BE1025276B1

BE1025276B1 - Overbrenging en compressor of vacuümpomp voorzien van dergelijke overbrenging

Info

Publication number: BE1025276B1
Application number: BE2018/5038A
Authority: BE
Inventors: Hove Linus Van; Man Steven De
Original assignee: Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-01-07
Also published as: EP3619433A1; KR20200004345A; AU2018262341B2; WO2018203152A1; BE1025276A1; PL3619433T3; ES2880705T3; EP3619432B1; BE1025222B1; EP3619432A1; RU2019139052A3; US20200072221A1; CA3059302A1; CA3059318A1; BR112019022829A2; EP3619433B1; WO2018203151A1; AU2018262342A1; AU2018262342B2; PL3619432T3

Abstract

Overbrenging tussen aandrijfas (13) en een aangedreven as (9), welke overbrenging (4) een behuizing (10) omvat en minstens een aangedreven tandwiel (11) dat is aangebracht op de aangedreven as (9) en een aandrijftandwiel (14) dat is aangebracht op een aandrijfas (13), daardoor gekenmerkt dat de behuizing (10) twee afgescheiden kamers (20, 22) omvat, zijnde een eerste kamer (20) die in verbinding staat met de aangedreven as (9) en een tweede kamer (22) welke afgescheiden is van de eerste kamer (20), waarbij de eerste kamer (20) is verbonden via een kanaal (21) met de tweede kamer (22), waarbij rondom het aandrijftandwiel (14) of aangedreven tandwiel (11) de tweede kamer (22) is gevormd, waarbij de vorm van de tweede kamer (22) zodanig is dat bij de rotatie van het betreffende tandwiel (11, 14) er een gasstroom random dit tandwiel (11, 14) gecreëerd wordt welke door het venturieffect een onderdruk in het kanaal (21) veroorzaakt.

Description

Overbrenging en compressor of vacuümpomp voorzien van dergelijke overbrenging.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een overbrenging en een compressor of vacuümpomp voorzien van dergelijke overbrenging.

Het is bekend dat een overbrenging tussen een aandrijfas van een motor en de aangedreven as van bijvoorbeeld een rotor van een compressorelement, voorzien is van een behuizing waarin de tandwielen van de overbrenging zich bevinden.

Teneinde een goede werking te verzekeren, wordt er in de behuizing van de overbrenging olie als smeervloeistof geïnjecteerd.

Aangezien de aangedreven as vanaf het compressorelement tot aan de overbrenging loopt, worden er afdichtingen voorzien tussen het compressorelement en de overbrenging.

Er zal echter steeds in zekere mate een lekstroming zijn, waardoor er lucht in de behuizing van de overbrenging terecht zal komen en wat een drukopbouw in de overbrenging veroorzaakt.

Het is belangrijk om zich van dergelijke overdruk te ontdoen, aangezien de voornoemde afdichtingen niet blootgesteld mogen worden aan een te groot drukverschil omdat dit hun goede werking kan beïnvloeden.

BE2018/5038

Bij een te groot drukverschil is het mogelijk dat er lucht vanaf de overbrenging naar het compressorelement lekt. Deze lucht zal ook de geïnjecteerde smeervloeistof bevatten.

Dergelijke situatie dient te allen tijde vermeden te worden, aangezien deze smeervloeistof ongewenst is in het compressorelement en ervoor zal zorgen dat de samengeperste lucht die het compressorelement genereert, in dit geval vervuild zou worden met de smeervloeistof.

Zeker in het geval van olievrije toepassingen waarbij zuivere perslucht nodig is, is dergelijke situatie niet toelaatbaar.

Men zou de overdruk in de omgeving kunnen laten afblazen. Dit wil dan zeggen dat lucht met de smeervloeistof in de atmosfeer terecht komt. Dergelijke situatie is voor olievrije toepassingen bij voorkeur te vermijden, aangezien deze smeervloeistof op of in de nabijheid van de machine terechtkomt, en zodoende per ongeluk ook in de machine kan terecht komen.

Daarom wordt de behuizing van de overbrenging verbonden met een olieafschelder, om via de olieafscheider het olieluchtmengsel in de overbrenging te kunnen zuiveren en af te blazen naar de omgeving. De afgescheiden olie kan hierbij terug naar een oliereservoir geleid worden, om vervolgens terug in de overbrenging geïnjecteerd te worden.

In de gekende overbrengingen, wordt er gebruik gemaakt van samengeperst gas om via een venturikanaal een afzuiging te bekomen van de overbrenging naar de olieafscheider.

BE2018/5038

Hiervoor wordt een deel van het door de compressor gegenereerde samengeperst gas gebruikt dat wordt afgetakt naar het voornoemde venturikanaal. Hierdoor zal het 5 olieluchtmengsel uit de overbrenging gezogen worden, waarbij het samengeperste gas en het olieluchtmengsel door een filter worden geblazen.

Dit houdt uiteraard een verlies in van rendement van de 10 machine.

Bovendien kan de aftakking onderbroken geraken of loskomen, waardoor het venturikanaal zijn werking verliest, zodat er geen afzuiging naar de olieafscheider plaatsvindt.

Alternatief is het ook mogelijk om via een externe (elektriciteits-) bron een afzuiging te bekomen met bijvoorbeeld een ventilator.

Doch, houdt deze oplossing ook een extra verbruik in van elektriciteit, en tevens een bijkomend risico indien de externe bron faalt bij bijvoorbeeld een stroompanne of kabelbreuk.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de uitvinding een overbrenging tussen een aandrijfas en een aangedreven as, welke overbrenging een 30 behuizing omvat en minstens een aangedreven tandwiel, dat is aangebracht op de aangedreven as en een aandrijftandwiel dat is aangebracht op een aandrijfas, waarbij de behuizing

BE2018/5038 twee afgescheiden kamers omvat, zijnde een eerste kamer die in verbinding staat met de aangedreven as en een tweede kamer welke afgescheiden is van de eerste kamer, waarbij de eerste kamer verbonden is via een kanaal met de tweede kamer, waarbij rondom het aandrijftandwiel of aangedreven tandwiel de tweede kamer is gevormd, waarbij de vorm van de tweede kamer zodanig is dat bij de rotatie van het betreffende tandwiel er een gasstroom rondom dit tandwiel gecreëerd wordt, welke door het venturieffect een onderdruk in het kanaal veroorzaakt.

De voornoemde gasstroom rondom het tandwiel wordt ook wel gearwind genoemd en is een luchtstroming of werveling die wordt opgewekt door de roterende tanden van het tandwiel.

Met de eerste kamer staat in verbinding met de aangedreven

as, wordt	bedoeld dat deze	kamer zich aan	de zijde	van	de
aangedreven	as bevindt,	waardoor in	deze kamer	de
voornoemde	lekstromen terechtkomen.
Een eerste	voordeel is dat,	doordat er een	onderdruk	in	het
kanaal ontstaat, er als het	ware een afzuiging van	gas	en

de aanwezige smeervloeistof zal plaatsvinden vanaf de voornoemde eerste kamer door het kanaal naar de tweede kamer.

Een voordeel is dat er hierdoor de druk in de eerste kamer laag gehouden kan worden, op een lichte onder-of overdruk, binnen de limieten van het drukverschil over de afdichtingen tussen het compressorelement en de overbrenging.

BE2018/5038

In de tweede kamer, waar het gas en de smeervloeistof van de eerste kamer terecht komen, zal dan een drukopbouw plaatsvinden.

Een ander belangrijk voordeel is dat dit systeem geen externe energiebron, i.e. perslucht of elektriciteit, nodig heeft.

Dit heeft ook tot gevolg dat er geen risico is op falen of storing door het uitvallen van deze externe energiebron.

Bovendien is het een automatisch zelfregulerend systeem: hoe sneller de tandwielen roteren, hoe meer lekstroming er zal zijn vanaf het compressorelement naar de overbrenging, en de afzuiging van de eerste kamer zal groter worden naarmate de tandwielen sneller roteren.

Dit wil zeggen dat de mate van afzuiging van de eerste kamer zich automatisch zal aanpassen aan de situatie.

Bij voorkeur worden de tandwielen door de behuizing nauw omsloten, dit om het lekpad tussen de eerste kamer en de tweede kamer zo klein mogelij k te maken en zo een voldoende groot drukverschil tussen beide kamers te kunnen creëren.

Ook wordt bij voorkeur de afstand in radiale richting tussen de wand van de tweede kamer en het desbetreffende tandwiel groter in de rotatierichting van het betreffende tandwiel.

BE2018/5038

Dit zal helpen om de gearwind gegenereerd door het tandwiel te begeleiden om resulterend de onderdruk in het voornoemde kanaal te vergroten.

In een praktische uitvoeringsvorm strekt de hierboven omschreven tweede kamer in de behuizing zich uit van 0° tot 225° van de omtrek van het betreffende tandwiel vertrekkende van de positie van ingrijping van de tandwielen.

Door de hierboven omschreven uitvoeringsvorm worden de wervelverliezen tot een minimum beperkt, waardoor het vermogen nodig voor de drukopbouw in de tweede kamer wordt gecompenseerd, en wordt het venturieffect in het kanaal maximaal benut om de onderdruk in de eerste kamer te verzekeren.

De uitvinding betreft ook een compressor of vacuümpomp die voorzien is van een compressor- of vacuümpompelement en een motor om het compressor- of vacuümpompelement aan te drijven en waarbij de compressor of het vacuümpompelement verder voorzien is van een overbrenging volgens de uitvinding tussen een aandrijfas van de motor en een aangedreven as van het compressor- of vacuümpompelement.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een overbrenging volgens de uitvinding en een compressor of vacuümpomp daarmee uitgerust, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:

BE2018/5038

figuur 1	schematisch een compressor	volgens	de
uitvinding	weergeeft ;
figuur 2	in detail de overbrenging van figuur	1
weergeeft ;
figuur 3	een zicht weergeeft volgens de	pijl F3	in

figuur 2.

De in figuur 1 weergegeven compressor 1 omvat hoofdzakelijk een compressorelement 2, een motor 3 en een overbrenging 4 tussen het compressorelement 2 en de motor 3.

Het compressorelement 2	is in	dit	geval	een
schroefcompressorelement	2,	welke	een
compressorelementbehuizing 5	omvat en	twee	samenwerkende

schroefrotoren 6a, 6b, te weten een mannelijke schroefrotor 6a en een vrouwelijke schroefrotor 6b, waarvan de lobben 7 samenwerkend in elkaar draaien.

Beide rotoren 6a, 6b zijn middels hun as 8 in de compressorelementbehuizing 5 gelagerd.

De as 8 van één van rotoren 6b is verlengd en vormt de aangedreven as 9.

Deze aangedreven as 9 reikt tot in de behuizing 10 van de overbrenging 4, en op het uiteinde ervan is het aangedreven tandwiel 11 aangebracht.

Teneinde het compressorelement 2 af te sluiten van de overbrenging 4, zijn twee afdichtingen 12a, 12b aangebracht op de aangedreven as 9: een olieaf dichting 12a en een luchtafdichting 12b.

BE2018/5038

De motor 3 bezit een aandrijfas 13 die tot in de behuizing 10 van de overbrenging 4 reikt en waarop een aandrijftandwiel 14 is aangebracht dat ingrijpt op het voornoemde aangedreven tandwiel 11.

De overbrenging 4 omvat de eerder voornoemde behuizing 10 met daarin de eerder vernoemde tandwielen 11 en 14.

Het is natuurlijk niet uitgesloten dat in de behuizing 10

nog bijkomende tandwielen zijn	aangebracht	tussen	het
aangedreven tandwie	1 11 en het aandrijftandwiel	14 .
Dit sluit tevens	niet uit dat	de motor 3	zich in	de
behuizing 10 van de	overbrenging 4	bevindt.
Op de behuizing	10 van de	overbrenging	4 is	een
filterelement 16	aangesloten,	om olie	uit	het

olieluchtmengsel, dat aanwezig is in de behuizing 10 van de overbrenging 4, te kunnen filteren.

In dit geval, doch niet noodzakelijk, is de behuizing 10 van de overbrenging 4 aangesloten op een oliereservoir 15 voor het verzamelen van de geïnjecteerde olie en is dit oliereservoir voorzien van een filterelement 16.

Verder is de compressor 1 in het weergegeven voorbeeld ook voorzien van een oliecircuit 17, dat met een oliepomp 18 de olie die in oliereservoir 15 wordt opgevangen, zijnde de olie die terugvloeit uit de behuizing 10 en de olie die door het filterelement 16 is afgescheiden, terug naar de overbrenging 4 en/of de motor 3 kan sturen. Bijkomend is

BE2018/5038 het oliecircuit 17 ook voorzien van een oliefilter 19 om verontreinigingen uit de olie te kunnen halen.

Volgens de uitvinding omvat de behuizing 10 van de overbrenging 4 twee kamers 20 en 22. Een eerste kamer 20 die in verbinding staat met de aangedreven as 9 en een tweede kamer 22 welke afgescheiden is van de eerste kamer 20. Dit is weergegeven in figuur 2.

Zoals men kan zien uit figuur 2, strekt de aangedreven as 9 zich uit in de eerste kamer 20.

Rondom het aandrijftandwiel 14 is de tweede kamer 22 voorzien. De eerste kamer 20 is verbonden met deze tweede kamer 22 via het kanaal 21.

De vorm van de tweede kamer 22 is duidelijk weergeven in figuur 3.

De tweede kamer 22 is in dit geval geïntegreerd in de wand 23 van de behuizing 10 van de overbrenging 4.

Het is echter ook mogelijk dat de overbrenging 4 is voorzien van een schild dat naast, rond of tegen het tandwiel 14 is aangebracht en dat voorzien is van een vorm gelijkaardig aan de tweede kamer 22. Dergelijk schild kan in de behuizing 10 worden aangebracht. Dit heeft als voordeel dat er aan een eventueel bestaande behuizing 10 zelf niets gewijzigd moet worden.

De tweede kamer 22 is zodanig voorzien dat de gearwind die wordt gecreëerd door rotatie van het aandrijftandwiel

BE2018/5038 langs het kanaal 21 geleid wordt zodat er een onderdruk in het kanaal 21 veroorzaakt wordt vanwege het venturieffect.

Zoals te zien is in figuur 3, wordt de tweede kamer 22 groter in de rotatierichting van het aandrijftandwiel 14, zoals werd aangegeven met pijl P. Tevens sluit het voornoemde kanaal 21 aan op het einde van de tweede kamer 22 zoals gezien in de rotatierichting P van het aandrijftandwiel 14, i.e. op zijn grootste uiteinde.

Beide kenmerken zullen ervoor zorgen dat het voornoemde effect zo optimaal mogelijk zal zijn.

De tweede kamer 22 strekt zich uit van 0° tot ongeveer 225°

van de omtrek	van	het aandrijftandwiel 14	in	de
rotatierichting	van pijl	P, startende van de ingrijping	van
de tandwielen.
Bij voorkeur	is de	rest van de omtrek	van	het
aandrij ftandwiel	14 nauw	omsloten.
Dit zal ervoor	zorgen	dat de wervelverliezen	tot	een
minimum herleidt	worden.

Zoals te zien is in figuur 1, staat de tweede kamer 22 in verbinding met het filterelement 16 dat is aangesloten op de overbrenging 4. Dit filterelement 16 kan bijvoorbeeld een ontluchtingsfliter zijn of een vloeistofafschelder die voorzien is van een filter.

Omdat de olieafscheiding in het filterelement 16 steeds

BE2018/5038 gepaard gaat met een bepaalde drukval zal er resulterend in de tweede kamer 22 een overdruk plaatsvinden.

In de tweede kamer 22 zullen hierdoor ook extra wervelverliezen plaatsvinden.

Volgens de vorm van de tweede kamer 22, zoals weergegeven in figuur 3, zullen het verminderen van de wervelverliezen door het nauwe omsluiten van aandrij ftandwiel 14 en de extra wervelverliezen in de tweede kamer 22 door drukopbouw over het filterelement 16 elkaar opheffen zodat er geen extra vermogen van de motor 3 nodig is.

De werking van de compressor 1 is zeer eenvoudig en als volgt.

Tijdens de werking van de compressor 1 zal de motor 3 het aandrijftandwiel 14 aandrijven, waarbij de beweging via het aangedreven tandwiel 11 wordt overgedragen naar de aangedreven as 9 van het compressorelement 2.

Hierbij zal er olie worden geïnjecteerd in de overbrenging 4 en eventueel ook de motor 3 voor de koeling en/of smering van de tandwielen 11, 14, lagers en andere onderdelen.

Door de werking van de compressor 1 zal er een zekere drukopbouw plaatsvinden in de overbrenging 4, aangezien de luchtafdichting 12b op de aangedreven as 9 een zekere lekstroom toelaat in de richting van het compressorelement 2 naar de overbrenging 4 toe.

Hierdoor zal er in de behuizing 10 van de overbrenging 4 een olieluchtmengsel op een verhoogde druk aanwezig zijn.

BE2018/5038

Door de rotatie van het aandrij f tandwiel 14 zal er in de kamer 22 een zogenaamde gearwind ontstaan waarbij er een luchtstroming of werveling door de roterende tanden van het aandrijftandwiel 14 wordt opgewerkt.

Door het geleiden van deze luchtstroming langs het kanaal 21 zal er door het venturieffect een onderdruk in het kanaal 21 veroorzaakt worden.

Als gevolg van deze onderdruk, zal de eerste kamer 20 als het ware leeggezogen worden en zal het in deze kamer aanwezige olieluchtmengsel via het kanaal 21 in de tweede kamer 22 terechtkomen.

Als gevolg hiervan ontstaat er een drukverschil tussen de eerste kamer 20 en de tweede kamer 22, waarbij de druk in de eerste kamer 20 lager zal zijn dan de druk in de tweede kamer 22.

Door de lagere druk in de eerste kamer 20 kan verhinderd worden dat de afdichtingen 12a, 12b op de aangedreven as 9 worden blootgesteld aan een te groot drukverschil, waardoor vermeden wordt dat het olieluchtmengsel in het compressorelement 2 kan terechtkomen.

Het olieluchtmengsel komt terecht in de tweede kamer 22, waar een drukopbouw zal plaatsvinden door de drukval over filterelement 16 waarna de gezuiverde, olievrije lucht naar buiten kan afgevoerd worden.

BE2018/5038

De in het fiItérélement 16 afgescheiden olie kan vervolgens via het oliecircuit 17 terug in de overbrenging 4 en/of de motor 3 geïnjecteerd worden.

Alhoewel in het weergegeven voorbeeld de tweede kamer 22 rondom het aandrij f tandwiel 14 is voorzien, is het niet uitgesloten dat deze kamer 22 rondom het aangedreven tandwiel 11 of een ander tandwiel is voorzien, indien aanwezig.

Doch, bij voorkeur strekt deze kamer 22 zich uit langsheen het tandwiel 11, 14 of ander tandwiel, indien aanwezig met de grootste diameter en/of de grootste omtreksnelheid.

Zoals te zien is in figuur 3, is het aandrijftandwiel 14 in dit geval groter dan het aangedreven tandwiel 11 en is de tweede kamer 22 daarom ook rond het aandrijftandwiel 14 voorzien.

Het grotere tandwiel 14 zal immers een grotere gasstroom kunnen creëren, zodat de onderdruk in het kanaal 21 groter is en er een betere afzuiging van de eerste kamer 20 verkregen wordt.

Het is volgens de uitvinding niet noodzakelijk dat het een compressor 1 betreft die voorzien is van een overbrenging 4

volgens de	uitvinding.	De	machine zou ook eer	1 vacuümpomp
kunnen zijn	•
De huidige	uitvinding	is	geenszins	beperkt	tot de	als
voorbeeld	beschreven	en	in	de	figuren	weergegeven
uitvoeringsvormen, doch	een	overbrenging	volgens	de

BE2018/5038 uitvinding en een uitgerust kunnen in verwezenlij kt zonder treden.

compressor of vacuümpomp daarmee allerlei vormen en afmetingen worden buiten het kader van de uitvinding te

Claims

Conclusies .

1.“ Overbrenging tussen aandrijfas (13) en een aangedreven as (9), welke overbrenging (4) een behuizing (10) omvat en minstens een aangedreven tandwiel (11) dat is aangebracht op de aangedreven as (9) en een aandrijftandwiel (14) dat is aangebracht op een aandrijfas (13), daardoor gekenmerkt dat de behuizing (10) twee afgescheiden kamers (20, 22) omvat, zijnde een eerste kamer (20) die in verbinding staat met de aangedreven as (9) en een tweede kamer (22) welke afgescheiden is van de eerste kamer (20), waarbij de eerste kamer (20) is verbonden via een kanaal (21) met de tweede kamer (22), waarbij rondom het aandrijftandwiel (14) of aangedreven tandwiel (11) de tweede kamer (22) is gevormd, waarbij de vorm van de tweede kamer (22) zodanig is dat bij de rotatie van het betreffende tandwiel (11, 14) er een gasstroom rondom dit tandwiel (11, 14) gecreëerd wordt welke door het venturieffect een onderdruk in het kanaal (21) veroorzaakt.
2. - Overbrenging volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de tweede kamer (22) geïntegreerd is in de wand (23) van de behuizing (10).
3. - Overbrenging volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de overbrenging (4) voorzien is van een schild dat naast of tegen het tandwiel (11, 14) is aangebracht en dat voorzien is van een uitsparing ter vorming van de voornoemde tweede kamer (22).

BE2018/5038
4. - Overbrenging volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de tweede kamer (22) zich uitstrekt langsheen het tandwiel (11, 14) met de grootste diameter en/of de grootste omtreksnelheid.
5. - Overbrenging volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de tweede kamer (22) zich uitstrekt van 0° tot 225° van de omtrek van het betreffende tandwiel (11, 14) vertrekkende van de positie van ingrijping van de tandwielen (11, 14).
6. - Overbrenging volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de tweede kamer (22) zich uitstrekt over 25% tot 75%, liever nog over 45% tot 55% en bij voorkeur 50% van de omtrek van het betreffende tandwiel (11, 14) .
7. - Overbrenging volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de afstand in radiale richting tussen de wand van de tweede kamer (22) en het desbetreffende tandwiel (11, 14) groter wordt in de rotatierichting (P) van het betreffende tandwiel (11, 14).
8. - Overbrenging volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde kanaal (21) aansluit op het einde van de tweede kamer (22), zoals gezien in de rotatierichting (P) van het betreffende tandwiel (11, 14).
9. - Overbrenging volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde tweede kamer (22) in verbinding staat met een op de overbrenging (4) aangesloten filterelement (16) of dergelijke.

BE2018/5038
10. - Compressor voorzien van een compressorelement (2) en een motor (3) om het compressorelement (2) aan te drijven, daardoor gekenmerkt dat de compressor (1) voorzien is van

5 een overbrenging (4) volgens één van de voorgaande conclusies tussen een aandrijfas (13) van de motor (3) en een aangedreven as (9) van het compressorelement (2).
11. - Vacuümpomp voorzien van een vacuümpompelement en een

10 motor (3) om het vacuümpompelement aan te drijven, daardoor gekenmerkt dat de vacuümpomp voorzien is van een overbrenging (4) volgens één van de voorgaande conclusies 1 tot 9 tussen een aandrijfas (13) van de motor (3) en een aangedreven as (9) van het vacuümpompelement.