Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
STEAM COMPRESSOR COMPRISING A DRY POSITIVE-DISPLACEMENT UNIT AS A SPINDLE COMPRESSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/134200
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a spindle compressor designed as a twin-shaft rotary displacement machine for delivering and compressing flow media, particularly steam. It comprises a pair of spindle rotors in a compressor housing (1) comprising an inlet collecting space (11) and an outlet collecting space (12). The centre distance of the pair of spindle rotors is at least 10% longer on the inlet-side end than on the outlet-side end. Each of the two spindle rotors (2, 3) is driven by an electric motor (18, 19), and an electronic synchronisation controls the electric motors (18, 19) such that the spindle rotors (2, 3) rotate in a contact-free manner.

More Like This:
Application Number:
EP2018/051005
Publication Date:
July 26, 2018
Filing Date:
January 16, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
STEFFENS RALF (DE)
International Classes:
F04C18/56; F04C18/08; F04C18/16; F04C27/00; F04C29/02; F04C29/04
Domestic Patent References:
WO2013167605A22013-11-14
Foreign References:
DE102013009040A12014-12-04
DE102015108790A12015-12-03
EP2016077063W2016-11-09
DE102013009040A12014-12-04
DE102015108790A12015-12-03
DE102016004048A2016-04-04
EP2015062376W2015-06-03
Attorney, Agent or Firm:
BAUER - VORBERG - KAYSER PARTNERSCHAFT MBB (DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1 . Spindelkompressor als im Arbeitsraum ohne Betriebsfluid arbeitende 2-Wellen- Rotations-Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung gasförmiger Fördermedien, vorzugsweise Wasserdampf, mit einem Spindelrotorpaar in einem Verdichtergehäuse (1 ), das einen Einlass-Sammelraum (1 1 ) und einen Auslass- Sammelraum (12) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass der Achsabstand des Spindelrotorpaars am Einlass- seitigen Ende mindestens 10% größer ist als am Auslass-seitigen Ende, dass jeder der beiden Spindelrotoren (2, 3) von einem Elektromotor (18, 19) angetrieben ist und eine elektronische Synchronisation die Elektromotoren (18, 19) steuert, und dass sich die Spindelrotoren (2, 3) berührungsfrei drehen.

2. Spindelkompressor nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Spindelrotor (2) zweizähnig ist, dass der andere Spindelrotor (3) dreizähnig ausgeführt ist, und dass die elektronische Synchronisation eine 2 zu 3 Synchronisation ist.

3. Spindelkompressor nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spindelrotor (2 bzw. 3) eine Innenkühlung hat, die vorzugsweise eine zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) mit Radius RC2 am 2-zähnigen Spindelrotor (2) bzw. mit Radius RC3 am 3-zähnigen Spindelrotor (3) ausgeführt ist.

4. Spindelkompressor nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer-Kühlbohrung (6) eine Innenstruktur mit mindestens einem der folgenden Merkmale, vorzugsweise mehreren, aufweist: a) mindestens eine Kühlfluid-Führungsnut (16), vorzugsweise mit genauer (mit Abweichung < 1 %) Einhaltung des Rc-Wertes, insbesondere mit

a.1 ) Nutgrundflächen mit Neigungswinkeln ψ(ζ) mit 170° < ψ(ζ) < 180° als f(z) und/oder

a.2) der Auslass-Bereich hat eine größere Oberfläche für einen Wärmetransfer als der Einlass-Bereich,

b) Kühlfluid-Verteiler-Überlaufnuten (17)

c) Abstützstellen (7) zur drehfesten Abstützung auf der jeweiligen Trägerwelle (4 bzw. 5) d) Dampfaustritt (14) in den Einlassraum (1 1 ).

5. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spindelrotorsystem mit den als fertig montierte und gewuchtete Rotationseinheit (40) ausgeführt ist, und dass vorzugsweise Schälscheiben (26) für die finale Spieleinstellung zwischen Rotorköpfen und Gehäuse vorgesehen sind.

6. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schwingungssensor (39) vorgesehen ist, der mit einer Control-Unit (25) verbunden ist, und dass in der Control-Unit (25) die zugeführte Menge des Kühlfluidstroms (9) auf die zur Maximierung des Gesamt- Wirkungsgrads entsprechende Menge beschränkt wird.

7. Spindelkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass die biege-kritische Drehzahl des 2-zähnigen Spindelrotors etwa (mit einer Toleranz von vorzugsweise weniger als ± 30%) 1 ,5-fach höher ist als die biegekritische Drehzahl des 3-zähnigen Spindelrotors (3).

8. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzungswinkel alpha zwischen den beiden Spindelrotor-Drehachsen in Kombination mit dem jeweiligen in Rotorlängsachsrichtung derart ausgeführt wird, dass je Rotor eine zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) bei minimalen (also bzgl. der Material-Festigkeit passend zur jeweiligen Zahnhöhe) Wandstärken w am tragenden Fußgrundkörper (32) entsteht (beispielsweise gemäß den vorgenannten Positionsbeschreibungen von E, S, V und L) unter gleichzeitiger Berücksichtigung der (vorzugsweise) Blaslochfreien Profilgestaltung des Gas-Förder-Außengewindes (31 ) sowie "Spindelrotorspezifisch passender" biegekritischer Drehzahl und Umsetzung des inneren Volumenverhältnisses als iV Wert (wie erläutert), wobei das Gas-Förder- Außengewinde (31 ) am 2-zähnigen Spindelrotor (2) vorzugsweise mit zylindrischer Abflachung (27) im Einlass-Bereich ausgeführt wird.

9. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierung der Wärmehaushalte für die Arbeitsraum-Bauteile erfolgt applikationsspezifisch als Basis-Stufe (wie erläutert) bei der Bauteile-Wärmeabführung im Betrieb zur Einhaltung der Spielwerte zwischen Vermeidung der Spielaufzehrung und zu großer Unterschiede bei den Spielwerten (wie erläutert) sowie als VET-Stufe (wie erläutert) bei der Bauteile-Wärmeabführung zur Wirkungsgrad-Verbesserung

• als abgezweigter Kühlfluidstrom

• als separater Kühlwasserstrom

• über verzögerte Verdampfung

mit Kühlfluid-Einspritzung (33) in den Verdichter-Arbeitsraum, vorzugsweise im Bereich des Einlass-Sammelraums (1 1 ), was alles von der Control-Unit (25) reguliert und gesteuert wird.

10. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spindelrotor (2, 3) aus einer Alu-Legierung besteht und drehfest auf einer Stahlwelle (4, 5) an den Abstützstellen (7) aufgepresst ist, und dass vorzugsweise dann erst das Gas-Förder-Außengewinde (31 ) gefertigt wird und der Spindelrotor (2, 3) eine bereits fertig hergestellte Innenstruktur hat.

1 1 . Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des inneren Volumenverhältnisses an die jeweiligen Betriebsbedingungen über Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15) erfolgt.

12. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Dampfaustritt (14) direkt zum Einlass erfolgt.

13. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass am Einlass des 2-zähnigen Spindelrotors eine zylindrische Abflachung (27) vorgesehen ist, insbesondere dass das Gas-Förder- Außengewinde (31 ) beim 2-zähnigen Spindelrotor (2) die zylindrische Abflachung (27) im Einlass-Bereich aufweist.

14. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der 2-zähnige Spindelrotor (2) mit einem Zwischenträger (17) versehen ist, wodurch vorzugsweise eine Gewichts-Reduzierung, insbesondere auch für ein geringeres Massenträgheitsmoment beim Hochfahren (bzw. Abbremsen) bei zugleich hoher Biegesteifigkeit, beispielsweise aus vakuumtauglichen Faserverbundmaterial, z.B. als CFK-Werkstoff, erreicht ist.

15. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kühlfluid-Zuführung (9.2 bzw. 9.3) vorgesehen ist, dass jeder Spindelrotor eine zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) aufweist, die mit der Kühlfluid-Zuführung (9.2 bzw. 9.3) verbunden ist.

16. Spindelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antrieb eine hohle Welle aufweist, dass die Kühlfluid-Zuführung (9.2 bzw. 9.3) zur zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) des jeweiligen Antriebs durch diese hohle Welle erfolgt, und dass vorzugsweise die Lager (10) als auf Lebensdauer ausgelegte Lager sind, insbesondere Lebensdauer-fettge- schmierte Hybridlager, Vollkeramiklager oder auch Magnetlager sind.

SEITE ABSICHTLICH LEER GELASSEN

Description:
Wasserdampf-Verdichter mit trockener Verdrängermaschine als Spindelkompressor

Kreisprozesse werden vorzugsweise beschrieben nach Carnot mit Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme sowie einem Verdichter als Antrieb für das Kreislaufmedium in der gasförmigen Phase. Kreisprozesse werden sehr häufig eingesetzt und sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Dazu gehören rechts- und linksdrehende Carnot- Prozesse, mit gewünschter/gezielter Wärme-Aufnahme zur Erfüllung einer Kühlungs- Aufgabe (in der Kälte- und Klimabranche) bzw. mit gewünschter/gezielter Wärme-Abgabe zur Erfüllung einer Erwärmungs-Aufgabe (Stichwort "Wärmepumpe") mit Wärmetauschern zur Wärme-Aufnahme und zur Wärme-Abgabe. Für die Bewegung des Kreislaufmediums ist generell ein Antrieb in Form eines Verdichters (Kompressors) für das Kreislaufmedium in seiner gasförmigen Phase erforderlich. Zunächst ist das Kreislaufmedium mit seinen spezifischen Eigenschaften entscheidend. Dabei gibt es nun diverse künstliche (allgemein chemisch hergestellt wie FKW und HFKW, sowie HFO) Kreislaufmedien und natürliche (wie Ammoniak, Propan, Propylen, Isobutan, Ethan) Kreislaufmedien.

Unwiderlegbar ist jedoch Wasser als Kreislaufmedium ideal wegen seiner generellen Verfügbarkeit, es ist völlig ungiftig, bei geringen Drücken als Wasserdampf bedenkenlos einsetzbar und erfüllt selbst strengste Richtlinien und Sicherheitsvorschriften, ist ressourcenschonend, umweltfreundlich, wartungsarm, effizient und praktisch ohne Gefahrenpotenzial (unbrennbar, nicht explosiv, unkritisch).

Die Herausforderung besteht auf der Verdichterseite, weil im Arbeitsdruckbereich von einigen mbar nicht nur enorme große Volumenstrommengen sondern zudem noch sehr hohe Druckverhältnisse erforderlich sind. Damit ergeben sich enorm schwierige Verdichtungsbedingungen insbes. durch hohe Temperaturen, zumal der Isentropenexponent für Wasserdampf in diesem Druckbereich mit etwa 1 ,327 recht hoch ist, zum Vergleich: Heutige Kältemittel liegen hier im Bereich von knapp über 1 ,1 mit entsprechend moderaten Temperatur-Erhöhungen im Verdichter.

Die Aufgabe zur Wasserdampf-Verdichtung wird heutzutage von Turboverdichtern angegangen, die jedoch zur Erfüllung der hohen Druckverhältnisse mehrstufig ausgeführt werden müssen bei gleichzeitiger Zwischenkühlung. Dabei lässt aber die grundsätzliche Kennlinien-Schwäche als Strömungsmaschine nur mäßig befriedigende Temperatur- und Druck-Verhältnisse zu. Wenn es hier eine effizientere Verdichter-Lösung gäbe, wäre Wasserdampf als Kreislaufmedium wegen seiner enormen Vorteile ein bedeutsamer Fortschritt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verdichtung von (vorzugsweise) Wasserdampf in dem bekannten Arbeitsgebiet und Druckbereich, der allgemein als Grobvakuum bezeichnet wird, durch eine Verdrängermaschine mit Beherrschung der jeweils gewünschten Druckdifferenzen sowie der großen p/p- Druckverhältnisse mit der für eine Verdrängermaschine typisch steilen Kennlinie (also Druckwerte über Volumenstrom mit den entsprechenden Arbeitspunkten) zu bewerkstelligen, wobei diese Arbeitsmaschine vollständig trockenlaufend (kein Betriebsfluid) sein muss und einen Gesamt-Wirkungsgrad für die gesamte Anlage aufweisen soll, der für den gesamten Einsatzbereich besser ist als bei den heutigen Turboverdichtern, so dass die Anwenderwünsche in der Kältetechnik und bei Wärmepumpen sowie anderen (Carnot-) Kreisprozessen besser erfüllt werden, insbesondere hinsichtlich eines größeren Druckbereiches. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zur Verdichtung von Wasserdampf bei Drücken unterhalb atmosphärischen Drucks (vorzugsweise zwischen 6 mbar und 300 mbar, also im klassischen Grobvakuumgebiet) im Leistungsbereich von unter 1 kW bis weit über 100 kW als Kälte-Kreislauf-Leistung für die Kältetechnik (also Industriekälte, Gewerbekälte und Gebäude-Klimatisierung) bzw. als Wärmepumpen-Kreislauf-Leistung [die jeweils erforderliche Verdichter-Leistung ist entsprechend um den sogen. "COP" ( ' e|) -Wert geringer] als 2-Wellen-Verdrängermaschine nach dem Spindelverdichterprinzip mit einer Gaseinlass-Raum (1 1 ) und einem Gasauslass-Raum (12), wobei der Achsabstand zwischen den Spindelrotoren auf der Gaseinlass-Seite (1 1 ) größer ist als auf der Gasauslass-Seite (12) und sich somit ein Kreuzungswinkel alpha ergibt, der vorzugsweise zwischen 3 und 25 Winkelgrad liegt und derart ausgeführt wird, dass die nachfolgend beschriebenen Merkmale erfüllt werden:

Die erfindungsgemäßen Merkmale sind:

1 ) elektronische Synchronisation, indem jeder Spindelrotor (2 bzw. 3) von seinem eigenen Antriebsmotor (18 bzw. 19) angetrieben wird, wobei jeder Antriebsmotor seinen eigenen FU (22 bzw. 23) mit jeweils eigenem Mess-System (20 bzw. 21 ) zur Erfassung der jeweiligen Drehwinkelposition aufweist sowie einer FU-Control-Unit (24), die dafür sorgt, dass diese Antriebsmotore (18 und 19) über ihren jeweils eigenen Frequenzumrichter (22 bzw. 23) mit entsprechender Drehzahl derart angetrieben werden, dass das Spindelrotorpaar (also 2 und 3) berührungsfrei zueinander arbeiten kann.

Die Kühlfluid-Zuführung (9.2 bzw. 9.3) zur jeweiligen zylindrische Verdampfer- Kühlbohrung (6) jedes Rotors erfolgt dann zusätzlich durch die hohle Welle des jeweiligen Antriebs, wobei die Lager (10) dann vorzugsweise als Lebensdauer- fettgeschmierte Hybridlager oder auch Vollkeramiklager (bzw. sogar als Magnetlager) ausgeführt sind. ) zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) als "rotierender Zylinder-Verdampfer" zum automatischen Kühlungs-Selbstausgleich, indem das zu verdampfende Wasser als Spindelrotor-Kühlfluid unter dem Druck p 0 * und der Temperatur t 0 * [diese Werte mit gewissen technischen Abweichungen, wie z.B. Druckverlusten, Temp.-Anstieg durch unvermeidbare Wärmeübergänge] aus dem Kreislauf gemäß Fig. 2 abgezweigt wird und in der zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung durch die Rotations-Fliehkräfte im Betrieb zwangsläufig immer genau dorthin geht, wo es aktuell für den jeweiligen Arbeitspunkt am dringlichsten benötigt wird, wobei die zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (vorzugsweise) folgende Merkmale besitzt gemäß nachfolgender Erläuterung:

Ein "rotierender Zylinder-Verdampfer", wie die Innenkühlung der Spindelrotore erfindungsgemäß ausgeführt ist, hat für die vorliegende Aufgabenstellung die denkbar günstigsten Wärmetransfer-Eigenschaften, weil durch die Fliehkräfte beständig der bestmögliche Wärmeübergang erreicht wird, indem die schweren Flüssigkeitsteile in der rotierenden zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung ständig die leichteren Gasanteile von den Wärmetransferflächen verdrängen, um selbst sogleich wieder zu verdampfen, so dass somit die nächsten Flüssigkeitsteile für den Wärmetransfer an das Rotormaterial zum gewünschten Wärmetransfer gelangen, und außerdem zugleich noch in Rotorlängsachsrichtung dank zylindrisch-gleicher Radienwerte die zu verdampfenden Flüssigkeitsteile zentrifugal-bedingt stets dorthin gedrängt werden, wo wegen der höchsten Verdampfung auch der größte Bedarf zur Wärmeabfuhr besteht, denn in Rotorlängsachsrichtung wird es für jeden Betriebspunkt unterschiedliche Leistungsverteilung geben, so dass bei den bekannt hohen Verdampfungs-Enthalpie- Differenzen mit geringer (vergl. Werte in Fig. 9) Kühlfluid-Zufuhr eine höchst effiziente Wärmeabführung während der Verdichtung erreicht wird, damit gemäß Fig. 8 die Verdichterlinie von [T] nach vorteilhaft steil und für den Verdichter klar besser als isentrop verlaufen wird.

Dabei gelten für die zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung folgende Merkmale:

a) Zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) mit Radius Rc auf der Länge Lc bei der Spindelrotor-Verdrängerprofil-Länge LR, wobei diese zylindrische Verdampfer- Kühlbohrung im Einlass-Bereich vorzugsweise zwischen den Positionen E und S beginnt und vorzugsweise über das Auslass-Ende bei L hinausgeht, so dass die Werte für LR und Lc vergleichbar (ungefähr gleich) groß sind. Die zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) wird als sogenannte "Innenstruktur" vorzugsweise über Kühlfluid-Führungsnuten (16), Kühlfluid-Verteiler-Überlaufnuten (17) und Abstützstellen (7) ausgeführt.

b) Die zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) soll möglichst genau zylindrisch sein (also Abweichungen deutlich unter 1 %), wobei z.B. Fertigungstoleranzen bei den Rc-Werten vorzugsweise derartig festgelegt werden, dass Abweichungen eher zu größeren Rc-Werten in Richtung zum Auslass (also im Bereich der Position L) führen.

c) Spindelrotor aus einer Alu-Legierung wird drehfest mit bereits fertig hergestellter "Innenstruktur", wobei zu dieser "Innenstruktur" die zylindrische Verdampfer- Kühlbohrung (6) vorzugsweise ausgeführt per Kühlfluid-Führungsnuten (16) mit Radius Rc und mehreren Abstützstellen (7) umfasst, auf der tragenden Stahlwelle an diesen Abstützstellen vorzugsweise aufgepresst, z.B. durch Bauteile- Temperatur-Differenz, indem der wärmere Alu-Rotorkörper auf die kältere Stahlwelle gefügt wird und beim Temperatur-Ausgleich dann zur festen Verbindung führt, wobei dann auch erst das Gas-Förder-"Außengewinde" (31 ) gefertigt wird, so dass die Wandstärken w minimiert werden können, um die Wärmeleitung durch kürzere Wege bei Abführung der Verdichtungswärme zu verbessern.

Der Nutgrund der Kühlfluid-Führungsnuten (16) wird vorzugsweise derart ausgeführt, dass die Nutgrundflächen mit Neigungswinkeln ψ(ζ) ausgeführt werden, die abhängig von der z-Position in Rotorlängsachsrichtung, die üblicherweise als z- Achse bezeichnet wird, vorzugsweise im Bereich

170° < ψ(ζ) < 180° in Abhängigkeit von der Position z in Rotorlängsachsrichtung liegen, so dass die Verteilung des Kühlfluids (9) bei geringeren Kühlfluidmengen (denn es wird immer nur so viel Kühlfluid zugeführt, dass die Gesamt-Energiebilanz im jeweiligen Betriebspunkt den höchsten Wirkungsgrad ergibt) längs der Rotorachse durch die geringeren Füllquerschnitte abhängig von der jeweiligen Kühlfluidmenge passend zum Betriebspunkt verbessert wird. Dabei werden die Kühlfluid-Führungsnuten wie ein Gewinde vorzugsweise mit einer möglichst großen Steigung ausgeführt, z.B. wie bei dem Gas-Förder-Außengewinde (31 ), um damit die Aufgabe umzusetzen, dass die durch die Einbringung der Kühlflüssigkeit (9.2 bzw. 9.3) in jeden Rotor sich ergebende Verstärkung der Restunwucht (denn jede Flüssigkeit sammelt sich im rotierenden System auf die größtmögliche Entfernung vom aktuellen Drehpunkt und verstärkt somit die Restunwucht) minimiert wird, was beispielsweise bei einer Steigung Null der Kühlfluid-Führungsnuten ganz schlecht erfüllt wird.

Dieser Effekt der Restunwucht-Verstärkung wird erfindungsgemäß gleichzeitig genutzt, um die zugeführte Kühlfluidmenge (9.2 bzw. 9.3) je Rotor zu minimieren, indem Schwingungssensoren (wie sie beispielsweise bei der Lagerüberwachung eingesetzt werden) diese Restunwucht-Verstärkung durch eine zu große Kühlfluidmenge im jeweiligen Rotorsystem anzeigen, wobei dank unterschiedlicher Rotordrehzahlen (der 2z-Rotor dreht stets 1 ,5-fach schneller) genau feststeht, bei welchem Rotor gerade die Kühlfluidmenge zu hoch ist, so dass die Control-Unit (25) über die Regulierorgane (38) die aktuell korrekte (im Sinne der mindest-erforderlichen Kühlfluidmenge) Einstellung vornehmen kann.

Zur Kompensation von Abweichungen und zur Absicherung der möglichst sicheren Verteilung des zu verdampfenden Wassers in Rotorlängsachsrichtung bei der zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) gibt es im Nutgrund der Kühlfluid- Führungsnuten (16) mit Radius Rc zusätzlich noch unterdimensionierte Kühlfluid- Verteiler-Überlaufnuten (17) mit einem Abstand zur Rotordrehachse, der größer ist als der Rc-Wert, die zugleich aber einen derart geringen Querschnitt aufweisen, so dass das darin enthaltene Wasser über den Querschnitt dieser Kühlfluid-Verteiler- Überlaufnuten (17) hinaustretend den Nutgrund der Kühlfluid-Führungsnuten (16) mit Radius Rc benetzt.

Die Ausführung der zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) ist hier natürlich nur beispielhaft mit Abstützstellen (7) und Kühlfluid-Führungsnuten (16) mit Radius Rc sowie mit Kühlfluid-Verteiler-Überlaufnuten (17) beschrieben, hier sind natürlich auch andere Ausführungsformen denkbar.

Zugabe von Kühlfluid (9) insbes. zu den Rotoren stets auf die minimale Menge beschränken, evtl. sogar nur sporadisch und impulsmäßig, um sowohl kritische Unwuchten zu vermeiden als auch die Menge des abgezweigten Kühlfluidstroms (9) zu minieren im Sinne der Maximierung des Gesamt-Wirkungsgrads, weil dieser Kühlfluidstrom (9) dem eigentlichen Kreislaufmedium (28) im Verdampfer (35) bei der Wärmeaufnahme fehlt. Die zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) in jedem Spindelrotor erhält also immer nur so viel Wasser (mit einer technisch üblichen Toleranz von z.B. + 1 %), wie gerade zur Verdampfung im jeweiligen Arbeitspunkt benötigt wird.

Diese Minimierung der Kühlfluidstrommenge (9) wird erreicht beispielsweise durch Messung über bekannte und einfache Schwingungssensoren (z.B. zur Wälzlager- Überwachung) zur Feststellung des Füllgrades in der jeweiligen zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) je Spindelrotor (2 bzw. 3), denn eine erhöhte Wassermenge in der jeweiligen zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) wird die Restunwucht im rotierenden System verstärken und kann dank unterschiedlicher Drehzahlen der Spindelrotore (der 2-zähnige Spindelrotor dreht um den Faktor 1 ,5 schneller als der 3-zähnige Spindelrotor) als Unwucht-Anregung dem jeweiligen Rotationssystem des 2-zähnigen oder des 3-zähnigen Spindelrotors zugeordnet werden, so dass die jeweilige Kühlfluidmenge (9.2 bzw. 9.3) entsprechend auf die minimale Menge angepasst wird. Es wird also nur so viel Wasser zugeführt, wie gerade zur Verdampfung im aktuellen Betriebspunkt benötigt wird.

Selbstredend sind auch andere Ansätze zur Minimierung der Kühlfluidstrommenge (9) einsetzbar. ) Dampfaustritt (14) aus der zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) je Spindelrotor dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) mit dem Radius Rc2 bzw. Rc3 ausgeführt ist und der Dampfaustritt (14) über Querbohrungen, die vorzugsweise zueinander ausgewuchtet angeordnet sind, nach einem Absatz über einen Radius RD2 bzw. RD3 erfolgt, wobei RD2 bzw. RD3 am jeweiligen Spindelrotor etwas (also wenige mm, z.B. 2 bis 5 mm) kleiner ist als der jeweilige Rc2- bzw. Rc3-Wert der entsprechenden zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6). ) Kühlfluid-Einspritzung (33) in den Arbeitsraum zur gezielten Beeinflussung der Fördergas-Temperaturen im Arbeitsraum, also der Raum zwischen Einlass- (1 1 ) und Auslass-Sammelraum (12). ) Bei der für den Trockenläufer so bedeutsamen Wärmeabführung für die Arbeitsraum- Bauteile, also Spindelrotorpaar gemäß (2 und 3) und Verdichtergehäuse (1 ), sind zwei Stufen zu unterscheiden:

A) Basis-Stufe bei der Bauteile-Wärmeabführung:

Über die Wärmeabführung für die Arbeitsraum-Bauteile ist als Basis jederzeit sicherzustellen und zu gewährleisten, dass Spielaufzehrung (was generell zum Ausfall des Verdichters führt, sogen. "Crash") zwischen den Arbeitsraum-Bauteilen verlässlich in jedem Betriebspunkt vermieden wird:

Diese unverzichtbare Forderung wird schon mit geringen Kühlfluidmengen (9) erreicht, indem z.B. die Wärmeabführung für das Verdichtergehäuse (1 ) reduziert wird, also Drosselung des entsprechenden Kühlfluidstroms (9.1 ) bei minimalen Kühlfluidstrom-Mengen (9.1 ), so dass die Wärmeausdehnung der Arbeitsraum- Bauteile die Spiel-Situation nicht gefährdet.

Zugleich ist bei dieser Basis-Stufe zur Bauteile-Wärmeabführung sicherzustellen, dass die Spielwerte (also die Abstandswerte zwischen den Arbeitsraum- Bauteilen) innerhalb eines gewissen Bereiches bleiben, d.h.: Indem die Mindest- Spielwerte im Betrieb bei etwa 0,03 bis 0,09 mm liegen (abhängig von der Baugröße, wobei große Maschinen mit > 150 mm Achsabstand oberhalb von 0,05 mm liegen), ist die Basis-Stufe zur Bauteile-Wärmeabführung im Betrieb so auszuführen, dass nicht nur die genannte Spielaufzehrung sicher vermieden wird (als unverzichtbare Muss-Anforderung, wobei die genannten Mindest-Spielwerte einen Sicherheitszuschlag von etwa 20% bis 50% erhalten), sondern auch die Spielwerte für andere Betriebspunkte wegen des unterschiedlichen thermischen Wärmeausdehnungsverhaltens der Bauteile gegenüber diesen unteren Spielwerten höchstens um Faktor 2 bis max. Faktor 3 größer werden, was durch diese Basis-Stufe zur Bauteile-Wärmeabführung im Betrieb zu gewährleisten ist und nunmehr erstmals mit einem Trockenläufer über die Control-Unit (25) erreichbar ist (bisher nur bei Nassläufern machbar). VET-Stufe bei der Bauteile-Wärmeabführung:

(VET steht für Verdichtungs-End-Temperatur, also die Temperatur des Fördermediums am Ende der Verdichtung und üblicherweise die höchste Gas- Temperatur, wobei die VET gewöhnlich im Auslassraum (12) festgestellt wird.) Der Leistungsbedarf bei der Verdichtung eines Volumens (und genau das passiert bei dem vorliegenden Verdichter als sogen. Verdränger-Arbeitsmaschine) wird im Allgemeinen reduziert und damit die Effizienz (Wirkungsgrad) der Verdichtung verbessert, wenn der Temperatur-Anstieg in diesem Volumen während des Verdichtungsvorgangs möglichst gering gehalten werden kann. Die dafür nötige Wärmeabführung während der Verdichtung hängt bekanntermaßen auch von der Temperatur-Differenz zwischen dem Gas in diesem Volumen und den umgebenden Wärme-abführenden Oberflächen der Arbeitsraum-Bauteile ab, zusätzlich noch die Wärmeübergangskoeffizienten (bei Wasserdampf bekanntlich recht hohe Werte) sowie die Wärmeleitung (weshalb als Material für die Spindelrotore vorzugsweise eine Alu-Legierung genommen wird). Je kühler also die Oberflächen der Arbeitsraum-Bauteile über den jeweiligen Kühlstrom gehalten werden können, desto besser ist die Wärmeabführung während der Verdichtung und desto geringer auch der Temperatur-Anstieg des Fördergases in den geförderten und verdichteten Arbeitskammer-Volumina, folglich wird die Verdichter-Arbeitslinie zunehmend steiler - beispielhaft gemäß Fig. 8 zwischen den Punkten [T] und [2] gezeigt.

Damit wird allgemein eine Reduzierung des Leistungsbedarfs bei der Verdichtung und damit eine verbesserte (höhere) Effizienz erreicht.

Abhängig von den applikationsspezifischen Anforderungen und gemäß der dementsprechenden Parameter-Auslegung (also bzgl. Kreuzungswinkel, Rotorlänge, Einlass- und Auslass-Achsabstand, Kopf- und Fuß-Radien-Werte je Stirnschnitt, Steigungsverlauf und Stufenzahl sowie Gestaltung der sogen. "Innenstruktur" und dem Spindelrotorpaar-Querschnitt) für die erfindungsgemäße Verdichterausführung lässt sich der Kühlfluidstrom (9) zur Wärmeabführung für die Arbeitsraum-Bauteile über die beiden folgenden Ansätze abbilden:

• abgezweigter Kühlfluid-Teilstrom: (wie beispielhaft in Fig.2 als Kühlfluidstrom (9) gezeigt) Wie in Fig. 2 beispielhaft dargestellt, wird der Kühlfluidstrom (9) aus dem eigentlichen Kreislauf als Teilstrom abgezweigt, was als bevorzugte Lösung gilt, weil es die maximale Wärmeabführung mit der zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) während der Verdichtung ermöglicht. Einziger Nachteil ist der Umstand, dass dieser abgezweigte Kühlfluidstrom (9) dem Hauptstrom entzogen wird und somit bei Erfüllung der Kern-Aufgabe in der Kältetechnik fehlt, also die Wärmeaufnahme im Verdampfer (35). Bei Wärmepumpen, wenn die Wärmeabgabe im Kondensator (36) die Kern-Aufgabe darstellt, fehlt dieser abgezweigte Kühlfluid-Teilstrom dem Kreislaufmedium (34) nicht.

Damit gilt folgender Grundsatz:

Wenn applikationsspezifisch der Vorteil durch Absenkung der Verdichtungstemperaturen in der genannten VET-Stufe bei der Bauteile-Wärmeabführung stärker ist als der Nachteil durch die reduzierte Kühlfluidmenge (28) durch den Verdampfer (35), dann ist der abgezweigte Kühlfluidstrom (9) mit der zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) zu realisieren wie in Fig. 2 beispielhaft dargestellt, wobei die Menge des abgezweigten Kühlfluidstroms (9) gezielt und kontrolliert dem jeweiligen Anforderungsprofil in dem Sinne anzupassen ist, dass in jeder Situation und reguliert per Control-Unit (25) jeweils nur so viel Menge als Kühlfluidstrom (9) abgezweigt wird, dass die Verdichter-Effizienz-Verbesserung durch die Wärmeabführung gesamtenergetisch mehr Vorteile bringt als der zuvor beschriebene Nachteil beim Mehraufwand durch den abgezweigten Kühlfluidstrom. Sollte dieser Ansatz für einige Anwendungen nicht mehr erreichbar sein, dann gilt der nachfolgend beschriebene "separate Kühlwasserstrom".

• separater Kühlwasserstrom: (wie in Fig.6.d beispielhaft gezeigt) Wenn der Vorteil durch Absenkung der Verdichtungstemperaturen in der genannten VET-Stufe bei der Bauteile-Wärmeabführung für die jeweilige Applikation schwächer ist als der Nachteil durch die reduzierte Kühlfluidmenge (28) durch den Verdampfer (35), dann ist ein separater Kühlwasserstrom gemäß Fig. 6 mit der in PCT/EP2016/077063 beschriebenen Rotorinnenkühlung zu realisieren, wodurch maßgeblich und unabhängig vom Kreislaufmedium dafür gesorgt wird , dass Spielaufzehrung zwischen den Arbeitsraum-Bauteilen vermieden wird.

Der Nutzen, dass der separate Kühlwasserstrom zur Vermeidung der Spielaufzehrung quasi nebenbei die Verdichtungstemperaturen noch etwas senkt, ist fürwahr eingeschlossen. Dabei sind naturgemäß die jeweils verfügbaren Kühlwasser-Temperaturen ausschlagend, so dass es eine generell gültige Anweisung nicht geben kann und daher applikationsspezifisch entschieden werden muss. So werden (einfach ausgedrückt) die verfügbaren Kühlwasser-Temperaturen in heißer Umgebung (Länder in Äquator-Nähe) anders sein als in kalten Regionen zur jeweiligen Jahreszeit (Sibirien im Winter).

• verzögerte Verdampfung:

Wenn es in den Kühlfluid-Führungsnuten (16) wegen der enormen Beschleunigungswerte nicht zur Verdampfung des Kühlfluids (9.2 bzw. 9.3) kommen sollte, dann wird erfindungsgemäß ferner vorgeschlagen, dass diese Kühlflüssigkeit (durch Aufnahme der Verdichtungswärme inzwischen erwärmt) per Staurohr (wie z.B. in DE 10 2013 009 040.7 oder auch in 10 2015 108 790.1 beschrieben) abgezapft wird, dabei wegen der hohen kinetischen Energie einen höheren Druck als pc hat und folglich an eine Stelle nach dem Verdichtungsvorgang, z. B. im Auslass-Sammelraum (12), dem Kreislauf wieder zugeführt wird, wo diese Flüssigkeit dann verdampft und dabei aufgabenspezifisch wieder Wärme aufnehmen kann, wobei die Kühlfluidmenge dann so anzupassen ist, dass der Gesamt-Wirkungsgrad verbessert wird.

In jedem Fall wird die richtige (im Sinne der Effizienz und der Unwuchtminimierung) Kühlfluidmenge für den jeweiligen Betriebs-/Arbeitspunkt von der Control-Unit (25) reguliert, wobei in dieser Control-Unit die entsprechenden Daten hinterlegt sind (z. B. nach entsprechender Prozess-Simulation) sowie auch per "Trial-and-error" als Selbstlern-Vorgang, indem das System selbständig Variationen ausprobiert und anhand der Reaktionen (also Energiebedarf und Leistungsbilanz) selbst feststellt, mit welcher Einstellung in dem jeweiligen Arbeitspunkt die höchste Effizienz erreicht wird. Dieser Ansatz lässt sich auch als "action" bezeichnen. Daher ist von Fall zu Fall zu entscheiden, welcher dieser Ansätze die applikationsspezifische Aufgabe am besten löst.

Anpassung des inneren Volumenverhältnisses an den jeweiligen Betriebspunkt erfindungsgemäß durch Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15), die vorzugsweise federbelastet öffnen und einen Teilgasstrom aus der jeweiligen Arbeitskammer in den Auslass-Sammelraum (12) austreten lassen, wenn in dieser sich dem Auslass nähernden Arbeitskammer der Druck größer ist als der Druck im Auslass- Sammelraum (12), so dass in der Arbeitskammer eine schädliche (die Effizienz wird verschlechtert) Überverdichtung vermieden wird.

Das innere Volumenverhältnis (also der Quotient aus den Arbeitskammer-Volumina zwischen Einlass und Auslass) als sogen. "iV-Wert" ist für die möglichst effiziente (also Energieeinsparende) Verdichtung also dem jeweiligen Betriebspunkt bestmöglich anzupassen, um schädliche Über- oder Unterverdichtung zu vermeiden. Im Betrieb kann der iV-Wert erfindungsgemäß durch Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15) angepasst werden, muss aber zunächst über die Spindelrotorpaar-Auslegung festgelegt werden. Dabei wird der iV-Wert grundsätzlich durch folgende 3 Größen beeinflusst:

• Achsabstand zwischen den Rotordrehachsen (dank Kreuzungswinkel alpha zwischen den Rotordrehachsen veränderlich und am Gas-Einlass (1 1 ) größer als beim Gas-Auslass (12)

• Verhältnis der Rotorkopf-Radien zum Achsabstand im jeweiligen Stirnschnitt als sogen. über die nachfolgend genannten Gleichungen an jeder Stelle z in Rotorlängsachsrichtung, wobei außerdem der Fußwinkel YF2 gezielt gewählt wird, um das Nenn-Saugvermögen zu maximieren, wobei das genaue Vorgehen ebenfalls nachfolgend genau beschrieben wird.

• Steigungsverlauf in Rotorlängsachsrichtung (legt auch gleichzeitig die Stufenzahl fest, also die Anzahl der abgeschlossenen Arbeitskammern zwischen Ein- und Auslass), wobei die Rotorlänge bekanntlich bis zur biegekritischen Drehzahl möglichst lang ausgeführt wird. Bei Festlegung der genannten Rotorpaar- Parameter ist also das "innere Volumenverhältnis" als sogen. "iV-Wert" (also Quotient der feieren] E i n | ass . zu d en [kleineren] Auslass Arbeitskammer-Volumina) entsprechend dem Isentropenexponent des Fördermediums, dem Verdichtungsvorgang insbes. bzgl. der Wärmeabführung während der Arbeitskammer-Volumen- Änderung (also die Verdichtung) und dem gewünschten Kompressionsverhältnis (also der Quotient aus Auslass-Druck zu Einlass-Druck) zu realisieren.

Beispielhaft sei dieser Zusammenhang anhand der in Fig. 7 genannten Werte einmal vorgeführt:

Das Fördergas (Wasserdampf) soll beispielsweise von 7,0 mbar auf 95,9 mbar verdichtet werden, wodurch sich ein Kompressionsverhältnis von:

95,5 geteilt durch 7,0 = 13,7 ergibt.

Nur bei isothermer Verdichtung (also keine Temperatur-Änderung während der Verdichtung) wäre hier auch ein inneres Volumenverhältnis von 13,7 umzusetzen.

Durch den Temperatur-Anstieg in der Arbeitskammer während der sogen, "polytropen" Verdichtung wird sich erfindungsgemäß ausgehend von dem vorliegenden Isentropenexponent für Wasserdampf in diesem Bereich von etwa 1 ,327 durch die intensive Wärmeabführung während der Verdichtung über die zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) ein iV-Wert von etwa 10 ergeben, um sowohl Über- als auch Unter-Verdichtung zu vermeiden. Dieser iV-Wert als Änderung der Arbeitskammer-Volumina, die sich aus der Multiplikation von den betreffenden Spindelrotorpaar-Querschnittsflächen und der jeweiligen Erstreckung in Rotorlängsachsrichtung (allg. über die Profil-Steigung erfasst) ergeben, wird erfindungsgemäß nun technisch realisiert durch:

a) Veränderung der Spindelrotorpaar-Querschnittsfläche in jedem Stirnschnitt (beispielhaft in Fig. 3 vereinfacht als ebene Schnittdarstellung gezeigt) in Rotorlängsachsrichtung, wobei der Einlass-seitige Rotorpaar-Querschnitt größer ist als der Auslass-seitige Rotorpaar-Querschnitt. Diese Querschnitts-Veränderung am Spindelrotorpaar wird nun erreicht durch:

• Änderung des Achsabstandes über den Kreuzungswinkel alpha der beiden Rotordrehachsen

• Änderung der Profil-Zahnhöhe über den genannten an jeder z-Position

Diese Veränderung der Querschnittsflächen am Rotorpaar durch die Änderung von Achsabstand und (vergl. Fig. 9), wobei die jeweilige Arbeitskammer-Erstreckung zu beachten ist. Dabei ist zu gewährleisten, dass eine zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6), wobei jeder Spindelrotor seinen eigenen Rc-Werte hat, entsteht bei zugleich minimalen Wandstärken w im tragenden Fußgrundkörper (32) unter gleichzeitiger Berücksichtigung der unterschiedlichen biegekritischen Drehzahlen, wie dies beispielhaft in Fig. 9 einmal vorgeführt ist.

b) Änderung der Profil-Steigung (allg. als m bezeichnet) in Rotorlängsachsrichtung:

Durch Änderung der Profilsteigung entsteht ein sogen. "iV.m-Wert" (vergl. Fig. 9 als Beispiel), der üblicherweise deutlich (mehr als Faktor 3) größer als der "W/.a[\- Wert" ausgelegt wird, wobei die Stufenzahl (also die Anzahl abgeschlossener Arbeitskammern zwischen Ein- und Auslass) auf der biegekritisch noch zulässigen Rotorlänge LR unter Einhaltung der sogen. "Kammgrenze" (welche Zahnlücken- Tiefe ist relativ zur Zahnlücken-Breite fertigungstechnisch noch herstellbar) zu berücksichtigen ist.

Diese beiden Änderungen wirken in Rotorlängsachsrichtung natürlich gleichzeitig und multiplikativ zueinander, um auf den gewünschten Gesamt-iV-Wert zu kommen, in diesem Beispiel = 10, was beispielhaft in Fig. 9 vorgeführt ist.

Dabei gilt bekanntlich, dass der Gesamt-iV-Wert umso höher auszuführen ist, je intensiver die Wärmeabführung während der Verdichtung ist, wobei eine Minderung der Verdichtungstemperaturen generell zur einer Verbesserung der Verdichter- Effizienz (also Wirkungsgrad-Erhöhung) führt.

Wenn nun der jeweilige Betriebspunkt von diesen genannten Druckwerten abweicht, sorgen die Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15) für die ideale Anpassung an die aktuellen Arbeitspunkte und damit für einen jederzeit effizienten Verdichtungsvorgang.

Jeder Spindelrotor (also der Alu-Teil, der drehfest auf der Stahlwelle sitzt) besteht aus 3 Bereichen: a) Gas-Förder-Außengewinde (31 )

Das Gas-Förder-Außengewinde (31 ) wird vorzugsweise erst nach der drehfesten Verbindung mit der jeweiligen Stahlwelle gefertigt, um die Größe der Fußgrund- Wandstärke w minimieren zu können.

b) Fußgrund-Wandstärke w (32)

zu minieren, damit der Widerstand bei der Wärmeabführung minimiert und die Wärmeabführung entsprechend maximiert wird.

c) sogen. "Innenstruktur" bestehend aus zylindr. Verdampfer-Kühlbohrung (6) mit Abstützstellen (7) und seitlichen Auflagen, die Auslass-seitig abzudichten sind = z.B. per O-Ring) sowie Einlass-seitigem Dampfaustritt (14) für das in der zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) verdampfte Kühlfluid vom Kühlfluidstrom (9) je Arbeitsraum-Bauteil.

Beispielhaft seien 4 Positionen in Rotorlängsachsrichtung zur Beschreibung der erfindungsgemäßen Spindelrotor-Ausführung genannt (man kann natürlich auch mehr oder weniger Positionen nehmen, gleichwohl lässt sich die erfindungsgemäße Spindelrotor-Gestaltung gut beschreiben, indem gemäß Fig.1 und Fig. 4 sowie Fig. 5 vom Gas-Einlass (1 1 ) zum Gas-Auslass (12) gehend für die folgenden Positionen gilt:

Dabei gilt für jede Position in Rotorlängsachsrichtung (üblicherweise als z bezeichnet) folgende Festlegung zum sogen. '^(z)-Wert" je Spindelrotor bei der Profilgestaltung an jeder z-Position für das Gas-Förder-Außengewinde (31 ) von jedem Spindelrotor:

R K2 ( z ) = μ 2 ( ζ ) · 3 ( ζ ) | bzw - : | R K3 ( z ) = μ 3 ( ζ ) 3 ( ζ )

Außerdem wird der Fußwinkel γ Ρ2 gezielt gewählt, indem dieser insbes. bei μ 2 > 0,6 größer als 90° ausgeführt wird, wobei die Kopfzylinderbreite b K2 {z) einen gewählten Grenzwert nicht unterschreitet, z.B. 5 mm.

a) Position E:

auf der Rotorpaar-Stirn-Einlass-Seite mit dem größten Abstand zwischen den Spindelrotor-Drehachsen als a E -Wert

erfindungsgemäß mit zylindrischer Abflachung (27) Einlass-seitig am 2-zähnigen Spindelrotor (2) über den Radius RKE2, um die maximale / höchste Rotorkopfgeschwindigkeit auf einen größeren Spindelrotorbereich ausdehnen zu können, wobei vorzugsweise ein Radien-ähnlicher Übergang, in Fig.2 beispielhaft als "R.tan" dargestellt, die gleichmäßigen Übergänge ermöglicht.

b) Position S: (durchaus auch als Bereich über mehrere z-Werte darstellbar)

mit dem größten μ-Wert vorzugsweise derart, dass die Einlass-Arbeitskammer das größtmögliche Volumen erhält, ohne die genannten Randbedingungen zu verletzen (also zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung, Wandstärken am tragenden Fußgrund-Körper (32), Blasloch-Freiheit, biegekritische Drehzahl etc.), wobei der μ-Wert gemäß Fig. 3 und den angegebenen Gleichungen zu jeder z-Position in Rotorlängsachsrichtung gezielt ausgeführt wird, wie es in Fig. 9 beispielhaft gezeigt ist.

c) Position V: (durchaus auch als Bereich über mehrere z-Werte darstellbar)

entsprechend der Zahnhöhe angepasste Wandstärke mit Reduzierung der Querschnittsfläche zwecks Realisierung der inneren Verdichtung bei zugleich guten Wärmetransfer-Eigenschaften über den tragenden Fußgrund-Körper (32). Position L: (durchaus auch als Bereich über mehrere z-Werte darstellbar) vorzugsweise als zylindrischer Ausklang, der günstigerweise über das Außengewinde-Ende hinausgehend in den Auslassraum hineinragend ausgeführt wird, wie in Fig.1 beispielhaft gezeigt. Als Übersichtstabelle sind für diese Positionen ihre bevorzugten spezifischen Werten in der Fig. 9 beispielhaft dargestellt. Die Betonung liegt auf beispielhaft, denn es sind sowohl andere Positionen als auch andere Werte realisierbar. Die in dieser Fig. 9 genannten Parameter zeigen lediglich eine sinnvolle Ausführung, die den "Geist" dieser Erfindung zeigt. Dabei ist jede Position wahrlich auch als z-Bereich über mehrere z-Werte in Rotorlängsachsrichtung und nicht nur als singulare z-Position umsetzbar. ) Der Kreuzungswinkel alpha gemäß Fig. 5 zwischen den beiden Spindelrotor-Drehachsen wird in Kombination mit dem jeweiligen (z)-Wert in Rotorlängsachsrichtung derart ausgeführt, dass je Rotor eine zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) bei minimalen (also bzgl. der Material-Festigkeit passend zur jeweiligen Zahnhöhe) Wandstärken w am tragenden Fußgrundkörper (32) entsteht (beispielsweise gemäß den vorgenannten Positionsbeschreibungen von E, S, V und L) unter gleichzeitiger Berücksichtigung der (vorzugsweise) Blasloch-freien Rotorprofilgestaltung des Gas-Förder-Außengewindes (31 ) sowie "Spindelrotor-spezifisch passender" (°*°) biegekritischer Drehzahl gemäß dem Folgepunkt zur biegekritischen Drehzahl sowie Umsetzung des inneren Volumenverhältnisses gemäß der zuvor dargestellten Ausführung.

°*° "Spindelrotor-spezifisch passend" bedeutet, dass gemäß den Drehzahl-Unterschieden zwischen den beiden Spindelrotoren der 1 ,5-fach schneller drehende 2-zähnige Spindelrotor sowohl eine höhere Biegesteifigkeit als auch eine relativ geringere Rotationsmasse erhält, so dass die biegekritischen Drehzahlen von beiden Spindelrotoren gleichermaßen ausgeschöpft werden. ) biegekritische Drehzahl attisch für die beiden Spindelrotore über deren Parameter- Auslegung (also hinsichtlich Durchmesser = Steifigkeit derart, dass

biegekritische Drehzahl allgemein als Wurzel aus Steifigkeit (incl. Lager) durch Masse.

Zur Erreichung hoher Drehzahlen ist jedes Rotorsystem erfindungsgemäß als Rotationseinheit (40) ausgeführt, wie es beispielhaft in Fig. 6b dargestellt ist, von entscheidender Bedeutung, weil die Wuchtung für die komplette Rotationseinheit (40) erfolgt, wodurch die Wuchtgüte verbessert wird.

Denn bekanntlich führen selbst gut ausgewuchtete Einzelteile, die später zu einer Rotationseinheit, die als Einheit nicht mehr separat gewuchtet werden kann (was bei 2-Wellen-Verdrängermaschinen nach dem Stand der Technik praktisch immer der Fall ist), montiert werden, in ihrer Summe dann zu einer schlechteren Wuchtgüte als die separat gewuchtete und fortan unveränderte Rotationseinheit, wie sie erfindungsgemäß in Fig. 6b beispielhaft dargestellt ist.

Spieleinstellung zwischen Spindelrotor und dem Verdichtergehäuse über Schälscheiben (26), indem bei der Montage zunächst jeder Spindelrotor einzeln in das Verdichtergehäuse (1 ) bis zur Berührung der Spindelrotorköpfe mit der Gehäuse- Bohrung eingeführt und über die Schälscheiben (26) wieder herausgezogen und fixiert wird, so dass sich der gewünschte Kopfspaltwert zwischen Rotorkopf und Gehäuse genau ergibt, in Fig. 6c beispielhaft als Δ2.1 im Detail dargestellt. ) Für die Lager sind folgende Regeln zu beachten:

Indem die Lager nur noch einziges Element mit Berührung und damit Verschleißbehaftet sind, ist die Gestaltung der Lager mit besonderer Sorgfalt auszuführen. Daher sind folgende Regeln für die Lager zu beachten:

Bei Wasserdampf sind die Lagerkräfte (sowohl axial als auch radial) sehr gering und die wesentliche Belastung entsteht durch die hohe Drehzahl, weshalb in der Lagertechnik der sogen. n-d m -Faktor als Drehzahl-Kennwert herangezogen wird, also das Produkt aus mittlerem Lagerdurchmesser [in mm] multipliziert mit der Drehzahl [in rpm = 1/min], wobei der Werkzeugmaschinenbau unter dem Stichwort "Spindel-Lagerung" hierbei genaue Ausführungsempfehlungen bietet. Wenn dieser Drehzahl-Kennwert eine Million mm/min übersteigt, ist besonderer Wert auf die Drehzahlfestigkeit und die Schmierung zu legen. Die Rotordrehzahl ergibt sich über die maximal zulässige Rotorkopfgeschwindigkeit unterhalb von Überschall für das Fördermedium in dem Arbeitsgebiet. Als Grenzwert für Wasserdampf in dem Druckbereich werden etwa 400 m/sec angegeben, weshalb gemäß Fig. 9 in der Tabelle beispielhaft mit 350 m/sec ein Wert mit genügend Sicherheitsreserve gewählt wird. Erfindungsgemäß ist nun der 2-zähnige Spindelrotor (2) im Einlass-Bereich auch zylindrisch abgeflacht, um in diesem Bereich nicht zu früh an die Drehzahlgrenze zu stoßen, denn in Auslass-Richtung fällt die Rotorkopfgeschwindigkeit wegen kleinerer Durchmesserwerte schnell ab (vergl. in Fig. 9 die Tabellenwerte).

So sind für die vorliegende Erfindung die Lager beispielsweise / vorzugsweise auszuführen als Hybrid-Spindellager (z.B. Typ XCB70..) beidseitig abgedichtet mit entsprechend angepasstem Lebensdauer-Schmierstoff und vom Fördermedium über die Arbeitsraum-Wellen-Abdichtungen entsprechend weit entfernt, wobei diese Arbeitsraum-Wellen-Abdichtungen neben Abscheide- und Abwehr-Einrichtungen (vergl. ima-Katalog aus dem WZ-Maschinenbau für Spindelabdichtungen) noch neutrale Sammel- /Pufferräume (13) als Schutz aufweisen sowie der unbedingten(!) Vermeidung jedweder Gasströmung durch die Lager, die ausnahmslos einen sicheren Bypass brauchen, also eine gasdurchlässige Umgehung (Kanäle, Bohrungen) mit geringsten Strömungswiderständen.

Statt der genannten Hybrid-Spindellager sind natürlich auch Vollkeramiklager ebenso umsetzbar wie auch ggfls. Magnetlager bis hin zum Wasserlager. ) Die Verdampfer-Kühlung für die Arbeitsraum-Bauteile lässt sich gemäß Fig. 8 als waagerechte Linie mit dem Druck p 0 * bei t 0 * darstellen, wie beispielhaft in Fig.2 benannt: Zur Differenzierung sind die * bitte zu beachten, denn dabei kann sich dieser Druck durchaus und gezielt unterscheiden von dem Druck p o bei t 0 im Verdampfer (35), wenn es entsprechend der applikationsspezifischen Prozess-Simulation vorteilhaft ist. Ebenfalls ist es möglich die Verdampfer-Kühlung für die Arbeitsraum-Bauteile über einen eigenen Kältekreislauf durchzuführen. ) Statt der Rotorpaarung mit 2-zähnigem Spindelrotor (2) und 3-zähnigem Spindelrotor (3) als "Tribivari" sind auch andere Rotorpaarungen denkbar (wenn auch wahrscheinlich weniger effizient), wie z.B.: Rotorpaarung als "SynchroVari" gemäß DE 10 2016 004 048.3 sowie die klassische 2:2-Zykloiden-Rotorpaarung (allerdings mit Blasloch) 6) Die Control-Unit (25) setzt die jeweiligen applikationsspezifischen Anforderungen um, indem die Control-Unit (25) das gesamte System führt und intelligent reguliert, steuert und überwacht. Sämtliche relevanten Daten sind in der Control-Unit (25) hinterlegt und werden gesammelt sowie ausgewertet. 7) Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine, nachfolgend vereinfachend als "Tribivari" bezeichnet, wird als intelligentes System ausgeführt, was durch die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Eigenschaften gelöst wird, wobei das Kürzel "ES" für die erfindungsgemäße "Elektronische Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation" steht. Diese neuartige Intelligenz lässt sich über folgende spezielle Werkzeuge darstellen:

• (Eigen-) Diagnose-Werkzeuge

• Regulier-Werkzeuge

Die nachfolgenden etwas ausführlicheren Erläuterungen sollen die Verständlichkeit erleichtern, auch wenn es zur Darstellung unterschiedlicher Blickwinkel unvermeidlich einige Wiederholungen und "Ausschmückungen" gibt bei etwas abweichender Ausdrucksweise (wegen der anderen Perspektive, was das Verstehen sicher verbessert).

Ein Kompressor arbeitet prinzipiell zwischen den beiden folgenden Grenzen:

• effiziente Kompression (innere Leckage minimieren, passender Iii-Wert, wirksame Wärmeabführung,... etc. ...) als weiche Grenze

• Vermeidung von Spaltaufzehrung (Crash) als harte Grenze

^> Herausforderung bei diesen Grenzen: (Dies gilt insbes. für Trockenläufer)

A) individuell für jede einzelne Maschine (Fertigungs-Toleranzen, Montage-Unterschiede etc.)

B) verändern sich während der Laufzeit (Belagbildung, Verschmutzung, Verschleiß etc.)

C) abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt (insbes. Druckbereich, Volumenstrom etc.)

D) variieren bei wechselnden Umgebungsbedingungen (heißer, kälter, schmutziger etc.)

Devise:

Je genauer bei jedem Kompressor dessen individuellen Grenzen in seiner jeweiligen Situation während seiner Lebensdauer bekannt und nutzbar(!) sind, desto besser wird diese Anlage.

Was kann Tribivari besser als heutige Kompressoren?:

Heutige Kompressoren (insbes. als Trockenläufer) sind so ausgelegt, dass sie den Worst-Case überleben, d.h.: In den anderen Arbeitspunkten sind sie wegen höherer Leckage schlechter.

Tribivari beherrscht per "PartCool" jederzeit^ ) die Wärmehaushalte aller Bauteile für den jew. Verdichter-Wirkungsgrad und kann sich somit "allen" Bedingungen anpassen mit laufender Eigendiagnose und Δ-Kompensation! (Δ steht allg. für Abweichungen und Unterschiede)

"PartCool" = per CU intelligent geführter Kühlwasserstrom je Bauteil,

zzgl. Angleichung innere Kompr.-Quote

Die Wärmehaushalte aller Bauteile sind endlich individuell(!) und jederzeit bekannt & anpassbar im Griff, indem per Algorithmus in der CU die jeweiligen Kühlfluidströme gezielt eingestellt werden. Wie macht Tribivari seine individuelle 0*0 Intelligenz? :

°*° individuell = für jede Maschine in jeder Situation & Umgebung zu jedem Zeitpunkt

► jeweilige k 0 -Drehzahl** prüfen und lfd. mit Ablage vergleichen

► Strömungswiderstand messen per ^Druckdifferenz-Abbau als Funktion der Zeit

► Inverskühlung zur Feststellung der Crash-Sicherheit per ΔΤ als Temperatur-Differenz

► Messwerte-Vergleich mit anschl. Extrapolation

► ... etc. ...

Über die CU erfolgt die spezifische PartCool-Regulierung dank Algorithmus mit gezielter und per Vergleich lernender Kompensation der Abweichungen und Unterschiede.

Tribivari weiß jederzeit, wie weit die eigene Belastung jeweils getrieben werden kann, um: a) der Crash (Spaltaufzehrung) sicher zu vermeiden

und b) den Kompr.-Wirkungsgrad für genau diese "Situation" intelligent zu maximieren incl. c) durch eigenen Vergleich selbständig zu lernen(! ):

Was war gut? Was war schlecht? => Das führt zum jeweiligen Optimum zzgl. d) per Extrapolation als Prognose mit entspr. Meldung nach "oben" (außen).

d.h.: Tribivari hilft sich selbst, indem Tribivari sich praktisch eigenhändig repariert.

Was ist die neuartige Tribivari-CU-"lntelligenz"? [CU = Control-Unit]

Anders als die derzeitig nur "aufgesattelten" (Screws konnten ja schon vorher arbeiten) Steuerungen ist die Intelligenz bei Tribivari konzeptioneller Bestandteil dieser neuen Kompressor-Technologie, indem der gesamte Betrieb unter jedweden Bedingungen incl. deren ständigen Veränderungen individuell (also spezifisch zu jeder Tribivari mit ihren ganz eigenen Toleranzen und jeweiligen Einsatzbedingungen/-Abweichungen) von der Control-Unit mit ständiger Eigendiagnose(!) und Prognose bei laufender Anpassung an den Prozess unter versch. Bedingungen (kältere / heißere Umgebung, schlechtere Kühlung etc.) geführt wird. Das ist die neuartige Tribivari-Intelligenz.

Heutige Kompressoren können sich dem jeweiligen Prozess und dessen Veränderungen sowie an wechselnde Umgebungs-Bedingungen (z.B. heißer) nur unzureichend anpassen, Begründung:

A) "oil-injected screws" = eingespritzte Ölmenge (sie ist unverzichtbar wg. innerer Leckage, Wärmeabführung und Schmierung) kann bzgl. Ölmenge und Öltemperatur nicht beliebig angepasst werden.

B) "dry-compressors" = sie beherrschen alle(!) den Wärmehaushalt ihrer Arbeitsraum- Bauteile nicht und haben zur Crash-Vermeidung (Spalt-Aufzehrung) folglich nur einen guten Arbeitspunkt (minimale Spalte) und arbeiten ansonsten "unglücklich" bei extremen Drehzahlen.

C) Zudem kann auch keine dieser Maschinen ihr inneres Kompressionsverhältnis (also zwischen Überverdichtung und Unterverdichtung) dem jeweiligen Betriebspunkt anpassen (vergl. Kältemittelverdichter-Aufwand per Gehäuse-Schieber)

Tribivari ist hier prinzipiell überlegen, indem 3 Merkmale gleichzeitig erfüllt werden:

Tribivari = dry PLUS eta PLUS μθ

Entscheidend ist das PLUS dieser Merkmale.

Denn Tribivari beherrscht die Wärmehaushalte aller Arbeitsraum-Bauteile und zwar: ♦ jederzeit = die CU überwacht permanent den Kompressor und reguliert stets die Kühlfluidströme über die sogen. PartCool (wie beschrieben)

♦ vollständig = sowohl bzgl. Prozess- und Umwelt-Bedingungen als auch dazu passend alle

Arbeitsraum- Bauteile

♦ flexibel = unterschiedliche und wechselnde Bedingungen beim Prozess und bei der Umgebung werden erfüllt

♦ umfassend = über Kühlfluid-Massestrom und Kühlfluid-Temperatur passend zu jeder aktuellen Situation und nicht nur für einen Arbeitspunkt, sondern stets optimal für den gesamten Arbeitsbereich

♦ synchron = die Arbeitsraum-Bauteile werden stets synchron geführt (= immer im Gleichschritt, keine Divergenz)

♦ effizient = mit stets passender Wärmeabführung (und nicht nach dem Motto: "Viel hilft viel", sondern jeweils passend = intelligent!) der jeweils beste Polytropenexponent und keine Über-/Unter-Verdichtung für gewünschten Druck & Volumenstrom

♦ intelligent = mit eigenem lernenden(!) Algorithmus mit Eigendiagnose und Prognose sogar vorausschauend

Konkret bei Tribivari:

a) Kontrolle und Beherrschung der Wärmehaushalte aller Arbeitsraum-Bauteile

b) damit dank IST-Spalt-Unterschiede über die Größe der Spaltmaße auch die innere Leckage (= Entropie) beherrschen

c) das innere Kompressionsverhältnis per Zusatz-Teilauslass-Öffnungen stets passend einstellen

d) über die Höhe der Wärmeabführung den Polytropenexponenten der Verdichtung optimieren

e) und damit den Wirkungsgrad maximieren

f) das Temperatur-Niveau applikationsspezifisch ggfls. anzupassen bzw. zu kontrollieren

g) per Rotordrehzahl und Kühlfluid-Einstellung die gew. Fördergasmenge und den Soll- Betriebsdruck.

Was gehört u.a. zur "Tribivari_CU-lntelligenz"?:

(besser als die heute bei Screws nur "aufgesattelte" FU-Intelligenz)

1 ) Spielwerte Δ: = Spaltabstände der Arbeitsraum-Bauteile:

Δ2.1 = 2z-Rotor zum Gehäuse

Δ3.1 = 3z-Rotor zum Gehäuse

Δ3.2 = Rotore zueinander

Δ als Funktion f(z) mögl. in Rotorlängsachsrichtung

xy bezeichnet integral alle Spaltabstände

Zweck: · sichere Vermeidung von Spalt-Aufzehrung (= Crash),

• Kenntnis zur Größe der Leckage-Spalte (für höchste Effizienz je Arbeitspunkt)

• das geht heute überhaupt nicht

1 .1 ) Erfassung der tatsächlichen individuellen Spaltwerte (insbes. bzgl. Fertigungs- Toleranzen und Montage-Unterschiede) bei jeder AirEnd-Montage über Schälscheiben an der Festlagerung exakt eingestellt je(!) Rotor gemäß: a) für Δ2/3.1 per Kontakt+ Rückzug

(... als Montage-Muss je Rotor, leider integral über £, nicht im Betrieb ...)

b) für Δ2/3.1 per Inverskühlung

(... auch im Betrieb nach der ko-Drehzahl-Messung, PartCool-Aufteilung)

c) für alle Axy per ko-Messung

(... klar, mit PartCool-Anpassung, auch im Betrieb zzgl. Inverskühlung)

d) für Δ2/3.1 mit heißen Rotoren

(... ungenaues Temp.-Niveau / -Schwankungen / -Dauer )

e) für alle Axy per Spionage

(... kaum zugänglich )

f) für A3.2 per elektronischer Synchronisation

(... beachte: zuerst wird Δφ der Notfall-Synchro.-Räder erfasst)

1 .2) Erfassung der Änderungen dieser Spaltwerte während des Betriebs gemäß A) bis D) als lfd. Rückschlussfolgerung über Messwerte-Vergleich u/o ko-Drehzahl u/o Strömungswiderstand sowie Drehwinkel-Δ bei elektronischer Synchronisation... = alles jeweils mit Inter- und Extrapolation

Eigendiagnose:

Auswertung per Algorithmus in der CU basierend auf den individuellen Spaltwerten gemäß 1 )

mit Feststellung von Handlungsbedarf incl. Tendenz-Erkennung (Prognose) mit intelligenter Analyse zzgl. Schwingungssensoren (insbes. zur Lagerüberwachung)

Anpassung an den Prozess, insbes. bei Prozess-Änderungen:

(= sehr viel mehr als nur die heutige Drehzahl-Anpassung)

Anpassung an den jeweiligen Prozess und dessen Prozess-Änderungen, indem die Unterschiede im Algorithmus ausgewertet und zu Konsequenzen führen = z.B. PartCool-Anpassung

Anpassung an die Umgebung, insbes. bei Umgebungs-Änderungen:

Anpassung an unterschiedliche und sich verändernde Umgebungs-Bedingungen

Wirkungsgrad-Optimierung:

stets geringster Energieverbrauch durch optimale Kühlungsregulierung

nicht nur für einen einzelnen Arbeitspunkt (wie bisher) sondern für den gesamten Bereich

Temperatur-Kontrolle:

Einhaltung von gewünschten Grenz-Temperaturen (insbes. empfindliche Prozessgase) Kompressions-Anpassung:

Änderung der inneren Kompressionsquote über Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15)

zur Vermeidung von Unter- und Über-Verdichtung

Reinheit des Fördermediums:

Anpassung der Größe des Nebengasstroms zum Neutralraum je Arbeitsraum-Wellenabdichtung BASIS:

Simulations-Algorithmus in der CU hinterlegt, gespeist von den individuellen Spaltwerten sowie der aktuellen Situation und dementsprechend angepassten Reaktionen, basierend auf Kennfeldern, die ständig erweitert sowie interpoliert und verglichen(!) werden mit ständigem Hinzulernen.

Elektronische Synchronisation:

jeder Spindelrotor mit eigenem (Synchron-)Motor zzgl. Drehgeber,

Kühlfluid zum Spindelrotor-Kühlgewinde durch die hohle Motorwelle geführt (mit einfacher Kupplung) Tribivari hilft sich selbst, indem Tribivari sich praktisch eigenhändig repariert, d.h.:

Tribivari ist also intelligent, indem Tribivari mit den genannten (Eigen-)Diagnose-Werkzeugen als sogen. "Eigendiagnose" zunächst selbst erkennt, wenn Tribivari aufgrund von Verschleiß, Abrieb, Verschmutzung und/oder Belagbildung sich verändert, und kann daraus folgernd dann über die genannten Regulier-Werkzeuge sein Betriebsverhalten anpassen, konkret heißt dies z.B. in jedem Betriebspunkt werden so, wie es der anwenderseitige Prozessbetriebspunkt in der jeweiligen Situation verlangt,

a) die jeweils bestgeeigneten Spaltwerte über PartCool bzw. PartCool &Control eingestellt,

b) die jeweils optimale innere Kompressionsquote über Nach-Einlass und/oder Vor-Auslass eingestellt, c) und die jeweils bestgeeignete Rotor-Drehzahl eingestellt.

Ausgehend von dem individuellen in der Control-Unit hinterlegten Startzustand dieser Tribivari- Anlage wird dabei also der aktuelle Zustand (durch Verschleiß, Abrieb und/oder Verschmutzung, Belagbildung möglicherweise verändert) von Tribivari in dem Algorithmus der Control-Unit ebenso berücksichtigt, wie die aktuellen Umgebungsbedingungen (heißer, kälter, verschmutzte Wärmetauscher etc.) sowie die momentan gewünschten Betriebsanforderungen (also hinsichtlich Volumenstrom, Druckniveau, aber auch zulässiger Stromverbrauch im Sinne von Vermeidung teurer Stromspritzen etc.).

Beispiel 1 :

Tribivari stellt über die eigenen (Eigen-) Diagnose-Werkzeuge, konkret also per ko-Drehzahl- Messung und/oder ΣΔρ-Messung und/oder Algorithmus-Messwerte-Vergleich und/oder Δφ-

Rotorpaar-Check und/oder Inverskühlung ... etc incl. jedweder (Auswertungs-)Kombi- nation dieser Werkzeuge fest, dass im Auslass-Bereich sich die Spaltwerte verringert haben, z.B. durch Belagbildung / Verschmutzung. Tribivari kann dies über den Algorithmus in seiner eigenen Control-Unit feststellen, indem dort für die verschiedenen Messwerte zunächst individuelle Richtwerte (bei der Montage dieser Tribivari dort hinterlegt) vorliegen und mit den jeweiligen Verknüpfungen, Zusammenhänge und Interpretationen hinterlegt sind, welche dann mit den eingehenden Messwerten verglichen werden. Dann passt die Control-Unit als Regulierungseinheit für diese Tribivari-Anlage die Regulier-Werkzeuge an, indem beispielsweise per PartCool die Kühlung für das Verdichtergehäuse über den Auslass-seitigen Kühlfluidstrom (9.1 a) reduziert wird und/oder die beiden Kühlfluidströme (9.2 und 9.3) zu den Spindelrotoren wird intensiviert. Wenn diese Diagnose-Ergebnisse (hier als Beispiel: Spaltwerte am Auslass sind verringert) nicht bekannt wären, würde die Gefahr bestehen, dass Tribivari wie bisher die Arbeitsraum-Bauteile kühlt und damit die Gefahr der Spaltaufzehrung (= Crash) steigen würde. Dank dieses erfindungsgemäßen Vorgehens über die genannten (Eigen-) Diagnose- Werkzeuge und Regulier-Werkzeuge sind nunmehr für jeden Betriebspunkt und Einsatzbedingungen diese Grenzen bekannt und Tribivari kann nicht nur sicher sondern auch im jeweils optimalen (im Sinne geringsten Energiebedarfs) Bereich betrieben werden. Mindestens per Inverskühlung kann sogar individuell für jeden Spindelrotor festgestellt werden, welcher Spaltwert sich verringert hat, nämlich Δ2.1 oder Δ3.1 , um dementsprechend den betreffenden Kühlfluidstrom 9.2 oder 9.3 gemäß in der CU vorliegenden Wertetabellen {z.B. per FEM-Simulationen zuvor berechnet) entsprechend zu erhöhen.

Beispiel 2:

Tribivari stellt über die eigenen (Eigen-) Diagnose-Werkzeuge fest, dass sich im Einlass- Bereich die Spaltwerte erhöht haben, z.B. durch Abrieb / Verschleiß, bemerkbar über schlechteres Kompressionsverhalten. Um diese Situation zu kompensieren (zu "retten"), ist beispielsweise der Kühlfluidstrom 9.1 b am Verdichtergehäuse-Einlass-Bereich zu erhöhen. Basierend auf "PartCool" als Eigendiagnose mittels:

ko-Drehzahl-Messung und/oder χΔρ-Messung kombiniert mit

Inverskühlung (zumindest als Sicherheits-Check gegen Crash)

Inhalt und Zweck:

Messung des Kompressionsvermögens eines Verdichters bei Null-Durchsatz (also nur die innere Leckage "bekämpfend" und kein Fördermedium am Auslass ausschiebend) für verschiedene Rotordrehzahlen im Rahmen der Tribivari-CU-Intelligenz zwecks:

a) Feststellung der tatsächlichen erreichten individuellen Kompressions-Gütestufe am Ende der Montage als Kontrolle und bei Okay-Bewilligung (also innerhalb der gewünschten Toleranz) in der eigenen CU als Basis-Ausgangs-Referenz abgelegt zum ständigen Vergleich im Betrieb zwecks Erkennung einer Tendenz und zur Prognose mittels Extrapolation angezeigt.

b) Eigendiagnose im laufenden Betrieb zur Feststellung von Veränderungen (z.B. durch Verschleiß, Abrieb, Verschmutzung, Belagbildung, betriebliche Veränderungen, beispielsweise beim Prozess und/oder in der Umgebung etc.)

c) Vorzugsweise wird die ko-Drehzahl-Messung evtl. noch mit χΔρ-Messung kombiniert mit der Inverskühlung als laufende Betriebs-Überprüfung zur sicheren Crash-Vermeidung mittels Extrapolation.

Vorgehen zur ko-Drehzahl-Messung:

Bei bekanntem Einlassdruck wird am geschlossenen Auslass für verschiedene Rotordrehzahlen und dank PartCool bei definierten(!) Wärmehaushalten **00 der relevanten (also insbes. der Arbeitsraum-) Verdichterbauteile (und den daraus resultierenden individuellen Spalt-Bedingungen) der jeweils erreichte Auslass-(Über-)Druck gemessen und der Quotient von Auslass- zu Einlass- Druck ergibt den gesuchten ko-Drehzahl-Wert für diese Rotordrehzahl, und somit als Werte- Tabelle bzw. als Funktions-Darstellung:

y-Achse = ko-Wert als Quotient p a /pi

x-Achse = Rotordrehzahl nR

** °° Weil dank CU-Intelligenz mittels PartCool &Control die Wärmehaushalte und über die thermischen Dehnungen aller Arbeitsraum-Bauteile somit die Spaltwerte gezielt regulier- und kontrollierbar sind, wird bei der ko-Drehzahl-Messung über die einzeln definierten Bauteil- Temperaturen die jeweilige Kompressions-Gütestufe ermittelt und über den Vergleich mit den Basis-Ausgangs-Referenzwerten sowie weiteren Messungen im Betrieb sind nicht nur der jeweils aktuelle Zustand sondern auch die Veränderungen erkennbar:

also Eigendiagnose sowie Prognose und Tendenz.

Außerdem wird über die Inverskühlung der hinreichende Sicherheitsabstand zur Crash- Vermeidung festgestellt, also für die genannten Arbeitsgrenzen:

► sowohl sichere Crash-Vermeidung

und

► als auch möglichst effiziente Verdichtung

Inverskühlung = Simulation einer "falschen" (inversen) Bauteil-Kühlung mit einer Bauteil- Temperatur-Differenz, wie sie später im Betrieb nicht mehr auftritt (weil von der CU auch in diesem Sinne ständig überwacht)

Sowohl die ko-Drehzahl-Messung als auch die Inverskühlung werden im Betrieb wiederholt zur Feststellung von Veränderungen innerhalb der Lebensdauer dieses Kompressors genutzt. Vereinfachung:

Die Inverskühlung ist auch über CU-hinterlegtem Algorithmus als Extrapolation mehrerer "harmloser" (im Sinne von einfach verfügbaren) Heiß-Fluid-Temperaturen (vorzugsweise aus dem Warmfluid-Reservoir (33) beispielsweise) ausführbar.

Zunächst als Übersicht: (nachfolgend dann einzeln erläutert)

Folgende (Eigen-)Diagnose-Werkzeuge gehören (beispielhaft) zur Tribivari-Intelligenz:

1 ) Kontakt+Rückzug+Fixierung

2) Inverskühlung

3) ko-Drehzahl-Messung

4) ΣΔρ-Messung

5) Algorithmus-Messwerte-Vergleich

6) Δφ-Rotorpaar-Check

7) Kombination & Auswertung

8) ... etc. ... (... hier sind noch weitere (Eigen-) Diagnose-Werkzeuge ergänzbar)

Und folgende Regulier-Werkzeuge gehören (beispielhaft) zur Tribivari-Intelligenz:

A) "PartCool", auch als "PartCool &Control"

B) rij-Anpassung

C) FU-Drehzahl-Variation

D) "ActionStep-ReactionCheck"

E) Kombination & Auswertung

Beim erfindungsgemäßen Tribivari-Spindelkompressor werden zumindest die in Fig. 1 genannten Temperaturen gemessen, und zwar nicht nur vom Kühlfluid sondern auch von den Bauteilen. Dies ist beim Verdichtergehäuse sowie im gestellfesten Einlass- und Auslass-Bereich sehr einfach möglich, weil es sich um stationäre (gestellfeste) Bauteile handelt. Bei den drehenden Spindelrotoren sind in der Control-Unit (25) über zuvor erfolgte Simulationsberechnungen und Modell-Rechnungen (z.B. per FEM) die Zusammenhänge zwischen Kühlfluid-Temperaturen und Rotor-Temperatur für die verschiedenen Belastungszustände hinterlegt, so dass die nachfolgend genannten "definierten Temperatur- Verhältnisse" für den gesamten Tribivari-Spindelkompressor in der CU (25) stets hinreichend genau bekannt sind bzw. über Interpolationen umzurechnen sind (bekannte Geometrie und Material-Eigenschaften) mit den daraus resultierenden individuellen Spalt- Bedingungen ebenfalls umfänglich bekannt.

Diese "definierten Temperatur-Verhältnisse" sind stets Voraussetzung zur korrekten Anwendung dieser Werkzeuge, was dank der umfänglichen Temperatur-Mess-Stellen hinreichend genau gewährleistet ist. (vorzugsweise ähnlich einfache Sensoren wie im heutigen PKW-Bau üblich und weit verbreitet)

Indem praktisch die Temperatur-Verhältnisse niemals exakt gleich sind, ist in der CU ein Algorithmus zur Umrechnung auf einen einheitlichen vergleichbaren Zustand, der fortan als definierte Temperatur-Verhältnisse bezeichnet wird, installiert.

Getrennte Kühlfluid-Temperatur-Bereiche beim Reservoir (10) erleichtern die Erreichung definierter Temperatur-Verhältnisse, indem Kühlfluid gezielt für das betreffende Bauteil entnommen wird. Folgende (Eigen-)Diagnose-Werkzeuge gehören (beispielhaft) zur Tribivari-Intelligenz:

1 ) "Kontakt + Rückzug + Fixierung": (Dies erfolgt nur bei der Montage der Kompressorstufe)

Bei der Montage wird jeder fertige *0* Spindelrotor einzeln in das Verdichtergehäuse (1 ) bis zum vollständigen Kontakt mit seiner Gehäuse-Bohrung eingeführt als sogen. "Null-Spalt" also Berührung, wobei auf möglichst vollständige Auflage zwischen Rotor und Gehäuse zu achten ist (ggfls. mittels Touchierpaste überprüfen sowie von Hand leicht drehend den Rotor-Gehäuse-Kontakt absichern), weshalb das Gehäuse vorzugsweise senkrecht steht und der Spindelrotor von oben eingeführt wird. Weil der (mittlere) Neigungswinkel γ 2 bzw. γ 3 zwischen Spindelrotor und Gehäusebohrung bekannt ist, muss dieser Rotor nun um einen per Trigonometrie direkt berechenbares Wegstück Azweg in Rotorlängsachsrichtung wieder herausgezogen werden und über die jeweils einstellbare Distanz-/Abstands-Scheiben (34 bzw. 35) zwischen dem Einlassdeckel (16 bzw. 17) und dem Verdichtergehäuse (1 ) fixiert werden, um den gewünschten (mittleren) Spaltwert Δ2.1 bzw. Δ3.1 zwischen Spindelrotor (2 bzw. 3) und dem Verdichtergehäuse (1 ) zu erfüllen, wobei gemäß Fig. 6.a gilt:

Δ2.1

am 2z-Rotor gilt: ^ Z Weg2

sin {y 2 }

Δ3.1

und am 3z-Rotor gilt: ^ Z Weg3 ~~

sin {y 3 ]

Dabei ist darauf zu achten, dass die Bauteile (also jeweiliger Spindelrotor und Gehäuse) etwa die gleiche Bauteil-Temperatur haben, die auch zu protokollieren ist bzw. bei der Daten-Eingabe in den CU-Speicher zu berücksichtigen ist (ebenfalls in die CU einzugeben).

Vorteilhafterweise kann somit das Spaltmaß Δ2.1 und Δ3.1 gezielt eingestellt und protokolliert werden, was bisher nicht möglich ist. Dabei ist ein konstanter Neigungswinkel γ 2 bzw. γ 3 vorteilhaft, gleichwohl sind aber auch dehnungskonform (also gemäß Simulation zum Verdichtungsvorgang und zur Wärmeabführung der Arbeitsraum-Bauteile) in Rotorlängsachsrichtung unterschiedliche Neigungswinkel möglich, weshalb dann ein mittlerer Neigungswinkel ansetzbar ist, bzw. derjenige Neigungswinkel, welcher gemäß Simulation zum Verdichtungsvorgang und zur Wärmeabführung der Arbeitsraum-Bauteile das Spaltmaß Δ2.1 und Δ3.1 hauptsächlich bestimmt.

* ° * fertige Spindelrotore: als Rotationseinheit (40) mit dem jeweiligen Einlassdeckel (16 bzw. 17) fertig montiert, wobei insbesondere die Festlagerung (10) für diesen Vorgang wichtig ist.

Inverskühlung:

Bei der sogenannten "Inverskühlung" werden die Spaltmaße zwischen den Arbeitsraum-Bauteilen erfasst und überprüft, indem bei minimaler (oder auch Null = also Stillstand) Drehzahl des jeweiligen Spindelverdichters

♦ durch die Kühlfluidbereiche jedes Spindelrotors (2 bzw. 3) vorzugsweise abschnittsweise über die Querbohrungen (29) jeweils eine Flüssigkeit (z.B. Wasser) mit stetig ansteigender Fluid-Temperatur

und/oder

♦ durch die jeweiligen Kühlfluidbereiche des Verdichtergehäuses (1 ) vorzugsweise abschnittsweise jeweils eine Flüssigkeit mit stetig abfallender Fluid-Temperatur kontrolliert geleitet wird,

wobei ständig die Noch-Drehbarkeit der Spindelrotore beispielsweise händisch in der Montage bzw. zur erfindungsgemäßen Eigendiagnose in späteren Betriebspausen per Elektronischer Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation überprüft wird. Wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen dieser Arbeitsraum-Bauteile wird die jeweilige Drehbarkeit der Spindelrotore bei einem spezifischen Temperaturniveau für diese Spindelverdichtermaschine beendet sein und anhand der bekannten Material- Eigenschaften sowie der bekannten Geometrie-Verhältnisse sind somit die für diesen Spindelverdichter dessen spezifischen IST-Kaltspielwerte bekannt und werden in der CU (25) zu diesem Spindelverdichter individuell hinterlegt.

Anstatt bis zur ersten Berührung als sogen. "Noch-Drehbarkeitsgrenze" zu gehen, ist mindestens jedoch ein zuvor für diese Spindelverdichtermaschinengröße festgelegter ΔΤ ΒΤ als Soll-Bauteile-Temperatur-Differenzwert einzustellen und über die einfache (langsame) Drehbarkeits-Kontrolle sicherzugehen, dass es zu keinem Kontakt (Berührung) der Arbeitsraum-Bauteile kommt. Im späteren Betrieb dieses Spindelkompressors weiß dann die Control-Unit (25), wie die jeweiligen Kühlfluidströme der Arbeitsraum-Bauteile derart einzustellen sind, dass dieser AT BT -Wert nicht überschritten wird, so dass der Crash immer sicher vermieden werden kann. Diese gezielte Regulierung der einzelnen Spindelverdichter-Bauteile sei im Folgenden auch als "temperieren" bezeichnet.

Um neben der einfachen Noch-Drehbarkeit der Spindelrotore außerdem noch feststellen zu können, wie die Situation der Spaltwerte tatsächlich ist und sich auf das Kompressionsverhalten der jeweiligen Tribivari-Anlage auswirkt, wird darüber hinaus erfindungsgemäß die Inverskühlung per AT BT -Werte-Überprüfung noch verknüpft mit Maßnahmen wie unter "Kombination & Auswertung" beschrieben durchgeführt.

Die AT BT -Werte sind somit u.a. zur Absicherung der Crash-Vermeidung anzusehen als noch sichere und mehrfach per Inverskühlung überprüfte Bauteile-Temperatur- Differenzen von der CU im Betrieb stets beachtet und eingehalten, indem die betreffenden AT BT -Werte nicht überschritten werden.

Insbesondere für höhere Verdichterleistungen (beispielsweise über 75 kW Leistung) ist es sinnvoll, die Inverskühlung partiell gezielt in Rotorlängsachsrichtung einzusetzen, indem (wie in Fig. 1 gezeigt) einzelne Bereiche sowohl Spindelrotor-seitig als auch Gehäuse-seitig gezielt mit Fluid temperiert werden, so dass gezielt erkennbar ist, wie unterschiedlich groß die Spaltwerte in Rotorlängsachsrichtung sind.

Mit diesen Werten kann dann im späteren Betrieb die "PartCool" derart angepasst reguliert werden, dass die Spaltwerte in jedem Bereich optimal sind: Wobei optimal bedeutet, dass einerseits Crash (also Spaltaufzehrung) sicher vermieden wird, was dank Kenntnis der jeweiligen AT BT -Werte nunmehr endlich möglich ist, und andererseits die innere Spaltleckage über die per PartCool beherrschten Spaltwerte gemäß vorliegender Simulation zum Verdichtervorgang derart kontrollierbar wird, dass der Wirkungsgrad für genau den aktuell vorliegenden Verdichtungsprozess maximiert wird.

Bei der Inverskühlung sind folgende Fallunterscheidungen sinnvoll:

Montage-Inverskühlung:

Hier wird in der Montage der ursprüngliche Start-Zustand spezifisch zu jedem Spindelverdichter nach der Kontakt+Rückzug+Fixierung dessen tatsächliche AT BT -Werte als Montage-AT BT -Werte aufgenommen und in dessen Control-Unit (25) hinterlegt. Dabei werden zudem noch verknüpfte Maßnahmen wie unter "Kombination & Auswertung" beschrieben durchgeführt und diese individuellen Messwerte in der CU zu diesem Tribivari-Verdichter hinterlegt. Dieser Vorgang bildet den Referenzbezug für eventuelle Veränderungen (durch Verschleiß, Abrieb, Verschmutzung, Belagbildung etc.) im späteren Betrieb. Einsatz-Inverskühlung:

Bei der Einsatz-Inverskühlung werden vorzugsweise die Montage-AT BT -Werte wiederholt (oder ähnlich, um per hinterlegtem Algorithmus in der CU Rückschlüsse auf die Montage-AT BT -Werte zu ermöglichen *00* ) und verknüpft mit Kombination & Auswertung den aktuellen Zustand dieser Tribivari-Anlage zu erkennen, damit diese Tribivari-Anlage zwischen den Arbeitsgrenzen optimal (im Sinne der Effizienz wie beschrieben) betrieben wird.

Die Einsatz-Inverskühlung geschieht vorzugsweise in Betriebspausen, wobei dann das Fluid mit höherer Temperatur für die Fluid-Durchströmungsbereiche jedes Spindelrotors aus einem Warmfluid-Reservoir (33) kommt. Für dieses Warmfluid- Reservoir (33) wird entweder während des Betriebs ein Kühlfluid-Teilstrom ungekühlt abgezweigt und dort "warm geparkt" oder gezielt aufgeheizt über eine elektrische Heizung dort erzeugt.

Von entscheidender Bedeutung ist dabei der Vergleich der aktuell ermittelten Werte mit den vorangegangen Werten, um einerseits die Tribivari-Anlage aktuell jeweils optimal (also Crash vermeiden und zugleich bester Wirkungsgrad) betreiben zu können und andererseits auch die Tendenz und Prognose zu ermöglichen.

* °° * Wenn dieser Vorgang der Rückschlüsse weit genug mit hinreichend Erfahrung abgesichert ist, kann später über Extrapolation und Interpretation auf den Einsatz von Warmfluid verzichtet werden. Gleichwohl hilft es bisweilen zur Herstellung der definierten Temperatur-Verhältnisse. ko-Drehzahl-Messung:

Bei der ko-Drehzahl-Messung wird integral das momentane Kompressionsvermögen dieser Spindelverdichtermaschine überprüft, wobei insbesondere die Veränderungen im Algorithmus der Control-Unit ausgewertet werden im Sinne von Anpassung der PartCool und Erkennung einer Tendenz.

Messung des Kompressionsvermögens eines Verdichters bei Null-Durchsatz (also nur die innere Leckage "bekämpfend" und kein Fördermedium am Auslass ausschiebend) für verschiedene Rotordrehzahlen im Rahmen der Tribivari-CU-Intelligenz zwecks:

♦ Feststellung der tatsächlich erreichten individuellen Kompressions-Gütestufe am Ende der Montage als Kontrolle und bei Okay-Bewilligung (also innerhalb der gewünschten Toleranzwerte) in der eigenen CU als Basis-Ausgangs-Referenz abgelegt zum ständigen Vergleich im Betrieb zwecks Erkennung einer Tendenz und zur Prognose mittels Extrapolation.

♦ Eigendiagnose im laufenden Betrieb zur Feststellung von Veränderungen (z.B. durch Verschleiß, Abrieb, Verschmutzung, Belagbildung, betriebliche Veränderungen, beispielsweise beim Prozess und/oder in der Umgebung etc.)

♦ Vorzugsweise wird die ko-Drehzahl-Messung evtl. noch mit Gesamt-Druckdifferenz- Messung kombiniert mit der Inverskühlung als laufende Betriebs-Überprüfung zur sicheren Crash-Vermeidung mittels Extrapolation.

Vorgehen zur ko-Drehzahl-Messung:

Bei bekanntem Einlassdruck wird am geschlossenen Auslass für verschiedene Rotordrehzahlen und dank PartCool bei "definierten Temperatur-Verhältnissen" (Erläuterung = s.o.) der jeweils erreichte Auslass-(Über-)Druck gemessen und der Quotient von Auslass- zu Einlass-Druck ergibt den gesuchten ko-Drehzahl-Wert für diese Rotordrehzahl, und somit als Werte-Tabelle bzw. als Funktions-Darstellung, z.B. gemäß:

y-Achse = ko-Wert als Quotient p a /pi

x-Achse = Rotordrehzahl nR

** °° Weil dank CU-Intelligenz die Wärmehaushalte und über die Wärmedehnungen aller Arbeitsraum-Bauteile auch die Spaltwerte über PartCool gezielt regulier- und kontrollierbar sind, wird über die einzeln definierten Bauteil-Temperaturen bei der ko-Drehzahl-Messung die jeweilige Kompressions-Gütestufe ermittelt und über den Vergleich mit den Basis-Ausgangs-Referenzwerten sowie weiteren Messungen im Betrieb sind nicht nur der jeweils aktuelle Zustand sondern auch die Veränderungen erkennbar: also Eigendiagnose sowie Prognose und Tendenz (mittels Extrapolation).

Außerdem wird über die Inverskühlung der hinreichende Sicherheitsabstand zur Crash- Vermeidung festgestellt - für die genannten Arbeitsgrenzen:

also sowohl sichere Crash-Vermeidung als auch möglichst effiziente Verdichtung. Die ko-Drehzahl-Messung als auch die Inverskühlung werden im Betrieb wiederholt zur Feststellung von Veränderungen innerhalb der Lebensdauer dieses Kompressors genutzt. ) integrale Druckdifferenzmessung, abgekürzt als "χΔρ-Messung":

Bei der χΔρ-Messung wird der aktuelle Strömungswiderstand der jeweiligen Tribivari- Verdichterstufe gemessen, indem bei offenem Einlass und geschlossenem Auslass im Auslass-Sammelraum (12) bei "definierten Temperatur-Verhältnissen" ein gewählter Überdruck eingestellt wird und bei ganz langsam drehenden (also beispielsweise unter 10 Umdrehungen je Minute) Spindelrotoren der Abbau des Druckes im Auslass- Sammelraum (12) für eine gewählte Zeitspanne (z.B. 3 Minuten) gemessen wird. Diese individuelle χΔρ-Messung findet erstmals am Ende der Montage jedes Spindel- kompressor-AirEnds statt und wird in der CU als sogen. "Basis-Referenz" hinterlegt. Im Laufe der Betriebseinsätze wird diese χΔρ-Messung in den Pausen nach einem gewählten Rhythmus von der CU gesteuert wiederholt und sowohl mit der Basis- Referenz als auch mit allen Nachfolge-Messungen verglichen. Daraus wird per Extrapolation eine Prognose und Tendenz ableitbar.

) Algorithmus-Messwerte-Vergleich:

Im laufenden Betrieb gibt es in der CU (25) viele Messwerte, Regulierungs-Aktionen und Reaktionen sowie diverse Auswertungen. Basierend auf den zuvor erfolgten Simulationsberechnungen sowie (FEM-)Modell-Rechnungen der relevanten Kompressor- Bauteile entsteht eine stetig wachsende Datenbank, die mit den ständig eingehenden Daten weitergeführt wird. In der CU (25) werden diese Daten nun über einen Algorithmus ständig miteinander verglichen und interpoliert, so dass auch für Einsatzfälle, die nicht genau so, wie sie aktuell gerade auftreten, abgebildet ("modelliert") und hinterlegt sind (beispielsweise höhere Fördergas-Einlass-Temperaturen), von der CU (25) die passenden Ausgangs-Signale (32. e) gegeben werden.

Dabei werden anfänglich Vergleich und Interpolationen wegen der noch geringeren Datenmenge zunächst noch grob und unscharf mit einer erhöhten Unsicherheit versehen sein; indem jedoch die individuelle (ganz eigene) Datenbank in der CU stetig anwächst, werden diese Unschärfen immer geringer und die Maschine zunehmend besser und intelligenter.

) Δφ-Rotorpaar-Check: mit Δφ als Verdrehwinkel zwischen den Spindelrotoren

Beim Δφ-Rotorpaar-Check wird individuell je Tribivari-Anlage die Spaltsituation Δ3.2 zwischen den Spindelrotoren (2 und 3) über die Elektronische Motorpaar-Spindelrotor- Synchronisation überprüft, indem über die Drehwinkelgeber (20 und 21 ) für jeden Wellenstrang das exakte Drehwinkelspiel gemessen und sowohl mit dem Basis- Referenz aus der Montage als auch den Nachfolge-Messwerten verglichen und ausgewertet wird im Sinne der Tendenz und Prognose.

Vorgehen:

Bei der Elektronische Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation wird dann ein Motorstrang (also jeder Spindelrotor mit Trägerwelle fest verbunden mit seiner Antriebsmotor-Rotorwelle) elektrisch blockiert (also festgehalten) und der andere Motorstrang prüft dann den noch verbleibenden Drehwinkel Δφ als sogen, verbleibendes Drehwinkelspiel und speichert diesen Wert. Diese Messung wird mehrfach für die gesamte Spindelrotorpaar-Abwälzung wiederholt, und die jeweiligen Maximal- und Minimal-Werte werden gespeichert und wieder verglichen (mit Basis-Referenz und Nachfolge-Messwerten), um bei korrekten (also innerhalb der hinterlegten Toleranzbereiche) Werten den Mittelwert als Soll-Vorgabe für den Betrieb per Elektronischer Motorpaar-Spindelrotor- Synchronisation einzustellen. Mit der Elektronischen Motorpaar-Spindelrotor- Synchronisation kann für das Spindelrotorpaar über

► reduzierte Drehwinkelspielwerte eine Belagbildung bzw. Verschmutzung

► erhöhte Drehwinkelspielwerte ein abrasiver Verschleiß bzw. Oberflächen-Abrieb und -Abnutzung

festgestellt werden mit entsprechenden Rückmeldungen per CU beispielsweise an übergeordnete Wartungs- und Service-Stationen.

7) Kombination & Auswertung:

Die genannten (Eigen-)Diagnose-Werkzeuge sind nicht nur einzeln, sondern insbes. auch in Kombination zu nutzen und auszuwerten. So muss beispielsweise die Invers- kühlung nicht bis zum ersten Kontakt der Arbeitsraum-Bauteile als Überprüfung der Noch-Drehbarkeitsgrenze getrieben werden (auch wegen der Gefahr der Oberflächen-Beschädigung), indem bei einem zuvor in der CU festgelegten AT BT -Wert der Inverskühlung (also ein klar definiertes Temperaturniveau der Arbeitsraum-Bauteile) einerseits die Noch-Drehbarkeit gewährleistet ist und andererseits eine χΔρ-Messung und/oder auch ko-Drehzahl-Messung durchgeführt werden, wobei die dann mit diesen Verfahren ermittelten Werte verglichen werden mit dem für diese Inverskühlung entsprechenden und in der CU hinterlegten Basis-Referenz- und Vergleichs-Werten.

Und folgende Regulier-Werkzeuge gehören (beispielhaft) zur Tribivari-Intelligenz:

A) "PartCool", auch als "PartCool &Control":

Das wichtigste Regulier-Werkzeug ist die individuelle Kontrolle und Regulierung der Kühlfluidströme für jedes Bauteil über die betreffende Menge (Massestrom) des jeweiligen Kühlfluidstroms sowie auch über die jeweiligen Kühlfluid-Temperaturen. Dabei handelt es sich nicht um eine "sture" Steuerung, sondern um eine Regelung bzw. Regulierung, indem die System-Antwort direkten Einfluss auf die genannten PartCool-Parameter hat, daher auch die Begriffserweiterung als "PartCool &Control". Praktisch alle Veränderungen sowohl an der Tribivari-Anlage als auch im Prozess sowie bzgl. der Umgebung sind per PartCool &Control kompensierbar, weil dank der in der CU abgelegten Daten zum jeweiligen Arbeitsprozess (und sei es "nur" als Extrabzw. Interpolation direkt verfügbarer Daten) sowie zum Dehnungsverhalten und daraus resultierenden Spaltwerten mit entsprechenden inneren Spalt-Leckage- Werten etc. das jeweilige korrespondierende Kompressionsverhalten der Tribivari- Anlage sich jeweils bestmöglich anpassen lässt.

B) rij-Anpassung:

Bei jedem Arbeitsprozess herrschen unterschiedliche Bedingungen (beispielsweise bzgl. Druck- und Temperatur-Werten, Volumenstrom, Umgebungsbedingungen etc.), so dass für den gewünscht minimalen Kompr.-Energiebedarf Anpassungen beim Verdichtungsvorgang wünschenswert sind. Zu diesen Anpassungen gehört auch das sogen, innere Kompressionsverhältnis als innerer n r Wert der Verdichtermaschine, der zunächst rein geometrisch das Verhältnis vom Einlass-Kammervolumen zum Auslass-Kammervolumen beschreibt. Über die tatsächlichen Verdichtungsverhältnisse (insbes. die jeweiligen Temperaturen und Wärmeabführung während der Verdichtung) ergibt sich die bekannte Über- und Unter-Verdichtung, die zunächst möglichst zu minimieren ist. Die Control-Unit der erfindungsgemäßen Tribivari-Anlage kann nun über die Regulierung von Teilgasströmen über Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15) das innere Kompressionsverhältnis der jeweils aktuellen Situation jederzeit ideal anpassen: Dieses Regulier-Werkzeug im Betrieb wird als "n r Anpassung" bezeichnet.

C) FU-Drehzahl-Variation:

Mit diesem klassischen und hinlänglich bekannten Vorgehen wird per FU < = Fret i uenzumrichter ' die Spindelrotor-Drehzahl den jeweiligen Bedingungen angepasst, insbes. hinsichtlich des aktuell gewünschten Fördermedium-Volumenstroms: bekanntlich nahezu proportional zur Rotordrehzahl.

D) "ActionStep-ReactionCheck":

Geführt von der Control-Unit werden in gewählten Abständen (z.B. einige Minuten) laufend kleine Veränderungen durchgeführt, beispielsweise beim Kühlfluid- Volumenstrom zu einem Arbeitsraum-Bauteil wie das Verdichtergehäuse und/oder bei der n r Anpassung etc.. Dabei ist wichtig, dass die in der CU hinterlegten ΔΤ ΒΤ - Werte zur sicheren Crash-Vermeidung stets beachtet werden (= wichtig!). Anhand der ständig eingehenden Messwerte (insbes. Temperaturen) kann im Algorithmus der CU nun festgestellt werden, ob diese Veränderung zu einer Verbesserung oder Verschlechterung beim aktuellen Verdichtungsprozess ergeben hat, insbes. über die Energie-Aufnahme feststellbar (also Motor-Drehmomente und Motor-Drehzahlen, und/oder auch nur die Motorstrom-Aufnahmen).

Damit ist "ActionStep-ReactionCheck" ein ständiges selbst lernendes und iteratives Verfahren, welches sowohl als (Eigen-) Diagnose-Werkzeug als auch als Regulier- Werkzeuge angesehen werden kann, weil die System-Antworten auch Rückschlüsse auf den aktuellen Zustand der Tribivari-Anlage aufdecken.

E) Kombination & Auswertung:

Die genannten Regulier-Werkzeuge sind nicht nur einzeln, sondern insbesondere auch kombiniert zu nutzen und auszuwerten. So werden beispielsweise PartCool&Control und Iii-Anpassung über den CU-eigenen Algorithmus stets abgestimmt erfolgen, um vorzugsweise per ActionStep-ReactionCheck kombiniert ausgewertet und durchgeführt. Die Ablage der Resultate in der CU-eigenen Datenbank vergrößert ständig das Wissen dieses Tribivari-Systems und gehört somit zur Tribivari-Intelligenz. Bei der Tribivari-Intelligenz ist die Bewertung durchgeführter Maßnahmen unabdingbare Voraussetzung für die genannten Regulierungen.

Dabei erfolgt diese Bewertung entsprechend folgender Merkmale:

mit dem Kürzel "ES" als "Elektronische Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation" z.B. bzgl. "ActionStep-ReactionCheck":

Verbesserungen werden bemerkt, wenn in einem Arbeitspunkt bei einem vorliegenden Druck PB der Leistungsbedarf (der bei ES sogar je Rotor bekannt ist) bei einer bekannten Drehzahl verringert bzw. minimal wird, wobei über die Temperaturen-Rückmeldungen (32. e) die Spaltleckage und die Entropie-Bilanz im Algorithmus der CU dank Simulationen und laufendem Lernen (Aufschreiben der "Erfahrungen" dieser Maschine) beurteilt werden, so dass der Kompr.-Wirkungsgrad angegeben werden kann. Dies wird als Zielsetzung fortan als effizienter Verdichtungsvorgang für die aktuelle Situation bezeichnet.

Eine Volumenstrom-Messung für das Fördermedium ist im Allgemeinen zu aufwändig, wäre aber eine schöne Erleichterung, wenn sie durchgeführt wird bzw. verfügbar ist.

Statt Verbesserungen sind natürlich Verschlechterungen im Kompressionsverhalten ebenso bemerkbar und werden von der Control-Unit ausgewertet, um dann entsprechende Reguliermaßnahmen (insbes. per PartCool &Control etc.) einleiten zu können.

Vorteilhafterweise werden die Kühlfluidströme applikationsspezifisch für die jeweilige Situation entsprechend den in der CU hinterlegten Algorithmus sowie basierend auf laufenden Erfahrungen flexibel von der CU reguliert, indem das jeweilige Optimum angestrebt wird, wobei insbesondere die hinreichende Wärmeabführung über einen üblichen externen Wärmetauscher mit vorteilhaften Temperatur-Differenzen berücksichtigt wird.

Das ist erfindungsgemäß die neuartige Tribivari-Intelligenz, wie sie beim Stand der Technik einfach nicht möglich ist.

Die Tribivari-Anlage weiß praktisch jederzeit mit hinreichender Genauigkeit, wie ihr individueller Status aktuell ist (= wie es ihr genau geht, beispielsweise bzgl. Verschmutzung, Belagbildung, Verschleißzustand, Belastbarkeit, Temperatur-Niveau, aktuelle Spaltwerte und Kompressionsvermögen etc.), um mit diesem Wissen den jeweiligen Arbeitsprozess in der aktuellen Situation(!) optimal durchführen zu können, optimal im Sinne der in der aktuellen Situation(!) effizientesten Verdichtung.

Zusätzlich meldet die CU ihren Zustand dank der genannten Tendenz- und Prognose- Analysen rechtzeitig an übergeordnete Service- und Wartungs-Stellen weiter, um die Instandhaltung, Pflege, Wartung & Service sowie Gewährleistung der Verfügbarkeit dieser Anlage dauerhaft sicherzustellen.

Dabei ist die Tribivari-Anlage selbstlernend ausgeführt, indem individuell für jede CU bei den jeweiligen Prozessbedingungen die Analyse-Daten ständig fortgeschrieben und mittels ActionStep-ReactionCheck fortlaufend weiter optimiert werden und in der CU-eigenen Datenbank abgelegt werden. Stellgrößen zur CU-Intelligenz: (!) = wichtig (-) = weniger wichtig

1 ) (!) Kühlfluidstrom zum 2z-Rotor

(per Drehzahl der eigenen Kühlfluid-Förderpumpe bzw. das Regulierorgan)

2) (!) Kühlfluidstrom zum 3z-Rotor

(per Drehzahl der eigenen Kühlfluid-Förderpumpe bzw. das Regulierorgan)

3) (!) Kühlfluidstrom zum Gehäuse = dosierbar je Abschnitt

(insbes. bei größeren Maschinen, z.B. > 75 kW)

4) (-) Kühlfluidstrom zu den Seitenteilen (eigentlich nur zum Auslass-Seitenteil)

5) (-) Kühlfluidstrom zum Schmiermittel (nicht mehr bei elektronischer Synchronisation)

6) (!) Rotordrehzahl (per FU = Frequenzumrichter: mögl. ohne Schlupf = Synchro-Motor)

7) (!) Zusatz-Teilauslass-Öffnungen als variable Teil-Gasströme

Messgrößen:

a) nahezu alle Temperaturen

insbes. prakt. sämtliche Temp.-Differenzen ΔΤ zu jedem Kühlfluidstrom sowie am Fördergas zzgl. Schmiermittel-Temperatur

sowie die Bauteil-Temperaturen (insbes. am Gehäuse sowie den Seitenteilen) b) Rotor-Drehzahl

c) Drehmoment je Rotor (bei elektronischer Synchronisation)

d) jeder Kühlfluid-Massestrom

(zumindest über die gezielt regulierte Drehzahl der Kühlfluid-Förderpumpe / Kennlinie mögl. genau) ergibt mit ΔΤ die Wärmeabführung je Arbeitsraum-Bauteil in jedem Arbeitspunkt zu jeder Zeit

Besondere Merkmale:

1) Die tatsächlichen Spaltwerte Δ2.1 und Δ3.1 und Δ3.2 werden bei Montage des

Kompressors individuell je Maschine erfasst z.B. per "Inverskühlung" oder

"Kontakt + Rückzug" und in der CU abgelegt, wobei diese Werte im Betrieb dann den Algorithmus in der CU zur Regulierung der verschiedenen Kühlfluidströme je

Arbeitsraum-Bauteil derart ausrichten, dass einerseits Crash (also Spaltaufzehrung) sicher (abhängig von der Maschinengröße beispielsweise mit etwa 15%-iger

Sicherheitsreserve) vermieden wird und andererseits die Spaltwerte einen

festgelegten Maximalwert (abhängig von der Maschinengröße beispielsweise etwa das 1 ,5-fache der Kalt-Spaltwerte aus der Montage) nicht überschreiten

Denn durch die Beherrschung der Wärmehaushalte und dem in der CU-hinterlegten thermischen Dehnungsverhalten der Arbeitsraum-Bauteile kennt die CU jederzeit den Verdichterzustand.

2) Eigendiagnose und Prognose

zur Feststellung, Erfassung und Auswertung des aktuellen Zustandes

insbes. mit elektronischer Synchronisation zur Drehzahl-Variation 3) Prozess-Anpassung & Umgebungs-Anpassung & Temperatur-Kontrolle & Kompressions-Anpassung per Zusatz-Teilauslass-Öffnungen

4) ko-Drehzahl-Messung kombiniert mit Inverskühlung zwecks gezielter Feststellung zur jeweils aktuell (also dem momentanen Zustand entsprechenden) individuellen PartCool mit PartCool &Control

Definition zum "Arbeitsraum" = Raum zwischen einschließlich Einlass (1 1 ) und Auslass (12) Der Arbeitsraum wird bestimmt von dem Spindelrotorpaar (2 und 3) und dem umgebenden Verdichtergehäuse (1 ) mit den engen (im Bereich von 0,1 mm und kleiner) Spaltwerten Axy der jew. Bauteile.

Im Arbeitsraum erfolgt die gewünschte Verdichtung des Fördermediums über die Arbeitsraum-Bauteile, also Spindelrotorpaar (2 und 3) und Verdichtergehäuse (1 ).

Außerdem gilt erfindungsgemäß noch, dass die CU als Control-Unit (25) nicht nur den Spindelverdichter wie beschrieben überwacht, reguliert und optimal führt, sondern beim Anwender auch mit dessen kompletter System-/Fabrik-Steuerung über die Automatisierungstechnik als industrielle Steuerung in der sogen. "Prozessleittechnik" nicht nur kommuniziert (z.B. Profibus-System) sondern daran auch aktiv teilnimmt, indem beispielsweise das Lastmanagement für das gesamte (zumindest bei diesem Anwender) System, das aus den einzelnen Kompressor-Anlagen mit jeweils eigener CU (25) besteht, derart geführt/reguliert wird, so dass beispielsweise teure Stromspitzen vermieden werden, wobei dies dann zum Begriff "lndustrie-4.0" gehört. Dabei gehören (vorzugsweise) zugleich auch (wenn der Anwender damit einverstanden ist) Rückmeldungen an den (bzw. die, wenn es mehrere sind) Lieferanten zum aktuellen Zustand des Verdichtersystems mit allen Einzel- Anlagen einschließlich Prognose zum weiteren Verlauf mit entsprechender Wartungsempfehlung über die bekannten Diagnosesysteme (beispielsweise Schwingungssensoren, Temperatur-Verläufe etc.) mit den entsprechenden Auswertungen (Software). Außerdem zählt dazu auch die jederzeitige und ständige Anpassung an geänderte bzw. sich verändernde Prozessbedingungen, z.B. durch Belagbildung, Verschmutzung, Verschleiß etc., aber auch durch äußere Umgebungsbedingungen wie Temperatur-Niveau (z.B. wärmere oder kältere Umgebung) ein anderes gewünschtes Druckniveau, worauf das intelligente CU-System (25) reagiert durch entspr. Anpassung der Kühlwassermengen, Angleichung der inneren Kompressionsrate mittels Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15) etc., sowie auch sämtliche Maßnahmen zur Eigendiagnose zur Feststellung des jeweils aktuellen Zustande dieses Verdichters in dieser Anwendung und Prognose zum weiteren Verlauf mit entsprechenden Abhilfemaßnahmen von Anpassung der Kühlfluidmengen bis zur Warnung an den Betreiber.

In den Figuren ist als Index statt Tiefstellung einfach ein Punkt gesetzt, so dass also z.B. R.F2 bedeutet RF2 und bezeichnet hier also den Fußkreis-Radius am 2-zähnigen Spindelrotor, wobei:

F steht für Profil-Fuß

K steht für Profil-Kopf

C steht für Cooling (also Kühlung)

WK steht für Wälzkreis

2 steht für den 2-zähnigen Spindelrotor (2)

3 steht für den 3-zähnigen Spindelrotor (3) Fig. 1 zeigt beispielhaft dargestellt einen 2-zähnige Spindelrotor (2) im Längsschnitt mit erfindungsgemäßer Rotorgeometrie und mit erfindungsgemäßer zylindrischer Verdampfer- Kühlbohrung (6) und angepassten Verdrängerprofil-Fußgrund-Wandstärken w für den tragenden Fußgrund-Körper (32) am Beispiel des 2z-Rotors mit Detail zum Dampfaustritt (14) über mehrere (ausgewuchtet mit der nötigen Querschnitt-^ ) Querbohrungen aus der zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) mit den Radien-Werten, die wie folgt ausgeführt sind: für die vorzugsweise Blasloch-freien Profilpaarung befindet sich das Gas-Förder- "Außengewinde" (31 ) am 2-zähnigen Spindelrotor oberhalb der Wälzkreislinie (37). Bekanntlich besteht der Antriebsmotor (18) aus einem Motorrotor (drehfest auf der Trägerwelle 4) und einem Motorstator-Paket mit den elektrischen Statormotorwicklungen (in senkrechter Kreuzschraffur),

optional: Absaugung zur Vakuumpumpe (29) setzt an den neutralen Räumen (13) der Arbeitsraum-Wellen-Durchführungen an, um im Bedarfsfall die Lager vor dem Fördermedium zu schützen

Fig. 2 zeigt beispielhaft einen Kühlkreislauf mit Abzweigung von t 0 -Kühlfluid (9) aus dem Kreislauf, mit Kühlfluid-Einspritzung (33) in den Verdichter-Arbeitsraum je Arbeitspunkt gezielte Anpassung des inneren Verdichter-Volumenverhältnisses als iV-Wert durch Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15), mit Dampfaustritt (14) je Arbeitsraum-Bauteil, also Gehäuse (1 ) und Rotorpaar (2 und 3), in den Einlass-Raum (1 1 ) dargestellt

das noch dargestellte Expansionsventil wird bei Wasserdampf als Kreislaufmedium vorzugsweise ersetzt über den einfachen Höhen-Unterschied mit Nutzung der Schwerkraft als sogen, hydrostatische Druck-Differenz (wobei die vorliegende Darstellung zur Schwerkraft- Richtung dann anzupassen wäre).

Die Control-Unit (25) erhält und verarbeitet diverse Signale zu den aktuellen Betriebsanforderungen, zu dem gesamten Kreislaufsystem sowie insbes. auch vom erfindungsgemäßen Verdichter, um insbes. über die Regulierorgane (38) die Verdichter-Bauteile für den jeweiligen Arbeitspunkt derart einzustellen, dass die Anforderungen bestmöglich erfüllt werden - erst mit der Control-Unit (25) kann das System betriebssicher und effizient arbeiten (prakt. eine "Neue Intelligenz").

Verweisend auf PCT/EP2015/062376 = ähnlich, jetzt aber verbessert durch die genannten erfinderischen Merkmale, um die Wasserdampf-Anforderungen erfüllen zu können.

Fig. 3 zeigt beispielhaft einen Spindelrotorpaar-Stirnschnitt mit Anpassung der [ (z)-\Nerte in Rotorlängs-Achsrichtung vereinfacht als Projektion in eine gemeinsame Ebene dargestellt, denn die Rotordrehachsen stehen ja unter dem Winkel alpha zueinander und müssten dreidimensional dargestellt werden, für die verschiedenen gemäß Positionen E, S, V und L gemäß Fig. 5

wobei für die (z)-Werte gilt:

R K2 ( z ) = μ 2 ( ζ ) 3 ( ζ ) bzw.: R K3 ( z ) = μ 3 ( ζ ) 3 ( ζ )

Anpassung der [i(z)ANerte bei der erfindungsgemäßen Rotorpaarung, vorzugsweise als 3:2-Paarung zur Erfüllung der folgenden 3 Kern-Aufgaben: • Maximierung des Nenn-Saugvermögens (bezogen auf die Rotorpaar-Querschnittsfläche mögl. viel Schöpffläche erreichen)

• bei Blasloch-freier Rotorpaarung (innere Leckage minimieren)

• mit optimaler Nutzung der biegekritischen Drehzahl an jedem Spindelrotor spezifisch zu seiner jeweiligen Drehzahl

Ausführung: Jeweils für den 2z-Rotor und den 3z-Rotor mit unterschiedlichen Kühlbohr- 0-Werten Rc2 und Rc3

wobei die jeweils tragende Stahlwelle zur Vereinfachung nicht dargestellt wurde sowie

unterschiedlicher Kopfstärken-Verteilung, indem der Fußwinkel YF2 > 90° ausgeführt wird, so dass der Zahnquerschnitt am 2-zähnigen Spindelrotor (2) etwas schlanker wird, ohne eine Mindestkopfbreite bi<2 zu unterschreiten (z.B. 5 mm).

Dies geschieht derart, dass die biegekritischen Drehzahlen je Rotor (also für 2z und 3z) passen, so dass Folgendes für das Spindelrotorpaar erreicht wird:

• Die Rotorpaarung ist ohne Blasloch, so dass die innere Leckage reduziert wird.

• Bezogen auf den dargestellten Rotorpaar-Querschnitt wird durch diese Gestaltung deutlich mehr Schöpffläche und damit ein erhöhtes Saugvermögen bezogen auf den Querschnitt erreicht, was für die Wasserdampf-Verdichtung angestrebt wird.

• Dazu passend hat der 2-zähnigen Spindelrotor auch die größere Kühl-Bohrung zur Wärmeabfuhr während der Verdichtung, so dass die Bauteil-Wärmebilanz bzgl. Wärme-Aufnahme und Wärme-Abführung verbessert wird.

• Der 2z-Rotor hat eine 1 ,5-fach höhere Drehzahl als der 3z-Rotor und dementsprechend wird er erfindungsgemäß derart ausgeführt, dass dieser 2-zähnigen Spindelrotor die biegesteifere Welle dank RF2 > RF3 bei reduzierter (mittels YF2 > 90°) Masse hat, was sich günstig bzgl. Erhöhung der biegekritischen Drehzahl auswirkt, weil der 2-zähnige Spindelrotor ja auch schneller drehen muss und dementsprechend mit der höheren biegekritischen Drehzahlgrenze erfindungsgemäß auszuführen ist.

• Demgemäß hat der langsamere 3z-Rotor eine niedrigere biegekritische Drehzahl durch die geringere Biegesteifigkeit, dafür dreht er ja auch langsamer.

Q> Erfindungsgemäß wird das Rotorpaar nun derart ausgeführt, dass die biegekritische Drehzahl am 2z-Rotor 1 ,5-fach höher ist als die biegekritische Drehzahl am 3z-Rotor,

biegekritische Drehzahl allgemein als Wurzel aus Steifigkeit durch Masse

Fig. 4 zeigt beispielhaft wie Fig. 1 nur am 3z-Rotor mit Außenprofil-Fördergewinde-Bereich unterhalb der Wälzkreislinie (37), Verdrängerprofil-Bereich = wo das Außen-Fördergewinde (31 ) mit Profilzähnen und Zahnlücken-Bereichen, die die jeweiligen Arbeitskammern als Serienschaltung zwischen Ein- und Auslass bilden und unterhalb der Wälzkreislinie (37) für die Blasloch-freie Verdichtung sorgen. Fig. 5 zeigt beispielhaft dargestellt: Rotore aus Fig. 1 und Fig. 3 gepaart

zur Darstellung der Gesamt-Rotor-Geometrie und Aufzeigen zum Kreuzungswinkel alpha sowie der Spindelrotorpaarung mit dem mittig ineinandergreifenden Eingriffslinsengebiet

Fig. 6 zeigt beispielhaft dargestellt insges. 4 CAD-Darstellungen zu:

6.a) Verdichtergehäuse (1 ) ausgeführt als sogen. "Topfgehäuse":

also Auslass-seitig geschlossene Bodenseite und Innen-Bearbeitung des Arbeitsraums von der offenen Einlass-Seite

6.b) Rotationseinheit:

jeder Spindelrotor mit Trägerwelle, Lagerung, Antriebsmotor und Mess-System als komplett fertig montierte und gewuchtete Einheit (40), fertig zur Montage und fortan unverändert, hier nur am Beispiel des 2-zähnigen Spindelrotors gezeigt, dto. für den 3-zähnigen Spindelrotor, wobei die zylindr. Abflachung (27) am 2z-Rotor-Eingang noch nicht dargestellt ist.

6.c) Montage und Spiel-Einstellung:

für jede der beiden über Schälscheiben (26) für das wichtige Rotorkopfspiel zum Gehäuse, beispielhaft als Detail für das Kopfspiel Δ2.1 zwischen 2-zähnigem Spindelrotorkopf und Gehäuse dargestellt. Die finale Spieleinstellung zwischen Rotorköpfen und Gehäuse erfolgt über Schälscheiben (26), dies ist als Δ2.1 in Fig. 6c für den 2 zähnigen Spindelrotorkopf beispielhaft dargestellt.

6.d) fertige Maschine:

Beide Rotationseinheiten im Topfgehäuse montiert zzgl. Frequenzumrichter (22 und 23) je Motor incl. FU-Control-Unit (24), die zum ständigen Datenaustausch mit der Control- Unit (25) kommuniziert, welche wiederum mit der Prozess-Steuerung des Anwenders verbunden ist.

Gegenüber dem Fördermedium sind die Motorwicklungen der beiden Antriebsmotore (18 und 19) geschützt, beispielsweise durch vakuumfestes Vergießen der Motorstator- Wicklungspakete oder auch durch eingezogene Spalttöpfe zwischen Motorstator und Motorrotor etc.

Die Rotorinnengeometrie gemäß Fig. 1 bis 4 mit der zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung ist in Fig. 6 nicht eingeflossen, denn diese Ausführung gilt wie beschrieben statt für die beschriebene Verdampfer-Bauteile-Kühlung über zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) gemäß Fig. 2 in dieser Darstellung nun für die Option mit separatem Kühlwasserstrom als Kühlwasser-Betrieb entsprechend dem Schutzrecht PCT/EP2016/077063, wobei in dieser Ausführungsform eine zylindrische Rotorinnenkühlung nicht erforderlich ist, denn es reicht die in Fig.6 dargestellte Rotorinnenkühlung.

In dieser Fig. 6 wird aufgezeigt:

♦ gute und sichere Wuchtung für die Rotationseinheiten insbes. für die angestrebt hohen Drehzahlen, die bei Wasserdampf bis etwa 350 m/sec als max. Rotorkopfgeschwindigkeit ausgeführt werden.

♦ einfache Montage als modulares Baukastensystem, indem versch. Rotorpaar-Varianten in gleicher Gehäuse-Geometrie

♦ gezielte Spiel-Einstellung über die Schälscheiben (26), um die jeweilige Toleranz- Situation (denn alle Fertigungsteile haben Abweichungen/Abmessungs-Unterschiede innerhalb gewisser Toleranzen) durch unvermeidbare Fertigungstoleranzen "individuell" (als genau für diese jeweiligen Bauteile) kompensieren zu können.

♦ elektron. Synchronisation über (18) und (19) als Antrieb für jede Rotationseinheit

♦ und mit pC als Control-Unit für die intelligente Kühlung der Bauteile (wie zuvor beschrieben) Fig. 7 zeigt beispielhaft dargestellt: Betriebs-/Arbeitspunkte als Grundlagen (Excel) Stand der Technik = per Turbo, Verbesserung per vorliegender Erfindung durch das höhere ΔΤ bei der Wärmeabführung für t c

mehr ΔΤ für die Wärmeabgabe unter t c erwünscht

= das kann ein heutiger Turbo (schon 2-stufig arbeitend) nicht schaffen

= da muss ein Verdränger her, der das p/p-Druckverhältnis schafft

= zugleich wg. Wasserdampf unbedingt als absoluter/vollständiger Trockenläufer

Fig. 8 zeigt beispielhaft eine Darstellung zum Verdichtungsvorgang im Druck-Enthalpie- Diagramm bei Wasserdampf-Verdichtung mit Aufzeigen der Verbesserung durch die intensive Verdampfer-Wärmeabführung während der Verdichtung

• Stand der Technik als kleinkarierte Linie (mit Beschriftung)

• erfindungsgemäße Verbesserung als gestrichelte Linie (mit Beschriftung)

von [T] nach [2] verdichtend

Darstellungszweck:

Stand der Technik per Turbo, der 2-stufig mit Zwischenkühlung arbeiten muss, gegenüber der erfindungsgemäßen Verbesserung, hier als "HydroCom" (kurz auch HC) bezeichnet Erläuterung Stand der Technik:

Um von 8 mbar (t 0 = 4°C) auf 48 mbar (t c = 32°C) isentrop zu verdichten (Camot) , ist bei 2- stufig Turbo die Zwischenkühlung unverzichtbar, denn bereits isentrop von 8 mbar auf 48 mbar ergäbe einen Temperaturanstieg von 4°C auf ca. 200°C ohne Zwischenkühlung, erfindungsgemäße Verbesserung:

Wegen der enormen p/p-Druckverhältnisse bei hohem Isentropenexponent ist für bestmögliche Wärmeabführung während der Verdichtung zu sorgen, was sonst zum fatal (im Sinne erhöhter Verdichterleistung) hohen Anstieg der Verdichtungstemperaturen führen würde, so dass gemäß Fig. 8 prakt. fast an der Taulinie entlang verdichtet wird (also besser als isentrop), wobei der Rotorpaar-Kühlaufwand per to durch den abgezweigten Kühlfluidstrom (9.2 und 9.3) in der Kältetechnik die Gesamt-Effizienz etwas verschlechtert.

Damit erfüllt HC ein stärkeres Anforderungsprofil gemäß Fig. 7, indem erfindungsgemäß verbessert HC von 7 mbar = 2°C auf 96 mbar = 45°C dank effizienter Wärmeabfuhr während der Verdichtung arbeitet.

Fig. 9 zeigt beispielhaft dargestellt: Eine Excel-Auslegungstabelle mit Beispielwerten zu den Parameterwerten für die beispielhaft genannten Positionen E, S, V und L in Rotorlängsachsrichtung für das Spindelrotorpaar mit Einzelwerten je Spindelrotor, wobei die angegebenen Leistungsangaben nur ganz grobe und vorläufige Anhaltswerte sind. Dabei ist sowohl die Auswahl der genannten Positionen natürlich als auch die Wahl anderer Parameter- Werte für das jeweilige applikationsspezifische Anforderungsprofil unbedingt geboten.

Daher sei an dieser Stelle noch einmal unbedingt betont, dass es sich hierbei lediglich um ein Beispiel handelt, mit dem nur eine von vielen möglichen Auslegungs-Möglichkeiten für die erfindungsgemäße Rotorpaar-Ausführung lediglich zu Demonstrationszwecken dargestellt ist. Für einige Anwendungen kann es günstig sein, dass die zylindrische Verdampfer- Kühlbohrung (6) in mehrfach zylindrisch abgestufter Form ausgeführt wird, quasi als "Terrassen" mit der Überlaufkante wie in der Fig. 1 beispielhaft dargestellt.

Wenn hier allgemein Kühlfluid genannt wird, so hier das in der Kältetechnik bekannte R718 gemeint, das bei dem gewählten Unterdruck natürlich als Wasserdampf in der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine verdichtet wird, bzw. in flüssiger Form als Kühlfluid (9) für die Bauteile-Kühlung per Verdampfung sorgt.

Begriffe wie im Wesentlichen, vorzugsweise und dergleichen sowie möglicherweise als ungenau zu verstehende Angaben sind so zu verstehen, dass eine Abweichung um plusminus 5 %, vorzugsweise plusminus 2 % und insbesondere plus minus ein Prozent vom Normalwert möglich ist. Die Anmelderin behält sich vor, beliebige Merkmale und auch Untermerkmale aus den Ansprüchen und/oder beliebige Merkmale und auch Teilmerkmale aus einem Satz der Beschreibung in beliebiger Art mit anderen Merkmalen, Untermerkmalen oder Teilmerkmalen zu kombinieren, dies auch außerhalb der Merkmale unabhängiger Ansprüche.

In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.

Indem die tiefsten Temperaturen bei Wasserdampf oberhalb von 0°C liegen, ist für niedrigere Temperatur-Werte (z.B. zur Tiefkühlung) die Kombination mit dem Kältemittel R744 als CO2 vorteilhaft (als 2-stufige Lösung, auch bekannt unter dem Begriff "Kaskade").

Die Erfindung bezieht sich auf die Wasserdampf-Verdichtung für die Kälte-, Klima- und Wärmepumpen-Technik, sowohl für rechts- als auch linksdrehende (Carnot-)Kreisprozesse. Um Wirkungsgrad und Betriebsverhalten bei zugleich größerem Druckbereich zu verbessern, wird erfindungsgemäß eine trockene 2-Wellen-Verdrängermaschine als Spindelkompressor vorgeschlagen, deren Spindelrotore (2 und 3) einen Rotorpaar-Achsabstand haben, der auf der Einlass-Seite (1 1 ) mindestens 10 % größer ist als auf der Auslass-Seite (12), per elektronischer Motorpaar(18+19)-Spindelrotor(2+3)-Synchronisation angetrieben werden und jeder Spindelrotor mit einer Innen-kühlung versehen ist, wobei der Kreuzungswinkel alpha zwischen den beiden Rotordrehachsen in Kombination mit dem jeweiligen (z)-Wert in Rotorlängsachsrichtung derart ausgeführt wird, dass je Spindelrotor eine vorzugsweise zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) bei minimalen Wandstärken w am tragenden Fußgrundkörper (32) entsteht unter gleichzeitiger Berücksichtigung der (vorzugsweise) Blasloch-freien Profilgestaltung des Gas-Förder-Außengewindes (31 ) sowie "Spindelrotorspezifisch passender" biegekritischer Drehzahl und Umsetzung des inneren Volumenverhältnisses als iV Wert, wobei die Anpassung des inneren Volumenverhältnisses im Betrieb über Zusatz-Teilauslass-Öffnungen (15) erfolgt und das Gas-Förder-Außengewinde (31 ) beim 2-zähnigen Spindelrotor (2) vorzugsweise mit zylindrischer Abflachung (27) im Einlass-Bereich ausgeführt wird. Bez u g sze i c h e n l i ste

1 . Verdichterqehäuse mit äußeren Kühlungs-Bereichen und Einlass-seitig größerem Abstand der Spindelrotor-Aufnahmebohrungen als Auslass-seitig, wobei diese Bohrungs-Achsen vorzugsweise schneidend (also mit Lotabstand Null) oder auch kreuzend (bzw. windschief) ausgeführt sind, mit äußeren Kühlungsrippen für einen per Control-Unit (25) geführten Kühlfluid-Volumenstrom (9.1 ), vorzugsweise mit in Rotorlängsachsrichtung abschnittsweiser Kühlfluid-Durchströmung, beispielsweise gemäß (9.1a) und (9.1 b), wobei für größere Rotorlängen (z.B. > 500 mm) mehrere Kühlfluid-Durchströmungsabschnitte am Verdichtergehäuse ausgeführt werden, und das Verdichtergehäuse vorzugsweise als sogen. Topfgehäuse gemäß Fig. 6a ausgeführt wird.

2. Spindelrotor, vorzugsweise mit 2-zähnigem Gasförder-Außengewinde (31 ), kurz "2z-Rotor" genannt, vorzugsweise aus einer Alu-Legierung mit guter Wärmeleitfähigkeit (vorzugsweise über 150 W/m/K) bestehend, drehfest über Abstützstellen (7) auf einer Stahlwelle (4) und innen eine zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) mit Radius Rc2 aufweisend

3. Spindelrotor, vorzugsweise mit 3-zähnigem Gasförder-Außengewinde (31 ), kurz "3z-Rotor" genannt, vorzugsweise aus einer Alu-Legierung mit guter Wärmeleitfähigkeit (vorzugsweise über 150 W/m/K) bestehend, drehfest über Abstützstellen (7) auf einer Stahlwelle (5) und innen eine zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) mit Radius Rc3 aufweisend

4. 2z-Rotor-Trägerwelle, mit dem 2z-Rotor drehfest auf Radius Rw2 verbunden (vorzugsweise aufgepresst) mit zentraler Kühlfluid-Zuführ-Bohrung (4.a), vorzugsweise einstückig zugleich auch Welle für den 2z-Antriebsmotor (18)

5. 3z-Rotor-Trägerwelle, mit dem 3z-Rotor drehfest auf Radius Rw3 verbunden (vorzugsweise aufgepresst) mit zentraler Kühlfluid-Zuführ-Bohrung (5.a), vorzugsweise einstückig zugleich auch Welle für den 3z-Antriebsmotor (19)

6. zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung mit Radius Rc und Länge Lc für den jeweiligen Spindelrotor, vzw. mit Kühlfluid-Führungsnuten (16), Kühlfluid-Verteiler-Überlaufnuten (17) und Abstützstellen (7)

7. Abstützstellen als drehfester Kontakt zwischen Spindelrotor (2 bzw. 3) und Trägerwelle (4 bzw. 5)

8. Synchronisationsverzahnung für das Spindelrotorpaar, bei elektronischer Synchronisation als Rückfall-Getriebe mitlaufend für den Notfall, z.B. Stromausfall, wobei die Motoren dann zunächst automatisch in generatorischen Betrieb umschalten, um somit über eigene Strom- Erzeugung bei höheren Drehzahlen kontrolliert herunterfahren zu können und erst am Ende (Eigenstrom-Erzeugung reicht nicht mehr aus) verhindert das Getriebe den Spindelrotorkontakt.

Als Rückfall-Getriebe ist kein Schmieröl erforderlich, wobei diese Verzahnung mit erhöhtem Sprungüberdeckungsgrad ausgeführt wird (also größerer Verzahnungsschrägungswinkel), so dass die Profilüberdeckung reduziert werden kann, indem die Zahnhöhen verringert werden für geringere Gleitanteile im Zahneingriff, um Reibung und damit Verschleiß zu vermindern, wobei die Zahnflanken als Schutz vzw. noch eine Trockenlauf-Beschichtung erhalten.

9. Kühlfluidstrom zur Kühlung der Verdichter-Arbeitsraum-Bauteile, also Rotorpaar und Gehäuse, entweder abgezweigt vom Kreislaufmedium (34) gemäß beispielhaft in Fig. 2 oder als separater Kühlfluidstrom gemäß Fig. 6d allgemein gezeigt, wobei beispielsweise gilt:

9.1 Kühlfluidstrom zum Verdichtergehäuse, für größere Rotorlängen (z.B. > 500 mm) aufteilbar in: 9.1 a Kühlfluidstrom durch einen Abschnitt des Verdichtergehäuses (z.B. Gehäuse-Auslass-Seite) 9.1 b Kühlfluidstrom durch einen anderen Abschnitt des Verdichtergehäuses (z.B. mittiger Bereich) Kühlfluidstrom zum 2z-Rotor

Kühlfluidstrom zum 3z-Rotor

Spindelrotor-Festlagerung zur Aufnahme der Gasdruck-Axialkräfte und

zur exakten Fixierung jedes Spindelrotors in Längsachsrichtung

Fördergas-Einlass-Sammelraum für das Fördermedium mit dem Gasdruck po

(vereinfachend werden Druckverluste in den Leitungen zunächst vernachlässigt)

Fördergas-Auslass-Sammelraum für das Fördermedium mit dem Gasdruck pc

(vereinfachend werden Druckverluste in den Leitungen zunächst vernachlässigt) neutraler Sammel-/Pufferraum je Arbeitsraumwellendurchführung mit gegenüber dem Systemdruck verringertem Gasdruck, vorzugsweise z.B. per Unterdruck- Vakuum-Pumpe erzeugt.

Dampfaustritt über mehrere Querbohrungen nach einem Absatz mit Radius RD2 bzw. RD3 je Rotor

Zusatz-Teilauslass-Öffnungen als abgezweigter Fördermedium-Auslass-Teilgasstrom mit einem Regulierungsorgan (Druckdifferenz-Ventil) zur jeweiligen Anpassung des inneren Volumenverhältnisses

Kühlfluid-Führungsnuten mit dem jeweiligen Radius Rc je zylindrischer Verdampfer- Kühlbohrung (6) mit Nutgrundflächen unter einem Neigungswinkel ψ, der vorzugsweise bei 170° ψ 180° liegt, und die Kühlfluid-Führungsnuten wie eine Gewinde mit einer möglichst großen Steigung = wie bei (31 )

Kühlfluid-Verteiler-Überlaufnuten (mit unterdimensioniertem Querschnitt) vzw. im Nutgrund von (16)

2z-Antriebsmotor als Direkt-Antrieb für den 2z-Rotor, vzw. als Synchronmotor ausgeführt

3z-Antriebsmotor als Direkt-Antrieb für den 3z-Rotor, vzw. als Synchronmotor ausgeführt

Drehgeber zur Messung der genauen Drehwinkelstellung der Motor-2z-Rotor-Trägerwelle (4)

Drehgeber zur Messung der genauen Drehwinkelstellung der Motor-3z-Rotor-Trägerwelle (5)

Frequenzumrichter, als "FU.2" bezeichnet, für den 2z-Antriebsmotor (18)

Frequenzumrichter, als "FU.3" bezeichnet, für den 3z-Antriebsmotor (19)

FU-Control-Unit, als "FU-CU" bezeichnet, für die beide Frequenzumrichter FU.2 (22) und FU.3 (23), wobei die FU-CU direkt mit der Control-Unit (25) die Betriebsdaten austauscht.

Control-Unit CU als Steuer- und Regulierungs-Einheit mit Auswertung der jeweils aktuellen Messwerte und darauf basierender Ausgabe der Regulierungssignale zum intelligenten Betrieb des Spindelkompressors bei vorzugsweise im CU-Speicher hinterlegten Verknüpfungen und Daten sowie fortwährend lernenden Abhängigkeiten zwischen den jeweils eingehenden Messwerten und den Spaltwerten gemäß vorangegangener Simulation, Verifikation und laufenden Erfahrungen, die Control-Unit ist verbunden mit FU-CU (24) sowie Anwender-seitig mit der Prozessleittechnik für dessen Applikationssystem sowie Fabrik- Steuerung i.S. von "lndustrie-4.0" Distanz-/Abstandsscheiben, vorzugsweise als sogen. "Schälscheiben" ausgeführt, zur individuellen Fixierung des jeweiligen Spindelrotors in Rotorlängsachsrichtung zur gezielten Spaltwert-Einstellung als A2.1-Wert am 2z-Rotor (2) bzw. als A3.1-Wert am 3z-Rotor (3) zylindrische Abflachung (als "zyl. "-Maßbezeichnung in Fig.2 dargestellt) am 2-zähnigen Spindelrotor (2) über den Radius RKE2 an seiner Rotor-Einlass-Seite Kreislaufmedium durch den Verdampfer (35) zur Wärme-Aufnahme (als Kern-Aufgabe in der Kältetechnik) Vakuumpumpe zur Entfernung von Fremdgasen und zur Erzeugung des erforderlichen Unterdrucks für den Wasserdampf-Kreislauf, vorzugsweise in den neutralen Räumen (13) absaugend, um die (Rotor-)Lager zu schützen. Wasser-Reservoir zum Ausgleich von Wasser-Verlusten Gas-Förder-Außengewinde mit vorzugsweise Blasloch-freier Profilrotorpaarung zur Erfüllung der Verdichter-Kernaufgabe, nämlich das gasförmige Fördermedium vom Einlass (1 1 ) zum Auslass (12) zu transportieren und dabei zu verdichten tragender Fußgrund-Körper mit Wandstärke w bei jedem Spindelrotor (2 bzw. 3) Kühlfluid-Einspritzung in den Arbeitsraum des Verdichters Kreislaufmedium durch den Kondensator (36) zur Wärme-Abgabe (als Kern-Aufgabe bei Wärmepumpen), Kreislaufmedium hier Wasserdampf (im Kreislauf durch verschiedene Zustände laufend), grundsätzlich aber auch für andere Kreislauf med ien geeignet, sowohl für rechts- als auch linksdrehende Carnot-Prozesse Verdampfer für das Kreislaufmedium, in dem eine Wärmemenge aufgenommen wird. Kondensator für das Kreislaufmedium, in dem eine Wärmemenge abgegeben wird. Wälzkreislinie (Kürzel: WK) zum jeweiligen Spindelrotor Regulierorgane zur gezielten Anpassung der jeweiligen Volumenstrommenge des Kühlfluid- stroms (9), geführt von der Control-Unit (25) Schwingungssensoren zur Feststellung veränderter Restunwucht-Anregungen durch unterschiedliche Kühlfluidmengen je Spindelrotor-Innenkühlung Rotationseinheit je Spindelrotorsystem, jeweils vollständig fertig montiert und gewuchtet, primär bestehend aus:

• Spindelrotor (2 bzw. 3)

• Trägerwelle (4 bzw. 5)

• Synchronisationsverzahnung (8)

• Lagerung, mit (10) als Festlager zzgl. Arbeitsraum-Wellenabdichtungen, z.B. mit (13)

• Antriebsmotor (18 bzw. 19)

• Drehgeber-Mess-System (20 bzw. 21 )

insgesamt also zwei Stück Rotationseinheiten (40) je Spindelkompressor vzw. steht für vorzugsweise SEITE ABSICHTLICH LEER GELASSEN