ANTRIEB EINER SCHRAUBENSPINDELPUMPE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe mit zwei außen verzahnten und gegensinnig rotierenden Verdrängerspindelrotoren zur Förderung und Verdichtung von Gasen, wobei an jedem der Rotoren ein Zahnrad für den Antrieb und die Synchronisation der Rotoren angeordnet ist.

[0002] Trockenverdichtende Pumpen gewinnen insbesondere in der Vakuumtechnik verstärkt an Bedeutung, denn durch zunehmende Verpflichtungen bei Umweltschutzvorschriften und steigende Betriebs- und Entsorgungskosten sowie erhöhte Anforderungen an die Reinheit des Fördermediums werden die bekannten naßlaufenden Vakuumsysteme wie Flüssigkeitsringmaschinen und Drehschieberpumpen immer häufiger durch trockenverdichtende Pumpen ersetzt. Zu diesen trockenverdichtenden Maschinen gehören Schraubspindelpumpen, Klauenpumpen, Membranpumpen, Kolbenpumpen, Scroll-Maschinen sowie Wälzkolbenpumpen. Diesen Maschinen ist jedoch gemeinsam, daß sie die heutigen Ansprüche hinsichtlich Zuverlässigkeit und Robustheit sowie Baugröße und Gewicht bei gleichzeitig niedrigem Preisniveau noch nicht zufriedenstellend erfüllen können.

[0003] In der Vakuumtechnik werden zunehmend trockenverdichtende Schraubenspindelpumpen eingesetzt, weil sie als typische Zwei-Wellen-Verdrängermaschinen das vakuumspezifisch erforderlich hohe Kompressionsvermögen einfach dadurch realisieren, daß sie die notwendige Mehrstufigkeit als Hintereinanderschaltung mehrerer abgeschlossener Arbeitskammern über die Anzahl der Umschlingungen je Spindelrotor unkompliziert erreichen. Ferner wird durch die berührungslose Abwälzung der Spindelrotoren eine erhöhte Rotordrehzahl ermöglicht, so daß relativ zur Baugröße gleichzeitig Nennsaugvermögen sowie Liefergrad steigen.

[0004] Die angestrebte Spindelrotordrehzahlen liegen bei modernen Spindelvakuumpumpen, also Schraubenspindelpumpen, meist deutlich oberhalb der Nenndrehzahl der wegen ihrer Robustheit üblicherweise zum Antrieb eingesetzten Asynchronmotoren, so daß entweder ein Frequenzumrichter oder ein vorgeschaltetes Zahnradgetriebe zur Drehzahlerhöhung erforderlich ist. Bei diesen erhöhten Rotordrehzahlen, die meist deutlich über 3.000 Umdrehungen pro Minute (Größenordnung etwa 10.000 U/min) liegen, ist ein berührungsfreies Abwälzen der beiden Verdrängerspindeln im Pumpenarbeitsraum unabdingbar.

[0005] Dies wird heute überwiegend mit einfachen mechanischen Stirnzahnrädern realisiert. Dabei ergeben sich wegen der gewünschten hohen Rotordrehzahlen jedoch auch sehr große Umfangsgeschwindigkeiten der Verzahnung bei gleichzeitig geringer spezifischer Flankenbelastung, so daß durch den hohen Dynamikfaktor eine derartige Verzahnung zum sogenannten Klappern neigt.

[0006] Eine derartige trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe mit zwei miteinander kämmenden Stirnzahnrädern zur mechanischen Synchronisation ist aus DE 195 22 551 C2 bekannt.

[0007] Zusätzlich zu dieser Synchronisationsverzahnung der beiden Spindelrotoren muß in der Regel noch eine Stirnradgetriebestufe zur Drehzahlerhöhung vorgeschaltet werden, so daß in einem solchen Falle insgesamt vier Stirnzahnräder notwendig sind. Die beiden parallelen Getriebestufen lassen sich bisher nicht günstig zusammenfassen, denn ein direkter Eingriff eines Antriebsritzels in die Synchronisationsverzahnung der beiden gegensinnig rotierenden Spindelrotoren ergäbe ein um den Faktor der gewünschten Drehzahlerhöhung deutlich zu großes Antriebsritzel, weil der Wälzkreisdurchmesser der beiden gleich großen Synchronisationszahnräder zwingend der Größe des Achsabstands der Rotoren der Schraubspindelpumpe entspricht.

[0008] Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Schraubspindelpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Antrieb und die Synchronisation der beiden Spindelrotoren für eine schnell laufende Schraubenspindelpumpe möglichst einfach und geräuscharm ist.

[0009] Zur Lösung dieser scheinbar widersprüchlichen Aufgabe ist die eingangs definierte Schraubenspindelpumpe dadurch gekennzeichnet, daß der Verzahnungsdurchmesser der beiden Zahnräder für die beiden Verdrängerspindelrotoren - im folgenden auch "Rotoren" genannt - kleiner als der Achsabstand der beiden Rotoren ist, daß ein antreibendes Zahnrad in die beiden Zahnräder der Rotoren eingreift und mit diesen kämmt und daß diese Verzahnung des antreibenden Zahnrades mit den angetriebenen Zahnrädern kronenradähnlich ausgeführt ist.

[0010] Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung können die Umfangsgeschwindigkeiten der Zahnräder für die Rotoren deutlich reduziert und die spezifische Zahnflankenbelastung erhöht werden, so daß das Geräuschniveau und der Dynamikfaktor verringert sind. Ferner kann die gewünschte Drehzahlerhöhung von dem Antriebszahnrad zu den Spindelrotoren über die Durchmesser- und Zähnezahlverhältnisse dieses Antriebszahnrads zu den Zahnrädern der Rotoren sehr einfach erreicht werden.

[0011] Ferner werden praktisch nur noch drei Zahnräder benötigt, die einfach zu montieren sind, was die Kostensituation verbessert. Desweiteren wird das "Konzept der vollständigen Spindeleinheit" einfach realisierbar:

Wegen der hohen Rotordrehzahlen ist eine gute Auswuchtung der gesamten rotierenden Rotoreinheit zweckmäßig, das heißt, es genügt nicht, nur den Verdrängerrotor auszuwuchten, denn durch das anschließende Hinzufügen der zusätzlichen Elemente wie Rotorlager, Wellenabdichtungen und Zahnräder usw. wird die gesamte Wuchtgüte dieser rotierenden Einheit derart verändert - auch wenn jedes Einzelteil selbst gut ausgewuchtet ist -, daß die gewünschte Wuchtgüte der gesamten rotierenden Einheit nicht mehr gewährleistet werden kann. Eine nachträgliche Wuchtung in der gesamten Schraubenspindelpumpe ist jedoch aufwendig. Bei der herkömmlichen direkt ineinandergreifenden Synchronisationsverzahnung läßt sich das Konzept der vollständigen Spindeleinheit durch den Doppeleingriff von Spindelfördergewinde und Synchronisationszahnrädern nur sehr aufwendig umsetzen, weil die zwischenliegenden Lager- und Schöpfraumwellenabdichtungselemente leckagefrei eingefaßt und montiert werden müssen.

[0012] Durch die erfindungsgemäße Lösung, durch welche der direkte Eingriff der rotorfesten Zahnräder ineinander vermieden wird, ist nun die Montage der vorher ausgewuchteten Einheit vereinfacht, so daß auch das zuvor erreichte Auswuchtergebnis nach der Montage erhalten bleiben kann.

[0013] Zusätzlich ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung, daß die Motorachse in der gleichen Richtung wie die beiden Spindelrotorachsen oder rechtwinklig dazu angeordnet werden kann. Damit wird sowohl der Bauraum der gesamten Schraubenspindelpumpe mit Motor als auch die Kühlung durch den Motorluftstrom begünstigt und kann an jeweilige konstruktive Gegebenheiten angepaßt werden.

[0014] Besonders zweckmäßig ist es, wenn das antreibende Zahnrad größer als die beiden spindelrotorfesten Zahnräder ist. Dies wird vor allem durch die erfindungsgemäße Maßnahme ermöglicht, daß die Verzahnungsdurchmesser der beiden Zahnräder für die Rotoren kleiner als der Achsabstand der beiden Rotoren ist, so daß das antreibende Zahnrad in diese beiden Zahnräder eingreift und eine entsprechende Größe erhalten kann. Dadurch wird es ermöglicht, den Antrieb und die Synchronisation der beiden Spindelrotoren für eine schnell laufende Schraubenspindelpumpe möglichst einfach zu realisieren und gleichzeitig das Drehzahlniveau der beiden Rotoren um einen gewünschten Faktor zum Beispiel zwischen 1,5 und 4 anzuheben. Die an den beiden Verdrängerspindel-Pumpenrotoren drehfest angebrachten Zahnräder können aufgrund ihrer gegenüber dem Achsabstand kleineren Durchmesser gemeinsam von dem antreibenden Zahnrad mit einer um den Faktor der gewünschten Drehzahlerhöhung größeren Zähnezahl beaufschlagt werden, so daß die beiden Spindelrotoren gegensinnig mit erhöhter Drehzahl und gleichzeitig zueinander synchronisiert angetrieben werden. Dadurch kann die Schraubenspindelpumpe mit höherer Drehzahl betrieben werden, wodurch das Kompressionsvermögen, der Liefergrad und damit der volumetrische Wirkungsgrad erhöht werden. Gleichzeitig wird aus der gleichen Maschinengröße ein mehr als proportional höheres Saugvermögen erzielt, so daß die spezifischen Kosten - bezogen auf den Volumenstrom - entsprechend sinken. Der Faktor zur Drehzahlerhöhung kann dabei den schon erwähnten Wert von 1,5 bis 4 oder gegebenenfalls auch noch außerhalb dieser Grenzen gegenüber den Standarddrehzahlen bei Direktantrieb betragen. In vorteilhafter Weise kann dabei die an sich bekannte Drezahlerhöhung über Frequenzumrichter vermieden werden, die allgemein relativ teuer sind.

[0015] Das antreibende Zahnrad kann direkt auf der Welle eines Antriebsmotors befestigt sein. Auch dies trägt zur Vereinfachung des gesamten Antriebs bei.

[0016] Zur Schmierung der Verzahnungseingriffe kann ein Schmiermittel innen auf dem antreibenden Zahnrad zuführbar sein. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung und Zuordnung der Zahnräder kann also die Schmiersituation deutlich günstiger werden, in dem auf den Innendurchmesser der Verzahnungsseite des antreibenden, insbesondere kronenradähnlichen Zahnrades Schmiermittel gebracht wird, das sich durch die Fliehkraft in günstiger Weise auf die Zahnflankeneingriffe verteilt, wodurch auch eine weitere Geräuschminderung ermöglicht wird.

[0017] Das antreibende Zahnrad und/oder die spindelrotorfesten Zahnräder können kronenradähnlich ausgebildet sein. Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung war schon die kronenradähnliche Verzahnung oder Ausbildung des oder der Zahnräder genannt worden. Dies kann sich also entweder auf das antreibende Zahnrad oder die mit dem Spindelrotor fest verbundenen Zahnräder oder auf alle Zahnräder beziehen. Dadurch läßt sich möglichst platzsparend der gemeinsame Angriff des antreibenden Zahnrades an den beiden Zahnrädern der Rotoren verwirklichen.

[0018] Eine zweckmäßige Ausgestaltung kann dabei darin bestehen, daß das antreibende Zahnrad einen oder zwei kronenradähnlich angeordnete Zahnkränze aufweist, die mit als Stirnzahnräder ausgebildeten rotorfesten Zahnrädern kämmen. Somit ergeben sich relativ einfache Zahnräder an den Rotoren, an deren Stirnverzahnung die kronenradähnlichen Zahnkränze des antreibenden Zahnrades angreifen können, in dem das antreibende Zahnrad beispielsweise mit seinen Zahnkränzen in den Zwischenraum zwischen den beiden angetriebenen Zahnrädern eingefügt ist.

[0019] Eine andere Ausgestaltung und Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß das kronenradähnliche antreibende Zahnrad als innen- und außenverzahnter Zahnkranz über seine Innenverzahnung ein als Stirnzahnrad ausgebildetes rotorfestes Zahnrad der einen Rotorwelle und über seine Außenverzahnung das andere, als Stirnrad ausgebildete rotorfeste Zahnrad der zweiten Rotorwelle gegensinnig synchronisiert und mit erhöhter Drehzahl antreibt. Das kronenradähnliche Antriebszahnrad läßt sich also auch als innen- und außenverzahnter Zahnkranz darstellen beziehungsweise auffassen, der mit seinen beiden Verzahnungen jeweils ein klassisches Stirnzahnrad in der gewünschten Weise gegensinnig synchronisiert und mit erhöhter Drehzahl antreibt.

[0020] Aus Kosten- und Geräuschgründen kann ein derartiger Zahnkranz als Blechpaket hergestellt werden.

[0021] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, daß die Verzahnungen der kronenradähnlichen Zahnräder jeweils auf einem Kegel angeordnet sind und der Kegelwinkel der an dem antreibenden Zahnrad vorgesehenen beiden Verzahnungen gegenüber einer radialen Ebene zwischen diesen beiden Verzahnungen relativ flach oder spitz ist. Somit sind die rotorfesten Zahnräder keine Stirnräder, sondern Kegelräder mit einem relativ spitzen Kegelwinkel, was unter Umständen die Eingriffsverhältnisse der Verzahnungen verbessert.

[0022] Eine weitere Möglichkeit kann darin bestehen, daß die mit den Rotoren verbundenen Zahnräder als Kronenräder und das Antriebszahnrad als Stirnzahnrad ausgebildet ist. Dieses Stirnzahnrad kann dann beispielsweise an den einander zugewandten Bereichen der kronenradähnlichen Zahnkränze gleichzeitig angreifen, wobei die Verzahnung an dem antreibenden Stirnzahnrad aber auch durch eine Ringnut unterbrochen und auf den kämmenden Bereich beschränkt sein kann.

[0023] Vor allem bei den Ausführungsformen, bei denen das antreibende Zahnrad zwei kronenradähnliche Verzahnungen - auch in etwas kegelförmiger Anordnung - aufweist, ist es in zweckmäßiger Weise möglich, daß die Drehachse des antreibenden Zahnrades rechtwinklig zu den Drehachsen der angetriebenen Zahnräder und Rotoren angeordnet ist und daß das insbesondere zwei aufeinander abgewandten Seiten jeweils einen Zahnkranz aufweisende antreibende Zahnrad in den Zwischenraum zwischen den beiden in einer gemeinsamen Ebene angeordneten angetriebenen Zahnrädern eingreift und mit diesen Zahnrädern kämmt . Dies ergibt die schon erwähnte platzsparende Anordnung bei gleichzeitig einfacher Herstellung und Montage.

[0024] Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen ergibt sich eine trockenverdichtende Schraubspindelpumpe, deren Antrieb auf weniger Zahnräder beschränkt ist und dennoch eine mechanische Synchronisierung und gleichzeitig eine Erhöhung der Drehzahl der Rotoren auf einfache Weise erlaubt. Ferner ist aufgrund dieser Vereinfachung der gesamten Anordnung ein gutes Auswuchten der rotierenden Teile vor der Montage möglich, so daß die erwünschten hohen Rotordrehzahlen günstiger realisiert werden können.

[0025] Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in schematisierter Darstellung:

Fig.1

eine Teil-Seitenansicht einer erfindungsgemäßen trockenverdichtenden Schraubenspindelpumpe mit zwei nur über einen Teil ihrer axialen Erstreckung dargestellten, außenverzahnten und gegensinnig rotierenden Verdrängerspindelrotoren, wobei die Synchronisation und eine gewünschte Drehzahlerhöhung der beiden Verdrängerspindelrotoren durch eine kronenradähnliche Verzahnung mit je einem Kronenrad an den Rotoren und einem gemeinsamen, mit diesem kämmenden Kronenrad als antreibendes Zahnrad erfolgt,

Fig.2

eine Draufsicht der schematisiert angedeuteten Zahnkränze der kronenradähnlichen Verzahnungen und der den antreibenden Zahnrädern zugewandten Stirnseiten der Rotoren,

Fig.3

eine der Figur 1 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform, bei welcher der Verzahnungseingriff nur über einen Teil der Breite der Verzahnung des antreibenden Zahnrads wirkt und das antreibende Zahnrad mit seinem kronenradähnlichen Zahnrad radial außen über die kronenradähnlichen Zahnräder an den Rotoren übersteht,

Fig.4

eine der Figur 2 entsprechende Darstellung der Ausführungsform nach Figur 3,

Fig.5

eine den Figuren 1 und 3 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform, bei welcher der Zahnkranz des kronenradähnlichen antreibenden Zahnrades breiter als der angetriebenen, rotorfesten Zahnräder ist und radial nach innen gegenüber diesen Zahnkränzen der angetriebenen Zahnräder übersteht,

Fig.6

eine der Darstellung der Figuren 2 und 4 entsprechende Draufsicht auf die Zahnkränze und Stirnseiten der Rotoren,

Fig.7

einen Querschnitt einer abgewandelten Ausführungsform des antreibenden und der angetriebenen Zahnräder, wobei das kronenradähnliche antreibende Zahnrad als innen- und außenverzahnter Zahnkranz ausgebildet ist und mit der Innenverzahnung ein als Stirnzahnrad ausgebildetes rotorfestes Zahnrad und mit der Außenverzahnung das andere als Stirnrad ausgebildete rotorfeste Zahnrad beaufschlagt und antreibt,

Fig.8

einen Längsschnitt einer wiederum abgewandelten Ausführungsform, bei welcher die mit den Rotoren verbundenen Zahnräder Kronenräder sind, mit denen ein Stirnzahnrad mit zwei beabstandeten Zahnkränzen kämmt, wobei die Drehachse des antreibenden Zahnrads rechtwinklig zu denen der angetriebenen Zahnräder angeordnet ist,

Fig.9

eine der Figur 8 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform, bei welcher die antreibenden Zahnkränze kronenradartig an einem gemeinsamen Zahnrad voneinander wegweisend angeordnet sind und zwischen die Verzahnungen zweier als Stirnzahnräder ausgebildeter rotorfester Zahnräder eingreifen, sowie

Fig.10

eine gegenüber Figur 9 abgewandelte vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die beiden Zahnkränze des antreibenden Zahnrads an einzelnen Ringteilen vorgesehen sind, die zusammengefügt das antreibende Zahnrad ergeben und eine Einstellbarkeit in axialer und/oder in Dreh-Richtung ermöglichen, sowie

Fig.11

eine den Figuren 8 und 9 entsprechende Darstellung, bei welcher die kronenradähnlichen Verzahnungen auf Kegelstümpfen angeordnet und die Zahnräder und Zahnkränze als Kegelräder ausgebildet sind und das antreibende Zahnrad mit zwei nach entgegengesetzten Seiten angeordneten Zahnkränzen zwischen den beiden rotorfesten Zahnrädern in deren Verzahnung eingreift, wobei wiederum die Antriebsachse des antreibenden Zahnrads rechtwinklig zu den Achsen der Rotoren angeordnet ist.

[0026] Eine im ganzen mit 10 bezeichnete, in den Figuren 1 bis 6 nur bezüglich der wichtigsten Teile und in den Figuren 7 bis 11 bezüglich der Antriebsverzahnung dargestellte Schraubenspindelpumpe weist zwei außenverzahnte und gegensinnig rotierende Verdrängerspindelrotoren 1 und 2 zur Förderung und Verdichtung von Gasen innerhalb eines nicht näher dargestellten Gehäuses auf. An jedem der Rotoren 1 und 2 ist ein in den verschiedenen Ausführungsbeispielen auch unterschiedlich gestaltetes, jedoch jeweils mit denselben Bezugszahlen versehenes Zahnrad 3 und 4 für den Antrieb und die Synchronisation der Rotoren 1 und 2 angeordnet.

[0027] Die Verzahnungsdurchmesser dieser beiden Zahnräder 3 und 4 für die beiden Verdrängerspindelrotoren 1 und 2 sind in allen Ausführungsbeispielen kleiner als der Achsabstand A der beiden Rotoren 1 und 2. Außerdem ist bei allen Ausführungsbeispielen ein antreibendes Zahnrad 5 vorgesehen, welches mit den beiden Zahnrädern 3 und 4 der Rotoren 1 und 2 kämmt beziehungsweise mit seiner Verzahnung in deren Verzahnung eingreift. Dabei ist eine im folgenden noch näher zu erläuternde kronenradähnliche Verzahnung oder Ausbildung des oder der Zahnräder vorgesehen.

[0028] In den Figuren 1 bis 11 ist auch deutlich erkennbar, daß das antreibende Zahnrad 5 unabhängig von seiner jeweiligen Formgebung größer als die beiden spindelrotorfesten Zahnräder 3 und 4 ist, so daß sich einerseits durch die übereinstimmende Zähnezahl und Größe der angetriebenen Zahnräder 3 und 4 eine Synchronisation der beiden Rotoren 1 und 2 und andererseits durch die größere Abmessung des antreibenden Zahnrads 5 mit entsprechend höherer Zähnezahl eine Erhöhung der Drehzahl der angetriebenen Zahnräder 3 und 4 gegenüber der Drehzahl des antreibenden Zahnrads 5 ergibt. Das antreibende Zahnrad 5 ist dabei zweckmäßigerweise direkt auf der Welle 6 eines nicht näher dargestellten Antriebsmotors befestigt.

[0029] In ebenfalls nicht näher dargestellter Weise kann zur Schmierung der Verzahnungseingriffe ein Schmiermittel innen auf dem antreibenden Zahnrad 5 zuführbar sein, so daß es durch die Fliehkraft praktisch von selbst zu den Verzahnungen und Eingriffsstellen dieser Verzahnungen gelangt.

[0030] Es wurde bereits erwähnt, daß das antreibende Zahnrad 5 und die angetriebenen Zahnräder 3 und 4 eine kronenradähnliche Verzahnung miteinander haben. Diese kann gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen unterschiedlich ausgebildet beziehungsweise innerhalb dieser Beschreibung definiert sein.

[0031] In den Figuren 1 bis 6 sind das antreibende Zahnrad 5 und die spindelrotorfesten, also angetriebenen Zahnräder 3 und 4 jeweils kronenradähnlich beziehungsweise als Kronenräder ausgebildet. Somit kann die Welle 6 des Antriebsmotors parallel zu den Rotorachsen angeordnet sein.

[0032] Das antreibende Zahnrad 5 kann aber auch einen oder gemäß Figur 9 bis 11 zwei parallele, jedoch nach entgegengesetzten Seiten gerichtete kronenradähnlich angeordnete Zahnkränze 7 aufweisen, die mit als Stirnzahnrädern ausgebildeten rotorfesten Zahnrädern 3 und 4 kämmen, wie man es in Figur 9 und 10 deutlich erkennt.

[0033] In den Figuren 9 und 10 sind einander ähnliche Ausführungsbeispiele mit jeweils zwei kronenradähnlichen Zahnkränzen 7 dargestellt, die mit als Stirnzahnrädern ausgebildeten rotorfesten Zahnrädern 3 und 4 kämmen. Dabei weist Figur 10 gegenüber Figur 9 die vorteilhafte Besonderheit auf, daß die beiden Zahnkränze 7 des antreibenden Zahnrades 5 relativ zueinander in axialer und/oder in Dreh-Richtung einstellbar und festlegbar sind. Dies wird dadurch erreicht, daß der eine Zahnkranz an einem Ring 10 angeordnet ist, der an einen Absatz 11 des antreibenden Zahnrades 5 paßt und diesen Absatz 11 zu einem Zahnrad 5 gemäß Figur 9 ergänzt, und daß zwischen dem Absatz 11 und dem Ring 10 eine Ringscheibe 12 in axialer Richtung einlegbar ist, so daß der Abstand der beiden Zahnkränze 7 in axialer Richtung je nach Dicke oder Anzahl der Ringscheiben 12 eingestellt werden kann. Die Befestigung des Ringes 10 und damit auch der Unterleg-Ringscheibe 12 kann mit Hilfe von nicht näher dargestellten Schrauben erfolgen.

[0034] Diese Ausgestaltung erlaubt eine exakte Winkel-Positionierung der Zahnkränze 7 des antreibenden Zahnrads 5 gegenüber den beiden angetriebenen Zahnrädern 3 und 4 unabhängig voneinander. Jede Verzahnung besitzt nämlich ein Verdreh-Flankenspiel, um welches das eine Zahnrad gegenüber dem anderen verdreht werden kann, bis es vom Anliegen auf der einen Zahnflankenseite bis zum Anliegen an der Rückflankenseite kommt. Dieses Verdrehflankenspiel einer Verzahnung ist technisch unvermeidbar. Durch die Ringscheibe 12 kann dieses Verdrehflankenspiel gezielt eingestellt und optimiert werden. Somit erhält jeder der Verzahnungen an den beiden angetriebenen Zahnrädern 3 und 4 ein eingestelltes vorgewähltes Verdrehflankenspiel, wobei diese Möglichkeit auch bei der Ausführungsform nach Figur 11 und gegebenenfalls Figur 8 besteht.

[0035] Desweiteren kann das Übersetzungsverhältnis zwischen dem antreibenden Zahnrad 5 und den rotorfesten Zahnrädern 3 und 4 besonders einfach verändert werden, indem bei gleichen Zahnkränzen 7 die Zahnräder 3 und 4 ersetzt oder ausgetauscht werden, ohne daß die Achspositionen von Antrieb und Rotorpaar angepaßt werden müssen. Einzig der Abstand der beiden Zahnkränze 7 am Antriebsrad 5 ist über die Ausführungsform entsprechend Figur 10 noch anzupassen. Damit kann die Rotordrehzahl für verschiedene Anwendungsfälle mit geringem Aufwand durch den Wechsel der einfachen Stirnzahnräder 3 und 4 bei gleichzeitiger Anpassung des Abstandes der Zahnkränze 7 verändert werden.

[0036] Zum besseren Ausgleich des Verdrehflankenspiels der Verzahnung kann die Ringscheibe 12 auch elastisch ausgeführt werden.

[0037] Das kronenradähnliche Antriebszahnrad 5 läßt sich gemäß Figur 7 auch als innen- und außenverzahnter Zahnkranz darstellen oder definieren, der über seine Innenverzahnung ein als Stirnzahnrad ausgebildetes rotorfestes Zahnrad 3 der einen Rotorwelle beziehungsweise des einen Rotors 1 und über seine Außenverzahnung das andere, ebenfalls als Stirnrad ausgebildete rotorfeste Zahnrad 4 der zweiten Rotorwelle beziehungsweise des zweiten Rotors 2 gegensinnig synchronisiert und aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser mit erhöhter Drehzahl antreibt. Aus Kosten- und Geräuschgründen kann ein derartiger, das antreibende kronenradähnliche Zahnrad bildender Zahnkranz als Blechpaket hergestellt werden.

[0038] Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchen die mit den Rotoren 1 und 2 verbundenen Zahnräder 3 und 4 wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 bis 6 als Kronenräder, das Antriebszahnrad 5 aber als Stirnzahnrad ausgebildet ist, wobei die Zähne nicht über die gesamte axiale Erstreckung dieses Antriebszahnrads 5 reichen, sondern in zwei beabstandete Zahnkränze 7 unterteilt sind. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 bis 11 verläuft dabei die Antriebswelle 6 rechtwinklig zu den Achsen der Rotoren 1 und 2.

[0039] Figur 11 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Verzahnungen der in diesem Falle ebenfalls als kronenradähnlich angesehenen Zahnräder 3, 4 und 5 jeweils auf einem Kegel angeordnet sind, wobei analog dem Ausführungsbeispiel nach Figur 9 an dem antreibenden Zahnrad 5 zwei voneinander abgewandte Zahnkränze oder Verzahnungen vorgesehen sind, deren Kegelwinkel gegenüber einer zwischen diesen Zahnkränzen oder Verzahnungen angeordneten radialen Durchmesserebene 8 relativ flach oder spitz ist. Die Kronenradähnlichkeit der beiden Zahnkränze dieses antreibenden Zahnrads 5 wäre noch deutlicher erkennbar, wenn die stirnseitigen, in radialer Richtung gegenüber den Zahnkränzen weiter innenliegenden Einsenkungen 9 etwas tiefer als bei der Darstellung nach Figur 10 wären.

[0040] Während die Drehachse oder Antriebswelle 6 des antreibenden Zahnrads 5 im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 7 parallel zu den Rotorachsen ist, ist sie in den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 8 bis 11 rechtwinklig zu den Drehachsen der angetriebenen Zahnräder 3 und 4 und der Rotoren 1 und 2 angeordnet, so daß durch die Wahl der jeweiligen Form der kronenradähnlichen Zahnräder auch die Anordnung und Zuordnung des Antriebsmotors zu den Rotoren bedarfsweise vorgegeben oder vorgewählt werden kann.

[0041] Die Ausführungsformen gemäß Figur 9 bis 11 haben gemeinsam, daß das zwei auf einander abgewandten Seiten jeweils einen Zahnkranz 7 aufweisende antreibende Zahnrad 5 in den Zwischenraum zwischen den beiden in einer gemeinsamen Ebene angeordneten angetriebenen Zahnrädern 3 und 4 eingreift und mit diesen kämmt, was entweder eine Vergrößerung des Durchmessers des antreibenden Zahnrads 5 bei gleichem Platzbedarf oder eine Verkleinerung der Bauweise erlaubt.

[0042] Die vorbeschriebenen Ausführungsformen sind besonders gut in der Vakuumtechnik einsetzbar insbesondere, weil sich durch die Durchmesserverhältnisse zwischen dem antreibenden Zahnrad 5 und den angetriebenen Zahnrädern 3 und 4 eine Erhöhung der Drehzahl der Rotoren 1 und 2 bei gleichzeitiger Synchronisation der Drehbewegungen erreichen läßt, was zum Erzeugen von Vakuum günstig ist. Sie sind aber auch für andere Einsatzfälle derartiger Schraubenspindelpumpen und Kompressoren geeignet.

[0043] Die Schraubenspindelpumpe 10 ist als Zwei-Wellenverdrängermaschine ausgebildet und weist zwei außenverzahnte, gegensinnig rotierende Verdrängerspindelrotoren 1 und 2 auf. Für einen möglichst einfachen und geräuscharmen Antrieb dieser Rotoren 1 und 2 bei gleichzeitiger Synchronisation und Drehzahlerhöhung sind an den beiden gegensinnig rotierenden Rotoren 1 und 2 oder Rotorspindeln kronenradähnliche Zahnräder 3 und 4 in einer übereinstimmenden Ebene angeordnet, in welche ein größeres kronenradähnliches Antriebszahnrad 5 derartig eingreift, daß die beiden Spindelrotoren 1 und 2 mit erhöhter Drehzahl gegensinnig angetrieben werden, wobei Kronenradähnlichkeit auch einen innen- und außenverzahnten Zahnkranz in Verbindung mit Stirnzahnrädern oder Kegelräder sowie die Möglichkeit einschließt, daß nur das Antriebszahnrad 5 oder nur die angetriebenen Zahnräder 3 und 4 kronenradähnlich sind.

Ansprüche

1. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe (10) mit zwei außenverzahnten und gegensinnig rotierenden Verdrängerspindelrotoren (1,2) zur Förderung und Verdichtung von Gasen, wobei an jedem der Rotoren (1,2) ein Zahnrad (3,4) für den Antrieb und die Synchronisation der Rotoren (1,2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzahnungsdurchmesser der beiden Zahnräder (3,4) für die beiden Verdrängerspindelrotoren (1,2) kleiner als der Achsabstand (A) der beiden Rotoren (1,2) ist, daß ein antreibendes Zahnrad (5) in die beiden Zahnräder (3,4) der Rotoren (1,2) eingreift und daß die Verzahnung dies antreibenden Zahnrades (5) mit den angetriebenen Zahnrädern (3,4) kronenradähnlich ausgeführt ist.

2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Zahnrad (5) größer als die beiden spindelrotorfesten Zahnräder (3,4) ist.

3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Zahnrad (5) direkt auf der Welle (6) eines Antriebsmotors befestigt ist.

4. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schmierung der Verzahnungseingriffe ein Schmiermittel innen auf dem antreibenden Zahnrad (5) zuführbar ist.

5. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Zahnrad (5) und/oder die spindelrotorfesten Zahnräder (3,4) kronenradähnlich ausgebildet sind.

6. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Zahnrad (5) einen oder zwei kronenradähnlich angeordnete Zahnkränze (7) aufweist, die mit als Stirnzahnrädern ausgebildeten rotorfesten Zahnrädern (3,4) kämmen.

7. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kronenradähnliche antreibende Zahnrad (5) als innen- und außenverzahnter Zahnkranz über seine Innenverzahnung ein als Stirnzahnrad ausgebildetes rotorfestes Zahnrad (3) der einen Rotorwelle und über seine Außenverzahnung das andere, als Stirnrad ausgebildete rotorfeste Zahnrad (4) der zweiten Rotorwelle gegensinnig synchronisiert und mit erhöhter Drehzahl antreibt.

8. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen der kronenradähnlichen Zahnräder (3,4,5) jeweils auf einem Kegel angeordnet sind und der Kegelwinkel der an dem antreibenden Zahnrad (5) vorgesehenen beiden Verzahnungen gegenüber einer radialen Ebene (8) zwischen diesen beiden Verzahnungen relativ flach oder spitz ist.

9. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Rotoren (1,2) verbundenen Zahnräder (3,4) als Kronenräder und das Antriebszahnrad (5) als Stirnzahnrad ausgebildet sind.

10. Schraubenspindelpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (6) des antreibenden Zahnrades (5) rechtwinklig zu den Drehachsen der angetriebenen Zahnräder (3,4) und Rotoren (1,2) angeordnet ist und daß das insbesondere zwei auf einander abgewandten Seiten jeweils einen Zahnkranz aufweisende antreibende Zahnrad (5) in den Zwischenraum zwischen den beiden in einer gemeinsamen Ebene angeordneten angetriebenen Zahnrädern (3,4) eingreift und mit diesen Zahnrädern kämmt.

11. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnkränze (7) des antreibenden Zahnrades (5) relativ zueinander in axialer und/oder in Dreh-Richtung einstellbar und festlegbar sind.

12. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Zahnkranz (7) an einem Ring (10) angeordnet ist, der an einen Absatz (11) des antreibenden Zahnrades (5) paßt, und daß zwischen den Absatz (11) und den Ring (10) wenigstens eine Ringscheibe (12) einlegbar ist.

Claims

1. A dry compression screw pump (10) with two externally threaded displacement spindle rotors (1, 2) rotating in opposite directions for delivering and compressing gases, one gearwheel (3, 4) for driving and synchronizing said rotors (1, 2) being disposed on either of the rotors (1, 2), characterized in that the diameter of the toothed surface area of the two gearwheels (3, 4) for the two displacement spindle rotors (1, 2) is smaller than the center distance (A) of the axes of the two rotors (1, 2), that a driving gearwheel (5) engages in the two gearwheels (3, 4) of the rotors (1, 2) and that the meshing of this driving gearwheel (5) with the driven gearwheels (3, 4) is implemented like a contrate gear.

2. The screw pump as set forth in claim 1, characterized in that the driving gearwheel (5) is larger than the two gearwheels (3, 4) fixed to the spindle rotors.

3. The screw pump as set forth in claim 1 or 2, characterized in that the driving gearwheel (5) is fastened directly to the shaft (6) of a driving motor.

4. The screw pump as set forth in any one of the claims 1 through 3, characterized in that a lubricant is adapted to be supplied to the inside of the driving gearwheel (5) for lubricating the engaging teeth.

5. The screw pump as set forth in any one of the claims 1 through 4, characterized in that the driving gearwheel (5) and/or the gearwheels (3, 4) that are fixed to the spindle rotors are configured like a contrate gear.

6. The screw pump as set forth in any one of the claims 1 through 5, characterized in that the driving gearwheel (5) comprises one or two crown gears (7) that are disposed like a contrate gear and mesh with gearwheels (3, 4) fixed to the rotors and configured to be spur gears.

7. The dry-compression screw pump as set forth in any one of the claims 1 through 5, characterized in that the contrate-like driving gearwheel (5), being an internally and externally toothed crown gear, synchronizes in opposite directions and drives at increased speed a gearwheel (3) of the one rotor shaft which is fixed to the rotor and configured to be a spur gear through its toothed inner surface and the other gearwheel (4) of the second rotor shaft which is fixed to the rotor and configured to be a spur gear through its toothed outer surface.

8. The screw pump as set forth in any one of the claims 1 through 5, characterized in that the toothed surface features of the contrate-like gearwheels (3, 4, 5) are each disposed on a cone and the cone angle of the two toothed surfaces provided on the driving gearwheel (5) being relatively flat or acute with respect to a radial plane (8) between these two toothed surface features.

9. The screw pump as set forth in any one of the claims 1 through 5, characterized in that the gearwheels (3, 4) connected to the rotors (1, 2) are configured to be contrate gears and that the driving gearwheel (5) is configured to be a spur gear.

10. A screw pump as set forth in any one of the afore mentioned claims, characterized in that the axis of rotation (6) of the driving gearwheel (5) is disposed at right angles to the axes of rotation of the driven gearwheels (3, 4) and rotors (1, 2) and that the driving gearwheel (5), which more specifically comprises one crown gear on a respective one of two faces turned away from each other, engages into the space between the two driven gearwheels (3, 4) disposed on a common plane and meshes with said gearwheels.

11. The screw pump as set forth in any one of the claims 6 through 10, characterized in that the two crown gears (7) of the driving gearwheel (5) are adjustable and adapted for fixation relative to each other in the axial direction and/or in the direction of rotation.

12. The screw pump as set forth in any one of the claims 6 through 11, characterized in that the one gearwheel (7) is disposed on a ring (10) that fits on a shoulder (11) of the driving gearwheel (5) and that at least one washer (12) is insertable between said shoulder (11) and said ring (10).

Revendications

1. Pompe à vis à compression sèche (10) avec deux rotors hélicoïdaux à déplacement (1, 2) pourvus d'une denture externe et tournant dans des sens opposés et destinés à refouler et à comprimer des gaz, une roue dentée (3, 4) destinée à entraîner et à synchroniser les rotors (1, 2) étant disposée sur chacun des rotors (1, 2), caractérisée en ce que le diamètre de la denture des deux roues dentées (3, 4) pour les deux rotors hélicoïdaux à déplacement (1, 2) est inférieur à l'entraxe (A) des deux rotors (1, 2), qu'une roue dentée (5) menante s'engage dans les deux roues dentées (3, 4) des rotors (1, 2) et que l'engrènement de cette roue dentée (5) menante dans les roues dentées (3, 4) menées est réalisé à la manière de roues de champ.

2. Pompe à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que la roue dentée (5) menante est plus grande que les deux roues dentées (3, 4) solidaires du rotor hélicoïdal.

3. Pompe à vis selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la roue dentée (5) menante est fixée directement sur l'arbre (6) d'un moteur d'entraînement.

4. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, pour lubrifier l'engrenage, un lubrifiant est apte à être acheminé sur la face interne de la roue dentée (5) menante.

5. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la roue dentée (5) menante et/ou les roues dentées (3, 4) solidaires du rotor hélicoïdal sont conformées en forme de roue de champ.

6. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la roue dentée (5) menante comporte une ou deux couronnes dentées (7) disposées à la manière de roues de champ, ces couronnes dentées engrenant dans des roues dentées (3, 4) solidaires du rotor et conformées sous forme de roues droites.

7. Pompe à vis à compression sèche selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, en sa qualité de couronne dentée à denture interne et externe, la roue dentée (5) menante ressemblant à une roue de champ synchronise dans des sens opposés et entraîne à vitesse augmentée par sa denture interne une roue dentée (3) solidaire du rotor conformée en forme de roue droite de l'arbre d'un des rotors et par sa denture externe l'autre roue dentée (4) solidaire du rotor conformée en forme de roue droite de l'arbre du deuxième rotor.

8. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les dentures des roues dentées (3, 4, 5) ressemblant à des roues de champ sont disposées chacune sur un cône et que l'angle au sommet des deux dentures prévues sur la roue dentée (5) menante est relativement plat ou aigu par rapport à un plan radial (8) entre ces deux dentures.

9. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les roues dentées (3, 4) reliées aux rotors (1, 2) sont conformées en forme de roues de champ et que la roue dentée menante (5) est conformée en forme de roue droite.

10. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe de rotation (6) de la roue dentée (5) menante est disposée perpendiculaire aux axes de rotation des roues dentées (3, 4) menées et des rotors (1, 2) et que la roue dentée (5) menante comportant notamment sur chacune de deux faces détournées l'une de l'autre une couronne dentée respective s'engage dans l'espace ménagé entre les deux roues dentées (3, 4) menées disposées dans un même plan et engrène dans ces roues dentées.

11. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que les deux couronnes dentées (7) de la roue dentée (5) menante sont aptes à être réglées et arrêtées l'une par rapport à l'autre suivant la direction axiale et/ou dans le sens de rotation.

12. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que l'une des couronnes dentées (7) est disposée sur un anneau (10) épousant la forme d'un épaulement (11) de la roue dentée (5) menante et qu'au moins une rondelle (12) est apte à être placée entre l'épaulement (11) et l'anneau (10).

Zeichnung