DE102016211260A1

DE102016211260A1 - Vakuumpumpen-Rotorgehäuse, Vakuumpumpen-Gehäuse sowie Verfahren zur Herstellung eines Vakuumpumpen-Rotorgehäuses

Info

Publication number: DE102016211260A1
Application number: DE102016211260.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dreifert; Dirk Schiller; Roland Müller; Wolfgang Giebmanns
Original assignee: Leybold GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Ein Vakuumpumpen-Rotorgehäuse, das insbesondere für Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Rootspumpen, mehrstufige Rootspumpen oder mehrstufige Klauenpumpen, hergestellt ist, ist erfindungsgemäß als Strangpressprofil hergestellt und weist in Längsrichtung (10) einen konstanten Querschnitt auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumpumpen-Rotorgehäuse, insbesondere für Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Rootspumpen, mehrstufige Rootspumpen oder mehrstufige Klauenpumpen.
Die Herstellung von Vakuumpumpen-Rotorgehäusen erfolgt überwiegend aus Gusseisen. Dies weist den Nachteil auf, dass die Herstellungskosten hoch sind. Ferner ist bei der Bearbeitung der Gehäuse aus Gusseisen der Vorschub niedrig und der Werkzeugverschleiß hoch. Des Weiteren weist Gusseisen eine schlechte Wärmeleitung auf, so dass die erforderliche Kühlung erschwert ist.
Des Weiteren ist es bekannt, Vakuumpumpen-Rotorgehäuse aus Aluminiumguss herzustellen. Dies weist jedoch den Nachteil auf, dass die Inhomogenität des Gusses negative Einflüsse auf die Wärmeausdehnung und auf die Dichtigkeit haben kann. Des Weiteren ist es sowohl bei Gusseisen als auch bei Aluminiumguss erforderlich zur mechanischen Bearbeitung ein großes Aufmaß vorzusehen, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden. Des Weiteren sind die Erstinvestitionen für Gussformen insbesondere für Kokillen- und Druckguss hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vakuumpumpen-Rotor-Gehäuse zu schaffen, bei welchem die Herstellungskosten reduziert werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Vakuumpumpen-Rotorgehäuse, bei dem es sich insbesondere um ein Rotorgehäuse für Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Rootspumpen, mehrstufige Rootspumpen oder mehrstufige Klauenpumpen handelt, ist als Strangpressprofil hergestellt. Das Rotorgehäuse weist in Längsrichtung einen konstanten Querschnitt auf. Die Längsrichtung des Rotorgehäuses entspricht hierbei der Längsrichtung der Rotorachse. Durch anschließende Bearbeitung des im Strangpressverfahren hergestellten Profils können beispielsweise Oberflächen für Anschlüsse etc. hergestellt werden.
Das Herstellen des Rotorgehäuses im Strangpressprofil ist kostengünstiger als die Herstellung von Rotorgehäusen aus Aluminiumguss oder Gusseisen. Des Weiteren ist die Homogenität des Materials verglichen mit Aluminiumguss deutlich höher. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Wärmeabfuhr und zu einer geringeren Beeinträchtigung der Wärmeausdehnung aufgrund von Inhomogenitäten sowie zu einer besonders niedrigen Leckrate bzw. hohen Dichtigkeit. Auch sind die Erstinvestitionen für Strangpressprofile deutlich niedriger als die Erstinvestitionen bei der Herstellung von Rotorgehäusen aus Guss, bei denen Gussformen hergestellt werden müssen.
Besonders bevorzugt ist es, dass das Vakuumpumpen-Rotorgehäuse aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Besonders geeignet ist die Aluminiumlegierung AlSi1MgMn, AlMg0.7Si.
Vorzugsweise sind an der Gehäuseaußenseite in Längsrichtung verlaufende Kühlrippen vorgesehen. Diese sind einstückig mit dem Vakuumpumpen-Rotorgehäuse als Strangpressprofil hergestellt. In bevorzugter Ausführungsform weist das Vakuumpumpen-Rotorgehäuse somit eine Gehäuseinnenwand auf, an deren Außenseite die in Längsrichtung verlaufenden Kühlrippen angeordnet sind. Die Gehäuseinnenwand bildet den Schöpfraum aus, in dem die Rotorelemente der Vakuumpumpe angeordnet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an der Außenseite der Kühlrippen mindestens eine Gehäuseaußenwand vorgesehen. Diese ist mit mindestens zwei Kühlrippen verbunden und insbesondere einstückig ausgebildet. Die mindestens eine Gehäuseaußenwand ist in bevorzugter Ausführungsform ebenfalls einstückig mit dem Vakuumpumpen-Rotorgehäuse als Strangpressprofil ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umgibt die Gehäuseaußenwand zumindest einen Teil der Gehäuseinnenwand. Insbesondere umschließt die Gehäuseaußenwand mindestens die Hälfte, insbesondere zwei Drittel und besonderes bevorzugt vollständig die Gehäuseinnenwand in Umfangsrichtung. Hierdurch sind von der Gehäuseaußenwand, benachbarten Kühlrippen und der Gehäuseinnenwand Kühlkanäle ausgebildet. Durch diese kann zur Kühlung des Rotorgehäuses beispielsweise Luft strömen. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass sich die Gehäuseaußenwand in Längsrichtung zumindest über die Hälfte der Längsrichtung des Rotorgehäuses erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich die Gehäusewand über zwei Drittel und insbesondere vollständig in Längsrichtung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere in der Gehäuseinnenwand mindestens ein sich in Längsrichtung erstreckender Kanal vorgesehen. Dieser wird insbesondere nicht nachträglich hergestellt, sondern wird bereits beim Strangpressen vorgesehen.
Insbesondere die Rotorbohrung oder die Stirnseiten sowie auch andere Funktionsflächen werden vorzugsweise mechanisch, insbesondere durch Bohren, Fräsen, Schleifen etc. bearbeitet. Diese Bearbeitung ist kostengünstiger als bei Aluminiumguss, da beim Strangpressen geringere Aufmaße realisiert werden können.
Des Weiteren ist es bevorzugt Oberflächen des Vakuumpumpen-Rotorgehäuses zu beschichten. Hierbei können Oberflächen der Gehäuseaußenseite aber auch der den Schöpfraum ausbildenden Innenseite beschichtet werden. Insbesondere werden Beschichtungen zur Verringerung des Verschleißes und/oder zur Verringerung der Korrosion vorgesehen. Hierzu sind anodische Beschichtungen, schwefelsaure Beschichtungen oder solche in Kombination mit Phosphor (Phosphorsäure, Schwefel-Phosphor-Säure-Elektrolyte) geeignet. Insbesondere die Rotorbohrung, das heißt die Innenseite der Gehäuseinnenwand, die den Schöpfraum ausbildet, kann mit einer Notlaufbeschichtung versehen sein. Geeignet ist hierzu insbesondere eine Beschichtung auf Basis von PTFE oder Molybdänsulfid.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Vakuumpumpen-Gehäuse, insbesondere ein Gehäuse für Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Rootspumpen, mehrstufige Rootspumpen oder mehrstufige Klauenpumpen. Das erfindungsgemäße Vakuumpumpen-Gehäuse weist ein Vakuumpumpen-Rotorgehäuse wie vorstehend beschrieben auf. Ferner sind an den beiden Stirnseiten des im Strangpressverfahren hergestellten Vakuumpumpen-Rotorgehäuses Gehäusedeckel vorgesehen. Hierbei ist vorgesehen, dass zumindest in einem der Gehäusedeckel eine Lageraufnahme für ein Lager einer Rotorwelle vorgesehen ist. Bei zweiwelligen Vakuumpumpen ist es bevorzugt, dass zumindest in einem der beiden Gehäusedeckel je Welle eine Lageraufnahme, das heißt, zwei Lageraufnahmen vorgesehen sind. Bevorzugt ist es, dass in beiden Gehäusedeckeln jeweils Lageraufnahmen für die Wellen angeordnet sind.
Die Gehäusedeckel können aus Stahl, Gusseisen, Aluminium, Kunststoff oder Kombinationen dieser Werkstoffe hergestellt sein. Besonders bevorzugt ist die Herstellung aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere AlSi7Mg.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Vakuumpumpen-Rotorgehäuses wie es insbesondere vorstehend beschrieben ist durch Strangpressverfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei vorzugsweise vorteilhaft weitergebildet wie vorstehend anhand des Vakuumpumpen-Rotorgehäuses beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Vakuumpumpen-Rotorgehäuses,
2 eine schematische Ansicht der Stirnseite des in 1 dargestellten Vakuumpumpen-Rotorgehäuses und
3 eine schematische Darstellung einer Stirnseite einer weiteren Ausführungsform eines Vakuumpumpen-Rotorgehäuses.
1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines im Strangpressverfahren hergestellten Vakuumpumpen-Rotorgehäuses. Dieses weist in Längsrichtung 10 einen konstanten Querschnitt auf. Bei der Längsrichtung 10 handelt es sich um diejenige Richtung, in der das Strangpressverfahren durchgeführt wird. Das im Strangpressverfahren hergestellte Profil wird sodann nachbearbeitet, um Funktionsflächen und dergleichen herzustellen. Das Vakuumpumpen-Rotorgehäuse ist sehr endformnah im Strangpressverfahren hergestellt.
Insofern ist insbesondere ein den Schöpfraum ausbildender Innenraum 12 bereits im Strangpressprofil sehr endformnah hergestellt. Es erfolgt lediglich noch eine Bearbeitung einer Innenfläche durch Fräsen, Bohren, Schleifen, Honen und der-gleichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Vakuumpumpen-Rotorgehäuse um ein Vakuumpumpen-Rotorgehäuse einer Schraubenpumpe. In den beiden im Querschnitt kreisringförmigen Bereichen des Innenraums 12, die einander überlappen (2) werden in Längsrichtung zwei Schraubenrotoren eingesetzt. Die Längsrichtung verläuft in 2 senkrecht zur Zeichenebene.
Eine Gehäusewand 16 umgibt den Innenraum 12 an einer Gehäuseaußenseite 18 der Gehäusewand 16 sind eine Vielzahl von Kühlrippen 20 angeordnet, die in Längsrichtung 10 verlaufen und in bevorzugter Ausführungsform einstückig mit der Gehäusewand 16 ausgebildet sind. Insbesondere erfolgt das Ausbilden sowohl der Gehäusewand 16 als auch der Kühlrippen 20 als gemeinsames einstückiges Strangpressprofil.
Entsprechend den Kühlrippen 20 sind an der Gehäuseaußenseite 18 im dargestellten Ausführungsbeispiel Standfüße 22 angeordnet, die ebenfalls vorzugsweise einstückig als Strangpressprofil mit dem gesamten Vakuumpumpen-Rotorgehäuse hergestellt sind.
Zusätzlich zu den von dem Innenraum 12 ausgebildeten Rotorbohrungen werden die einander gegenüberliegenden Stirnseiten 24 beispielsweise durch Fräsen, Schleifen und dergleichen bearbeitet. Die Stirnseiten 24 werden zur Montage der Vakuumpumpe mit Gehäusedeckeln verbunden, so dass an den Stirnseiten 24 beispielsweise zum Vorsehen von Dichtelementen, Gewindebohrungen zur Aufnahme von Schrauben, Bohrungen zur Aufnahme von Passstiften und dergleichen vorgesehen sein können.
Des Weiteren kann in der Gehäusewand 16 ein Kanal 26 vorgesehen sein, der sich gegebenenfalls in Längsrichtung 10 erstreckt. Dieser Kanal ist vorzugsweise bereits beim Strangpressen hergestellt, so dass lediglich eine Nachbearbeitung erforderlich ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Kanal zur Zuführung von Purgegas handeln.
Zusätzlich können an der Außenseite 18 der Gehäusewand 16 durch Nachbearbeitung des Strangpressprofils Funktionsflächen wie beispielsweise die Fläche 28 zur Verbindung mit Anbauteilen wie Sensoren, Gaseinlässen, Spülmitteleinlässen und dergleichen vorgesehen sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (3) ist eine Außenseite, bei der es sich um eine äußere Kante der Kühlrippen 20 handelt mit einer Gehäuseaußenwand 30 verbunden. Die Gehäuseaußenwand 30 ist vorzugsweise gemeinsam mit dem Vakuumpumpen-Rotorgehäuse als Strangpressprofil hergestellt. Zwischen der Gehäusewand 16, bei der es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Gehäuseinnenwand handelt und der Gehäuseaußenwand 30 sind somit zwischen benachbarten Kühlrippen 20 Kanäle 32 ausgebildet. Diese können von Kühlluft durchströmt werden. Die Gehäuseaußenwand erstreckt sich in bevorzugter Ausführungsform vollständig in Längsrichtung 10 des Vakuumpumpen-Rotorgehäuses. Ferner erstreckt sich die Gehäuseaußenwand 30 vorzugsweise vollständig um die Gehäuseinnenwand 16 bzw. umgibt diese in Umfangsrichtung vollständig.
Möglich sind auch Kanalgestaltung mit Kühlrippen ohne Kontakt zur Gehäuseaußenwand 30. Es ergeben sich Verbindungen 50. Diese Gestaltung kann fertigungstechnische Vorteile haben und die Temperatur der Gehäuseaußenwand 30 von der Temperatur der Innenwand 16 weitgehend entkoppeln.
Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere unterschiedlich ausgestaltete Pumpengehäuse als Gehäuseabschnitte hintereinander anzuordnen. Hierdurch ist es beispielsweise auf einfache Weise möglich, Gehäuse für Klauenpumpen, Multi-Stage-Roots-Pumpen und dergleichen herzustellen.

Claims

Vakuumpumpen-Rotorgehäuse, insbesondere für Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Rootspumpen, mehrstufige Rootspumpen oder mehrstufige Klauenpumpen, wobei das Vakuumpumpen-Rotorgehäuse als Strangpressprofil hergestellt ist und in Längsrichtung (10) einen konstanten Querschnitt aufweist
Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumpumpen-Rotorgehäuse aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung hergestellt ist.
Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere an einer Gehäuseaußenseite (18) vorgesehene, in Längsrichtung verlaufende Kühlrippen (20) vorgesehen sind, die einstückig mit dem Vakuumpumpen-Rotorgehäuse als Strangpressprofil ausgebildet sind.
Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Außenseiten (28) der Kühlrippen (20) mit einer Gehäuseaußenwand (30) verbunden sind, wobei die Gehäuseaußenwand (30) vorzugsweise einstückig mit dem Vakuumpumpen-Rotorgehäuse als Strangpressenprofil ausgebildet ist.
Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gehäuseaußenwand (30) in Umfangsrichtung des Vakuumpumpen-Rotorgehäuses zumindest über die Hälfte, insbesondere zwei Drittel und besonders bevorzugt vollständig erstreckt.
Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein sich in Längsrichtung (10) insbesondere in einer Gehäuseinnenwand (16) erstreckender Kanal (26) vorgesehen ist, der einstückig mit dem Vakuumpumpen-Rotorgehäuse als Strangpressprofil ausgebildet ist.
Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotorbohrung (12) und/oder Stirnseiten (24) mechanische, insbesondere durch Bohren und/oder Fräsen und/oder Schleifen bearbeitet sind.
Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche insbesondere der Gehäuseaußenseite (18) beschichtet ist, wobei insbesondere eine Beschichtung gegen Verschleiß und/oder Korrosion vorgesehen ist.
Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbohrung eine Notlaufbeschichtung, insbesondere auf Basis von PTFE oder Molybdändisulfid aufweist.
Vakuumpumpen-Gehäuse, insbesondere Schrauben-, Klauen-, Roots-, mehrstufiges Rootspumpen-Gehäuse oder mehrstufiges Klauenpumpen-Gehäuse, mit einem Vakuumpumpen-Rotorgehäuse nach einem der Ansprüche 1–9, und beidseitig an den Stirnseiten (24) des Vakuumpumpen-Rotorgehäuses vorgesehenen Gehäusedeckeln.
Vakuumpumpen-Gehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Gehäusedeckel eine Lageraufnahme für ein Lager einer Rotorwelle aufweist.
Vakuumpumpen-Gehäuse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Gehäusedeckel aus Stahl, Gusseisen, Aluminium, Kunststoff oder Kombinationen dieser Werkstoffe hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Vakuumpumpen-Rotorgehäuses, insbesondere nach einem der Ansprüche 1–9 durch Strangpressverfahren.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem eine Rotorbohrung und/ oder Stirnseiten mechanische, insbesondere durch Schleifen, Fräsen, Bohren und/oder Honen bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem zumindest eine Oberfläche beschichtet wird, wobei insbesondere eine Beschichtung gegen Verschleiß und/ oder Korrosion vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13–15, bei welchem die Rotorbohrung mit einer Notlaufbeschichtung, insbesondere auf Basis von PTFE oder Molybdändisulfid beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13–16, bei welchem das Vakuumpumpen-Rotorgehäuse je nach herzustellendem Pumpentyp abgelängt wird.