WO2002103205A1 - Profiled contour of the spindle rotors of a spindle pump - Google Patents

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WO2002103205A1
WO2002103205A1 PCT/EP2002/005775 EP0205775W WO02103205A1 WO 2002103205 A1 WO2002103205 A1 WO 2002103205A1 EP 0205775 W EP0205775 W EP 0205775W WO 02103205 A1 WO02103205 A1 WO 02103205A1
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rotor
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compressing
dry
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Ralf Steffens
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Ralf Steffens
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    • F04C18/12Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
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Definitions

  • the invention relates to a dry-compressing spindle pump, in particular a vacuum pump, which is designed as a two-shaft displacement machine for conveying and compressing gases with a pair of oppositely identical spindle rotors with internal compression via variable spindle pitch along the spindle rotor axis, the spindle rotors being designed in mirror-image matching.
  • Dry-compressing pumps are becoming increasingly important, particularly in vacuum pumps, because due to increasing obligations regarding environmental protection regulations and increasing operating and disposal costs as well as increased requirements regarding the purity of the pumped medium, the well-known wet-running vacuum systems, such as liquid ring machines and rotary vane pumps, are increasingly being replaced by dry-compressing pumps .
  • These dry compacting machines include screw pumps, claw pumps, diaphragm pumps, piston pumps, scroll machines and Roots pumps. What these machines have in common, however, is that they still do not meet today's requirements in terms of reliability and robustness, as well as size and weight, and at the same time a low price level. At the moment, the market is still clearly dominated by the wet-running vacuum pumps of the liquid ring machines and the oil-lubricated rotary vane pumps.
  • dry-compressing vacuum pumps have the basic advantage that their rotor speed is not restricted as much as the positive displacement machines with an operating fluid in the working cavities. In addition to improving the volumetric efficiency, this can primarily achieve a significant reduction in the cost of the machine.
  • it is desirable to reduce the drive power required which is known to be achieved with dry-compression spindle pumps as 2-shaft displacement machines by internal compression.
  • the working chamber volume enclosed on the inlet side is reduced by a certain factor during transport along the rotor axis in the direction of the fluid outlet, for example by reducing the rotor spindle increase and / or the profile tooth height.
  • the power conversion along the rotor axis is Favorably distributed that the largest part of the compression performance is only implemented in the last rotor end area on the output side, so that correspondingly high temperatures occur during compression.
  • the object of the present invention is to find a solution for a dry-compressing spindle pump that is as simple and robust as possible and particularly inexpensive, which on the one hand dispenses with bypass valves and on the other hand nevertheless enables a high internal compression ratio with a more favorable distribution of the compression performance along the rotor axis.
  • German patent application 101 02 341.3 with a profile contour profile determined by the processing tool for the rotor pair of a screw pump.
  • this object is achieved in that the profile contour of the spindle rotors is designed with an increasing flank relief in each face cut compared to the profile contour specific to the gearing law.
  • the invention therefore provides that the profile contour profile for the pair of spindle rotors is changed in the end section along the rotor axis in such a way that the profile contour in the longitudinal direction of the rotor toward the outlet side in the sense of gas backflow with increasingly larger flank gap openings is carried out as partial flank recesses in the profile contour rolling of the rotor pair.
  • the actually produced flank contour is theoretically compared to that determined according to the gearing law TARGET profile profile in the respective face cut is withdrawn so that this partial flank reduction in the longitudinal direction of the rotor towards the outlet leads to an increasing gap between the rolling profile flanks of the pair of rotor spindles in the face cut.
  • This targeted flank relief can advantageously be achieved very easily with very little effort by the approach of the tool-specific profile contour described in German patent application 101 02 341.3.
  • the rotor profile rolling in the face cut is assessed using the toothing law. Based on the pitch circle, a distinction is made between a base profile area below the pitch circle and a head profile area above the pitch circle.
  • the tooth area of the one spindle rotor is subject to the head area of the counter rotor and vice versa.
  • this profile contour is not kept constant in the frontal section over the entire longitudinal axis of the rotor, but in the axial direction towards the outlet, the flank profile is preferably increasingly withdrawn in the head profile area, so that a pressure reduction can take place between the individual working chambers via the gas backflow.
  • This creates a certain internal bypass function so that the known external bypass valves can be omitted.
  • the amount of internal compression on the other hand, can be increased in the sense of the desired performance saving.
  • the pump housing is simplified in such a way that the manufacture of the pump housing can be easily converted to a simple extruded profile.
  • the compressor output along the spindle rotor axis is better distributed in the desired sense by not only converting the main part of the compressor output at the rotor end on the outlet side, but by distributing the compressor output better over a longer rotor area, so that heat dissipation is cheaper and the well-known extreme ones Temperature peaks can be avoided better.
  • the increased internal leakage is compensated for by a higher number of stages. This increases the number of closed working chambers between the inlet and outlet of the spindle pump, and the rotor length generally increases.
  • FIG. 1 shows a spindle rotor which, in a dry-compressing spindle pump, not shown in detail, interacts with a counter-spindle rotor which corresponds in mirror image, and
  • FIG. 2 shows, by way of example, various end cuts for individual z positions of the spindle rotor with the increasing flank relief according to the invention.
  • the Spindle rotor 1 has the length l, the outer diameter 0D and the profile tooth depth h.
  • German patent application 101 02 341.3 shows an example of the tool WZ for manufacturing the profile flanks, with which the profile design according to the invention can be implemented in a particularly favorable manner in the face cut according to FIG. 2.
  • FIG. 2 Various end cuts for individual z positions are shown by way of example in FIG. 2, only one individual profile flank side being shown in a simplified manner.
  • the complete forehead incision is made by simple symmetrical mirroring according to the number of teeth.
  • the invention is made very clear by the fact that the profile end cut flanks of the various z positions are all rotated in such a way that they all pass through the profile point C on the pitch circle 3 in this illustration.
  • the foot profile flank 5 runs between the profile point A on the base circle 2 and the point C on the pitch circle 3, whereas the head profile contour 6 associated according to the toothing law runs between the point C and the profile point E on the tip circle 4 with diameter 0D.
  • the invention is shown by way of example for the modification on the profile of the head profile.
  • This withdrawal of the head profile flank can be described and recorded, for example, in the forehead section using the central angle y.
  • This retraction of the profile flank depending on the z position in the face section via the value for the central angle y comprises several angular degrees in the x-y plane and is preferably in an angular range between 5 ° and 25 °.
  • flank relief can also be applied to the foot profile area: separately or in combination with the head profile area.
  • this form of flank relief increases as a function of the z position with decreasing spindle increase along the spindle rotor axis.
  • the bypass function is specifically shifted into the spindle profile, so that higher values for the internal compression ratio can be achieved, and at the same time a new type of power distribution tion along the spindle rotor axis by no longer converting most of the compaction performance on one side at the rotor end as before.
  • This profile contour according to the invention is preferably produced in accordance with German patent application 101 02 341.3 using a particularly simple tool for profile processing.

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Abstract

The invention relates to a profiled contour a pair of rotors associated with a dry-compressing spindle pump in the form of a two-shaft positive displacement machine for conveying and compacting gases. In order to reduce compression power with the aid of a modifiable rotor spindle pitch, enabling sufficiently high inner compression without using bypass valves and achieving a more uniform distribution of compression power along the rotor axis, the profiled contour is provided with an increasing profile relief in each front section in relation the specific toothing law as the spindle pitch decreases. Preferably, said profile relief occurs in the head profile area above the pitch circle for the spindle rotor pair. No profile relief is provided in the inlet area of the spindle rotor for low z-values.

Description

PROFILKONTUR DER SPINDELROTEREN EINER SPINDELPUMPE PROFILE CONTOUR OF THE SPINDLE ROTORS OF A SPINDLE PUMP
Die Erfindung betrifft eine trockenverdichtende Spindelpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, die als Zwei-Wellen-Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung von Gasen mit einem Paar gegensinnig gleicher Spindelrotoren mit innerer Verdichtung über veränderliche Spindelsteigung längs der Spindelrotorachse ausgebildet ist, wobei die Spindelrotoren spiegelbildlich übereinstimmend ausgeführt sind.The invention relates to a dry-compressing spindle pump, in particular a vacuum pump, which is designed as a two-shaft displacement machine for conveying and compressing gases with a pair of oppositely identical spindle rotors with internal compression via variable spindle pitch along the spindle rotor axis, the spindle rotors being designed in mirror-image matching.
Trockenverdichtende Pumpen gewinnen insbesondere in der Vakuum- pumpe verstärkt an Bedeutung, denn durch zunehmende Verpflichtungen bei Umweltschutzvorschriften und steigende Betriebs- und Entsorgungskosten sowie erhöhte Anforderungen an die Reinheit des Fördermediums werden die bekannten nasslaufenden Vakuumsysteme, wie Flüssigkeitsringmaschinen und Drehschieberpumpen, immer häufiger durch trockenverdichtende Pumpen ersetzt. Zu diesen trockenverdichtenden Maschinen gehören Schraubenspindel- pumpen, Klauenpumpen, Membranpumpen, Kolbenpumpen, Scroll-Ma- schinen sowie Wälzkolbenpumpen. Diesen Maschinen ist jedoch gemeinsam, dass sie die heutigen Ansprüche hinsichtlich Zuverläs- sigkeit und Robustheit sowie Baugröße und Gewicht bei gleichzeitig niedrigem Preisniveau immer noch nicht erreichen. Zur Zeit wird der Markt noch eindeutig von den genannten nasslaufenden Vakuumpumpen der Flüssigkeitsringmaschinen und der ölge- schmierten Drehschieberpumpen beherrscht.Dry-compressing pumps are becoming increasingly important, particularly in vacuum pumps, because due to increasing obligations regarding environmental protection regulations and increasing operating and disposal costs as well as increased requirements regarding the purity of the pumped medium, the well-known wet-running vacuum systems, such as liquid ring machines and rotary vane pumps, are increasingly being replaced by dry-compressing pumps , These dry compacting machines include screw pumps, claw pumps, diaphragm pumps, piston pumps, scroll machines and Roots pumps. What these machines have in common, however, is that they still do not meet today's requirements in terms of reliability and robustness, as well as size and weight, and at the same time a low price level. At the moment, the market is still clearly dominated by the wet-running vacuum pumps of the liquid ring machines and the oil-lubricated rotary vane pumps.
Trockenverdichtende Vakuumpumpen haben gegenüber diesen nasslaufenden Maschinen jedoch den prinzipiellen Vorteil in ihrer Rotordrehzahl nicht so stark eingeschränkt zu sein, wie die Verdrängermaschinen mit einer Betriebsflüssigkeit im Arbeits- räum. Damit kann neben einer Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades vorrangig eine deutliche Reduzierung der Kosten der Maschine erreicht werden. Gleichzeitig ist eine Verminderung der erforderlichen Antriebsleistung erstrebenswert, was bei den trockenverdichtenden Spindelpumpen als 2-Wellenverdrän- germaschinen bekanntermaßen durch eine innere Verdichtung realisiert wird. Dabei wird das einlaßseitig eingeschlossene Arbeitskammervolumen während des Transports längs der Rotorachse in Richtung Fördermediumauslaß um einen gewissen Faktor verrin- gert, beispielsweise durch eine Reduzierung der Rotorspindelsteigerung und/oder der Profilzahnhöhe. Je höher das Verhältnis von einlaß- zu auslassseitigem Arbeitskammervolumen ist, desto geringer ist die Leistungsaufnahme im thermisch besonders kritischen Enddruckbetrieb, also bei der sogenannten „Nullförde- rung", wenn es keinen Massenstrom des Fördermedium gibt, aber die volle Druckdifferenz anliegt. Allerdings ergibt ein sehr hohes inneres Verdichtungsverhältnis (etwa ab Faktor 2 bis 3) eine kritische Überverdichtung für höhere Ansaugdrücke, weil weiterhin das Arbeitskammervolumen geometrisch längs der Rotor- achse reduziert wird, so dass dann in Richtung Gasaustritt Arbeitskammerdrücke deutlich oberhalb Atmosphärendruck abhängig von der Höhe der inneren Verdichtung entstehen. Damit steigen sowohl die Leistungsaufnahme als auch die Lagerbelastung und das Geräuschniveau unzumutbar an. Als bekannte Abhilfe werden Bypass-Ventile vorgesehen, die bei höheren Drücken längs der Rotorachse automatisch, beispielsweise über federbelastete Ventilkugeln, öffnen und dadurch den Überdruck in Auslassrichtung ablassen. Allerdings haben die Bypass-Ventile bei Trockenläufern häufig Probleme mit Verkleben und Materialablagerung, so dass die Funktion beeinträchtigt wird.Compared to these wet-running machines, dry-compressing vacuum pumps have the basic advantage that their rotor speed is not restricted as much as the positive displacement machines with an operating fluid in the working cavities. In addition to improving the volumetric efficiency, this can primarily achieve a significant reduction in the cost of the machine. At the same time, it is desirable to reduce the drive power required, which is known to be achieved with dry-compression spindle pumps as 2-shaft displacement machines by internal compression. The working chamber volume enclosed on the inlet side is reduced by a certain factor during transport along the rotor axis in the direction of the fluid outlet, for example by reducing the rotor spindle increase and / or the profile tooth height. The higher the ratio of the working chamber volume on the inlet to the outlet side, the lower the power consumption in the thermally particularly critical final pressure operation, ie in the so-called “zero delivery”, if there is no mass flow of the pumped medium, but the full pressure difference is present very high internal compression ratio (from factor 2 to 3, for example) a critical over-compression for higher intake pressures because the working chamber volume is geometrically reduced along the rotor axis, so that working chamber pressures in the direction of the gas outlet then develop significantly above atmospheric pressure depending on the level of internal compression As a known remedy, bypass valves are provided which open automatically at higher pressures along the rotor axis, for example via spring-loaded valve balls, and so on Release the excess pressure in the outlet direction. However, the bypass valves in dry rotors often have problems with sticking and material deposition, so that the function is impaired.
Des weiteren ist bei den bekannten trockenverdichtenden Spindelpumpen die Leistungsumsetzung längs der Rotorachse so un- günstig verteilt, dass der größte Teil der Verdichtungsleistung erst im letzten ausgangsseitigen Rotorendbereich umgesetzt wird, so dass dort entsprechend hohe Temperaturen bei der Verdichtung auftreten.Furthermore, with the known dry-compressing spindle pumps, the power conversion along the rotor axis is Favorably distributed that the largest part of the compression performance is only implemented in the last rotor end area on the output side, so that correspondingly high temperatures occur during compression.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine möglichst einfache und robuste sowie besonders preiswerte Lösung für eine Trockenverdichtende Spindelpumpe zu finden, die einerseits auf Bypass-Ventile verzichtet und andererseits dennoch ein hohes inneres Verdichtungsverhältnis ermöglicht bei gleichzeitig günstigerer Verteilung der Verdichtungsleistung längs der Rotorachse.The object of the present invention is to find a solution for a dry-compressing spindle pump that is as simple and robust as possible and particularly inexpensive, which on the one hand dispenses with bypass valves and on the other hand nevertheless enables a high internal compression ratio with a more favorable distribution of the compression performance along the rotor axis.
Grundlage der folgenden Erfindung ist die deutsche Patentanmel- düng 101 02 341.3 mit einem durch das Beabreitungswerkzeug bestimmten Profilkonturverlauf für das Rotorpaar einer Schrauben- spindelpumpe .The basis of the following invention is the German patent application 101 02 341.3 with a profile contour profile determined by the processing tool for the rotor pair of a screw pump.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Profilkontur der Spindelrotoren in jedem Stirnschnitt gegenüber der verzahnungsgesetzspezifischen Profilkontur mit einer bei abnehmender Spindelsteigung zunehmenden Flankenrücknahme ausgeführt ist.According to the invention, this object is achieved in that the profile contour of the spindle rotors is designed with an increasing flank relief in each face cut compared to the profile contour specific to the gearing law.
Die Erfindung sieht also vor, dass der Profilkonturverlauf für das Spindelrotorpaar im Stirnschnitt längs der Rotorachse derart verändert wird, dass die Profilkontur in Rotorlängsrichtung zur Auslassseite hin im Sinne der Gasrückströmung mit zunehmend größeren Flankenlückenöffnungen als partielle Flankenrücknahmen bei der Profilkonturabwälzung des Rotorpaares ausgeführt wird. Dazu wird vorzugsweise in dem oberhalb des Wälzkreises liegenden Kopfprofilbereich die tatsächlich gefertigte Flankenkontur gegenüber dem gemäß Verzahnungsgesetz bestimmten theoretisch SOLL-Profilverlauf im jeweiligen Stirnschnitt so zurückgenommen, dass über diese partielle Flankenrücknahme in Rotorlängsrichtung zum Auslaß hin eine zunehmende Lückenbildung zwischen den abwälzenden Profilflanken des Rotorspindelpaares im Stirn- schnitt entsteht. Damit ergeben sich unterschiedliche Stirnschnittverläufe längs der Rotorachse. Vorteilhafterweise lässt sich diese gezielte Flankenrücknahme mit sehr geringem Aufwand durch den in der deutschen Patentanmeldung 101 02 341.3 beschriebenen Ansatz der werkzeugbestimmten Profilkontur sehr einfach erreichen.The invention therefore provides that the profile contour profile for the pair of spindle rotors is changed in the end section along the rotor axis in such a way that the profile contour in the longitudinal direction of the rotor toward the outlet side in the sense of gas backflow with increasingly larger flank gap openings is carried out as partial flank recesses in the profile contour rolling of the rotor pair. For this purpose, in the head profile area above the pitch circle, the actually produced flank contour is theoretically compared to that determined according to the gearing law TARGET profile profile in the respective face cut is withdrawn so that this partial flank reduction in the longitudinal direction of the rotor towards the outlet leads to an increasing gap between the rolling profile flanks of the pair of rotor spindles in the face cut. This results in different end cut profiles along the rotor axis. This targeted flank relief can advantageously be achieved very easily with very little effort by the approach of the tool-specific profile contour described in German patent application 101 02 341.3.
Grundsätzlich wird die Rotorprofilabwälzung im Stirnschnitt über das Verzahnungsgesetz beurteilt. Ausgehend vom Wälzkreis unterscheidet man zwischen einem Fußprofilbereich unterhalb des Wälzkreises und einem Kopfprofilbereich oberhalb des Wälzkreises. Im Stirnschnitt unterliegen dem Verzahnungsgesetz jeweils der Fußbereich des einen Spindelrotors dem Kopfbereich des Gegenrotors und umgekehrt. Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik wird jedoch diese Profilkontur im Stirnschnitt über die gesamte Rotorlängsachse nicht konstant beibehalten, sondern in Achsrichtung zum Auslaß hin wird das Flankenprofil vorzugsweise im Kopfprofilbereich zunehmend mehr zurückgenommen, so dass über die Gasrückströmung zwischen den einzelnen Arbeitskammern ein Druckabbau erfolgen kann. Damit wird eine gewisse innere Bypass-Funktion erzeugt, so dass die bekannten äußeren Bypass- Ventile entfallen können. Der Betrag der inneren Verdichtung kann hingegen im Sinne der gewünschten Leistungseinsparung erhöht werden. Des weiteren vereinfacht sich durch den Wegfall der Bypass-Ventile das Pumpengehäuse derartig, dass die Her- Stellung der Pumpengehäuse problemlos auf einfaches Strangpressprofil umgestellt werden kann.In principle, the rotor profile rolling in the face cut is assessed using the toothing law. Based on the pitch circle, a distinction is made between a base profile area below the pitch circle and a head profile area above the pitch circle. In the face cut, the tooth area of the one spindle rotor is subject to the head area of the counter rotor and vice versa. Compared to the prior art, however, this profile contour is not kept constant in the frontal section over the entire longitudinal axis of the rotor, but in the axial direction towards the outlet, the flank profile is preferably increasingly withdrawn in the head profile area, so that a pressure reduction can take place between the individual working chambers via the gas backflow. This creates a certain internal bypass function so that the known external bypass valves can be omitted. The amount of internal compression, on the other hand, can be increased in the sense of the desired performance saving. Furthermore, by eliminating the bypass valves, the pump housing is simplified in such a way that the manufacture of the pump housing can be easily converted to a simple extruded profile.
Des weiteren wird durch diese erhöhte innere Leckage gleichzei- tig die Verdichterleistung längs der Spindelrotorachse im gewünschten Sinne besser verteilt, indem nicht mehr nur am aus- lassseitigen Rotorende der wesentliche Teil der Verdichterleistung umgesetzt wird, sondern die Verdichterleistung über einen längeren Rotorbereich besser verteilt wird, so dass die Wärmeabführung günstiger wird und die bekannten extremen Temperaturspitzen besser vermieden werden können. Zur Gewährleistung des gewünschten Kompressionsvermögens der Spindelpumpe wird die erhöhte innere Leckage durch eine höhere Stufenzahl ausgeglichen, Damit steigt die Anzahl der abgeschlossenen Arbeitskammern zwischen Ein- und Auslaß der Spindelpumpe, außerdem erhöht sich in der Regel die Rotorlänge.Furthermore, this increased internal leakage The compressor output along the spindle rotor axis is better distributed in the desired sense by not only converting the main part of the compressor output at the rotor end on the outlet side, but by distributing the compressor output better over a longer rotor area, so that heat dissipation is cheaper and the well-known extreme ones Temperature peaks can be avoided better. To ensure the desired compression capacity of the spindle pump, the increased internal leakage is compensated for by a higher number of stages. This increases the number of closed working chambers between the inlet and outlet of the spindle pump, and the rotor length generally increases.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in zum Teil stark schematisierter Darstellung:An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. It shows in a partly very schematic representation:
Fig. 1 einen Spindelrotor, der in einer nicht näher dargestellten trockenverdichtenden Spindelpumpe gegenläu- fig mit einem spiegelbildlich übereinstimmenden Ge- genspindelrotor zusammenwirkt, und1 shows a spindle rotor which, in a dry-compressing spindle pump, not shown in detail, interacts with a counter-spindle rotor which corresponds in mirror image, and
Fig. 2 beispielhaft verschiedene Stirnschnitte für einzelne z-Positionen des Spindelrotors mit der erfindungsge- mäßen zunehmenden Flankenrücknahme.2 shows, by way of example, various end cuts for individual z positions of the spindle rotor with the increasing flank relief according to the invention.
Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 ein Spindelrotor 1 dargestellt, der in der eigentlichen Spindelpumpe gegenläufig mit einem Gegenspindelrotor abwälzt, des- sen Steigung genau invers orientiert ist, ansonsten aber aus Gründen der einfachen Herstellung genau die gleichen Abmessungen und Profilflanken hat (= bekannter Stand der Technik) . Der Spindelrotor 1 hat die Länge l , den Außendurchmesser 0D und die Profilzahntiefe h. Einlassseitig hat der Rotor die Spindelsteigung mEiN und auslassseitig die Steigung mAUS mit den jeweiligen Steigerungswinkel ßEiN / AUS un(ä einem Zwischenbereich, in dem die Steigung mEιN auf die Steigung mAUs reduziert wird (= bekannter Stand der Technik) .In the exemplary embodiment described below, a spindle rotor 1 is shown in FIG. 1, which in the actual spindle pump rolls in opposite directions with a counter-spindle rotor, the pitch of which is exactly inversely oriented, but otherwise has exactly the same dimensions and profile flanks for reasons of simple manufacture (= known prior art). The Spindle rotor 1 has the length l, the outer diameter 0D and the profile tooth depth h. On the inlet side the rotor has the spindle pitch m E i N and on the outlet side the pitch m AUS with the respective angle of increase ß E iN / AUS un ( ä an intermediate range in which the pitch m E ι N is reduced to the pitch m AU s (= more known State of the art) .
Das rotorfeste Koordinatensystem definiert in der x-y-Ebene den Stirnschnitt, wohingegen die z-Achse längs der Rotorachse verläuft, wobei bei z = 0 die einlassseitige Rotorstirnseite und bei z = (. die auslassseitige Rotorstirnseite eindeutig definiert sind. In Anlehnung an die deutsche Patentanmeldung 101 02 341.3 ist beispielhaft das Werkzeug WZ zur Fertigung der Profilflanken dargestellt, mit dem die erfindungsgemäße Profilgestaltung im Stirnschnitt gemäß Fig. 2 besonders günstig umge- setzt werden kann.The rotor-fixed coordinate system defines the face cut in the xy plane, whereas the z-axis runs along the rotor axis, with the inlet-side rotor face and z = (.) The outlet-side rotor face being clearly defined at z = 0. Based on German patent application 101 02 341.3 shows an example of the tool WZ for manufacturing the profile flanks, with which the profile design according to the invention can be implemented in a particularly favorable manner in the face cut according to FIG. 2.
In der Fig. 2 sind beispielhaft verschiedene Stirnschnitte für einzelne z-Positionen dargestellt, wobei vereinfachend jeweils lediglich eine einzelne Profilflankenseite dargestellt ist. Durch einfache symmetrische Spiegelung wird entsprechend der Zähnezahl der komplette Stirnschnitt erzeugt. In dieser Fig. 2 wird die Erfindung ganz anschaulich, indem die Profilstirnschnittflanken der verschiedenen z-Positionen alle derart ge- dreht sind, dass sie in dieser Darstellung alle gemeinsam durch den Profilpunkt C auf dem Wälzkreis 3 gehen. Die Fußprofilflanke 5 verläuft zwischen dem Profilpunkt A auf dem Fußkreis 2 und dem Punkt C auf dem Wälzkreis 3, wohingegen die gemäß Verzahnungsgesetz zugehörige Kopfprofilkontur 6 zwischen dem Punkt C und dem Profilpunkt E auf dem Kopfkreis 4 mit Durchmesser 0D verläuft. Beispielhaft ist die Erfindung für die Abwandlung am Kopfprofilverlauf dargestellt. Auf der Rotorspindeleingangsseite bei z = 0 entspricht der Stirnschnitt der Profilflanke über Fußkontur 5 und Kopfprofil 6 noch exakt dem Verlauf gemäß Verzahnungsgesetz, es gibt also noch keine Flankenrücknahme, so dass die Kopfprofilflanke des einen Spindelrotors genau mit dem Fußverlauf des Gegenrotors gemäß Verzahnungsgesetz abwälzt.Various end cuts for individual z positions are shown by way of example in FIG. 2, only one individual profile flank side being shown in a simplified manner. The complete forehead incision is made by simple symmetrical mirroring according to the number of teeth. In this FIG. 2, the invention is made very clear by the fact that the profile end cut flanks of the various z positions are all rotated in such a way that they all pass through the profile point C on the pitch circle 3 in this illustration. The foot profile flank 5 runs between the profile point A on the base circle 2 and the point C on the pitch circle 3, whereas the head profile contour 6 associated according to the toothing law runs between the point C and the profile point E on the tip circle 4 with diameter 0D. The invention is shown by way of example for the modification on the profile of the head profile. On the rotor spindle input side at z = 0, the face cut of the profile flank via foot contour 5 and head profile 6 still corresponds exactly to the course according to the toothing law, so there is no flank relief yet, so that the head profile flank of one spindle rotor rolls exactly with the foot course of the counter rotor according to the toothing law.
Für den folgenden Stirnschnitt bei z = zi wird für den Kopfprofilverlauf 7 zwischen den Profilpunkten C und Ei erfindungsge- maß schon deutlich die Flankenrücknahme erkennbar, die mit im nächsten Stirnschnitt bei z = z für den Kopfprofilverlauf 8 zwischen den Profilpunkten C und E2 bereits deutlich erhöht ist, um bei der geringsten Spindelsteigung mAUS im letzten Stirnschnitt bei z = £ für den Kopfprofilverlauf 9 zwischen denFor the following frontal cut at z = zi, according to the invention, the flank relief is clearly recognizable for the head profile course 7 between the profile points C and Ei, which is already clear with the next frontal cut at z = z for the head profile course 8 between the profile points C and E 2 is increased to at the smallest spindle pitch m AUS in the last forehead section at z = £ for the head profile profile 9 between the
Punkten C und E^ den maximalen Wert erreicht zu haben.Points C and E ^ have reached the maximum value.
Diese Rücknahme der Kopfprofilflanke kann beispielsweise im Stirnschnitt über den Zentriwinkel y beschrieben und erfasst werden. Diese Rücknahme der Profilflanke abhängig von der z-Po- sition im Stirnschnitt über den Wert für den Zentriwinkel y um- fasst in der x-y-Ebene mehrere Winkelgrad und liegt vorzugsweise in einem Winkelbereich zwischen 5° und 25°.This withdrawal of the head profile flank can be described and recorded, for example, in the forehead section using the central angle y. This retraction of the profile flank depending on the z position in the face section via the value for the central angle y comprises several angular degrees in the x-y plane and is preferably in an angular range between 5 ° and 25 °.
Selbstverständlich kann die Flankenrücknahme auch auf den Fuß- profilbereich angesetzt werden: separat oder kombiniert mit dem Kopfprofilbereich. Erfindungsgemäß entscheidend ist jedoch in jedem Fall, dass diese Form der Flankenrücknahme in Abhängigkeit von der z-Position mit abnehmender Spindelsteigerung längs der Spindelrotorachse zunimmt. Damit wird einerseits die By- pass-Funktion gezielt in das Spindelprofil verlagert, so dass höhere Werte für das innere Verdichtungsverhältnis realisiert werden können, und gleichzeitig eine neuartige Leistungsvertei- lung längs der Spindelrotorachse erreicht, indem nicht mehr wie bisher einseitig am Rotorende der größte Teil der Verdichtungsleistung umgesetzt wird.Of course, the flank relief can also be applied to the foot profile area: separately or in combination with the head profile area. In any case, it is crucial according to the invention that this form of flank relief increases as a function of the z position with decreasing spindle increase along the spindle rotor axis. On the one hand, the bypass function is specifically shifted into the spindle profile, so that higher values for the internal compression ratio can be achieved, and at the same time a new type of power distribution tion along the spindle rotor axis by no longer converting most of the compaction performance on one side at the rotor end as before.
Die Herstellung dieser erfindungsgemäßen Profilkontur erfolgt vorzugsweise entsprechend der deutschen Patentanmeldung 101 02 341.3 mit einem besonders einfachen Werkzeug zur Profilbearbeitung.This profile contour according to the invention is preferably produced in accordance with German patent application 101 02 341.3 using a particularly simple tool for profile processing.
Die Erfindung betrifft die Profilkontur für das Rotorpaar einer trockenverdichtenden Spindelpumpe als 2-Wellenverdrängerma- schine zur Förderung und Verdichtung von Gasen. Um zur Reduzierung der Verdichterleistung über eine veränderliche Rotorspindelsteigung eine hinreichend hohe innere Verdichtung ohne den Einsatz von Bypass-Ventilen zu ermöglichen und gleichzeitig eine gleichmäßigere Verteilung der Verdichterleistung längs der Rotorachse zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Profilkontur in jedem Stirnschnitt gegenüber der verzahnungsgesetz- spezifischen Profilkontur mit einer zunehmenden Flankenrück- nähme bei abnehmender Spindelsteigerung versehen wird. Vorzugsweise erfolgt diese Flankenrücknahme im Kopfprofilbereich ober- halb des Wälzkreises für das Spindelrotorpaar, wobei im Einlassbereich des Spindelrotors bei geringen z-Werten keine Flankenrücknahme vorgesehen ist.The invention relates to the profile contour for the rotor pair of a dry-compressing spindle pump as a 2-shaft displacement machine for conveying and compressing gases. In order to enable a sufficiently high internal compression to reduce the compressor output via a variable rotor spindle pitch without the use of bypass valves and at the same time to achieve a more uniform distribution of the compressor output along the rotor axis, it is proposed that the profile contour in each face cut compared to the specific toothing law Profile contour with an increasing flank retraction with decreasing spindle increase. This flank relief is preferably carried out in the head profile area above the pitch circle for the spindle rotor pair, with no flank relief being provided in the inlet region of the spindle rotor when the z values are low.
/Patentansprüche Bezugszeichenliste/ claims LIST OF REFERENCE NUMBERS
1. Spindelrotor mit unterschiedlicher Steigung von mEIN auf mAUS abfallend1. Spindle rotor with different pitch falling from m ON to m OFF
Rotorlänge lRotor length l
Außendurchmesser 0D Profilzahntiefe hOuter diameter 0D profile tooth depth h
2. Fußkreis des Spindelrotors2. Foot circle of the spindle rotor
3. Wälzkreis des Spindelrotorpaares3rd pitch circle of the pair of spindle rotors
4. Kopfkreis des Spindelrotors4. Head circle of the spindle rotor
5. Fußprofilflanke von Profilpunkt A bis Profilpunkt C5. Foot profile flank from profile point A to profile point C
6. Kopfprofilflanke bei z = 0 ohne Flankenrücknahme gemäß Verzahnungsgesetz von Profilpunkt C bis Profilpunkt E6. Head profile flank at z = 0 without flank relief in accordance with the toothing law from profile point C to profile point E
7. Kopfprofilflanke bei z = zi mit geringer Flankenrücknahme von Profilpunkt C bis Profilpunkt E-i7. Head profile flank at z = zi with a small flank relief from profile point C to profile point E-i
8. Kopfprofilflanke bei z = z2 mit höherer Flankenrücknahme von Profilpunkt C bis Profilpunkt E2 8. Head profile flank at z = z 2 with higher flank relief from profile point C to profile point E 2
9. Kopfprofilflanke bei z - t mit höchster Flankenrücknahme9. Head profile flank at z - with the highest flank relief
von Profilpunkt C bis Profilpunkt E^ from profile point C to profile point E ^

Claims

Patentansprüche claims
1. Trockenverdichtende Spindelpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, die als Zwei-Wellen-Verdrängermaschine zur Förde- rung und Verdichtung von Gasen mit einem Paar gegensinnig gleicher Spindelrotoren (1) mit innerer Verdichtung über veränderliche Spindelsteigung längs der Spindelrotorachse ausgebildet ist, wobei die Spindelrotoren spiegelbildlich übereinstimmend ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkontur der Spindelrotoren (1) in jedem Stirnschnitt gegenüber der verzahnungsgesetzspezifischen Profilkontur mit einer bei abnehmender Spindelsteigung zunehmenden Flankenrücknahme ausgeführt ist.1. Dry-compressing spindle pump, in particular a vacuum pump, which is designed as a two-shaft displacement machine for conveying and compressing gases with a pair of oppositely identical spindle rotors (1) with internal compression via variable spindle pitch along the spindle rotor axis, the spindle rotors being designed in mirror image are characterized in that the profile contour of the spindle rotors (1) is designed with an increasing flank relief in each face cut compared to the profile contour specific to the gearing law.
2. Trockenverdichtende Spindelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelrotoren (1) im Einlassbereich der Spindelpumpe bei geringen z-Werten keine Flankenrücknahme aufweisen.2. Dry-compressing spindle pump according to claim 1, characterized in that the spindle rotors (1) have no flank relief in the inlet area of the spindle pump with low z values.
3. Trockenverdichtende Spindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenrücknahme im Kopfprofilbereich (7, 8, 9) oberhalb des Wälzkreises (3) für das Spindelrotorpaar vorgesehen ist .3. Dry-compressing spindle pump according to claim 1, characterized in that the flank relief in the head profile area (7, 8, 9) above the pitch circle (3) is provided for the spindle rotor pair.
4. Trockenverdichtende Spindelpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentriwinkel (y) als Maß für den Umfang der Flankenrücknahme im Stirnschnitt im Winkelbereich zwischen 5° und 25° liegt.4. Dry-compressing spindle pump according to one of the preceding claims, characterized in that the central angle (y) as a measure of the extent of the flank relief in the end cut is in the angular range between 5 ° and 25 °.
5. Trockenverdichtende Spindelpumpe nach einem der vorstehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion für die Flankenrücknahme über der Rotorlängsachse bis zum Zentriwinkel (γ) von dem Werkzeug zur Profilbearbeitung bestimmt ist .5. Dry-compressing spindle pump according to one of the preceding claims, characterized in that the function for the flank relief over the longitudinal axis of the rotor up to the central angle (γ) from the tool for profile machining is determined.
Trockenverdichtende Spindelpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Spindelrotor (1) die Stufenzahl und Rotorlänge erhöht sind. Dry-compressing spindle pump according to one of the preceding claims, characterized in that the number of stages and rotor length are increased for the spindle rotor (1).
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