DE10004373A1

DE10004373A1 - Antrieb einer Schraubenspindelpumpe

Info

Publication number: DE10004373A1
Application number: DE10004373A
Authority: DE
Inventors: Ralf Steffens
Original assignee: Individual
Current assignee: STEFFENS, RALF, DR. ING., 79585 STEINEN, DE
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: EP1252444A1; WO2001057401A1; KR100749729B1; DE50112863D1; ATE370333T1; EP1252444B1; DE10004373B4; AU3729301A; JP2003521637A; CA2398263A1; US6666672B1; KR20020071961A; ES2296732T3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb einer Schraubenspindelpumpe als 2-Wellenverdrängermaschine. Für eine möglichst einfache sowie geräuscharme Ausführung zur gleichzeitigen Drehzahlerhöhung und Synchronisation der beiden gegensinnig rotierenden Rotorspindeln wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in die beiden rotorfesten, kronenradähnlichen Zahnräder (3 und 4) ein größeres kronenradähnliches Antriebzahnrad (5) derartig eingreift, daß die beiden Spindelrotore mit erhöhter Drehzahl gegensinnig angetrieben werden (Fig. 1).

Description

Stand der Technik

Trockenverdichtende Pumpen gewinnen insbesondere in der Vakuumtechnik 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 Flüssig keitsringmaschinen und Drehschieberpumpen, immer häufiger durch trockenverdichtende Pumpen ersetzt. Zu diesen trockenverdichtenden Maschinen gehören Schraubenspindel pumpen, Klauenpumpen, Membranpumpen, Kolbenpumpen, Scroll-Maschinen sowie Wälz kolbenpumpen. Diesen Maschinen ist jedoch gemeinsam, daß sie die heutigen Ansprüche hinsichtlich Zuverlässigkeit und Robustheit sowie Baugröße und Gewicht bei gleichzeitig niedrigem Preisniveau immer noch nicht erreichen.

In der Vakuumtechnik werden zunehmend trockenverdichtende Schraubenspindelpumpen eingesetzt, weil sie als typische 2-Wellenverdrängermaschinen das vakuumspezifisch erforderlich hohe Kompressionsvermögen einfach dadurch realisieren, daß sie die not wendige Mehrstufigkeit als Hintereinanderschaltung mehrerer abgeschlossener Arbeits kammern über die Anzahl der Umschlingungen je Spindelrotor äußerst unkompliziert erreichen. Des weiteren wird durch die berührungslose Abwälzung der Spindelrotore eine erhöhte Rotordrehzahl ermöglicht, so daß relativ zur Baugröße gleichzeitig Nennsaugver mögen sowie Liefergrad steigen. Die angestrebten Spindelrotordrehzahlen liegen bei modernen Spindelvakuumpumpen meist deutlich oberhalb der Nenndrehzahl der wegen ihrer Robustheit üblicherweise eingesetzten Asynchronmotore, so daß entweder ein Frequenzumrichter oder ein vorgeschaltetes Zahnradgetriebe zur Drehzahlerhöhung erforderlich ist. Bei diesen erhöhten Rotordrehzahlen, die meist deutlich über 3.000 min^-1 liegen (Größenordnung etwa 10.000 min^-1), ist ein berührungsfreies Abwälzen der beiden Verdrängerspindeln im Pumpenarbeitsraum unabdingbar. Dies wird heute überwiegend mit einfachen mechanischen Stirnzahnrädern realisiert. Dabei ergeben sich wegen der gewünscht hohen Rotordrehzahlen jedoch auch sehr große Umfangsgeschwindigkeiten der Verzahnung bei gleichzeitig geringer spezifische Flankenbelastung, so daß durch den hohen Dynamikfaktor eine derartige Verzahnung zum sogenannten 'Klappern' neigt: Es entsteht ein deutliches Geräuschproblem. Gleichzeitig muß zusätzlich zu dieser Synchro nisationsverzahnung der beiden Spindelrotore noch eine Stirnradgetriebestufe zur Dreh zahlerhöhung vorgeschaltet werden, so daß insgesamt vier Stirnzahnräder notwendig sind. Diese beiden parallelen Getriebestufen lassen sich bisher leider nicht günstig zusammenfassen, denn der direkte Eingriff des Antriebsritzels in die Synchronisations verzahnung der beiden gegensinnig rotierenden Spindelrotore ergäbe um den Faktor der gewünschten Drehzahlerhöhung ein deutlich zu großes Antriebsritzel, weil der Wälzkreis durchmesser der beiden gleichgroßen Synchronisationszahnrädern bisher zwingend der Größe des Achsabstandes entspricht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Antrieb und die Synchro nisation der beiden Spindelrotoren für eine schnellaufende Schraubenspindelpumpe möglichst einfach und geräuscharm zu realisieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine kronenradähnliche Verzahnung derartig eingesetzt wird, daß an dem antriebsseitigen Wellenende der beiden Verdrängerspindelrotore (1 und 2) jeweils ein kronenradähnliches Zahnrad (3 und 4) mit gleicher Zähnezahl drehfest montiert ist, deren Durchmesser jedoch geringer als der Achsabstand der beiden Spindelrotore ist, und daß in diese beiden Zahnräder (3 und 4) ein größeres kronenradähnliches Zahnrad (5) derartig eingreift, daß die beiden Spindel rotore (1 und 2) gegensinnig angetrieben werden - vergl. Fig. 1 als Prinzipdarstellung. Die gewünschte Drehzahlerhöhung vom Antriebszahnrad zu den Spindelrotoren wird über die Durchmesser- und Zähnezahlverhältnisse sehr einfach erreicht.

Mit dieser Lösung werden die Umfangsgeschwindigkeiten der Zahnräder deutlich reduziert und die spezifischen Zahnflankenbelastungen erhöht, so daß das Geräuschniveau und der Dynamikfaktor verringert werden. Gleichzeitig wird die Schmiersituation deutlich günstiger, indem auf den Innendurchmesser der Verzahnungsseite des antreibenden kronenrad ähnlichen Zahnrades (5) Schmiermittel gebracht wird, das sich fliehkraftbedingt ideal auf die Zahnflankeneingriffe verteilt, so daß insgesamt eine geräuschärmere Verzahnung erreicht wird.

Gleichzeitig sind insgesamt nur noch drei Zahnräder erforderlich, die einfach zu montieren sind, so daß sich auch die Kostensituation ebenfalls verbessert. Des weiteren wird das 'Konzept der vollständigen Spindeleinheit' einfach realisierbar: Wegen der hohen Rotor drehzahlen ist eine gute Auswuchtung der gesamten rotierenden Rotoreinheit erforderlich, d. h.: Es reicht nicht aus, nur den Verdrängerrotor zu wuchten, denn durch das anschlie ßende Hinzufügen der zusätzlichen Elemente wie Rotorlager, Wellenabdichtungen und Zahnräder etc. wird die gesamte Wuchtgüte dieser rotienden Einheit derartig verändert (auch wenn jedes Einzelteil selbst gut ausgewuchtet ist), daß die gewünschte Wuchtgüte der gesamten rotierenden Einheit nicht mehr gewährleistet werden kann. Eine nachträg liche Wuchtung in der gesamten Schraubenspindelpumpe ist aus verschiedenen Gründen (zwei ineinandergreifende Rotorspindeln, Spindelaustausch im Service-/Reparaturfall etc.) zu aufwendig. Bei der herkömmlichen direkt ineinandergreifenden Synchronisationsver zahnung läßt sich das Konzept der vollständigen Spindeleinheit durch den Doppeleingriff von Spindelfördergewinde und Synchronisationszahnräder nur sehr aufwendig umsetzen, weil die zwischenliegenden Lager- und Schöpfraumwellenabdichtungselemente leckage frei eingefaßt und montiert werden müssen.

Zusätzlich verbleibt bei der erfindungsgemäßen Lösung die Motorachse vorteilhafterweise in der gleichen Richtung wie die beiden Spindelrotorachsen, und nicht rechtwinklig zur Rotorachsebene, wie beispielsweise bei der bekannten Kombination von Stirnzahnrad und Kronenrad. Damit wird sowohl der Bauraum der gesamten Schraubenspindelpumpe mit Motor als auch die Kühlung durch den Motorluftstrom günstiger.

Das kronenradähnliche Antriebszahnrad (5) läßt sich auch als innen- und außenverzahnter Zahnkranz darstellen, der über seine Innenverzahnung das zum klassischen Stirnzahnrad geänderte rotorfeste Zahnrad (3) der Rotorwelle (1) und über seine Außenverzahnung das ebenfalls zum klassischen Stirnrad geänderte rotorfeste Zahnrad (4) der Rotorwelle (2) in der gewünschten Weise gegensinnig synchronisiert und mit erhöhter Drehzahl antreibt. Aus Kosten- und Geräuschgründen kann ein derartiger Zahnkranz als Blechpaket herge stellt werden.

In Fig. 1 ist das Prinzipbild dargestellt, mit der erfindungsgemäß der Antrieb der schnellaufenden Schraubenspindelpumpe erfolgt, indem sowohl die Synchronisation als auch die gewünschte Drehzahlerhöhung der beiden Verdrängerspindelrotore (1 und 2) durch die kronenradähnliche Verzahnung (3, 4 und 5) erfolgt.

In Fig. 1 - A bis C sind verschiedene Ausführungsformen dieser kronenradähnlichen Verzahnung dargestellt, indem der Verzahnungseingriff entweder über die gesamte Radbreite wirkt oder nur außen bzw. innen eingreift.

Die genannten Ausführungen sind vorrangig für die Vakuumtechnik besonders vor teilhaft, sie gelten jedoch ebenso für andere Einsatzfälle derartiger Spindelpumpen.

Claims

1. Antriebs- und Synchronisationseinheit für eine trockenverdichtende Schrauben spindelpumpe zur Förderung und Verdichtung von Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden außenverzahnten und gegensinnig rotierenden Verdrängerspindelrotore (1 und 2) von einer kronenradähnlichen Verzahnung (3, 4 und 5) angetrieben und synchronisiert werden.

2. Trockenverdichtende Simultanspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzahnungsdurchmesser der beiden kronenradähnlichen Zahnräder (3 und 4) für die beiden Verdrängerspindelrotore (1 und 2) kleiner als der Achsabstand der beiden Rotore ist.

3. Trockenverdichtende Simultanspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende kronenradähnliche Zahnrad (5) in die beiden Zahnräder (3 und 4) eingreift.

4. Trockenverdichtende Simultanspindelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (5) größer als die beiden spindelrotorfesten Zahnräder (3 und 4) ist.

5. Trockenverdichtende Simultanspindelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (5) direkt auf der Welle des Antriebsmotors befestigt ist.

6. Trockenverdichtende Simultanspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel innen auf das kronenradähnliche Zahnrad (5) zur Schmierung der Verzahnungseingriffe eingebracht wird.

7. Trockenverdichtende Simultanspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kronenradähnliche Rad (5) als innen- und außenverzahnter Zahnkranz über seine Innenverzahnung das zum klassischen Stirnzahnrad geänderte rotorfeste Zahnrad (3) der Rotorwelle (1) und über seine Außenverzahnung das ebenfalls zum klassischen Stirnrad geänderte rotorfeste Zahnrad (4) der Rotorwelle (2) gegensinnig synchronisiert und mit erhöhter Drehzahl antreibt.