Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter, der zur Verdichtung von Medien, insbesondere zur Bereitstellung von Druckluft eingesetzt werden kann. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung aus zwei solcher Schraubenverdichtern.

Schraubenverdichter, auch Schraubenkompressoren oder Rotationsverdichter genannt, besitzen zwei parallel angeordnete Rotoren (Verdichterschrauben), welche ein konvexes bzw. konkaves Schraubenprofil aufweisen, die ineinander eingreifen und bei Rotation das zwischen den Profilen befindliche Medium fördern und verdichten. Die Rotoren sind beispielsweise durch ein Zahnradpaar zwangsgekoppelt, können aber auch ohne Kopplung betrieben werden, wie es bei Kompressoren mit Fluideinspritzung der Fall ist. An der Wälzlinie zwischen den beiden Rotoren ist der Durchgang für das zu verdichtende Medium mechanisch verschlossen. Das Medium wird in Achsrichtung der Rotoren gefördert. Weiterhin befinden sich im Gehäuse Öffnungen für den Einlass (Saugseite) und den Auslass (Druckseite) des Mediums.

Die DE 10033 154 C2 beschreibt eine Schraubenverdichteranlage mit einem Verbindungsflansch zwischen dem Druckbehälter und dem Verdichtergehäuse, über welchen die Druckluft dem Druck behälter zuströmt und vorabgeschiedenes Öl dem Verdichter gehäuse wieder zugeführt wird.

Die DE 19716 549 C2 offenbart einen Schraubenverdichter für stationäre oder mobile Kompressoren, der über ein Über setzungsgetriebe und eine Kupplung an einem Antriebsmotor angebaut ist. Das Antriebsrad einer Antriebswelle ist auf oder in einem Lagerzapfen eines der beiden Schraubenrotoren und in einer Zwischenwand des Verdichtergehäuses gelagert. Die Antriebswelle und der Lagerzapfen des anderen Rotors sind durch ein Lager in einer Bohrung des Kupplungsgehäuses abgestützt .

Die DE 60117 821 T2 zeigt einen Mehrstufen-Schrauben- verdichter mit zwei oder mehr Verdichterstufen, wobei jede Verdichterstufe ein Paar von Rotoren zum Verdichten eines Gases umfasst. Weiterhin sind zwei oder mehr Antriebsmittel mit veränderbarer Geschwindigkeit vorgesehen, wobei jedes Antriebsmittel eine jeweilige Verdichterstufe antreibt. Eine Steuereinheit steuert die Geschwindigkeiten der Antriebs mittel, wobei das Drehmoment und die Geschwindigkeit jedes Antriebsmittels überwacht wird.

In der EP 3134 649 B9 sind verschiedene Bauformen von Rotorpaaren für Schraubenmaschinen sowie Methoden zu deren konstruktiver Auslegung beschrieben.

Bisher bekannte Schraubenverdichter haben den Nachteil, dass ein hoher konstruktiver Aufwand für die Lagerung der Rotoren betrieben werden muss, vergleichsweise hohe Drehzahlen benötigt werden und die Spaltmaße zwischen den Rotoren stabil gehalten werden müssen. Außerdem lassen sich die Schrauben verdichter nur mit hohem Aufwand an veränderte Betriebs anforderungen (Druck, Fördermenge) anpassen, da jeweils die Rotoren, das komplette Rotorgehäuse und die Antriebseinheit überarbeitet werden müssen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, einen verbesserten Schrauben verdichter bereitzustellen, der einen vereinfachten und damit preiswerteren Aufbau besitzt und der sich einfach an unter schiedliche Leistungsanforderungen anpassen lässt. Weiterhin soll eine mehrstufige Schraubenverdichteranordnung bereit gestellt werden, welche ebenfalls einen vereinfachten Aufbau und leichtere Anpassungsmöglichkeiten zeigt.

Die genannten Aufgaben werden durch einen Schraubenverdichter gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Schraubenverdichteranordnung gemäß Anspruch 10 gelöst.

Der erfindungsgemäße Schraubenverdichter dient zur Verdichtung eines Mediums, insbesondere von Gasen, vorzugsweise zur Erzeugung von Druckluft für technische Anwendungen. Der Schraubenverdichter besitzt eine Antriebseinheit, die einen Antrieb aufweist. Der Antrieb ist bevorzugt ein schnell laufender elektrischer Direktantrieb, kann aber beispielsweise auch aus mehreren Antrieben bestehen oder durch einen Antrieb mit einem Übersetzungsgetriebe gebildet sein. Weiterhin besitzt der Schraubenverdichter eine Verdichtereinheit, die zwei ineinandergreifende Rotoren mit zueinander komplementären Schraubenprofilen sowie ein Verdichtergehäuse mit einem Einlass (Saugseite) und einem Auslass (Druckseite) aufweist. Die Rotoren sind über jeweils eine Welle an die Antriebseinheit gekoppelt, wobei die Rotoren und die ihnen zugehörigen Wellen auch einstückig gebildet sein können, regelmäßig aber mehrstückig ausgeführt sind. Die Wellen sind in der Antriebseinheit in Lagern drehbar gelagert. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist es, dass die Wellen nur auf der Antriebsseite der Rotoren gelagert sind. Die Rotoren sind somit bezogen auf ihrer axiale Richtung lediglich einseitig gelagert. Es handelt sich daher um eine sogenannte fliegende Lagerung der Rotoren bzw. der Wellen auf der Seite der Rotoren. Die Rotoren sind auf ihrer axial vom Antrieb abgewandten Seite nicht gelagert. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau drastisch, die Anzahl der benötigten Wellendichtungen kann reduziert werden und der Bauraum reduziert sich in axialer Richtung aufgrund des Wegfalls der Lager am freien Ende der Rotoren.

Im Stand der Technik werden bisher beidseitig der Rotoren Lager angeordnet. Dies folgt der Forderung nach geringen Spaltmaßen zwischen den Rotoren, den vergleichsweise hohen Drehzahlen, die in Schraubenverdichtern erforderlich sind, und dem Wunsch nach geringem Verschleiß sowie hoher erzielbarer Verdichtung des Mediums. Die Erfindung verlässt diesen Entwicklungsweg und verzichtet auf die zweiseitige Lagerung.

Es hat sich gezeigt, dass die Betriebsparameter eines Schraubenverdichters mit nur einseitiger Lagerung der Rotoren dennoch viele praktische Anwendungsfälle eröffnen und zusätz liche Vorteile erreichbar sind. Insbesondere gestattet der erfindungsgemäße Schraubenverdichter eine einfache Anpassung der Baugröße des Schraubenverdichters durch Längenanpassung der Rotoren, d. h. unterschiedlich lange Rotoren können mit derselben Antriebseinheit kombiniert werden, da eine Änderung der Länge der Wellen nicht erforderlich ist. Durch eine bevor zugt bauteiltechnische Trennung zwischen Wellen und Rotoren können diese Bauteile aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden, was zu einer Kostenersparnis beitragen kann und den Einsatz des Schraubenverdichters auch für unterschied lichste Medien eröffnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schrauben profile derart gestaltet, dass bei einer Drehung der Rotoren im Betriebszustand das zu verdichtende Medium von der zum Antrieb hingewandten Seite der Rotoren in Richtung zu der dem Antrieb abgewandten Seite gefördert wird. Insbesondere befindet sich die Druckseite des Verdichtergehäuses auf der vom Antrieb abgewandten Seite der Rotoren und weist dort einen Auslass auf. Die Saugseite der Verdichtereinheit befindet sich somit am zur Antriebseinheit gerichteten axialen Ende der Rotoren bzw. an der radialen Außenseite der Rotoren, während die Druckseite am freien, nicht gelagerten Ende der Rotoren liegt. Dies hat u.a. den Vorteil, dass der erhöhte Druck auf der von den Lagern und Wellendurchführungen abgewandten Seite der Rotoren herrscht, was den Aufwand für erforderliche Dichtungen reduziert.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass jede der Wellen in der Antriebseinheit in mindestens zwei axial beabstandeten Lagern gelagert ist. Vorzugsweise sind die Wellen in Spindellagern gelagert, so dass eine im wesentlichen spielfreie Lagerung und damit eine hohe Präzision im Lauf verhalten der Rotoren erreicht wird. Damit sind sowohl eine hohe Förderleistung der Verdichtereinheit als auch ein geringer Verschleiß an den Rotoren gewährleistet.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen die Antriebs einheit und die Verdichtereinheit jeweils Kühlmittel führende Kühlkanäle, die beispielsweise im äußeren Gehäuseabschnitt als Kühlmantel ausgebildet sind. Dies reduziert sowohl die erforderliche Baugröße der Antriebseinheit als auch die nicht rückgewinnbare Verlustwärme. Gemäße einer besonders bevor zugten Ausführungsform erstreckt sich der Kühlmantel am Verdichtergehäuse auch auf die Fläche des Gehäusedeckels um den Auslass (Druckstutzen) herum, was vor allem bei trocken laufenden Rotoren, die zu einer starken Erwärmung des Mediums führen, vorteilhaft ist. Insgesamt gestattet die Anwendung von Kühlkanälen eine effiziente Kühlung sowohl der Antriebseinheit als auch der Verdichtereinheit sowie eine Wärmerückgewinnung, was unter energetischen Gesichtspunkten Vorteile mit sich bringt.

Eine weitergebildete Ausführungsform besitzt eine Lager einheit, die Bestandteil der Antriebseinheit ist oder modular eigenständig aufgebaut sein kann. Die Lagereinheit befindet sich zwischen dem Antrieb und der Verdichtereinheit, wobei die Wellen durch die Lagereinheit und dort positionierte Lager verlaufen und sich bis in die Verdichtereinheit erstrecken. Durch diesen modularen Aufbau kann die Antriebseinheit je nach Anwendungsfall mit unterschiedlichen Lagereinheiten ausgerüstet werden. Die Verdichtereinheit stellt bevorzugt ebenfalls ein eigenständiges Modul dar, sodass auch dies abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall ausgetauscht werden kann.

Es ist vorteilhaft, wenn die nicht gelagerten Enden der Wellen, die sich über die Antriebseinheit hinaus in die Verdichtereinheit erstrecken, in koaxial verlaufenden Bohrungen der Rotoren drehfest befestigt sind, vorzugsweise aber von den Wellen lösbar sind. Beispielsweise geschieht dies durch Aufschrumpfen der Rotoren auf den Enden der Wellen. Die Wellen lassen sich somit ohne Änderungen an der Antriebs einheit mit unterschiedlichen Rotoren bestücken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis Länge : Durchmesser der Rotoren unter 1,5, vorzugsweise im Bereich 0,5 bis 1,2 oder kleiner. Damit ist dieses Verhältnis regelmäßig kleiner als bei Schraubenverdichtern aus dem Stand der Technik, die ein Verhältnis Länge : Durchmesser von etwa 1,5 aufweisen. Durch die vergleichsweise kurzen Rotoren, ent stehen vergleichsweise geringe Kräfte in radialer Richtung. Die erfindungsgemäße Schraubenverdichteranordnung umfasst mindestens zwei strömungstechnisch in Reihe geschaltete Schraubenverdichter, wobei ein erster Schraubenverdichter als Niederdruckstufe arbeitet und mit seiner Druckseite an die Saugseite eines zweiten Schraubenverdichters gekoppelt ist, welcher als Hochdruckstufe arbeitet. Der erste und der zweite Schraubenverdichter sind erfindungsgemäß gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufgebaut.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines Schraubenverdichters, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines erfindungs gemäßen Schraubenverdichters;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Schraubenverdichters gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters in einer vereinfachten, perspektivischen Ansicht von außen, während die Einzelheiten in Fig. 2 in einer geschnittenen Ansicht dargestellt sind.

Der Schraubenverdichter besitzt eine Antriebseinheit 01, eine dieser funktional zugehörige Lagereinheit 02 und eine Verdichtereinheit 03. Die Lagereinheit 02 befindet sich in axialer Richtung betrachtet zwischen der Antriebseinheit 01 und der Verdichtereinheit 03. Bevorzugt sind diese genannten Einheiten modular aufgebaut, sodass sie angepasst an den jeweiligen Anwendungsfall zusammengesetzt werden können. Insbesondere die Antriebseinheit 01 und die Lagereinheit 02 können aber auch als bauliche Einheit ausgebildet sein.

Die Antriebseinheit 01 besitzt ein Antriebsgehäuse 05, in welchem ein elektrischer Direktantrieb mit einem innen liegenden Antriebsrotor 06 und einem außenliegenden Antriebs stator 07 angeordnet sind. Außerdem ist ein äußerer Antriebs kühlmantel 08 mit Kühlkanälen vorgesehen, die von einem Kühlmedium durchströmt werden. Der Antriebsrotor 06 ist mit einer ersten Welle 10 verbunden, um diese in Rotation zu versetzen. Die erste Welle 10 ist in einem ersten Lager, beispielsweise einem Spindellager 11, welches sich axial nah am Antriebsrotor 06 befindet, und in einem zweiten Lager, beispielsweise einem Spindellager 12, welches sich in der Lagereinheit 02 befindet, gelagert.

Die Antriebseinheit 01 umfasst weiterhin eine zweite Welle 14, die achsparallel zur ersten Welle 10 verläuft und in einem dritten Lager, beispielsweise einem Spindellager 15 in der Antriebseinheit 01 sowie einem in der Lagereinheit 02 befindlichen vierten Lager, beispielsweise einem Spindellager 16 gelagert ist. Weiterhin besitzt die Antriebseinheit 01, vorzugsweise im Bereich der Lagereinheit 02 zwei Getrieberäder 17, die auf der ersten bzw. zweiten Welle angebracht sind und dem synchronen Antrieb der zweiten Welle dienen. Die beiden Wellen 10, 14 können bevorzugt aus gehärtetem Stahl gefertigt sein. Die Wellen sind durch Dichtungen 18 in die Verdichter einheit 03 hineingeführt.

Die Verdichtereinheit 03 besitzt ein Verdichtergehäuse 19 mit einem vorzugsweise leicht zu öffnenden Gehäusedeckel 20 an der axialen Stirnseite, welche von der Lagereinheit 02 abgewandt ist. Innerhalb des Verdichtergehäuses 19 befinden sich ein Hauptrotor 21 und eine Nebenrotor 22, die achsparallel positioniert sind und zueinander komplementäre, ineinander- greifende Schraubenprofile tragen. Die Rotoren bleiben über den zu öffnenden Gehäusedeckel für Wartungszwecke leicht zugänglich. Die beiden Rotoren 21, 22 können beispielsweise aus Keramik, Carbon oder Stahl bestehen und müssen nicht aus demselben Material wie die Wellen 10, 14 hergestellt sein, was die Einsatzbereiche des Schraubenverdichters erweitert.

Die erste Welle 10 greift mit ihrem freien Ende in eine koaxiale Bohrung des Hauptrotors 21 ein, während die zweite Welle 14 mit ihrem freien Ende in eine koaxiale Bohrung des Nebenrotors 22 eingreift. Die Wellen 10, 14 treiben somit die Rotoren 21, 22 an. Auf der zum Gehäusedeckel 20 gewandten Seite der Rotoren 21, 22 sind diese nicht gelagert. Zwischen den Stirnseiten der Rotoren 21, 22 und der Innenseite des Gehäusedeckels 20 bildet sich ein Druckraum aus, in welchen die Rotoren 21, 22 bei ihrer Drehung das Medium fördern. Der Gehäusedeckel 20 besitzt einen Auslass 23, an welchem das Medium ausgegeben wird. Am Verdichtergehäuse 19 ist außerdem ein Einlass 24 vorhanden, über welchen das Medium eingesaugt wird. Durch die Dimensionierung des Auslasses 23 kann der auf der Druckseite des Schraubenverdichters zu erreichende Druck eingestellt werden. Soll der Schraubenverdichter beispiels weise an einen veränderten Anwendungsfall angepasst werden, lässt sich der Gehäusedeckel austauschen, wobei ein veränderter Auslass vorgesehen wird, um den vom Schrauben verdichter bereitgestellten Ausgangsdruck anzupassen.

Schließlich besitzt die Verdichtereinheit 03 einen Verdichter kühlmantel 25, der wiederum Kühlkanäle umfasst, in denen das Kühlmittel strömt. Vorzugsweise verlaufen auch im Gehäuse deckel 20 Kühlkanäle 26, die Kühlmedium führen und bevorzugte Bestandteile des Verdichterkühlmantels 25 sind. Auf diese Weise kann der Druckraum, der sich an der Druckseite der Rotoren ausbildet, effizient gekühlt werden.

Bezugs Zeichen

01 - Antriebseinheit 02 - Lagereinheit 03 - Verdichtereinheit 04 -

05 - Antriebsgehäuse 06 - Antriebsrotor 07 - Antriebsstator 08 - Antriebskühlmantel 09 -

10 - erste Welle

11 - erstes Spindellager

12 - zweites Spindellager

13 -

14 - zweite Welle

15 - drittes Spindellager

16 - viertes Spindellager

17 - Getrieberäder

18 - Dichtungen

19 - Verdichtergehäuse

20 - Gehäusedeckel

21 - Hauptrotor

22 - Nebenrotor

23 - Auslass

24 - Einlass

25 - Verdichterkühlmantel

26 - Kühlkanäle