Mehrstufiges Schraubenkompressoraggregat

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Schraubenkompressoraggregat. Es handelt sich vorzugsweise um ein trockenlaufendes Schraubenkompressoraggregat für hohe Drücke, typischerweise für 40 bar und mehr. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Erzeugung von Druckluft für das Blasformen von Kunststoffflaschen.

Aus US-A-3,407,996 (entsprechend DE-A-1628201) ist ein zweistufiges Schraubenkompressoraggregat bekannt. Es weist ein Getriebegehäuse mit einer lotrechten Montagewand auf, an der nebeneinander zwei Kompressorstufen parallel zueinander frei auskragend befestigt sind. Jede Kompressorstufe umfasst einen Schraubenkompressor mit zwei miteinander kämmenden Schraubenrotoren. In dem Getriebegehäuse befindet sich ein Getriebe mit einem Antriebszahnrad, das mit zwei angetriebenen Zahnrädern für die Drehung der Rotoren der beiden Schraubenkompressoren in Eingriff ist. In dem Dokument ist auch angegeben, dass die dort beschriebene Erfindung auch bei mehrstufigen Kompressoraggregaten mit mehr als zwei Stufen angewendet werden kann. Auf welche Weise weitere Kompressorstufen angeordnet werden können, ist aber nicht angegeben, und bei der konkret beschriebenen Konstruktion ist für weitere Kompressorstufen kein Platz.

Ein zweistufiges Schraubenkompressoraggregat ähnlicher Art ist auch aus DE 299 22 878.9 Ul bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dreistufiges Schraubenkompressoraggregat zu schaffen, das komprimiertes gasförmiges Fluid, insbesondere Druckluft bei einem sehr hohen Druck, typischerweise ca. 40 bar und mehr, liefern kann und das sich durch platzsparende, einfache und robuste Bauweise auszeichnet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll das dreistufige Schraubenkompressoraggregat gemäß der Erfin-

dung auf einfache Weise eine änderung der Antriebsübersetzung und des Drehzahlverhältnisses der drei Kompressorstufen ermöglichen.

Zur Lösung der Aufgabe ist erfϊndungsgemäß ein dreistufiges Schraubenkompressorag- gregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung.

Mit dem erfindungsgemäßen Schraubenkompressoraggregat kann gasförmiges Fluid, insbesondere Luft, unter Verwendung von nur drei Verdichterstufen mit einem sehr hohen Druckverhältnis von z.B. 40:1 komprimiert werden und damit Druckluft unter hohem Druck, wie sie für industrielle Fertigungsvorgänge, z.B. das Blasformen von Kunsstoffflaschen, benötigt wird, geliefert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Schraubenkompressoraggregat sind vorzugsweise die die erste und zweite Stufe bildenden Schraubenkompressoren oberhalb der durch die Drehachse des Antriebszahnrades verlaufende Horizontalebene angeordnet, während der Schraubenkompressor der dritten Stufe unterhalb der Schraubenkompressoren der ersten und zweiten Stufe und unterhalb der durch die Drehachse des Antriebszahnrades verlaufenden Horizontalebene angeordnet ist und sein angetriebenes Zahnrad mit dem Antriebszahnrad in der Nähe von dessen tiefsten Punkt in Eingriff steht. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausnutzung der vorhandenen Platzverhältnisse und eine platzsparende, kompakte Bauweise des Kompressoraggregats. Durch Verwendung unterschiedlicher austauschbarer Lager- und Flanschteile kann die Position der Antriebswelle in Horizontalrichtung und die Position der dritten Kompressorstufe in Vertikalrichtung verändert werden, um die Getriebekonfiguration an unterschiedliche Durchmesser der Zahnräder und damit an unterschiedliche Drehzahlverhältnisse der Kompressorstufen anzupassen.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines dreistufigen Kompressoraggregates gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Schraubenkompressors, der die dritte Stufe, des Kompressoraggregats gemäß Fig. 1 bildet;

Fig. 3 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Getriebegehäuses und Getriebes des Kompressoraggregats gemäß Fig. 1, bei weggelassenen Kompressorstufen;

Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung der Zahnräder, die das Getriebe des Kompressoraggregates bilden;

Fig. 5 eine Ansicht der Montagewand des Getriebegehäuses, teilweise weggebrochen, um das Getriebe sichtbar zu machen.

Figur 1 zeigt perspektivisch ein dreistufiges Schraubenkompressoraggregat mit drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80, die an einem Getriebegehäuse 90, das im wesentlichen die Form einer lotrechten Scheibe hat, parallel zueinander frei auskragend angeflanscht sind. Zu diesem Zweck hat das Gehäuse jedes Schraubenkompressors 60, 70, 80 an seinem dem Getriebegehäuse 90 zugewandten Ende einen Flansch 64, 74 bzw. 84, der mittels Schrauben mit einem Gegenflansch des Getriebegehäuses 90 verbunden wird. Die drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 werden gemeinsam von einem im Getriebegehäuse 90 gelagerten und durch einen Motor angetriebenen Antriebszahnrad angetrieben, wie dies noch näher erläutert wird. In dem dargestellten Kompressoraggregat ist der Schraubenkompressor 60 die Eingangsstufe (Niederdruckstufe) mit Ansaug- öffnung 61 und Auslassöffnung 63, der Schraubenkompressor 70 ist die zweite Stufe oder Zwischendruckstufe mit Einlassöffnung 71 und Auslassöffhung 73, und der Schraubenkompressor 80 ist die Endstufe oder Hochdruckstufe mit Einlassöffhung 81 und einer in Figur 1 nicht sichtbaren Auslassöffnung auf der von der Einlassöffnung 81 abgewandten Seite. Figur 1 zeigt ferner eine an den Fuß des Getriebegehäuses 90 angeflanschtes ölsumpfgehäuse 76, das durch ölleitungen 77 mit den Gleichlaufgetrieben

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der Schraubenkompressoren 60, 70, 80 sowie mit dem im Getriebegehäuse 90 angeordneten Antriebsgetriebe verbunden ist.

In Figur 1 nicht dargestellt sind die die Ein- und Auslässe der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 miteinander verbindenden Verbindungsleitungen für das zu komprimierende Medium, insbesondere Luft. Diese sind in dem Fachmann bekannter Weise ausgebildet und können z. B. mit Filtern, Zwischenkühlern und/oder Schalldämpfern ausgestattet sein.

Die Schraubenkompressoren 60, 70 der ersten und zweiten Stufe sind horizontal nebeneinander angeordnet, während der Schraubenkompressor 80 der dritten Stufe unterhalb der Schraubenkompressoren der ersten und zweiten Stufe angeordnet ist. Das ölsumpf- gehäuse 76 hat an seiner Oberseite eine Vertiefung 79, die zusätzlichen Platz für die Unterbringung des Schraubenkompressors der dritten Stufe schafft.

Jeder der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 von Fig. 1 weist in üblicher Weise zwei Rotoren auf, die in einem Rotorgehäuse parallelachsig drehbar gelagert sind und mit schraubenförmigen Rippen und Nuten ineinander greifen. Als Beispiel zeigt Fig. 2 den die dritte Stufe des dreistufigen Kompressoraggregats von Fig. 1 bildenden Schraubenkompressor 80, der für besonders hohe Drücke von vorzugsweise ca. 40 bar und mehr ausgelegt ist.

Der in Figur 2 gezeigte Schraubenkompressor hat ein (im Längsschnitt dargestelltes) Rotorgehäuse 1 , in welchem zwei Rotoren 3 und 5 parallelachsig drehbar gelagert sind. Die Drehachsen der Rotoren 3, 5 liegen in einer gemeinsamen vertikalen Ebene. Jeder Rotor 3, 5 hat einen Profilabschnitt 7 bzw. 9, der ein Profil mit schraubenförmig verlaufenden Rippen bzw. Nuten aufweist, wobei die Rippen und Nuten der beiden Profilabschnitte 7, 9 kämmend und abdichtend ineinander greifen. An die Profilabschnitte 7, 9 schließen sich beiderseits Wellenzapfen 7a, 7b, 9a, 9b an, mit deren Umfangsfläche Dichtungsanordnungen 1 1, 12 zusammenwirken, um den Rotor im Rotorgehäuse 1 abzudichten. Die Wellenzapfen 7a, 7b, 9a, 9b sind ferner durch Lager 13, 15 in dem Rotorgehäuse 1 drehbar gelagert.

Der in Figur 2 obere Rotor 3 ist der Hauptläufer und weist an seinem in Figur 2 linken Ende einen verlängerten Wellenzapfen 7c auf, der in das Getriebegehäuse 90 (Fig. 1) hineinragt und dort ein Zahnrad 85 trägt, das mit einem im Getriebegehäuse angeordneten Antriebszahnrad in Eingriff ist, um den Rotor 3 zur Drehung anzutreiben. An dem in Figur 2 rechten Ende weisen die beiden Rotoren 3, 5 zwei miteinander kämmende Zahnräder 17, 19 auf, die ein Synchronisiergetriebe (Gleichlaufgetriebe) bilden, das die Drehung von dem oberen Rotor 3 auf den unteren Rotor 5, der der Nebenläufer ist, im gewünschten Drehzahlverhältnis überträgt, und dafür sorgt, dass die Profilabschnitte 7, 9 der Rotoren 3, 5 berührungsfrei ineinandergreifen.

Das Rotorgehäuse 1 ist von einem Kühlmantel oder Kühlgehäuse 21 umgeben, das ü- berwiegend einstückig mit dem Rotorgehäuse 1 ausgebildet ist und dieses mit Abstand umgibt. Oben und unten hat das Kühlgehäuse 21 großflächige öffnungen, die mittels einer Deckelplatte 23 bzw. einer Bodenplatte 25, die durch Schrauben befestigt sind, verschlossen sind. Zwischen dem Rotorgehäuse 1 und dem Kühlgehäuse 21, 23, 25 befindet sich ein das Rotorgehäuse 1 ringförmig umgebender Kühlraum 27, in dem ein flüssiges Kühlmittel, z.B. Wasser, zirkuliert.

Der in Figur 2 dargestellte Schraubenkompressor der dritten Stufe ist, ebenso wie die Schraubenkompressoren 60, 70 der ersten und zweiten Stufe, ein sogenannter Trockenläufer, d.h. sein Verdichtungsraum ist ölfrei gehalten. öl aus dem ölsumpf 76, das durch eine (nicht dargestellte) ölpumpe zirkuliert wird, wird nur für die Schmierung des Antriebsgetriebes (Zahnräder 65, 75, 85, 95) und der Lager 13, 15 sowie des Gleichlaufgetriebes (17, 19) jedes der Schraubenkompressoren 60, 70, 80 (siehe 17, 19 in Fig. 2) verwendet, gelangt aber nicht in den Verdichtungsraum der Schraubenkompressoren.

An dem in Fig. 2 linken Ende des Rotorgehäuses 1 ist lösbar mittels Schrauben eine Flanschplatte 84 befestigt, die zur Befestigung des Schraubenkompressors an der Montagewand 91 des Getriebegehäuses dient und zu diesem Zweck Löcher für Befestigungsschrauben aufweist. Durch Auswechseln der Flanschplatte 84 gegen eine solche

mit anderem Lochbild kann die Position, in der der Schraubenkompressor an dem Getriebegehäuse 90 befestigt wird, verändert werden.

Bei Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Kompressoraggregats wird am Einlass 61 der ersten Kompressorstufe 60 angesaugte Luft von dieser auf einen Druck im Bereich von 3 bis 6 bar, vorzugsweise ca. 3,5 bar, komprimiert sowie anschließend von der zweiten Kompressorstufe 70 auf einen Zwischendruck im Bereich von 10 bis 15 bar, vorzugsweise ca. 12 bar, komprimiert. Diese vorverdichtete Luft gelangt vom Auslass 73 der zweiten Stufe 70 über eine (nicht dargestellte) Verbindungsleitung zum Einlass 81 der dritten Kompressorstufe 80 und wird in dieser auf einen Enddruck im Bereich von 30 bis 50 bar, vorzugsweise ca. 40 bar, komprimiert. Bei den vorstehend genannten bevorzugten Betriebsdrücken sind die Druckverhältnisse in jedem der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 annähernd gleich.

Fig. 3 zeigt perspektivisch, teilweise im Schnitt, das Getriebegehäuse 90 mit dem darin angeordneten Getriebe für den Antrieb der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80. Das Getriebegehäuse 90 hat auf seiner einen Seite eine lotrechte Montagewand 91, an der die Gehäuse der drei Kompressorenschrauben der Kompressoren 60, 70, 80 (in Fig. 3 nicht dargestellt) mit Flanschverschraubungen befestigt werden. Auf der anderen Seite ist das Getriebegehäuse 90 durch einen Lagerdeckel 92 verschlossen, in welchem mittels eines Lagerrings 93 eine Antriebswelle 94 gelagert ist, die ein Antriebszahnrad 95, trägt. Das über das Antriebszahnrad 95 hinausragende Ende der Antriebswelle 94 ist in einem in der Montagewand 91 eingesetzten Lagertopf (siehe Fig. 5) gelagert. Das Antriebszahnrad 95 ist in Eingriff mit drei angetriebenen Zahnrädern 65, 75, 85, die um den Umfang des Antriebszahnrades 95 verteilt angeordnet und den drei Schraubenkompressoren 60, 70 zugeordnet sind, um diese anzutreiben. Jedes der angetriebenen Zahnräder 65, 75, 85 sitzt auf einem durch eine entsprechende öffnung in der Montagewand 91 in das Getriebegehäuse 90 hineinragenden Rotorwellenzapfen eines der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80.

In Fig. 4 ist die Anordnung der drei angetriebenen Zahnräder 65, 75, 85 bezüglich des Antriebszahnrades 95 dargestellt. Die angetriebenen Zahnräder 65, 75 der Schrauben-

kompressoren 60 oder 70 der ersten und zweiten Stufe befinden sich oberhalb der durch die Rotationsachse A des Antriebszahnrades 95 verlaufenden Horizontalebene B-B. Dagegen befindet sich das angetriebene Zahnrad 85 des Schraubenkompressors 80 der dritten Stufe deutlich unter der durch die Achse A verlaufenden Horizontalebene B-B, und zwar vorzugsweise in der Nähe des tiefsten Punktes T des Antriebszahnrades 95. Vorzugsweise ist das Antriebszahnrad 65 für die erste Kompressorstufe so angeordnet, dass eine seine Achse 65' mit der Achse A des Antriebszahnrades 95 verbindende Gerade C mit der durch die Achse A des Antriebszahnrades 95 verlaufenden horizontalen Geraden B-B einen Winkel α von nicht mehr als 30° einschließt. Für das angetriebene Zahnrad 75 der zweiten Kompressorstufe 70 beträgt der entsprechende Winkel ß vorzugsweise nicht mehr als 20°. Andererseits ist das angetriebene Zahnrad 85 der dritten Kompressorstufe 80 so nahe am tiefsten Punkt T des Antriebszahnrades 95 angeordnet, dass ein die Achse des angetriebenen Zahnrades 85 mit der Drehachse A des Antriebszahnrades 95 verbindende Gerade D mit der durch die Achse A des Antriebszahnrades 95 verlaufenden Vertikalebene einen Winkel γ von nicht mehr als 20° einschließt.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Montagewand 91 des Getriebegehäuses 90. Diese ist im oberen Bereich ausgeschnitten dargestellt, um das dahinter angeordnete Antriebszahnrad 95 zu zeigen, welches mit den angetriebenen Zahnrädern 65, 75, 85 der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 (in Fig. 5 weggelassen) in Eingriff steht. Die Montagewand 91 weist öffnungen 68, 78, 88 auf, durch die die Zahnräder 65, 75, 85 tragenden Wellenzapfen (siehe 7b in Fig. 2) der Schraubenkompressoren 60, 70, 80 in das Getriebegehäuse 90 eintreten können. Die Montagewand 91 weist rippenartig erhöhte, die öffnungen 68, 78, 88 umgebende Gegenflansche 69, 79, 89 auf, an denen die Flansche 64, 74, 84 der Kompressoren 60, 70, 80 (vgl. Fig. 1) mittels Schrauben und über geeignete Dichtungen befestigt werden.

In die Montagewand 91 des Getriebegehäuses 90 ist ein Lagertopf 97 eingesetzt, in welchem das Ende der das Antriebszahnrad 95 tragenden Antriebswelle 94 (siehe Fig. 3) gelagert ist. Sowohl der Lagertopf 97 als auch der in Fig. 3 gezeigte Lagerring 93 zur Lagerung der Antriebswelle 94 sind exzentrisch ausgebildet. Durch Austausch des Lagerrings 93 und des Lagertopfes 97 gegen solche mit unterschiedlicher Exzentrizität

kann die Position des Antriebszahnrades 95 in horizontaler Richtung geändert werden, wie durch den horizontalen Doppelpfeil 98 in Fig. 5 angedeutet.

Ferner ist die an den Gegenflansch 89 des Getriebegehäuses anzuschraubende Flanschplatte 84 (siehe auch Fig. 2) des die dritte Stufe bildenden Schraubenkompressors 80 mit dessen Rotorgehäuse 21 lösbar mittels Schrauben verbunden und kann gegen eine Flanschplatte mit geändertem Lochbild ausgetauscht werden, wodurch die Position des Schraubenkompressors 80 und damit seines angetriebenen Zahnrades 85 in Vertikalrichtung geändert werden kann, wie durch den vertikalen Doppelpfeil 86 in Fig. 5 angedeutet.

Diese Möglichkeit der Verstellung des Antriebszahnrades 95 in Horizontalrichtung 98 und des angetriebenen Zahnrades der dritten Stufe in Vertikalrichtung 86 ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Radsätze der das Getriebe bildenden Zahnräder 95, 65, 75, 85, wobei durch unterschiedliche, aneinander angepasste Durchmesser die Antriebsübersetzung insgesamt und auch die relativen Drehgeschwindigkeiten der drei Kompressorstufen 60, 70, 80 geändert werden können. Dabei können alle vier das Getriebe bildenden Zahnräder 65, 75, 85, 95 gegen solche anderen Durchmessers ausgetauscht werden, wobei eine Verstellung von nur zweien dieser Elemente in zwei zueinander senkrechten Richtungen, nämlich des Antriebszahnrades 95 in Horizontalrichtung 98 und des Zahnrades 85 der dritten Stufe in Vertikalrichtung 86, ausreicht, um den ordnungsgemäßen Eingriff der Zahnräder auch bei geänderten Durchmesserverhältnissen zu gewährleisten.

Bezugszeichenliste

I Rotorgehäuse 3 Rotor

5 Rotor

7 Profilabschnitt 7a Wellenzapfen 7b Wellenzapfen 7c Wellenzapfen 9 Profilabschnitt 9a Wellenzapfen 9b Wellenzapfen

I 1 Dichtungsanordnung

12 Dichtungsanordnung

13 Lager 15 Lager 17 Zahnrad 19 Zahnrad 1 Kühlmantel 3 Deckelplatte 5 Bodenplatte 7 Kühlraum 0 Schraubenkompressor 1 Ansaugöffhung 3 Auslassöffhung 4 Flansch 0 Schraubenkompressor 1 Einlassöffnung 3 Auslassöffhung

74 Flansch

76 ölsumpfgehäuse

77 ölleitungen

79 Vertiefung

80 Schraubenkompressor

81 Einlassöffhung A Achse

B Gerade C Gerade D Gerade

84 Flanschplatte

85 Zahnrad

86 Doppelpfeil

89 Gegenflansche

90 Getriebegehäuse

91 Montagewand

92 Lagerdeckel

93 Lagerring

94 Antriebswelle

95 Antriebszahnrad

97 Lagertopf

98 Doppelpfeil