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Stand der Technik:
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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.
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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.
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Zur Verbesserung dieser Situation bieten sich die bekannten trockenverdichtenden Spindelverdrängermaschinen an, weil sie als typische 2-Wellen-Rotations-Verdränger 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.
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Bei Verdrängermaschinen besteht in vielen Vakuum-Anwendungen das grundsätzliche Problem, dass bei diesen Maschinen das zu verdichtende Arbeitsmedium (Gas) in vielen Fällen sowohl aggressiv und sehr reaktionsfreudig als auch empfindlich gegen hohe Temperaturen (bis zur Brand- und Explosionsgefahr) sein kann. Dabei sind die zu bewältigenden Druckdifferenzen von etwa einem bar gering, so dass die mechanischen Belastungen durch die Kräfte niedrig sind, was insbesondere im Vergleich zu Überdruck-Anwendungen von mehreren bar als Druckwerte gilt. Demgegenüber sind bei Vakuum-Anwendungen aber sehr hohe Kompressionsverhältnisse zu bewältigen, indem Enddrücke bis 10-3 mbar gegen Atmosphäre erreicht werden sollten, so dass das p/p-Druckverhältnis 1.000.000 (in Worten: eine Million) beträgt, was thermodynamisch zum entsprechenden Temperatur-Anstieg während der Verdichtung führt.
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Zur Bewältigung dieser enormen Druckverhältnisse sind bekanntlich nur Verdrängermaschinen geeignet. Viele dieser Maschinen arbeiten jedoch mit einem Betriebsfluid im Arbeitsraum. Dabei erfüllt dieses Betriebsfluid (meist Öl, wie bei Drehschieber-Vakuumpumpen, oder Wasser, wie bei Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen) im Arbeitsraum folgende Kern-Aufgaben:
- • Schmierung zwischen den Arbeitsraum-Elementen (dies gilt insbesondere bei Drehschieberpumpen)
- • Abdichtung der einzelnen Arbeitskammern zwischen Gas-Einlass und Gas-Auslass
- • Wärmeabführung während der Verdichtung
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Allerdings führt dieses Betriebsfluid für viele der eingangs genannten Anwendungen zu ungünstigen Reaktionen, so dass zunehmend Trockenläufer gefordert werden, die im Arbeitsraum gänzlich ohne ein Betriebsfluid auskommen. Bei einer grundsätzlichen Konzept-Betrachtung setzt sich eine Verdränger-Arbeitsmaschine vorzugsweise als 2-Wellen-Rotationsvertdränger grundsätzlich aus folgenden Grundbausteinen zusammen:
- • Arbeitsraum, grundsätzlich bestehend aus Verdichtergehäuse und Verdrängerrotorpaar
- • Nebenräume mit Lagerung, Antrieb, Zusatz-Bauteile (z.B. Synchronisationszahnräder) als sogenannte „Nebenbauteile“
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung:
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Für derartige Einsatzfälle lassen sich nun als technische Herausforderung folgende Merkmale als Aufgabe für die vorliegende Erfindung einer Verdränger-Arbeitsmaschine ableiten:
- + Die Verdränger-Arbeitsmaschine sollte trocken sein, also der sogen. „Trockenläufer“
- + Die Anforderung der vakuumspezifisch extremen Druckverhältnisse sind bei einem Trockenläufer in nur einer(!) Maschine bekanntlich nur durch mehrstufige Verdrängerrotore als Hintereinanderschaltung mehrerer Arbeitskammern zwischen Einlass und Auslass des Verdichters umsetzbar.
- + Die thermodynamischen Herausforderungen hoher Verdichtungstemperaturen durch die vakuumspezifisch extremen Druckverhältnisse sind zu lösen, indem zu hohe Maximal-Temperaturen (also jenseits 200°C) vermieden werden, was durch eine effiziente Wärmeabführung während der Verdichtung zu realisieren ist.
- + Durch effiziente Wärmeabführung während der Verdichtung steigt gemäß den thermodynamischen Gesetzen bekanntermaßen auch der Wirkungsgrad des Verdichters.
- + Für einen hinreichend guten volumetrischen Wirkungsgrad sind die Verdrängerrotor-Drehzahlen zu erhöhen, also jenseits 3.000 bzw. 3.600 Umdrehungen je Minuten, so dass Rotorkopfgeschwindigkeiten im Bereich von 100 m/sec (und höher) erreicht werden.
- + Für eine befriedigende Zuverlässigkeit und Robustheit sowie Lebensdauer und Standzeit ist auf eine saugseitige Lagerung zu verzichten, weil diese Lager kaum gegen potenziell aggressive Fördermedien geschützt werden können, denn preisgünstig gibt es keine dauerhaft und zuverlässig dichte Wellenabdichtungen.
- + Um unempfindlich gegen aggressive Fördermedien im Arbeitsraum zu sein, sind die Nebenräume erfahrungsgemäß durch ständige Zuführung von Purge-Gas (als Intergas) zu schützen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für eine trockenlaufende 2-Wellen-Rotationsverdrängermaschine zum effizienten sowie möglichst robusten und zuverlässigem Einsatz als Vakuumpumpe über folgende Merkmalen gelöst:
- A) Der Achsabstand zwischen dem Spindelrotorpaar ist auf der Einlass-Seite (8) mindestens 10% kleiner als auf der Auslass-Seite (9), wobei die Stellung der beiden Spindelrotore (2 und 3) zueinander beispielsweise auch über den Winkel α darstellbar ist, der mindestens 5° beträgt, aber 45° vorzugsweise nicht übersteigt und abhängig von der Maschinengröße im Bereich zwischen 15° und 30° liegen wird.
- B) Die Profilzahnhöhe am Spindelrotorpaar als Differenz zwischen Kopf- und Fußkreis-Radius ist einlassseitig mindestens 20% größer als auslassseitig.
- C) Das Blasloch zwischen den Spindelrotoren wird auf mindestens 50% der Spindelrotor-Außengewinde-Profillänge vom Auslass (9) aus gesehen vermieden, so dass auslassseitig zwischen den Arbeitskammern des Spindelrotorpaars kein Blasloch (auch als „Kopfrundungsöffnung“ bezeichnet) vorliegt. Das Blasloch lässt sich über den kürzesten Abstand zwischen der Eingriffslinie beider Profilflanken und dem Gehäusepunkt G.K auf der Gehäuseverschneidungskante veranschaulichen.
- D) Jeder Spindelrotor (2 und 3) ist fliegend gelagert, indem es einlassseitig keine Rotorlagerung gibt und die Lagerung (7) jeder Trägerwelle (4) gemeinsam mit dem Antrieb (10), der vorzugsweise als elektronische Motorpaar-Synchronisation ausgeführt wird, im Nebenraum (14) nur auslassseitig erfolgt, wobei jede Trägerwelle (4) derart biegesteif ausgeführt wird, dass der Durchmesser jeder Trägerwelle (4) im Bereich der Hauptlager (7.H) größer ist als auf der Einlass-Seite (8), wobei jedes Hauptlager (7.H) entsprechend den geometrischen Bedingungen der Trägerwelle (4) im Verhältnis zur Spindelrotoraufnahme (4.S) möglichst dicht zum Spindelrotor-Schwerpunkt geführt in Richtung zum Einlass (8) und abhängig von der Maschinengröße vorzugsweise in den Spindelrotor hineinragend ausgeführt wird, wie es beispielhaft über den Wert Δ.s dargestellt ist. Dabei werden größere Maschinen tiefer hineinragend ausgeführt als kleinere Maschinen, wobei mit diesen erfindungsgemäßen Maschinen ein Saugvermögensbereich zwischen etwa 40 m3/h und mindestens 2.000 m3/h abgedeckt wird, um eine Größenvorstellung für die genannte Bezeichnung als „größere“ und „kleinere“ Maschinen zu haben.
- E) Die Rotorprofilabmessungen beider Spindelrotore (2 und 3) werden bei ihrem jeweiligen Verlauf der Profilfußkreisradien im Auslass-Bereich derart ausgeführt, dass diese Werte für beide Spindelrotore derart ähnlich sind, dass für beide Spindelrotore vorzugsweise die gleichen Bauteile für die Lager (7) und die Wellenabdichtungssysteme (11) zwischen Arbeitsraum (13) und jedem Nebenraum (14) verwendet werden können, so dass gilt:
| für den relevanten Auslass-Bereich: | F2.9 ≈ F3.9 | |
| unter Einhaltung folgender Bedingung: | F2.9 + F3.9 < a.9 | im Auslass-Bereich (9) |
| Demgegenüber gilt am Einlass (8): | F2.8 > F3.8 | |
| ebenso unter Einhaltung der Bedingung: | F2.8 + F3.8 < a.8 | im Einlass-Bereich (8) |
| wobei am 2z-Rotor (2) gilt: | F2.9 = κ.2 · F2.8 | mit: κ.2 > 2 (vorzugsweise) |
| und am 3z-Rotor (3) ebenfalls: | F3.9 = κ.3 · F3.8 | mit: κ.3 > 2 (vorzugsweise) |
Als „Auslass-Bereich“ gilt dabei abhängig von der zuvor genannten „Maschinengröße“ etwa das letzte Drittel der auslassseitigen Spindelrotor-Außengewinde-Profillänge, und zwar bei größeren Maschinen mehr und bei kleineren Maschinen weniger.
- F) Jeder Spindelrotor (2 und 3) wird mit einer Rotorinnen-Konuskühlung (5.R) ausgeführt, wobei über die Kühlbohrung (6) das Kühlfluid (5.K) zugeführt wird, welches einlassseitig zur Innenseite jedes Spindelrotors strömt, wobei diese konische Spindelrotor-Innenseite (Bohrung) vorzugsweise ein Transport-Gewinde besitzt, durch welches das Kühlfluid (5.K) fliehkraftbedingt zu den immer größeren Durchmesserwerten in Richtung zum Auslass strömt und dabei im Sinne der effizienteren Verdichtung Kompressionswärme aufnimmt und somit den Verdichter-Wirkungsgrad verbessert.
- G) Staurohrpumpen (5.S) am auslassseitigen Ende jedes Spindelrotors sorgen für die Abführung des Kühlfluids (5.K) aus jedem Spindelrotor und vorzugsweise auch gleich den Kühlfluid-Transport durch den Wärmetauscher (12).
- H) Als Kühlfluid wird vorzugsweise Schmieröl verwendet, welches zugleich auch die Lager (7) schmiert und mittels Purge-Gas-Zuführung in die Nebenräume (14) vor dem meist unerwünschten Kontakt zum Fördermedium geschützt ist, wobei das Purge-Gas entweder direkt in jeden Nebenraum (14) oder über das Arbeitsraum-Wellenabdichtungssystem (11) zugeführt wird.
Es ist aber auch ein anderes Kühlfluid (bis hin zum Wasser) einsetzbar, wobei die Lagerung (7) dann vorzugsweise als Hybrid-Wälzlager, also (Edelstahl-)Ringe mit Keramik-(Si3N4)-Kugeln, mit Deckscheiben und Lebensdauer-Fettschmierung ausgeführt wird.
- I) Das Arbeitsraum-Wellenabdichtungssystem (11) wird aus Gründen der Standzeit und Lebensdauer vorzugsweise berührungslos und in axialer Richtung möglichst langgestreckt ausgeführt, um höhere Strömungswiderstände zu erzeugen, und besteht Leitwert-Abschnitten (11.L) und Pufferräumen (11.P) unter Ausnutzung der hohen Zentrifugalwerte durch die großen Durchmesser bei hohen Spindelrotor-Drehzahlen.
- J) Zur Wuchtung der Spindelrotore wird über die unterschiedlichen Spindelrotordrehzahlen (so dreht der 2-zähnigen Spindelrotor genau 1,5-fach schneller als der 3-zähnigen Spindelrotor) die jeweilige Unwucht detektiert und mittels Ausgleichsmaßnahmen (zumeist Wuchtbohrungen) reduziert.
- K) Der Kühlfluid-Massenstrom (5.G) zum Verdichtergehäuse (1) wird gegenüber dem Kühlfluid-Massenstrom (5.K) zur Rotorinnen-Konuskühlung für jeden Spindelrotor (2, 3) derart („intelligent“) reguliert, dass die Spielwerte, die sich über die thermischen Bauteil-Dehnungen ergeben und per FEM-Analyse gut zu ermitteln sind, zwischen den Arbeitsraum-Bauteilen (also Verdichtergehäuse und Spindelrotorpaar) zwar ständig genügend Abstand zur Spielaufzehrungs-Grenze (als sogen. „Crash“) einhalten, zugleich aber für alle Betriebs- und Arbeitspunkte innerhalb eines effizienten Bereiches, der vorzugsweise nicht mehr als Faktor 2 auseinander liegt, bleiben.
- L) Die Erzeugung des notwendigen inneren Kompressionsverhältnisses am Gasförder-Außengewinde des Spindelrotorpaares geschieht über die Verringerung der Profilzahnhöhe zwischen Einlass (8) und Auslass (9) sowie zugleich über eine Abnahme der Profilsteigung zwischen Einlass (8) und Auslass (9) bei erhöhter Stufenzahl, indem also die Umschlingungswinkel über 700 Winkelgrad groß sind.
- M) Zuführung (15) eines neutralen Kühlfluids (z.B. per Einspritzung von Wasser, wenn es applikationsspezifisch zulässig ist, sonst aber auch ein Inertgas) in den Arbeitsraum (13) als Option zur weiteren Reduzierung der Temperaturen im Arbeitsraum (13) zusätzlich zur Rotorinnen-Konuskühlung (5.R) oder auch zur Reinigung des Arbeitsraums (13).
- N) Sollte die elektronische Motorpaar-Synchronisation eine mechanisches Notfall-Synchro.-Getriebe für einige Ausführungen benötigen, so wird dieses trockenlaufende Zahnradpaar vorzugsweise auf der Einlass-Seite rotorfest angebracht, indem das Gasförder-Außengewinde in Richtung zum Achsschnittpunkt bei größtmöglicher Steigung verlängert wird und somit die Aufgabe eines Notfall-Synchro.-Getriebes übernimmt.
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Erläuterungen:
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Der Verlauf der Profilzahnhöhe als Differenz zwischen Kopf- und Fußkreis-Radien für das Gasförder-Außengewinde am Spindelverdrängerrotorpaar in Rotorlängsachsrichtung ist bei der Profilauslegung ein wichtiges Auslegungsmerkmal insbesondere zur Erzeugung des inneren Verdichtungsverhältnisses neben der Profilflankensteigung.
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Für beispielsweise aggressive Fördermedien ist der Verzicht auf einlassseitige Lagerungen erfahrungsmäßig unabdingbar, so dass es zur sogen. „fliegenden Rotorlagerung“ kommt, wobei je Verdrängerrotor dessen Lager und Antrieb im Nebenraum über Purge-Gas im Nebenraum geschützt werden. Bisher führten jedoch die geometrischen Platzverhältnisse und die dringende Steifigkeit bei gleichzeitiger Notwendigkeit hinreichender Abdichtungssysteme zum Arbeitsraum sowie der gezielten Beherrschung der Wärmehaushalte der Arbeitsraum-Bauteile (also Verdichtergehäuse und Verdrängerrotorpaar) bei zugleich genügender Stufenzahl als Hintereinanderschaltung mehrerer Arbeitskammern am Verdrängerrotorpaar zu unlösbaren Zielkonflikten. Dabei sind genau diese Wärmehaushalte der Arbeitsraum-Bauteile mit den unterschiedlichen thermodynamischen Wärmeausdehnungen die Ursache für unterschiedliche Spielwerten zwischen den Arbeitsraum-Bauteilen, wodurch der erreichbare Wirkungsgrad wesentlich beeinflusst wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird nun durch die in Auslass-Richtung zunehmend größere Spindelrotor-Geometrie bei den Arbeitskammer-Oberflächen die ausschlaggebende Wärmeabführung während der Verdichtung dank zugleich intensiver wirkender Rotorinnen-Konuskühlung (5.K) entscheidend verbessert, um den enormen Temperatur-Anstieg während der Verdichtung wegen der vakuumspezifisch extremen Druckverhältnisse von bis zu 1.000.000 endlich bei einem Trockenläufer beherrschen zu können. Das ist ein ganz besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
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Des Weiteren ist insbesondere für den Vakuum-Trockenläufer eine hohe Stufenzahl als Hintereinanderschaltung mehrerer Arbeitskammern zwischen Einlass (8) und Auslass (9) anzustreben, um das hohe Druckverhältnis bewältigen zu können. Eine hohe Stufenzahl bei zugleich hinreichend hohen Drehzahlen der Rotore (anzustreben sind Rotorkopfgeschwindigkeiten von über 100 m/sec) erfordert zugleich aber auch eine hohe biegekritische Drehzahl, wobei diese Maschinen generell unterkritisch betrieben werden. Für die biegekritische Drehzahl ist eine möglichst steife Abstützung der fliegend gelagerten Spindelrotore anzustreben, was durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Trägerwelle kombiniert mit der Rotorprofilausführung in bisher nicht vorstellbarem Ausmaß gelungen ist. Durch die insbesondere bei größeren Maschinen tief (per Δ.s-Wert gezeigt) in den Spindelrotor hineinragende Hauptlagerung werden endlich die genannten Zielsetzungen bestmöglich realisierbar.
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Für einige Ausführungen wird die Höhe H.L der Eingriffslinse (beispielhaft in 2 dargestellt) derart sein, dass das Verdichtergehäuse (1) in Spindelrotorpaar-Wellenebene zu teilen sein wird. Gleichwohl wird es aber auch Ausführungen geben, bei denen das Verdichtergehäuse (1) einstückig bleiben kann und in eine Richtung montiert bzw. abgezogen werden kann.
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Das Spindelrotorpaar wird vorzugsweise als 2-zähnige und 3-zähnige Profilpaarung ausgeführt, wobei das Blasloch zwischen den auf mindestens 2/3 der Rotorlänge vom Auslass aus gesehen vermieden wird. Durch die unterschiedlichen Spindelrotor-Drehzahlen ist zur Wuchtung der Spindelrotore die Zuordnung beim Auswuchten sicher umsetzbar.
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Lagerung (7) und Antrieb (10) sind praktisch unter atmosphärischem Druck, so dass der Aufwand beim Abdichten deutlich sinkt. Indem üblicherweise gegen atmosphärischem Druck ausgeschoben wird, sehen die Wellenabdichtungen (11) praktisch keine Arbeitsdruckdifferenz und sind berührungslos ausgeführt verschleißfrei, was ein ganz wichtiger Vorteil ist.
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Der Antrieb (10) erfolgt vorzugsweise mit elektronischer Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation, wobei ein gegebenenfalls erforderliches mechanisches Notfall-Getriebe auf der Einlass-Seite angebracht wird, denn dieses Notfall-Getriebe (z.B. bei Stromausfall) vollständig trockenlaufend bleibt.
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Anhand der ausführlichen Beschreibung der einzelnen Elemente in der Bezugszeichenliste sind die Merkmale der vorliegenden Erfindung mit den nachfolgenden Erläuterungen zu den Zeichnungen bzw. Fig.-Darstellungen ordentlich dargestellt.
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Figurenliste
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Das Gasförder-Außengewinde je Spindelrotor (2 und 3) ist als Schraffur unter der Bezeichnung „ANGLE“ nach der Zeichnungs-Software AutoCAD dargestellt (also unter 45° jeweils 2 Linien, rechtwinklig zueinander, stets fluchtend angeordnet).
- 1 zeigt beispielhaft eine Längsschnitt-Darstellung durch die erfindungsgemäße Trockenläufer-Verdrängermaschine mit einem Winkel α zwischen den Spindelrotorachsen. Die besonders steifen Trägerwellen (4) zur biegekritischen Drehzahl mit der entsprechenden Lagerung (7) per Δ.s-Wert in jeden Rotor hineinragend sind gut erkennbar.
Üblicherweise werden diese Maschinen stehend ausgeführt, also Einlass (8) oberhalb vom Auslass (9).
- 2 zeigt beispielhaft eine vereinfachte „Stirnschnitt“-Darstellung durch das 2z-3z-Spindelrotorpaar am Einlass (8) gegenüber den Auslass (9). Die Vereinfachung in dieser Darstellung entsteht dadurch, dass eine eigentlich dreidimensionale Spindelrotorpaarung vereinfacht zweidimensional gezeigt wird. Denn durch die Änderung des Achsabstandes am erfindungsgemäßen Spindelrotorpaar entsteht eine dreidimensionale Flankenprofilpaar-Abwälzung. Neben dieser Vereinfachung sind außerdem nur die relevanten Profilwälz-, Profilkopf- und Profilfuß-Verläufe vereinfacht als zweidimensionale Kreise dargestellt.
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Die wichtige „Eingriffslinse“ ist mit wabenförmiger Schraffur dargestellt. Dabei ist diese „Eingriffslinse“ als längs der schiefen Spindelrotorpaarachsen erstrecktes jeweils flächig gekrümmtes Flankenprofilpaar-Überschneidungsgebiet
für den Einlass-Bereich (8) unterhalb
und für den Auslass-Bereich (9) oberhalb
der vereinfachten Achsabstand-Darstellung wabenförmig schraffiert und zweidimensional vereinfacht dargestellt.
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Zur Erfüllung der gewünschten inneren Verdichtungsverhältnisse wird für einige applikationsspezifische Spindelrotorpaar-Auslegungen jedoch Wert für H.L zur Höhe der Eingriffslinse am Auslass (9) kleiner als am Einlass (8) sein, so dass dann das Verdichtergehäuse (1) vorzugsweise in Wellenebene des Spindelrotorpaares geteilt wird.
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Die als „ANGLE“ (s.o.) bezeichnete Schraffur zeigt den Arbeitskammer-Bereich aus dem Gasförder-Außengewinde, was aus Gründen der vereinfachten Darstellung nur teilweise am Umfang dargestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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| 1. |
Verdichtergehäuse |
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wobei für den Fall, dass die Länge H.L der Einriffslinse am Fördergas-Einlass (8) größer als am Fördergas-Auslass (9) ausgeführt ist, das Verdichtergehäuse geteilt ausgeführt wird und zwar vorzugsweise in der Spindelrotor-Wellenebene |
| 2. |
Spindelrotor, vorzugsweise mit mehrstufig 2-zähnigem Gasförder-Außengewinde und an seiner vorzugsweise konischen Aufnahme-Bohrung (4.S) zur Trägerwelle (4.2) mit einem Kühlungs-Innengewinde (5.R) ausgestattet |
| 3. |
Spindelrotor, vorzugsweise mit mehrstufig 3-zähnigem Gasförder-Außengewinde und an seiner vorzugsweise konischen Aufnahme-Bohrung (4.S) zur Trägerwelle (4.3) mit einem Kühlungs-Innengewinde (5.R) ausgestattet |
| 4. |
Trägerwelle für jeden Spindelrotor |
| 4.S |
Spindelrotoraufnahme zur drehfesten Verbindung zu jedem Spindelrotor (2 und 3) |
| 4.2 |
Trägerwelle mittels Aufnahme-Bohrung (4.S) drehfest zum 2-zähnigen Spindelrotor (2) |
| 4.3 |
Trägerwelle mittels Aufnahme-Bohrung (4.S) drehfest zum 3-zähnigen Spindelrotor (3) |
| 5. |
Kühlung als gezielt reguliertes Management der Wärmehaushalte für die jeweiligen Bauteile über die jeweiligen Kühlfluidströme zur optimalen Spieleinstellung in jedem Arbeitspunkt |
| 5.G |
Kühlfluid zur Kühlung für das Verdichtergehäuse (1) |
| 5.M |
Kühlfluid zur Kühlung zum Antriebsmotor (10) |
| 5.K |
Kühlfluid zur Rotorinnen-Konuskühlung für jeden Spindelrotor |
| 5.R |
Rotorinnen-Konuskühlung für jeden Spindelrotor über ein Kühlungs-Innengewinde (5.R), dessen Steigung entgegengesetzt zur Steigungsrichtung des Gasförder-Außengewindes des jeweiligen Spindelrotors orientiert ist |
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5.S |
Staurohrpumpe zur Entnahme des Kühlfluids je Rotorinnen-Konuskühlung |
| 6. |
Kühlbohrung zur Rotorinnen-Konuskühlung für jeden Spindelrotor in jeder Trägerwelle |
| 6.R |
Rückhalte-Buchse je Kühlbohrung |
| 6.Z |
gestellfestes Zuführ-Röhrchen je Kühlbohrung |
| 7. |
Lagerung zur Trägerwelle |
| 7.H |
Hauptlager |
| 7.S |
Stütz-Lager |
| 8. |
Fördergas-Einlass, vorzugsweise geodätisch oberhalb zum Fördergas-Auslass (9), um eventuelle Reste aus dem Arbeitsraum (13) des Verdichters über den Fördergas-Auslass (9) abließen zu lassen |
| 9. |
Fördergas-Auslass |
| 10. |
Antriebsmotor, vorzugsweise für jeden Spindelrotor per elektronischer Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation, mit Frequenz-Umrichter versehen zur applikationsspezifischen Anpassung der Spindelrotor -Drehzahlen. |
| 11. |
Arbeitsraum-Wellenabdichtungssystem (11), welches vorzugsweise berührungslos ausgeführt wird und zur Erhöhung des Strömungswiderstands in axialer Richtung möglichst lang gestaltet wird mit vielen Widerstandselementen, wobei das Arbeitsraum-Wellenabdichtungssystem (11) prinzipiell aus folgenden Basis-Elementen besteht: |
| 11.L |
Leitwert-Abschnitte zur Erhöhung des Strömungswiderstands, z.B. Kolbenringe, enge Spalte, Spaltgewinde - aber vorzugsweise immer berührungsfrei |
| 11.P |
Pufferräumen als „neutrale Räume“, beispielsweise zur Reduzierung der auslassseitigen Druckpulsationen sowie zur Strömungsunterbrechung |
| 12. |
Wärmetauscher zur Abführung der vom Kühlfluid (5) aufgenommenen Wärme an ein äußeres Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser oder Umgebungsluft |
| 13. |
Arbeitsraum des Verdichters, also der Raum mit beiden Spindelrotoren (2 und 3) im Verdichtergehäuse (1) zwischen Einlass (8) und Auslass (9) |
| 14. |
Nebenraum je Spindelrotor, wobei sich in jedem Nebenraum die Spindelrotorlagerung (7) sowie der Antrieb (10) befinden und jeder Nebenraum für die jeweiligen Einsatzfälle mit einem sogen. „Purge“-Gas (meist ein Inertgas) geschützt wird, indem dieses Purge-Gas in jeden Nebenraum (14) oder einen Pufferraum (11.5) gegeben wird und bei geschlossenem Nebenraum auslassseitig dem austretenden Fördermedium beitritt, wobei das Arbeitsraum-Abdichtungssystem (11) jeden Nebenraum (14) vom Arbeitsraum (13) trennt. |
| 15. |
Zuführung eines neutralen Kühlfluids (z.B. mittels Einspritzung von Wasser, wenn es applikationsspezifisch zulässig ist, sonst aber auch ein Inertgas) in den Arbeitsraum (13) als Option zur weiteren Reduzierung der Temperaturen zusätzlich zur Rotorinnen-Konuskühlung (5.R) oder auch zur Reinigung des Arbeitsraums (13) |
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Liste der Kennzeichnungen:
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- α
- Kreuzungswinkel zwischen den Spindelrotorachsen
- 2z
- Kurzbezeichnung für den 2-zähnigen Spindelrotor (2), auch als 2z-Rotor
- 3z
- Kurzbezeichnung für den 3-zähnigen Spindelrotor (3), auch als 3z-Rotor
- a.8
- Achsabstand der Spindelrotore am Fördergas-Einlass (8)
- a.9
- Achsabstand der Spindelrotore am Fördergas-Auslass (9)
- Δ.s
- Abstand zwischen Hauptlager (7.H) und auslassseitigem Spindelrotorende, vorzugsweise in den Spindelrotor hineinragend ausgeführt
- G.K
- Gehäusepunkt auf der Gehäuseverschneidungskante
- H.L
- Höhe der Eingriffslinse als Abstand gegenüberliegender Gehäusepunkte
- W2.8
- Wälzkreis am 2-zähnigen Spindelrotor (2) am Fördergas-Einlass (8)
- K2.8
- Kopfkreis am 2-zähnigen Spindelrotor (2) am Fördergas-Einlass (8)
- F2.8
- Fußkreis am 2-zähnigen Spindelrotor (2) am Fördergas-Einlass (8)
- W3.8
- Wälzkreis am 3-zähnigen Spindelrotor (3) am Fördergas-Einlass (8)
- K3.8
- Kopfkreis am 3-zähnigen Spindelrotor (3) am Fördergas-Einlass (8)
- F3.8
- Fußkreis am 3-zähnigen Spindelrotor (3) am Fördergas-Einlass (8)
- W2.9
- Wälzkreis am 2-zähnigen Spindelrotor (2) am Fördergas-Auslass (9)
- K2.9
- Kopfkreis am 2-zähnigen Spindelrotor (2) am Fördergas-Auslass (9)
- F2.9
- Fußkreis am 2-zähnigen Spindelrotor (2) am Fördergas-Auslass (9)
- W3.9
- Wälzkreis am 3-zähnigen Spindelrotor (3) am Fördergas-Auslass (9)
- K3.9
- Kopfkreis am 3-zähnigen Spindelrotor (3) am Fördergas-Auslass (9)
- F3.9
- Fußkreis am 3-zähnigen Spindelrotor (3) am Fördergas-Auslass (9)
