mit höheren Druckverhältnissen sowohl das Kompressionsvermögen als auch die Leistungseffizienz noch zu verbessern, denn durch innere Leckagen zwischen den einzelnen Arbeitskammern gibt es immer noch zu hohe Verluste bei gleichzeitig oftmals noch unzureichender Wärmeabführung während der Verdichtung. Diese Situation gilt es zu verbessern.Nevertheless, both the compression capacity and the performance efficiency still need to be improved, particularly for more demanding applications in overpressure with higher pressure ratios, because internal leaks between the individual working chambers still result in excessive losses and, at the same time, often inadequate heat dissipation during compression. This situation needs to be improved.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für trockenverdichtende 2-Wellen-Rotations-Verdrängermaschinen zur Förderung und Verdichtung gasförmiger Fördermedien für Anwendungen im Vakuum und im Überdruck mit Druckverhältnissen zwischen Einlass- und Auslass-Druck größer als 3 den Wirkungsgrad und das Kompressionsvermögen signifikant zu verbessern bei zugleich vereinfachter Spindelrotor-Fertigung.The object of the present invention is to significantly improve the efficiency and compression capacity of dry-compressing 2-shaft rotary displacement machines for conveying and compressing gaseous conveying media for applications in vacuum and overpressure with pressure ratios between inlet and outlet pressure greater than 3, while at the same time simplifying spindle rotor production.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass für Vakuum- und für Überdruck-Einsatzfälle bei einem trockenverdichtenden Spindelkompressor als 2-Wellenverdrängermaschine das gegensinnig von einer äußeren, also außerhalb vom Verdichter-Arbeitsraum gelegenen, Synchronisation drehwinkeltreu angetriebene Rotorpaar bestehend aus einem 2-zähnigen Spindelrotor und einem verzahnungsmäßig eingreifenden 3-zähnigen Spindelrotor einen nicht-parallelen, also auseinanderstrebenden Achsabstand derart aufweist, dass auf der Fördergas-Einlass-Seite der Achsabstand zwischen beiden Spindelrotoren mindestens 20%, besser 50% und für höhere Druckverhältnisse sogar mehr als doppelt so groß ist wie der Auslass-seitige Achsabstand, wobei die beiden Rotorachsen schneidend mit einem Achskreuzungswinkel γΣ ausgeführt werden, der ungleich Null ist und zwischen 2 und 40 Winkelgrad liegt, und dann keine Achsversetzung aV aufweist, wenn bei der konstruktiven Umsetzung der verfügbare Platz für die druckseitige Lagerung ausreicht, wohingegen zur Verbesserung der konstruktiven Platzverhältnisse die beiden Rotorachsen kreuzend (auch als „windschief“ bezeichnet) mit einem Achskreuzungswinkel γΣ ungleich Null von 2 bis 40 Winkelgrad und mit einer Achsversetzung aV ausgeführt werden, die größer ist als 30 mm und innerhalb von ±20% von der Gesamtrotorlänge zum stirnseitigen Rotorauslass positioniert wird, vorzugsweise jedoch mit den Stirnschnittebenen beider Rotor-Auslass-Stirnseiten zusammenfällt, außerdem bei einem Umschlingungswinkel bezogen auf den 2-zähnigen Spindelrotor von mindestens 2500 Winkelgrad, vorzugsweise jedoch über 3600 Winkelgrad, günstigerweise noch mehr als 4500 Winkelgrad oder noch besser über 5400 Winkelgrad und für besonders hohe Druckdifferenzen sogar über 6300 Winkelgrad, denn je höher das Kompressionsvermögen sein soll, desto größer ist der Umschlingungswinkel zu wählen, wobei am Spindelrotorpaar die Einlass-seitige Steigung um weniger als 20%, für einige Einsatzfälle noch 60% aber höchstens 120% größer ist als die Auslass-seitige Steigung, wobei Einlass-seitig am 2-zähnigen Spindelrotor zur Verbesserung des Ansaugvermögens eine Abflachung am äußeren Kopfkreis-Durchmesser über eine Länge L.2zyl, die mindestens der gemittelten Start-Profilsteigungs-Länge entspricht, derart erfolgt, dass der Einlass-seitige Kopfkegel-Neigungswinkel γ2K.0 vorzugsweise Null (also zylindrisch) ist, aber auf jeden Fall kleiner als der Kopfkegel-Neigungswinkel γ2K.L ist, der für mindestens 66% der Rotorprofillänge L2z die Reduzierung der Rotoraußen-Durchmesser in Richtung zur Auslass-Seite definiert, wobei zudem jeder Spindelrotor eine Innenkühlung besitzt mit dem Merkmal, dass die Strömungsrichtung des Fördermediums entgegengesetzt ist zur Kühlkonus-Strömungsrichtung des Kühlfluids, welches im Rotor-Einlass-Bereich in die jeweilige Trägerwelle zugeführt wird und bei jedem auf seiner eigenen Trägerwelle drehfest sitzenden Spindelrotor durch die Zentrifugal-Bewegung der Spindelrotordrehung zur Einlass-Seite getrieben wird und dort vorzugsweise per Staurohr aus einer Auffangrinne kontinuierlich abgezapft wird, wobei ein besonders hoher Kühlfluid-Mengenstrom derart eingestellt wird, dass die Temperatur-Erhöhung im Kühlfluid durch die Wärmeabführung aus jedem Spindelrotor während der Verdichtung des Fördermediums kleiner ist als 6 Grad, besser noch unter 4 Grad und idealerweise sogar unter 3 Grad gehalten wird, und außerdem noch der Kühlkonus-Winkel im kleineren Durchmesser-Bereich um mindestens 10%, besser noch 25% oder idealerweise mehr als 50% steiler ausgeführt wird als im nachfolgend vom Kühlfluid durchströmten Kühlkonus-Bereich, wobei über die Spindelrotorpaar-Geometrie-Werte die thermodynamische Auslegung derart erfolgt, dass der spezifische Wärmetauscher-Kennwert (denn letztendlich ist der vorliegende Spindelkompressor sowohl Verdichter als auch zugleich Wärmetauscher) eine Wärmetransfer-Flächen-Belastung als Kompressor-Leistung je Arbeitsraum-Oberflächen-Größe (also die vom Fördermedium im Arbeitsraum berührten Verdichter-Arbeitsoberflächen, nämlich Rotorpaar-Fördergewinde und umhüllende Gehäuse-Innenflächen) von weniger als 50 kW je m2 und für größere Maschinen (also über 55 kW) noch unter 30 kWje m2 und bei höheren Wirkungsgrad-Anforderungen sogar weniger als 20 kWje m2 aufweist, wobei zudem die Ausgestaltung der Fördergewinde-Profilflanken an beiden Spindelrotoren derart erfolgt, dass in jeder Stirnschnittebene innerhalb der Rotorprofil-Gewindelänge L.3z am 3-zähnigen Spindelrotor ein Kopfkreis-Radius r.3KK mit den jeweiligen Kopfendpunkten E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e und E.3f derart gewählt wird, dass für mindestens 80% der Rotorprofil-Gesamtlänge L.3z folgende Bedingung erfüllt ist: 0,42·a(z) ≤ r3.KK(z) ≤ 0,72·a(z)
mit ä(z) als jeweiliger Achsabstand zur entsprechenden Paarung der Stirnschnitt-Ebenen beider Rotore, und dass ebenso in jeder Stirnschnittebene innerhalb der Rotorprofil-Gewindelänge L.2z am 2-zähnigen Spindelrotor ein Kopfkreis-Radius r.2KK mit den jeweiligen Kopfendpunkten E.2a, E.2b, E.2c und E.2d derart gewählt wird, dass für mindestens 80% der Rotorprofil-Gesamtlänge L.2z folgende Bedingung erfüllt ist: 0,25·a(z) ≤ r.2KK(z) ≤ 0,52·a(z) und zugleich mit der zusätzlichen Bedingung: (r.3KK(z) + r.2KK(z)) > 1,05·a(z) als ineinandergreifende Rotorpaarung, wobei ferner bei der Einlass-seitigen Stirnseite des 2-zähnigen Spindelrotors eine angeschrägte Referenz-Anschlagfläche ausgebildet wird, die zur korrekten Positionierung der Verzahnungsebenen in RotorlängsAchsrichtung beider Spindelrotore zueinander um den Achskreuzungswinkel geneigt ist, und überdies die Minimierung des Verdrehflankenspiels in dem zur Synchronisation beider Rotore notwendigen Konuszahnradpaar durch axiale Verschiebung dieser Zahnräder zueinander mit anschließender Fixierung erfolgt, und die Axialkräfte aus dieser Synchro.-Verzahnung insbesondere durch Wahl der Schrägungswinkel sowie der Positionierung zum Schraubungswinkel bei kreuzender Achslage gezielt zur Kompensation der Gaskräfte durch die Druckdifferenz des Fördermediums zwischen Aus- und Einlass genutzt werden in Verbindung mit der bekannten Vorgelege-Getriebestufe zur Drehzahl-Erhöhung, wobei für sehr hohe Enddruckwerte (abhängig von den Maschinen-Abmessungen beispielsweise für mehr als 12 bar) zur Reduzierung der axialen Lagerbelastung durch die hohen Druckdifferenzen eine Druckdifferenz-Ausgleichsstufe an jedem Auslass-seitigen Trägerwellenende realisiert wird.
According to the invention, this object is achieved in that for vacuum and overpressure applications in a dry-compressing spindle compressor as a 2-shaft displacement machine, the rotor pair consisting of a 2-tooth spindle rotor and a 3-tooth spindle rotor engaging in terms of gearing, which are driven in opposite directions by an external synchronization located outside the compressor working chamber, have a non-parallel, i.e. diverging, axis distance such that on the conveying gas inlet side the axis distance between the two spindle rotors is at least 20%, better 50% and for higher pressure ratios even more than twice as large as the outlet-side axis distance, whereby the two rotor axes are designed to intersect with an axis crossing angle γ Σ that is not equal to zero and lies between 2 and 40 angular degrees, and then has no axis offset a V if the available space for the pressure-side bearing is sufficient in the structural implementation, whereas to improve the structural Space conditions, the two rotor axes are designed to cross (also referred to as "skew") with an axis crossing angle γ Σ not equal to zero of 2 to 40 degrees and with an axis offset a V that is greater than 30 mm and is positioned within ±20% of the total rotor length to the front rotor outlet, but preferably coincides with the front cutting planes of both rotor outlet front sides, and with a wrap angle related to the 2-tooth spindle rotor of at least 2500 degrees, but preferably over 3600 degrees, preferably more than 4500 degrees or even better over 5400 degrees and for particularly high pressure differences even over 6300 degrees, because the higher the compression capacity is to be, the larger the wrap angle must be selected, whereby the inlet-side pitch on the spindle rotor pair is less than 20%, for some applications still 60% but at most 120% greater than the outlet-side pitch, whereby on the inlet side of the 2-tooth spindle rotor, in order to improve the suction capacity, a flattening of the outer tip circle diameter over a length L.2zyl, which corresponds at least to the averaged starting profile pitch length, is carried out in such a way that the inlet-side tip cone inclination angle γ 2K.0 is preferably zero (i.e. cylindrical), but in any case is smaller than the tip cone inclination angle γ 2K.L , which defines the reduction of the rotor outer diameter in the direction of the outlet side for at least 66% of the rotor profile length L 2z , whereby each spindle rotor also has an internal cooling with the feature that the flow direction of the conveying medium is opposite to the cooling cone flow direction of the cooling fluid, which is fed into the respective carrier shaft in the rotor inlet area and is rotated by the centrifugal movement of the spindle rotor, which is seated on its own carrier shaft in a rotationally fixed manner. Spindle rotor rotation is driven to the inlet side and is there preferably continuously tapped from a collecting trough via a pitot tube, whereby a particularly high cooling fluid flow rate is set in such a way that the temperature increase in the cooling fluid due to the heat dissipation from each spindle rotor during compression of the conveying medium is less than 6 degrees, better still below 4 degrees and ideally even below 3 degrees, and in addition the cooling cone angle in the smaller diameter area is made at least 10%, better still 25% or ideally more than 50% steeper than in the cooling cone area subsequently flowed through by the cooling fluid, whereby the thermodynamic design is carried out via the spindle rotor pair geometry values in such a way that the specific heat exchanger characteristic value (because ultimately the spindle compressor in question is both a compressor and a heat exchanger at the same time) a heat transfer surface load as compressor performance per working space surface size (i.e. the surface touched by the conveying medium in the working space Compressor working surfaces, namely rotor pair conveying threads and enveloping housing inner surfaces) of less than 50 kW per m 2 and for larger machines (i.e. over 55 kW) even less than 30 kW per m 2 and with higher efficiency requirements even less than 20 kW per m 2 , whereby the design of the conveying thread profile flanks on both spindle rotors is carried out in such a way that in each frontal cutting plane within the rotor profile thread length L.3z on the 3-tooth spindle rotor, a tip circle radius r.3KK with the respective tip end points E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e and E.3f is selected such that for at least 80% of the rotor profile total length L.3z the following condition is met: 0.42· a (z) ≤ r3.KK(z) ≤ 0.72· a (e)
with ä(z) as the respective center distance to the corresponding pairing of the face cutting planes of both rotors, and that in each face cutting plane within the rotor profile thread length L.2z on the 2-tooth spindle rotor a tip circle radius r.2KK with the respective tip end points E.2a, E.2b, E.2c and E.2d is selected such that for at least 80% of the rotor profile total length L.2z the following condition is met: 0.25· a (z) ≤ r.2KK(z) ≤ 0.52· a (z) and at the same time with the additional condition: (r.3KK(z) + r.2KK(z)) > 1.05· a (z) as an intermeshing rotor pair, wherein a bevelled reference stop surface is also formed on the inlet-side face of the 2-tooth spindle rotor, which is inclined to one another by the axis crossing angle for the correct positioning of the toothing planes in the rotor longitudinal axis direction of both spindle rotors, and furthermore the minimization of the torsional flank play in the conical gear pair required for the synchronization of both rotors is achieved by axial displacement of these gears to one another and subsequent fixing, and the axial forces from this synchronous toothing are used specifically to compensate for the gas forces caused by the pressure difference of the conveying medium between the outlet and inlet in conjunction with the known countershaft gear stage to increase the speed, wherein for very high final pressure values (depending on the machine dimensions, for example for more than 12 bar) to reduce the axial bearing load caused by the high pressure differences, a Pressure difference compensation stage is realized at each outlet-side carrier shaft end.

Als Achsabstand gilt gemäß Verzahnungsgesetz je Fördergewinde-Verzahnungsebene in z-Achsrichtung der Abstand zwischen den Rotationsachsen der beiden Spindelrotore, wobei dieser Achsabstand als a(z) erfindungsgemäß zwischen dem größten Wert a.0 am Einlass und dem kleinsten Wert a.L am Auslass liegt. Dabei gehört die entstehende Verzahnung bei kreuzenden, also „windschiefen“ Drehachsen bekanntlich nicht mehr zu den Wälz- sondern zu den Schraubgetrieben.According to the gearing law, the distance between the rotation axes of the two spindle rotors in the z-axis direction is the distance between the rotation axes of the two spindle rotors for each conveyor thread gearing plane, whereby this distance between the axes of rotation as a(z) lies according to the invention between the largest value a.0 at the inlet and the smallest value a.L at the outlet. The resulting gearing with crossing, i.e. "skew" rotation axes is known to no longer belong to the rolling gears but to the helical gears.

Als „Umschlingungswinkel“ am Spindelrotor gilt die Summe aller Verdrehwinkel längs der Spindelrotorachse zwischen den einzelnen Stirnschnitt-Profilkonturen, die sich bei fortschreitendem z-Achs-Wert in Rotorlängsachsrichtung insgesamt ergeben. Wenn also der Profil-Stirnschnitt an einer z-Position zi mit dem Profil-Stirnschnitt an der benachbarten Position zi+1 verglichen wird, sind beide Stirnschnitte zueinander um einen gemäß der gewählten z(phi)-Funktion für genau diesen Schritt von zi nach zi+1 bekannten Winkel phii verdreht. Die Summe aller Verdrehwinkel für die Stirnschnitte längs der Spindelrotorachse ergibt den Umschlingungswinkel, der hier auf den 2-zähnigen Rotor bezogen ist, und kurz als PHI.2 bezeichnet wird. Für den 3-zähnigen Rotor ist dieser Verdrehwinkel um das Übersetzungsverhältnis als Faktor gemäß Verzahnungsgesetz anzupassen und ist bei gleicher Spindelrotorlänge somit zwangsläufig festgelegt. Der Umschlingungswinkel ist das ausschlaggebende Maß für die Stufenzahl.The “wrap angle” on the spindle rotor is the sum of all twist angles along the spindle rotor axis between the individual face cut profile contours that result as the z-axis value progresses in the longitudinal direction of the rotor. If the profile face cut at a z-position z i is compared with the profile face cut at the adjacent position z i+1 , both face cuts are twisted relative to each other by an angle phii that is known according to the selected z(phi) function for exactly this step from z i to z i+1 . The sum of all twist angles for the face cuts along the spindle rotor axis results in the wrap angle, which here refers to the 2-tooth rotor and is referred to as PHI.2 for short. For the 3-tooth rotor, this twist angle must be adjusted by the transmission ratio as a factor in accordance with the gearing law and is therefore inevitably fixed if the spindle rotor length is the same. The wrap angle is the decisive measure for the number of stages.

Als „Stufenzahl“ gilt die Anzahl der abgeschlossenen Arbeitskammern am Spindelrotorpaar zwischen der Rotor-Einlass-Seite und Rotor-Auslass-Seite. Über Rotorlänge und gewählter z(phi)-Funktion mit Gesamt-Umschlingungswinkel PHI.2 ist eine möglichst ganzzahlige Stufenzahl anzustreben. Dabei wird vorzugsweise der PHI.2-Wert mindestens auf die nächste 10er-Stelle aufgerundet, also z. B. von 2411 ° auf 2420°.The "number of stages" is the number of closed working chambers on the spindle rotor pair between the rotor inlet side and the rotor outlet side. The aim is to achieve a number of stages that is as whole as possible based on the rotor length and the selected z(phi) function with the total wrap angle PHI.2. The PHI.2 value is preferably rounded up to at least the next 10th place, e.g. from 2411° to 2420°.

Eine „Arbeitskammer“ ist das für das Rotorpaar geschlossene Zahnlückenvolumen, das begrenzt wird von dem umgebenden Verdichtergehäuse sowie den Spindelrotor-Profillückenflanken zwischen den gemäß Verzahnungsgesetz definierten Profilkontur-Eingriffen, wobei diese eingreifenden Rotorpaar-Profilflanken als berührend, also dicht mit Abstand Null, betrachtet werden. Praktisch jedoch haben die eingreifenden Rotorpaar-Profilflanken einen gewissen, wenn auch möglichst minimalen Abstand, wodurch sich eine innere Leckage-Rückströmung ergibt. Als „Arbeitskammer-Volumen auf der Einlass-Seite“ gilt der Rauminhalt der saugseitig ersten abgeschlossenen Arbeitskammer, und das „Arbeitskammer-Volumen auf der Auslass-Seite“ ist entsprechend der Rauminhalt der letzten abgeschlossenen Arbeitskammer vor dem Fördergas-Auslass. Der Quotient dieser beiden Volumina stellt das „innere Verdichtungsverhältnis“ dar. Als „höhere innere Verdichtungsverhältnisse“ sind Werte über 3 zweckmäßig festlegbar. Das Volumen einer Arbeitskammer berechnet sich aus der betreffenden Arbeitsraum-Querschnittsfläche multipliziert mit der per Spindelsteigung definierten schrittweisen Arbeitskammer-Erstreckung in Rotorlängsachsrichtung.A "working chamber" is the tooth gap volume closed for the rotor pair, which is limited by the surrounding compressor housing and the spindle rotor profile gap flanks between the profile contour engagements defined according to the gearing law, whereby these engaging rotor pair profile flanks are considered to be touching, i.e. close with a distance of zero. In practice, however, the engaging rotor pair profile flanks have a certain, albeit minimal, distance, which results in an internal leakage backflow. The "working chamber volume on the inlet side" is the volume of the first closed working chamber on the suction side, and the "working chamber volume on the outlet side" is the volume of the last closed working chamber before the conveying gas outlet. The quotient of these two volumes represents the "internal compression ratio". Values above 3 can be conveniently defined as "higher internal compression ratios". The volume of a working chamber is calculated from the relevant working space cross-sectional area multiplied by the step-by-step working chamber extension in the longitudinal axis direction of the rotor, defined by the spindle pitch.

Als „Stirnschnitt“ gilt insbesondere je Spindelrotor jeder Schnitt senkrecht zur Spindelrotor-Drehachse, die vorzugsweise als z-Achse festgelegt wird, so dass der Stirnschnitt in der x-y-Ebene des rechtwinkligen kartesischen Koordinatensystems liegt. Bei kreuzender Achslage haben die Stirnschnittebenen der beiden Spindelrotore den Achskreuzungswinkel zueinander.In particular, a “frontal cut” is defined as any cut perpendicular to the spindle rotor axis of rotation, which is preferably defined as the z-axis, so that the frontal cut lies in the xy-plane of the rectangular Cartesian coordinate system. In the case of crossing axes, the frontal cuts planes of the two spindle rotors the axis crossing angle to each other.

Als „Steigung“ im Spindelrotor-Fördergewinde gilt der Längenfortschritt in Rotorlängsachsrichtung nach genau einer Umdrehung (also 360 Winkelgrad) des Umschlingungswinkels. Dank moderner Fertigungsmaschinen sind heute bei jedem Rotor unterschiedliche Steigungen in Rotorlängsachsrichtung realisierbar, um die Volumenkurve als Verlauf der Arbeitskammer-Volumina thermodynamisch gezielt einzustellen.The "pitch" in the spindle rotor conveyor thread is the length progression in the rotor's longitudinal axis direction after exactly one revolution (i.e. 360 degrees) of the wrap angle. Thanks to modern production machines, different pitches in the rotor's longitudinal axis direction can now be realized for each rotor in order to thermodynamically adjust the volume curve as the course of the working chamber volumes.

Die „äußere Synchronisation“ der beiden Spindelrotore ist erforderlich, weil das Rotorpaar im Verdichter-Arbeitsraum ohne Betriebsfluid arbeitet, also „trockenverdichtend“ betrieben wird, und wegen der hohen Drehzahlen folglich berührungsfrei mit möglichst geringem Flankenabstand zueinander gegensinnig dreht. Damit diese berührungsfreie Arbeitsweise des Rotorpaares ständig gewährleistet werden kann, sind die beiden Spindelrotoren ständig mit hoher, im Bereich weniger Winkelminuten genauer Drehwinkelgenauigkeit anzutreiben, was bekanntermaßen über eine äußere Synchronisation durchgeführt wird. Die weitaus häufigste Ausführung zur äußeren Synchronisation erfolgt über direkt eingreifende Zahnräder. Es gibt aber durchaus auch beispielsweise die Möglichkeit zur elektronischen Rotorpaar-Synchronisation, indem jeder Rotor von seinem eigenen Motor elektronisch drehwinkeltreu angetrieben wird.The "external synchronization" of the two spindle rotors is necessary because the rotor pair in the compressor working chamber works without operating fluid, i.e. is operated in a "dry compression" manner, and because of the high speeds, rotates in opposite directions without contact and with the smallest possible flank distance from each other. In order to ensure that the rotor pair can operate without contact at all times, the two spindle rotors must be driven continuously with a high degree of angle accuracy, in the range of a few minutes of arc, which is known to be achieved via external synchronization. The most common form of external synchronization is by far the use of directly meshing gears. However, there is also the option of electronic rotor pair synchronization, for example, in which each rotor is driven electronically by its own motor with a precise angle of rotation.

Der „Einlass-Bereich“ lässt sich über das Umschlingungswinkel-Gebiet beschreiben, mit dem Einlass-seitig die erste abgeschlossene Arbeitskammer durch fortschreitenden Verdrehwinkel entsteht. Dies geschieht bei dem 2:3-Spindelrotorpaar von der Einlass-Stirnschnitt-Seite beginnend nach 720 Winkelgrad zuzüglich dem Kopfkreisbogen-Zentriwinkel ga.KB2 auf der Einlass-Seite des 2-zähnigen Spindelrotors.The "inlet area" can be described by the wrap angle area with which the first closed working chamber is created on the inlet side by increasing the angle of rotation. This occurs with the 2:3 spindle rotor pair starting from the inlet face cut side after 720 angular degrees plus the tip arc central angle ga.KB2 on the inlet side of the 2-tooth spindle rotor.

Als „Überdruck“ gelten bei atmosphärischer Ansaugung Enddrücke im Betrieb als Absolut-Druckwerte von mindestens 2 bar, üblich sind meistens 8 bar bis 15 bar, aber bei hoher Stufenzahl sind auch Druckwerte von mehr als 25 bar erreichbar. Bei nicht-atmosphärischer Ansaugung verschieben sich diese Werte entsprechend.In the case of atmospheric intake, “overpressure” is defined as the final pressure during operation as absolute pressure values of at least 2 bar. Usually, 8 bar to 15 bar are used, but with a high number of stages, pressure values of more than 25 bar can also be achieved. In the case of non-atmospheric intake, these values shift accordingly.

Als „Vakuum“ bzw. Unterdruck gelten Enddrücke als Absolut-Druckwerte von unter 50 mbar, besser noch unter 1 mbar und bei entsprechender Stufenzahl sogar unterhalb von 0,01 mbar absolut gegen Auslass-druck, der im atmosphärischen Druckbereich liegt.Final pressures are considered to be “vacuum” or negative pressure as absolute pressure values of less than 50 mbar, better still less than 1 mbar and with a corresponding number of stages even less than 0.01 mbar absolute compared to the outlet pressure, which is in the atmospheric pressure range.

Über die nachfolgenden Darstellungen wird die vorliegende Erfindung noch weiter erläutert:

  • 1 zeigt beispielhaft für die vorliegende Erfindung eine Schnittdarstellung durch das Spindelrotorpaar mit auseinanderstrebendem Achsabstand, wobei diese Darstellung vereinfachend ist, weil die Drehachsen (6) und (7) nicht in einer Ebene liegen müssen. Zugleich wird in dieser Zeichnung deutlich erkennbar, dass bei sich schneidender Ausrichtung der Drehachsen der Platz bei der konstruktiven Umsetzung für die Auslass-seitige Lagerung (24) knapp wird, weil diese Auslass-Lager von Rotor und Gegenrotor einander zu nahe kommen, wobei für die Trägerwellen eine beidseitige Lagerung bei zugleich möglichst geringem Lagerabstand je Rotor wegen der erforderlich hohen Rotordrehzahlen und der damit verbundenen biegekritischen Drehzahl als unabdingbar anzusehen ist. Die Positionierung der nötigen Synchro.-Räder (37) ist Auslass-seitig günstiger, weil die Baugröße der Zahnräder andernfalls Einlass-seitig zu groß wäre, was nicht nur wegen der enormen Umfangsgeschwindigkeiten aufwändig wäre. Damit ist wegen der Auslass-seitigen konstruktiven Platz-Bedingungen bei dieser Darstellung eine kreuzende Lage der Drehachsen günstiger, wobei deren Achsversetzung in die Nähe der beiden Spindelrotor-Auslass-Stirnseiten (36) sich als vorteilhaft zeigt.
The present invention is further explained in the following illustrations:
  • 1 shows, as an example of the present invention, a sectional view through the spindle rotor pair with diverging center distances, whereby this view is simplified because the axes of rotation (6) and (7) do not have to lie in the same plane. At the same time, it is clearly visible in this drawing that when the axes of rotation intersect, space in the structural implementation for the exhaust-side bearing (24) becomes tight because these exhaust bearings of the rotor and counter rotor come too close to one another, whereby for the carrier shafts, bearings on both sides with the smallest possible bearing distance per rotor is essential due to the necessary high rotor speeds and the associated bending-critical speed. The positioning of the necessary synchronizer wheels (37) is more favorable on the exhaust side because the size of the gear wheels on the inlet side would otherwise be too large, which would be complex not only due to the enormous peripheral speeds. Therefore, due to the structural space conditions on the outlet side, a crossing position of the rotation axes is more favorable in this representation, whereby their axis offset in the vicinity of the two spindle rotor outlet front sides (36) proves to be advantageous.

Des weiteren wird in dieser Darstellung deutlich, dass im Fördergewinde-Bereich (16 und 17) die RotorAußen-Durchmesser und damit auch die Fördergewinde-Profilhöhe von h.0 auf h.L dem veränderlichen Achsabstand a(z) folgen, was über die erfindungsgemäß oben genannten Bedingungen bei Wahl der Kopf-Radien-Werte direkt nachvollziehbar ist. Auf diese Weise wird gegenüber dem Stand der Technik besonders vorteilhaft das gewünscht hohe innere Verdichtungsverhältnis erreicht bei zugleich höherer Stufenzahl und damit verbunden größeren Arbeitskammer-Oberflächen zur Wärmeabführung während der Verdichtung, um gemäß den Gesetzen der Thermodynamik den Wirkungsgrad der Verdichtung über einen geringeren Polytropenexponenten zu verbessern. Durch die genannten Bedingungen bei Festlegung der Fördergewinde-Profilflanken wird zudem die innere Leckage durch Blasloch-freie Verdichtung reduziert.Furthermore, this illustration clearly shows that in the conveyor thread area (16 and 17) the rotor outer diameter and thus also the conveyor thread profile height from h.0 to h.L follow the variable center distance a(z), which can be directly understood from the conditions mentioned above when selecting the head radius values. In this way, the desired high internal compression ratio is achieved in a particularly advantageous manner compared to the state of the art, with a higher number of stages and associated larger working chamber surfaces for heat dissipation during compression in order to improve the efficiency of compression via a lower polytropic exponent in accordance with the laws of thermodynamics. The conditions mentioned when determining the conveyor thread profile flanks also reduce internal leakage through blowhole-free compression.

Zudem verbessert die erfindungsgemäße Abflachung (21) am Außen-Durchmesser des 2-zähnigen Spindelrotors das Ansaugvermögen des Spindel-Kompressors und muss nicht mehr wie bisher über Änderung der Fördergewinde-Steigung erreicht werden. Dies verstärkt die Wirkungsgrad-Verbesserung.In addition, the flattening (21) according to the invention on the outer diameter of the 2-tooth spindle rotor improves the suction capacity of the spindle compressor and no longer has to be achieved by changing the conveyor thread pitch as was previously the case. This increases the efficiency improvement.

Die Kühlfluid-Zuführung (31) erfolgt an jedem Einlass-seitigen Ende der Trägerwellen (4 und 5) in deren zentrale Zuführ-Bohrung, so dass eine Betriebs-abhängige Druckdifferenz-Belastung im Ölvorratsraum und damit auch für die Antriebswellen-Durchführung vorteilhaft vermieden wird.The cooling fluid supply (31) takes place at each inlet-side end of the support shafts (4 and 5) in their central supply bore, so that a Operation-dependent pressure difference load in the oil reservoir and thus also for the drive shaft feedthrough is advantageously avoided.

2 zeigt beispielhaft die beiden Rotor-Drehachsen (6, 7) in kreuzender (auch „windschief“ genannt) Ausführung mit der Achsversetzung a.V (12) als kürzestem Abstand beider Drehachsen (und damit senkrecht zu beiden Achsen) unter dem Achskreuzungswinkel γΣ (11). Vorteilhafterweise sind (wie auch hier dargestellt) der Auslass-seitige Achsabstand a.L (1.b) und die Achsversetzung a.V (12) gleich und zugleich Startpunkt auf der jeweiligen Drehachse für jeden Laufparameter z.2 und z.3 zur Beschreibung der Verzahnungsbedingungen über die jeweiligen Stirnschnittebenen. Beim Fördergewinde für das Spindelrotorpaar handelt es sich letztendlich nur um eine Verzahnung gemäß Verzahnungsgesetz, dass nämlich in jedem Flankenprofil-Berührpunkt die Geschwindigkeitskomponenten senkrecht zur Flankenfläche von jedem Rotor gleich sein müssen. Andernfalls würde es im Berührpunkt zum Abheben oder zur Durchdringung beider Flankenflächen kommen. Bei kreuzenden Drehachsen gemäß vorliegender Darstellung wird erkennbar, dass aus dem bisherigen Wälzgetriebe für das Spindelrotorpaar-Fördergewinde nunmehr ein Schraubgetriebe wird mit dem Allgemeinen Achsabstand ä(z) und der Momentanachse (10) [vergl. Fachbuch von Karlheinz Roth: „Zahnradtechnik, Evolventen-Sonderverzahnungen“, ISBN 3-540-64236-6, Springer-Verlag 1998 und Dissertation von Tsai, S.-J. „Vereinheitlichtes System evolventischer Zahnräder“, TU-Braunschweig 1997 ] 2 shows, as an example, the two rotor axes of rotation (6, 7) in a crossing (also called "skew") design with the axis offset aV (12) as the shortest distance between the two axes of rotation (and thus perpendicular to both axes) at the axis crossing angle γ Σ (11). Advantageously (as shown here), the outlet-side axis distance aL (1.b) and the axis offset aV (12) are the same and at the same time the starting point on the respective axis of rotation for each running parameter z.2 and z.3 to describe the gearing conditions over the respective frontal cutting planes. The conveyor thread for the spindle rotor pair is ultimately just a gearing according to the gearing law, namely that at every flank profile contact point the speed components perpendicular to the flank surface of each rotor must be the same. Otherwise, the two flank surfaces would lift off or penetrate each other at the contact point. With crossing axes of rotation as shown in the present illustration, it can be seen that the previous rolling gear for the spindle rotor pair conveyor thread now becomes a helical gear with the general center distance ä(z) and the instantaneous axis (10) [cf. Technical book by Karlheinz Roth: “Gear technology, special involute gears”, ISBN 3-540-64236-6, Springer-Verlag 1998 and dissertation by Tsai, S.-J. “Unified system of involute gears”, TU-Braunschweig 1997 ]

3 zeigt beispielhaft für die vorliegende Erfindung eine Darstellung zur Profilausführung, wobei diese Darstellung vereinfacht ist, indem die beiden eigentlich zueinander geneigten Stirnschnittebenen je Rotor in einer gemeinsamen Ebene gezeigt sind. Gleichwohl sind die wesentlichen Merkmale zur Erzeugung der Profilflanken (38 und 39) erkennbar: Die je z-Position über den gewählten Winkel be.KB2(z) und über den ebenfalls gewählten Kopfkreisradius r.2KK(z) definierten Kopfprofil-Endpunkte E.2a, E.2b, E.2c und E.2d erzeugen bei ihrer Dreh-Bewegung mit ω.2 um ihre Rotationsachse (6) für den 2-zähnigen Spindelrotor Punkt-weise die Gegenprofilflanke (39) des 3-zähnigen Spindelrotors, der um seine Rotationsachse (7) mit ω.3 dreht, wobei beide Rotationsachsen (6, 7) gemäß 2 per Achskreuzungswinkel γΣ (11) und (sofern so gewählt) Achsversetzung a.V (12) zueinander im Raum definiert sind. Die Drehgeschwindigkeiten ω.2 und ω.3 sind selbstverständlich gemäß Übersetzungsverhältnis durch die Rotorzähnezahlen definiert. Ebenso werden bei gewähltem Kopfkreisradius r.3KK(z) über die Kopfprofil-Endpunkte E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e und E.3f Punkt-weise die Gegenprofilflanke (38) beim 2-zähnigen Spindelrotor bestimmt, wobei die Blasloch-Freiheit insbesondere im Bereich großer Arbeitskammer-Volumen-Änderungen dadurch erreicht wird, dass der Verlauf des Zentriwinkel bei Polarkoordinaten-Darstellung zu der auf diese Weise ermittelten Fördergewinde-Profilflanke (38) keine Vorzeichen-Umkehrung erfährt. Sollte diese Bedingung des monotonen Zentriwinkel-Verlaufs verletzt werden, so ist an dieser z-Position der gewählte Wert für den Kopfkreisradius r.3KK(z) so lange zu verringern, bis der Zentriwinkel-Verlauf monoton ist. 3 shows an example of the present invention for the profile design, whereby this representation is simplified in that the two frontal cutting planes, which are actually inclined to one another, are shown in a common plane for each rotor. Nevertheless, the essential features for generating the profile flanks (38 and 39) are recognizable: The head profile end points E.2a, E.2b, E.2c and E.2d, defined for each z-position via the selected angle be.KB2(z) and via the also selected tip circle radius r.2KK(z), generate the counter profile flank (39) of the 3-tooth spindle rotor point by point during their rotational movement with ω.2 around their axis of rotation (6) for the 2-tooth spindle rotor, which rotates around its axis of rotation (7) with ω.3, whereby both axes of rotation (6, 7) according to 2 by the axis crossing angle γ Σ (11) and (if so selected) axis offset aV (12) relative to each other in space. The rotational speeds ω.2 and ω.3 are of course defined according to the transmission ratio by the number of rotor teeth. Likewise, with the selected tip circle radius r.3KK(z), the counter profile flank (38) for the 2-tooth spindle rotor is determined point by point via the tip profile end points E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e and E.3f, whereby the blow hole freedom is achieved, particularly in the area of large working chamber volume changes, by the fact that the course of the central angle in polar coordinate representation does not undergo a sign reversal for the conveyor thread profile flank (38) determined in this way. If this condition of the monotonic central angle progression is violated, the selected value for the tip circle radius r.3KK(z) must be reduced at this z-position until the central angle progression is monotonic.

Bei der mathematischen Bestimmung der jeweiligen Gegenprofilflanke wird geschickterweise nach dem „Prinzip der kinematischen Umkehrung“ verfahren, indem jeweils der Spindelrotor mit den erzeugenden Kopfprofil-Endpunkten seinen feststehenden Gegenrotor gemäß Achskreuzungswinkel und (sofern so gewählt) Achsversetzung zueinander im Raum umläuft, so dass für diese Betrachtung der eigentlich Gehäuse-feste Achsabstand rotiert. Der ortsfeste Betrachter sieht dann für „seinen“ stehenden Rotor das jeweilige Gegenprofil entstehen.When mathematically determining the respective counter profile flank, the "principle of kinematic reversal" is cleverly used, whereby the spindle rotor with the generating head profile end points rotates around its stationary counter rotor in space according to the axis crossing angle and (if selected) axis offset from each other, so that for this observation the actually fixed housing axis distance rotates. The stationary observer then sees the respective counter profile being created for "his" stationary rotor.

In 4 ist detailliert zu 1 die Einlass-seitige Kühlfluid-Zuführung (13) über das Gehäuse-feste Zuführ-Rohr (40) zu sehen, von dem das Kühlfluid (meist Öl) in die zentrale Bohrung jeder Trägerwelle gelangt, wo es wegen der Zentrifugalkräfte bei Rotation an die Bohrungswand gedrückt wird und wegen der Überlauf-Buchse (41) zwingend über die Übergabe-Bohrungen (42) gemäß 1 zum Innenkonus des jeweiligen Spindelrotors gelangt. Dort wird es zentrifugal-bedingt gemäß Strömungsrichtung (14) zum Einlass-seitigen Rotorende gelangen und sich dort in einer rotorfesten und abgedichteten Auffangrinne (28) als rotierender Fluidring (27) ansammeln, um dort über gestellfeste Staurohre (29) abgezapft zu werden. Über den gestell-festen Sammelraum (30) gelangt das Kühlfluid per Abführung (31) in den Ölvorratsraum, der hier nicht dargestellt ist.In 4 is detailed to 1 the inlet-side cooling fluid supply (13) can be seen via the housing-fixed supply pipe (40), from which the cooling fluid (usually oil) enters the central bore of each carrier shaft, where it is pressed against the bore wall due to the centrifugal forces during rotation and, due to the overflow bushing (41), is forced to flow via the transfer bores (42) according to 1 to the inner cone of the respective spindle rotor. There, due to centrifugal forces, it will reach the inlet-side rotor end in accordance with the flow direction (14) and collect there in a rotor-fixed and sealed collecting channel (28) as a rotating fluid ring (27) in order to be tapped off via frame-fixed pitot tubes (29). The cooling fluid reaches the oil storage chamber (not shown here) via the frame-fixed collecting chamber (30) via a discharge (31).

5 zeigt in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse in einer Draufsicht die Arbeitsweise für das aufgeschnittene Staurohr (29), dessen Öffnungen in den rotierenden Kühlfluid-Sammelring (27) hineinragen. Dabei treibt die kinetische Energie des rotierenden Kühlfluidrings (27) das Kühlfluid über die Staurohre (29) in den feststehenden Sammelraum (30). Indem für das Spindelrotorpaar nur eine Drehrichtung zulässig und eindeutig definiert ist, müssen die Staurohre (29) auch nur in eine Richtung zeigen. Dabei ist die Größe der Staurohr-Öffnungs-Querschnitte so zu gestalten, dass stets eine sichere Abführung der Kühlfluidmenge gewährleistet ist, also vorsichtshalber überdimensionieren. Neben den Staurohr-Öffnungs-Querschnitten ist daher auch die Staurohr-Anzahl zu erhöhen, die zwecks sicherer Abschöpfung vorteilhafterweise auch noch zueinander axial versetzt angeordnet werden. 5 shows in a section perpendicular to the axis of rotation in a top view the operation of the cut-open pitot tube (29), the openings of which protrude into the rotating cooling fluid collecting ring (27). The kinetic energy of the rotating cooling fluid ring (27) drives the cooling fluid via the pitot tubes (29) into the fixed collecting chamber (30). As only one direction of rotation is permitted and clearly defined for the spindle rotor pair, the pitot tubes (29) must also only point in one direction. The size of the pitot tube opening cross-sections must be designed in such a way that a safe discharge of the cooling fluid quantity is always guaranteed, i.e. over-dimensioned as a precaution. In addition to the pitot tube opening cross-sections, the number of pitot tubes must also be increased, which for the purpose of For safe skimming, they can also be arranged axially offset from one another.

Für einfachere Applikationen kann diese Staurohr-Lösung auch durch einfache Kühlfluid-Auffangkissen als simple (Stahl-)Wolle-Pakete (Anhäufungen) ersetzt werden.For simpler applications, this pitot tube solution can also be replaced by simple cooling fluid collection pads as simple (steel) wool packages (accumulations).

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11
Achsabstand a(z) als nicht-paralleler, also auseinanderstrebender Abstand je Verzahnungsebene in z-Achsrichtung zwischen den Rotationsachsen der beiden Spindelrotore innerhalb der Grenzwerte:Axial distance a(z) as non-parallel, i.e. diverging distance per gear plane in the z-axis direction between the rotation axes of the two spindle rotors within the limit values:
1.a1.a
Einlass-seitiger Achsabstand a.0 als größter Fördergewinde-Verzahnungs-AbstandInlet-side center distance a.0 as the largest conveyor thread toothing distance
1.b1.b
Auslass-seitiger Achsabstand a.L als kleinster Fördergewinde-Verzahnungs-AbstandOutlet-side center distance a.L as smallest conveyor thread toothing distance
22
2-zähniger Spindelrotor, kurz als „Rotor-2“ bezeichnet, mit der Fördergewinde-Gesamtlänge L.2z2-tooth spindle rotor, referred to as “Rotor-2” for short, with the total conveyor thread length L.2z
33
3-zähniger Spindelrotor, kurz als „Rotor-3“ bezeichnet, mit der Fördergewinde-Gesamtlänge L.3z3-tooth spindle rotor, referred to as “Rotor-3” for short, with the total conveyor thread length L.3z
44
Trägerwelle für den Rotor-2, die drehfest mit dem Rotor-2 verbunden ist (vorzugsweise aufgepresst) mit zentraler Kühlfluid-Zuführ-BohrungSupport shaft for the rotor-2, which is connected to the rotor-2 in a rotationally fixed manner (preferably pressed on) with a central cooling fluid supply hole
55
Trägerwelle für den Rotor-3, die drehfest mit dem Rotor-3 verbunden ist (vorzugsweise aufgepresst) mit zentraler Kühlfluid-Zuführ-BohrungSupport shaft for the rotor-3, which is connected to the rotor-3 in a rotationally fixed manner (preferably pressed on) with a central cooling fluid supply hole
66
Rotationsachse für den Rotor-2 mit der Winkelgeschwindigkeit ω.2Rotation axis for the rotor-2 with the angular velocity ω.2
77
Rotationsachse für den Rotor-3 mit der Winkelgeschwindigkeit ω.3 entgegengerichtet zu ω.2 unter Einhaltung der Verzahnungs-Übersetzung zwischen dem 2-zähnigen und dem 3-zähnigen RotorRotation axis for rotor-3 with angular velocity ω.3 opposite to ω.2 while maintaining the gear ratio between the 2-tooth and the 3-tooth rotor
88th
Rotorinnen-Fluidkühlung für den Rotor-2 gemäß PCT-Schrift WO 00 / 12899 A1Rotor interior fluid cooling for rotor-2 according to PCT document WO 00 / 12899 A1
99
Rotorinnen-Fluidkühlung für den Rotor-3 gemäß PCT-Schrift WO 00 / 12899 A1Rotor interior fluid cooling for rotor-3 according to PCT document WO 00 / 12899 A1
1010
Momentan-Achse der Spindelrotorpaar-Verzahnung bei kreuzenden DrehachsenInstantaneous axis of the spindle rotor pair gearing with crossing rotation axes
1111
Achskreuzungswinkel γΣ Axis crossing angle γ Σ
1212
Achsversetzung aV Axis offset a V
1313
Kühlfluid-ZuführungCooling fluid supply
1414
Kühlfluid-Strömungsrichtung im Kühlkonus von jedem RotorCooling fluid flow direction in the cooling cone of each rotor
1515
Strömungsrichtung des FördermediumsFlow direction of the pumped medium
1616
Fördergewinde des Rotors-2Conveying thread of rotor-2
1717
Fördergewinde des Rotors-3Conveying thread of rotor-3
1818
Fördergewinde-Eingriffsgebiet für das SpindelrotorpaarConveyor thread engagement area for the spindle rotor pair
1919
Kopfkegel-Neigungswinkel γ3K.L am Rotor-3Head cone inclination angle γ 3K.L on rotor-3
2020
Kopfkegel-Neigungswinkel γ2K.L am Rotor-2Head cone inclination angle γ 2K.L on rotor-2
2121
Einlass-seitige Abflachung am äußeren Kopfkreis-Durchmesser unter dem Neigungswinkel γ2K.0 für die Länge L.2zyl am Rotor-2Inlet-side flattening on the outer tip circle diameter at the inclination angle γ 2K.0 for the length L.2zyl on rotor-2
2222
Referenz-Positionsfläche wahlweise ausgeführt als:Reference position surface optionally designed as:
22.a22.a
Referenz-Positionsfläche an der Einlass-Stirnseite vom Rotor-2 oderReference position surface on the inlet face of Rotor-2 or
22.b22.b
Referenz-Positionsfläche an der Einlass-Stirnseite vom Rotor-3Reference position surface on the inlet face of Rotor-3
2323
Einlass-seitige RotorlagerungInlet-side rotor bearing
2424
Auslass-seitige RotorlagerungExhaust-side rotor bearing
2525
Wellenabdichtung für den Kompressor-ArbeitsraumShaft seal for the compressor working chamber
2626
neutraler Raum zwischen ölfreiem Kompressor-Arbeitsraum und ölgeschmiertem Lagerungs-Raumneutral space between oil-free compressor working space and oil-lubricated bearing space
2727
rotierender Kühlfluid-Sammel-Ring, von den Zentrifugalkräften in der Auffangrinne (28) gehaltenrotating cooling fluid collecting ring, held by centrifugal forces in the collecting channel (28)
2828
Staurohr-Auffangrinne, drehfest mit jedem Spindelrotorkörper rotierendPitot tube collecting trough, non-rotatably rotating with each spindle rotor body
2929
Staurohr, feststehend und Gehäuse-ortsfest mit Abführungs-HohlräumenPitot tube, fixed and housing-fixed with discharge cavities
3030
Kühlfluid-Sammelraum, feststehend und Gehäuse-ortsfestCooling fluid collection chamber, fixed and housing-fixed
3131
Kühlfluid-AbführungCooling fluid discharge
3232
Gegenprofil-erzeugende Kopfendpunkte am Rotor-2, namentlich die Punkte E.2a, E.2b, E.2c und E.3d gemeinsam auf Kreis mit Radius r.2KK(z)Counter-profile generating head end points on rotor-2, namely the points E.2a, E.2b, E.2c and E.3d together on a circle with radius r.2KK(z)
3333
Gegenprofil-erzeugende Kopfendpunkte am Rotor-3, namentlich die Punkte E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e und E.3f gemeinsam auf Kreis mit Radius r.3KK(z)Counter-profile generating head end points on rotor-3, namely the points E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e and E.3f together on a circle with radius r.3KK(z)
3434
Einlassraum für das FördermediumInlet space for the conveying medium
3535
Auslassraum für das FördermediumOutlet space for the pumped medium
3636
Spindelrotor-Auslass-StirnseiteSpindle rotor outlet face
3737
Konuszahnradpaar (auch „Beveloid“ genannt) zur Synchronisation für das SpindelrotorpaarCone gear pair (also called “beveloid”) for synchronization for the spindle rotor pair
3838
Fördergewinde-Profilflanken am Rotor-2, erzeugt durch die Kopfendpunkte vom Rotor-3Conveyor thread profile flanks on rotor-2, generated by the head end points of rotor-3
3939
Fördergewinde-Profilflanken am Rotor-3, erzeugt durch die Kopfendpunkte vom Rotor-2Conveyor thread profile flanks on rotor-3, generated by the head end points of rotor-2
4040
Gehäuse-/ ortsfestes Kühlfluid-Zuführ-RohrHousing/fixed cooling fluid supply pipe
4141
Trägerwellen-feste Überlauf-BuchseCarrier shaft fixed overflow bushing
4242
Kühlfluid-Übergabe-BohrungenCooling fluid transfer holes

Claims (12)

Spindelkompressor als im Arbeitsraum ohne Betriebsfluid arbeitende 2-Wellen-Rotations-Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung gasförmiger Fördermedien für Anwendungen im Vakuum und für Anwendungen im Überdruck für Druckverhältnisse zwischen Einlass- und Auslass-Druck größer als 3 mit einem gegensinnig von einer äußeren, also außerhalb vom Verdichter-Arbeitsraum gelegenen Synchronisation (37) drehwinkeltreu angetriebenen Spindelrotorpaar in einem umgebenden Verdichtergehäuse mit einem Einlass (34) und einem Auslass (35) für das Fördermedium dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorpaar bestehend aus einem 2-zähnigen Spindelrotor (2) und einem verzahnungsmäßig eingreifenden 3-zähnigen Spindelrotor (3) einen nicht-parallelen, also auseinanderstrebenden Achsabstand derart aufweist, dass auf der Fördergas-Einlass-Seite (34) der Achsabstand a.0 (1.a) zwischen beiden Spindelrotoren mindestens 20%, besser 50% und für höhere Druckverhältnisse sogar mehr als doppelt so groß ist wie der Auslass-seitige Achsabstand a.L (1.b), wobei außerdem der Umschlingungswinkel bezogen auf den 2-zähnigen Spindelrotor mindestens 2500 Winkelgrad, vorzugsweise jedoch über 3600 Winkelgrad, günstigerweise noch mehr als 4500 Winkelgrad oder noch besser über 5400 Winkelgrad und für besonders hohe Druckdifferenzen sogar über 6300 Winkelgrad beträgt, und zudem am Spindelrotorpaar die Einlass-seitige Steigung um weniger als 20%, für einige Einsatzfälle noch 60% aber höchstens 120% größer ist als die Auslass-seitige Steigung, wobei fernerhin jeder Spindelrotor eine Rotorinnen-Fluidkühlung (8, 9) besitzt mit dem Merkmal, dass die Strömungsrichtung (15) des Fördermediums entgegengesetzt erfolgt zur Kühlkonus-Strömungsrichtung (14) des Kühlfluids, welches im Rotor-Einlass-Bereich in die jeweilige zentrale Kühlfluid-Zuführ-Bohrung in jeder Trägerwelle (4, 5) zugeführt wird (13) und bei jedem auf seiner eigenen Trägerwelle drehfest sitzenden Spindelrotor (2, 3) durch die Zentrifugal-Bewegung der Rotordrehung zur Einlass-Seite im hohlen Rotorkörper getrieben wird.Spindle compressor as a 2-shaft rotary displacement machine operating in the working chamber without operating fluid for conveying and compressing gaseous conveying media for applications in a vacuum and for applications in overpressure for pressure ratios between inlet and outlet pressure greater than 3 with a spindle rotor pair driven in opposite directions by an external synchronization (37) located outside the compressor working chamber in a rotationally accurate manner in a surrounding compressor housing with an inlet (34) and an outlet (35) for the conveying medium, characterized in that the rotor pair consisting of a 2-tooth spindle rotor (2) and a 3-tooth spindle rotor (3) engaging in toothing has a non-parallel, i.e. diverging, axial distance such that on the conveying gas inlet side (34) the axial distance a.0 (1.a) between the two spindle rotors is at least 20%, better 50% and for higher pressure ratios even more than twice as large as the outlet side. Axle distance aL (1.b), wherein the wrap angle in relation to the 2-tooth spindle rotor is at least 2500 angular degrees, but preferably over 3600 angular degrees, advantageously even more than 4500 angular degrees or even better over 5400 angular degrees and for particularly high pressure differences even over 6300 angular degrees, and in addition, on the spindle rotor pair, the inlet-side slope is less than 20%, for some applications still 60% but at most 120% greater than the outlet-side slope, wherein furthermore each spindle rotor has a rotor internal fluid cooling (8, 9) with the feature that the flow direction (15) of the conveying medium is opposite to the cooling cone flow direction (14) of the cooling fluid, which is fed (13) in the rotor inlet area into the respective central cooling fluid feed hole in each carrier shaft (4, 5) and in each case on its own carrier shaft The non-rotatably mounted spindle rotor (2, 3) is driven by the centrifugal movement of the rotor rotation to the inlet side in the hollow rotor body. Spindelkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auseinanderstrebenden Rotor-Drehachsen (6, 7) vom 2-zähnigen (2) und vom 3-zähnigen (3) Spindelrotor als sich schneidend ausgeführt werden mit einem Achskreuzungswinkel γΣ (11), der zwischen 2 und 40 Winkelgrad liegt, und ohne Achsversetzung aV für diejenigen Konstruktionen, bei denen Auslass-seitig bei der jeweiligen Kompressormaschine noch hinreichend Platz insbesondere für die Rotorlagerung vorhanden ist.Spindle compressor according to Claim 1 , characterized in that the diverging rotor rotation axes (6, 7) of the 2-tooth (2) and the 3-tooth (3) spindle rotor are designed as intersecting with an axis crossing angle γ Σ (11) which lies between 2 and 40 angular degrees, and without axis offset a V for those designs in which there is still sufficient space on the outlet side of the respective compressor machine, in particular for the rotor bearing. Spindelkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auseinanderstrebenden Rotor-Drehachsen (6, 7) vom 2-zähnigen (2) und vom 3-zähnigen (3) Spindelrotor als sich kreuzend ausgeführt werden mit einem Achskreuzungswinkel γΣ (11) zwischen 2 und 40 Winkelgrad und mit einer Achsversetzung aV (12), die größer ist als 30 mm und innerhalb von ±20% von der Fördergewinde-Gesamtlänge L.2z bzw. L.3z zum stirnseitigen Rotorauslass (36) positioniert wird, vorzugsweise jedoch mit den Stirnschnittebenen beider Spindelrotor-Auslass-Stirnseiten (36) zusammenfällt.Spindle compressor according to Claim 1 , characterized in that the diverging rotor rotation axes (6, 7) of the 2-tooth (2) and the 3-tooth (3) spindle rotor are designed as crossing with an axis crossing angle γ Σ (11) between 2 and 40 angular degrees and with an axis offset a V (12) which is greater than 30 mm and is positioned within ±20% of the total conveyor thread length L.2z or L.3z to the front rotor outlet (36), but preferably coincides with the front cutting planes of both spindle rotor outlet front sides (36). Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass-seitig am 2-zähnigen Spindelrotor (2) eine Abflachung (21) am äußeren Kopfkreis-Durchmesser über eine Länge L.2zyl, die mindestens der mittleren Start-Profilsteigungs-Länge entspricht, derart erfolgt, dass der Einlass-seitige Kopfkegel-Neigungswinkel γ2K.0 vorzugsweise Null und somit zylindrisch ist, aber auf jeden Fall kleiner ist als der Kopfkegel-Neigungswinkel γ2K.L (20), der für mindestens 66% der Rotorprofillänge L2z die Reduzierung der Rotoraußen-Durchmesser in Richtung zur Auslass-Seite definiert.Spindle compressor according to one of the preceding claims, characterized in that on the inlet side of the 2-tooth spindle rotor (2) a flattening (21) on the outer tip circle diameter over a length L.2zyl, which corresponds at least to the average starting profile pitch length, is carried out in such a way that the inlet-side head cone inclination angle γ 2K.0 is preferably zero and thus cylindrical, but in any case is smaller than the head cone inclination angle γ 2K.L (20), which defines the reduction of the rotor outer diameter in the direction of the outlet side for at least 66% of the rotor profile length L 2z . Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder an der Einlass-Stirnseite des 2-zähnigen Spindelrotors (2) eine angeschrägte Referenz-Positionsfläche (22.a) oder an Einlass-Stirnseite des 3-zähnigen Spindelrotors (3) eine angeschrägte Referenz-Positionsfläche (22.b) ausgeführt wird, die jeweils um den Achskreuzungswinkel γΣ (11) geneigt ist zur korrekten Positionierung der Verzahnungsebenen in Rotorlängsachsrichtung beider Spindelrotore zueinander.Spindle compressor according to one of the preceding claims, characterized in that either on the inlet face of the 2-tooth spindle rotor (2) there is a beveled reference position surface (22.a) or on the inlet face of the 3-tooth spindle rotor (3) there is a beveled reference position surface (22.b) made of which is inclined by the axis crossing angle γ Σ (11) for the correct positioning of the tooth planes in the rotor longitudinal axis direction of both spindle rotors to each other. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluid-Zuführung (13) an jedem Einlass-seitigen Trägerwellenende in deren zentrale Zuführ-Bohrung erfolgt und dabei ein besonders hoher Kühlfluid-Mengenstrom derart eingestellt wird, dass die Temperatur-Erhöhung im Kühlfluid durch die Wärmeabführung aus jedem Spindelrotor während der Verdichtung des Fördermediums kleiner ist als 6 Grad, besser noch unter 4 Grad und idealerweise sogar unter 3 Grad gehalten wird.Spindle compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling fluid supply (13) takes place at each inlet-side carrier shaft end in its central supply bore and a particularly high cooling fluid flow rate is set such that the temperature increase in the cooling fluid due to the heat dissipation from each spindle rotor during compression of the conveying medium is less than 6 degrees, better still below 4 degrees and ideally even below 3 degrees. Spindelkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Rotorinnen-Fluidkühlung (8, 9) der Kühlkonus-Winkel im kleineren Durchmesser-Bereich um mindestens 10%, besser noch 25% oder idealerweise mehr als 50% steiler ausgeführt wird als im nachfolgend vom Kühlfluid durchströmten Kühlkonus-Bereich.Spindle compressor according to Claim 6 , characterized in that in the case of the rotor internal fluid cooling (8, 9) the cooling cone angle in the smaller diameter region is made at least 10%, better still 25% or ideally more than 50% steeper than in the cooling cone region subsequently flowed through by the cooling fluid. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlass-seitig per Rotorinnen-Fluidkühlung (8, 9) im Betrieb ankommende Kühlfluid bei jedem Spindelrotor (2, 3) in einer Spindelrotor-festen Staurohr-Auffangrinne (28) gesammelt wird und von dort über Gehäuse-feste Staurohre (29) ständig abgezapft wird.Spindle compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling fluid arriving on the inlet side during operation via rotor internal fluid cooling (8, 9) is collected at each spindle rotor (2, 3) in a spindle rotor-fixed pitot tube collecting channel (28) and is continuously tapped from there via housing-fixed pitot tubes (29). Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Spindelrotorpaar-Geometrie-Werte die thermodynamische Auslegung derart erfolgt, dass der spezifische Wärmetauscher-Kennwert (denn letztendlich ist der vorliegende Spindelkompressor sowohl Verdichter als auch zugleich Wärmetauscher) eine Wärmetransfer-Flächen-Belastung von weniger als 50 kW je m2 und für größere Maschinen (also über 55 kW) noch unter 30 kW je m2 und bei höheren Wirkungsgrad-Anforderungen sogar weniger als 20 kW je m2 aufweist.Spindle compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the thermodynamic design is carried out via the spindle rotor pair geometry values in such a way that the specific heat exchanger characteristic value (because ultimately the present spindle compressor is both a compressor and a heat exchanger at the same time) has a heat transfer surface load of less than 50 kW per m 2 and for larger machines (i.e. over 55 kW) even less than 30 kW per m 2 and with higher efficiency requirements even less than 20 kW per m 2 . Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimierung des Verdrehflankenspiels in dem zur Synchronisation beider Spindelrotore (2, 3) notwendigen Konuszahnradpaar (37) durch axiale Verschiebung dieser Konuszahnräder zueinander mit anschließender Fixierung erfolgt.Spindle compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the minimization of the torsional flank play in the conical gear pair (37) necessary for the synchronization of both spindle rotors (2, 3) takes place by axial displacement of these conical gears relative to one another with subsequent fixing. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgestaltung der Fördergewinde-Profilflanken (38 und 39) an beiden Spindelrotoren derart erfolgt, dass in jeder Stirnschnittebene innerhalb der Rotorprofil-Gewindelänge L.3z am 3-zähnigen Spindelrotor (3) ein Kopfkreis-Radius r.3KK(z) mit den jeweiligen Kopfendpunkten E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e und E.3f derart gewählt wird, dass für mindestens 80% der Rotorprofil-Gesamtlänge L.3z folgende Bedingung erfüllt ist: 0,42-a(z) ≤ r.3KK(z) ≤ 0,72-ä(z) für: 0 ≤ z ≤ L.3z wobei im Bereich z < (L.2z - L.2zyl) als obere Grenze vorzugsweise gilt: r.3KK(z) ≤ 0,6-a(z) mit ä(z) als jeweiliger Achsabstand zur entsprechenden Paarung der Verzahnungsebenen beider Rotore, und dass ebenso in jeder Stirnschnittebene innerhalb der Rotorprofil-Gewindelänge L.2z am 2-zähnigen Spindelrotor (2) ein Kopfkreis-Radius r.2KK(z) mit den jeweiligen Kopfendpunkten E.2a, E.2b, E.2c und E.2d derart gewählt wird, dass für mindestens 80% der Rotorprofil-Gesamtlänge L.2z folgende Bedingung erfüllt ist: 0,25-a(z) ≤ r.2KK(z) ≤ 0,52·a(z) für: 0 ≤ z ≤ L.2z mit der zusätzlichen Bedingung: (r.3KK(z) + r.2KK(z)) > 1 ,05-a(z) als ineinandergreifende Rotorpaarung.Spindle compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the design of the conveyor thread profile flanks (38 and 39) on both spindle rotors is such that in each frontal section plane within the rotor profile thread length L.3z on the 3-tooth spindle rotor (3) a tip circle radius r.3KK(z) with the respective tip end points E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e and E.3f is selected such that for at least 80% of the rotor profile total length L.3z the following condition is met: 0.42-a(z) ≤ r.3KK(z) ≤ 0.72-ä(z) for: 0 ≤ z ≤ L.3z where in the range z < (L.2z - L.2zyl) the upper limit preferably applies: r.3KK(z) ≤ 0.6- a (z) with ä(z) as the respective center distance to the corresponding pairing of the toothing planes of both rotors, and that in each face cutting plane within the rotor profile thread length L.2z on the 2-tooth spindle rotor (2) a tip circle radius r.2KK(z) with the respective tip end points E.2a, E.2b, E.2c and E.2d is selected such that for at least 80% of the rotor profile total length L.2z the following condition is met: 0.25- a (z) ≤ r.2KK(z) ≤ 0.52· a (z) for: 0 ≤ z ≤ L.2z with the additional condition: (r.3KK(z) + r.2KK(z)) > 1 ,05- a (z) as an intermeshing rotor pair. Spindelkompressor nach Anspruch 4 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens 66% und bei höheren Anforderungen an das Kompressionsvermögen besser noch mehr als 80% der Spindelrotorlänge (L.2z - L.2zyl) bei Darstellung über Polarkoordinaten für die Fördergewinde-Profilflankenlinie (38) am 2-zähnigen Spindelrotor der Zentriwinkel bei benachbart aufeinanderfolgenden Flankenprofilpunkten monoton ohne Vorzeichenwechsel verläuft, indem die per Kopfkreisradius r.3KK(z) gewählten Kopfprofil-Endpunkte E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e und E.3f des 3-zähnigen Spindelrotors Punkt-weise die Gegenprofilflanke (38) beim 2-zähnigen Spindelrotor erzeugen, was vorzugsweise per kinematischer Umkehrung bestimmt wird, wobei durch Minderung des Wertes zum Kopfkreisradius r.3KK(z) je z-Verzahnungsebene dieser Vorzeichenwechsel beim Zentriwinkel vermieden wird, und zudem der ebenfalls je Verzahnungsebene gewählte Wert für den Kopfkreisradius r.2KK(z) nur um ± 20% von dem Wert für den Kopfkreisradius r.3KK(z) abweicht.Spindle compressor according to Claim 4 and Claim 11 , characterized in that for at least 66% and, with higher demands on the compression capacity, even better more than 80% of the spindle rotor length (L.2z - L.2zyl) when represented by polar coordinates for the conveyor thread profile flank line (38) on the 2-tooth spindle rotor, the central angle at adjacent successive flank profile points runs monotonically without a change of sign, in that the head profile end points E.3a, E.3b, E.3c, E.3d, E.3e and E.3f of the 3-tooth spindle rotor selected by the tip circle radius r.3KK(z) generate the counter profile flank (38) on the 2-tooth spindle rotor point by point, which is preferably determined by kinematic reversal, whereby by reducing the value for the tip circle radius r.3KK(z) per z-gearing plane, this change of sign for the central angle is avoided, and in addition the value also selected for each gearing plane for the tip circle radius r.2KK(z) deviates only by ± 20% from the value for the tip circle radius r.3KK(z).
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