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Die
Erfindung betrifft ein Vakuumpumpengehäuse, bei dem es sich insbesondere
um ein aus Grauguss oder Sphäroguss
hergestelltes Gehäuse handelt.
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Vakuumpumpen
weisen in einem durch ein Gehäuse
gebildeten Schöpfraum
Pumpelemente auf. Bei Vakuumpumpen handelt es sich insbesondere
um Schraubenpumpen, ein- und mehrstufige Rootspumpen, Drehschieberpumpen
sowie Klauenpumpen. Zur Erzeugung von Vakuum ist es erforderlich,
dass zwischen den Pumpelementen und der Innenwand des Schöpfraums
ein möglichst
schmaler Spalt realisiert ist. Insofern ist es erforderlich, dass Vakuumpumpen
bei einer möglichst
gleichbleibenden Betriebstemperatur betrieben werden, um Veränderungen
des Spalts aufgrund von unterschiedlichen Temperaturausdehnungen
des Gehäuses
und der Pumpelemente zu vermeiden.
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Es
ist bekannt, Vakuumpumpengehäuse
mit Kühlrippen
zu versehen und die Pumpengehäuse durch
einen Luftstrom zu kühlen.
Ein gleichmäßiges und
gezieltes Kühlen
der Gehäuse
ist hierbei jedoch im Allgemeinen nur durch besondere Maßnahmen,
z. B. Verkleidung mit gezielter Luftführung und externem Lüftersystem
(angetrieben durch eine der Pumpenwellen oder mit separatem Antrieb)
möglich.
Hierbei ist die spezifische Kühlleistung (Wärmestrom
pro Fläche)
gering. Ferner ist das Abführen
der Wärme
in die Umgebung häufig
unerwünscht.
Insbesondere in Reinraumumgebungen muss das Auftreten von Luftströmen möglichst
vermieden werden. Ferner sind Lüfter
unerwünschte
Geräuschquellen.
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Zusätzliche
Nachteile der Luftkühlung
ergeben sich durch die geringere Kühlintensität und der Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen oder Störungen,
wie bereichsweise Zugluft oder Abdeckung.
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Ferner
ist es bekannt, Vakuumpumpengehäuse
durch Wasser bzw. Kühlflüssigkeit
zu kühlen. Um
eine Wasserkühlung
durchführen
zu können, sind
spezielle konstruktive Maßnahmen
erforderlich. Einerseits muss das Wasser, um eine große Kühlwirkung
erzielen zu können,
möglichst
nahe an die zu kühlenden
Bereiche herangeführt
werden. Andererseits kann Wasser aufgrund seiner korrosiven Wirkung
bei den meisten Werkstoffen nicht ohne besondere Schutzmaßnahmen
verwendet werden. Um eine Korrosion zu vermeiden, ist es beispielsweise möglich, korrosionsfreie
Werkstoffe wie Edelstahl oder bestimmte Aluminiumlegierungen zu
verwenden. Derartige Werkstoffe sind jedoch teuer und genügen anderen
bei Vakuumpumpengehäusen
auftretenden Bedingungen wie beispielsweise der Standfestigkeit
gegenüber
hohen Temperaturen von insbesondere mehr als 250°C nicht. Ferner ist es möglich, die
mit dem Wasser in Kontakt kommenden Oberflächen zu lackieren. Die zuverlässige Lackierung
von entsprechenden innerhalb des Gehäuses angeordneten Kanälen ist
jedoch äußerst aufwändig. Es muss
eine Lackierung durch Tauchbäder
oder durch Dreh- bzw. Taumelbewegungen zum Verteilen des flüssigen Lacks
erfolgen. Ferner sind galvanische Oberflächenbehandlungsverfahren wie
Verzinken oder Vernickeln bei Stahl- und Grauguss oder Hartanodisieren
von Aluminium bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch ebenfalls
um sehr aufwändige
Verfahren. Des Weiteren ist das Verwenden von Verzehr-Anoden bekannt,
wobei auch dieses Verfahren aufwändig
ist und insbesondere bei innenliegenden Kühlkanälen beim Auftreten von Korrosion
nicht zuverlässig
vermieden werden kann.
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Anstelle
der Verwendung von Wasser als Kühlmittel
können
auch besondere Kühlflüssigkeiten verwendet
werden. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn es sich um geschlossene
und somit aufwändige
Kühlkreisläufe handelt.
Insbesondere ist es erforderlich, das Kühlmittel durch zusätzlich vorzusehende
Wärmetauscher
zu kühlen.
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Das
Vorsehen von Kühlkanälen in Vakuumpumpengehäusen aus
Guss ist auch durch das nachträgliche
Einbringen der Kanäle
durch spanende Bearbeitung, insbesondere Fräsen und Bohren möglich. Dies
ist äußerst aufwändig, da
zeitintensive zusätzliche
Bearbeitungsschritte erforderlich sind. Auch ist es möglich, Kühlkanäle bereits
beim Gießen
vorzusehen. Hierzu werden Sandkerne vorgesehen. Auch hierbei handelt
es sich um ein aufwändiges
Verfahren und zudem kann das Kühlwasser
für lange
Zeit durch Sandreste verunreinigt werden. Ferner ist das Vorsehen
von eingegossenen sandgeformten Kanälen nur unter starken Einschränkungen
hinsichtlich der Formgebung, des Querschnitts und des Verlaufs möglich, da
die Ausformung mittels Sandkernen erfolgt, die für den Gießprozess eine entsprechende Stabilität aufweisen
müssen.
Das Vorsehen derartiger Kühlkanäle führt somit
zur starken Einschränkung
in der Formgebung und den Betriebsbedingungen wie der Festigkeit,
den zulässigen
Betriebstemperaturen und der Medienverträglichkeit.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Vakuumpumpengehäuse zu schaffen, das insbesondere
aus Grauguss oder Sphäroguss
hergestellt ist und bei dem auf einfache Weise eine Kühlung durch
Kühlflüssigkeit
möglich
ist.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 bzw. 17.
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Das
insbesondere aus Grauguss oder Sphäroguss hergestellte Vakuumpumpengehäuse weist
in seinem Inneren einen Schöpfraum
auf, in dem Pumpelemente angeordnet sind. Der Schöpfraum ist
mit einem Einlass sowie einem Auslass verbunden, wobei durch die
Bewegung, insbesondere Rotation der Pumpelemente am Pumpeneinlass
ein Vakuum erzeugt wird. Hierbei entsteht insbesondere durch die Kompression
des gepumpten Mediums eine Erwärmung
des Vakuumpumpengehäuses.
Zur erfindungsgemäßen Kühlung des
Vakuumpumpengehäuses
mittels einem Kühlfluid
wie Wasser weist das Vakuumpumpengehäuse an einer Gehäuseaußenseite angeordnete
Stege auf. Die Stege sind hierbei vorzugsweise derart angeordnet,
dass durch zwei benachbarte Stege eine im Querschnitt im Wesentlichen
U-förmige
Nut bzw. ein U-förmiger
Kanal ausgebildet ist. Die Stege sind hierbei im Querschnitt vorzugsweise
leicht konisch, so dass ein leichtes Ausformen aus einem Formkasten
möglich
ist. Der Einsatz von Sandkernen ist hierbei nur in Ausnahmefällen, beispielsweise
bei sehr schmal ausgebildeten Stegen erforderlich. Es handelt sich
vorzugsweise jedoch stets um Ausbildungen der Stege ohne Hinterschnitte
und dergleichen, so dass ein einfaches Ausformen möglich ist.
Erfindungsgemäß ist mit
dem Gehäuse
ein Deckelelement verbunden. Das Deckelelement ist erfindungsgemäß derart
ausgebildet, dass es sich über
mindestens zwei Stege erstreckt und somit den durch zwei benachbarte
Stege ausgebildeten U-förmigen
Kanal verschließt.
Durch das Vorsehen des Deckelelements ist somit ein Kühlkanal
ausgebildet. Der Kühlkanal
ist durch zwei einander gegenüberliegende
Seitenwände
benachbarter Stege und einer Innenseite des Deckelelements ausgebildet, wobei
selbstverständlich
eine Verkleidung der Seitenwände
der Stege sowie auch Innenseite des Deckelelements möglich ist.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Kühlkanäle hat insbesondere
den Vorteil, dass diese auch bei Grauguss oder Sphäroguss ausgeführt werden
kann. Insbesondere Vakuumpumpengehäuse werden häufig aus
Grauguss oder Sphäroguss
hergestellt, da diese Gussverfahren sehr gute Formgebungsmöglichkeiten
bieten und die hierdurch hergestellten Gehäuse auch hohen Betriebstemperaturen von
insbesondere über
250°C ausgesetzt
werden können.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Seitenwände
der den Kühlkanal
begrenzenden Stege nicht behandelt. Es handelt sich um unbehandelte
Gussoberflächen. Dies
hat den Vorteil, dass unbehandelte Gussoberflächen einen genügenden Korrosionsschutz
aufweisen. Unbehandelte durch Grau- oder Sphäroguss Gussoberflächen weisen
auch beim Verwenden von Kühlwasser
einen ausreichenden Korrosionsschutz auf. Grauguss und Sphäroguss weist
ferner gegenüber
Edelstahlguss den erheblichen Vorteil auf, dass Edelstahlguss größere Einschränkungen
bei der Formgebung mit sich bringt und ferner kostenintensiver ist.
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Bei
relativ breiten Kühlkanälen, d.
h. bei einem relativ großen
Abstand benachbarter Stege ist der Kühlkanal zusätzlich auch durch einen Abschnitt der
Gehäuseaußenseite
begrenzt. Hierbei handelt es sich um den Abschnitt der Gehäuseaußenseite,
der zwischen den beiden benachbarten Stegteilen angeordnet ist.
In bevorzugter Ausführungsform
ist auch dieser Teil der Kühlkanalbegrenzung
unbehandelt.
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Da
in bevorzugter Ausführungsform
die Innenseite des Deckelelements eben ist, ist es zweckmäßig, dass
die Stegscheitel, d. h. die in Richtung des Deckelelements weisenden
Oberseiten der Stege bearbeitet sind. Hierdurch ist gewährleistet,
dass die Deckelinnenseite an den Stegscheiteln eben anliegt. Vorzugsweise
ist, um ein Abdichten benachbarter Kühlkanal-Abschnitte zu ermöglichen,
zwischen den Stegscheiteln und der Innenseite des Deckelelements
ein Dichtelement vorgesehen. Da eine gewisse Undichtigkeit zwischen
benachbarten Kühlkanal-Abschnitten
jedoch nicht von großem
Nachteil ist, muss eine derartige Dichtung nicht zwingend vorgesehen
sein.
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Ebenso
ist es möglich,
dass das Deckelelement gewölbt
ausgebildet ist und somit insbesondere eine konkave Innenseite aufweist.
Hierdurch ist es möglich,
an einem gekrümmten,
insbesondere konvex ausgebildeten Gehäuseteil nach außen weisende
Stege vorzusehen, wobei die Stege im Wesentlichen radial verlaufen.
Das Deckelelement ist hierbei beispielsweise als Rohrstück ausgebildet
oder aus gewalztem Blech hergestellt. Die an dem Gehäuse vorgesehenen
Stege können
durch entsprechend ausgebildete Entformungskörper gegossen sein. Insbesondere
kann es sich hierbei auch um gedrehte oder zirkular gefräste Stegelemente
handeln. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für Gehäuse mit im Wesentlichen zylindrischem
Querschnitt oder entsprechend konvex gekrümmten Teilbereichen geeignet.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein
flächiges
Dichtelement vorgesehen, das sich vorzugsweise über die gesamte Innenseite
des Deckelelements erstreckt. Dies hat insbesondere den Vorteil,
dass das Dichtelement neben der Dichtfunktion zusätzlich einen
Korrosionsschutz für
die Deckelinnenseite darstellt. Durch das Dichtelement ist ein Kontakt
des Kühlmediums,
insbesondere des Kühlwassers
mit der Innenseite des Deckelelements und somit das Auftreten von
Korrosion an dieser Fläche
vermieden.
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Vorzugsweise
sind die Stegscheitel ebenfalls unbearbeitet und weisen somit üblicherweise
eine konvex gekrümmte
Außenfläche auf.
Dies hat den Vorteil, dass auch am Stegscheitel keine störende Korrosion
auftreten kann. Um dennoch ein Abdichten benachbarter Kühlkanal-Abschnitte
zu gewährleisten,
ist vorzugsweise ein relativ dickes Dichtelement vorgesehen. Das
Dichtelement wird durch den Stegscheitel verformt bzw. zusammengedrückt, so
dass auch eine Dichtung zwischen dem konvexen Stegscheitel und der
ebenen Innenseite des Deckelelements möglich ist. Auch in dieser Ausführungsform ist
vorzugsweise ein flächiges
sich über
die gesamte Innenseite des Deckelelements erstreckendes Dichtelement,
insbesondere eine Flachdichtung vorgesehen.
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Auch
bei bearbeiteten Stegscheiteln ist es vorteilhaft, zumindest im
Bereich der Stegscheitel eine relativ dicke Dichtung vorzusehen,
wobei die Breite der Dichtung breiter als der bearbeitete Bereich
des Stegscheitels ist. Dies hat den Vorteil, dass durch die Montage
die Dichtung zusammengedrückt bzw.
im Bereich des Stegscheitels komprimiert wird und somit seitlich
neben dem Stegscheitel in die Seitenwand der Stege ragt. Hierdurch
ist gewährleistet, dass
das Kühlmittel,
insbesondere das Kühlwasser nicht
mit der bearbeiteten Fläche
des Stegscheitels in Kontakt kommt, so dass das Auftreten von Korrosion vermieden
ist. Auch bei dieser Ausführungsform
ist wiederum ein flächig
ausgebildetes sich vorzugsweise über
die gesamte Innenseite des Deckelelements erstreckendes Dichtelement
bevorzugt.
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Je
nach Qualität
des Gussverfahrens können
Unebenheiten von ca. 1 bis 2 mm auftreten. Da es aus Gründen des
Korrosionsschutzes vorteilhaft ist, den Stegscheitel nicht zu bearbeiten,
wird bei derartigen Unebenheiten vorzugsweise eine Flachdichtung
vorgesehen, die eine Dicke von 3 mm oder mehr aufweist. Das Vorsehen
unbearbeiteter Stegscheitel hat ferner den Vorteil, dass ein Arbeitsschritt
entfällt. Zur
Befestigung des Deckelelements an dem Gehäuse ist es bevorzugt, Befestigungsstege
vorzusehen. Hierzu ist ein Teil der Stege, insbesondere die bezogen
auf ein Deckelelement seitlich außenliegenden Stege als Befestigungsstege
ausgebildet. Die Befestigungsstege sind hierbei derart ausgebildet,
dass sie zur Befestigung des Deckelelements genutzt werden können. Hierzu
weisen die Befestigungsstege insbesondere eine ausreichende Breite
auf, so dass in den Befestigungsstegen Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben
vorgesehen werden können. Vorzugsweise
sind die Stegscheitel der Befestigungsstege bearbeitet, so dass
eine ebene Oberfläche
ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass ein gutes Abdichten
zwischen dem Deckelelement und den Befestigungsstegen, insbesondere
durch Vorsehen einer Flachdichtung möglich ist. Selbstverständlich kann
das Abdichten auch durch Vorsehen von O-Ringen, Dichtpaste oder
anderen Dichtelementen erfolgen. Ein erfindungsgemäß besonderer
Vorteil besteht darin, dass die Deckelelemente abnehmbar ausgebildet
sein können.
Beispielsweise beim Befestigen der Deckelelemente mittels Schrauben
ist es möglich,
durch einfaches Lösen
der Schrauben, die Deckelelemente zu entfernen. Dies hat den Vorteil, dass
die Kühlkanäle beispielsweise
zum Reinigen gut zugänglich
sind. Auch wenn die Kühlkanäle beispielsweise
durch Lacke vor Korrosion geschützt sind,
ist es auf einfache Weise möglich,
durch Abnehmen der Deckelelemente die Lackschicht auszubessern oder
zu erneuern. Sofern Innenseiten der Kühlkanäle bearbeitet und sodann mit
einem Korrosionsschutzmittel wie einem Lack versehen sind, ist die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Kühlkanäle durch
an der Gehäuseaußenseite
des Gehäuses
vorgesehene Stege vorteilhaft, da hierdurch ein einfaches Aufbringen
des Korrosionsschutzmittels, beispielsweise durch Aufsprühen von
Lack möglich
ist.
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Besonders
bevorzugt ist es, dass das Deckelelement als ebenes flächiges Element
ausgebildet ist. Die durch das Deckelelement miteinander verbundenen
Stege sind somit derart ausgebildet, dass die Stegscheitel vorzugsweise
in einer Ebene angeordnet sind.
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In
besonders bevorzugter Ausführungsform sind
mehrere Stege an einer Gehäuseaußenseite derart
angeordnet, dass ein mäanderförmiger Kühlkanal
ausgebildet ist.
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Besonders
bevorzugt ist es, dass die Stege derart angeordnet und ausgebildet
sind, dass die Querschnittsfläche
eines Strömungskanals über die Länge des
Strömungskanals
zumindest im Bereich einer Gehäuseseite
im Wesentlichen konstant ist. Dies hat den Vorteil, dass zumindest
innerhalb eines Bereichs des Strömungskanals
die Strömungsgeschwindigkeit
im Wesentlichen konstant ist. Hierdurch ist eine gleichmäßige Wärmeabfuhr
gewährleistet.
Auch das Auftreten von sogenannten Totwassergebieten ist vermieden.
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Um
eine möglichst
gleichmäßige Querschnittsfläche zu realisieren,
wäre es
möglich,
die Stege derart anzuordnen, dass sie stets einen gleichen Abstand und
die gleiche Höhe
aufweisen. Durch derartig ausgebildete Kanäle ist es jedoch nicht möglich, eine
gute Kühlung
zu gewährleisten, da
die Kühlkanäle stets
möglichst
nahe an den Bereich, in dem die Wärme auftritt, herangeführt werden sollten.
Vorzugsweise weisen benachbarte Stege daher durchaus unterschiedliche
Abstände
zueinander auf. Hierdurch ist es möglich, durch Verringerung des Abstands
der Stege bei gleicher Querschnittsfläche, einen tieferen Strömungskanal
zu realisieren.
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Besonders
bevorzugt insbesondere bei Verwendung schlecht wärmeleitender Werkstoffe (z.
B. wie Grauguss) ist es, dass mehrere Kanalabschnitte eines Kühlkanals
derart ausgebildet sind, dass der Kanalgrund stets im Wesentlichen
den gleichen Abstand zur Wärmequelle
bzw. zu dem Bereich, in dem die Wärme erzeugt wird, aufweist.
Hierbei handelt es sich insbesondere um den Abstand des Kanalgrunds zum
Schöpfraum.
Der Schöpfraum
weist beispielsweise bei einer Schraubenpumpe eine gekrümmte Innenseite
auf. Bei einer Schraubenpumpe besteht der Schöpfraum vereinfacht ausgedrückt aus
zwei sich in Längsrichtung überdeckenden
Kreiszylindern. Insbesondere in dem Übergangsbereich entsteht eine
im Querschnitt nach innen spitz zulaufende Form des Gehäuses, auch
Zwickel genannt. Um auch an diesem Bereich eine gute Kühlung zu
realisieren, ist es besonders bevorzugt, dass der Kanalgrund im
Wesentlichen den gleichen Abstand zur Wärmequelle, d. h. im Wesentlichen
den gleichen Abstand zur Innenseite des Schöpfraums aufweist. Um zusätzlich Kühlkanäle mit im
Wesentlichen konstanten Querschnitt zu realisieren, muss der Abstand benachbarter
Stege zueinander in Verbindung mit der Tiefe des Kanals variiert
werden.
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Zur
weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs
zwischen den zu kühlenden
Wänden
und der Kühlflüssigkeit
ist es bevorzugt eine turbulente Strömung durch entsprechend hohe
Strömungsgeschwindigkeiten
herzustellen. Dies ist insbesondere durch Veränderung der Querschnitte bei
vorzugsweise im Wesentlichen gleichbleibenden Querschnittsflächen und/oder
durch relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit
möglich.
Hierbei sind die Umlenkungen so zu gestalten, dass die Strömung, trotz
der recht hohen Geschwindigkeiten, ohne Bildung von Totwassergebieten
umgelenkt wird.
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Vorzugsweise
sind an mehreren Gehäuseseiten
des Vakuumgehäuses
Kühlkanäle vorgesehen.
Diese sind vorzugsweise mit gesonderten, insbesondere ebenen und
flach ausgebildeten Deckelelementen verschlossen. Diese Kühlkanäle können über auch
gegossene Verbindungskanäle
miteinander verbunden sein. Ebenso ist es möglich, dass es sich um gesonderte
Kühlkanäle handelt,
die jeweils einzeln an Kühlmittelleitungen
angeschlossen sind. Die Verbindungskanäle können im Inneren des Gehäuses angeordnet
sein. Hierbei kann es sich um nach dem Gießen in das Gehäuse eingearbeitete Bohrungen
oder dergleichen handeln. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch
erforderlich sein, die Innenfläche
durch Beschichtung vor Korrosion zu schützen. Bevorzugt ist es daher,
dass die einzelnen Kühlkanäle über Verbindungsleitungen
bzw. Verbindungsrohre miteinander verbunden sind. Hierbei ist es
möglich,
Verbindungsrohre aus korrosionsbeständigem Material zu verwenden.
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Des
Weiteren ist es möglich,
das Deckelelement zumindest teilweise als Verzehranode auszubilden,
um hierdurch einen Korrosionsschutz zu verwirklichen. Hierzu könnte das
Deckelelement zumindest teilweise als verzinktes Blech ausgebildet
sein oder ein verzinktes Blech aufweisen.
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Ferner
ist es möglich,
dass das Deckelelement Zusatzfunktionen aufweist. Beispielsweise kann
das Deckelelement auch als Flansch ausgebildet sein. Hierbei dient
das Deckelelement sodann beispielsweise zusätzlich zur Strömungsführung des Pumpmediums
und/oder Befestigung der Vakuumpumpe. Ebenso kann das Deckelelement
als Lagerflansch ausgebildet sein, so dass das Deckelelement zusätzlich zur
Aufnahme von Lagern dient. Hierbei handelt es sich insbesondere
um die die Pumpelemente lagernden Lagerelemente.
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Bei
einer weiteren unabhängigen
Erfindung weist das Vakuumpumpengehäuse entsprechend der vorstehenden
Erfindung eine Gehäuseaußenseite
auf, an der Stege angeordnet sind. Ferner ist ebenfalls ein Deckelelement
vorgesehen. In dieser Erfindung weist das Deckelelement an der Innenseite
jedoch Deckel-Stege
auf. Diese weisen in Richtung der Außenseite des Gehäuses. Die
mit der Außenseite des
Gehäuses
verbundenen Stege sowie die Deckel-Stege sind derart angeordnet,
dass durch die Gehäuse-Stege
und durch die Deckel-Stege ein Kühlkanal
ausgebildet ist. Hierbei sind in bevorzugter Ausführungsform
die Gehäuse-Stege
und die Deckel-Stege abwechselnd angeordnet, so dass ein mäanderförmiger Kühlkanal
ausgebildet ist, wobei der mäanderförmige Kühlkanal
derart angeordnet ist, dass die Kühlflüssigkeit abwechselnd vom Pumpengehäuse weg
und zum Pumpengehäuse
hin strömt.
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Das
Deckelelement selbst ist im Randbereich gegenüber dem Gehäuse abgedichtet. Dies kann,
wie vorstehend anhand der ersten Erfindung erläutert, durch Vorsehen von Dichtmasse
oder Vorsehen eines O-Rings oder einer flächigen Dichtung erfolgen.
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Vorzugsweise
können
die beiden Erfindungen miteinander kombiniert werden, wobei insbesondere
eine Abdichtung im Randbereich zwischen dem Deckel und dem Gehäuse durch
eine flächige
Dichtung erfolgt, die teilweise komprimiert wird und somit in Seitenflächen ragt.
Hierdurch ist ein Kontakt des Kühlmediums
mit der gegebenenfalls bearbeiteten Fläche am Gehäuse und/oder am Deckelelement
im Bereich der Dichtung vermieden. Ebenso ist es möglich, einen
Teil des Kühlkanals,
wie anhand der ersten Erfindung beschrieben, derart auszubilden,
dass die Gehäuse-Stege
dichtend am Deckel anliegen, wobei ein Stegscheitel bearbeitet oder
unbearbeitet sein kann. Bevorzugt ist es, dass der Deckel ebenfalls durch
Grau- oder Sphäroguss
hergestellt ist und insbesondere die Deckel-Stege eine unbearbeitete Oberfläche aufweisen,
so dass das Vorsehen einer Korrosionsschutzschicht, beispielsweise
einer Schutzlackschicht nicht erforderlich ist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die anliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Vakuumpumpengehäuses,
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2 eine
schematische vergrößerte Ansicht
eines Stegs mit unbearbeitetem Stegscheitel,
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3 eine
schematische Schnittansicht eines Teils eines Vakuumpumpengehäuses einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform,
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4 eine
schematische Draufsicht entlang der Linie IV-IV in 3,
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5 eine
schematische Schnittansicht eines Teils eines Vakuumpumpengehäuses einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform,
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6 eine
schematische Draufsicht entlang der Linie VI-VI in 5,
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7 eine
schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
eines Vakuumpumpengehäuses
einer Schraubenvakuumpumpe,
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8 eine
schematische Teil-Schnittansicht eines zusätzlich als Lagerflansch dienenden
Deckelelements,
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9 eine
schematische Teil-Schnittansicht eines in einem Lagerflansch vorgesehenen
Kontrollkanals,
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10 eine
schematische Teil-Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines
Vakuumpumpengehäuses,
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11 eine
schematische Schnittansicht einer eine unabhängige Erfindung darstellenden
Ausführungsform,
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12 eine
perspektivische Ansicht eines Gehäuseteils wie eines Getriebedeckels,
bei dem die anhand 9 dargestellte Ausführung einer
Erfindung verwirklicht ist und
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13 einen
zur Ausgestaltung der Kühlkanäle auf das
in 10 dargestellte Gehäuse aufsetzbaren Deckel in
perspektivischer Ansicht.
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In
der schematisch dargestellten 1 ist ein
Teil eines Gehäuses 10 im
Schnitt dargestellt. An einer Gehäuseaußenseite sind mehrere Stege 12 sowie
im dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Befestigungsstege 14 angeordnet. Bei dem Gehäuseteil 10 handelt
es sich um ein im Grauguss- oder Sphärogussverfahren hergestelltes
Bauteil. Zwischen benachbarten Stegen 12 sowie auch zwischen
Befestigungsstegen 14 und benachbarten Stegen 12 sind jeweils
Kühlkanäle 16 ausgebildet.
Hierbei erfolgt die Ausbildung der Kühlkanäle 16 durch Vorsehen
eines Deckelelements 18. Bei dem Deckelelement 18 handelt
es sich um ein ebenes flaches Element, das über durch die strichpunktierten
Linien 20 angedeutete Befestigungselemente wie Schrauben
an den Befestigungsstegen 14 fixiert ist. An einer Innenseite 22 des
Deckelelements 18 ist ein ebenes sich über die gesamte Innenseite
erstreckendes Dichtelement 24 vorgesehen.
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Die
einzelnen Kühlkanäle 16 sind
somit durch Seitenwände 26 benachbarter
Stege 12, 14 sowie durch die Innenseite 22 des
Deckelelements 18 begrenzt, wobei gegebenenfalls eine flächige Dichtung 24 vorgesehen
sein kann. Ferner sind die Kühlkanäle, insbesondere
dann, wenn die Stege 12, 14 einen größeren Abstand
zueinander aufweisen, durch einen Abschnitt bzw. eine Teilfläche 28 der
Außenseite
des Gehäuses 10 begrenzt.
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In
der in 1 dargestellten Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind die Seitenwände 26 sowie
die Abschnitte 28 als unbehandelte Gussoberflächen ausgebildet.
Hierdurch ist es nicht erforderlich, die Oberflächen mit einem Korrosionsschutzmittel
wie einem entsprechenden Lack zu versehen, wobei dies zusätzlich erfolgen
kann.
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In 1 sind
die Stegscheitel, d. h. die in Richtung des Deckelelements 18 weisenden
Seiten der Stege 12, 14 bearbeitet, so dass ebene
Flächen 30, 32 entstehen.
Im Bereich der Befestigungselemente 20 ist es bevorzugt,
dass der ebenen Innenseite 22 des Deckelelements 18 eine
ebene Dichtfläche 32 gegenüberliegt.
Durch Bearbeitung der Stegscheitel und somit Ausbildung von ebenen
Dichtflächen 30,
die ebenfalls der ebenen Innenseite 22 des Deckelelements 18 gegenüberliegen,
ist ein gutes Abdichten zwischen benachbarten Abschnitten der Kühlkanäle 16 möglich.
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Da
bei Kontakt des Kühlmittels,
insbesondere des Kühlwassers
mit den bearbeiteten Oberflächen
die Gefahr von Korrosion besteht, ist es bevorzugt, ein flächiges Dichtelement 24 vorzusehen,
das sich über
die gesamte Innenseite 22 des Deckelelements 18 erstreckt.
Hierdurch ist vermieden, dass das Kühlmedium mit der bearbeiteten
Innenseite 22 des Deckelelements in Kontakt kommt. Weiter
ist es bevorzugt, durch Vorsehen eines dicken Dichtelements zu gewährleisten,
dass das Dichtelement durch die bearbeitete Dichtfläche 30 im
Bereich der Stegscheitel zusammengedrückt wird, so dass das Dichtelement 24 zumindest
geringfügig
in die Seitenwände 26 der
Stege ragt. Hierdurch ist vermieden, dass das Kühlmedium mit den bearbeiteten Flächen 30 in
Kontakt kommt. Dies gilt ebenso für Dichtflächen 32 der Befestigungsstege 14.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
(2) sind die Stegscheitel 34 der Stege 12 nicht
bearbeitet. Die Stegscheitel 34 weisen somit eine konvex
gekrümmte
Oberfläche
auf. Um sicherzustellen, dass benachbarte Abschnitte der Kühlkanäle 16 zueinander
abgedichtet sind, ist das Vorsehen einer dicken, insbesondere flächig ausgebildeten
Dichtung 24 ausreichend. Durch Vorsehen eines entsprechend
dicken Dichtelements 24 ist es möglich, dass der Stegscheitel
in das Dichtelement 24 hineingedrückt wird, so dass das Dichtelement 24 im
Bereich des Stegscheitels 34 zusammengepresst ist. Durch
das Vorsehen einer vorzugsweise flächigen und dicken Dichtung,
die insbesondere eine Dicke von 3 mm oder mehr aufweist, ist es
möglich,
Unebenheiten in der Oberfläche
des Gusses im Bereich der Stegscheitel von 1 bis 2 mm auszugleichen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
(3) ist die Innenseite 22 des Deckelelements 18 nicht
mit einer flächigen
Dichtung versehen. Stattdessen ist an einem, bezogen auf das Deckelelement 18, äußeren Befestigungssteg 14 ein
Dichtelement 36 in Form eines O-Rings oder dergleichen
vorgesehen. Ein entsprechendes Dichtelement 36 ist auch
zwischen dem Deckelelement 18 und dem benachbarten Steg 12 angeordnet.
Da die Innenseite der Kanäle 16 auch
in diesem Ausführungsbeispiel
vorzugsweise unbehandelt sind, ist es möglich, zur Vermeidung von Korrosion,
das Deckelelement 18 ganz oder vollständig als Verzehranode auszubilden.
Selbstverständlich
können
die Innenflächen
der Kühlkanäle 18 auch
mit einem Schutzlack versehen werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der nach außen
offenen Kühlkanäle 16 sind
diese auf einfache Weise beispielsweise durch Aufsprühen von
Lack beschichtbar.
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Aus
der in 3 dargestellten Ausführungsform ist ein Teil eines
Schöpfraums 38 mit
zumindest im dargestellten Teil zylindrischer Innenseite 40 sichtbar.
Um ein zuverlässiges
Kühlen
des Schöpfraums bzw.
der den Schöpfraum
begrenzenden Kanalwand zu gewährleisten,
ist es vorteilhaft, dass in die einzelnen Kanalgründe 28 der
Kanäle 16 im
Wesentlichen den selben Abstand zur Wärmequelle, d. h. zur Innenseite 40 des
Schöpfraums
aufweisen.
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Da
es erfindungsgemäß besonders
bevorzugt ist, ein ebenes Deckelelement 18 vorzusehen, weisen
die einzelnen Kanalabschnitte 16, wie insbesondere aus 3 ersichtlich
ist, eine unterschiedliche Tiefe auf. Da es erfindungsgemäß weiter
bevorzugt ist, dass der Querschnitt der Kühlkanäle in den einzelnen Teilabschnitten
im Wesentlichen konstant bleibt, ist es erforderlich, die Breite
der entsprechenden Abschnitte der Kühlkanäle 16 an die Tiefe
anzupassen. Dies hat zur Folge, dass die Breite der Kanäle 16 in
den einzelnen Abschnitten wie beispielsweise aus 4 ersichtlich
ist, ausgebildet ist.
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Die
Strömung
des Kühlfluids
erfolgt hierbei beispielsweise wie durch die Pfeile schematisch
dargestellt. Aus dem in 3 und 4 rechten
Kanalabschnitt 16 strömt
das Kühlmittel
sodann in Richtung eines Pfeils 42 in ein Verbindungsrohr 44. Über das
Verbindungsrohr 44 kann eine externe Kühlmittelzufuhr erfolgen. Bevorzugt
ist es jedoch, dass das Verbindungsrohr 44 die in 3 dargestellten
Abschnitte 16 des Kühlkanals
mit einem entsprechenden Kühlkanal
auf der gegenüberliegenden
Außenseite
des Gehäuses
der Vakuumpumpe verbindet.
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In
einer Nut 46 (4) ist die Dichtung 36 angeordnet.
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Bei
dem in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
verlaufen die Abschnitte 16 der Kühlkanäle in Längsrichtung der Vakuumpumpe, d.
h. senkrecht zur Zeichenebene in 3.
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In
dem in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Abdichtung zwischen dem Deckelelement 18 und
den Befestigungsstegen 14 wiederum durch ein insbesondere
als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 36, das in der Nut 46 angeordnet
ist. Insofern kann das Deckelelement 18 wiederum als Verzehranode
ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Innenseite 22 des
Deckelelements 18 mit einem Korrosionsschutzlack versehen ist.
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In
dem in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um ein Gehäuse einer
Schraubenvakuumpumpe, so dass der Schöpfraum 38 durch zwei
sich schneidende, senkrecht zur Zeichenebene der 5 verlaufende
Kreiszylinder ausgebildet ist. Um einen möglichst gleichmäßigen Temperaturübergang
zwischen dem Schöpfraum 38 und
dem Abschnitt des Kühlkanals 16 zu
erzielen, ist die Stärke
einer Gehäusewand 48 zumindest über große Bereiche
konstant.
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In
dem in 5 dargestellten Bereich des Strömungskanals 16 fließt das Kühlfluid
in Richtung eines Pfeils 50. Das Kühlfluid strömt somit quer zur Längsrichtung
des Schöpfraums.
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Wie
sich aus 5 ergibt, weist der Strömungskanal 16 in
Strömungsrichtung 50 bei
einem ebenen Deckelelement 18 eine unterschiedliche Höhe auf.
Da es erfindungsgemäß bevorzugt
ist, dass die Querschnittsfläche
des Strömungskanals
in Strömungsrichtung
im Wesentlichen konstant bleibt, muss sich die Breite des Strömungskanals
verringern, wenn sich die Tiefe des Strömungskanals erhöht. Daher
ergibt sich in Draufsicht (6) der dargestellte
Verlauf des Strömungskanals
sowie die in der Breite unregelmäßige Ausgestaltung
der Stege 12. Das Fluid strömt hierbei in den Strömungskanälen, wie
durch die Pfeile 50 dargestellt, so dass sich ein mäanderförmiger Strömungskanal
ergibt. In Ausbuchtungen der Stege 12, 14 ist
es möglich,
zum Vorsehen von Befestigungsschrauben, Gewindebohrungen 52 vorzusehen. Über diese
ist ein Befestigen des Deckelelements 18 möglich. In
einem Randbereich bzw. am Anfang des Kühlkanals 16 ist eine Öffnung 54 vorgesehen,
in die im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein als Rohr ausgebildeter Verbindungskanal 44 vorgesehen
ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der rohrförmige
Verbindungskanal 44 über
einen Sicherungsring 56 fixiert. Ferner sind in Nuten 58 O-Ringe
zur Dichtung vorgesehen.
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Um
ein gesamtes Gehäuse
einer Schraubenvakuumpumpe (7) zu kühlen, können um den
Schöpfraum
herum eine Vielzahl von Stegen 12, 14 angeordnet
sein. Hierdurch ist eine Vielzahl von Kanalabschnitten eines gemeinsamen
Kühlkanals 16 ausgebildet.
Die einzelnen Abschnitte der Kühlkanäle, die
wiederum vorzugsweise mäanderförmig verlaufen,
sind über
im Gehäuse
vorgesehene, vorzugsweise gegossene Verbindungskanäle 60 miteinander verbunden.
Die durch die Stege 12, 14 ausgebildeten Kanäle sind
wiederum über
ebene Deckelelemente 18 verschlossen. Diese weisen im dargestellten
Ausführungsbeispiel
zur Dichtung in Nuten 46 angeordnete Dichtelemente 36 auf.
Selbstverständlich
ist es auch bei den vorstehenden Ausführungsformen möglich, ein
flächiges
Dichtelement 24 entsprechend der in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform
vorzusehen.
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Die
einzelnen Deckelelemente 18 müssen nicht wie in 7 dargestellt,
in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sein. Insbesondere
wäre es
in einem Randbereich (beispielsweise in 7, rechts
oben) möglich,
ein weiteres Deckelelement beispielsweise in einem 45°-Winkel anzuordnen,
so dass die Tiefe der Kanäle
in diesem Bereich reduziert werden kann. Dies geht bei einer erfindungsgemäß bevorzugten
Beibehaltung des Strömungsquerschnitts
mit einer Verbreiterung der Kanäle
in diesem Bereich einher. Zudem besteht die Möglichkeit, die beiden außen befindlichen
Gehäuseoberflächen mit gewölbten Schalen
abzudecken, was durchaus auch für
1-Wellen-Maschinen, wie Turbomolekularpumpen, Gasgebläse oder
auch Turboverdichter anwendbar ist (10).
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Ferner
kann in dem Gehäuse
ein weiterer gegebenenfalls nicht durch ein Deckelelement verschlossener
Kanal 62 vorgesehen sein. Bei diesem kann es sich um einen
Abblaskanal handeln, wobei dieser auch durch ein entsprechendes
Deckelelement verschlossen sein kann. Ferner ist es möglich, zusätzlich in
dem Gehäuse
Bohrungen für
die Zufuhr von Spülgas
oder Gasballast, wie aus dem Stand der Technik bekannt, vorzusehen.
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Zur
Vergleichmäßigung der
Kühlung
ist es ferner bevorzugt, dass die Kanäle derart ausgebildet sind,
dass die zu kühlende
Seiten, z. B. oben und unten häufiger
gewechselt werden.
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Die
Anordnung der Kühlkanäle kann
selbstverständlich
auch derart erfolgen, dass nicht nur der Schöpfraum der Vakuumpumpe, sondern
beispielsweise auch Umwegleitungen etc. gekühlt werden.
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Je
nach Verwendung der Vakuumpumpe, insbesondere in Kombination mit
weiteren Vakuumpumpen, kann eine Kühlung entsprechend ausgestaltet
sein. Beispielsweise ist es zweckmäßig, die Druckseite einer Pumpe
stark zu Kühlen,
um eine thermische Überlastung
einer nachgeschalteten Pumpe zu vermeiden. In Folge der Kühlung kann
einer größere Dichte
des gepumpten Gases erzielt und somit bei gleichem Volumenstrom
ein größerer Massenstrom
gefördert
werden. Insofern kann es auch zweckmäßig sein, einzelne Bereiche
einer Pumpe bzw. einer Pumpenanordnung, in denen eine hohe Kompression
stattfindet, stärker
zu kühlen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
(8) dient das Deckelelement 18 einerseits
zum Abschließen
zweier einander gegenüberliegender
Kanäle 16, die
jeweils in einem Gehäuse 10 vorgesehen
sind. Ferner kann in dem Deckelelement 18 eine Verbindungsbohrung 64 zur
Verbindung der beiden Kanäle 16 vorgesehen
sein. Das Deckelelement 18 kann als Flanschverbindung zweier
Gehäuseteile 10 ausgebildet
sein. Ferner kann das Deckelelement 18 derart ausgebildet
sein, dass hierin Lagerelemente, die zur Lagerung von Pumpelementen
dienen, vorgesehen ist.
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Generell
ist es möglich,
dass Befestigungselemente wie Befestigungsschrauben auch durch Kanäle 16 hindurchgeführt sind.
Hierbei ist der Schraubenschaft vorzugsweise von einer abdichtenden
Hülse umgeben.
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Um
zu vermeiden, dass Kühlflüssigkeit
aus den Kühlkanälen beispielsweise
in den Schöpfraum eindringt,
kann es vorteilhaft sein, zusätzlich
zu Dichtelementen wie O-Ringen eine Schutzgasdichtung vorzusehen
(9). Ebenso ist es möglich, einen Kontrollkanal 57 vorzusehen,
um die Zuverlässigkeit der
Dichtung zu überprüfen. Ein
derartiger Kontrollkanal kann beispielsweise zwischen zwei konzentrisch
zueinander angeordneten O-Ringen 36 angeordnet sein. An
dem Kontrollkanal 57 kann z. B. ein statischer Druck gemessen
werden, so dass sobald Undichtigkeiten zum Schöpfraum oder zur Kühlflüssigkeit
auftreten, dieses unmittelbar an der Druckänderung festgestellt werden
kann.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
(10) ist das Gehäuse 10 im Wesentlichen
zylindrisch ausgebildet bzw. weist einen im Wesentlichen zylindrischen
Querschnitt auf. An der Außenseite
des Gehäuses 10 sind
im Wesentlichen radial verlaufende Stege 12 angeordnet.
Entsprechend der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die Scheitel
der Stege 12 mit einem Dichtelement 24 abgedeckt,
so dass einzelne Kanäle 16 ausgebildet
sind. Das Dichtelement 24 ist von einem in dem in 10 dargestellten
Ausführungsbeispiel rohrförmigen Deckelelement 18 umgeben.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die einzelnen Stege 12 entlang eines Viertelkreises
durch jeweils einen Kern gebildet, der entsprechend in radiale Richtung
entformt werden kann. In einem etwas breiter ausgebildeten Kanal 17 ist
ein weiterer Kern angeordnet.
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Nachfolgend
wird anhand der 11 bis 13 die
zweite unabhängige
Erfindung erläutert, die
jedoch auch mit Elementen der ersten Erfindung (1 bis 10)
kombiniert werden kann. Ähnliche und
identische Bauteile sind hierbei mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Das
Gehäuse 10 weist
wie beispielsweise anhand der 1 und 2 beschrieben,
Stege 12 auf, deren Stegscheitel 34 entsprechend 2 als konvexe
unbehandelte Oberfläche
ausgebildet sind. Zwischen den Stegen 12 ist jeweils eine,
vorzugsweise ebenfalls unbehandelte, Außenseite 28 des Gehäuses vorgesehen.
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Ein
Gehäusedeckel 66 unterscheidet
sich dahingehend von dem Gehäusedeckel 18,
dass an einer Innenseite des Gehäusedeckels 66 Deckel-Stege 68 angeordnet
sind, die in Richtung des Pumpengehäuses 10 weisen. Die
Deckel-Stege 68 weisen vorzugsweise ebenfalls eine unbehandelte Oberfläche auf.
In dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Gehäuse-Stege 12 und
die Deckel-Stege 68 abwechselnd angeordnet, so dass ein
mäanderförmiger Kühlkanal 16 ausgebildet
ist. Das Kühlmittel
strömt,
wie beispielsweise durch den Pfeil 70 angedeutet, durch
den Kühlkanal 16,
wobei es abwechselnd von dem Gehäuse 10 weg
und zu dem Gehäuse 10 hin
strömt.
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In
der in 12 und 13 dargestellten Ausführungsform
ist das vorstehend anhand 9 beschriebene
Prinzip bei einem Gehäuseteil 72 wie einem
Getriebedeckel realisiert. Das Gehäuseteil 72 weist eine
umlaufende Außenseite 74 auf,
die sich gegenüber
einem Verbindungsflansch 76 erstreckt. An der Oberseite
ist das Gehäuseteil 72 durch
eine Außenwand 78 verschlossen.
Innerhalb des Gehäuseteils 72 ist
beispielsweise ein Getriebe angeordnet.
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Ein
Deckelelement 66 (13) wird
zur Ausbildung von Kühlkanälen auf
das Gehäuseteil 72 in 10 von
oben aufgesetzt. Im montiertem Zustand liegt somit eine Dichtfläche 80 des
Gehäusedeckels 66 an
einer Dichtfläche 82 des
Gehäuseteils 72 an.
In diesem Bereich ist eine Dichtung vorgesehen. Ferner ist eine
weitere Dichtung an einer Stirnseite 84 des Deckelelements 66 vorgesehen.
Hierbei handelt es sich insbesondere um einen O-Ring, der an einer
Fläche 86 des
Flanschteils 76 anliegt.
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An
der Außenseite 74 sind
Gehäuse-Stege 12 um
den gesamten Umfang des Gehäuseteils 72 angeordnet.
Das Deckelelement 66 weist an der Deckelinnenseite 86 Deckel-Stege 68 auf.
Diese sind in montiertem Zustand zwischen den Gehäuse-Stegen 12 angeordnet,
so dass ein mäanderförmiger Kühlkanal 16 ausgebildet
ist.
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Bei
der in 12 und 13 dargestellten Ausführungsform
ist insbesondere eine Herstellung der Bauteile im Aluminium-Druckguss
vorteilhaft. Hierbei sind O-Ring-Nutendichtflächen und Durchgangsbohrungen
fertiggegossen und können
ohne Nachbearbeitung verwendet werden. Gegebenenfalls kann ein Hartanodisieren
der Oberflächen
erfolgen. Aluminium-Druckguss hat insbesondere den Vorteil, dass
hohe Genauigkeiten erzielt werden können, so dass Nachbearbeitungen üblicherweise
nicht erforderlich sind.