DE20302990U1

DE20302990U1 - Drehkolbenpumpe

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Publication number: DE20302990U1
Application number: DE20302990U
Authority: DE
Original assignee: Rietschle Werner GmbH and Co KG; Werner Rietschle GmbH and Co KG
Current assignee: Gardner Denver Schopfheim GmbH
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: WO2004074689A1

Abstract

Drehkolbenpumpe, mit wenigstens zwei sich gegensinnig drehenden, miteinander kämmenden Rotoren (8) mit zugeordneten Antriebswellen (26), und einem die Antriebswellen (26) koppelnden Getriebe, wobei die Antriebswellen (26) über eine gemeinsame Welle (42) angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Antriebswelle (26) ein schräg bis einschließlich senkrecht zueinander stehendes Zahnradpaar gekoppelt ist, daß die Zahnradpaare von der gemeinsamen Welle (42) angetrieben werden und daß die Mittelachse der gemeinsame Welle (42) zu den Mittelachsen der Antriebswellen (26) nicht parallel verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe, mit wenigstens zwei sich gegensinnig drehenden, miteinander kämmenden Rotoren mit zugeordneten Antriebswellen, und einem die Antriebswellen koppelnden Getriebe, wobei die Antriebswellen über eine gemeinsame Welle angetrieben werden.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine trockenverdichtende Schraubenvakuumpumpe oder eine derartige Wälzkolbenpumpe.
Bei diesen Vakuumpumpen wird ein kompressibles Medium von Absolutdrücken kleiner 1 mbar auf Atmosphärendruck verdichtet, wobei der Arbeitsraum frei von Öl und Verschleiß sein soll.
Die parallelen Antriebswellen werden üblicherweise durch ein Getriebe 1:1 miteinander synchronisiert. Die Drehzahl der Wellen entspricht entweder der des Motors, oder die Motordrehzahl wird über ein zusätzliches Stirnzahnradpaar erhöht. Die berührungslos ineinander kämmenden, gegensinnig laufenden Rotoren bilden Kammern, welche von der Saugseite zur Druckseite transportiert werden und dabei ein kleineres Volumen einnehmen, was durch Ändern der Rotorsteigerung der Rotoren erreicht wird. Was die Lagerung der Rotoren anbelangt, gibt es gemäß der WO 97/01038 Konzepte, die eine sogenannte fliegende, Lagerung vorsehen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Drehkolbenpumpe mit solchen fliegenden Lagerungen der Rotoren. Dabei ragt das Lagerrohr jedes Rotors in eine axiale Öffnung in diesen hinein. Das Lagerrohr ist üblicherweise stationär an einem Ende gelagert, vorzugsweise durch Koppelung mit dem Pumpengehäuse. Durch das Lagerrohr hindurch ragt dann die zugeordnete Antriebswelle, die ein antriebsseitiges Ende und ein mit dem Rotor gekoppeltes Ende besitzt.
Die gattungsgemäße DE 100 04 373 A1 beschreibt eine Schraubenvakuumpumpe mit einem Getriebe, bei dem die Rotore mit einem gemeinsamen Kronenrad angetrieben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach ausgebildete Drehkolbenpumpe, insbesondere Schraubenvakuumpumpe, zu schaffen, die wartungsarm ausgeführt ist, sich durch ein geringes Getriebegeräusch auszeichnet und bei der auf einfache Weise eine vom Achsabstand der Antriebswellen unabhängige Übersetzung bei geringer Bauhöhe realisiert werden kann.
Dies wird bei einer Drehkolbenpumpe der eingangs genannten An dadurch erreicht, daß mit jeder Antriebswelle ein schräg bis einschließlich senkrecht zueinander stehendes Zahnradpaar gekoppelt ist, daß die Zahnradpaare von der gemeinsamen Welle angetrieben werden und daß die Mittelachse der gemeinsame Welle zu den Mittelachsen der Antriebswellen nicht parallel, d.h. schräg oder senkrecht, verläuft.
Dadurch, daß die Mittelachsen der Antriebswellen zu der der gemeinsamen welle nicht parallel verlaufen, läßt sich die gemeinsame Welle seitlich und nicht nach unten aus dem Getriebegehäuse führen, wo dann ein leicht anflanschbarer Antriebsmotor positioniert werden kann. Durch die Winkelstellung der Zahnräder eines Zahnradpaares läßt sich darüber hinaus erreichen, daß die an den Antriebswellen angebrachten Zahnräder klein ausgeführt werden können, d.h. ihr Durchmesser ist deutlich geringer als der Achsabstand der Antriebswellen. Die antreibenden Zahnräder, die schräg oder senkrecht hierzu gestellt sind, können deshalb einen deutlich größeren Durchmesser besitzen, um für eine Übersetzung ins Schnelle zu sorgen.
Vorzugsweise ist mit jeder Antriebswelle ein Kegelzahnradpaar gekoppelt ist, so daß die Kegelzahnradpaare von der gemeinsamen Welle angetrieben werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Mittelachsen der Antriebswellen parallel zueinander und senkrecht zur Mittelachse der gemeinsamen Welle angeordnet.
Alternativ wären aber auch Hyperboloidräder oder Scheckenräder denkbar.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Kühl- und Schmierflüssigkeit des Getriebes zum Antrieb der Rotoren gleichzeitig die Kühlflüssigkeit der Rotoren darstellt. Die im Stand der Technik vorgesehene hermetische Abdichtung kann damit entfallen, die gesamte Pumpe ist viel einfacher aufgebaut. Umgekehrt ausgedrückt: der Teil des Getriebeinneren, der mit Kühl- und Schmierflüssigkeit gefüllt ist, stellt einen Teil des Kühlflüssigkeitskreislaufs dar.
Die einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpe zeigt sich auch dadurch, daß im Getriebegehäuse eine vom Getriebe selbst angetriebene Kühlflüssigkeitspumpe untergebracht ist, die die Kühlflüssigkeit in den Kühlflüssigkeitskreislauf fördert.
Wenn ein Festlager zwischen den auf gemeinsamen Welle sitzenden Zahnrädern zur Abstützung der gemeinsamen Welle vorgesehen ist, kann sich die Welle zu beiden Enden bei Wärmezufuhr ausdehnen.
Durch Verwendung von Spiralkegelrädern läßt sich ein besonders laufruhiges Getriebe verwirklichen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe, ausgeführt als Schraubenvakuumpumpe,
2 eine Längsschnittansicht durch eine zweite Ausführungsgform der erfindungsgemäßen, als Schraubenvakuumpumpe ausgeführten Drehkolbenpumpe,
3 eine Längsschnittansicht durch einen zu den bisherigen Ausführungsformen geänderten Lagerungsbereich der Rotoren, und
4 eine vergrößerte Ansicht des mit X bezeichneten, umrahmten Bereichs in 3.
In 1 ist eine trockenverdichtende Drehkolbenpumpe in Form einer Schraubenvakuumpumpe dargestellt, die auf der Vakuumseite einen Sauganschluß 10 und auf der Druckseite einen Ausblasanschluß 12 besitzt, die beide durch einen Arbeitsraum 14 miteinander verbunden sind. Im Arbeitsraum 14 sind zwei parallele Rotoren 8 untergebracht, die eine nach unten zunehmend mit einer geringeren Steigung versehende Wendel 16 besitzen. Die Rotoren 8 kämmen ineinander, sind gegenläufig und bilden Kammern 18, die beim Drehen der Rotoren 8 von der Saugseite zur Druckseite, d.h. bei einer stehenden Pumpe, von oben nach unten, transportiert werden, so daß das in den Kammern eingeschlossene Fördermedium zur Druckseite komprimiert wird.
Die beiden Rotoren 8 sind im Inneren hohl ausgebildet, sind fliegend gelagert, haben im Inneren dieselbe Geometrie und denselben Aufbau auch bezüglich ihrer Lagerung, so daß zur Vereinfachung nur der rechte Rotor 8 samt der Lagerung erläutert werden muß.
Der Rotor 8 besitzt eine axiale Durchgangsbohrung mit einem oberen Abschnitt 20 mit geringerem Durchmesser und einen sich daran anschließenden Abschnitt mit größerem Durchmesser, der im folgenden durch eine Innenseite 24 definiert ist. In den Abschnitt 20 ist eine Antriebswelle 26 eingepreßt, so daß Rotor und Antriebswelle 26 drehfest miteinander gekoppelt sind. In den durch die Innenseite 24 definierten Abschnitt der Durchgangsbohrung mit größerem Durchmesser ragt ein Lagerrohr 28, das an einem Getriebegehäuse 30 stationär befestigt ist, und zwar mit seinem sogenannten unteren, stationär befestigten Ende 31. Durch dieses Lagerrohr 28 erstreckt sich die Antriebswelle 26 hindurch bis in das Innere 34 des Getriebegehäuses 30. Im Getriebegehäuse ist mit jeder Antriebswelle 32 ein Zahnradpaar gekoppelt, vorliegend ein Kegelzahnradpaar. Am unteren Ende jeder Antriebswelle 26 ist mit ihr ein Spiralkegelritzel 38 verbunden, welches mit einem Spiralkegelrad 40 kämmt, das wiederum lagefest auf einer Welle 42 sitzt, die über einen nicht gezeigten Motor in Drehung versetzt wird. Die beiden Antriebswellen 26 haben jeweils ein eigenes Paar Spiralkegelritzel bzw. -räder 38, 40, wobei die Spiralkegelräder 40 jedoch auf einer gemeinsamen Welle 42 gelagert sind. Die Welle 42 ist wiederum im Getriebegehäuse 30 drehbar gelagert. Die Getriebeanordnung ist eine sogenannte Königswellen-Anordnung, bei der die Mittelachse der gemeinsamen Welle 42 senkrecht zu den parallelen Mittelachsen der Antriebswellen 26 steht. Durch diese Anordnung kann die Drehzahl der Antriebswellen 26 erhöht werden (der Teilkreis der Spiralkegelräder 40 ist größer als der der Spiralkegelritzel 38), gleichzeitig wird aber die Drehrichtung der Antriebswellen 26 synchronisiert. Alternativ wäre es denkbar, die Mittelachse der Welle 42 schräg zu denen der Antriebswellen 26 anzuordnen.
Die Umfangsgeschwindigkeit der mit den Antriebswellen 26 gekoppelten Zahnräder ist maßgeblich für das Getriebegeräusch. Durch Vorsehen von Stirnrädern war im Stand der Technik die Umfangsgeschwindigkeit abhängig vom Achsabstand. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Pumpe nicht der Fall, hier ist die Umfangsgeschwindigkeit der Spiralkegelräder 40 und der Spiralkegelritzel 38 unabhängig vom Achsabstand, der Durchmesser der Spiralkegelritzel 38 ist sogar deutlich kleiner als der Achsabstand zwischen den Antriebswellen 26. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht darin, daß mit denselben Zahnrädern unterschiedliche Achsabstände realisiert werden können, wenn unterschiedliche Rotoren 8 zum Einsatz kommen.
Die Antriebswelle 26 ist im Bereich des unteren Endes über ein Festlager 50, das als offenes Lager, d.h. nicht dauergeschmiert und nicht abgedichtet ausgeführt ist, in dem Lagerrohr 28 und am freien, oberen Ende des Lagerrohrs 28 über ein Loslager 42 in axialer und radialer Richtung positioniert. Damit ist auch der Rotor 8 in axialer und Umfangsrichtung gelagert. Auch das Lager 42 ist im übrigen nicht abgedichtet, sondern als offenes Lager ausgeführt.
Zur Kühlung jedes Rotors 8 besitzt jeder Rotor einen eigenen Kühlflüssigkeitskreislauf, durch den die Kühl- und Schmierflüssigkeit 60 im Inneren des Getriebegehäuses 30, die zur Schmierung und Kühlung der darin vorgesehenen Zahnräder vorhanden ist, gefördert wird.
Der Kühlflüssigkeitskreislauf geht also vom Inneren des Getriebegehäuses 30 aus und verläuft durch das offen ausgeführte Festlager 50 und/oder einen dort vorgesehenen Bypass 32. Zwischen der Antriebswelle 26 und dem Lagerrohr 28 ergibt sich ein zylindrischer Ringspalt, der bis zum Lager 42 reicht. Dieser Spalt 62 wird im folgenden als radial innerer, zweiter Spalt bezeichnet. Er steht mit einem ersten, radial äußeren Spalt 64 in Strömungsverbindung, der zwischen der Innenseite 24 des Rotors 8 und der Außenseite des Lagerrohrs 28 gebildet ist. Die Strömungsverbindung zwischen Spalt 62 und Spalt 64 erfolgt über das offene Loslager 42, einen optional vorgesehenen Bypass 70 sowie nutenförmige Verbindungskanäle oder einen Ringspalt 80 zwischen der Stirnseite des freien Endes des Lagerrohrs 28 und der angrenzenden, stirnseitigen Wand des Rotors 8. Dieser Verbindungskanal 80 führt dann zum Kühlflüssigkeitseinlaß (oberes Ende) des ersten Spalts 64. Der Kühlflüssigkeitsauslaß des ersten Spalts 64 ist an seinem unteren Ende vorgesehen, wo ein Kanal 90 in einen Sammelring und von dort in eine nicht gezeigte Ölwanne oder in das Getriebeinnere 34 führt.
Die Kühlflüssigkeit gelangt also am Flüssigkeitseinlaß, dem unteren Ende des Spalts 62 in diesen, nachdem es unter Umständen das Lager 50 gekühlt und geschmiert hat, strömt aufwärts bis zu seinem Flüssigkeitsauslaß zum Lager 42 und/oder dem Bypass 70, um dann über den Verbindungskanal 80 in den Spalt 64 zu gelangen, wo es durch die vorhandenen Zentrifugalkräfte an die Innenseite 24 des Rotors 8 gedrückt wird und wo es zu Scherströmungen kommt. Die beim Verdichten sich erwärmenden Rotoren 8 geben die Wärme großteils an die Kühlflüssigkeit ab, die dann zur Kühlflüssigkeitsquelle gelangt und sich dort mit der kalten Kühlflüssigkeit 60 vermischt.
Die gezeigte Pumpe zeichnet sich auch durch eine sehr einfache Abdichtung aus. Auf der Vakuumseite ist überhaupt keine Abdichtung erforderlich. Dichtungen 92 werden nur auf der Druckseite der Vakuumpumpe zwischen dem unteren Ende der Rotoren 8 und dem Getriebe benötigt. Da dort aber eine Verbindung zum Ausblasanschluß 12 der Pumpe und damit zur Atmosphäre besteht, sind die Dichtungen 92 nie druckbeaufschlagt, was ihre Lebensdauer und ihre Abdichtungsleistung erhöht.
Die Ausführungsformen nach den 2 bis 4 entsprechen im wesentlichen der nach 1, so daß im folgenden nur noch auf die Unterschiede eingegangen wird. Zu betonen ist, daß diese im folgenden erläuterten Unterscheidungsmerkmale auch beliebig innerhalb der dargestellten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können.
Bei der Ausführungsform nach 2 ist die Welle 42 am linken Ende nicht im Getriebegehäuse 30 gelagert, denn hier ist ein Wellenfortsatz 100 als Antrieb für eine integrierte Kühlflüssigkeitspumpe 110 vorgesehen, die im Getriebeinneren 34 untergebracht ist und die Kühlflüssigkeit 60 zu jedem der zweiten Spalte 62 pumpt. Entsprechende Leitungen sind mit 120 bezeichnet. Zwischen den Spiralkegelrädern 40 erstreckt sich eine Rippe 130 des Getriebegehäuses 30, in der die Welle 42 zusätzlich gelagert ist. Ein entsprechendes Festlager ist mit 132 bezeichnet.
Das Festlager 132 zwischen den Spiralkegelrädern 40 ist deshalb vorteilhaft, weil sich die Welle 42 bei Wärmezufuhr zu beiden axialen Enden hin frei ausdehnen kann.
Bei der Ausführungsform nach den 3 und 4 ist am unteren Ende jedes Rotors 8 noch einmal ein offenes Loslager 150 zwischen der Innenseite 24 und dem Lagerrohr 28 vorgesehen, mittels welchem der entsprechende Rotor 8 am unteren Ende zusätzlich stabilisiert wird. Das Lager 150 ist vorzugsweise ein relativ einfach ausgeführtes Gleitlager, das durch einen Bypass 160 in Form einer Längsnut im Lagerrohr 28 von einem Teil der Kühlflüssigkeit überbrückt wird.
Die Kühlflüssigkeit ist bevorzugt Öl.
Alternativ zu der gezeigten Schraubenvakuumpumpe kann die Konstruktion mit dem Kühlkreislauf in den Spalten 62, 64 auch bei einer Wälzkolbenpumpe vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus, durch fehlende aufwendige Kanäle im Inneren des Rotors, des Lagerrohres und der Antriebswelle und durch sehr große Oberflächen, die für einen schnellen Wärmeübergang zur Abfuhr der Wärme dienen.
Wie dargestellt kann natürlich auch im Gehäuse 170, das die Rotoren 8 umgibt, ein zusätzlicher Kühlkanal 180 mit Kühlflüssigkeit vorgesehen sein.

Claims

Drehkolbenpumpe, mit wenigstens zwei sich gegensinnig drehenden, miteinander kämmenden Rotoren (8) mit zugeordneten Antriebswellen (26), und einem die Antriebswellen (26) koppelnden Getriebe, wobei die Antriebswellen (26) über eine gemeinsame Welle (42) angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Antriebswelle (26) ein schräg bis einschließlich senkrecht zueinander stehendes Zahnradpaar gekoppelt ist, daß die Zahnradpaare von der gemeinsamen Welle (42) angetrieben werden und daß die Mittelachse der gemeinsame Welle (42) zu den Mittelachsen der Antriebswellen (26) nicht parallel verläuft.
Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradpaare Kegelzahnradpaare sind.
Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Rotor (8) ein zugeordnetes Lagerrohr (28) vorgesehen ist, das sich in den zugeordneten Rotor (8) erstreckt und durch das die zugeordnete Antriebswelle (26) hindurch verläuft.
Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Rotor ragender Kühlflüssigkeitskreislauf vorgesehen ist, über den Wärme aus dem Rotor (8) abgeführt wird.
Drehkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeitskreislauf zum Inneren des Getriebes offen ist.
Drehkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kühl-und Schmierflüssigkeit (60) des Getriebes in den Kühlflüssigkeitskreislauf strömt.
Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, im Getriebegehäuse (30) eine vom Getriebe angetriebene Kühlflüssigkeitspumpe (110) untergebracht ist, die Kühlflüssigkeit in den Kühlflüssigkeitskreislauf fördert.
Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schraubenvakuumpumpe oder eine Wälzkolbenpumpe ist.
Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen der Antriebswellen (32) parallel zueinander und senkrecht zur Mittelachse der gemeinsamen Welle (42) verlaufen.
Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradpaare ins Schnelle übersetzen.
Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (38, 42) als Spiralkegelräder ausgebildet sind.
Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Festlager (132) zwischen den auf gemeinsamen Welle (32) sitzenden Zahnrädern (40) zur Abstützung der gemeinsamen Welle (32) vorgesehen ist.
Drehkolbenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Inneren des Getriebegehäuses endendes freies Ende der gemeinsamen Welle (42) mit einer ebenfalls im Inneren des Getriebegehäuses (30) untergebrachten Kühlflüssigkeitspumpe (110) antriebsmäßig gekoppelt ist.