Trockenverdichtende Kompressoren gewinnen in der industriellen Verdichtertechnik verstärkt an Bedeutung, denn durch zunehmende Verpflichtungen bei Umweltschutzvorschriften und steigende Betriebs- und Entsorgungskosten sowie erhöhte Ansprüche an die Reinheit des Fördermediums werden die bekannten nassiaufenden Verdichter, wie Flüssigkettsringmaschinen, Drehschieberpumpen und Öl- oder Wassereingespritzte Schraubenkompressoren, immer häufiger durch trockenverdichtende Maschinen ersetzt. Zu diesen Maschinen gehören trockene Schraubenverdichter, Klauenpumpen, 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 und befriedigendem Wirkungsgrad immer noch nicht erreichen.

Zur Verbesserung dieser Situation bieten sich die bekannten trockenverdichtenden Spindelkompressoren an, weil sie als typische 2-We!lenverdrängermaschinen ein hohes Kompressionsvermögen einfach dadurch realisieren, dass sie die nötige Mehrstufigkeit als sogen. "Fördergewinde" durch Hintereinanderschaltung mehrerer abgeschlossener Arbeitskammern über die Anzahl der Umschiingungen je Verdrängerrotor äußerst unkompliziert erreichen, ohne jedoch ein Betriebsfluid im Arbeitsraum zu benötigen. Außerdem wird durch die berührungslose Abwälzung der beiden gegensinnig drehenden Spindelrotore eine erhöhte Rotordrehzahl ermöglicht, so dass bezogen auf die Baugröße gleichzeitig Nennsaugvermögen sowie Liefergrad ansteigen. Dabei können trockenverdichtende Spindelmaschinen sowohl für Anwendungen im Vakuum als auch für Überdruck eingesetzt werden, wobei der Leistungsbedarf im Überdruck naturgemäß signifikant höher ist, weil im Überdruck-Bereich mit Enddrücken deutlich über 2 bar (absolut) bis auf 15 bar und noch höher deutlich größere Druckdifferenzen zu überwinden sind.

In dem Schutzrecht DE 10 2013 009 040.7 wird für einen trocken verdichtenden Spindelkompressor beschrieben, wie über nicht-parallele Drehachsen der beiden Spindelrotore sowohl ein großes inneres Verdichtungsverhältnis als auch eine hohe Stufenanzahl bei gleichzeitiger Minimierung der inneren Leckage zwischen den vielfach hintereinandergeschalteten Arbeitskammern zwischen Fördergas-Einlass und -Auslass erreicht wird. Unbefriedigend gelöst ist aber noch die optimale Gestaltung und vorteilhafte Ausführung zwecks einwandfreier Anpassung an unterschiedliche Betriebs- und Arbeitsbedingungen unter Berücksichtigung der besonderen thermodynamischen Situation des genannten Spindelkompressors. Dabei sind die speziellen Merkmale dieser mehrstufigen Verdichtertechnologie gezielt einzubeziehen, um Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit signifikant gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für einen Spindelkompressor als trockenverdichtende 2-Wellen-Rotations-Verdrängermaschine mit einem 2-zähnigen Spindeirotor und einem gegensinnig drehenden 3-zähnigen Spindelrotor bei zueinander schiefen Drehachsen beider Spindelrotore für alle Betriebszustände und Betriebszustandsänderungen sowohl die Spiel-Situation zwischen dem 2015/062374

Rotorpaar und dem umgebenden Verdichtergehäuse als auch die entsprechende Leistungsanpassung an unterschiedliche Arbeitsbedingungen und Applikations-Anforderungen zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist

a) ein Aufteilungsregulierungsorgan ε„ (21 ) den Kühlfluidstrom (22) zur Rotorinnenkühlung (6) des 2-zähnigen Spindelrotors (2) und den Kühlfluidstrom (23) zur Rotorinnenkühlung (7) des 3-zähnigen Spindelrotors (3) derart zueinander einstellt bzw. aufteilt, dass für alle Betriebs2ustände und Betriebszustandsänderungen die Spielsituation zwischen beiden Spindelrotoren (2 und 3} innerhalb gewählter Grenzen erhalten bleibt, nämlich vorzugsweise ein Spalt zwischen beiden Spindeirotoren (2 und 3) weniger als plusminus 30% abweicht vom Spaltwert bei der Montage, vorzugsweise nur plusminus 30% und insbesondere plusminus 20%, und außerdem b) ein Auftetlungsregulierungsorgan ε _ρ (12) und ein Aufteilungsregulierungsorgan ε _κ (20) mit voneinander abhängiger und gegenseitig überwachter Einstellung für die Kühlmittelmenge zur Gehäuse-Kühlfluid- Zuführung (15) und für die Kühimittelmengen zu den Spindelrotor-Zuführungen (22 und 23) sorgen dafür, dass für alle Betriebszustände und Betriebszustandsänderungen die Spielsituation zwischen Spindelrotorpaar und umgebendem Verdichtergehäuse innerhalb gewählter Grenzen erhalten bleibt, dies gilt insbesondere für diejenigen Spindelkompressor-Ausführungen, bei denen der auf einer Stahl- Trägerweile drehfeste Spindefrotor-Fördergewindetei! aus einem Werkstoff mit höherer Wärmeleitung, vorzugsweise Aluminium-Legierung, und das umgebende Verdichtergehäuse aus einem druckfesten Guss-Werksstoff, beispielsweise mindestens GG 25 bis GG 35, mit geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht,

und nur mit dieser Regulierung der Kühlmittelmengen für diese Bauteile ist die Spieisituation für alle Betriebszustände und Betriebszustandsänderungen verlässlich beherrschbar, wobei die Vorgaben zur Kühlmittelmengen-Reguüerung von einer durch praktische Messungen mehrfach verifizierten und fortlaufend weiterentwickelten Simulationsprogrammierung stammen, in welcher für alle Betriebszustände und Betriebszustandsänderungen die Wärmebilanzen je Verdichter-Bauteil erstellt werden, um dann über deren thermischen Dehnungen die erforderlichen Kühlmittelmengen und die daraus resultierenden Wärmeabführmengen zur Einhaltung der Spieisituation innerhalb gewählter Grenzen umzusetzen, und außerdem c) für die gewünschte Ölfreiheit im Verdichterarbeitsraum zwischen Einiass (1 ) und Auslass (4) sorgt auf der Verdichter-Auslass-Seite zudem ein permanenter Verlustgasstrom (32) dadurch, dass der Druck im Synchro. -Getrieberaum (8) stets geringfügig (ab etwa 20 mbar) kleiner ist als der Druck im Auslass- Sammelraum (4), indem dieser Verlustgasstrom kontrolliert über ein Regulierungsorgan (17) in den Sammelraum (18) geleitet wird, und außerdem d) für die gewünschte Ölfreiheit im Verdichterarbeitsraum zwischen Einiass (1 ) und Auslass (4) sorgt auf der Verdichter-Einlass-Seite zudem ein permanenter Verlustgasstrom (25) über jede Einiass-seitige Arbeitsraum-Wellenabdichtung dadurch, dass der Druck in dem Sammelraum (26) für diese Einlass- Abdichtungen-Förderveriustgasströme (25) stets geringfügig (ab etwa 20 mbar) kleiner ist als der Druck im Einlass-Sammelraum (1 ), wobei der Ansaug-Unterdruck der Kühifluid-Förderpumpe (10) über Ansaug-Rohr und Zuführung (19) zur Druckabsenkung in dem Sammelraum (26) genutzt wird, und außerdem e) je Arbeitsraum-Weilenabdichtung gibt es mindestens einen neutralen Zwischenraum (33) zur Kontrolle der Ölfreiheit im Arbeitsraum des Spindelverdichters zwischen Einiass (1) und Aus!ass-Raum (4) und außerdem f) die applikationsspezifisch gewünschte Leistungsanpassung des Spindelverdichters erfolgt Einlass- seitig erfindungsgemäß über Nach-Einlass-Zuführungen (28) mit jeweiligem Regulierungsorgan in Verbindung mit dem Regulierungsorgan für den Einiass-Fördergasstrom (27), indem das Fördergas auf in Rotoriängsachsrichtung unterschiedlich große Arbeitskammer-Voiumina des mehrstufigen Spindeirotorpaares zur gewünschten Volumenstrom-Einsteilung bei zugleich unterschiedlicher Verdichtungsweglänge zur gewünschten Druckanstieg-Einstellung gezielt zugeführt wird, und außerdem g) die applikationsspezifisch gewünschte Leistungsanpassung des Spindelverdichters erfolgt Auslass- seitig erfindungsgemäß über Vor-Auslass-Abführungen (29) mit jeweiligem Regulierungsorgan in Verbindung mit dem Regulierungsorgan für den Auslass-Fördergasstrom (30), indem das Fördergas von in Rotorlängsachsrichtung verschiedenen Arbeitskammern des mehrstufigen Spindelrotorpaares nach unterschiedlicher Verdichtungsweglänge zur applikationsspezifisch gewünschten Einsteilung der Verdichtungshöhe gezielt abgeführt wird, 15 062374

wobei die gemäß f) und g) genannten Maßnahmen zur Leistungsanpassungen miteinander kombiniert werden, und außerdem h) zur Verbesserung des Verdichter-Wirkungsgrades erfolgt die Parameter-Auslegung für das Spindelrotorpaar über die genannten Simulations-Software derart, dass mindestens 30%, besser noch über 40% und für größere Antriebsleistungen sogar über 50% der Verdichter-Antriebsleistung als Warme über die Arbeitsraum-Bauteile (2 und 3) sowie (5) abgeführt wird, und außerdem i) als Ergebnis der genannten thermodynamischen Simulation des Verdichtungsprozesses erfolgt die Festlegung der Kühlfluid-Durchströmungsrichtung bei der Kühlung des Verdichtergehäuses (5) dadurch, dass die Kühifluid-Zuführung (15) entweder an der Kühlfluid-Übergangsstelle G2 (14) oder an der Kühlfluid-Übergangsstelle G1 (13) angeschlossen wird.

Die nachfolgende Darstellung macht die vorliegende Erfindung beispielhaft klar:

Fig. 1 zeigt beispielhaft für die vorliegende Erfindung eine Schnittdarstellung für den Spindelkompressor mit den Kühlfluid-Strömen mit dem vereinfacht dargestellten Ölkühler (16) sowie den genannten Regulierungsorganen, um entsprechend der thermodynamischen Simulation den Spindelkompressor applikationsspezifisch für alle Betriebszustände und Betriebszustandsänderungen optimal betreiben zu können. Die Nach-Einlass-Zuführungen (28) und die Vor-Auslass-Abführungen (29) für das Fördermedium ergeben die jeweils gewünschte Leistungsanpassung hinsichtlich Volumenstrom und Arbeitsdruck.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein nicht paralleles Spindelrotorpaar, es handelt sich um eine vereinfachte Darstellung, die Spindelachsen müssen nicht, wie dargestellt, in einer Ebene liegen.

Spindelverdichter ohne Betriebsfluid im Arbeitsraum mit einem 2-zähnigen Spindelrotor (2) und einem 3-zähnigen Spindelrotor (3) in einem umgebenden Verdichtergehäuse (8) mit vorzugsweise nichtparallelen Drehachsen beider Spindelrotore. Um für alle Betriebszustände und Betriebszustandsänderungen die gesamte Spiel-Situation sowie die Leistungsanpassung zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Aufteilungsregulierungsorgan ε„ (21 ) die Kühlfiuidströme (22 und 23) zu beiden Rotorinnenkühlungen (6 und 7) derart zueinander einstellt, dass die Spieisituation zwischen beiden Spindelrotoren (2 und 3) innerhalb gewählter Grenzen erhalten bleibt. Dies gilt gleichfalls zum Verdichtergehäuse über ein Aufteilungsregulierungsorgan ε _ρ (12) und ein Aufteilungsregulierungsorgan ε _κ (20) voneinander abhängig und gegenseitig überwacht ebenso für die Kühlmitteimengen zur Gehäuse-Kühlfluid-Zuführung (15) sowie zu den Spindelrotor-Zuführungen (22 und 23). Außerdem gibt es 2015/062374 zusätzlich noch Nach-Einlass-Zuführungen (12) in den Arbeitsraum ebenso wie zusätzliche Vor-Auslass- Abführungen (15) mit jeweils mit eigenem Regulierungsorgan zur gezielten Leistungsanpassung.

Bezugszeichenliste:

1. Einlass-Sammelraum für das Fördermedium

2. 2-zähniger Spindelrotor mit Trägerweile, beidseitiger Rotorlagerung sowie Arbeitsraum-Wellenabdichtung und Synchronisations-Zahnrad und außerdem optional inklusive Antriebszahnrad

3. 3-zähniger Spindeirotor mit Trägerwelle, beidseitiger Rotorlagerung sowie Arbeitsraum-We!len- abdichtung und Synchronisations-Zahnrad

4. Ausiass-Sammelraum für das Fördermedium

5. Verdichtergehäuse mit umhüllendem Blechmantel gemäß DE 0 2012 011 823.6

6. Rotorinnen-Fluidkühlung für den 2-zähnigen Spindelrotor

7. Rotorinnen-Fluidkühlung für den 3-zähnigen Spindelrotor

8. Getrieberaum der Synchronisationszahnräder

9. Schmierölansammlung im Getrieberaum der Synchro. -Verzahnung mit Ölniveau-Überwachung 0. Kühlfiuid-Förderpumpe, vorzugsweise direkt von der Antriebswelle angerieben 1. Schmierölzuführung von der Kühlfiuid-Förderpumpe mit Regulierungsorgan s _G 2. Aufteilungsregulierungsorgan ε _Ρ im Kühlfiuidstrom, vorzugsweise hinter der Kühlfluidpumpe (10) 3. Kühlfluid-Übergangsstelie G1 des Verdichtergehäuses 4. Kühlfluid-Übergangsstelie G2 des Verdichtergehäuses 5. Kühlfluid-Zuführung hinter ε _Ρ (12) zur Verdichtergehäuse-Kühlung 6. Wärmetauscher für das Kühlfluid, um die vom Kühlfluid insbes. aus den Verdichter-Bauteilen wie Rotorpaar und Verdichtergehäuse aufgenommene Wärme abzugeben, als Stichwort; "Ölkühler" Reguüerungsorgan für den Druck im Synchronisationszahnräder-Getrieberaum (8) mit Spritzöl- geschützter Ableitung in den Sammelraum (18)

Kühlfiuid-Sammelraum

Kühifluidvorrat mit Ansaug-Rohr und Zuführung zur Kühlfluid-Förderpumpe (10)

Aufteilungsreguiierungsorgan ε _κ im Kühlfluidstrom, vorzugsweise hinter dem Ölkühler (16) Aufteilungsreguiierungsorgan e _R im Kühlfluidstrom zu beiden Spindelrotoren

Kühlfluid-Zuführung zur Rotorinnen-Fluidkühlung (6) für den 2-zähnigen Spindelrotor (2)

Kühlfluid-Zuführung zur Rotorinnen-Fluidkühlung (7) für den 3-zähnigen Spindelrotor (3)

Kühlfluid-Ableitung, beispielsweise in den Kühifluidvorrat (19)

Förderverlustgasstrom über jede Einlass-seitige Arbeitsraumwel!enabdichung

Sammelraum für sämtliche Einlass-Abdichtungen-Förderverlustgasströme (25)

Einlass-Fördergasstrom mit Regulierungsorgan in den Verdichter-Einlass-Sammelraum (1 } Nach-Einlass-Zuführungen mit Regulierungsorgan für das Fördermedium

Vor-Auslass-Abführungen mit Regulierungsorgan für das Fördermedium

Auslass-Fördergasstrom mit Regulierungsorgan aus dem Verdichter-Auslass-Sammelraum (4) Sammel-Ausgangs-Leitung für den Auslass-Fördergasstrom

Förderverlustgasstrom über jede Auslass-seitige Arbeitsraumwellenabdichung

neutraler Zwischenkontroliraum jeder Arbeitsraumwellenabdichung