DE4415875A1 - Schraubenverdichter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schraubenverdichter oder Lysholm-Kompressoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Fig. 2 und 3 zeigen schematisch einen herkömmlichen Schraubenverdichter. In einem Gehäuse 3 sind ein Konvex­ rotor 1 und ein Konkavrotor 2, die ineinandergreifen, drehbar angebracht, wobei mehrere Schraubgewinde-Ober­ teile 1a am Konvexrotor 1 mit mehreren Schraubgewinde- Fußabschnitten 2a am Konkavrotor 2 in Eingriff sind. Die Rotoren 1 und 2 werden in entgegengesetzte Richtungen gedreht, wie in den Fig. 2 und 3 durch Pfeile angezeigt ist, so daß an einem axialen Ende des Verdichters ein Gas 4 angesaugt wird, zwischen den Rotoren 1 und 2 verdichtet wird und durch das andere axiale Ende des Verdichters ausgelassen wird. Die Rotoren 1 und 2 sind über ihre jeweiligen Wellen 5, 6 bzw. 7, 8, die sich von gegenüber­ liegenden axialen Enden der Rotoren 1 und 2 erstrecken, am Gehäuse 3 durch Lager 9, 10 bzw. 11, 12 unterstützt.

Der Gasverdichtungs-Wirkungsgrad eines solchen Schrauben­ verdichters wird in sehr hohem Maß durch den Rollkolben- Zwischenraum C1 zwischen den Rotoren 1 und 2, durch den Spitzen-Zwischenraum C2 zwischen dem Gehäuse 3 und dem äußersten Umfang der Rotoren 1 und 2, durch den auslaß­ seitigen Zwischenraum C3 zwischen dem Gehäuse 3 und den auslaßseitigen Stirnflächen 1x und 2x der Rotoren 1 und 2 sowie durch den ansaugseitigen Zwischenraum C4 zwischen dem Gehäuse 3 und den ansaugseitigen Stirnflächen 1y und 2y der Rotoren 1 und 2 beeinflußt. Es ist daher sehr wichtig, diese Zwischenräume C1, C2, C3 und C4 geeignet festzulegen oder zu wählen.

Die Zwischenräume C1, C2, C3 und C4 sind nicht von einfacher Konfiguration und können nicht gleichmäßig durch mechanische Größenbeziehungen festgelegt oder gewählt werden. In den Schraubenverdichtern muß der Forderung Rechnung getragen werden, daß der auslaßseitige Zwischenraum C3 so klein wie möglich ist, weil das Gas 4 von den ansaugseitigen Stirnflächen der Rotoren 1 und 2 allmählich verdichtet wird und am auslaßseitigen Ende den höchsten Druck aufweist; ferner muß die Wärmeausdehnung der Rotoren 1 und 2, die durch die Wärme verursacht werden, die sich aus der Verdichtung des angesaugten Gases 4 ergibt, berücksichtigt werden; schließlich muß das jeweilige Spiel der Lager 9, 10, 11 und 12 in radia­ ler Richtung und in Schubrichtung berücksichtigt werden. Die Aufteilung der Zwischenräume muß im Hinblick auf all diese Forderungen festgelegt oder gewählt werden, um den Gasverdichtungs-Wirkungsgrad zu optimieren.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schraubenverdichter oder Lysholm-Kompressor zu schaffen, bei dem die obenerwähnten Zwischenräume geeig­ net festgelegt oder gewählt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Schraubenverdichter der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkma­ le.

Wenn in dem erfindungsgemäßen Schraubenverdichter die Temperatur an der Auslaßseite des Verdichters aufgrund der Gasverdichtung ansteigt und die Rotoren in axialer Richtung eine Wärmeausdehnung erfahren, wird eine Wärme­ ausdehnung der Rotoren an der Auslaßseite verhindert und an der Ansaugseite zugelassen. Daraus folgt, daß bei der Festlegung oder Wahl eines auslaßseitigen Zwischenraums zwischen dem Gehäuse und den auslaßseitigen Stirnflächen der Rotoren lediglich äußerst geringe Wärmeausdehnungen und ein äußerst geringes inhärentes Spiel der auslaßsei­ tigen Lager in Schubrichtung berücksichtigt werden müssen. Im Ergebnis kann der auslaßseitige Zwischenraum äußerst klein gemacht werden.

Dann muß jedoch der ansaugseitige Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und den ansaugseitigen Stirnflächen der Rotoren verhältnismäßig groß sein, da der auslaßseitige Zwischenraum äußerst klein ist und der größte Teil der Wärmeausdehnung der Rotoren durch den ansaugseitigen Zwischenraum aufgefangen werden muß. Ein solcher verhält­ nismäßig großer ansaugseitiger Zwischenraum beeinflußt jedoch den Gasverdichtungs-Wirkungsgrad kaum, da der Gasdruck an der Ansaugseite wegen der sehr geringen Gasverdichtung an der Ansaugseite niedriger als an der Auslaßseite ist und da die axiale Wärmeausdehnung der Rotoren den zu großen ansaugseitigen Zwischenraum kompen­ siert und somit einen geeignet reduzierten Zwischenraum schaffen.

Im allgemeinen ist ein inhärentes Spiel der Lager in radialer Richtung kleiner als in Schubrichtung. Daher kann nicht nur der Rollkolben-Zwischenraum zwischen den Rotoren, sondern auch der Spitzen-Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und der äußersten Umfangslinie der Rotoren kleiner als der auslaßseitige Zwischenraum gemacht werden.

Die auslaßseitigen Lager können an ihren äußeren Umfangs­ flächen mit in Umfangsrichtung sich erstreckenden Rillen ausgebildet sein; das Gehäuse, das die auslaßseitigen Lager umgibt, kann an seiner inneren Oberfläche mit Rillen versehen sein, die sich gegenüber den Rillen der auslaßseitigen Lager befinden; in den durch die Rillen definierten Räumen können Bereiche gehärteten Harzes vorhanden sein. Selbst wenn in einem solchen Fall die Temperatur an der Auslaßseite wegen der Gasverdichtung ansteigt und zwischen dem Gehäuse und den auslaßseitigen Lagern eine Wärmeausdehnungs-Differenz auftritt, wird die Bewegung der auslaßseitigen Lager in radialer Richtung durch die Ausdehnung des Harzes, das einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, sicher verhindert. Da das Harz in die durch die Rillen definierten Räume eingefügt ist und sich in Schubrichtung ausdehnt, kann auch eine Bewegung der auslaßseitigen Lager in Schubrich­ tung sicher verhindert werden. Folglich können die auslaßseitigen Lager sowohl in radialer Richtung als auch in Schubrichtung sicher festgehalten werden.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind im Nebenanspruch und in den Unteransprüchen angege­ ben, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Schraubenver­ dichters;

Fig. 2 die bereits erwähnte schematische, perspektivi­ sche Ansicht eines herkömmlichen Schraubenver­ dichters;

Fig. 3 die bereits erwähnte schematische Draufsicht des herkömmlichen Schraubenverdichters von Fig. 2;

Fig. 4 einen Aufriß des erfindungsgemäßen Schraubenver­ dichters von Fig. 1 in Richtung der Pfeile IV-IV in Fig. 1; und

Fig. 5 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab, die die Rillen in den Lagern und im Gehäuse an der Auslaßseite veranschaulicht.

In sämtlichen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszei­ chen die gleichen Teile.

In den Fig. 1, 4 und 5 bezeichnet das Bezugszeichen 15 allgemein einen Schraubenverdichter oder Lysholm-Kompres­ sor. Ebenso wie in dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten herkömmlichen Schraubenverdichter sind die ineinander­ greifenden Konvex- und Konkavrotoren 1 und 2 in einem Gehäuse 3 untergebracht. Durch die Drehung der Rotoren 1 und 2 wird das Gas 4 an einem axialen Ende (in Fig. 1 auf der rechten Seite) des Verdichters 15 angesaugt, zwischen den Rotoren 1 und 2 verdichtet und durch einen (nicht gezeigten) Auslaßanschluß am anderen axialen Ende (in Fig. 1 auf der linken Seite) des Verdichters 15 ausgelas­ sen. Die Rotoren 1 und 2 sind mit ihren jeweiligen Wellen 5, 6 bzw. 7, 8 am Gehäuse durch Lager 16, 17 bzw. 18, 19 drehbar unterstützt.

Die auslaßseitigen Lager 16 und 18 sind an ihren Rücksei­ ten zu Paaren verbundene Schrägkugellager, die die Wellen 5 bzw. 7 in Schubrichtung befestigen können. Die an­ saugseitigen Lager 17 und 19 sind zylindrische Rollenla­ ger, die den Wellen 6 bzw. 8 eine Bewegung in Schubrich­ tung erlauben. Daher wird eine axiale Wärmeausdehnung der Rotoren 1 und 2 an der Auslaßseite verhindert und an der Ansaugseite zugelassen.

Um eine gemeinsame Drehung der Rotoren 1 und 2 mit einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis zu ermöglichen, sind auf den auslaßseitigen Wellen 5 und 7 der Rotoren 1 bzw. 2 Synchronisierzahnräder 13 bzw. 14 mittels Preßpassung angebracht und in gegenseitigem Eingriff. Von einer Eingangswelle 22 wird über ein Übersetzungsritzel 20, das an der auslaßseitigen Welle 7 angeordnet ist, sowie über ein mit dem Ritzel 20 in Eingriff befindliches Überset­ zungsrad 21 ein Drehmoment an den Konkavrotor 2 übertra­ gen.

Das Bezugszeichen 23 bezeichnet mechanische Dichtungen für die Wellen, 5, 6, 7 und 8.

Wenn die Eingangswelle 22 in Drehrichtung angetrieben wird, wird deren Drehung durch das Rad 21 und das Ritzel 20 beschleunigt und zum Rotor 2 übertragen. Dann wird die beschleunigte und zum Rotor 2 übertragene Drehung weiter beschleunigt und über die Synchronisierzahnräder 14 und 13 zum Rotor 1 übertragen. Somit werden die Rotoren 1 und 2 mit einem bestimmten Drehzahlverhältnis gemeinsam gedreht.

Hierbei steigt wegen der Gasverdichtung die Temperatur an der Auslaßseite an, so daß die Rotoren 1 und 2 in axialer Richtung eine Wärmeausdehnung erfahren, wobei die Wärme­ ausdehnung der Rotoren 1 und 2 an der Auslaßseite verhin­ dert und an der Ansaugseite zugelassen wird. Daraus folgt, daß für die Festlegung oder Wahl des auslaßseiti­ gen Zwischenraums C3 zwischen dem Gehäuse 3 und den auslaßseitigen Stirnflächen 1x und 2x der Rotoren 1 und 2 nur äußerst geringe Wärmeausdehnungen sowie lediglich ein äußerst geringes Spiel der auslaßseitigen Lager 16 und 18 in Schubrichtung berücksichtigt werden müssen. Dadurch ist es möglich, den Zwischenraum C3 äußerst klein zu machen.

Dann muß jedoch der ansaugseitige Zwischenraum C4 zwi­ schen dem Gehäuse 3 und den ansaugseitigen Stirnflächen 1y und 2y der Rotoren 1 bzw. 2 verhältnismäßig groß ausgebildet sein, da der auslaßseitige Zwischenraum C3 äußerst klein ist und der größte Teil der Wärmeausdehnung der Rotoren 1 und 2 durch den Zwischenraum C4 aufgefangen werden muß. Ein derartiger verhältnismäßig großer an­ saugseitiger Zwischenraum C4 beeinflußt jedoch kaum den Gasverdichtungs-Wirkungsgrad, da der Gasdruck an der Ansaugseite wegen der an der Ansaugseite im wesentlichen nicht stattfindenden Gasverdichtung niedriger als an der Auslaßseite ist und da die axiale Wärmeausdehnung der Rotoren 1 und 2 den Zwischenraum C4 so kompensiert, daß ein geeignet reduzierter Zwischenraum entsteht.

Im allgemeinen ist das inhärente Spiel der Lager in radialer Richtung kleiner als dasjenige in Schubrichtung. Daher können nicht nur der Rollkolben-Zwischenraum C1 zwischen den Rotoren 1 und 2, sondern auch der Spitzen- Zwischenraum C2 zwischen dem Gehäuse 3 und den äußersten Umfangslinien der Rotoren 1 und 2 kleiner als der Zwi­ schenraum C3 ausgebildet sein.

Wie oben beschrieben, wird erfindungsgemäß die axiale Wärmeausdehnung der Rotoren 1 und 2 an der Auslaßseite verhindert und an der Ansaugseite zugelassen, wodurch es möglich ist, die Zwischenräume C1, C2, C3 und C4 geeignet festzulegen oder zu wählen, ohne sie unnötig zu erhöhen. Insbesondere kann der Zwischenraum C3 an der Auslaßseite, wo das verdichtete Gas einen hohen Druck aufweist, äußerst klein gemacht werden, wodurch der Gasverdich­ tungs-Wirkungsgrad erheblich gesteigert wird.

Im allgemeinen kann in dem obenbeschriebenen Schrauben­ verdichter das Gehäuse 3 aus einem verhältnismäßig leichten Metall wie etwa Aluminium hergestellt sein, um das Gewicht des Verdichters insgesamt zu verringern, während die Lager 16, 17, 18 und 19 der Rotoren 1 bzw. 2 im Hinblick auf die Festigkeit aus einem verhältnismäßig starren Material hergestellt sein können. Dann besteht jedoch die Gefahr, daß der Temperaturanstieg an der Auslaßseite aufgrund der Gasverdichtung zwischen dem Gehäuse und den auslaßseitigen Lagern 16 und 18 wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten Spalte hervorruft, so daß das Problem entsteht, daß die stabile Montage der Lager 16 und 18 weder in radialer Richtung noch in Schubrichtung aufrechterhalten werden kann. Somit muß bei der Festlegung oder Wahl der Zwischenräume C1, C2, C3 und C4 ein mögliches Spiel der Lager 16 und 18 wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem Gehäuse und den Lagern 16 und 18 berücksichtigt werden.

Dieses Problem wird durch die beschriebene bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schraubenverdich­ ters 5 angemessen dadurch beseitigt, daß, wie am besten in Fig. 5 ersichtlich, die auslaßseitigen Lager 16 und 18, die die Form von an ihren Rückseiten zu Paaren verbundenen Schrägkugellagern besitzen, an ihren aneinan­ der angrenzenden äußeren Umfangsflächen in Umfangsrich­ tung sich erstreckende Rillen 25 bzw. 26 aufweisen. Das Gehäuse 3 ist an seiner die Lager 16 und 18 umgebenden inneren Oberfläche mit Rillen 27 und 28 versehen, so daß sich diese Rillen gegenüber den Rillen 25 bzw. 26 befin­ den, ferner sind durch das Gehäuse 3 verlaufende Ein­ spritzdurchlässe 29 ausgebildet, durch die in die durch die Rillen 25, 26, 27 und 28 definierten Räume geschmol­ zenes Harz 24′ eingespritzt und dann gehärtet wird, wodurch Bereiche 24 gehärteten Harzes geschaffen werden. Selbst wenn daher die Temperatur an der Auslaßseite wegen der Gasverdichtung ansteigt und zwischen dem Gehäuse 3 und den auslaßseitigen Lagern 16 und 18 eine Wärmeausdeh­ nungs-Differenz auftritt, wird eine unerwünschte Bewegung der Lager 16 und 18 in radialer Richtung durch die Ausdehnung des Harzes, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient höher als beispielsweise derjenige von Aluminium ist, sicher verändert. Daher können die Lager 16 und 18 sowohl in radialer Richtung als auch in Schubrichtung sicher festgehalten werden.

Da die auslaßseitigen Lager 16 und 18 an ihren jeweiligen vorgegebenen Positionen sicher und wie oben beschrieben stabil gehalten werden können, ist es nicht mehr wie im Stand der Technik notwendig, in bezug auf die Zwischen­ räume C1, C2, C3 und C4 wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung ein Spiel der Lager 16 und 18 zu berück­ sichtigen. Im Ergebnis können die Zwischenräume C1, C2, C3 und C4 auf die obenbeschriebene Weise geeignet festge­ legt oder gewählt werden, ferner kann jegliche Schwingung der Lager 16 und 18 aufgrund des aus der unterschiedli­ chen Wärmeausdehnung sich ergebenden Spiels ebenfalls verhindert werden.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung werden als auslaßseitige Lager 16 und 18 an ihren Rück­ seiten zu Paaren verbundene Schrägkugellager verwendet, wobei die an den Lagern 16 und 18 ausgebildeten Rillen 25 bzw. 26 in Schubrichtung durch die Harzabschnitte 24 miteinander verbunden sind, was dazu beiträgt, eine Trennung der gepaarten Schrägkugellager zu verhindern.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obenbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Geist und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die als auslaßseitige Lager dienenden, an ihren Rücksei­ ten zu Paaren verbundenen Schrägkugellager durch ein einteiliges Duplex-Schrägkugellager ersetzt werden. Die Anzahl der Rillen auf jedem der auslaßseitigen Lager ist nicht auf eins beschränkt, vielmehr können auf jedem der auslaßseitigen Lager je nach Bedarf zwei oder mehr Rillen ausgebildet sein.

Claims (8)

1. Schraubenverdichter, der ineinandergreifende Konvexrotoren (1) und Konkavrotoren (2) aufweist, die in einem Gehäuse (3) drehbar installiert sind, wobei mehrere Schraubgewinde-Oberteile (1a) der Konvexrotoren (1) mit mehreren Schraubgewinde-Fußabschnitten (2a) der Konkavro­ toren (2) in Eingriff sind und wobei durch die Drehung der Rotoren (1, 2) ein Gas (4) an einem axialen Ende des Verdichters angesaugt wird, zwischen den Rotoren (1, 2) verdichtet wird und durch das andere axiale Ende des Verdichters ausgelassen wird, gekennzeichnet durch
auslaßseitige Lager (16, 18), die auslaßseitige Wellen (5, 7) der Rotoren (1, 2) in der Weise unterstüt­ zen, daß die auslaßseitigen Wellen (5, 7) in Schubrich­ tung befestigt sind; und
ansaugseitige Lager (17, 19), die die ansaugsei­ tigen Wellen (6, 8) der Rotoren (1, 2) in der Weise unterstützen, daß sich die ansaugseitigen Wellen (6, 8) in Schubrichtung bewegen können.

2. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die auslaßseitigen Lager (16, 18) Schrägkugella­ ger sind und die ansaugseitigen Lager (17, 19) zylindri­ sche Rollenlager sind.

3. Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die auslaßseitigen Lager (16, 18) an ihren äußeren Umfangsflächen mit in Umfangsrichtung verlaufen­ den Rillen (25, 26) versehen sind und das Gehäuse (3) an seiner den Lagern (16, 18) gegenüberliegenden inneren Umfangsfläche mit Rillen (27, 28) versehen ist, die den Rillen (25, 26) der auslaßseitigen Lager (16, 18) gegen­ überliegen, wobei in dem durch die Rillen (25, 26, 27, 28) definierten Raum Bereiche gehärteten Harzes vorgese­ hen sind.

4. Verdichter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die auslaßseitigen Lager (16, 18) an ihren äußeren Umfangsflächen mit in Umfangsrichtung verlaufen­ den Rillen (25, 26) versehen sind und das Gehäuse (3) an seiner den Lagern (16, 18) gegenüberliegenden inneren Umfangsfläche mit Rillen (27, 28) versehen sind, die den Rillen (25, 26) der auslaßseitigen Lager (16, 18) gegen­ überliegen, wobei in dem durch die Rillen (25, 26, 27, 28) definierten Raum Bereiche gehärteten Harzes vorgese­ hen sind.

5. Schraubenverdichter, der ineinandergreifende Konvexrotoren (1) und Konkavrotoren (2) aufweist, die in einem Gehäuse (3) drehbar installiert sind, wobei mehrere Schraubgewinde-Oberteile (1a) der Konvexrotoren (1) mit mehreren Schraubgewinde-Fußabschnitten (2a) der Konkavro­ toren (2) in Eingriff sind und wobei durch die Drehung der Rotoren (1, 2) ein Gas (4) an einem axialen Ende des Verdichters angesaugt wird, zwischen den Rotoren (1, 2) verdichtet wird und durch das andere axiale Ende des Verdichters ausgelassen wird, gekennzeichnet durch
auslaßseitige Lager (16, 18), die an ihren äußeren Umfangsflächen in Umfangsrichtung sich erstrec­ kende Rillen (25, 26) aufweisen;
Rillen (27, 28), die an der die Lager (16, 18) umgebenden inneren Oberfläche des Gehäuses (3) so ausge­ bildet sind, daß sie den Rillen (25, 26) der auslaßseiti­ gen Lager (16, 18) gegenüberliegen; und
Bereiche gehärteten Harzes (24), die in den durch die Rillen (25, 26, 27, 28) definierten Räumen vorgesehen sind.

6. Verdichter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß durch das Gehäuse (3) verlaufende Einspritz­ durchlässe (29) vorgesehen sind, um in die durch die Rillen (25, 26, 27, 28) definierten Räume geschmolzenes Harz (24′) einzuspritzen.

7. Verdichter gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß durch das Gehäuse (3) verlaufende Einspritz­ durchlässe (29) vorgesehen sind, um in die durch die Rillen (25, 26, 27, 28) definierten Räume geschmolzenes Harz (24′) einzuspritzen.

8. Verdichter gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß durch das Gehäuse (3) verlaufende Einspritz­ durchlässe (29) vorgesehen sind, um in die durch die Rillen (25, 26, 27, 28) definierten Räume geschmolzenes Harz (24′) einzuspritzen.