EP4015823A1 - Drehkolbenmaschinenaggregat mit schmiermittelversorgungseinrichtung - Google Patents

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EP4015823A1
EP4015823A1 EP20214588.4A EP20214588A EP4015823A1 EP 4015823 A1 EP4015823 A1 EP 4015823A1 EP 20214588 A EP20214588 A EP 20214588A EP 4015823 A1 EP4015823 A1 EP 4015823A1
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EP
European Patent Office
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lubricant
rotary piston
pump
engine unit
piston machine
Prior art date
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Pending
Application number
EP20214588.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Ulrich Fleige
Thore Evers
Pascal Luhmann
Frank Willmann
Patrick Stenzel
André Holland-Letz
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Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Original Assignee
Aerzener Maschinenfabrik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Aerzener Maschinenfabrik GmbH filed Critical Aerzener Maschinenfabrik GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/025—Lubrication; Lubricant separation using a lubricant pump
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    • F04C23/005—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of dissimilar working principle
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    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/10—Voltage

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston machine unit with a dry-running, two-shaft rotary piston machine and a lubricant supply device.
  • Rotary piston machines in particular screw compressors and positive displacement blowers of the Roots type, but also rotary piston expansion machines, are usually primarily fitted with roller bearings up to differential pressures of around 15 bar and speeds of up to around 20,000 rpm.
  • the high radial forces that occur as a result of the compression or expansion process are absorbed by cylindrical roller bearings, for example.
  • a pressure gradient also develops in the axial direction, which also causes axial forces to occur in the bearings. Additional axial forces can also be caused, for example, by helical gears mounted on the rotor shafts.
  • These highly stressed bearings must be adequately supplied with lubricating oil.
  • the bearings and the synchronizing wheels of such rotary piston machines are typically supplied with oil in one of three ways mentioned below.
  • oil pumps are used, which are often mechanically driven directly by one of the two shafts of the twin-shaft rotary engine.
  • the size of the oil pump must be dimensioned in such a way that even at all operating points of the rotary piston machine with the lowest permissible speed sufficient oil is pumped. This often means that at higher speeds, much more oil is pumped than is required.
  • the use of an oil pump has advantages in that larger quantities of oil can be sprayed through nozzles into the bearings or at other lubrication points. With large amounts of oil at high speeds, however, this causes large flow losses, which is why so-called overflow regulators are often used to limit the outlet pressure of the oil pump. Even if the power consumption of the pump is limited by the overflow controller, it requires an unnecessarily large amount of power at high speeds, which significantly worsens the overall efficiency of the rotary piston machine or the rotary piston machine unit.
  • One aim of the invention is to provide a rotary piston machine assembly with a lubricant supply device, the lubricant supply device itself consuming as little power as possible, which on the one hand increases the overall efficiency of the rotary piston machine assembly improved and on the other hand the average lubricant temperature should be reduced. Furthermore, the operational safety should be increased and the service life of the lubricant and the bearings should be increased.
  • a rotary piston machine unit with the features according to claim 1 is provided. Preferred embodiments are set out in the dependent claims. Furthermore, the invention relates to the use of a lubricant supply device for a rotary piston machine.
  • a rotary piston engine unit includes, in addition to other components, such as a main drive motor or a lubricant supply device, as a mechanical unit, a rotary engine.
  • a main drive motor or a lubricant supply device as a mechanical unit, a rotary engine.
  • a rotary engine In so-called "dry-running" rotary piston machines, the profiled areas of the rotors have no contact with one another due to the synchronization of the rotors by a synchronization gear arranged outside the pumping chamber.
  • the rotors of the rotary piston machine are thus arranged for non-contact running.
  • the design as a dry-running rotary piston machine does not rule out the possibility of liquid media being injected, e.g. to achieve cooling during operation.
  • Such a rotary piston machine usually comprises two rotors which are mounted in a housing via shafts and bearing arrangements and which mesh with one another in opposite directions in order to define a pumping chamber together with the housing.
  • One of the bearing arrangements of each shaft is designed as a fixed bearing arrangement in the axial direction.
  • the task of the synchronizing gears is to allow the pair of rotors to rotate in opposite directions with as little play as possible but without contact.
  • the synchronous wheels transmit a significant torque.
  • the bearings and/or synchromesh must be supplied with lubricant.
  • the lubricated spaces, in which the bearing arrangements and the synchronizing wheels are located, are separated from the pumping space by means of shaft seals, some of which are quite complex, so that the pumped medium does not come into contact with oil.
  • the rotary piston machine unit comprises a dry-running, two-shaft rotary piston machine and a lubricant supply device, the lubricant supply device comprising an electrically driven lubricant pump.
  • the lubricant pump can be operated with a control voltage of the rotary piston machine unit, the control voltage being ⁇ 50 V.
  • a third voltage supply level can be avoided in this way, particularly in the case of rotary piston engines with lower power, so that it is possible to use only the voltage levels that are already present in the rotary engine unit for the main drive motor and for the control voltage.
  • the lubricant pump is preferably an oil pump.
  • a mineral lubricating oil or else a synthetic lubricating oil can be used as a lubricant, for example.
  • the rotary piston machine assembly has a control voltage power pack, which provides an electrical supply to a control device of the rotary piston machine assembly, and in particular to the lubricant pump.
  • the lubricant pump of the lubricant supply device has the advantage that a continuous supply of lubricant is ensured is, the complexity of the structure of the rotary piston machine unit is not increased by the operation by means of the control voltage of the rotary piston machine.
  • control voltage is DC. This means that the control voltage that is usual for rotary piston machine units can be used.
  • the electric lubricant pump driven by the control voltage is a displacement pump.
  • the lubricant can also be pumped at higher pressures.
  • a preferred embodiment of a positive displacement lubricant pump is the gear pump.
  • the lubricant pump is an oscillating armature pump with an upstream pulse width modulator (PWM).
  • PWM pulse width modulator
  • Oscillating piston pumps are also referred to as oscillating piston pumps or solenoid pumps or oscillating piston pumps.
  • the working principle of such pumps is based on a piston which is attracted by a magnetic field against the force of a spring and thus performs a lifting movement. To When the magnetic field is switched off, the piston is moved back in the other direction by the spring force.
  • Oscillating armature pumps are, for example, in AT 275329B , EP 0 288 216 B1 or EP 1 818 538 B1 disclosed.
  • the generation of a periodically present and non-existent magnetic field is usually realized by means of a coil through which current periodically flows.
  • DC direct current
  • PWM pulse width modulators
  • the lubricant pump is set up to be operated with a control voltage of ⁇ 30 V (in particular DC), e.g. 24 V (in particular DC).
  • a pulse width modulator PWM
  • DC direct current
  • the rotary engine unit has a lubricant cooler to cool the lubricant.
  • the lubricant cooler is arranged in particular on an outlet side of the lubricant pump. This has the advantage that the lubricant, which is still heated, is pumped through the lubricant pump, thus enabling a higher volume flow.
  • the rotary piston machine unit has a lubricant filter with which the circulating lubricant can be cleaned. It is particularly preferred to provide the lubricant filter on an inlet side of the lubricant pump. Thus, the pump protected. In addition, the lubricant on the inlet side has a lower viscosity due to the heated condition, so that the flow of the lubricant through the lubricant filter is less affected.
  • the lubricant cooler and/or the lubricant filter also contribute to ensuring that the lubricant has a relatively long service life. A permanent and reliable supply of lubricant can thus be provided.
  • the use of a lubricant cooler and/or lubricant filter is not possible when using splash disks, splash rings or the like.
  • the rotary piston machine unit preferably has an inlet line for conveying a lubricant from the lubricant pump to the bearings and a synchronization gear of the rotary piston machine and a return line for conveying a lubricant from the bearings and a synchronization gear of the rotary piston machine to the lubricant pump.
  • the rotary piston machine is a screw compressor.
  • the invention also relates to the use of a lubricant pump for supplying lubricant to a dry-running rotary piston machine, the lubricant pump being operated with a control voltage of the rotary piston machine, the control voltage being ⁇ 50 V.
  • a lubricant pump for supplying lubricant to a dry-running rotary piston machine, the lubricant pump being operated with a control voltage of the rotary piston machine, the control voltage being ⁇ 50 V.
  • a lubricant supply device 10 is integrated in a screw compressor unit 1 (as an example of a rotary engine unit).
  • the screw compressor unit 1 comprises a screw compressor 100 (as an example of a rotary machine) and a main drive motor 101 used to drive the rotors of the screw compressor 100 .
  • the main drive motor 101 is supplied with a three-phase operating voltage of 400 V AC.
  • the rotors of the screw compressor 100 are arranged to run without contact and are synchronized by means of a synchromesh gear.
  • the bearings and the synchronization gear are supplied with lubricant, in particular lubricating oil.
  • lubricant supply device 10 according to the embodiment is used for this.
  • the lubricant supply device 10 comprises an inflow line 11, which conducts a flow of lubricant to the screw compressor 100, and a return line 12, which is connected to the screw compressor 100 on a return side. Between the return line 12 and the feed line 11, the lubricant pump 14 is arranged, which is designed according to the embodiment as an oscillating armature pump.
  • the lubricant pump 14 is preceded by a lubricant filter 13 which cleans the lubricant supplied from the return line 12 .
  • a lubricant filter 13 which cleans the lubricant supplied from the return line 12 .
  • the lubricant flows through a first connecting line 16 to the lubricant pump 14, which further conveys the lubricant.
  • a supply line 18 is provided in the area of the first connecting line 16 in order to supply lubricant to the lubricant circuit or to remove it from the lubricant circuit.
  • the lubricant delivered by the lubricant pump 14 is supplied to a lubricant cooler 15 via a second connecting line 17 in order to cool the lubricant after it has left the lubricant pump 14 .
  • An outlet of the lubricant cooler 15 communicates with the supply line 11 through which the lubricant is supplied to the screw compressor 100 .
  • the lubricant is distributed within the screw compressor on both bearing sides of the rotors.
  • a coupling line 19 is provided on the screw compressor 100 in order to supply the returning lubricant from a bearing side (in 1 the drive side) to another bearing side of the screw compressor 100 to lead.
  • the other side of the bearing of the screw compressor 100 is with the Return line 12 in connection to close the lubricant circuit.
  • the lubricant pump 14 is operated with a control voltage for the screw compressor unit 1 of 24 V DC.
  • a pulse width modulator (PWM) 21 is provided for this purpose, which is preceded by a power pack 20.
  • the power pack 20 is usually supplied with an operating voltage of 400 V AC and converts the operating voltage of 400 V AC into direct voltage (typically 24 V DC).
  • the power pack 20 provides, among other things, an electrical supply to a control device 22 of the rotary piston engine unit 1 and in particular to the lubricant pump 14 .
  • the pulse width modulator 21 receives the direct current (DC) provided by the power pack 20 and converts it into square-wave pulses.
  • a coil of the lubricant pump 14 is periodically excited by means of the pulses, the magnetic field of which acts on an oscillatingly mounted armature.
  • the lubricant pump thus operates at the frequency of the voltage supplied by the pulse width modulator 21 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehkolbenmaschinenaggregat mit einer trockenlaufenden, zweiwelligen Drehkolbenmaschine und einer Schmiermittelversorgungseinrichtung, wobei die Schmiermittelversorgungseinrichtung eine elektrisch angetriebene Schmiermittelpumpe aufweist.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Drehkolbenmaschinenaggregat mit einer trockenlaufenden, zweiwelligen Drehkolbenmaschine und einer Schmiermittelversorgungseinrichtung.
    • Stand der Technik
  • Drehkolbenmaschinen, insbesondere Schraubenverdichter und Drehkolbengebläse der Bauart Roots, aber auch Drehkolbenexpansionsmaschinen, werden üblicherweise bis zu Differenzdrücken von etwa 15 bar und bis zu Drehzahlen von etwa 20.000 1/min vornehmlich wälzgelagert. Die durch den Verdichtungs- bzw. Entspannungsprozess auftretenden hohen radialen Kräfte werden beispielsweise durch Zylinderrollenlager aufgenommen. Bei verwundenen Rotoren (z.B. bei Schraubenverdichtern) bildet sich auch in axialer Richtung ein Druckgradient aus, wodurch zudem axiale Kräfte in den Lagern auftreten. Weitere Axialkräfte können beispielsweise auch von auf den Rotorwellen montierten schrägverzahnten Zahnrädern verursacht werden. Diese hoch belasteten Lagerungen müssen ausreichend mit Schmieröl versorgt werden.
  • Die Versorgung der Lager und der Synchronräder derartiger Drehkolbenmaschinen mit Öl erfolgt typischerweise auf eine von drei im folgenden genannten Weisen.
  • Insbesondere für verhältnismäßig langsam drehende Drehkolbenmaschinen, wie z.B. Drehkolbengebläse der Bauart Roots, werden häufig Spritzscheiben oder auch Spritzringe oder dergleichen verwendet, welche Öl aus einem Ölsumpf aufnehmen und tangential abschleudern, wodurch der gesamte Ölraum mit einem Öl-Luft-Aerosol gefüllt wird aber auch einzelne Tropfen von Gehäuseteilen abtropfen und unbestimmt aber ausreichend die Lager und Zahnräder schmieren. In diesem Zusammenhang ist die EP 1 855 009 B1 bekannt, die eine trockenlaufende Drehkolbenmaschine mit Spritzscheiben betrifft.
  • Allerdings hat sich gezeigt, dass die von Spritzringen und Spritzscheiben geförderte Ölmenge bei hohen Drehzahlen bzw. Umfangsgeschwindigkeiten stark abnimmt, so dass ausgerechnet bei hohem Bedarf an Schmieröl davon wenig geliefert wird, obwohl die Leistungsaufnahme der Spritzscheiben und -ringe und damit der Wärmeeintrag in das Öl weiter steigen. Auch bei besonders niedrigen Drehzahlen ist die Ölfördermenge häufig zu gering. Mit Hilfe bestimmter Maßnahmen, wie z.B. der Zahnung von Spritzscheiben, wodurch diese das Aussehen von Kreissägeblättern erhalten oder auch der zusätzlichen Schränkung dieser Zähne, kann die Förderwirkung deutlich vergrößert werden und auch bei hohen Drehzahlen noch ausreichend sein, allerdings wird die Leistungsaufnahme derartiger Spritzscheiben ebenfalls deutlich erhöht.
  • Typischerweise werden daher zumindest bei höheren Wellendrehzahlen Ölpumpen verwendet, welche häufig direkt von einer der beiden Wellen der zweiwelligen Drehkolbenmaschine mechanisch angetrieben werden. Die Größe der Ölpumpe ist dabei so zu bemessen, dass auch bei allen Betriebspunkten der Drehkolbenmaschine mit niedrigster zulässiger Drehzahl noch ausreichend Öl gefördert wird. Dies bedeutet häufig, dass bei höheren Drehzahlen viel mehr Öl gefördert wird, als benötigt. Die Verwendung einer Ölpumpe hat dahingehend Vorteile, dass gezielt größere Ölmengen über Düsen in die Lager oder an andere Schmierstellen gespritzt werden können. Bei hohen Ölmengen bei hohen Drehzahlen werden dadurch jedoch große Strömungsverluste erzeugt, weshalb oft sogenannte Überströmregler eingesetzt werden, um den Austrittsdruck der Ölpumpe zu begrenzen. Auch wenn durch den Überströmregler die Leistungsaufnahme der Pumpe begrenzt wird, benötigt diese bei hohen Drehzahlen unnötig viel Leistung, was den Gesamtwirkungsgrad der Drehkolbenmaschine oder des Drehkolbenmaschinenaggregates signifikant verschlechtert.
  • Um die Nachteile einer mechanisch angetriebenen Ölpumpe zu umgehen, werden auch solche verwendet, welche mit einem separaten Elektromotor, meist mit konstanter Drehzahl, angetrieben werden. Die Größe der Ölpumpe ist dabei so zu bemessen, dass bei allen Betriebspunkten der Drehkolbenmaschine ausreichend Öl gefördert wird, und orientiert sich damit an den Betriebspunkten mit höchster Drehzahl. In den meisten Fällen ist dadurch der Gesamtwirkungsgrad von Drehkolbenmaschine und Ölpumpe besser, wobei berücksichtigt werden muss, dass der Wirkungsgrad kleiner Elektromotoren, wie sie zum separaten Antrieb von Ölpumpen verwendet werden, deutlich geringer ist als der von größeren Elektromotoren, welche Drehkolbenmaschinen zusammen mit mechanisch gekoppelten Ölpumpen antreiben.
    • Gegenstand der Erfindung
  • Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Drehkolbenmaschinenaggregat mit einer Schmiermittelversorgungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei die Schmiermittelversorgungseinrichtung selbst möglichst wenig Leistung aufnimmt, wodurch einerseits der Gesamtwirkungsgrad des Drehkolbenmaschinenaggregats verbessert und andererseits die mittlere Schmiermitteltemperatur gesenkt werden soll. Ferner sollen die Betriebssicherheit gesteigert und die Standzeiten des Schmiermittels sowie der Lager erhöht werden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Drehkolbenmaschinenaggregat mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Schmiermittelversorgungseinrichtung für eine Drehkolbenmaschine.
  • Ein Drehkolbenmaschinenaggregat umfasst neben weiteren Komponenten, wie beispielsweise einem Hauptantriebsmotor oder einer Schmiermittelversorgungseinrichtung, als mechanische Einheit eine Drehkolbenmaschine. Bei sogenannten "trockenlaufenden" Drehkolbenmaschinen haben die profilierten Bereiche der Rotoren aufgrund der Synchronisation der Rotoren durch ein außerhalb des Förderraums angeordnetes Synchronisationsgetriebe untereinander keinen Kontakt.
  • Die Rotoren der Drehkolbenmaschine sind somit für einen berührungsfreien Lauf angeordnet. Die Ausgestaltung als trockenlaufende Drehkolbenmaschine schließt allerdings nicht aus, dass dennoch flüssige Medien eingespritzt werden, um z.B. eine Kühlung während des Betriebs zu erreichen.
  • Eine solche Drehkolbenmaschine umfasst üblicherweise zwei in einem Gehäuse über Wellen und Lageranordnungen gelagerte Rotoren, die miteinander gegenläufig kämmen, um zusammen mit dem Gehäuse einen Förderraum zu definieren. Eine der Lageranordnungen jeder Welle ist in axialer Richtung als Festlageranordnung ausgebildet. Aufgabe der Synchronräder ist es, das Rotorenpaar mit möglichst geringem Spiel aber berührungsfrei gegensinnig zueinander rotieren zu lassen. Hierbei übertragen die Synchronräder ein signifikantes Drehmoment.
  • Die Lager und/oder das Synchrongetriebe müssen mit Schmiermittel versorgt werden. Die geschmierten Räume, in denen sich die Lageranordnungen und die Synchronräder befinden, sind mittels teilweise recht aufwändigen Wellendichtungen vom Förderraum getrennt, so dass das Fördermedium nicht mit Öl in Kontakt kommt.
  • Das Drehkolbenmaschinenaggregat umfasst eine trockenlaufende, zweiwellige Drehkolbenmaschine und eine Schmiermittelversorgungseinrichtung, wobei die Schmiermittelversorgungseinrichtung eine elektrisch angetriebene Schmiermittelpumpe umfasst. Die Schmiermittelpumpe ist mit einer Steuerspannung des Drehkolbenmaschinenaggregates betreibbar, wobei die Steuerspannung < 50 V beträgt.
  • Insbesondere bei Drehkolbenmaschinen geringerer Leistung, kann auf diese Weise eine dritte Spannungsversorgungsebene vermieden werden, so dass es möglich ist, nur die im Drehkolbenmaschinenaggregat ohnehin vorhandenen Spannungsebenen für den Hauptantriebsmotor und für die Steuerspannung zu nutzen.
  • Die Schmiermittelpumpe ist bevorzugt eine Ölpumpe. Als Schmiermittel kann zum Beispiel ein mineralisches Schmieröl oder auch ein synthetisches Schmieröl zum Einsatz kommen.
  • Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Drehkolbenmaschinenaggregat ein Steuerspannungsnetzteil aufweist, das eine elektrische Versorgung einer Steuereinrichtung des Drehkolbenmaschineaggregats, und insbesondere der Schmiermittelpumpe, bereitstellt.
  • Die Schmiermittelpumpe der Schmiermittelversorgungseinrichtung hat den Vorteil, dass eine kontinuierliche Schmiermittelversorgung gewährleistet wird, wobei durch den Betrieb mittels der Steuerspannung der Drehkolbenmaschine die Komplexität des Aufbaus des Drehkolbenmaschinenaggregats nicht erhöht wird.
  • Es ist bevorzugt, dass die Steuerspannung Gleichspannung ist. Somit kann die bei Drehkolbenmaschinenaggregaten übliche Steuerspannung genutzt werden.
  • Bevorzugt ist es vorgesehen, dass es sich bei der mit der Steuerspannung angetriebenen elektrischen Schmiermittelpumpe um eine Verdrängerpumpe handelt. Mit Verdrängerpumpen kann das Schmiermittel auch bei höheren Drücken gefördert werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform einer Verdränger-Schmiermittelpumpe ist die Zahnradpumpe.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Schmiermittelpumpe eine Schwingankerpumpe mit vorgeschaltetem Pulsweitenmodulator (PWM). Durch Einsatz der Schwingankerpumpe kann ein Wirkungsgradvorteil erreicht werden, da eine solche Schmiermittelpumpe im Vergleich zu anderen Pumpen und zu Spritzscheiben oder dergleichen eine geringere Leistungsaufnahme aufweist.
  • Versuche haben gezeigt, dass Schwingankerpumpen auch bei Verwendung von heißem Schmiermittel oder Öl als Medium zuverlässig und dauerhaft funktionieren, einen ausreichenden Volumenstrom liefern und dabei sehr wenig Leistung aufnehmen. So werden beispielsweise für die Schmiermittelversorgung eines Drehkolbenmaschinenaggregates mit einer Nennleistung von 55 kW nur etwa 50 W benötigt.
  • Schwingankerpumpen werden auch als Schwingkolbenpumpen oder Solenoid Pumps oder Oscillating Piston Pumps bezeichnet. Das Arbeitsprinzip derartiger Pumpen beruht auf einem Kolben, welcher durch ein Magnetfeld gegen die Kraft einer Feder angezogen wird und dadurch eine Hubbewegung durchführt. Nach Abschalten des Magnetfeldes wird der Kolben durch die Federkraft in die andere Richtung zurückbewegt. Schwingankerpumpen sind beispielsweise in AT 275329 B , EP 0 288 216 B1 oder EP 1 818 538 B1 offenbart.
  • Die Erzeugung eines periodisch vorhandenen und nicht vorhandenen Magnetfeldes wird üblicherweise mittels einer Spule realisiert, welche periodisch stromdurchflossen ist.
  • Bei Wechselstrom wird hierzu lediglich eine Diode verwendet, welche die zweite Halbwelle jeweils sperrt. Bei Gleichstrom (DC) wird eine elektronische Schaltung benötigt, welche z.B. Rechteckimpulse erzeugt. Derartige Schaltungen werden häufig als Pulsweitenmodulator (PWM) bezeichnet. Als Steuerspannung in Drehkolbenmaschinenaggregaten ist heute fast ausschließlich Gleichspannung üblich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es daher vorgesehen, dass die Schmiermittelpumpe eingerichtet ist, mit einer Steuerspannung von < 30 V (insbesondere DC), z.B. 24 V (insbesondere DC), betrieben zu werden. Insbesondere kann ein Pulsweitenmodulator (PWM) Gleichstrom (DC) empfangen, der in Rechteckimpulse umgewandelt wird.
  • Es ist bevorzugt, dass das Drehkolbenmaschinenaggregat einen Schmiermittelkühler aufweist, um das Schmiermittel zu kühlen. Dabei ist der Schmiermittelkühler insbesondere an einer Auslaufseite der Schmiermittelpumpe angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das noch erwärmte Schmiermittel durch die Schmiermittelpumpe gefördert wird und somit ein höherer Volumenstrom ermöglicht wird.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass das Drehkolbenmaschinenaggregat einen Schmiermittelfilter aufweist, mit dem das zirkulierende Schmiermittel gereinigt werden kann. Dabei ist es besonders bevorzugt, den Schmiermittelfilter an einer Zulaufseite der Schmiermittelpumpe vorzusehen. Somit wird die Pumpe geschützt. Darüber hinaus weist das Schmiermittel an der Zulaufseite bedingt durch den erwärmten Zustand eine niedrigere Viskosität auf, sodass der Strom des Schmiermittels durch den Schmiermittelfilter weniger beeinflusst wird.
  • Der Schmiermittelkühler und/oder der Schmiermittelfilter tragen ferner dazu bei, dass eine relativ lange Standzeit des Schmiermittels gewährleistet werden kann. Somit kann eine dauerhafte und sichere Schmiermittelversorgung bereitgestellt werden. Der Einsatz von Schmiermittelkühler und/oder Schmiermittelfilter ist bei der Verwendung von Spritzscheiben, Spritzringen oder dergleichen nicht möglich.
  • Bevorzugt weist das Drehkolbenmaschinenaggregat eine Zulaufleitung zum Fördern eines Schmiermittels von der Schmiermittelpumpe zu den Lagern und einem Synchronisationsgetriebe der Drehkolbenmaschine sowie eine Rücklaufleitung zum Fördern eines Schmiermittels von den Lagern und einem Synchronisationsgetriebe der Drehkolbenmaschine zur Schmiermittelpumpe auf.
  • Ferner ist bevorzugt, dass die Drehkolbenmaschine ein Schraubenverdichter ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Schmiermittelpumpe für eine Schmiermittelversorgung einer trockenlaufenden Drehkolbenmaschine, wobei die Schmiermittelpumpe mit einer Steuerspannung der Drehkolbenmaschine betrieben wird, wobei die Steuerspannung < 50 V aufweist. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass Aspekte, die zum zuvor genannten Drehkolbenmaschinenaggregat zum Einsatz kommen oder in den Unteransprüchen beschrieben sind, auch im Rahmen der Verwendung einer Schmiermittelpumpe Anwendung finden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Fig. 1
    zeigt eine perspektivische Ansicht einer Drehkolbenmaschine mit Schmiermittelversorgungseinrichtung als Teil eines Drehkolbenmaschinenaggregates gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    Fig. 2
    zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Schmiermittelversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
    Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Nachfolgend wird anhand eines Schaltbildes eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anschaulich beschrieben. Obwohl die Ausführungsform rein beispielhaft zu verstehen ist, können einzelne Merkmale auch zur Konkretisierung der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung herangezogen werden.
  • Eine Schmiermittelversorgungseinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform ist in einem Schraubenverdichteraggregat 1 (als ein Beispiel eines Drehkolbenmaschinenaggregats) integriert. Das Schraubenverdichteraggregat 1 umfasst einen Schraubenverdichter 100 (als ein Beispiel einer Drehkolbenmaschine) und einen Hauptantriebsmotor 101, der zum Antrieb der Rotoren des Schraubenverdichters 100 eingesetzt wird. Der Hauptantriebsmotor 101 wird dreiphasig mit einer Betriebsspannung von 400 V AC versorgt. Die Rotoren des Schraubenverdichters 100 sind für einen berührungsfreien Lauf angeordnet und mittels eines Synchronisationsgetriebes synchronisiert.
  • Die Lager und das Synchronisationsgetriebe werden mit Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, versorgt. Hierfür kommt die Schmiermittelversorgungseinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform zum Einsatz.
  • Die Schmiermittelversorgungseinrichtung 10 umfasst eine Zulaufleitung 11, die einen Schmiermittelstrom zum Schraubenverdichter 100 leitet sowie eine Rücklaufleitung 12, die an einer Rücklaufseite mit dem Schraubenverdichter 100 verbunden ist. Zwischen der Rücklaufleitung 12 und der Zulaufleitung 11 ist die Schmiermittelpumpe 14 angeordnet, die gemäß der Ausführungsform als Schwingankerpumpe ausgebildet ist.
  • Der Schmiermittelpumpe 14 ist ein Schmiermittelfilter 13 vorgeschaltet, der das von der Rücklaufleitung 12 zugeführte Schmiermittel reinigt. Ausgehend vom Schmiermittelfilter 13 strömt das Schmiermittel durch eine erste Verbindungsleitung 16 zur Schmiermittelpumpe 14, die das Schmiermittel weiterfördert. Im Bereich der ersten Verbindungsleitung 16 ist eine Zuleitung 18 vorgesehen, um Schmiermittel dem Schmiermittelkreislauf zuzuführen oder vom Schmiermittelkreislauf abzuführen.
  • Das von der Schmiermittelpumpe 14 geförderte Schmiermittel wird über eine zweite Verbindungsleitung 17 einem Schmiermittelkühler 15 zugeführt, um das Schmiermittel nach Austritt aus der Schmiermittelpumpe 14 zu kühlen. Ein Auslass des Schmiermittelkühlers 15 ist mit der Zulaufleitung 11 in Verbindung, durch die das Schmiermittel dem Schraubenverdichter 100 zugeführt wird. In Fig. 1 nicht sichtbar, aber in Fig. 2 dargestellt, erfolgt die Verteilung des Schmiermittels innerhalb des Schraubenverdichters auf beide Lagerseiten der Rotoren.
  • Am Schraubenverdichter 100 ist eine Koppelleitung 19 vorgesehen, um das rücklaufende Schmiermittel von einer Lagerseite (in Fig. 1 der Antriebsseite) zu einer weiteren Lagerseite des Schraubenverdichters 100 zu führen. Die weitere Lagerseite des Schraubenverdichters 100 ist mit der Rücklaufleitung 12 in Verbindung, um den Schmiermittelkreislauf zu schließen.
  • Die Schmiermittelpumpe 14 wird mit einer Steuerspannung für das Schraubenverdichteraggregat 1 von 24 V DC betrieben. Für den Betrieb der Schmiermittelpumpe 14 ist hierfür ein Pulsweitenmodulator (PWM) 21 vorgesehen, dem ein Netzteil 20 vorgeschaltet ist. Das Netzteil 20 wird in industriellen Anwendungen üblicherweise mit einer Betriebsspannung von 400 V AC versorgt und wandelt die Betriebsspannung von 400 V AC in Gleichspannung (typischerweise 24 V DC).
  • Das Netzteil 20 stellt unter anderem eine elektrische Versorgung einer Steuereinrichtung 22 des Drehkolbenmaschinenaggregats 1, und insbesondere der Schmiermittelpumpe 14, bereit.
  • Der Pulsweitenmodulator 21 empfängt den vom Netzteil 20 bereitgestellten Gleichstrom (DC) und wandelt diesen in Rechteck-Impulse um. Mittels der Impulse wird eine Spule der Schmiermittelpumpe 14 periodisch angeregt, deren Magnetfeld auf einen schwingend gelagerten Anker wirkt. Somit arbeitet die Schmiermittelpumpe mit der Frequenz der vom Pulsweitenmodulator 21 zugeführten Spannung.

Claims (15)

  1. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) mit einer trockenlaufenden, zweiwelligen Drehkolbenmaschine (100) und einer Schmiermittelversorgungseinrichtung (10), wobei die Schmiermittelversorgungseinrichtung (10) eine elektrisch angetriebene Schmiermittelpumpe (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelpumpe (14) mit einer Steuerspannung des Drehkolbenmaschinenaggregates (1) betreibbar ist, wobei die Steuerspannung < 50 V beträgt.
  2. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannung Gleichspannung ist.
  3. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelpumpe (14) eine Verdrängerpumpe ist.
  4. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelpumpe (14) eine Schwingankerpumpe ist.
  5. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelpumpe (14) eine Schwingankerpumpe mit vorgeschaltetem Pulsweitenmodulator (21) ist.
  6. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelpumpe (14) eine Zahnradpumpe ist.
  7. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehkolbenmaschinenaggregat (1) für eine Anschlussleistung von ≤ 110 kW, bevorzugt ≤ 60 kW, ausgelegt ist.
  8. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannung < 30 V beträgt.
  9. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Schmiermittelkühler (15), der insbesondere an einer Auslaufseite der Schmiermittelpumpe (14) angeordnet ist.
  10. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Schmiermittelfilter (13), der insbesondere an einer Zulaufseite der Schmiermittelpumpe (14) angeordnet ist.
  11. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend eine Zulaufleitung (11) zum Fördern eines Schmiermittels von der Schmiermittelpumpe (14) zu einem Lager und/oder einem Synchronisationsgetriebe der Drehkolbenmaschine (100) sowie eine Rücklaufleitung (12) zum Fördern eines Schmiermittels von einem Lager und/oder einem Synchronisationsgetriebe der Drehkolbenmaschine (100) zur Schmiermittelpumpe (14).
  12. Drehkolbenmaschinenaggregat (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Drehkolbenmaschine (100) ein zweiwelliger Schraubenverdichter ist.
  13. Verwendung einer Schmiermittelpumpe (14) für eine Schmiermittelversorgung einer trockenlaufenden Drehkolbenmaschine (100), wobei die Schmiermittelpumpe (14) mit einer Steuerspannung des Drehkolbenmaschinenaggregates (1) betrieben wird, wobei die Steuerspannung < 50 V, bevorzugt < 30 V,beträgt.
  14. Verwendung gemäß Anspruch 13, wobei die Schmiermittelpumpe (14) mit Gleichstrom betrieben wird.
  15. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 13-14, wobei die Schmiermittelpumpe (14) eine Schwingankerpumpe, bevorzugt eine Schwingankerpumpe mit vorgeschaltetem Pulsweitenmodulator (21), ist.
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