DE202006007301U1

DE202006007301U1 - Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe

Info

Publication number: DE202006007301U1
Application number: DE200620007301
Authority: DE
Original assignee: ILMVAC GmbH
Current assignee: Gardner Denver Thomas GmbH
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2016-05-06

Abstract

Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe (01) zur Förderung und Verdichtung von Gasen, umfassend:
– einen Antriebsmotor (02) mit einer Antriebswelle (04);
– einen Schöpfraum (14) und ein Getriebegehäuse (03);
– zwei im Schöpfraum (14) axial parallel angeordnete Rotorspindeln (13), deren Antriebsenden in das Getriebegehäuse (03) ragen und eine Verzahnung (16) aufweisen, wobei die Rotorspindeln (13) konusförmige Ausnehmungen (21) besitzen, die in Richtung des Getriebegehäuses (03) den größeren Durchmesser aufweisen und dorthin offen sind und in denen jeweils ein Ölführungsrohr (22) angeordnet ist, dessen inneres Ende in die konusförmige Ausnehmung (21) geöffnet und dessen äußeres Ende an ein Staurohr (23) angeschlossen ist;
– ein Antriebszahnrad (06; 53, 54) mit zwei Kronenradverzahnungen (57), welches im Getriebegehäuse (03) angeordnet und mit der Antriebswelle (04) verbunden ist, in die Verzahnungen (16) der Rotorspindeln (13) eingreift und diese gegensinnig antreibt;
wobei Kühl- und Schmiermittel in den konusförmigen Ausnehmungen (21) und im Getriebegehäuse...

Description

Die vorliegende Neuerung betrifft eine trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe zur Förderung und Verdichtung von Gasen, insbesondere zur Herstellung eines Vakuums in einem an die Pumpe angeschlossenen Rezipienten.
Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpen werden in Vakuumsystemen zunehmend eingesetzt, um den erhöhten Anforderungen an die Reinheit des Fördermediums und die Umweltverträglichkeit durch einen Verzicht auf Betriebsflüssigkeiten im Schöpfraum gerecht zu werden.
Aus der DE 100 04 373 A1 ist eine trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe als Zweiwellenverdrängermaschine bekannt. Auf Grund der Trockenverdichtung ist eine Drehzahl in einer Größenordnung von 10.000 Umdrehungen pro Minute erforderlich. Zur Erzielung dieser hohen Drehzahlen wird ein Kronenradantrieb vorgeschlagen. Die Rotorspindeln sind außen verzahnt und werden von einer kronenradähnlichen Verzahnung gegensinnig angetrieben und synchronisiert. Hierdurch arbeitet eine solche Pumpe bei der erforderlichen Drehzahl geräuschärmer als Pumpen mit einem Stirnzahnradantrieb. Problematisch ist die Synchronisation der Rotorspindeln, da sich die Rotorspindeln auch bei diesen hohen Drehzahlen nicht berühren dürfen. Eine auch nur geringfügige Berührung hätte die sofortige Zerstörung der Rotorspindeln zur Folge. Das maximal zulässige Verdrehflankenspiel im Kronenradantrieb beträgt weniger als 0,1 Millimeter. Das Kronenrad muss daher sehr eng an den Rotorspindeln angeordnet sein. Durch Fertigungstoleranzen und durch Verformungen des Getriebes während des Betriebes kommt es teilweise zu großen Kräften zwischen den Verzahnungen. Dieses so genannte Drücken in den Zahnflanken erhöht den Verschleiß und bewirkt weiterhin einen großen Geräuschpegel der Schraubenspindelpumpe. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Schraubenspindelpumpe ist die entstehende große Verlustwärmemenge, deren Abfuhr ernsthafte Probleme bereitet.
Aus der DE 101 02 341 A1 ist eine Profilkontur einer Schraubenspindelpumpe mit einer längs zur Drehachse veränderlichen Steigung und/oder Zahnhöhe bekannt. Die veränderliche Steigung und/oder Zahnhöhe bewirkt einen reduzierten Leistungsverbrauch, da das saugseitig eingeschlossene Gasvolumen während des Transportes zum Auslass hin verringert wird. Die Kontur wird erzeugt, indem der erste Teil der Profilkontur durch ein einfaches Bearbeitungswerkzeug festgelegt und erzeugt wird und der andere Teil der Kontur nach diesem erzeugten Flankenverlauf bestimmt wird. In dieser Druckschrift ist außerdem ein Kühlmittelführung im Inneren der Rotorspindeln beschrieben. Dafür wird entweder eine separate Ölpumpe eingesetzt oder der Öldruck wird über ein Ölführungsrohr am Austrittspunkt des Kühlmittels direkt an der Rotorspindel aufgebaut. Die letztgenannte Gestaltung führt jedoch nicht zu zufrieden stellenden Druckverhältnissen beim Kühlmitteltransport.
Aus der DE 198 00 825 A1 ist eine trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe als Zweiwellenverdrängermaschine bekannt, die eine verbesserte Kühlung der Rotorspindeln aufweist. Die Rotorspindeln sind hohl ausgeführt und es wird ein Kühl-/Schmiermittel ständig zu- und abgeführt. Die Aushöhlung ist vorzugsweise konusförmig ausgeführt, um die Kühl-/Schmiermittelförderung durch die Fliehkraft zu unterstützen. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass sie einer eigenen druckerzeugenden Pumpe bedarf, die beispielsweise an einem Motor angeschlossen ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Neuerung besteht darin, die Nachteile bekannter trockenverdichtender Schraubenspindelpumpen zu beheben und insbesondere die Kühlung zu verbessern und zu vereinfachen. Weitere Teilaufgaben der Neuerung bestehen darin, das Berührungsrisiko der Rotorspindeln und den Betriebsgeräuschpegel der Schraubenspindelpumpe weiter zu senken.
Die erstgenannte Aufgabe wird zunächst gelöst durch eine trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe gemäß dem beigefügten Anspruch 1, bei der das Kühl- und Schmiermittel von einem kronenradähnlichen Antriebsrad durch das Getriebegehäuse befördert wird, durch ein Ölführungsrohr aus dem Getriebegehäuse in das Innere der Rotorspindeln gelangt, und in einem außen angeordneten Kühlkörper gekühlt wird.
Ein besonderer Vorteil dieser Neuerung besteht darin, dass auf eine Hilfspumpe für das Kühl- und Schmiermittel gänzlich verzichtet werden kann, ohne Einbußen in der Kühlung und folglich in der Leistung der Schraubenspindelpumpe in Kauf nehmen zu müssen.
Die weiteren Aufgaben der Neuerung werden gelöst durch Schraubenspindelpumpen gemäß den beigefügten nebengeordneten Ansprüchen 5 und 7. Besondere Ausführungsformen der Neuerung sind in den Unteransprüchen genannt.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Neuerung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen mehre rer Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
1 zwei Ansichten einer neuerungsgemäßen Schraubenspindelpumpe ohne äußeres Gehäuse;
2 eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Schraubenspindelpumpe;
3 eine perspektivische Detailansicht eines Getriebes der in 1 gezeigten Schraubenspindelpumpe;
4 eine Detailansicht einer Kühlmittelzuführung des in 3 gezeigten Getriebes;
5 eine Schnittsdarstellung einer Rotorspindel der in 1 gezeigten Schraubenspindelpumpe;
6 eine Schnittdarstellung eines Spindelgehäuses der in 1 gezeigten Schraubenspindelpumpe;
7 eine Detailansicht der in 5 gezeigten Rotorspindel;
8 eine perspektivische Ansicht der Schraubenspindelpumpe in einem äußeren Gehäuse;
9 eine Ausführungsform von Kronenrädern der Schraubenspindelpumpe in zwei Ansichten;
10 eine weitere Ausführungsform der Kronenräder der Schraubenspindelpumpe in zwei Ansichten;
11 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform von Kronenrädern mit zwischenliegendem Dämpfungsspalt;
12 eine Detailansicht eines an der Rotorspindel angebrachten Simmerrings;
13 zwei Ansichten eines Lüfterrades.
1 zeigt zwei Ansichten einer bevorzugten Ausführungsform einer neuerungsgemäßen Schraubenspindelpumpe 01 zur Erzeugung eines Vakuums. Abbildung a) der 1 zeigt eine Ansicht der Schraubenspindelpumpe 01 von oben. Abbildung b) der 1 zeigt eine Seitenansicht der Schraubenspindelpumpe 01. Die 1 zeigt die Schraubenspindelpumpe 01 ohne ein äußeres Gehäuse. Die Schraubenspindelpumpe 01 wird von einem Asynchron-Motor 02 angetrieben. Der Asynchron-Motor 02 ist an ein Getriebegehäuse 03 angeflanscht. Das Getriebegehäuse 03 ist in Abbildung a) in einem geöffneten Zustand dargestellt. Im Getriebegehäuse 03 befindet sich auf einer hier zweiteilig ausgebildeten Antriebswelle 04 des Asynchron-Motors 02 ein zweiteiliges Kronenrad 06. Das Kronenrad kann auch aus zwei einzelnen Kronenrädern zusammengesetzt sein, was weiter unten noch detailliert beschrieben wird. Am Getriebegehäuse 03 ist ein Spindelgehäuse 07 senkrecht zur Antriebswelle 04 angeflanscht. Das Spindelgehäuse 07 ist zu einem großen Teil von einem Kühlkörper 08 umgeben.
Die Schraubenspindelpumpe 01 umfasst weiterhin einen Saugstutzen 09 zum Anschluss an einen Rezipienten und einen Druckstutzen 11 zum Ausschieben eines Gases. Der Asynchron-Motor 02 und der Kühlkörper 08 weisen gerippte Oberflächen zur Abführung der durch den Betrieb entstehenden Wärme auf. Auf der Antriebswelle 04 ist weiterhin ein Lüfterrad 12 zur Erzeugung eines Kühlluftstromes angeordnet. Einzelheiten zum Lüfterrad 12 werden weiter unten noch dargestellt.
2 zeigt eine Schnittdarstellung der Schraubenspindelpumpe entlang der in Abbildung b) der 1 eingezeichneten Schnittlinie A-A. Die in 2 gezeigten Bauteile sind durch dieselben Bezugszeichen wie in 1 gekennzeichnet, inso fern sie mit diesen übereinstimmen. Im Schnitt A-A des Spindelgehäuses 07 sind insbesondere zwei Rotorspindeln 13 in einem Schöpfraum 14 dargestellt. Durch eine gegensinnige Rotation beider Rotorspindeln 13 wird das durch den Saugstutzen 09 in den Schöpfraum 14 beförderte Gas angesaugt, verdichtet und letztlich über den Druckstutzen 11 ausgeschoben.
Die Rotorspindeln 13 weisen eine Kontur 15 auf, deren Spindelsteigung in Richtung des Druckstutzens 11 abnimmt, wodurch die Verdichtung erhöht wird. Die neuerungsgemäße Schraubenspindelpumpe 01 kann jedoch auch mit Rotorspindeln mit konstanter Spindelsteigung oder anderen Bauformen von Rotorspindeln ausgeführt sein. Mit der Schraubenspindelpumpe 01 kann durch Variation der Motorleistung, des Übersetzungsverhältnisses des Kronenradgetriebes und der Spindelgeometrie ein Saugvermögen von bis zu 250 Kubikmeter je Stunde erzielt werden.
Das zweiteilige Kronenrad 06 wird direkt vom Asynchron-Motor 02 angetrieben und greift in Verzahnungen 16 der beiden Rotorspindeln 13 ein, sodass diese gegensinnig rotieren. Durch die geringe Anzahl an Getriebeelementen sind die Geräuschentwicklung und die Ausfallwahrscheinlichkeit vermindert. Die Rotorspindeln 13 rotieren vorzugsweise mit einer Drehzahl von ca. 11.500 Umdrehungen pro Minute und werden in Hauptlagern 17 im Getriebegehäuse 03 und in Gegenlagern 18 in einem Saugdeckel 19 des Schöpfraumes 14 gelagert. In jeder Rotorspindel 13 ist ein konusförmige Bohrung 21 eingebracht, in der Öl zur Kühlung geführt wird. Durch die hohe Drehzahl der Rotorspindeln und die sich zum Getriebegehäuse hin erweiternde Konusform wird das Öl zurück in das Getriebegehäuse 03 gefördert. Die hohe Drehzahl bewirkt eine Beschleunigung des Öles von ca. 25-facher Erdbeschleunigung. Dadurch bildet sich ein dünner Ölfilm aus und kühlt die Rotorspindeln 13 von innen. In den konischen Bohrungen 21 verläuft in axialer Richtung jeweils ein Ölführungsrohr 22, in welchem das Öl bis an das engere Ende der konischen Bohrung 21 befördert wird, dort austritt und sich dann an der Bohrungswandung verteilt und zum Getriebegehäuse zurück strömt.
3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Getriebegehäuses 03 der in den 1 und 2 gezeigten Schraubenspindelpumpe 01. Die in Richtung Getriebegehäuse 03 gerichteten Enden der Ölführungsrohre 22 sind an jeweils an ein Staurohr 23 angeschlossen, welches sich am anderen Ende jeweils in eine umlaufende Rinne 24 des Kronenrades 06 öffnet. Durch die Rotation des Kronenrades 06 wird das im Getriebegehäuse 03 befindliche Öl in den Rinnen 24 gefördert und über die Staurohre 23 in die Ölführungsrohre 22 gedrückt, um darüber in die konusförmigen Bohrungen 21 zu gelangen. Die Ölführungsrohre 22 sind am getriebegehäuseseitigen Ende mit runden Befestigungsplatten 26 befestigt. Die runden Befestigungsplatten 26 sind wiederum in Kartuschen 27 befestigt. Die runden Befestigungsplatten 26 können in den Kartuschen 27 nach dem Lösen von Schrauben 28 in Langlöchern 29 gedreht werden. Dadurch können die Staurohre 23 genau auf die Rinnen 24 des Kronenrades 06 ausgerichtet werden. Die Führung in den Langlöchern 29 ermöglicht zudem ein Wegschwenken der Staurohre 23, um einen Wechsel des Kronenrades 06 zu gestatten.
4 zeigt eine weitere Detailansicht des in 3 gezeigten Getriebegehäuses 03. Die in 4 gezeigten Elemente sind durch dieselben Bezugszeichen wie in den 1 bis 3 gekennzeichnet, insofern sie mit diesen übereinstimmen. Es ist insbesondere die Anordnung des Ölführungsrohres 22 in der konischen Bohrung 21 der Rotorspindel 13 dargestellt.
5 zeigt eine Schnittsdarstellung einer der beiden Rotorspindeln 13. Die in 5 gezeigten Elemente sind durch dieselben Bezugszeichen wie in den 1 bis 4 gekennzeichnet, insofern sie mit diesen übereinstimmen. Es ist insbesondere die Anordnung des Ölführungsrohres 22 in der konischen Bohrung 21 der Rotorspindel 13 ersichtlich. Weiterhin sind die Hauptlager 17 und die Gegenlager 18 der Rotorspindel 13 dargestellt. Die Hauptlager 17 befinden sich in der Kartusche 27. In der Kartusche 27 befindet sich weiterhin eine Wellenabdichtung 32 zur Abdichtung der Rotorspindel 13 gegenüber dem Getriebegehäuse 03. Die Rotorspindel 13 bildet mit der Kartusche 27 und den darin befindlichen Hauptlagern 17 und der Wellenabdichtung 32 sowie dem Gegenlager und des Weiteren mit dem Ölführungsrohr 22 und dem Staurohr 23 eine fertig montierte Einheit. Diese Einheit entspricht der Darstellung in 5. Die Ausführung dieser Bauteile als eine Einheit bietet den Vorteil, dass die Rotorspindel 13 im Falle eines Erfordernisses aufwandsarm gewechselt werden kann. Hierfür müssen lediglich der Saugdeckel 19 und die Kartusche 27 gelöst werden. An den Enden der Kontur 15 der Rotorspindeln 13 ist jeweils ein Simmerring 31 angeordnet, dessen Funktionsweise noch erläutert wird (siehe 12).
6 zeigt eine Schnittdarstellung des Spindelgehäuses 07 mit den darin befindlichen Rotorspindeln 13 und dem umgebenden Kühlkörper 08. Der Kühlkörper 08 weist große Rippen 33 zur Abführung von Wärmeenergie nach außen auf. Der Kühlkörper 08 ist mit einem großen Teil der Oberfläche des Spindelgehäuses 07 flächig verbunden, wobei diese Verbindung einen guten Wärmeübergang sicherstellt. In dem verbleibenden Raum zwischen dem Kühlkörper 08 und dem Spindelgehäuse 07 befinden sich drei Kanäle 34, 36 und 37 für den Transport und die Kühlung des Öles. Das aus den Rotorspindeln 13 kommende Öl, welches dort Wärme aufgenommen hat, wird von den rotierenden Kronenrädern in den mittleren Kanal 36 gepumpt, wo der Hauptstrom des Öles an einigen der Rippen 33 des Kühlkörpers 08 sowie an Rippen 38 des Spindelgehäuses 07 entlang fließt und dort nochmals Wärme vom Spindelgehäuse aufnehmen kann. Das Öl strömt in den seitlichen Kanälen 34 und 37 zurück zum Getriebegehäuse 03 und gibt dabei Wärme an den äußeren Kühlkörper 08 ab. Durch diese Anordnung ist gewährleistet, dass sowohl eine große Wärmemenge unmittelbar vom Spindelgehäuse 07 auf den Kühlkörper 08 geleitet wird, als auch dass eine große Wärmemenge vom Spindelgehäuse 07 an das Öl abgegeben wird, welches durch die Rotorspindeln 13, das Getriebegehäuse 03 und den Kühlkörper 08 zirkuliert und ebenfalls Wärme an den Kühlkörper 08 abgibt.
7 zeigt die in 5 dargestellte Kartusche 27 der Rotorspindeln 13 im Detail. Die in 7 gezeigten Elemente sind durch dieselben Bezugszeichen wie in der 5 gekennzeichnet, insofern sie mit diesen übereinstimmen. Die Wellenabdichtung 32 ist berührungsfrei ausgeführt. Sie wirkt durch dynamisches Dichten über in Reihe geschaltete Leitwerte und Abscheidkammern 41. Die Leitwerte sind durch wirksame Spalte 42 von maximal 0,1 Millimeter Breite gebildet. Auf den Rotorspindeln 13 sind weiterhin rotationssymmetrische Schleuderpunkte 43 angeordnet, um definiert Öl in die Abscheidkammern 41 abzuschleudern. Das abgeschleuderte Öl wird in den Ölkreislauf zurückgeführt. Die Rotorspindeln 13 sind zusätzlich mit Kolbenringen 44 gegenüber der Kartusche 27 abgedichtet.
8 zeigt die neuerungsgemäße Schraubenspindelpumpe 01 im äußeren Gehäuse 46. Das äußere Gehäuse 46 weist eine Öffnung 47 zur Durchführung des Saugstutzens 09 und eine Öffnung 48 zur Durchführung des Druckstutzens 11 auf. Durch zwei weitere Öffnungen 49 können zwei Schaugläser (nicht gezeigt) betrachtet werden, um den Stand des Öles in der Schraubenspindelpumpe 01 zu kontrollieren. Am äußeren Gehäuse 46 befinden Befestigungslaschen 51 zur Befestigung der gesamten Schraubenspindelpumpe 01.
Das äußere Gehäuse 46 dient zur Verkleidung der Schraubenspindelpumpe 01 und zur Führung eines Kühlluftstromes, der vom Lüfterrad 12 des Asynchron-Motors 02 angetrieben wird. Durch die Führung dieses Luftstromes ist gewährleistet, dass die gerippte Gehäuseoberfläche des Asynchron-Motors 02 und insbesondere die Kühlkörperrippen 33 von diesem Luftstrom umströmt werden. Dadurch können große Wärmemengen von dem Kühlkörper 08 abgeleitet werden. Das äußere Gehäuse 46 ist mit Schalldämmmatten zur weiteren Senkung des Geräuschpegels ausgelegt. Alternativ oder zusätzlich zur Kühlung durch den Luftstrom kann im Ölkreis eine Wasserkühlschlange eingebracht sein.
Da bei einer Vakuumpumpe keine Wärme über das Fördermedium abgeleitet werden kann, muss die Kühlung ausschließlich über die gezeigten Lösungen gewährleistet sein.
9 zeigt eine besondere Ausführungsform des Kronenradantriebes. Abbildung a) der 9 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kronenradantriebes und Abbildung b) der 9 zeigt eine Schnittdarstellung des Kronenradantriebes. Der Kronenradantrieb wird durch ein erstes Kronenrad 53 und durch ein zweites Kronenrad 54 gebildet. Die Kronenräder 53, 54 weisen Radscheiben 56 auf, deren Materialstärke so dimensioniert ist, dass sie im Vergleich zu den anderen Teilen des Getriebes eine geringere Biegesteifigkeit aufweisen. Die abgeschwächten Radscheiben 56 nehmen einen Teil der axialen Komponenten der Kräfte, die zwischen den Rotorspindelverzahnungen 16 und Verzahnungen 57 der Kronenrädern 53, 54 auftreten, elastisch auf. Dadurch können die Kronenräder 53, 54 so gegenüber den Rotorspindelverzahnungen 16 ausgerichtet sein, dass das maximal zulässige Verdrehflankenspiel von ca. nur 0,08 Millimeter gewährleistet ist, es jedoch nicht zu übermäßigen Kräften zwischen den Kronenradverzahnungen 57 und den Rotorspindelverzahnungen 16 in Richtung der Antriebswelle 04 kommt. Durch die Vermeidung eines solchen „Drückens" werden der Verschleiß und der Geräuschpegel gemindert. Der Geräuschpegel der Schraubenspindelpumpe 01 beträgt bei dieser Ausführungsform weniger als 76 dB(A).
Die Schwächung der Radscheiben 56 kann statt einer geminderten Materialstärke auch durch Ausnehmungen in den Radscheiben 56 erzielt werden. Hierdurch kann auch ein Einfluss auf die Elastizität genommen werden.
Die beiden Kronenräder 53, 54 sind auf der Antriebswelle 04 befestigt. Die Antriebswelle 04 ist bei dieser Ausführungsform zweiteilig ausgeführt, sodass der Asynchron-Motor 02 vom Getriebegehäuse 03 trennbar ist. Die Lagerung der Antriebswelle 04 im Getriebegehäuse 03 erfolgt mit Wälzlagern 58. Während das erste Kronenrad 53 durch eine Schweißverbindung unlösbar mit der Antriebswelle 04 verbunden ist, wird das zweite Kronenrad 54 mit Hilfe von z.B. Inbusschrauben 59 der Größe M6 × 25 lösbar auf der Antriebswelle 04 befestigt. Dadurch ist es möglich, die beiden Kronenräder 53, 54 durch eine Drehung auf der Antriebswelle gegeneinander zu verstellen. Diese Verstellmöglichkeit erlaubt eine exakte Synchronisation des Kronenradantriebes gegenüber den Rotorspindeln 13 auf das maximal zulässige Verdrehflankenspiel. Die Synchronisation erfolgt bei der Montage oder nach einem Wechsel der Rotorspindeln 13. Durch die exakte und wiederholbare Einstellung der Synchronität sind die Ausfallwahrscheinlichkeit und der Geräuschpegel dauerhaft reduziert.
Die neuerungsgemäße Verstellung der Kronenräder 53, 54 zueinander kann auch so abgewandelt sein, dass das jeweilige Kronenrad nicht auf der Antriebswelle 04 gedreht wird. Beispielsweise können die Kronenradverzahnungen 57 in einem kleinen Maße gegeneinander verstellt werden, indem die Radscheiben gegeneinander verspannt werden.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kronenradantriebes. Abbildung a) der 10 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kronenradantriebes und Abbildung b) der 10 zeigt eine Schnittdarstellung des Kronenradantriebes. Die in 10 gezeigten Elemente sind durch dieselben Bezugszeichen wie in der 9 gekennzeichnet, insofern sie mit diesen übereinstimmen. Die Radscheiben 56 der Kronenräder 53, 54 sind bei dieser Ausführungsform durch Bleche aus Stahl gebildet. Die Ausführung der Radscheiben 56 als Bleche dient genauso wie die Schwächung der Radscheiben 56 bei der in 9 gezeigten Ausführungsform zur Gewährleistung des maximal zulässigen Verdrehflankenspieles, ohne dass es zu übermäßig großen Kräften zwischen den Rotorspindelverzahnungen 16 und den Kronenradverzahnungen 57 kommt. Die Radscheiben 56 aus Blech sind mit den Naben und den Kronenradverzahnungen 57 durch eine Schweißverbindung unlösbar verbunden. Die Verwendung eines besonderen Materials für die Radscheiben 56 hat den Vorteil, dass das Material hinsichtlich seiner Eigenschaften so ausgewählt werden kann, dass die zu erzielende Wirkung sehr genau eintritt. Selbstverständlich kommen auch andere Materialien außer Stahl für die Bleche in Betracht.
11 zeigt eine nochmals abgewandelte Ausführungsform des Kronenradantriebs, der weitgehend mit der Ausführungsform gemäß 10 übereinstimmt. Die Besonderheit besteht hier darin, dass zwischen den Radscheiben 56 ein Spalt verbleibt, in welchem eine an der Antriebswelle 4 befestigte Abstandsscheibe 61 angeordnet ist. Zwischen den Radscheiben 56 und der Abstandsscheibe 61 verbleibt ein Dämpfungsspalt 62 von etwa 0,05 mm, so dass das dort bei der Rotation des Kronenrads ein Ölfilm ausgebildet wird. Dieser Ölfilm hat eine zusätzliche dämpfende Wirkung, um die Schwingungen zu dämpfen, die bei hohen Drehzahlen und der erwähnten Elastizität der Radscheiben auftreten können. Zur weiteren Verbesserung der Ölzuführung in den Dämpfungsspalt 62 können im äußeren Randbereich der Radscheiben 56 Versorgungsbohrungen 63 angebracht sein, durch die aufgrund der auftretenden Fliehkräfte das auf der Radscheibe nach außen geschleuderte Öl in den Dämpfungsspalt 62 gepresst wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Kronenradantriebes wird die Gewährleistung des maximal zulässigen Verdrehflankenspieles ohne die Inkaufnahme von übermäßig großen Kräften zwischen den Rotorspindelverzahnungen 16 und den Kronenrädern 53, 54 durch eine Verschiebbarkeit des zweiten Kronenrades 54 auf der Antriebswelle 04 erzielt. Hierfür weist die Antriebswelle 04. eine Führung auf, die in einer Nut des zweiten Kronenrades 54 läuft. Diese Führung erlaubt keine Verdrehung der beiden Kronenräder 53, 54 zueinander. Auf der Antriebswelle 04 befindet sich weiterhin eine Wellfederscheibe zwischen den Kronenrädern 53, 54, welche die Kronenräder 53, 54 elastisch gegen die Rotorspindelverzahnungen 16 drückt.
12 zeigt eine Detailansicht des an der Rotorspindel 13 angebrachten Simmerrings 31. Es wurde bereits erläutert, dass die Abdichtung des Schöpfraums 14 gegenüber den schmierölführenden Bereichen durch dynamisch wirkende Leitwerte erreicht wird. Bei den erforderlichen hohen Drehzahlen besitzt die dynamische Dichtung den Vorteil, dass kein Verschleiß durch aneinander reibende Dichtflächen entsteht. Der Simmerring 31 dient stattdessen einer Abdichtung zwischen Schöpfraum und angrenzenden Lagern und Getriebegehäuseabschnitten, in denen Schmiermittel erforderlich ist, im Zeitpunkt des Stillstands der Rotorspindeln bzw. bei geringen Drehzahlen. Der Simmerring 31 ist dazu an der Rotorspindel 13 befestigt und dreht sich mit dieser. Mit einer Dichtlippe 64 liegt der Simmerring 31 im Ruhezustand an der angrenzenden Wandung des Spindelgehäuses 07 an, um den Schöpfraum abzudichten. Dies ermöglicht u.a. die Spülung des Schöpfraums zu Wartungszwecken, ohne die Gefahr der Verunreinigung der Lager und des Getriebegehäuses durch Spülmittel, welches im Stillstand die dynamische Dichtung der Leitwerte passieren kann. Wenn die Rotorspindel rotiert, hebt sich die Dichtlippe 64 ab einer vorgegebenen Drehzahl von z.B. 2000 min–1 aufgrund der auftretenden Fliehkräfte vom Spindelgehäuse ab und läuft dann Berührungslos in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung. Dies verringert den Verschleiß des Simmerrings drastisch.
13 zeigt in Abbildung a) einen Längsschnitt und in Abbildung b) eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Lüfterrades 12. Das Lüfterrad 12 umfasst eine Nabe 66 und zahlreiche Schaufeln 67, die vorzugsweise gleichmäßig am Umfang der Nabe verteilt sind. Der Durchmesser der Nabe 66 ist so gewählt, dass der von den Schaufeln erzeugte Luftstrom gut am Gehäuses des Motors 02 entlang strömen kann, um die Wärme abzutransportieren und weiter als Kühlluft am Kühlkörper 08 entlang geführt werden kann (im äußeren Gehäuse 46). Um das Lüfterrad an verschieden Größen des Motorgehäuses und die benötigte Menge an Kühlluft leicht anpassen zu können, lässt sich die Nabe 66 mit unterschiedlichen Schaufeln 65 bestücken. Dazu ist am Außenumfang der Nabe eine Schwalbenschwanzführung 68 angebracht, in welcher einzelne Schaufeln 67 mit einem Führungsgegenstück formschlüssig aufgenommen werden können. Die Schaufeln können damit in Größe und Formgebung an die jeweiligen Einsatzbedingungen angepasst werden. Nachdem die Schaufeln eingesetzt sind, lassen sie sich beispielsweise mit der Nabe verkleben oder anderweitig dauerhaft befestigen.

01: Schraubenspindelpumpe
02: Asynchron-Motor
03: Getriebegehäuse
04: Antriebswelle
05: -
06: Kronenrad
07: Spindelgehäuse
08: Kühlkörper
09: Saugstutzen
10: -
11: Druckstutzen
12: Lüfterrad
13: Rotorspindel
14: Schöpfraum
15: Kontur der Rotorspindel
16: Rotorspindelverzahnung
17: Hauptlager
18: Gegenlager
19: Saugdeckel
20: -
21: konusförmige Bohrung
22: Ölführungsrohr
23: Staurohr
24: Rinne im Kronenrad
25: -
26: Befestigungsplatte
27: Kartusche
28: Schraube
29: Langloch
30: -
31: Simmerring
32: Wellenabdichtung
33: Kühlkörperrippe
34: Kanal
35: -
36: Kanal
37: Kanal
38: Rippen am Spindelgehäuse
39: -
40: -
41: Abscheidkammer
42: Spalt
43: Schleuderpunkte
44: Kolbenringe
45: -
46: äußeres Gehäuse
47: Öffnung zur Durchführung des Saugstutzens
48: Öffnung zur Durchführung des Druckstutzens
49: Öffnung zur Betrachtung eines Schauglases
50: -
51: Befestigungslasche
53: erstes Kronenrad
54: zweites Kronenrad
56: Radscheibe
57: Kronenradverzahnung
58: Wälzlager
59: Inbusschraube
61: Abstandsscheibe
62: Dämpfungsspalt
63: Versorgungsbohrungen
64: Dichtlippe
66: Nabe
67: Schaufeln
68: Schwalbenschwanzführung

Claims

Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe (01) zur Förderung und Verdichtung von Gasen, umfassend: – einen Antriebsmotor (02) mit einer Antriebswelle (04); – einen Schöpfraum (14) und ein Getriebegehäuse (03); – zwei im Schöpfraum (14) axial parallel angeordnete Rotorspindeln (13), deren Antriebsenden in das Getriebegehäuse (03) ragen und eine Verzahnung (16) aufweisen, wobei die Rotorspindeln (13) konusförmige Ausnehmungen (21) besitzen, die in Richtung des Getriebegehäuses (03) den größeren Durchmesser aufweisen und dorthin offen sind und in denen jeweils ein Ölführungsrohr (22) angeordnet ist, dessen inneres Ende in die konusförmige Ausnehmung (21) geöffnet und dessen äußeres Ende an ein Staurohr (23) angeschlossen ist; – ein Antriebszahnrad (06; 53, 54) mit zwei Kronenradverzahnungen (57), welches im Getriebegehäuse (03) angeordnet und mit der Antriebswelle (04) verbunden ist, in die Verzahnungen (16) der Rotorspindeln (13) eingreift und diese gegensinnig antreibt; wobei Kühl- und Schmiermittel in den konusförmigen Ausnehmungen (21) und im Getriebegehäuse (03) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Antriebszahnrad (06; 53, 54) auf seiner Radscheibe (56) eine rotationssymmetrische Rinne (24) aufweist; – die Öffnungen der Staurohre (23) an der Rinne (24) des Antriebszahnrades (06; 53, 54) angeordnet sind, sodass durch die Rotation des Antriebszahnrades (06; 53, 54) in der Rinne (24) gestautes Kühl- und Schmiermittel in das Staurohr (23) und von dort in das Ölführungsrohr (22) gepresst wird; und – die Schraubenspindelpumpe (01) weiterhin einen Kühlkörper (08) umfasst, der zur Abgabe von Wärme Innen ebenfalls vom Kühl- und Schmiermittel durchströmt wird, wobei diese Strömung ebenfalls vom Antriebszahnrad (06; 53, 54) angetrieben wird.
Schraubenspindelpumpe (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebszahnrad ein erstes Kronenrad (53) und ein zweites Kronenrad (54) umfasst, die auf der Antriebswelle (04) zueinander verdreht und fixiert werden können.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: – auf der Antriebswelle (04) weiterhin ein Lüfterrad (12) außerhalb des Getriebegehäuses (03) angeordnet ist; und – ein äußeres Gehäuse (46) vorgesehen ist, welches einen Hohlraum für einen Kühlluftstrom zwischen dem Lüfterrad (12) und dem Kühlkörper (08) bereitstellt.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (12) mehrere einzeln gefertigte Schaufeln (67) trägt, die umfangsseitig in einer Führung (68) an der Nabe (66) befestigt sind.
Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe (01) zur Förderung und Verdichtung von Gasen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: – einen Schöpfraum (14) und ein Getriebegehäuse (03); – zwei im Schöpfraum (14) parallel angeordnete Rotorspindeln (13), deren Antriebsenden in das Getriebegehäuse (03) ragen und eine Verzahnung (16) aufweisen; – einen Antriebsmotor (02) mit einer Antriebswelle (04); – ein erstes Kronenrad (53) und ein zweites Kronenrad (54) im Getriebegehäuse (03), wobei das erste Kronenrad (53) in die Verzahnung (16) der ersten Rotorspindel (13) eingreift und das zweite Kronenrad (54) in die Verzahnung (16) der zweiten Rotorspindel (13) eingreift, wodurch die Rotorspindeln (13) gegensinnig angetrieben werden, und wobei mindestens eines der Kronenräder (54) auf der Antriebswelle (04) gegenüber dem anderen Kronenrad (53) verdrehbar und fixierbar ist.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verdrehbare Kronenrad (54) an einer Hülse befestigt ist, die auf der Antriebswelle (04) verspannbar ist.
Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe (01) zur Förderung und Verdichtung von Gasen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: – einen Schöpfraum (14) und ein Getriebegehäuse (03); – zwei im Schöpfraum (14) parallel angeordnete Rotorspindeln (13), deren Antriebsenden in das Getriebegehäuse (03) ragen und eine Verzahnung (16) aufweisen; – einen Antriebsmotor (02) mit einer Antriebswelle (04); – ein erstes Kronenrad (53) und ein zweites Kronenrad (54) im Getriebegehäuse (03), wobei das erste Kronenrad (53) in die Verzahnung (16) der ersten Rotorspindel (13) eingreift und das zweite Kronenrad (54) in die Verzahnung (16) der zweiten Rotorspindel (13) eingreift, sodass die Rotorspindeln (13) gegensinnig angetrieben werden; wobei die Kronenräder (53, 54) eine Elastizität aufweisen, die eine dynamische Ausrichtung der Kronenradverzahnungen (57) gegenüber den Rotorspindelverzahnungen (16) gestatten, sodass vorbestimmte Maximalwerte einerseits für das Spiel zwischen den Rotorspindelverzahnungen (16) und den Kronenradverzahnungen (57) sowie andererseits für die zwischen den Rotorspindeln (13) und den Kronenrädern (53, 54) in Richtung der Antriebswelle (04) wirkende Kraft nicht überschritten werden.
Schraubenspindelpumpe (01) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kronenräder (53, 54) Radscheiben (56) besitzen, deren Dicke so bemessen ist, dass sie durch die zwischen ihnen und den Rotorspindeln (13) in Richtung der Antriebswelle (04) wirkende Kraft elastisch verformbar sind.
Schraubenspindelpumpe (01) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheiben (56) der Kronenräder (53, 54) aus Blech bestehen.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einander zugewandten Seiten der Radscheiben (56) der Kronenräder (53, 54) ein Dämpfungsspalt (62) belassen ist, in welchem sich bei der Rotation der Kronenräder (53, 54) ein Ölfilm ausbildet.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einander zugewandten Seiten der Radscheiben (56) der Kronenräder (53, 54) eine Abstandsscheibe (61) angeordnet ist, die im Vergleich zu den Radscheiben (56) eine höhere Steifigkeit aufweist, wobei jeweils ein Dämpfungsspalt (62) zwischen jeder Radscheibe (56) und der Abstandsscheibe verbleibt, in welchem sich bei der Rotation der Kronenräder (53, 54) ein Ölfilm ausbildet.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenrand der Radscheiben (56) Versorgungsbohrungen (63) angebracht sind, durch welche Kühl- und Schmiermittel fliehkraftbedingt in den Dämpfungsspalt (62) gepresst wird.
Schraubenspindelpumpe (01) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kronenräder (53, 54) auf der Antriebswelle (04) axial verschiebbar ist, wobei ein elastisches Element dieser Verschiebung entgegenwirkt und die zwischen den Kronenrädern (53, 54) und den Rotorspindeln (13) in Richtung der Antriebswelle (04) wirkende Kraft aufnimmt.
Schraubenspindelpumpe (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorspindeln (13) jeweils eine Kartusche (27) umfassen, wobei in der Kartusche (27) Lager (17, 18) zur Lagerung der Rotorspindel (13) angeordnet sind und die Kartusche (27) lösbar im Getriebegehäuse (03) befestigt ist.
Schraubenspindelpumpe (01) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kartuschen (27) weiterhin dynamische Wellenabdichtungen (32) enthalten, wobei die Leitwerte der dynamischen Wellenabdichtungen (32) in Reihe geschaltet sind.
Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an den Rotorspindeln (13) zur Abdichtung des zwischen Rotorspindel (13) und Spindelgehäuse (07) ausgebildeten Schöpfraums (14) Simmerringe (31) angebracht sind, die eine Dichtlippe (64) aufweisen, welche im Ruhezustand und bei geringer Drehzahl der Rotorspindel an der Wand des Spindelgehäuses (07) anliegt und sich bei erhöhten Drehzahlen aufgrund auftretender Fliehkräfte von dieser Wand abhebt und dann in einer Ausnehmung berührungsfrei bewegt wird.