DE19817351A1

DE19817351A1 - Screw spindle vacuum pump with gas cooling

Info

Publication number: DE19817351A1
Application number: DE1998117351
Authority: DE
Inventors: Peter Frieden
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-18
Filing date: 1998-04-18
Publication date: 1999-10-21

Abstract

The pump has in-feed of cooled gas or fresh air through an open or closed gas cycle in the space at the pressure side/outlet side of the rotors. The gas cycle is a gas/gas or gas/liquid heat exchanger and contains a blower to drive the cycle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe, die zum trockenen Verdichten von Gasen eingesetzt werden soll.The invention relates to a screw pump used for dry compression of gases to be used.

Schraubenspindelpumpen wurden bisher üblicherweise als Flüssigkeitspumpen eingesetzt. Sie haben zwei parallel angeordnete zylindrische Rotoren mit schraubenförmig verlaufenden Nuten (Vertiefungen) auf der Zylinderfläche. Die Rotoren greifen ineinander ein, so daß sich zwischen ihnen und der sie umgebenden Gehäusewandung abgeschlossene Arbeitsräume bilden. Bei gegenläufiger Drehung der Rotoren wandern diese Arbeitsräume von der Saugseite zur Druckseite.Screw pumps have traditionally been used as liquid pumps used. They have two cylindrical rotors arranged in parallel helical grooves (depressions) on the cylinder surface. The Rotors mesh with each other, so that between them and the surrounding Form closed work rooms. With counter-rotation the rotors move these working spaces from the suction side to the pressure side.

In letzter Zeit gibt es verstärkte Anstrengungen, dieses Pumpprinzip auch für die Vakuumtechnik nutzbar zu machen, denn es hat sich herausgestellt, daß bei ausreichend hohen Drehzahlen der Verdrängerrotoren extrem hohe Kompressionsverhältnisse realisierbar sind, die bisher für trockenverdichtende Maschinen unerreichbar erschienen. Da im Enddruckbetrieb von Vakuumpumpen der Gasdurchsatz gegen Null geht, erfolgt kein Abtransport der zwangsläufig entstehenden Verdichtungswärme durch das gepumpte Medium, so daß gerade bei Vakuumpumpen den Kühlmechanismen eine besonders wichtige Bedeutung zukommt.Recently there has been an increased effort, this pumping principle also for the Make vacuum technology usable, because it has been found that at sufficiently high speeds of the displacement rotors extremely high Compression ratios are realizable, which were previously for dry compressing Machines appeared out of reach. Since in the final pressure operation of vacuum pumps the gas throughput approaches zero, there is no inevitable removal resulting heat of compression by the pumped medium, so that just The cooling mechanisms are particularly important in vacuum pumps comes to.

Die ausreichende Kühlung der Rotoren ist in diesem Zusammenhang ein besonders schwieriges Problem, da hier die Wärme aus einem schnellrotierenden System innerhalb der Maschine abgeführt werden muß.Adequate cooling of the rotors is essential in this context particularly difficult problem because here the heat from one fast rotating system must be dissipated inside the machine.

In der EP 0 472 933 A2 (Fig. 1) ist eine Schraubenspindel-Vakuumpumpe als Stand der Technik dargestellt, deren Rotoren nur durch Kontakt mit dem gepumpten gasförmigen Medium gekühlt werden.EP 0 472 933 A2 ( FIG. 1) shows a screw spindle vacuum pump as prior art, the rotors of which are cooled only by contact with the pumped gaseous medium.

Besonders vorteilhaft für den Einsatz als Vakuumpumpe ist hier die stehende Anordnung und die fliegende Lagerung der Rotoren. Das Ansaugen geschieht im oberen Teil der Pumpe; also an der Oberkante der Rotoren, das Ausstoßen am unteren Teil der Rotoren und der Auslaß kann an der tiefsten Stelle des Arbeitsraumes angeordnet werden. Durch diese Gestaltung können Verunreinigungen und anfallende Flüssigkeiten von oben nach unten durchgepumpt und problemlos ausgestoßen werden, so daß die Maschine von Natur aus in hohem Maße schmutzunempfindlich ist.The standing one is particularly advantageous for use as a vacuum pump Arrangement and the flying storage of the rotors. The suction takes place in the upper part of the pump; So at the top of the rotors, the ejection at lower part of the rotors and the outlet can be at the lowest point of the Workspace can be arranged. With this design you can Contamination and liquids from top to bottom pumped through and easily ejected so that the machine from Is naturally highly insensitive to dirt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Getrieberaum mit Lagerung, Synchronisationsverzahnung und Antrieb unten, also auslaßseitig angeordnet ist. Aufgrund der fliegenden Lagerung kann der Getrieberaum nur mit der Auslaßseite in Verbindung stehen und es herrscht in ihm Atmosphärendruck, bzw. Auslaßdruck. Im Gegensatz zu Drehschiebervakuumpumpen und Rootsgebläsen ist hier das Aufschäumen und Ausdampfen von Öl in die saugseitigen Arbeitsräume praktisch vollständig ausgeschlossen, da konstruktionsbedingt bereits eine strikte Trennung zwischen dem geförderten Gas und dem Schmiermittel vorliegt. Aufgrund dieser Eigenschaften ist eine solche Pumpe enorm vielseitig einsetzbar, denn einerseits ist sie geradezu prädestiniert für hochreine Vakuumanwendungen, andererseits aber auch hervorragend geeignet für die Förderung aggressiver Gase und für Anwendungen mit hohem Staubanteil, was beides z. B. bei den bisher gebräuchlichen Drehschieber pumpen das Öl in kürzester Zeit zerstören oder verschlammen würde.Another advantage is that the gearbox with storage, Synchronization toothing and drive at the bottom, i.e. arranged on the outlet side is. Due to the flying storage, the gearbox can only be used with the Connect the outlet side and there is atmospheric pressure in it, or outlet pressure. In contrast to rotary vane vacuum pumps and Roots blower is the foaming and evaporation of oil in the suction-side workrooms practically completely excluded, because Due to the design, there is already a strict separation between the gas extracted and the lubricant is present. Because of these properties it is one Pump extremely versatile, because on the one hand it is predestined for high-purity vacuum applications, but also excellent suitable for pumping aggressive gases and for applications with high Proportion of dust, which both z. B. in the previously used rotary valve pumping the oil would destroy or silt up in no time.

Eine signifikante Grenze für die Einsatzmöglichkeiten, aber auch für die erzielbare Leistungsdichte und damit auch für Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit bildet bei dieser ansonsten sehr vorteilhaft konstruierten Maschine das maximale Temperaturniveau im Inneren.A significant limit for the possible uses, but also for the achievable power density and thus also for compactness and economy forms the maximum in this otherwise very advantageously constructed machine Temperature level inside.

Vor allem im Enddruckbetrieb einer Vakuumpumpe, wenn also der Gasdurchsatz gegen Null geht, kann sich das Gas an der atmosphärendruckbeaufschlagten Unterseite der Rotoren in extremer Weise aufheizen. Bei dem prinzipbedingt hohen Drehzahlniveau (über 10.000 Upm) wird das unterhalb der Rotoren stehende Gas mehrere hundertmal pro Sekunde durch die (z. T. sich öffnenden) Spalte in die Arbeitsräume gepresst und anschließend gegen den Atmosphärendruck wieder ausgeschoben. Praktisch die gesamte mechanische Antriebsleistung an den Wellen wird bei dieser sogenannten isochoren Restverdichtung in Reibungswärme umgewandelt und da es immer dieselbe Gasmenge ist, die immer wieder durch dieselben Spalte gepresst wird, sind der theoretischen Temperaturerhöhung des auslaßseitigen Gases zunächst einmal keine Grenzen gesetzt: Einer abgeschlossenen Gasmenge wird ständig Energie in Form von Reibungswärme zugeführt.Especially in the final pressure operation of a vacuum pump, i.e. when the gas throughput goes to zero, the gas can be exposed to atmospheric pressure Heat up the underside of the rotors in an extreme way. In principle high speed level (over 10,000 rpm) that is below the rotors standing gas several hundred times per second through the (partially opening) Column pressed into the workspace and then against the Atmospheric pressure pushed out again. Virtually the entire mechanical Drive power on the shafts is so-called isochoric Residual compression converted into frictional heat and since it is always the same Is the amount of gas that is repeatedly pressed through the same column theoretical temperature increase of the outlet gas first of all there are no limits: a closed amount of gas is always energy supplied in the form of frictional heat.

Der untere Bereich des Verdrängerrotors ist allseitig von diesem erhitzten Gas umgeben und muß daher zunächst einmal zwangsläufig und zumindest im Groben die Temperatur des erhitzen Gases annehmen.The lower area of the displacement rotor is heated by this gas on all sides surrounded and must therefore first of all and at least in Roughly assume the temperature of the heated gas.

Als wichtige Erkenntnis muß an dieser Stelle festgehalten werden, daß sich normalerweise innerhalb einer solchen trockenverdichtenden Schraubenspindel-Vaku umpumpe lokal begrenzte, extreme Temperaturspitzen ausbilden. Diese können zwar in ihrer maschinenbaulichen Wirkung durch entsprechende konstruktive Maßnahmen beherrscht werden, z. B. durch geeignete Materialwahl und Berücksichtigung der Wärmedehnung etc. Es bleiben aber meistens nicht zu beseitigende Einbußen an Funktionssicherheit und an Leistungsfähigkeit. Vor allem aber, wenn chemisch instabile oder besonders reaktionsfähige Gase gefördert werden sollen, kann es zu erheblichen verfahrenstechnischen Problemen kommen.As an important finding, it must be noted at this point that normally within such a dry-compressing screw vacuum Pump around locally limited, extreme temperature peaks. This can indeed in their mechanical engineering effect by appropriate constructive measures are mastered, e.g. B. by suitable choice of materials and taking thermal expansion into account, etc. However, it usually does not remain eliminating losses in functional reliability and performance. In front but especially when chemically unstable or particularly reactive gases To be funded, there can be considerable procedural Problems come up.

Es ist von daher ein durchaus sinnvolles Entwicklungsziel, die naturgemäß auftretenden Temperaturspitzen im auslaßseitigen Rotorbereich durch entsprechende konstruktive Maßnahmen möglichst weitgehend abzubauen.It is therefore a very sensible development goal, which by nature occurring temperature peaks in the outlet-side rotor area to dismantle corresponding constructive measures as far as possible.

Für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ist es wichtig festzuhalten, daß es keinesfalls der Rotor ist, der das Gas aufheizt, sondern daß es umgekehrt das erhitzte Gas ist, welches dem Rotor und im übrigen auch den sonstigen in Kontakt stehenden Maschinenoberflächen seine hohe Temperatur aufzwingen will.For understanding the present invention, it is important to note that it is not the rotor that heats the gas, but the other way around is heated gas, which the rotor and the rest of the in Forcing the machine surface in contact with its high temperature want.

Endsprechend diesem Verständnis gibt es zwei prinzipiell unterschiedliche Ansatzpunkte, um der unkontrollierten Temperaturerhöhung des atmosphärenseitigen Gasvolumens Einhalt zu gebieten und die Temperaturspitzen abzubauen.In line with this understanding, there are two fundamentally different ones Starting points to the uncontrolled temperature increase of the to curb the atmosphere-side gas volume and the Reduce temperature peaks.

Die erste Methode besteht darin, das heiße auslaßseitige Gas dort zu lassen, wo es ist und dies Wärme dort abzuführen, wo sie entsteht, nämlich im unmittelbaren Bereich der Rotorunterkante. The first method is to leave the hot exhaust gas where it is and this is to dissipate heat where it arises, namely in the immediate vicinity Area of the lower edge of the rotor.

Die zweite und erfindungsgemäße Methode basiert darauf, das erhitzte Gas unterhalb der Verdrängerrotoren kontinuierlich zu entfernen und durch kaltes bzw. gekühltes Gas zu ersetzen. Es kommen dafür geschlossene Gaskreisläufe aber auch offene z. B. mit Frischluftzufuhr in Frage.The second and inventive method is based on the heated gas below the displacement rotors continuously and by cold or to replace cooled gas. There are closed gas circuits for this but also open z. B. with fresh air supply in question.

Sicherlich haben beide Methoden ihre Berechtigung, allerdings auch ihre Grenzen, wie im folgenden erläutert werden soll:
Die erste Methode basiert darauf, daß die innere, mit dem heißen Gas in Kontakt stehende Maschinenoberfläche gekühlt wird. So ist z. B. in Fig. 1 das Gehäuse im unteren Rotorbereich mit einem Kühlkanal 1 versehen, der mit Wasser durchströmt wird. Der schlechte innere Wärmeübergangskoeffizient vom Gas an die Gehäusewandung in Verbindung mit einer äußerst kleinen wärmeübertragenden Oberfläche hat zur Folge, daß nur ein verschwindend kleiner Wärmestrom aus der Maschine abgeführt werden kann. Dementsprechend kann die eingebrachte isochore Verdichtungsleistung bzw. die äquivalente mechanische Wellenleistung ebenfalls nur sehr klein sein, denn im stationären Betriebszustand bei Enddruck müssen eingebrachte Leistung und abgeführter Wärmestrom gleich groß sein. Tatsächlich kann diese Maschine nur mit sehr niedrigen Drehzahlen und äußerst unbefriedigenden Leistungsdaten betrieben werden, denn jede Drehzahlanhebung würde automatisch zu einer unzulässigen Temperaturerhöhung im Inneren der Maschine führen. Sowohl die spezifische Saugleistung (Volumenstrom im Verhältnis zur Maschinengröße) als auch das erreichbare Kompressionsverhältnis betragen nur einen Bruchteil dessen, was bei optimaler Ausnutzung möglich wäre.Both methods are certainly justified, but also have their limits, as will be explained in the following:
The first method is based on cooling the internal machine surface in contact with the hot gas. So z. B. in Fig. 1, the housing in the lower rotor area with a cooling channel 1 through which water flows. The poor internal heat transfer coefficient from the gas to the housing wall in connection with an extremely small heat transfer surface has the consequence that only a negligibly small heat flow can be removed from the machine. Accordingly, the isochoric compression power or the equivalent mechanical shaft power introduced can also only be very small, because in the steady-state operating state at final pressure, the power input and the heat flow dissipated must be of the same size. In fact, this machine can only be operated at very low speeds and extremely unsatisfactory performance data, because any increase in speed would automatically lead to an impermissible temperature increase inside the machine. Both the specific suction power (volume flow in relation to the machine size) and the achievable compression ratio are only a fraction of what would be possible with optimal utilization.

Unter den verschiedenen Möglichkeiten der ersten Methode, diesen Mißstand zu verbessern, ist die Rotorkühlung durch Einspritzen eines Kühlmittels in Verbindung mit der bereits bekannten Gehäusekühlung wohl die konsequenteste, denn es kann hier immerhin annähernd erreicht werden, daß sämtliche Maschinenoberflächen, die mit dem heißen Gas in Berührung kommen, bis annähernd auf Umgebungstemperatur herabgekühlt werden. Im besten Fall ist dadurch etwa eine Verdreifachung der wärmeübertragenden Oberfläche gegenüber einer reinen Gehäusekühlung möglich, aber das grundsätzliche Problem bleibt dennoch nach wie vor bestehen: Wenn die maximal zur Verfügung stehende Wärmeübertragungsfläche um eine ganze Größenordnung zu klein ist; dann hat selbst eine Verdreifachung nur eine begrenzte und unzureichende Wirkung. Das ursächliche Problem dieses Maschinentyps besteht in der extremen Wärmeentwicklung innerhalb eines räumlich eng begrenzten Bereichs in Verbindung mit den sehr niedrigen Wärmeleitungs- und Wärmeübergangskoeffizienten von Gasen. Betrachtet man nämlich nicht die Bauteiltemperaturen, sondern die maximal auftretenden Gastemperaturen als das maßgebliche Auslegungskriterium (z. B. für das Fördern von reaktiven Gasen), so wird einem schnell klar, daß sich selbst mit noch so ausgefeilten Kühlmechanismen nach der ersten Methode nur relative und letztlich unbefriedigende Erfolge erzielen lassen.Among the various possibilities of the first method, this grievance too improve, is the rotor cooling by injecting a coolant in Connection with the already known case cooling most consistent, because it can at least be achieved here that all machine surfaces that come into contact with the hot gas, be cooled down to approximately ambient temperature. In the best case is a tripling of the heat transfer surface compared to pure housing cooling possible, but the basic one The problem still remains: If the maximum to Available heat transfer area by a whole order of magnitude is too small; then even a tripling has only a limited and insufficient effect. The causal problem of this type of machine is in the extreme heat development within a spatially limited Area in connection with the very low heat conduction and Heat transfer coefficients of gases. If you don't look at that Component temperatures, but the maximum occurring gas temperatures as the relevant design criterion (e.g. for the promotion of reactive Gases), it quickly becomes clear that even with the most sophisticated Cooling mechanisms according to the first method only relative and ultimately unsatisfactory results.

Vor allem im Bereich der Halbleiterfertigung scheiterte bislang der Einsatz dieser ansonsten hervorragend geeigneten Maschinen an zu hohen Gastemperaturen.The use of these has so far failed, particularly in the field of semiconductor production otherwise excellently suitable machines at too high gas temperatures.

Um hier zu befriedigenden Ergebnissen zu kommen, muß sich das Augenmerk daher zwangsläufig auf die zweite Methode richten.To get satisfactory results here, attention must be paid therefore inevitably focus on the second method.

Das einzige bisher bekannte Verfahren, das direkt auf die Gastemperatur einwirkt, ist die sogenannte Voreinlaßkühlung. Dabei wird ein genau dosierter Gasstrom in die noch abgeschlossenen Arbeitsräume injiziert und je nach Größe des Massenstromes im Verhältnis zur eingebrachten Verdichtungsleistung stellt sich eine Temperaturabsenkung ein. Im einfachsten Fall kann Voreinlaßkühlung durch eine kalibrierte Bohrung in der Gehäusewand an genau vorgegebener Stelle realisiert werden (siehe 15 in Fig. 3). Neben dieser offenen Frischluftzufuhr sind selbstverständlich auch geschlossene Kreisläufe mit Wärmetauscher (16 in Fig. 3) möglich.The only known method that has a direct effect on the gas temperature is the so-called pre-inlet cooling. A precisely metered gas flow is injected into the still closed work rooms and, depending on the size of the mass flow in relation to the compression performance, a temperature drop occurs. In the simplest case, pre-inlet cooling can be achieved by a calibrated hole in the housing wall at a precisely specified point (see 15 in Fig. 3). In addition to this open fresh air supply, closed circuits with a heat exchanger ( 16 in FIG. 3) are of course also possible.

Dieser genial einfache Kühlmechanismus hat leider auch seinen Pferdefuß: Sobald man nennenswerte Gasmengen zuführt, um einen nennenswerten Kühleffekt zu erzielen, hat man auch eine nennenswerte Verschlechterung des Kompressionsverhältnisses hinzunehmen. Der Volumenstrom des zugeführten Voreinlaßgases kann im Enddruckbetrieb theoretisch bis auf maximal 100 % der auslaßseitigen Förderkapazität gesteigert werden. Dann ist aber der unterhalb der Gaszuführung liegende Verdrängerabschnitt praktisch kurzgeschlossen und bildet für das Kompressionsverhältnis keinen Beitrag mehr.Unfortunately, this ingeniously simple cooling mechanism also has its horse's foot: As soon as you add significant amounts of gas to a significant amount To achieve cooling effect, you also have a significant deterioration in Accept compression ratio. The volume flow of the supplied Pre-inlet gas can theoretically up to a maximum of 100% of the final pressure discharge capacity can be increased. But then it's the one below the displacer section lying practically short-circuited and no longer makes a contribution to the compression ratio.

Die erfindungsgemäße Lösung zur Begrenzung der Gastemperaturen besteht darin, einen Kühlmechanismus zu entwickeln, der in seiner Leistungsfähigkeit beliebig erweiterbar ist und der keine nachteiligen Auswirkungen auf das Kompressionsverhalten der Maschine haben soll.The solution according to the invention for limiting the gas temperatures exists in developing a cooling mechanism that is powerful in its performance is freely expandable and has no adverse effects on the Should have compression behavior of the machine.

Im erfindungsmäßig einfachsten Fall wird das Gasvolumen unterhalb der Rotoren durch Einblasen von Frischluft ständig erneuert, wobei die Verdichtungswärme mit der Abluft abtransportiert wird. Analog zu Voreinlaßkühlung kann natürlich auch ein geschlossener Kreislauf mit Gebläse (17 in Fig. 3) und Wärmetauscher (18) realisiert werden. Der erfindungsgemäße Vorsprung dieser Lösung gegenüber allen bisher bekannten Verfahren besteht darin, daß die erzielbare Kühlleistung von der Größe der Maschine praktisch völlig unabhängig geworden ist: D. h. man kann sowohl den umgewälzten Volumenstrom als auch die Wärmetauscheroberfläche fast beliebig vergrößern und auf diese Weise als unteren Grenzwert erzwingen, daß die Gastemperatur unterhalb der Rotoren annähernd auf Raumtemperaturniveau gebracht wird.In the simplest case according to the invention, the gas volume below the rotors is constantly renewed by blowing in fresh air, the heat of compression being removed with the exhaust air. Analogous to pre-inlet cooling, a closed circuit with a fan ( 17 in FIG. 3) and heat exchanger ( 18 ) can of course also be implemented. The advantage of this solution according to the invention over all previously known methods is that the achievable cooling capacity has become practically completely independent of the size of the machine: i.e. you can increase both the circulated volume flow and the heat exchanger surface almost arbitrarily and in this way force the lower limit that the gas temperature below the rotors is brought close to room temperature.

Vor allem bei energiesparenden Vakuumpumpen mit einem hohen inneren Verdichtungsverhältnis (wie in Fig. 3 dargestellt) - und einem entsprechend kleinen druckseitigen Fördervolumen - kann diese Art von Kühlkreislauf ihren Vorteil voll entfalten denn die umgewälzte Gasmenge kann hier durchaus ein Mehrfaches dessen betragen, was bei einer vergleichbaren Voreinlaßkühlung möglich wäre. Da die erzielbare Kühlleistung in direktem Zusammenhang mit der umgewälzten Gasmenge steht; kann die erfindungsgemäße Kühlung ein mehrfaches dessen leisten, was nach allen bisher bekannten Verfahren möglich war.Especially with energy-saving vacuum pumps with a high internal compression ratio (as shown in Fig. 3) - and a correspondingly small delivery volume - this type of cooling circuit can fully develop its advantage because the circulated gas volume can be a multiple of what is at a comparable pre-inlet cooling would be possible. Since the achievable cooling capacity is directly related to the amount of gas circulated; the cooling according to the invention can achieve a multiple of what was possible by all previously known methods.

In Fig. 2 ist der Ausschnitt einer Ausführungsform mit erfindungsgemäßer Frischluftzufuhr dargestellt. Selbstverständlich ist es vor allem bei kleineren Maschinen sinnvoll, die schnelle Drehbewegung der Verdrängerrotoren 2 und 3 zur Förderung des Frischluftstromes auszunutzen. Die Frischluft tritt hier an vier seitlichen Schlitzen 4 in den Ringraum ein, der durch den Lagersockel 5 und die Bundhülse 6 gebildet wird. Am oberen Ende des Ringraumes wird die Luft über Austrittsbohrungen 7 in die Spiralgänge 8 geleitet, in denen der Druckaufbau und die Weiterleitung in den Raum unterhalb der Rotoren erfolgt. Vorteilhaft an dieser Konstruktion mit Bundhülse sind die relativ großen Strömungsquerschnitte in der Frischluftführung sowie die Innenkühlung der Verdrängerrotoren im unteren Drittel durch Anblasen mit kalter Frischluft. Der Wärmeübergang vom Rotor an die Kühlluft sowie die Förderwirkung kann durch Längsnuten 9 oder Spiralnuten 10 in den Rotoraussparungen weiter verbessert werden.In Fig. 2 of the section of an embodiment is shown with an inventive supply of fresh air. Of course, it makes sense, especially in the case of smaller machines, to use the rapid rotary movement of the displacement rotors 2 and 3 to promote the fresh air flow. The fresh air enters four annular slots 4 in the annular space, which is formed by the bearing base 5 and the collar sleeve 6 . At the upper end of the annular space, the air is conducted via outlet bores 7 into the spiral passages 8 , in which the pressure build-up and the transmission into the space below the rotors takes place. The relatively large flow cross-sections in the fresh air duct and the internal cooling of the displacement rotors in the lower third by blowing with cold fresh air are advantageous in this design with a collar sleeve. The heat transfer from the rotor to the cooling air and the conveying effect can be further improved by longitudinal grooves 9 or spiral grooves 10 in the rotor recesses.

Da es sich um eine Maschine mit konstantem Rotordurchmesser handelt, die auf maximales Hubvolumen ausgelegt ist, wurde hier aus Platzgründen ein ölgeschmiertes Gleitlager vorgesehen. Die Lagerbuchse 11 ist von oben in den Lagersockel 5 eingepresst und hat an ihrem oberen Ende ein eng an der Welle anliegendes, aber berührungsfreies Fördergewinde, durch welches eventuell aufsteigendes Öl über Abflußnuten 13 zurückgefördert wird. Der Arbeitsraum der Pumpe ist damit wirkungsvoll gegenüber dem Getrieberaum abgedichtet.Since it is a machine with a constant rotor diameter that is designed for maximum stroke volume, an oil-lubricated plain bearing was provided for reasons of space. The bearing bush 11 is pressed into the bearing base 5 from above and has at its upper end a tightly fitting, but contact-free conveying thread, by which possibly rising oil is conveyed back via drain grooves 13 . The pump's working area is thus effectively sealed off from the gearbox area.

Selbstverständlich ist es darüberhinaus sinnvoll, den Wärmeübergang vom Gas an das Außengehäuse zur Wärmeabfuhr mit auszunutzen und zu diesem Zweck ist das Gehäuse von außen reichlich mit Kühlrippen 14 versehen.Of course, it also makes sense to take advantage of the heat transfer from the gas to the outer housing for heat dissipation and for this purpose the housing is provided with cooling fins 14 from the outside.

Bei kugelgelagerten Maschinen wie in Fig. 3 mit gestuftem aber auch mit ungestuftem Verdrängerrotor kann die Luftführung in ähnlicher Weise ausgeführt werden.In the case of machines with ball bearings, as in FIG. 3, with a stepped but also with a non-stepped displacement rotor, the air guidance can be carried out in a similar manner.

In Fig. 4 und 5 ist eine weitere Variante gezeigt, bei der die Rotorunterkante mit Schaufeln 19 bestückt ist und dadurch die Funktion eines Radiallüfters übernimmt. Neben einem weiter verbesserten Wärmeübergang vom Rotor an die Kühlluft sorgt das hohe Drehzahlniveau für kräftigen Druckaufbau und hohe Förderleistung. In diesem Beispiel ist die erfindungsmäßige Gaskühlung als geschlossener Kreislauf mit angeflanschtem Gas/Gas-Wärmetauscher dargestellt.In Figs. 4 and 5 is shown a further variant in which the rotor bottom is equipped with blades 19 and thereby assumes the function of a radial fan. In addition to a further improved heat transfer from the rotor to the cooling air, the high speed level ensures strong pressure build-up and high delivery capacity. In this example, the gas cooling system according to the invention is shown as a closed circuit with a flanged gas / gas heat exchanger.

Ein 8-förmiges Trennblech 20 liegt mit engem Spalt an der Unterkante der Lüfterschaufeln 19 an und unterteilt den Raum unterhalb der Rotoren in den Bereich unterhalb des Bleches, in dem die Einströmöffnung 21 liegt und den Raum oberhalb mit den Ausströmöffnungen 22. Wegen der Druckdifferenz, die in dem Radiallüfter aufgebaut wird, ist der Druck im oberen Raum höher als im unteren und dies ist die treibende Kraft für die Durchströmung des angeflanschten und hier nur schematisiert dargestellten Wärmetauschers 23.An 8-shaped separating plate 20 lies with a narrow gap on the lower edge of the fan blades 19 and divides the space below the rotors into the area below the plate in which the inflow opening 21 lies and the space above with the outflow openings 22 . Because of the pressure difference that is built up in the radial fan, the pressure in the upper room is higher than in the lower one and this is the driving force for the flow through the flanged-on heat exchanger 23, which is only shown schematically here.

Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 angedeuteten Stufenschnitt, allerdings aus Darstellungsgründen gespiegelt. Der Wärmetauscher 23 ist grob schematisiert und nur eindimensional dargestellt. In Wirklichkeit kann die volle Bauhöhe bzw. Baulänge der Maschine zur Maximierung des Wärmetauschervolumens herangezogen werden. Damit kann auch die von dem erhitzten Gas benetzte Oberfläche, die der Wärmeübertragung zur Verfügung steht, ohne weiteres auf ein 10- bis 100 faches der ursprünglich vorhandenen (8-förmigen Zylindermantelfläche des Auslaßbereichs innerhalb der Maschine) erweitert werden. FIG. 5 shows the step cut indicated in FIG. 4, but mirrored for reasons of illustration. The heat exchanger 23 is roughly schematized and only shown in one dimension. In reality, the full height or length of the machine can be used to maximize the heat exchanger volume. This means that the surface wetted by the heated gas, which is available for heat transfer, can easily be expanded to 10 to 100 times the original (8-shaped cylindrical surface of the outlet area inside the machine).

Wegen der zahlreichen Umlenkungen und zusätzlichen Volumina drängt es sich natürlich auf, dem Wärmetauscher gleichzeitig auch die Funktion des Schalldämpfers zu übertragen. Der Raum unterhalb der Verdränger ist wegen der heftigen Gaspulsationen extrem laut und sollte von der Umgebung möglichst gut abgeschirmt werden. Es empfiehlt sich daher in diesem Fall, den Auspuff in den Wärmetauscher einzubauen mit möglichst langen Strömungswegen zwischen dem Auspuff und den Ein- und Ausströmöffnungen. Wegen der Ableitung von Schmutz und Kondensat sollte der Auspuff zudem an der geodätisch tiefsten Stelle angebracht sein.Because of the numerous diversions and additional volumes, it is crowded course, the heat exchanger also the function of the Transfer silencer. The space below the displacer is due The violent gas pulsations are extremely loud and should be as possible from the environment be well shielded. In this case it is therefore recommended to put the exhaust in to install the heat exchanger with the longest possible flow paths between the exhaust and the inlet and outlet openings. Because of the The exhaust should also drain off dirt and condensate geodetically lowest point.

Diese Schalldämpfungsmaßnahme kann durch Einbau eines nur gering gewichts- oder federbelasteten Rückschlagventils wirkungsvoll unterstützt werden. Dieses Ventil sollte in unmittelbarer Nähe des Auspuffflansches angebracht sein und nur soviel Querschnitt freigeben, wie das von der Vakuumpumpe geförderte und nicht das im geschlossenen Umlauf befindliche Gas zum Abströmen benötigt. Bei geschlossenen Gaskreisläufen darf das Ventil daher nicht im Strömungsweg des Kühlkreislaufs liegen, sonder darf nur den durch die Funktion der Vakuumpumpe erzeugten Überdruck abbauen und die Überschußmenge in die Abgasleitung entlassen.This soundproofing measure can be done by installing a low weight or spring-loaded check valve are effectively supported. This Valve should be placed in the immediate vicinity of the exhaust flange and only release as much cross-section as that delivered by the vacuum pump the gas in the closed circulation is not required for outflow. With closed gas circuits, the valve must therefore not be in the flow path of the cooling circuit, but only the function of the Reduce the vacuum pump generated excess pressure and the excess amount in the Release exhaust pipe.

Bei offenen Kreisläufen ist ein Wärmetauscher in aller Regel überflüssig, denn die Abwärme der Maschine entweicht mit dem Auspuffgas. Umso wichtiger kann es sein, auch in diesen Fällen für ausreichende Geräuschdämpfung zu sorgen. In Fig. 3 ist ein Kombiventil vorgesehen, welchen mit seiner oberen Ventilzunge als Überdruckventil bei hohen Ansaugdrücken fungiert und dessen untere Zunge nur der Geräuschdämpfung bei niedrigen Ansaugdrücken dient. Bei einer solchen Anordnung in Verbindung mit einem offenen Gas-Kühlkreislauf läßt es sich nicht vermeiden, daß sich der Kühlluftstrom mit dem durch die Vakuumpumpe geförderten Gasstrom addiert und folglich muß hier die Gesamtmenge das Ventil passieren. Bei der Auslegung eines Gebläses für offene Kreisläufe müssen daher die zusätzlichen Druckverluste durch Schalldämpfungsmaßnahmen mit berücksichtigt werden.With open circuits, a heat exchanger is usually superfluous, because the waste heat from the machine escapes with the exhaust gas. It can be all the more important to ensure adequate noise reduction in these cases as well. In Fig. 3, a combination valve is provided, which acts with its upper valve tongue as a pressure relief valve at high intake pressures and whose lower tongue only serves to dampen noise at low intake pressures. With such an arrangement in connection with an open gas cooling circuit it cannot be avoided that the cooling air flow is added to the gas flow conveyed by the vacuum pump and consequently the total quantity has to pass the valve here. When designing a blower for open circuits, the additional pressure losses due to noise reduction measures must therefore also be taken into account.

Neben den hier ausgeführten Beispielen kann es selbstverständlich sinnvoll sein, die in dieser Schrift erwähnten Kühlmechanismen und auch verschiedene konstruktive Lösungen untereinander zu kombinieren.In addition to the examples given here, it can of course make sense be, the cooling mechanisms mentioned in this document and also various to combine constructive solutions with each other.

So kann es z. B. durchaus sinnvoll sein, die eingangs erwähnte Voreinlaßkühlung mit einem der erfindungsgemäßen Kühlmechanismen zu kombinieren. Neben einer Verbesserung der Kühlwirkung hat der Voreinlaß nämlich auch noch den angenehmen Nebeneffekt, daß die druckseitigen Gaspulsationen in ihrer Amplitude verringert werden und dadurch die Geräuschentstehung an ihrer Quelle bekämpft wird.So it can e.g. B. be quite useful, the pre-inlet cooling mentioned to combine with one of the cooling mechanisms according to the invention. Next an improvement in the cooling effect, the pre-inlet also has the pleasant side effect that the pressure-side gas pulsations in their Amplitude can be reduced and thereby the noise on their Source is being fought.

Weiterhin soll die Möglichkeit erwähnt werden, die in Fig. 2 dargestellte Frischluftkühlung durch Ergänzung mit einem Wärmetauscher in einen geschlossenen Kreislauf zu verwandeln, denn vor allem in der Chemie sind offene Kreisläufe häufig unerwünscht
Zur Verbesserung des Druckaufbaus und zur Erhöhung des Volumenstromes kann es in Fig. 2 außerdem noch sinnvoll sein, auch hier die Unterkanten der Rotoren mit Radialschaufeln zu versehen. In diesem Fall steht dann der gesamte Raum unterhalb der Rotoren unter Druck; wobei das Trennblech 20 aus Fig. 4 sich erübrigt. Selbstverständlich sollte auch hier über eine Optimierung der Schaufelgeometrie gesprochen werden: Um bei den sehr hohen Umfangs geschwindigkeiten unnötige Reibungsverluste zu ersparen, ist sicherlich eine Schrägstellung und Profilierung der Schaufeln sinnvoll.Furthermore, the possibility should be mentioned of converting the fresh air cooling shown in FIG. 2 into a closed circuit by adding a heat exchanger, because open circuits are often undesirable, especially in chemistry
To improve the pressure build-up and to increase the volume flow, it can also be useful in FIG. 2 to provide the lower edges of the rotors with radial blades. In this case, the entire space below the rotors is under pressure; the separating plate 20 from FIG. 4 being unnecessary. Of course, optimization of the blade geometry should also be discussed here: In order to save unnecessary friction losses at the very high circumferential speeds, it is certainly sensible to tilt and profile the blades.

Bei großen Maschinen oder in besonderen Anwendungsfällen kann sich die Verwendung eines separaten Lüfters 17, wie in Fig. 3 angedeutet als die beste Lösung herausstellen. Auch der Einbau eines Gas/Wasser- anstatt eines Gas/Gas-Wärmetauschers kann vor allem bei großen Einheiten, bei denen ja immer große Energieströme abzuführen sind, Sinn machen.In the case of large machines or in special applications, the use of a separate fan 17 , as indicated in FIG. 3, can be the best solution. The installation of a gas / water heat exchanger instead of a gas / gas heat exchanger can also make sense, especially in large units, where large amounts of energy always have to be dissipated.

Als letztes sollen noch die Möglichkeiten angesprochen werden, das Temperaturniveau innerhalb der Maschinen zu regeln, d. h. die Maschine zu temperieren bzw. zu termostatisieren, denn nicht immer ist die tiefstmöglich erreichbare Temperatur in einem chemischen Prozess auch die optimale.Finally, the possibilities should be addressed, that Regulate the temperature level within the machines, d. H. the machine too tempering or thermostatting, because it is not always as deep as possible achievable temperature in a chemical process also the optimal.

Bei einem nicht integrierten Kreislauf nach Fig. 3 kann auf der Primärseite durch Drehzahlregulierung des Lüfters 17 oder durch Mengenregulierung im Sekundärkreis des Wärmetauschers 18 (Regulierung der Luft- bzw. Wassermenge) eingegriffen werden.In a non-integrated circuit according to Fig. 3 of the fan 17 or by flow regulation in the secondary circuit of the heat exchanger 18 (regulation of the amount of air or water) can be engaged on the primary side by speed regulation.

Bei den integrierten Lösungen nach Fig. 2 und Fig. 4/5 gibt es die Möglichkeit, den umgewälzten Gaststrom und damit auch die Kühlwirkung durch Drosselorgane (z. B. Drosselklappe) zu regeln. Neben diesem Regeleingriff auf der Primärseite ist auch hier eine Beeinflussung der Sekundärseite denkbar. In diesem Fall handelt es sich dann um den Kühlluftstrom, mit dem die Verrippungen von Maschine und Wärmetauscher angeblasen werden. In der Mehrzahl der Fälle wird dieser Kühlluftstrom wohl durch ein Gebläse erzeugt und folglich kann er durch Intervallbetrieb oder Drehzahlreglung des Gebläses beeinflußt werden.For integrated solutions according to Fig. 2 and Fig. 4/5, there is the possibility of the recirculating current guest and thus also the cooling effect caused by dampers (z. B. throttle valve) to regulate. In addition to this control intervention on the primary side, an influence on the secondary side is also conceivable here. In this case, it is the cooling air flow with which the ribs on the machine and the heat exchanger are blown. In the majority of cases, this cooling air flow is probably generated by a blower and consequently it can be influenced by interval operation or speed control of the blower.

Claims

1.Vacuum pump in a standing or lying arrangement with two parallel axes and screw-shaped displacement rotors, which are mechanically synchronized with gearwheels or electronically in a 1: 1 ratio and whose outlet-side displacement is smaller than that on the suction side and which are housed in a housing on the suction side The displacement rotors have a suction port and at least one outlet opening on the pressure side, characterized in that constantly cooled gas or fresh air is fed into the space adjacent to the pressure side / outlet side of the rotors through an open or closed gas circuit.

2. Vacuum pump according to claim 1, characterized in that the gas circuit is a gas / gas or a gas / liquid heat exchanger and includes a blower to drive the circuit.

3. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that by appropriate design of the displacement rotors themselves Take over the drive of the gas circuit and thus the function of a blower To run.

4. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that preferably aerodynamic on the pressure side of the displacement rotors shaped fan blades are attached.

5. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the supply of the cooling gas through the protruding into the displacement rotors Bearing base takes place and thus an internal cooling of the rotors is realized.

6. Vacuum pump according to claim 5, characterized in that the heat transfer from the rotor to the gas and the conveying effect through straight or spiral ribs or grooves that are improved on the inside of the displacement rotor are attached.

7. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the bearings inside the rotors as oil-lubricated plain bearings or Oil-lubricated ball bearings are designed in addition to these bearings mechanical synchronization teeth with an oil circuit cooled and is lubricated and that the necessary oil pressure from an oil pump is applied.

8. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that all bearings are designed as grease-lubricated ball bearings and that the Rotors are electronically synchronized, which is why each rotor has one own drive motor, frequency converter and corresponding control disposes.

9. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the machine via a specially adapted and directly screwed on Has heat exchanger.

10. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust is located at the geodetically lowest point of the heat exchanger and is soundproofed as well as possible from the working area of the pump.

11. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of soundproofing the exhaust area with a weight or spring-loaded check valve is separated from the working area of the pump, the valve should only release as much cross-section as for the removal of the amount of gas is necessary.

12. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the gas cooling according to the invention additionally by the known Pre-inlet cooling can be supported in an open or closed circuit.

13. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the machine can be thermostatted by one of the known methods

14. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the machine has a suction port valve, which is switched off or corresponding drop in speed, vacuum-tight without delay closes.

15. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the drive motor or motors via a voltage and frequency-independent frequency converters are not only fed to the Purpose of increasing the speed, but also for automatic and manual Speed control and adjustment.