DE10156180A1

DE10156180A1 - Gekühlte Schraubenvakuumpumpe

Info

Publication number: DE10156180A1
Application number: DE10156180A
Authority: DE
Inventors: Manfred Behling; Hartmut Kriehn; Klaus Rofall; Ralf Steffens
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: PL369467A1; CA2463617A1; CN1585860A; PL206617B1; DE10156180B4; EP1444440A1; EP1444440B1; JP2005509785A; CN100422561C; WO2003042541A1; US7056108B2; US20040265160A1; JP4589001B2; HUP0402372A2; KR20050042067A; KR100892530B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenvakuumpumpe (1) mit Pumpengehäuse (2, 6), mit in diesem Gehäuse untergebrachten Rotoren (3, 4), mit einer Flüssigkeitskühlung für die Rotoren sowie mit einem Antriebsmotor (9); um die Kühlung der Pumpe zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass zusätzlich eine äußere von einer erzwungenen Luftströmung bewirkte Kühlung für das Pumpengehäuse (2, 6) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenvakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse, mit in diesem Gehäuse untergebrachten Rotoren, mit einer Flüssigkeitskühlung für die Rotoren sowie mit einem Antriebsmotor.

Aus der DE-A-198 20 523 ist eine Schraubenvakuumpumpe mit diesen Merkmalen bekannt. Die genannte Schrift offenbart darüber hinaus die vielfachen Probleme, die mit der Kühlung von Schraubenvakuumpumpen verbunden sind, wenn diese mit hohen Leistungsdichten - kompakt und mit hohen Drehzahlen - gebaut und betrieben werden sollen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung einer Schraubenvakuumpumpe mit den eingangs genannten Merkmalen zu verbessern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Die erfindungsgemäße zusätzliche Kühlung des Pumpengehäuses von außen, und zwar mit einer erzwungenen Luftströmung, die beispielsweise von einem mit dem Antriebsmotor gekoppelten Lüfter erzeugt wird, entlastet die in der Pumpe befindliche Flüssigkeitskühlung der Rotoren erheblich. Zusätzlich ist es möglich, mit Hilfe der erzwungenen Luftströmung auch einen Wärmetauscher zu kühlen, der von der Kühlflüssigkeit der Rotorkühlung durchströmt ist.

Die Erfindung ermöglicht es, ein Kühlkonzept für eine Schraubenvakuumpumpe zu realisieren, bei dem die gesamte Maschine luftgekühlt ist, obwohl zusätzlich eine Flüssigkeitskühlung für die Rotoren vorhanden ist. Die entstehende Wärme wird zwar von zwei unterschiedlichen Wärmeträgern (Flüssigkeit für die innere Rotorkühlung, äußerer Kühlluftstrom) aufgenommen, letztlich aber insgesamt vom Kühlluftstrom abgeführt. Dieses gilt auch für die Abführung von Nebenwärmeströmen, erzeugt von Motorverlusten, Getriebe- und Lagerverlusten etc. .

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.
In der Figur sind die zu kühlende Schraubenvakuumpumpe mit 1, ihr Schöpfraumgehäuse mit 2, ihre Rotoren mit 3, 4, ihr Einlass mit 5 und ihr sich an das Schöpfraumgehäuse 2 mit den Rotoren 3, 4 anschließendes Getriebe- /Motorraum-Gehäuse mit 6 bezeichnet. Ein druckseitig gelegener Auslass ist nicht dargestellt. Im Gehäuse 6 befinden sich der Getrieberaum 7, der Motorraum 8 mit dem Antriebsmotor 9 und ein weiterer Raum 10, der Bestandteil des Kühlflüssigkeitskreislaufs für die Rotoren 3, 4 ist.
Die Rotoren 3, 4 sind mit Wellen 11, 12 ausgerüstet, die den Getrieberaum 7 und den Motorraum 8 durchsetzen. Über Lagerungen in den Trennwänden zwischen Schöpfraum und Getrieberaum 7 (Trennwand 13) sowie Motorraum 8 und Kühlflüssigkeitsraum 10 (Trennwand 14) sind die Rotoren 3, 4 fliegend gelagert. Die Trennwand zwischen Getrieberaum 7 und Motorraum 8 ist mit 15 bezeichnet. Im Getrieberaum 7 befindet sich das die synchrone Drehung der Rotoren 3, 4 bewirkende Zahnradpaar 16, 17. Die Rotorwelle 11 ist gleichzeitig die Antriebswelle des Motors 9. Der Motor 9 kann auch eine von den Wellen 11, 12 verschiedene Antriebswelle haben. Bei einer solchen Lösung endet seine Antriebswelle im Getrieberaum 7 und ist dort mit einem Zahnrad ausgerüstet, das mit einem der Synchronisationszahnräder 16, 17 (oder einem weiteren, nicht dargestellten Zahnrad der Welle 12) in Eingriff steht.
Die Welle 11 durchsetzt den Raum 10, ist aus dem Gehäuse 6 der Pumpe 1 heraus geführt und trägt an ihrem freien Ende das Rad 20 eines Ventilators oder Lüfters 21. Der Führung der vom Lüfterrad 20 erzeugten Luftbewegung dient ein die Pumpe 1 umfassendes Gehäuse 22, das im Bereich beider Stirnseiten offen ist (Öffnungen 23, 24).
Im Sinne der Erfindung wird der Lüfter 21 so betrieben, dass die lüfter-/motorseitige Öffnung 24 die Lufteintrittsöffnung bildet. Dieser Öffnung zugeordnet ist ein Wärmetauscher 25, der von der Kühlflüssigkeit der Rotorinnenkühlung durchströmt ist. Zweckmäßig ist der Wärmetauscher 25 dem Lüfter 21 vorgelagert, so dass er gleichzeitig einen Berührungsschutz für das Lüfterrad 20 bildet. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass der das Schöpfraumgehäuse 2 der Pumpe 1 kühlende Luftstrom vorgewärmt ist. Dadurch wird erreicht, dass Wärmedehnungen des Schöpfraumgehäuses 2 in dem Umfange zugelassen werden, dass die während des Betriebs der Pumpe 1 relativ hohe Temperaturen annehmenden Rotoren 3, 4 das Gehäuse 2 nicht berühren. Vorzugsweise bestehen das Gehäuse 2 und die Rotoren 3, 4 zur Verbesserung der Wärmeleitung aus Aluminium. Weiterhin kann das Gehäuse 2 zur Verbesserung des Wärmekontaktes Rippen aufweisen. Durch die Größe des Wärmetauschers 25 und auch des Verrippungsgrades des Schöpfraumgehäuses 2 wird der Spalt zwischen den Rotoren 3, 4 und dem Gehäuse 2 eingestellt.
Der Kühlflüssigkeitskreislauf für die Kühlung der Rotoren 4, 5 ist nur schematisch angedeutet. In den deutschen Patentanmeldungen 197 45 616, 199 63 171.9 und 199 63 172.7 sind Kühlsysteme dieser Art ausführlich beschrieben. Die Wellen 11 und 12 dienen dem Transport des Kühlmittels (z. B. Öl) zu und von den Rotoren 3, 4. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sammelt sich das die Rotoren 3, 4 verlassende Kühlmittel im Motorraum 8. Von dort aus wird es über die Leitung 26 dem Wärmetauscher 25 zugeführt. Der vom Lüfter 21 erzeugte Luftstrom nimmt die von der Kühlflüssigkeit in den Rotoren 3, 4 aufgenommene Wärme auf. Die den Wärmetauscher 25 verlassende Flüssigkeit wird über die Leitung 26 dem Raum 10 zugeführt. In im einzelnen nicht dargestellter Weise gelangt sie von dort durch in den Wellen 11, 12 befindliche Bohrungen zu den Rotoren 3, 4, durchströmt dort Kühlkanäle und gelangt durch die Wellen 11, 12 zurück in den Motorraum 8.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, das Kühlsystem so einzustellen, dass etwa die Hälfte der von der Pumpe erzeugten Wärme zunächst von der Kühlflüssigkeit aufgenommen und danach über den Wärmetauscher 25 abgeführt wird und dass die andere Hälfte unmittelbar vom Kühlluftstrom abgeführt wird.
Insgesamt erlauben es die Merkmale nach der Erfindung, die Leistungsdichte einer Schraubenpumpe weiter zu erhöhen. Die Pumpe kann kleiner ausgebildet und mit höheren Oberflächentemperaturen betrieben werden. Das äußere der Luftführung dienende Gehäuse 22 hat außerdem die Funktion eines Berührungsschutzes.

Claims

1. Schraubenvakuumpumpe (1) mit Pumpengehäuse (2, 6), mit in diesem Gehäuse untergebrachten Rotoren (3, 4), mit einer Flüssigkeitskühlung für die Rotoren sowie mit einem Antriebsmotor (9), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine äußere von einer erzwungenen Luftströmung bewirkte Kühlung für das Pumpengehäuse (2, 6) vorgesehen ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung der erzwungenen Luftströmung ein Lüfter (21) vorgesehen ist, der mit dem Antriebsmotor (9) gekoppelt ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lüfter (21), Antriebsmotor (9) und Pumpengehäuse (2) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Pumpengehäuse (2) mit äußeren Rippen ausgerüstet ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und die Rotoren (3, 4) aus Aluminium bestehen.

6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußeres Gehäuse (22) für die Führung der Kühlluft vorgesehen ist.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lüfter (21) auf der Lufteintrittsseite (24) befindet.

8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Lufteintritts (24) ein der Kühlflüssigkeit der Rotorkühlung durchströmter Wärmetauscher (25) angeordnet ist.

9. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wärmetauscher (25) in Kühlluftströmungsrichtung vor dem Lüfter (21) befindet.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem so ausgelegt ist, dass die vom flüssigen Kühlmittel abgeführte Wärmemenge und die direkt vom Luftstrom abgeführte Wärmemenge etwa gleich groß sind.