DE19522551A1 - Zweiwellen-Verdrängermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweiwellen-Verdrängermaschine, beispielsweise eine Rootspumpe oder einen Schraubenspindelver­ dichter, die zwei synchron umlaufende und mit Umfangserhöhun­ gen bzw. -vertiefungen ineinandergreifende Rotationskolben aufweist. Zur Sicherung der gegenseitigen Winkelstellung der Rotationskolben sind ihre Wellen mit einer Synchronisations­ einrichtung versehen, die herkömmlich von einem Paar ineinan­ dergreifender Zahnräder gebildet ist. In neuerer Zeit sind auch Einrichtungen zur elektronischen Synchronisation bekannt geworden. Dabei sind die gesondert angetriebenen Wellen der Rotationskolben jeweils mit einer Impulsgeberscheibe verbun­ den, die es in Verbindung mit der elektronischen Synchro­ nisationseinrichtung gestatten, in jedem Augenblick die relative Winkelstellung der Rotationskolben festzustellen, eine etwaige Abweichung ihrer Winkellage zu ermitteln und die Soll-Relation durch Einwirkung auf die gesonderten Antriebe der beiden Wellen wiederherzustellen. Es ist auch bekannt, zusätzlich zu der elektronischen Synchronisationseinrichtung eine mechanische Not-Synchronisationseinrichtung vorzusehen, die aus einem Paar ineinandergreifender Zahnräder gebildet ist, wobei das Spiel dieser Zahnräder größer ist als das für die elektronische Synchronisationseinrichtung vorgesehene Spiel. Dabei ist die der elektronischen Synchronisationseinrichtung zugebilligte Toleranz geringer als die der Not-Synchronisation, und diese ist wiederum geringer als die der Rotoren. Die Zahnräder kommen daher bei normalen Betrieb nicht miteinander in Eingriff; lediglich beim Versagen der elektronischen Synchronisation oder in abnormen Betriebs­ zuständen, ggf. auch beim An- und Abfahren, verhindern sie einen gefährlichen Kontakt der Flanken der Rotationskolben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bauaufwand zu verringern. Sie erreicht dies dadurch, daß die Zahnräder als Impulsgeber ausgebildet sind oder verwendet werden oder mit Impulsgeberflächen versehen sind. Damit dies nicht durch die Anwesenheit von Schmierstoff erschwert wird, sind sie zweckmä­ ßigerweise trocken laufend ausgebildet. Vorteilhafterweise werden die Zähne bzw. Zahnflächen oder Zahnkanten der Notsyn­ chronisationszahnräder für die Impulsgabe verwendet. Falls die Möglichkeit besteht, daß diese bei der Notsynchronisation beschädigt oder verformt werden, können nach der Erfindung auch besondere Flächen (einschließlich deren Kanten), die an der Notsynchronisation nicht teilnehmen, für die Impulsgabe vorgesehen werden. Zweckmäßigerweise sind sie an demselben Teil angeordnet, das auch die Notsynchronisationszähne bildet oder trägt. Jedoch soll nicht ausgeschlossen werden, daß neben dem Notsynchronisationszahnrädern besondere Räder oder Schei­ ben oder dergleichen angeordnet werden, die die Impulsgeber­ flächen tragen oder bilden.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Schraubenspindelvakuumpumpe.

Auf dem Fußteil 1 ruht das Motorgehäuse 2, das oben mit der flanschartigen Grundplatte 3 ggf. einstückig verbunden ist, auf der das Schöpfraumgehäuse 4 aufgebaut ist. Dieses wird oben durch einen Deckel 5 abgeschlossen, der eine Saugöffnung 6 enthält.

An der Grundplatte 3 sind in später zu erläuternder Weise die Flanschplatten 50 der Lagerkörper 7 befestigt, die je zur La­ gerung eines Rotors 8 dienen, dessen Umfang vorzugsweise zweigängig schraubenförmig angeordnete Verdrängervorsprünge 9 trägt, die in der Art eines Zahneingriffs in die Förderhohl­ räume 10 zwischen den Verdrängervorsprüngen 9 des benachbarten Rotors eingreifen. Außerdem wirken die Verdrängervorsprünge 9 am Umfang mit der Innenfläche des Schöpfraumgehäuseteils 4 zusammen. Die Rotoren 8 stehen oben mit dem Saugraum 11 und unten mit dem Druckraum 12 in Verbindung.

Der Druckraum 12 steht in Verbindung mit einem nicht gezeigten Druckauslaß. Diese Teile sind am unteren Ende des vertikal aufgestellten Schöpfraumgehäuses vorgesehen.

Jeder Rotor 8 ist drehfest mit einer Welle 20 verbunden, die unten im Lagerkörper 7 durch ein dauergeschmiertes Wälzlager 21 gelagert ist. Ein zweites, gleichfalls dauergeschmiertes Wälzlager 22 befindet sich am oberen Ende eines rohrförmigen Teils 23 des Lagerkörpers 7, der in eine nach unten, also druckseitig, offene, konzentrische Bohrung 24 des Rotors 8 hineinragt. Dieses Lager 22 befindet sich vorzugsweise ober­ halb der Mitte des Rotors 8. Der rohrförmige Teil 23 des Lagerkörpers erstreckt sich vorzugsweise durch den größeren Teil der Länge des Rotors 8. Das Ende des rohrförmigen Teils 23 liegt bei vertikaler Anordnung der Pumpe wesentlich höher als der Druckauslaß 17. Dies ist hilfreich für den Schutz der Lager- und Antriebsregion vor dem Eindringen von Flüssigkeit oder anderen schweren Verunreinigungen vom Schöpfraum her.

Zum Schutz des Lager- und Antriebsbereichs vor vom Schöpfraum her eindringenden Einflüssen sind geeignete Dicht- und/oder Sperreinrichtungen vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist die Ausrüstung der einander gegenüberstehenden Flächen des Lager­ körpers 23 und der Innenflächen des Rotorhohlraums 24 auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einem nicht dargestell­ ten Fördergewinde, das einen Fördereffekt vom Rotorhohlraum 24 zum Druckraum 12 hin ausübt. Dieser Fördereffekt wirkt sich wegen deren höherer Dichte vornehmlich auf feste oder flüssige Teilchen aus und verhindert dadurch deren Eindringen in den Lager- und Antriebsbereich. Das Fördergewinde wird zweckmäßi­ gerweise so ausgebildet, daß dieser Effekt auch bei erheblich abgesenkter Drehzahl noch wirksam ist.

Der Fördereffekt kann auch dadurch herbeigeführt werden, daß der Spalt zwischen Rotor und Lagerkörper sich konisch zum Druckraum hin erweitert. Die Spaltweite (Abstand der Oberflä­ che des Lagerkörpers von der Oberfläche des Rotors) bleibt dabei im wesentlichen konstant. Zusätzlich können auch in diesem Falle die einander gegenüberstehenden Flächen auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Fördergewinde versehen sein; erforderlich ist dies aber nicht.

Da die Ausrüstung des Spalts zwischen Rotor und Lagerkörper mit einem Fördergewinde oder einer fördernd wirkenden Ko­ nizität sehr wirksam gegen das Eindringen von Flüssigkeit oder Feststoffteilchen abdichtet, kann oft auf zusätzliche Dicht­ einrichtungen verzichtet werden; jedoch können sie vorgesehen sein, und zwar vorzugsweise in berührungsfreier oder berüh­ rungsarmer Bauart, z. B. Labyrinthdichtungen oder kolbenringar­ tige Dichtungen.

Aufgrund der Dichtwirkung des Fördergewindes bzw. der Spalt­ konizität ist die erfindungsgemäße Pumpe unempfindlich gegen das Vorhandensein von Flüssigkeit im Schöpfraum, solange sich die Rotoren in Drehung befinden. Diese Unempfindlichkeit besteht auch im stationären Zustand dank der hohen Lageranord­ nung im Rotor, solange die Flüssigkeit im Schöpfraum das Lagerniveau nicht erreicht. Sie ist nicht nur dann wichtig, wenn das Fördermedium einen Flüssigkeitsschwall mit sich führt, sondern kann auch für die Reinigung und/oder Kühlung der Pumpe durch Flüssigkeitseinspritzung genutzt werden. Beispielsweise kann durch Düsen, von denen eine bei 27 ange­ deutet ist, Reinigungs- oder Kühlflüssigkeit eingesprüht werden. Es können dieselben oder gesonderte Düsen 27 zum Einsprühen der Reinigungsflüssigkeit und der Kühlflüssigkeit verwendet werden.

Bei den Wälzlagern 21, 22 handelt es sich im dargestellten Beispiel um Schrägkugellager, die durch eine Feder 29 gegen­ einander angestellt sind. Jede Welle 20 trägt unterhalb des Lagers 21 vorzugsweise unmittelbar, d. h. ohne zwischenge­ schaltete Kupplung, den Läufer 35 des Antriebsmotors, dessen Stator 36 in dem Motorgehäuse 2 angeordnet ist. Das Motorge­ häuse kann mit Kühlkanälen 38 ausgerüstet sein.

Die Flanschplatten 50, die in dem dargestellten Beispiel mit den Lagerkörpern 7 aus einem Stück bestehen, sind mit ihren Außenrändern 51, die im wesentlichen dem Umfang des Schöpf­ raumgehäuses 4 folgen, und ihren aneinanderliegenden Innenrän­ dern 52 auf die Oberseite der Grundplatte 3 aufgesetzt. Die Flanschplatten 50 sind gegenüber der Grundplatte 3 gedichtet. Auch die im Radialschnitt einer Sekante folgenden Stirnflächen 53, an denen sie aneinander anliegen, sind mit einer Dich­ tungseinlage ausgerüstet.

Unter den Flanschplatten 50, zwischen den Rändern 51, 52 ist eine Eindrehung vorgesehen, die mit der Oberseite der Grund­ platte 3 einen Raum 39 einschließt, der zur Aufnahme von Synchronisations-Zahnrädern 40 dient, die mit bekannten Mitteln drehfest auf den Wellen 20 zwischen den Lagern 21 und den Motorläufern angeordnet sind. Damit sie im Bereich der Innenränder 52 der Flanschplatten 50 miteinander kämmen können, weisen die Innenränder an entsprechender Stelle einen Ausschnitt auf, durch den die Zahnräder hindurchgreifen. Unterhalb dieses Ausschnitts bleibt auf jeder Seite ein Steg stehen, auf den in Fig. 1 die Bezugslinie der den Innenrand allgemein bezeichnenden Bezugsziffer 52 weist. Dieser Steg ist nicht nur aus Stabilitätsgründen vorteilhaft, sondern auch weil er eine umlaufende Abdichtung einerseits gegenüber der Grundplatte 3 und andererseits zwischen den abgeflachten Sekantenflächen der Flanschplatten 50 ermöglicht.

Die Ausdrehungen 39 in den Flanschplatten 50 haben einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Synchro­ nisations-Zahnräder 40. Sie sind im Verhältnis zu den Innen­ rändern 52 ein wenig exzentrisch angeordnet, damit die Syn­ chronisations-Zahnräder 40 bei der Montage der Rotor-Bau­ einheiten trotz des Vorhandenseins des Dichtungsstegs bei 52 eingesetzt werden können.

Da der die Synchronisations-Zahnräder 40 enthaltende Raum 39 von dem Schöpfraum vollständig getrennt ist, besteht für die Synchronisations-Zahnräder die Gefahr der Verschmutzung nicht. Sie dienen lediglich der Notsynchronisation der Rotoren. Ihre Zähne kommen normalerweise nicht miteinander in Berührung. Eine Schmierung ist deshalb in der Regel nicht erforderlich. Zwar ist sie gewünschtenfalls anwendbar, aber der Trockenlauf der Synchronisation-Zahnräder vereinfacht die Konstruktion, weil eine Abdichtung zwischen dem Raum 39 und den Antriebsmo­ toren nicht erforderlich ist.

Die Synchronisations-Zahnräder 40 können auch als Impulsgeber­ scheiben dienen, die von Sensoren 42 abgetastet werden, von denen in Fig. 1 einer dargestellt ist. Diese Sensoren 42 stehen mit einer Regeleinrichtung in Verbindung, die die jeweilige Drehstellung der Rotoren gegenüber einem Sollwert überwacht und über den Antrieb korrigiert. Es handelt sich dabei um eine Synchronisation der Rotoren auf elektronischem Wege, die als solche bekannt ist und daher hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Das Spiel zwischen den Zähnen der Synchronisations­ zahnräder 40 ist etwas geringer als das Flankenspiel zwischen den Verdrängervorsprüngen 9 der Rotoren 8. Es ist jedoch größer als die Synchronisationstoleranz der elektronischen Synchronisationseinrichtung. Bei ordnungsgemäßem Funktionieren der letzteren kommen somit weder die Flanken der Verdränger­ vorsprünge 9 noch die Zähne der Synchronisationszahnräder 40 miteinander in Kontakt. Für den Fall, daß die letzteren doch einmal miteinander in Kontakt kommen sollten, sind sie mit einer verschleißfesten und ggf. gleitgünstigen Beschichtung versehen.

Man erkennt, daß jeder Rotor mit den zugehörigen Lager- und Antriebseinrichtungen eine selbständig montierbare Baueinheit bildet, die neben dem Rotor aus den Lagern 21, 22, dem Lager­ körper 7, dem darin vorgesehenen Kühleinrichtungen, der Welle 20, dem Synchronisationszahnrad 40, dem zugehörigen Sensor 42 und dem Motorläufer 35 besteht. Diese Einheiten werden kom­ plett vormontiert in die Pumpe eingesetzt. Sie können nach der Abnahme des Schöpfraumgehäuses leicht von der Grundplatte 3 abgenommen bzw. eingesetzt werden. Ihre Auswechslung kann daher dem Anwender überlassen bleiben, während der Hersteller die Wartung der empfindlichen Einheiten als solchen besorgt.

Claims (3)

1. Zweiwellen-Verdrängermaschine, deren Wellen (20) mit gesonderten Antrieben (35, 36) und mit einer elektroni­ schen Synchronisationseinrichtung versehen sind, die Impulsgeberscheiben auf den Wellen umfaßt, wobei die Wellen ferner ein Paar von ineinandergreifenden Not- Synchronisationszahnrädern tragen, die mit einem größeren Spiel ineinandergreifen, als es für die elektronische Synchronisation vorgesehene ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (40) als Impulsgeber ausgebildet sind oder verwendet werden oder damit versehen sind.

2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Not-Synchronisationszahnräder (40) trocken­ laufend sind.

3. Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die Impulsgabe besondere, an der Notsyn­ chronisation nicht teilnehmende Flächen vorgesehen sind.