DE19522555A1 - Rotationskolbenverdichter mit zwei Rotoren - Google Patents

Description

Wenn die beiden Rotoren eines Rotationskolbenverdichters berührungsfrei umlaufen sollen, müssen sie gegenseitig syn­ chronisiert werden. Dies geschieht im Stand der Technik meist mittels auf den Rotorwellen angeordneter, unmittelbar oder mittelbar miteinander in Eingriff stehender Zahnräder (Patent Abstract JP 2283890 A) oder mittels elektronischer Synchro­ nisation über zwei gesonderte Antriebe (EP-A 472933), wobei letzteres das Vorhandensein auf den Rotorwellen angeordneter Impulsgeberscheiben (EP-A 558921) zur Feststellung der Dreh­ winkellage der Rotoren voraussetzt. Die Synchronisationszahn­ räder und die Impulsgeberscheiben werden im folgenden teilwei­ se zusammenfassend als Synchronisationsscheiben bezeichnet.

Bei trocken laufenden Verdichtern, insbesondere Vakuumpumpen, verwendet man gern fliegend gelagerte Rotoren, bei denen die Lagerung druckseitig angeordnet ist. Bei diesen können die Synchronisationsscheiben nicht im Schöpfraum untergebracht werden, weil Zahnräder im allgemeinen geschmiert werden müßten, was zu Kontamination des Fördermediums führen würde, und weil Impulsgeber in der Gefahr stünden, funktionsgefährdend verschmutzt zu werden. Auch würde die Anordnung dieser Teile im Schöpfraum zu einer statisch nach­ teiligen Vergrößerung der Kraglänge der fliegend gelagerten Rotoren führen. Man ordnet die Synchronisationsscheiben deshalb in der Regel am entgegengesetzten Ende der Rotorwellen an, jenseits der Lagerung und ggf. der für jeden Rotor vorge­ sehenen Antriebsmotoren. Dies hat aber den Nachteil, daß die Montage und Demontage der Rotoren, Lagerungen und Antriebe abhängig ist von den Synchronisationsscheiben.

Erfindungsgemäß wird ein insbesondere montagetechnisch einfa­ cherer Aufbau durch die Merkmale des Anspruchs 1, vorzugsweise auch diejenigen der Unteransprüche erreicht.

Dadurch, daß die Synchronisationsscheiben rotorseits des Mo­ torgehäuses bzw. des Antriebs angeordnet sind, hemmen sie als Teile großen Durchmessers nicht den Abzug der Rotoren, Stirn­ scheiben, Lagerungen und/oder Wellen vom Antrieb und Notorge­ häuse. Ebenso kann umgekehrt das Motorgehäuse bzw. der Antrieb leicht von den übrigen Teilen der Maschine abgezogen werden.

Die Stirnplatte kann beiden Rotoren gemeinsam sein. Zweckmäßi­ ger ist es aber, für jeden Rotor eine gesonderte Stirnplatte vorzusehen, so daß jeder Rotor mit der zugehörigen Stirnplatte und Synchronisationsscheibe gesondert von dem anderen Rotor montiert werden kann. Das gilt insbesondere dann, wenn der Rotor, die Stirnplatte, die Rotorwelle, die Lagerung und die Synchronisationsscheibe eine in ihrer Gesamtheit montierbare und von dem Motorgehäuse abziehbare bzw. mit dem Motorgehäuse verbindbare Baueinheit bildet. So lassen sich beispielsweise Wartungsarbeiten einschließlich des Auswuchtens an der fertig montierten Einheit vornehmen und diese kann - ggf. von weniger spezialisiertem Kräften - in die Maschine eingebaut werden. Auch der Motorläufer kann Teil dieser Baueinheit sein.

Diese Vorteile werden erreicht, obwohl die Synchronisations­ scheiben in einem vom Schöpfraum getrennten und diesem gegenüber abgedichteten Raum untergebracht sind. Falls es sich um geschmierte Synchronisationszahnräder handelt, kann das Fördermedium dadurch nicht kontaminiert werden. Falls die Syn­ chronisationsscheiben verschmutzungsgefährdet sind, werden sie vom Fördermedium nicht beeinflußt.

Zweckmäßigerweise ist die Abdichtung der Stirnplatte gegenüber dem Schöpfraum dadurch verwirklicht, daß die Stirnplatte ge­ genüber dem Motorgehäuse abgedichtet ist, während dieses gegenüber dem Schöpfraumgehäuse abgedichtet ist. Dies gibt die Möglichkeit, die Stirnplatte am Motorgehäuse zu montieren und zu zentrieren. Das Schöpfraumgehäuse (bzw. dessen Mantel und Deckel) können zur Wartung des Schöpfraums und der Rotorober­ flächen abgenommen werden, ohne daß dies den dichten Abschluß der die Synchronisationsscheiben aufnehmenden Räume berührt.

Das Motorgehäuse ist zweckmäßigerweise staubdicht gegenüber der Atmosphäre abgedichtet. Es bedarf deshalb auch keiner Ab­ dichtung der die Synchronisationsscheiben aufnehmenden Räume gegenüber dem Antrieb.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt veranschaulicht.

Auf dem Fußteil 1 ruht das Motorgehäuse 2, das oben mit der flanschartigen Grundplatte 3 ggf. einstückig verbunden ist, auf der das Schöpfraumgehäuse 4 aufgebaut ist. Dieses wird oben durch einen Deckel 5 abgeschlossen, der eine Saugöffnung 6 enthält.

An der Grundplatte 3 sind in später zu erläuternder Weise die Flanschplatten 50 der Lagerkörper 7 befestigt, die je zur La­ gerung eines Rotors 8 dienen, dessen Umfang vorzugsweise zweigängig schraubenförmig angeordnete Verdrängervorsprünge 9 trägt, die in der Art eines Zahneingriffs in die Förderhohl­ räume 10 zwischen den Verdrängervorsprüngen 9 des benachbarten Rotors eingreifen. Außerdem wirken die Verdrängervorsprünge 9 am Umfang mit der Innenfläche des Schöpfraumgehäuseteils 4 zusammen. Die Rotoren 8 stehen oben mit dem Saugraum 11 und unten mit dem Druckraum 12 in Verbindung.

Der Druckraum 12 steht in Verbindung mit einem nicht gezeigten Druckauslaß. Diese Teile sind am unteren Ende des vertikal aufgestellten Schöpfraumgehäuses vorgesehen.

Jeder Rotor 8 ist drehfest mit einer Welle 20 verbunden, die unten im Lagerkörper 7 durch ein dauergeschmiertes Wälzlager 21 gelagert ist. Ein zweites, gleichfalls dauergeschmiertes Wälzlager 22 befindet sich am oberen Ende eines rohrförmigen Teils 23 des Lagerkörpers 7, der in eine nach unten, also druckseitig, offene, konzentrische Bohrung 24 des Rotors 8 hineinragt. Dieses Lager 22 befindet sich vorzugsweise ober­ halb der Mitte des Rotors 8. Der rohrförmige Teil 23 des Lagerkörpers erstreckt sich vorzugsweise durch den größeren Teil der Länge des Rotors 8. Das Ende des rohrförmigen Teils 23 liegt bei vertikaler Anordnung der Pumpe wesentlich höher als der Druckauslaß 17. Dies ist hilfreich für den Schutz der Lager- und Antriebsregion vor dem Eindringen von Flüssigkeit oder anderen schweren Verunreinigungen vom Schöpfraum her.

Zum Schutz des Lager- und Antriebsbereichs vor vom Schöpfraum her eindringenden Einflüssen sind geeignete Dicht- und/oder Sperreinrichtungen vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist die Ausrüstung der einander gegenüberstehenden Flächen des Lager­ körpers 23 und der Innenflächen des Rotorhohlraums 24 auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einem nicht dargestell­ ten Fördergewinde, das einen Fördereffekt vom Rotorhohlraum 24 zum Druckraum 12 hin ausübt. Dieser Fördereffekt wirkt sich wegen deren höherer Dichte vornehmlich auf feste oder flüssige Teilchen aus und verhindert dadurch deren Eindringen in den Lager- und Antriebsbereich. Das Fördergewinde wird zweckmäßi­ gerweise so ausgebildet, daß dieser Effekt auch bei erheblich abgesenkter Drehzahl noch wirksam ist.

Der Fördereffekt kann auch dadurch herbeigeführt werden, daß der Spalt zwischen Rotor und Lagerkörper sich konisch zum Druckraum hin erweitert. Die Spaltweite (Abstand der Oberflä­ che des Lagerkörpers von der Oberfläche des Rotors) bleibt dabei im wesentlichen konstant. Zusätzlich können auch in diesem Falle die einander gegenüberstehenden Flächen auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Fördergewinde versehen sein; erforderlich ist dies aber nicht.

Da die Ausrüstung des Spalts zwischen Rotor und Lagerkörper mit einem Fördergewinde oder einer fördernd wirkenden Ko­ nizität sehr wirksam gegen das Eindringen von Flüssigkeit oder Feststoffteilchen abdichtet, kann oft auf zusätzliche Dicht­ einrichtungen verzichtet werden; jedoch können sie vorgesehen sein, und zwar vorzugsweise in berührungsfreier oder berüh­ rungsarmer Bauart, z. B. Labyrinthdichtungen oder kolbenringar­ tige Dichtungen.

Aufgrund der Dichtwirkung des Fördergewindes bzw. der Spalt­ konizität ist die erfindungsgemäße Pumpe unempfindlich gegen das Vorhandensein von Flüssigkeit im Schöpfraum, solange sich die Rotoren in Drehung befinden. Diese Unempfindlichkeit besteht auch im stationären Zustand dank der hohen Lageranord­ nung im Rotor, solange die Flüssigkeit im Schöpfraum das Lagerniveau nicht erreicht. Sie ist nicht nur dann wichtig, wenn das Fördermedium einen Flüssigkeitsschwall mit sich führt, sondern kann auch für die Reinigung und/oder Kühlung der Pumpe durch Flüssigkeitseinspritzung genutzt werden. Beispielsweise kann durch Düsen, von denen eine bei 27 ange­ deutet ist, Reinigungs- oder Kühlflüssigkeit eingesprüht werden. Es können dieselben oder gesonderte Düsen 27 zum Einsprühen der Reinigungsflüssigkeit und der Kühlflüssigkeit verwendet werden.

Bei den Wälzlagern 21, 22 handelt es sich im dargestellten Beispiel um Schrägkugellager, die durch eine Feder 29 gegen­ einander angestellt sind. Jede Welle 20 trägt unterhalb des Lagers 21 vorzugsweise unmittelbar, d. h. ohne zwischenge­ schaltete Kupplung, den Läufer 35 des Antriebsmotors, dessen Stator 36 in dem Motorgehäuse 2 angeordnet ist. Das Motorge­ häuse kann mit Kühlkanälen 38 ausgerüstet sein.

Die Flanschplatten 50, die in dem dargestellten Beispiel mit den Lagerkörpern 7 als einem Stück bestehen, sind mit ihren Außenrändern 51, die im wesentlichen dem Umfang des Schöpf­ raumgehäuses 4 folgen, und ihren aneinanderliegenden Innenrän­ dern 52 auf die Oberseite der Grundplatte 3 aufgesetzt. Die Flanschplatten 50 sind gegenüber der Grundplatte 3 gedichtet. Auch die im Radialschnitt einer Sekante folgenden Stirnflächen 53, an denen sie aneinander anliegen, sind mit einer Dich­ tungseinlage ausgerüstet.

Unter den Flanschplatten 50, zwischen den Rändern 51, 52 ist eine Eindrehung vorgesehen, die mit der Oberseite der Grund­ platte 3 einen Raum 39 einschließt, der zur Aufnahme von Synchronisations-Zahnrädern 40 dient, die mit bekannten Mitteln drehfest auf den Wellen 20 zwischen den Lagern 21 und den Motorläufern angeordnet sind. Damit sie im Bereich der Innenränder 52 der Flanschplatten 50 miteinander kämmen können, weisen die Innenränder an entsprechender Stelle einen Ausschnitt auf, durch den die Zahnräder hindurchgreifen. Unterhalb dieses Ausschnitts bleibt auf jeder Seite ein Steg stehen, auf den in Fig. 1 die Bezugslinie der den Innenrand allgemein bezeichnenden Bezugsziffer 52 weist. Dieser Steg ist nicht nur aus Stabilitätsgründen vorteilhaft, sondern auch weil er eine umlaufende Abdichtung einerseits gegenüber der Grundplatte 3 und andererseits zwischen den abgeflachten Sekantenflächen der Flanschplatten 50 ermöglicht.

Die Ausdrehungen 39 in den Flanschplatten 50 haben einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Synchro­ nisations-Zahnräder 40. Sie sind im Verhältnis zu den Innen­ rändern 52 ein wenig exzentrisch angeordnet, damit die Syn­ chronisations-Zahnräder 40 bei der Montage der Rotor-Baueinheiten trotz des Vorhandenseins des Dichtungsstegs bei 52 eingesetzt werden können.

Da der die Synchronisations-Zahnräder 40 enthaltende Raum 39 von dem Schöpfraum vollständig getrennt ist, besteht für die Synchronisations-Zahnräder die Gefahr der Verschmutzung nicht. Sie dienen lediglich der Notsynchronisation der Rotoren. Ihre Zähne kommen normalerweise nicht miteinander in Berührung. Eine Schmierung ist deshalb in der Regel nicht erforderlich. Zwar ist sie gewünschtenfalls anwendbar, aber der Trockenlauf der Synchronisation-Zahnräder vereinfacht die Konstruktion, weil eine Abdichtung zwischen dem Raum 39 und den Antriebsmo­ toren nicht erforderlich ist.

Die Synchronisations-Zahnräder 40 können auch als Impulsgeber­ scheiben dienen, die von Sensoren 42 abgetastet werden, von denen in Fig. 1 einer dargestellt ist. Diese Sensoren 42 stehen mit einer Regeleinrichtung in Verbindung, die die jeweilige Drehstellung der Rotoren gegenüber einem Sollwert überwacht und über den Antrieb korrigiert. Es handelt sich dabei um eine Synchronisation der Rotoren auf elektronischem Wege, die als solche bekannt ist und daher hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Das Spiel zwischen den Zähnen der Synchronisations­ zahnräder 40 ist etwas geringer als das Flankenspiel zwischen den Verdrängervorsprüngen 9 der Rotoren 8. Es ist jedoch größer als die Synchronisationstoleranz der elektronischen Synchronisationseinrichtung. Bei ordnungsgemäßem Funktionieren der letzteren kommen somit weder die Flanken der Verdränger­ vorsprünge 9 noch die Zähne der Synchronisationszahnräder 40 miteinander in Kontakt. Für den Fall, daß die letzteren doch einmal miteinander in Kontakt kommen sollten, sind sie mit einer verschleißfesten und ggf. gleitgünstigen Beschichtung versehen.

Man erkennt, daß jeder Rotor mit den zugehörigen Lager- und Antriebseinrichtungen eine selbständig montierbare Baueinheit bildet, die neben dem Rotor aus den Lagern 21, 22, dem Lagerkörper 7, dem darin vorgesehenen Kühleinrichtungen, der Welle 20, dem Synchronisationszahnrad 40, dem zugehörigen Sensor 42 und dem Motorläufer 35 besteht. Diese Einheiten werden komplett vormontiert, gewuchtet und eingestellt (bei­ spielsweise bezüglich der Geberpositionierung) in die Pumpe eingesetzt. Sie können nach der Abnahme des Schöpfraumgehäuses leicht von der Grundplatte 3 abgenommen bzw. eingesetzt werden. Ihre Auswechslung kann daher dem Anwender überlassen bleiben, während der Hersteller die Wartung der empfindlichen Einheiten besorgt.

Claims (8)

1. Rotationskolbenverdichter mit zwei Rotoren (8), die berüh­ rungsfrei und fliegend gelagert in einem Schöpfraumgehäuse umlaufen, das lagerungsseitig eine gegenüber den Rotoren (8) und dem Schöpfraum abgedichtete Stirnplatte (50) um­ faßt, wobei für jeden Rotor (8) außerhalb des Schöpfraum­ gehäuses ein Antriebsmotor (35, 36) in einem mit dem Schöpfraumgehäuse verbundenen Motorgehäuse (2) und eine Synchronisationsscheibe (40) vorgesehen sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Synchronisationsscheiben (40) zwi­ schen der Stirnplatte (50) einerseits und dem Antriebs­ motor (35, 36) bzw. dem Motorgehäuse (2) andererseits angeordnet sind.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gesonderte Stirnplatte (50) für jeden Rotor (8) vor­ gesehen ist.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung der Stirnplatte (50) gegenüber dem Schöpfraum durch eine Abdichtung der Stirnplatte (50) gegenüber dem Motorgehäuse (2) und eine Abdichtung des Motorgehäuses (2) gegenüber dem Schöpfraumgehäuse (4) gebildet ist.

4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Motorgehäuse (2) mindestens staub­ dicht gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stirnplatte (50) mit dem zugehörigen Rotor (8) der Rotorwelle (20), der Rotorwellenlagerung (22, 21) und der Synchronisationsscheibe (40) eine in ihrer Gesamtheit mit bzw. von dem Motorgehäuse (2) verbindbare und trennbare Baueinheit bildet.

6. Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Motorläufer (35) Teil der Baueinheit ist.

7. Verdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatte (50) fest, insbesondere einstückig verbunden ist mit einem die Lagerung (21, 22) für die Ro­ torwelle (20) bildenden, von dem Motorgehäuse (2) und dem Schöpfraumgehäuse (4) gesonderten Lagerkörper (7).

8. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er eine trockenlaufende Schraubenspin­ del-Vakuumpumpe ist, deren Druckseite lagerungsseitig an­ geordnet ist.