DE4403649C2 - Lagerung und Antrieb der Rotoren eines Schraubenverdichters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem schraubverzahnten Rippenrotor und einem schraubverzahnten Nutenrotor.

Die Entwicklung von Schraubenverdichtern, d. h. zweiwelligen Drehkolbenmaschinen mit ausgeprägter Schrägverzahnung der Profile und diagonaler Durchströmung ihres Arbeitsraumes gehen bereits auf das Ende des letzten Jahrhunderts zurück. Das Grundpatent stammt von Lysholm, der erkannt hatte, daß sich mit der Schrägverzahnung eine innere Verdichtung erreichen läßt.

Aus der DE-PS 9 71 505 ist eine Drehkolbenmaschine zur Kompression oder Expansion von Gasen, bestehend aus einem einen Mantel aufweisenden Gehäuse, bekannt, bei der das Gehäuse einen Satz Rotoren mit zusammenwirkenden, am Rotorumfang angeordneten konvexen Rippen und konkaven Nuten umschließt, wobei die Rotoren lediglich durch ihren gegenseitigen Eingriff ange­ trieben sind, insbesondere solchen Rotoren, deren Profile derart gekrümmt sind, daß bei ihrer Drehung der Kopf jeder konvexen Rippe an einer Stelle im Inneren des Teilkreises des zusammen arbeitenden Nutenrotors in dichtende Berührung mit den Wänden der entsprechenden Nuten des Nutenrotors gelangt.

Das Gehäuse der Drehkolbenmaschine, dessen Mantel mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen ist, weist nur eine einzige, und zwar an der Hochdruckseite der Drehkolben­ maschine gelegene Stirnwand auf, in welcher die die Rotoren tragenden Achsbolzen einseitig eingespannt sind, während ihre freien Enden an der Niederdruckseite mit dem dortigen Mantelende abschließen.

In der DD 84891 ist eine Lagerung der Rotoren von Schraubenverdichtern mit schraubenförmig verlaufender Verzahnung zur Kompression gasförmiger Medien bekannt, die paarweise achsparallel zusammen kämmend in einem Gehäuse arbeiten. Das Gehäuse besitzt achsparallele, einander durchdringende zylindrische Bohrungen für die Rotoren und ist an den Stirnseiten mit den ebenen Flanschflächen von Deckeln abgeschlossen, von denen der Deckel der Saugseite eine Eintrittsöffnung und der Deckel der Druckseite eine Austrittsöffnung für das Arbeitsmedium aufweist. Die von den Zahnkopfflächen, beider Rotoren zusammen mit der Innenkontur des Gehäusemantels gebildeten Spalte besitzen in der Normalebene der Rotorachsen ganz oder teilweise Keilform. Die Zahnkopfflächen der Rotoren sind auf der Innenkontur des Gehäusemantels gelagert, die Stirnflächen der Rotoren weisen auf der Druckseite radial verlaufende, schwach geneigte Flächen auf. Mindestens einer der Rotoren besitzt eine zentrale Bohrung mit einer im Innern angebrachten Innenverzahnung, an der die Verzahnung einer Antriebswelle angreift.

Bei einem Schraubenverdichter gemäß der US 3,031,130 sind die Rotoren durchgehend hohl gebohrt und an einem einzigen Zapfen fliegend gelagert, wobei dieser Zapfen auf der Antriebswelle im Gehäuse befestigt ist und die Antriebswelle durch eine zentrale Bohrung im Zapfen hindurchgeht.

Beim Schraubenverdichter gemäß der US 4,490,102 ist eben­ falls nur die eine Seite der Rotoren zapfengelagert. Auf der Antriebsseite ist zwar der Rotor jeweils mit einer Bohrung versehen, in die das Lager teilweise hineinragt. Die Lagerung erfolgt dort aber letztlich an einem Zapfen, der formschlüssig in der genannten Rotorbohrung eingesetzt ist. Dieser Zapfen ist üblicherweise in einer Bohrung des Gehäuses gelagert.

Aus der US 4,504,203 ist ein Schraubenverdichter mit einem die Rotoren umgebenden Gehäuse bekannt, in dem zwei miteinander arbei­ tende Rotoren unterschiedlichen Durchmessers angeordnet sind. Bei der Lagerung ist nur die eine Seite der Rotoren an Zapfen des Gehäuses gelagert. Auf der Antriebsseite ist die bekannte Lagerung in einem abnehmaren Deckel beibehalten.

Der von der Anmelderin entwickelte Schraubenverdichter transportiert als zwangsläufig fördernde Verdrängermaschine das Fördermedium nicht nur von der Saug- zur Druckseite, sondern verdichtet es auch auf diesem Wege durch Verkleinerung der Zahnlückenräume. Drehen sich die Läufer bzw. Rotoren im Gehäuse, kommen sie an der saugseitigen Steuerkante außer Eingriff, so daß sich ein Querschnitt und ein Volumen zum Ansaugen öffnet. Bei weiterer Drehung kommen die Rotoren an ihren Steuerkanten wieder zum Eingriff. Der Querschnitt des in axialer Richtung sich bewegenden Arbeitsraumes verkleinert sich bis zur Steuerkante auf der Druckseite des Gehäuses, an der das komprimierte Medium ausgeschoben wird.

Schraubenverdichter lassen sich direkt mit der Motordrehzahl oder über ein eingebautes Getriebe antreiben.

Verdichter mit hohen Kompressionsverhältnissen (Enddruck/­ Saugdruck) über etwa 4,0 bar werden auf der Saugseite mit einer Öleinspritzung in den Arbeitsraum versehen, um die entstehende Kompressionstemperatur auf maximal 100°C zu begrenzen. Bei diesen Verdichtern befindet sich zwischen den Rotoren ein Ölfilm. Im Gegensatz zu Verdichtern ohne Öleinspritzung ist hier kein Ausgleichsgetriebe erforderlich, welches die Rotoren vor Berührung schützt.

Die Rotoren der bekannten Schraubenverdichter besitzen beidseitig angeordnete Zapfen, die in Axial- und Radiallagern im Gehäuse gelagert sind.

Nachteilig bei diesen Ausführungen ist die hohe Durchbiegung der Rotoren und das gleichzeitige Auftreten von hohen Torsions- und Biegespannungen an dem angetriebenen Rotor­ zapfen. Um den beiden Rotoren eine möglichst hohe Steifig­ keit zu verleihen bzw. um die erforderlichen Drehmomente übertragen zu können, führt man die Lagerzapfen möglichst groß aus. Dies hat zur Folge, daß der Lagerdurchmesser und der Lagerabstand auch entsprechend groß gewählt werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Schraubenverdichter die Belastung der angetriebenen Zapfen zu verkleinern und den beiden Rotoren insgesamt eine höhere Steifigkeit zu geben.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in der Weise gelöst wie es in den Patentansprüchen 1 und 2 angegeben ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist Gegenstand eines weiteren Anspruchs.

Nach der Erfindung weist der Schraubenverdichter innenliegende Rotorenlagerungen auf. Die Lagerzapfen, nachstehend Zapfen genannt, für den Haupt- und Nebenrotor (Rippen- und Nutenrotor) sind jeweils Teile des saugseitigen bzw. des druckseitigen Lagergehäuses, sie bestehen also aus dem gleichen Material, z. B. Stahlguß. Die Zapfen ragen in Bohrungen der beiden Rotoren hinein, die zur Lagerung der Zapfen mit Gleit- oder Wälzlagern ausgerüstet sind.

Ein besonderer wirtschaftlicher Vorteil dieser Lagerkon­ struktion ist darin zu sehen, daß der erfindungsgemäße Schraubenverdichter mit Rippen- und Nutenrotor eine gegenüber Verdichtern des Standes der Technik extrem kurze Bauform aufweist.

Für die Lagerung können wahlweise saugseitig Axial- und Radiallager und druckseitig Radiallager oder aber saugseitig Radiallager und druckseitig Axial- und Radiallager verwendet werden. Der Antrieb des Schraubenverdichters läßt sich an einem der saug- oder druckseitigen Rotoren anordnen.

Nach Anspruch 1 ist für den Antrieb eine Torsionswelle vorgesehen, die durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse und einen der vier Zapfen geführt ist. Über eine Kupplung am äußeren Ende der Torsionswelle erfolgt der Antrieb des Verdichters.

Bei einer Alternative nach Anspruch 2 erfolgt der Verdichterantrieb über ein Zahnradgetriebe. An einem der vier Rotorenden ist ein Getriebeabtriebsrad eingeschraubt oder eingeschrumpft, das in ein Getriebeantriebsrad mit Antriebswelle eingreift. Das Getriebeabtriebsrad weist eine zentrale Bohrung auf, in die der Zapfen des Lagergehäuses eingreift.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schraubenverdichter mit Torsionswelle und

Fig. 2 als Einzelheit einen alternativen Getriebeantrieb im Längsschnitt.

Das saugseitige Lagergehäuse (3) ist an seiner Innenseite mit einem Zapfen (14) zum Eingriff in die Bohrung im Rippenrotor (12) und mit einem weiteren Zapfen (14) zum Eingriff in den Nutenrotor (12a) ausgestattet.

Das druckseitige Lagergehäuse (15) besitzt an seiner Innenseite ebenfalls Zapfen (14). Einer dieser Zapfen greift in die Bohrung im Rippenrotor (12) und der andere in die Bohrung im Nutenrotor (12a) ein.

Demnach bestehen die erfindungsgemäßen Rotoren (12, 12a) innerhalb des Verdichtergehäuses (11) nur noch aus dem schraubverzahnten Rippenrotor (12) und dem schraubverzahnten Nutenrotor (12a), in deren Enden zentrische Bohrungen zur Aufnahme der Zapfen (14) eingebracht sind.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 befindet sich der Antrieb des Verdichters saugseitig am Rippenrotor (12).

Die Lagerung der beiden Rotoren (12, 12a) auf den druck­ seitigen Zapfen (14) erfolgt durch Radiallager (16, 17). Saugseitig sind die Rotoren (12, 12a) in Radiallagern (5, 22) und Axiallagern (9, 21) auf den Zapfen (14) gelagert.

Der Antrieb eines Rippenrotors (12) erfolgt auf der Saugseite gemäß Fig. 1 mit Hilfe einer Torsionswelle (4). Diese Torsionswelle ist durch eine Bohrung im saugseitigen Lagergehäuse (3) und den Zapfen (14) geführt und weist am innenseitigen Ende eine Verdickung (4a) auf, die sich in einer Ausnehmung der Bohrung befindet. Das verdickte Ende (4a) der Torsionswelle (4) kann bei der Montage des Verdichters in die Ausnehmung der Bohrung eingesetzt werden. Anschließend wird das antriebsseitige Lagergehäuse (3) über die Torsionswelle (4) geschoben und der Zapfen (14) mit den Lagern (5, 9) in den Rippenrotor (12) geschoben.

Zwischen der Torsionswelle (4) und dem Rippenrotor (12) wird dadurch eine formschlüssige Verbindung hergestellt. Innerhalb des saugseitigen Lagergehäuses (3) ist eine Wellendichtung (2) für die Torsionswelle (4) angeordnet.

Auf das äußere Ende der Torsionswelle (4) ist die zum Verdichter gehörige Kupplungshälfte (1) gesetzt, die durch eine Mutter (23) gehalten wird.

Als Antriebs-Alternative ist in Fig. 2 ein Getriebeantrieb dargestellt, bei dem der Rippenrotor (12) saugseitig über ein Zahnradgetriebe angetrieben wird. Ein Getriebe­ abtriebsrad (25) ist an der Seite des Rippenrotors (12) angebracht, das in ein Getriebeantriebsrad (27) mit Antriebswelle (26) eingreift. Die Antriebswelle ist in Radiallagern (13, 18) an der Getriebeinnenseite des Verdichtergehäuses (11) und der Getriebeaußenseite des Lagergehäuses (3) gelagert.

In der Mitte, unten, von Fig. 2 ist die Lagerung des Zapfens (14) in der Bohrung des Getriebeabtriebsrades (25) darge­ stellt, nämlich das Radiallager (5) und das Axiallager (9). Des weiteren sind Distanzringe (6, 8) und Vorspannfeder (7) erkennbar. Das Getriebeabtriebsrad (25) weist eine zentrale Bohrung auf, in die der Zapfen (14) des Lagergehäuses (3) eingreift.

Bezugszeichenliste

1

Kupplungshälfte Verdichter

2

Wellendichtung

3

Lagergehäuse Antriebsseite

4

Torsionswelle

4

aTorsionswelle (Verdickung)

5

Radiallager Antriebsseite Rotor

12

6

Distanzring

7

Vorspannfeder

8

Distanzring

9

Axiallager Rotor

12

10

Wellenmutter

11

Verdichtergehäuse

12

Rippenrotoren

12

aNutenrotoren

13

Getriebelager (im Lagergehäuse

3

)

14

Zapfen

15

Lagergehäuse Druckseite

16

Radiallager Druckseite Rotor

12

17

Radiallager Druckseite Rotor

12

a

18

Getriebelager (im Verdichtergehäuse

11

)

19

Wellenmutter

20

Vorspannfeder

21

Axiallager Rotor

12

a

22

Radiallager Antriebsseite Rotor

12

23

Mutter

24

Sicherungsring

25

Getriebeabtriebsrad

26

Antriebswelle

27

Getriebeantriebsrad

Claims (3)

1. Schraubenverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem schraubverzahnten Rippenrotor und einem schraubverzahnten Nutenrotor, dadurch gekennzeichnet,
daß das saugseitige (3) und druckseitige (15) Lagergehäuse Zapfen (14) aufweisen, die in Bohrungen innerhalb des Rippenrotors (12) und des Nutenrotors (12a) hineinragen, die mit Gleit- oder Wälzlagern (5, 9, 16, 17, 21, 22) versehen sind,
daß durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse (3, 15) und einen der vier Zapfen (14) eine Torsionswelle (4) mit Kupplungshälfte (1) für den Verdichterantrieb geführt ist,
daß lagergehäuseseitig eine Wellendichtung (2) angeordnet ist und am Ende der Bohrung für die Torsionswelle (4) eine Ausnehmung zur formschlüssigen Verbindung zwischen einer Verdickung (4a) der Torsionswelle (4) und dem Rippenrotor (12) vorgesehen ist.

2. Schraubenverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem schraubverzahnten Rippenrotor und einem schraubverzahnten Nutenrotor, dadurch gekennzeichnet,
daß das saugseitige und druckseitige Lagergehäuse (3, 15) Zapfen (14) aufweist, die in Bohrungen innerhalb des Rippenrotors (12) und des Nutenrotors (12a) hineinragen, die mit Gleit- oder Wälzlagern (5, 9, 16, 17, 21, 22) versehen sind,
daß an einem der vier Enden der Rippenrotoren (12) bzw. der Nutenrotoren (12a) ein Getriebeabtriebsrad (25) eines Zahnradgetriebes eingeschraubt oder eingeschrumpft ist, das in ein Getriebeantriebsrad (27) eingreift, wobei die Antriebswelle (26) des Getriebeantriebsrades (27) in Radiallagern (13, 18) des Kompressor- bzw. des Lagergehäuses gelagert ist und
daß das Getriebeabtriebsrad (25) eine zentrale Bohrung aufweist, in die der Zapfen (14) des Lagergehäuses (3) eingreift.

3. Schraubenverdichter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in dem Rippenrotor (12) und dem Nutenrotor (12a) für die Zapfen (14) wahlweise saugseitig Axial- und Radiallager und druckseitig Radiallager oder saugseitig Radiallager und druckseitig Axial- und Radiallager aufweisen.