DE102007030201A1 - Antrieb für einen Schraubenspindelrotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb für jeden der beiden Schraubenspindelrotore bei einer trockenverdichtenden Schraubenspindelpumpe mit einer Rotorinnenkühlung für das Spindelrotorpaar über ein Kühlmittel, das auf der Rotorantriebsseite sowohl zu- als auch wieder abgeführt wird, und mit einem Kronen-/Kegelrad-Antrieb zur Synchronisation sowie Drehzahl-Erhöhung für die Spindelrotore. Um den Spindelrotorantrieb mit der rotorfesten Zahnrad-Anbindung derart zu gestalten, dass der Bohrungsquerschnitt zur Rotorinnenkühlung trotz geringer Zahnrad-Durchmesser möglichst groß wird einschließlich einer einfachen Lagerinnenring-Axialfixierung bei gleichzeitig jederzeit absolut drehwinkeltreuer Leistungsübertragung mit einem möglichst kurzen Kragarm bei zugleich sicherer Zu- und Abführung des Kühlmittels an der Rotorantriebsseite, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zur sicheren Leistungsübertragung zwischen dem zur Kühlung hohlgebohrten Rotorwellenende und dem bis unter die Spindelrotorlagerung eingesteckten Rotorzahnradzapfen in Umfangsrichtung Längsstifte zwischen dem hohlen Rotorwellenende und dem Rotorzahnrad vorgesehen sind mit fertigungsbezogener Ausrichtung der korrekten Drehwinkel-Position zwischen Spindelrotorverdrängerprofil und Rotorzahnrad, und dass die Axialfixierung zum Innenring der Spindelrotorlagerung über den Durchmesser-Absatz zwischen Rotorzahnradzapfen und der größeren Verzahnung erfolgt, wobei die notwendige Axialkraft vom ...

Description

• 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 Flüssigkeitsringmaschinen und Drehschieberpumpen, immer häufiger durch trockenverdichtende Pumpen ersetzt. Zu diesen trockenverdichtenden Maschinen gehören Schraubenspindelpumpen, Kluenpumpen, Membranpumpen, Kolbenpumpen, Scroll-Maschinen sowie Wälzkolbenpumpen. 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.
• Dabei werden in der Vakuumtechnik zunehmend trockenverdichtende Schraubenspindelpumpen eingesetzt, weil sie als typische 2-Wellenverdrängermaschinen das vakuumspezifisch erforderlich hohe Kompressionsvermögen einfach dadurch realisieren, dass sie die notwendige Mehrstufigkeit als Hintereinanderschaltung mehrerer abgeschlossener Arbeitskammern über die Anzahl der Umschlingungen je Schraubenspindelrotor äußerst unkompliziert erreichen. Des weiteren wird durch die berührungslose Abwälzung der Schraubenspindelrotore eine erhöhte Rotordrehzahl ermöglicht, so dass relativ zur Baugröße gleichzeitig Nennsaugvermögen sowie Liefergrad steigen.
• In der PCT-Schrift WO 00/12899 wird für eine trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe eine einfache Rotorkühlung beschrieben, indem in eine konisch Rotorbohrung ein Kühlmittel, vorzugsweise Öl, von einer Rotorseite eingebracht wird. Diese Rotorseite ist vorzugsweise auch die Getriebe-/Antriebsseite der Schraubenspindelpumpe, weil dort das Kühlmittel Öl unter günstigen Bedingungen direkt zur Verfügung steht. Dieses Kühlmittel wird nun über ein Innenrohr in den Grund der konischen Rotorbohrung gebracht und läuft durch die Fliehkraft in dieser konischen Rotorbohrung unter wunschgemäßer Abführung der Rotorwärme wieder zur Getriebeseite zurück.
• In der PCT-Schrift WO 01/57401 wird des weiteren für eine derartige Schraubenspindelpumpe noch ein Kronen- bzw. Kegelrad-Antrieb beschrieben, der sowohl die notwendige Synchronisation der beiden Verdrängerrotore als auch die gewünschte Drehzahl-Erhöhung realisiert.
• Es fehlt jedoch noch eine Lösung bei der gleichzeitigen Umsetzung dieser beiden Ansätze, denn durch die Rotorkühlung ergibt sich antriebsseitig einerseits ein Rotorwellenende mit einem möglichst großen Bohrungsdurchmesser für das Kühlmittel zur Rotorinnenkühlung zwecks möglichst effizienter Kühlung über eine möglichst große Kühloberfläche und durch den Antrieb per Kronen-/Kegelrad-Getriebe ergeben sich zwecks günstiger Verzahnungs-Umfangsgeschwindigkeiten andererseits am Spindelrotor derart kleine Durchmesser für die rotorfesten Zahnräder, dass die zwingend erforderlich sichere Fixierung der rotorfesten Zahnräder mit herkömmlichen Ansätzen am hohlen Rotorwellenende nicht befriedigend gelöst wird. Denn die absolut drehwinkeltreue Drehmoment-Übertragung für jeden Spindelrotor ist vollkommen unverzichtbar, weil es andernfalls zur De-Synchronisation der beiden Verdrängerrotore mit fatalen Folgen für die gesamte Maschine bis zum Totalausfall kommt. Außerdem muss für die Rotorkühlung das Kühlmittel Öl nicht nur hineingeführt sondern auch möglichst am selben Rotorwellenende sicher wieder herausgeführt werden, um die Schöpfraumwellenabdichtungen zum Arbeitsraum der Schraubenspindelpumpe möglichst wenig mit Öl zu belasten, was andernfalls einen deutlich höheren Abdichtungsaufwand ergäbe.
• Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Festlagerung für den Schraubenspindelrotor wegen der sicheren Ölschmierung auf der Getriebeseite erfolgt. Damit dieses Rotorlager die Axialkräfte zuverlässig übernehmen kann, sind die Innenringe auf der Welle sicher zu fixieren, was ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die rotorfeste Zahnrad-Anbindung an dem Rotorwellenende hat. Indem außerdem das rotorfeste Zahnrad vorzugsweise fliegend am Rotorwellenende befestigt wird, also nur auf einer Seite lagerseitig abgestützt wird, ergibt sich die Anforderung eines möglichst kurzen Kragarms, um am Rotorwellenende die Biegebelastung durch die Zahnkräfte zu minimieren. Für einen üblichen Wechsel von Lager, Schöpfraumwellenabdichtung und/oder anderen Elementen ist es zudem günstig, wenn Demontage und Neu-Montage mit möglichst geringem Aufwand möglich sind.
• Es ist unschwer nachvollziehbar, dass bisher übliche Befestigungen über Spannelemente, Pressverbindungen oder Klebungen dieses Anforderungsprofil nur unzureichend erfüllen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer trockenverdichtenden Schraubenspindelpumpe mit einer Rotorinnenkühlung für das Spindelrotorpaar über ein Kühlmittel, das auf der Rotorantriebsseite sowohl zu- als auch wieder abgeführt wird, und mit einem Kronen-/Kegelrad-Antrieb zur Synchronisation und Drehzahl-Erhöhung für die Spindelrotore eine rotorfeste Zahnrad-Anbindung am antriebsseitigen Rotorwellenende derart zu gestalten, dass der Bohrungsdurchmesser zur Rotorinnenkühlung trotz geringer Zahnrad-Durchmesser möglichst groß wird einschließlich einer einfachen Lagerinnenring-Axialfixierung bei gleichzeitig jederzeit absolut drehwinkeltreuer Leistungsübertragung mit einem möglichst kurzen Kragarm, also kompakt und einfach, bei zugleich sicherer Zu- und Abführung des Kühlmittels an der Rotorantriebseite.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur sicheren Leistungsübertragung zwischen dem zur Kühlung hohlgebohrten Rotorwellenende und dem bis unter die Spindelrotorlagerung eingesteckten zylindrischen Rotorzahnradzapfen in Umfangsrichtung Längsstifte zwischen dem hohlen Rotorwellenende und dem Rotorzahnrad vorgesehen sind mit fertigungsbezogener Ausrichtung der korrekten Drehwinkel-Position zwischen Spindelrotorverdrängerprofil und Rotorzahnrad, und dass die Axialfixierung zum Innenring der Spindelrotorlagerung über den Durchmesser-Absatz zwischen Rotorzahnradzapfen und der größeren Verzahnung erfolgt, wobei die notwendige Axialkraft vom Kühlmittel-Innenzuführrohr erzeugt wird, indem dieses Zuführrohr auf der einen Seite am Rotorzahnrad befestigt ist und auf der anderen Seite an einem Zuführrohr-Deckel mit einer Schraube im Bohrungsgrund der konischen Rotorkühlbohrung angezogen wird, und dass die notwendige Kühlmittel-Austrittpassage durch mehrere Längsnuten im eingesteckten zylindrischen Rotorzahnradzapfen erreicht wird.
• Das rotorfeste Zahnrad ist vorzugsweise am fliegenden Spindelrotorwellenende befestigt, es gibt also nur eine einseitige Lagerabstützung. Diese Lagerung ist günstigerweise das Festlager für den Schraubenspindelrotor. Damit sich die Verzahnungskräfte nun auf einem möglichst kurzen Kragarm zur Minimierung der Durchbiegung abstützen, ist die Anbindung des Rotorzahnrades an das Rotorwellenende möglichst kurz bauend auszuführen bei zugleich größtmöglicher Abstützung der Verzahnkräfte. Dies wird erreicht, indem das Rotorzahnrad ein zylindrisches Abstützende als sogenannter "Rotorzahnradzapfen" erhält, welches genau in die an dieser Stelle ebenfalls zylindrische Kühlmittelbohrung am Rotorwellenende unterhalb der Spindelrotorlagerung eingesetzt wird. Der konische Abschnitt der Kühlmittel-Bohrung zur Rotorkühlung beginnt erst nach diesem zylindrischen Abstützbereich.
• Indem das Rotorzahnrad einen größeren Durchmesser als sein zylindrisches Abstützende hat, wird genau dieser Durchmesserabsatz genutzt, um mit einem zusätzlichen Bauteil als sogenannter "Druckring" die Axialfixierung zum Lagerinnenring der Rotorfestlagerung zu erzeugen. Die dafür erforderliche Axialkraft wird dadurch erzeugt, dass das rotorfeste Kühlmittel-Innenzuführrohr zur Rotorkühlung an seinem einen Ende am Rotorzahnradzapfen befestigt wird, vorzugsweise über ein Gewinde verschraubt. Am anderen Ende des Kühlmittel-Innenzuführrohres erhält dieses Zuführrohr einen Deckel am Grund der Rotorkühlbohrung, wo über eine Schraube zwischen Zuführrohrende und Spindelrotor die gewünschte Axialkraft erzeugt wird. Das rotorfeste Kühlmittel-Innenzuführrohr übernimmt also neben der Aufgabe zur Zuführung des Kühlmittels bis in den Grund der konischen Rotorkühlbohrung erfindungsgemäß noch die Funktion eines Zugankers mit Erzeugung der Axialkraft zur Rotorzahnrad-Anbindung mit Lagerinnenring-Axialfixierung.
• Die zwingend nötige winkeltreue Drehmoment-Übertragung wird über Längsstifte erreicht, die erfindungsgemäß im zylindrischen Rotorzahnradzapfen zwischen Rotorwellenende und Rotorzahnrad eingesetzt sind. Zur Minderung der Fügespiele und zur Vermeidung von Unwucht der schnelldrehenden Spindelrotore sind günstigerweise mehrere Längsstifte auf dem Umfang gleichmäßig zu verteilen. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist der Durchmesser der Rotorkühlbohrung möglichst groß auszuführen, praktisch nur begrenzt durch die verbleibende Wandstärke der hohlen Rotorwelle unter der Spindelrotorlagerung. Nun sind jedoch bekanntlich derart schnelldrehende Wälzlager sehr empfindlich bei geringen Wellenwandstärken gegen derartige Unregelmäßigkeiten in Umfangs richtung, wie sie beispielsweise diese Längsstifte darstellen. Daher sind günstigerweise diese Längsstifte nur unterhalb des Druckringes anzuordnen, wobei dieser Druckring mit entsprechender Passungswahl gleichzeitig den Schutz gegen mögliche Verformung des dünnwandigen Rotorwellenendes übernimmt, indem dieser Druckring das Rotorwellenende eng umfasst und gegen Verformung, wie beispielsweise Aufweitung, schützt.
• Die Längsstifte erfüllen erfindungsgemäß neben der sicheren Drehmoment-Übertragung noch die wichtige Aufgabe der korrekten Drehwinkel-Ausrichtung zwischen dem Spindelrotorverdrängerprofil und dem Rotorzahnrad. Denn bereits bei Herstellung dieses Spindelrotorverdrängerprofils sind am antriebsseitigen Rotorwellenende diese Bohrungen für die Längsstifte gesetzt und die Verdrängerprofil-Fertigung wird an dieser Längsstift-Position exakt ausgerichtet. Bei der Herstellung des Rotorzahnrades erfolgt die Ausrichtung der Verzahnung ebenso nach der Längsstift-Position auf dem Rotorzahnradzapfen, so dass nach der erfindungsgemäßen Befestigung des Rotorzahnrades an dem Rotorwellenende das Spindelrotorverdrängerprofil exakt zu der Verzahnung ausgerichtet ist. Indem das antreibende Kronen-/Kegelrad-Zahnpaar ebenfalls fest definiert zueinander steht, entfällt mit dieser Erfindung vorteilhafterweise die bisher übliche Arbeit zur Justierung der Synchronisation für das Schraubenspindelrotorpaar, was eine erhebliche Vereinfachung bei jeder Montage bedeutet. Gleichzeitig wird nach jeder Demontage die ursprüngliche Stellung zwischen Verdrängerprofil und Rotorzahnrad wieder sicher erreicht, wodurch der Service in der Praxis wesentlich erleichtert wird.
• Um das Kühlmittel abschließend wieder sicher aus dem Spindelrotor austreten zu lassen, sind erfindungsgemäß noch Längsnuten im Rotorzahnradzapfen vorgesehen, die das Kühlmittel zwischen Rotorzahnrad und Rotorwellenende passieren lassen, um es auf der Kronen-/Kegelrad-Getriebeseite wieder austreten zu lassen.
• Mit der erfindungsgemäßen Anbindung von Rotorzahnrad an das Spindelrotorwellenende ist der ursprüngliche Zielkonflikt optimal gelöst: Denn für eine wunschgemäß höhere Übersetzung sollten die Durchmesser der Kronen-/Kegelrad-Getriebestufe aus Geräuschgründen wegen der Verzahnungs-Umfangsgeschwindigkeiten möglichst klein gewählt werden, wohingegen zwecks höherer Effizienz der Rotorkühlung deren Kühlbohrungsdurchmesser möglichst groß gewählt werden sollten. Beide Zielsetzungen werden mit der erfindungsgemäßen Lösung erreicht.
• Die erfindungsgemäße Ausführung ist zudem äußerst kompakt und besteht ausschließlich aus einfachen und wenigen Elementen, so dass eine sehr kostengünstige, robuste und zuverlässige Lösung mit einfachster De- und Montage erreicht ist.
• 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Schnitt durch die gesamte Schraubenspindelpumpe. Das gegensinnig rotierende Schraubenspindelrotorpaar (1) dreht in einem Pumpengehäuse (2) mit einem Gas-Einlass (3) sowie einem Gas-Auslass (4). Das Rotorpaar wird von einem Kronen-/ Kegelrad-Getriebe (5) auf der Antriebswelle (6) vom Motor (7) angetrieben. Bei einem Spindelrotor ist beispielhaft die Rotorinnenkühlung (8) aufgebrochen gezeigt, wobei über ein Zuführ-Innenrohr (9) das Kühlmittel bis in den Bohrungsgrund geführt wird, wo es über Bohrungen aus diesem Innenrohr (9) austritt, um dann an der konischen Rotorkühlbohrung Fliehkraftbedingt wieder zur Getriebe-Rotorseite zurückzuströmen und beim Kronen-/Kegelrad-Getriebe wieder auszutreten. In dem Getriebegehäuse (10) wird dieses Öl von einer Ölpumpe (11) gefördert. Als Ölförderpumpe (11) ist beispielhaft eine Innenzahnradölpumpe dargestellt, selbstredend sind jedoch auch alle anderen gängigen Ölpumpen geeignet und möglich. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf die Befestigung des Rotorzahnrades (12) am antriebsseitigen Wellenende jedes Spindelrotors (1), indem zur sicheren Leistungsübertragung zwischen dem zur Kühlung hohlgebohrten Spindelrotorwellenende und dem bis unter die Rotorlagerung (13) eingesteckten zylindrischen Rotorzahnradzapfen Längsstifte (16) in Umfangsrichtung zwischen dem hohlen Rotorwellenende und dem Rotorzahnrad (12) vorgesehen sind.
• Die Axialfixierung zum Innenring der Spindelrotorlagerung (13) erfolgt über einen Druckring (18) am Durchmesser-Absatz des Rotorzahnrades (12) zwischen Rotorzahnradzapfen und der größeren Verzahnung, wobei die dafür notwendige Axialkraft von dem Kühlmittel-Innenzuführrohr (9) erzeugt wird, indem dieses Zuführrohr auf der einen Seite am Rotorzahnrad (12) befestigt ist und auf der anderen Seite an einem Zuführrohr-Deckel (14) mit einer Schraube (15) im Bohrungsgrund der konischen Rotorkühlbohrung angezogen wird. Die nötige Kühlmittel-Austrittpassage erfolgt über mehrere Längsnuten (16) im Rotorzahn radzapfen vom Rotorzahnrad (12). In 2 ist die erfindungsgemäße Ausführung zum Antrieb für einen Schraubenspindelrotor noch einmal detaillierter dargestellt.
• 2 zeigt die vorliegende Erfindung beispielhaft zur Ausführung mit Kronenrad-Antrieb in einem vergrößerten Schnitt. Beim Kronenrad-Antrieb ist das rotorfeste Zahnrad (12) bekanntlich ein einfaches Stirnzahnrad. Dieses Stirnzahnrad wird mit seinem zylindrischen Rotorzahnradzapfen bis weit unter den Bereich der Spindelrotorlagerung (13) in das Wellenende des Schraubenspindelrotors (1) eingesteckt. Dieser Spindelrotor (1) ist im Anfangsbereich zylindrisch hohlgebohrt und erst im Bereich des Verdrängerprofils mit der konischen Kühlbohrung (8) versehen. Das Zuführ-Innenrohr (9) für das Kühlmittel ist nun auf der einen Seite an dem Zapfen des Rotorzahnrades (12) befestigt, vorzugsweise per Gewinde eingeschraubt, und auf der anderen Seite wird mit einer Schraube (15) in dem Abschluss-Deckel (14) des Zuführ-Innenrohres (9) die notwendige Axialkraft erzeugt, mit der über Zuführ-Innenrohr (9) und Rotorzahnrad (12) der Druckring (18) die Innenring-Axialfixierung für die Spindelrotorlagerung (13) übernimmt. Die Spindelrotorlagerung (13) wird außen in der gehäusefesten Lagerkartusche (19) gehalten. Der Abschlussdeckel (14) ist in dem Kühlmittel-Zuführrohr (9) vorzugsweise eingeschraubt und wird über einen zylindrischen Bohrungsabschnitt im Grund der Kühlbohrung zentriert. Die notwendige Leistungsübertragung vom Rotorzahnrad (12) auf das Wellenende des Schraubenspindelrotors (1) erfolgt über Längsstifte (16) in Umfangsrichtung zwischen dem zylindrischen Rotorzahnradzapfen und dem Spindelrotor-Wellenende. Die Verteilung der Längsstifte (16) ist in der nachfolgenden 3 dargestellt.
• Das Kühlmittel, vorzugsweise das Öl zur Schmierung und Kühlung von Lagerung und Verzahnung in den Seitenräumen der Schraubenspindelpumpe, wird mit Hilfe der Kühlmittelpumpe (11) gemäß 1 über das gestellfeste Zufuhrröhrchen (20) in den zentrischen Hohlraum von Rotorzahnrad (12) und Zuführ-Innenrohr (9) eingebracht. Indem das Rotorzahnrad (12) das gestellfeste Zuführröhrchen (20) berührungsfrei umschließt mit einem kleineren Durchmesser als der nachfolgende Hohlraum-Durchmesser von Rotorzahnrad (12) und Zuführ-Innenrohr (9), wird sich das eingebrachte Kühlmittel wegen der Fliehkräfte beim drehenden Spindelrotor gleichmäßig in diesem Hohlraum anliegend verteilen. Und weil am Ende des Zuführ-Innenrohres (9) Austritt-Bohrungen (22) in der Tiefe der konischen Rotorinnenkühlung (8) eingebracht sind, tritt dort das Kühlmittel aus und strömt Fliehkraft-bedingt an der Spindelrotorkonusbohrung (8) wieder zurück in Richtung Antriebsseite. Im zylindrischen Bereich der Rotorbohrung trifft das Kühlmittel auf eine Sammelringfase (21) in dem eingesteckten Rotorzahnradzapfen und wird von dort über die Längsnuten (17) im Rotorzahnradzapfen abgeführt. Der Austritt des Kühlmittels erfolgt nun dadurch, dass diese Längsnuten (17) bis in den Verzahnbereich reichen, vorzugsweise zwecks Schmierung der Verzahnung jeweils in deren Verzahnlücken, und/oder im Spalt zwischen dem Druckring (18) und dem Spindelrotorwellenende das Kühlmittel radial austreten lassen, wofür dann in dem Druckring (18) zusätzlich radiale Austrittsbohrungen (nicht extra dargestellt) vorzusehen sind. Die Anordnung der Längsnuten (17) und der Längsstift-Verbindung (16) ist in den folgenden 3 und 4 dargestellt.
• 3 und 4 zeigen für die vorliegende Erfindung in einem stirnseitigen Schnitt durch das Spindelrotorwellenende und den Rotorzahnradzapfen beispielhaft die Anordnung der Längsstifte und Kühlmittel-Längsnuten. Ausgehend von 2 liegt dabei der Schnitt in 3 im Bereich der Längsstifte (16) unterhalb des Druckringes (18) und in 4 liegt der Schnitt unterhalb der Spindelrotorlagerung (13) im Bereich des Rotorzahnradzapfens. In 3 sind drei Längsstifte (16) in Umfangsrichtung zwischen Rotorzahnradkörper (12) und Spindelrotorwellenende (1) gleichmäßig verteilt. Der umgebende Druckring (18) umschließt eng das Spindelrotorwellenende (1) und vermindert gleichzeitig die Gefahr möglicher Verformungen des dünnen Spindelrotor-Wellenendes. In 4 liegt der Schnitt unterhalb der Spindelrotorlagerung (13) mit dem Lagerinnenring und das Spindelrotorwellenende (1) umfasst den Rotorzahnradzapfen (12) mit mehreren, am Umfang gleichmäßig verteilten Längsnuten (17) zur Kühlmittel-Passage. In dem Rotorzahnradzapfen ist das Kühlmittel-Zuführ-Innenrohr (9) eingeschraubt, um die notwendige Axialkräfte übertragen zu können. Zur Verbesserung der Abstützwirkung des Rotorzahnradzapfens in dem hohlen Spindelrotorwellenende sind an den Winkel-Positionen, wo sich unter dem Druckring die Längsstifte befinden, vorzugsweise keine Längsnuten zur Kühlmittelpassage vorgesehen. Die erforderlichen Winkelpositions-Genauigkeiten sind bei den Längsstifte nämlich gegenüber den Kühlmittel-Passage-Längsnuten ungleich höher, und eine Verwechslungsgefahr bei der Montage ist unbedingt zu vermeiden.
• 5 zeigt die vorliegende Erfindung beispielhaft wie in 2 jedoch statt für ein Kronenrad- mit einem Kegelrad-Getriebe zum Antrieb des Schraubenspindelrotorpaares. Bei der Kegelrad-Ausführung kann der bisherige Druckring (18) zur Lagerinnenring-Axialfixierung entfallen, weil das Rotorzahnrad (12) in kegeliger Zahnform bis an den Lagerinnenring gezogen werden kann, was sonst wegen des Verzahn-Werkzeug-Auslaufs praktisch nicht möglich ist. Bei hinreichend steifen Lagerinnenringen der Spindelrotorlagerung (13) können die Längsstifte (16) auch unterhalb der Lagerung zwischen dem Rotorzahnradzapfen des rotorfesten Zahnrades (12) und dem Wellenende des Spindelrotors (1) positioniert werden, wodurch sich Gesamtlänge und Kragarm günstigerweise deutlich vermindern. Die anderen Elemente sind wie bereits ausgeführt deckungsgleich.
• 6 zeigt wie 3 erfindungsgemäß in einem stirnseitigen Schnitt durch das Spindelrotorwellenende und den Rotorzahnradzapfen beispielhaft die Anordnung der Längsstifte zur Rotorzahnrad-Fixierung und der Längsnuten für den Kühlmittel-Durchtritt in einer besonders kostengünstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei wird der Zapfen des Rotorzahnrades, der in die Bohrung des Spindelrotorwellenendes eingesetzt wird, mit einer Verzahnung versehen. Die Längsstifte (16) werden dann in die Zahnlücken dieser Verzahnung gesetzt wie in der 6 dargestellt. Diese Längsstifte (16) überragen dabei den Innen-Aufnahme-Durchmesser (24), so dass sie erfindungsgemäß winkeltreu das Drehmoment über entsprechende Bohrungen im Rotorwellenende sicher übertragen. Die Verzahnung (31) wird im Bereich dieser Ritzelzapfen-Aufnahme in der Spindelrotor-Bohrung auf einen geringeren Durchmesser als der Kopf-Durchmesser (26) der Leistungs-übertragenden Verzahnung (30) abgedreht, so dass die Druck-Anlageflächen (25) der Zahnköpfe die erforderliche Axialkraft-Übertragung auf den Druckring (18) gewährleisten.
• Vorzugsweise ist diese Verzahnung in der Ritzelzapfen-Aufnahme identisch mit dem Teil der Verzahnung, der mit dem Kronen- bzw. Kegelrad-Antriebsgetriebe (5) im Eingriff steht. Dies ist mit der durchgehenden Wälzkreis-Linie (27) der Verzahnung dargestellt. Damit wird die winkeltreue Ausrichtung dieser Verzahnung zur Position der Längsstifte (16) ideal und praktisch einwandfrei erfüllt und verbessert die Einstellung der Synchronisation der beiden Spindelrotore zueinander, indem das Spindelrotor-Verdränger-Fördergewinde (28) im Pumpenarbeitsraum bei seiner Herstellung zu diesen Längsstift-Positionen ausgerichtet wird. Die unvermeidbaren Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Längsstift-Positionen gegenüber den Anlagen der Längsstifte (16) an den Zahnflanken sorgen für eine maßliche Überstimmtheit, die zwingend zu der gewünschten Spielfreiheit bei der Winkelübertragung zwischen Rotorzahnrad (12) und Spindelrotor (1) führt.
• Zur Erleichterung der Montage werden die Längsstifte so positioniert, dass das Zentrum von jedem Längsstift (16) vorzugsweise außerhalb des Aufnahme-Durchmessers (24) liegt. Dadurch sind die Längsstifte (16) selbsthaltend im Spindelrotorwellenende.
• Als Längsnuten (17) zur Passage des Kühlmittels wirken in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zahnlückenweiten der durchgehenden Verzahnung (30) des Rotorzahnrades (12). Daher kann bei dieser Ausführungsform auf den Öldurchtritt (23) im Druckring (18) entsprechend 2 verzichtet werden, weil das Kühlmittel wegen der durchgehenden Verzahnung das Rotorzahnrad (12) vollständig den Spindelrotor wieder verlassen kann.
• 7 zeigt wie 2 in einem Längsschnitt die vorliegende Erfindung und bezieht sich dabei auf 6 als besonders preiswerte Ausführungsform. Das Rotorzahnrad (12) mit seiner Verzahnung (30) sitzt in dem Aufnahme-Durchmesser (24) des Spindelrotors (1) und überträgt durch die Längsstifte (16) das Drehmoment. Der Kopf-Durchmesser (26) am Rotorzahnrad (12) ist im Bereich der Leistungsübertragung für das Kronen-/Kegelrad-Getriebe (5) größer als der Aufnahme-Durchmesser (24), so dass über den Druckring (18) die Lagerung (13) auf der Welle fixiert wird. Die durchgehenden Längsnuten (17) als Lückenweiten der Verzahnung (30) übernehmen den Kühlmitteldurchtritt. Eine besonders flache Einführ-Fase (29) am gesamten Umfang des eingesteckten Aufnahme-Zapfen des Rotorzahnrades (12) erleichtert den Kühlmittel-Eintritt in die Zahnlücken als Längsnuten (17).
• Die beschriebene Erfindung wird selbstredend an beiden Spindelrotoren der Schraubenspindelpumpe gleichermaßen ausgeführt.

1

Schraubenspindelrotorpaar als rechts- und links-steigende, gegensinnig

drehende Verdrängerrotore

2

Pumpengehäuse mit äußerer Kühl-Verrippung in Pumpenlängsrichtung

3

Gas-Einlass in den Arbeitsraum des Pumpengehäuses

4

Gas-Auslass aus dem Arbeitsraum des Pumpengehäuses

5

Kronen- oder Kegelrad-Antriebsgetriebe gemäß WO 01/57401

6

Antriebswelle für den Kronen-/Kegelrad-Antrieb

7

Antriebsmotor

8

Schraubenspindelrotor-Innenkühlung, beispielsweise gemäß WO 00/12899

9

Zuführ-Innenrohr für diese Rotorinnenkühlung

10

Getriebegehäuse

11

Kühlmittel-Pumpe, beispielhaft als Innenzahnrad-Ölpumpe dargestellt, selbstredend jedoch auch für jede andere Ölförderpumpe geltend

12

Rotorzahnrad als rotorfestes Zahnrad der Kronen-/Kegelrad-

Getriebestufe

13

Spindelrotor-Festlagerung

14

Abschluss-Deckel am Zuführ-Innenrohr der Rotorinnenkühlung

15

Schraube zur axialen Sicherung des Spindelrotorantriebes

16

Längsstift-Verbindung zwischen Rotorzahnrad und Spindelrotorwellenende

17

Längsnuten am eingesteckten Rotorzahnradzapfen zur Passage des

Kühlmittels

18

Druckring zur axialen Innenring-Sicherung der Spindelrotor-Festlagerung

19

Lager-Kartusche zur Aufnahme der Außenringe der Spindelrotorlagerung

20

Gestellfestes Kühlmittel-Zuführröhrchen

21

Sammelring-Fase für das Kühlmittel am Rotorzahnradzapfen

22

Kühlmittel-Austrittsbohrungen in dem Zuführ-Innenrohr

23

Kühlmittel-Austrittsbohrungen auf der Antriebsseite

24

Innen-Aufnahme-Durchmesser für den Rotorzahnradzapfen in der Bohrung vom Spindelrotorwellenende

25

Zahnkopf-Druck-Anlageflächen vom Rotorzahnrad zum Druckring

26

Kopf-Durchmesser der tragenden Verzahnung des Rotorzahnrades

27

Wälzkreis-Linie der Verzahnung

28

Spindelrotor-Verdränger-Fördergewinde im Pumpenarbeitsraum

29

Einführfase zum Kühlmittel-Eintritt

30

Verzahnung des Rotorzahnrades im Bereich der Leistungsübertragung

31

Verzahnung des Rotorzahnrades im Bereich des Aufnahme-Zapfens

Claims (20)

1. Schraubenspindelpumpe zur Förderung und Verdichtung von Gasen mit einer über ein Kühlmittel arbeitenden Rotorinnenkühlung (8) für das Verdrängerrotorpaar (1) in einem Pumpengehäuse (2) und mit einem rotorfesten Zahnrad (12) von einer Kronen- oder Kegelrad-Getriebestufe (5) für das Schraubenspindelrotorpaar (1) dadurch gekennzeichnet, dass das lagerseitige Ende des Rotorzahnrades (12) als zylindrischer Aufnahme-Zapfen ausgebildet in den zylindrischen Abschnitt der Spindelrotorkühlbohrung unter der Spindelrotorlagerung (13) eingesteckt wird und dass am Rotorzahnrad (12) der Durchmesser-Absatz zwischen diesem zylindrischen Aufnahme-Zapfen und der Rotorzahnrad-Verzahnung die Lagerinnenring-Axialfixierung der Rotorlagerung (13) über das Zuführ-Innenrohr (9) der Rotorinnenkühlung (8) übernimmt und dass die Längsstift-Verbindung (16) zwischen Rotorzahnrad (12) und Wellenende des Schraubenspindelrotors (1) für die Drehmoment-Übertragung sorgt und dass die Passage des Kühlmittels über Längsnuten (17) in dem eingesteckten Zapfendes Rotorzahnrades (12) erfolgt.
2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 2 Längsstifte (16) am Umfang zwischen dem Rotorzahnrad (12) und dem Wellenende der Schraubenspindelrotore (1) gleichmäßig verteilt sind.
3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckring (18) an dem Durchmesser-Absatz des Rotorzahnrades (12) zwischen eingestecktem Zapfen und Rotorzahnrad-Verzahnung die Lagerinnenring-Axialfixierung der Rotorlagerung (13) über das Zuführ-Innenrohr (9) der Rotorinnenkühlung (8) übernimmt.
4. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführ-Innenrohr (9) an dem einen Ende am Rotorzahnrad (12) befestigt ist und an seinem anderen Ende einen Abschluss-Deckel (14) hat, wo das Zuführ-Innenrohr (9) über eine Schraube (15) axial angezogen wird.
5. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbohrung der Rotorinnenkühlung (8) der Schraubenspindelrotore (1) im Bereich der Spindelrotorlagerung (13) zylindrisch ausgeführt ist.
6. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Längsstifte (16) als Referenz bei der Herstellung der Verdrängerprofilflanken der Schraubenspindelrotore (1) genutzt werden und die Verzahnung des Kronen-/Kegelrad-Antriebs (5) ebenfalls nach dieser Position der Längsstifte (16) ausgerichtet ist.
7. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Längsnuten (17) zur Kühlmittel-Passage auf dem Umfang des Rotorzahnrades (12) gleichmäßig verteilt sind.
8. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passagenuten in die Verzahnung zur Verzahnungsschmierung geführt sind.
9. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende des Zapfens des Rotorzahnrades (12), wo das austretende Kühlmittel auf das eingesteckte Rotorzahnradzapfen-Ende trifft, eine umlaufende Sammelringfase (21) vorgesehen ist.
10. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten (17) bis zur Verzahnung des Rotorzahnrades (12) reichen.
11. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (18) radiale Austritt-Bohrungen (23) für das Kühlmittel aufweist.
12. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorzahnrad (12) radiale Austritt-Bohrungen (23) für das Kühlmittel aufweist.
13. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Aufnahme-Zapfen vom Rotorzahnrad (12) mit einer Verzahnung (31) versehen ist und die Längsstifte (16) in einzelnen Zahnlücken dieser Verzahnung (31) gleichzeitig an beiden Zahnflanken dieser Verzahnung (31) anliegen und dabei den Aufnahme-Durchmesser (24) so überragen, dass über entsprechende Bohrungen im Wellenende des Spindelrotors (1) diese Längsstifte (16) für die Drehmoment-Übertragung zwischen Rotorzahnrad (12) und Spindelrotor (1) sorgen.
14. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (31) über die gesamte Länge des zylindrischen Aufnahme-Zapfens des Rotorzahnrades (12) verläuft und die Zahnlücken dieser Verzahnung (31) für die Passage des Kühlmittels wie die Längsnuten (17) sorgen.
15. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahme-Durchmesser (24) für den Zapfen des Rotorzahnrades (12) kleiner ist als der Kopf-Durchmesser (26) der Leistungs-übertragenden Verzahnung (30), so dass die Zahnkopf-seitigen Druckflächen (25) die Axialkraft-Übertragung über den Druckring (18) zum Spindelrotor-Festlager (13) übernehmen.
16. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (31) am Aufnahme-Zapfen des Rotorzahnrades (12) und die Verzahnung (30) zur Leistungsübertragung mit dem gleichen Verzahn-Werkzeug hergestellt werden.
17. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum von jedem Längsstift (16) außerhalb des Aufnahme-Durchmessers (24) liegt.
18. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Arbeitsraum-Fördergewindes (28) am Spindelrotor (1) die Winkelausrichtung für dieses Fördergewinde (28) über die Position der Längsstifte (16) im Spindelrotorwellenende erfolgt.
19. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation für das Spindelrotorpaar (1) über die identische Ausführung der Verzahnungen (31) und (30) erfolgt.
20. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des eingesteckten Aufnahme-Zapfens des Rotorzahnrades (12) eine Einführ-Fase (29) am gesamten Umfang des Aufnahme-Durchmessers (24) vorgesehen ist.