DE19849098A1 - Excentric screw pump for gases as vacuum pump uses one-turn inner rotor rotating without contact inside housing rotor within scoop space. - Google Patents
Excentric screw pump for gases as vacuum pump uses one-turn inner rotor rotating without contact inside housing rotor within scoop space.Info
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Abstract
Description
Trockenverdichtende Pumpen gewinnen insbesondere in der Vakuumtechnik verstärkt an Bedeutung, denn durch zunehmende Verpflichtungen bei Umweltschutzvorschrif ten und steigende Betriebs- und Entsorgungskosten so wie erhöhte Anforderungen an die Reinheit des Förder mediums werden die bekannten naßlaufenden Vakuum systeme, wie Flüssigkeitsringmaschinen und Drehschie berpumpen, immer häufiger durch trockenverdichtende Pumpen ersetzt. Zu diesen trockenverdichtenden Maschi nen gehören Schraubenspindelpumpen, Klauenpumpen, Mem branpumpen, Kolbenpumpen, Scroll-Maschinen sowie Wälz kolbenpumpen. Diesen Maschinen ist jedoch gemeinsam, daß sie die heutigen Ansprüche hinsichtlich Zuverläs sigkeit und Robustheit sowie Baugröße und Gewicht bei gleichzeitig niedrigem Preisniveau immer noch nicht erreichen. Dies betrifft insbesondere den sehr stück zahlintensiven Saugvermögensbereich zwischen 10 und 100 m3/h, der zur Zeit noch eindeutig von den genann ten naßlaufenden Vakuumpumpen der Flüssigkeitsringma schinen und der ölgeschmierten Drehschieberpumpen be herrscht wird.Dry-compressing pumps are becoming increasingly important, especially in vacuum technology, because due to increasing obligations in environmental protection regulations and increasing operating and disposal costs as well as increased requirements for the purity of the pumped medium, the well-known wet-running vacuum systems, such as liquid ring machines and rotary vane pumps, are becoming increasingly common dry compressing pumps replaced. These dry compacting machines include screw pumps, claw pumps, diaphragm pumps, piston pumps, scroll machines and roller piston pumps. However, these machines have in common that they still do not meet today's demands with regard to reliability and robustness, as well as size and weight, while at the same time maintaining a low price level. This concerns in particular the very piece-intensive pumping speed range between 10 and 100 m 3 / h, which is currently still clearly dominated by the so-called wet-running vacuum pumps of the liquid ring machines and the oil-lubricated rotary vane pumps.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine möglichst einfache und robuste sowie besonders preiswerte und kompakte trockenverdichtende Vakuum pumpe zu erstellen, so daß durch die trockenlaufende Arbeitsweise bei der Vakuumerzeugung gegenüber dem Stand der Technik ein deutlicher Fortschritt erreicht wird.The object of the present invention is a simple and robust as well as special inexpensive and compact dry compressing vacuum to create pump so that through the dry running How vacuum generation works compared to State of the art, significant progress has been made becomes.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Zweckmäßig wird die aus dem Anwendungsbereich der Flüssigkeitspumpen hinläng lich bekannte Exzenterschneckenpumpe, auch "Mohno"-Pumpe genannt, derartig modifiziert wird, daß die Be wegung des umlaufenden Innenrotors antriebsseitig der maßen gezielt gesteuert wird, daß sich im Pumpenar beitsraum der eingängige Innenrotor stets berührungs frei in dem zweigängigen Gehäuserotor bewegt und in folgedessen mit einer wesentlich höheren Drehzahl an getrieben werden kann, als es bisher bei diesen "Mohno"-Pumpen als flüssigkeitsfördernde Maschine be kannt ist.According to the invention, this object is achieved by the features of the claims solved. It will be expedient the area of application of the liquid pumps Eccentric screw pump, also known as the "Mohno" pump called, is modified so that the Be movement of the rotating inner rotor on the drive side of the is specifically controlled that is in the pumpar the accessible internal rotor is always in touch freely moved in and in the two-speed housing rotor consequently at a much higher speed can be driven than has been the case with these "Mohno" pumps as a liquid-conveying machine is known.
Diese schnellaufende, innenverzahnte, exakt gesteu erte und damit im Arbeitsraum stets berührungsfrei arbeitende Maschine wird zur Förderung und Verdich tung von Gasen eingesetzt, sowohl als Vakuumpumpe als auch im Überdruckbereich arbeitend, und fortan ver einfachend als ISP = Innenspindelpumpe bezeichnet. This high-speed, internally toothed, precisely controlled and therefore always in the work area without contact working machine is for promotion and compaction used for gases, both as a vacuum pump and also working in the overpressure area, and from then on ver simply called ISP = internal spindle pump.
Eine wesentliche Kenngröße dieser Maschine ist dabei der Abstand der beiden Rotormitten, also vom umlaufen den eingängigen Innenrotor und dem feststehenden zwei gängigen Gehäuserotor. Dieser Mittenabstand wird im folgenden als Achsabstand a bezeichnet. Die geforderte berührungsfreie Bewegung des umlaufenden Innenrotors in dem feststehenden Gehäuserotor wird nun beispiels weise durch eine Getriebesynchronisationsstufe er reicht, bei der ein Zahnrad auf dem um den Wert a um laufenden Innenrotor mit dem Wälzkreisradius des Achs abstands a in einem innenverzahnten Zahnrad mit exakt doppelt so großem Wälzkreis abwälzt.A key parameter of this machine is one of them the distance between the two rotor centers, i.e. from the revolve the catchy inner rotor and the fixed two common housing rotor. This center distance is in hereinafter referred to as center distance a. The required non-contact movement of the rotating inner rotor in the fixed housing rotor is now, for example wise through a gear synchronization stage is enough, in which a gear on the by the value a running inner rotor with the pitch circle radius of the axis distance a in an internally toothed gearwheel with exact Rolls twice as large pitch circle.
Bei dieser Pumpenart nutzt man die maschinentechnische Besonderheit, daß jeder Punkt auf dem Wälzkreis eines Zahnrades, das entsprechend dem Verzahnungsgesetz in einem genau doppelt so großen innenverzahnten Zahnrad abwälzt, stets eine exakte Gerade durch den Mittel punkt des innenverzahnten Zahnrades von der Länge des Innenzahnrad-Wälzkreisdurchmessers beschreibt.This type of pump uses mechanical engineering Peculiarity that every point on the pitch circle is one Gear, which according to the gearing law in a gear wheel that is exactly twice as large rolls, always an exact straight line through the middle point of the internal gear on the length of the Internal gear pitch circle diameter describes.
Zur Erreichung der gewünschten vakuumspezifisch recht hohen Kompressionsverhältnisse wird eine entsprechende Hintereinanderschaltung der einzelnen abgeschlossenen Schöpfarbeitskammern zwischen dem eingängigen Innenro tor und dem zweigängigen Gehäuserotor realisiert. Der erforderliche Liefergrad dieser Maschine wird durch die genannte deutlich höhere Drehzahl erreicht, die mindestens 3000 min-1 beträgt, vorzugsweise dank der berührungsfreien Bewegung jedoch etwa doppelt so groß gewählt werden sollte. To achieve the desired vacuum-specific, very high compression ratios, a corresponding series connection of the individual closed scooping chambers is realized between the catchy inner rotor and the two-speed housing rotor. The required degree of delivery of this machine is achieved by the significantly higher speed mentioned, which is at least 3000 min -1 , but should preferably be chosen to be about twice as large thanks to the non-contact movement.
Mit der gesteuerten und im Schöpfraum berührungsfreien Bewegung des Innenrotors wird zur Erreichung der er forderlichen Stufenzahl als Hintereinanderschaltung abgeschlossener Arbeitskammern die Steigung am Innen rotor und damit auch am Gehäuserotor gegenüber den be kannten Exzenterschneckenpumpen deutlich verringert. Die Steigung beschreibt das Maß der Verdrehung der stets kreisförmigen Innenrotorstirnschnitte in Rotor längsachse.With the controlled and non-contact in the ladle Movement of the inner rotor is used to achieve it required number of stages as a series connection closed working chambers the slope on the inside rotor and thus also on the housing rotor opposite the be known progressing cavity pumps significantly reduced. The slope describes the degree of rotation of the always circular inner rotor end cuts in rotor longitudinal axis.
Erfindungsgemäß wird des weiteren vorgeschlagen, daß bei dieser Innenspindelpumpe das einlaß-/saugseitige Schöpfkammervolumen größer als das auslaßseitige Schöpfkammervolumen ist. Zur Umsetzung dieser Schöpf kammerverringerung wird der stirnseitig kreisförmige Durchmesser des Innenrotors und/oder die Steigung des Innenrotors reduziert. Im Gegenzug muß selbstver ständlich der Gehäuserotor die übereinstimmende Ände rung an der gleichen Längsachsenposition ebenfalls aufweisen. Diese "innere Verdichtung" reduziert deut lich den Energiebedarf und damit auch die auftreten den Temperaturen bei der Gasförderung.According to the invention it is further proposed that the inlet / suction side of this internal spindle pump Scoop chamber volume larger than that on the outlet side Is the chamber volume. To implement this scoop Chamber reduction becomes the circular face Diameter of the inner rotor and / or the slope of the inner rotor reduced. In return, self-ver the housing rotor always made the corresponding change tion at the same longitudinal axis position as well exhibit. This "inner compression" reduces significantly Lich the energy requirement and thus also the occurrence the temperatures during gas production.
Das Verhältnis vom einlaß-/saugseitigen zum auslaß seitigen Schöpfkammervolumen liegt vorzugsweise im Wertebereich zwischen 3 und 8. Diese Änderung der Schöpfkammervolumens erfolgt in Rotorlängsachsenrich tung und kann sowohl kontinuierlich als auch sprung haft erfolgen. Dabei werden an diesen Stellen der Schöpfkammervolumenänderung die hinlänglich bekannten Überblas-/Bypassventile am 2-zähnigen Gehäuserotor vorgesehen, um den bei höheren Einlaßdrücken entste henden Überdruck in der Schöpfkammer abzubauen und somit die Antriebsleistung bei höheren Ansaugdrücken gering zu halten.The ratio of the inlet / suction side to the outlet sided scoop chamber volume is preferably in Range of values between 3 and 8. This change in Scoop chamber volume takes place in the longitudinal axis of the rotor tion and can be both continuous and jump detained. At these points, the The change in the volume of the scoop is well known Blow-by / bypass valves on the 2-tooth housing rotor provided to arise at higher inlet pressures relieving excess pressure in the scoop chamber and thus the drive power at higher intake pressures to keep low.
Durch diese Maßnahmen reduziert sich der Energiebe darf deutlich und liegt unterhalb des Leistungswertes der hinlänglich bekannten Drehschieberpumpen.These measures reduce energy consumption may be significant and is below the performance value the well-known rotary vane pumps.
Die "Mohno"-Bewegung und die innere Verdichtung durch Veränderung des Innenrotorstirnschnitthalbmessers ist in der beiliegenden Fig. 2 beispielhaft dargestellt:The "Mohno" movement and the internal compression caused by changing the inner rotor end section diameter are shown as examples in the attached FIG. 2:
Die Punkte A, B, C und D liegen auf dem Wälzkreis des umlaufenden Innenrotorzahnrades mit dem Radius a. Die ser Wälzkreis ist fest und mittig mit dem Innenrotor verbunden und wird mit dem Abstand a um die Gehäuse hauptachse angetrieben, so daß sich der Mittelpunkt dieses Wälzkreises und damit des Innenrotors stets auf der gepunktet dargestellten Kreislinie bewegt. Gleich zeitig wälzt dieser Innenrotorwälzkreis in dem exakt doppelt so großen innenverzahnten Wälzkreis ab, der ortsfest mit dem stehenden Gehäuserotor verbunden ist. Damit erhält der angetriebene und innen abwälzende In nenrotor eine zusätzliche Drehbewegung um seine eigene Mittelachse überlagert, so daß sich jeder Punkt seines Wälzkreises jeweils auf einer exakten Geraden der vierfachen Länge des Achsabstandes durch den Mittel punkt der Gehäuserotorhauptachse bewegt.The points A, B, C and D lie on the pitch circle of the revolving inner rotor gear with the radius a. The This pitch circle is fixed and centered with the inner rotor connected and with the distance a around the housing main axis driven so that the center this pitch circle and thus the inner rotor always on the circular line shown in dotted lines moves. Soon this inner rotor pitch circle rolls precisely in the twice as large internally toothed pitch circle, the is fixedly connected to the stationary housing rotor. This gives the driven and inside-rolling In nenrotor an additional rotation around its own Center axis superimposed so that each point of his Pitch circle each on an exact straight line four times the length of the center distance through the middle point of the main housing rotor axis.
Die Punkte A bis D erstrecken sich in Achslängsrich tung und besitzen jeweils einen kreisförmigen Stirn querschnitt mit einem sich jeweils verringernden Halb messerwert, so daß sich das Arbeitskammervolumen (für die Position A als Querschnittsfläche beispielhaft schraffiert) verringert. Diese Arbeitskammervolumenän derung kann vorzugsweise zusätzlich noch durch einen in Achsrichtung unterschiedlichen Längsabstand der einzelne Punkte, also der Steigung, verstärkt werden.Points A to D extend in the longitudinal direction tion and each have a circular forehead cross-section with a decreasing half measured value so that the working chamber volume (for position A as a cross-sectional area is exemplary hatched) reduced. This working chamber volume change can preferably additionally by a in the axial direction different longitudinal distance of the individual points, i.e. the slope, are reinforced.
Ein wesentliches Auslegungskriterium, insbesondere hinsichtlich der erhöhten Drehzahl, ist die notwendige Auswuchtung der rotierenden Teile. Dabei muß einer seits die Rotation um die Innenrotorachse und anderer seits die Bewegung um die Gehäusehauptachse beachtet werden. Anhand der Fig. 2 wird deutlich, daß die Wuchtgüte bei der Rotation um die Innenrotorachse von den Kreisquerschnitten um die jeweiligen Mittelpunkte auf dem Wälzkreis bestimmt wird, so daß durch gezielte Auslegung bei der relativen Positionierung der einzel nen Stirnschnitte in Achsrichtung zueinander ein Mas senausgleich der gesamten Einheit recht einfach er reicht werden kann, wobei die innere Biegebelastung allerdings unvermeidbar ist, weil die ebenenweise Aus wuchtung recht aufwendig wäre.An essential design criterion, especially with regard to the increased speed, is the necessary balancing of the rotating parts. On the one hand, the rotation around the inner rotor axis and on the other hand, the movement around the main housing axis must be taken into account. On the basis of Fig. 2 it is clear that the balancing quality is determined during the rotation about the internal rotor axis of the circular cross sections at the respective centers on the pitch circle, so that balance the through specific design in the relative positioning of the individual NEN face cuts in the axial direction to each other, a Mas of entire unit can be easily reached, but the internal bending stress is unavoidable because the leveling would be quite complex.
Bei der Bewegung um die Gehäuserotorhauptachse wirkt sich nun der zuvor ausführlich beschriebene spezifi sche "Mohno"-Verlauf der einzelnen Innenrotormittel punkte der Kreisquerschnitte günstig aus, indem die Bahn jedes Mittelpunktes genau von der Gehäuse hauptachse halbiert wird, so daß auch hier bei der Auslegung ein befriedigender Wuchtzustand der gesamten Einheit erreicht werden kann. Die Auswuchtung des Achsabstandskurbelkörpers ist über entsprechende Aus gleichsmassen (19) in Fig. 1 sicher erreichbar.When moving around the main axis of the housing rotor, the previously described specifically "Mohno" course of the individual inner rotor center points of the circular cross sections has a favorable effect by the path of each center being exactly halved by the main axis of the housing, so that here, too, in the design satisfactory balance of the entire unit can be achieved. The balancing of the center distance crank body can be safely reached via corresponding equal dimensions ( 19 ) in FIG. 1.
Über die Hintereinanderschaltung mehrerer abgeschlos sener Schöpfkammervolumina in axialer Richtung bei gleichzeitiger Reduzierung der Schöpfkammergröße und der erhöhten Rotordrehzahl wird das jeweils ge wünschte Kompressionsverhältnis einfach und sicher erreichbar, ohne daß die "Spiele", also die Flanken abstandswerte zwischen dem eingängigen Innenrotor und dem zweigängigen Gehäuserotor allzu gering ausgeführt werden müssen, so daß eine hinreichende Zuverlässig keit und Robustheit erreichbar wird. Diese Spielwerte liegen vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,2 mm. Die Anzahl der hintereinandergeschalteten, abge schlossenen Arbeitskammern hängt wesentlich von dem gewünschten Kompressionsvermögen ab und sollte größer als 2 sein, als Vakuumpumpe vorzugsweise im Bereich zwischen 3 und 6.Completed via the series connection of several its chamber volume in the axial direction simultaneous reduction in the size of the chamber and the increased rotor speed is the ge desired compression ratio simply and safely accessible without the "games", ie the flanks distance values between the catchy inner rotor and the two-speed housing rotor made too low must be, so that a sufficient reliability speed and robustness. These game values are preferably in the range between 0.1 and 0.2 mm. The number of cascaded, abge closed working chambers depends essentially on that desired compression capacity and should be larger be as 2, preferably as a vacuum pump in the range between 3 and 6.
Des weiteren wird vorgeschlagen, daß der eingängige Innenrotor (1) gemäß Fig. 1 vorzugsweise aus einem anderen Material als der zweigängige Gehäuserotor (2) ausgeführt wird, indem der Werkstoff des Innenrotors einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Gehäuserotors aufweist. Vorzugsweise wird für den Innenrotor Stahl und für den Gehäusero tor eine Aluminiumlegierung gewählt.It is further proposed that the single-start inner rotor ( 1 ) according to FIG. 1 is preferably made of a different material than the two-start housing rotor ( 2 ) by the material of the inner rotor having a lower thermal expansion coefficient than the material of the housing rotor. Steel is preferably selected for the inner rotor and an aluminum alloy for the housing rotor.
Erfindungsgemäß wird des weiteren vorgeschlagen, daß diese Innenspindelpumpe vollständig trockenlaufend ausgeführt wird, also weder im Arbeitsraum noch in den anderen Bereichen der Maschine ist die Zuführung der bekannten Betriebsmittel, wie Wasser oder Öl, erfor derlich. Es erfolgt lediglich eine einmalige, werksseitig vor zunehmende Lebensdauerfettschmierung für Lagerung und Verzahnung, wobei die Lagerung mög licherweise als Hybridlagerung, also Keramikkugeln in Stahlringen, und das feststehende, innenverzahnte Zahnrad (6) in Fig. 1 gegebenenfalls als Kunststoff zahnrad ausgeführt wird.According to the invention it is further proposed that this inner-spindle pump is designed to run completely dry, that is to say neither in the work area nor in the other areas of the machine is the supply of the known resources, such as water or oil, necessary. There is only a one-time, factory before increasing lifetime grease lubrication for storage and teeth, the storage possible as hybrid storage, i.e. ceramic balls in steel rings, and the fixed, internally toothed gear ( 6 ) in Fig. 1 is optionally carried out as a plastic gear.
In jedem Fall muß die Synchronisationsverzahnung (6)
und (7) erfindungsgemäß jedoch in folgender Weise mo
difiziert werden:
Die Gleitanteile im Eingriff der beiden Zahnräder
werden minimiert, indem der Kontakt zwischen den
Zahnflanken auf die unmittelbare Nähe des Wälzkreises
beschränkt wird. Weil die Profilüberdeckung dadurch
ebenfalls praktisch gegen Null geht, wird die erfor
derliche Gesamtüberdeckung praktisch einzig über die
Sprungüberdeckung realisiert. Vorteilhafterweise wer
den dabei durch Wahl der Orientierung des Schrägungs
winkels der Verzahnung die auftretenden Verzahnungsa
xialkräfte am Innenrotorzahnrad nun derartig ausge
führt, daß sie genau entgegengesetzt zu den Axial
kräften am Innenrotor aufgrund der Druckdifferenz des
Fördermediums wirken und etwa in gleicher Größenord
nung sind, um die Lagerbelastung zu minimieren.In any case, however, the synchronization teeth ( 6 ) and ( 7 ) according to the invention must be modified in the following way:
The sliding components in the engagement of the two gear wheels are minimized by limiting the contact between the tooth flanks to the immediate vicinity of the pitch circle. Because the profile overlap also practically goes to zero, the required total overlap is practically realized only via the overlap. Advantageously, who the choice of the orientation of the helix angle of the teeth, the occurring Zahnungsa xial forces on the inner rotor gear now leads out such that they act exactly opposite to the axial forces on the inner rotor due to the pressure difference of the medium and are approximately in the same order of magnitude To minimize bearing load.
Bei der Lagerung erfolgt die Sicherung der Fett schmierung insbesondere für das umlaufende Innenro torlager durch ausgeprägte Fettdepotbildung und um laufende Abschirmungselemente (20) am Innen- und Au ßenring, so daß das Fett fliehkraftunterstützt nach außen gedrängt wird und so im gewünschten Bereich zur Lagerschmierung verbleibt. Bei der Verzahnung sind ebenfalls derartige Abschirmungsbleche vorgesehen, wie es beispielhaft in der beiliegenden Fig. 1 dar gestellt ist.During storage, the grease is secured, in particular for the rotating inner bearing, by pronounced grease deposition and by current shielding elements ( 20 ) on the inner and outer rings, so that the grease is forced outwards by centrifugal force and thus remains in the desired area for bearing lubrication. In the teeth such shielding plates are also provided, as is exemplified in the accompanying Fig. 1 represents.
Die Innenrotorlagerung (8a und 8b) in dem umlaufenden angetriebenen Achsabstandskurbelkörper (10) erfolgt vorzugsweise in fliegender Ausführung, d. h.: Auf der Einlaßseite entfällt die Lagerung und damit jede Schöpfraumwellenabdichtung, lediglich auf der Auslaß- und Antriebsseite wird eine stabile und robuste Lage rung des antreibenden Achsabstandskurbelkörpers und der eingeschlossenen Innenrotorwelle realisiert (8 und 9), wobei vorzugsweise die Getriebesynchronisati onseinheit (6 und 7) zur Erzeugung der erforderlichen Innenrotorbewegung integriert wird. Damit sind nur auf der Auslaßseite zwei Schöpfraumwellenabdichtungen (21) notwendig, die vorteilhafterweise jedoch nicht gegen Vakuumbedingungen abdichten müssen.The inner rotor bearing ( 8 a and 8 b) in the rotating driven center distance crank body ( 10 ) is preferably carried out in a flying version, ie: on the inlet side there is no storage and thus no scoop shaft sealing, only on the outlet and drive side is a stable and robust position tion realized the driving center distance crank body and the enclosed inner rotor shaft ( 8 and 9 ), wherein preferably the transmission synchronization unit ( 6 and 7 ) is integrated to generate the required inner rotor movement. This means that two scoop shaft seals ( 21 ) are only required on the outlet side, but advantageously do not have to seal against vacuum conditions.
Bei der fliegenden Innenrotorlagerung und der erhöh ten Drehzahl ist hinsichtlich der biegekritischen Drehzahl der Innenrotor (1) im Verdrängerbereich in nen hohl auszuführen und des weiteren die Innenrotor welle mit hinreichender Steifigkeit zu versehen.In the case of the flying inner rotor bearing and the increased speed, the inner rotor ( 1 ) must be hollow in the displacement area with regard to the bending-critical speed and the inner rotor shaft must also be provided with sufficient rigidity.
Für die Lagerung (9) des antreibenden Achsabstands kurbelkörpers gibt es drei Ausführungsformen: There are three embodiments for the bearing ( 9 ) of the driving center distance of the crank body:
- 1. Der Antriebsmotor (11) befindet sich zwischen der Lagerung des Achsabstandskurbelkörpers. In dem der um die Gehäusehauptachse rotierende An triebsmotorrotor die Innenrotorwelle (24) um faßt, ergibt sich ein relativ großer Motordurch messer und damit ein erhöhtes Drehmoment, wel ches günstigerweise als Losbrechmoment zu nutzen ist, um das erforderliche Anlaufmoment für diese Pumpe stets sicher zu gewährleisten. Diese vor teilhafte Lösung ist in der beiliegenden Fig. 1 dargestellt.1. The drive motor ( 11 ) is located between the bearing of the center distance crank body. In which the rotating around the main axis of the drive motor rotor to the inner rotor shaft ( 24 ) summarizes, there is a relatively large motor diameter and thus an increased torque, which is conveniently used as a breakaway torque to always ensure the required starting torque for this pump . This before geous solution is shown in the accompanying Fig. 1.
- 2. Der Achsabstandskurbelkörper hat keine eigenstän dige Lagerung sondern wird direkt auf dem An triebsmotorwellenende eines Standardelektromotors montiert.2. The center distance crank body has no autonomy storage but is directly on the type drive motor shaft end of a standard electric motor assembled.
- 3. Der Achsabstandskurbelkörper besitzt eine eigene Lagerung und wird über eine Kupplung mit dem Standardelektromotor verbunden.3. The center distance crank body has its own Storage and is connected to the clutch Standard electric motor connected.
Für alle schwierigeren Anwendungsfälle, wenn bei spielsweise im Gasförderstrom erhöhte Mengen an Schmutz, Flüssigkeiten, Partikeln etc. anfallen oder verstärkt mit Schwingungen, Stößen, einseitiger Be lastung oder Überlast zu rechnen ist, wird auf der Einlaßseite zusätzlich noch ein "Mohno"-Stützlager (12) in Fig. 1 und der gesonderten Darstellung in Fig. 3 mit reduziertem Spiel zwischen dem Innenrotor zapfen (25) in Fig. 3 und der Gehäuserotorführung (26) in fester Verbindung zum Einlaßdeckel (23) vor gesehen zum "Auffangen" derartiger Störungen unter spezieller Ausnutzung der Wälz- und "Freilauf"-An teile in der Bewegung des "Mohno"-Innenrotorzapfens (25) innerhalb der Gehäuserotorführung (26). Damit wird der kritischere Kontakt zwischen dem deutlich größeren Innenrotordurchmesser und dem Gehäuserotor in der Arbeitskammer einlaßseitig vermieden. Diese Stützlagerkontaktflächen werden für den möglichen, also nur gelegentlich zum Auffangen einer der genann ten Störungen auftretenden Bedarfsfall zusätzlich noch in einer Materialkombination mit besonders ver schleißfesten und kontaktfähigen Werkstoffpaarung ausgeführt.For all more difficult applications, such as increased amounts of dirt, liquids, particles etc. in the gas flow, or if vibrations, impacts, one-sided loading or overload are to be expected, a "Mohno" support bearing is also installed on the inlet side ( 12 ) in Fig. 1 and the separate representation in Fig. 3 with reduced play between the inner rotor pin ( 25 ) in Fig. 3 and the housing rotor guide ( 26 ) in fixed connection to the inlet cover ( 23 ) before seen to "catch" such interference with special use of the rolling and "freewheel" parts in the movement of the "Mohno" inner rotor pin ( 25 ) within the housing rotor guide ( 26 ). This avoids the more critical contact between the significantly larger inner rotor diameter and the housing rotor in the working chamber on the inlet side. These support bearing contact surfaces are also carried out in a material combination with particularly wear-resistant and contactable material pairing for the possible, that is to say only occasionally, to catch one of the above-mentioned faults.
Möglicherweise kann dieses Stützlager mehrstufig mit entsprechendem Winkelversatz ausgeführt werden, um die auftretenden Durchbiegungen aus den verschiedenen Richtungen besser auffangen zu können. Vorgeschlagen wird entsprechend der Darstellung in Fig. 2 jeweils ein Stützlagerzapfen auf gegenüberliegenden Wälz kreispositionen, beispielsweise A und C bzw. B und D, so daß zwei rechtwinklig zueinander stehende Füh rungsbahnen mit verbesserte Abstützwirkung entstehen. Des weiteren kann ggfls. der Stützlagerkontakt alter nativ in einem Gleitstein mit einem inneren Drehge lenk ausgeführt werden.This support bearing can possibly be designed in several stages with a corresponding angular offset in order to be able to better absorb the deflections that occur from the different directions. Is proposed as shown in Fig. 2, a support bearing journal on opposite rolling circle positions, such as A and C or B and D, so that two mutually perpendicular Füh approximately tracks with improved support effect. Furthermore, if necessary. the support bearing contact can be executed alternatively in a sliding block with an internal swivel joint.
Selbstverständlich ist entsprechend der Darstellung in Fig. 4 ebenfalls eine Lösung ähnlich der An triebsseite denkbar, bei der zwei robuste Wälzlager (28a/b) in Fig. 4 eine permanent wirkende Abstüt zung auf einem ortsfesten Zapfen (27) übernehmen. Dies ist beispielsweise bei zweiflutiger Ausführung dieser Pumpe oder bei höherer Stufenzahl zwecks ver besserter Enddruckwerte mit entsprechend längerem Ro tor eine günstigere Lösung. Der Totraum in diesem La gerbereich sollte minimiert werden, um den schädli chen Gasfluß durch die Lagerung so gering wie möglich zu halten. Des weiteren sollte diese Lagerung durch die Materialwahl besonders robust ausgeführt werden, bis hin zum Vollkeramiklager.Of course, a solution similar to the drive side is conceivable as shown in Fig. 4, in which two robust rolling bearings ( 28 a / b) in Fig. 4 assume a permanently acting support on a fixed pin ( 27 ). This is, for example, a more economical solution for a double-flow version of this pump or for a higher number of stages for the purpose of improved final pressure values with a correspondingly longer rotor. The dead space in this storage area should be minimized in order to keep the harmful gas flow through storage as low as possible. Furthermore, this storage should be made particularly robust due to the choice of material, right down to the all-ceramic bearing.
Die hohe Robustheit und Zuverlässigkeit der bekannten Exzenterschneckenpumpen ("Mohno"-Pumpen) im Flüssig keitspumpenbereich ermöglicht auch für diese vorge schlagene Innenspindelpumpe eine überlegene Eignung in schwierigeren Anwendungsfällen, wenn beispiels weise Flüssigkeiten, Staub und Partikel gefördert werden müssen. Die besondere Bewegungsform des umlau fend rotierenden Innenrotors in dem feststehenden Ge häuserotor aus Wälz- und Gleitanteilen sorgt in Zu sammenwirken mit den zuvor genannten Maßnahmen für ein "Freischaben" der Rotorflankenflächen, so daß ap plikationsspezifisch der gefährliche Schichtenaufbau vermieden wird. Damit kann diese Innenspindelpumpe jedoch gleichzeitig auch Schmutzmengen im Gasförder strom bewältigen, der für heutige Trockenläufer die ser Größenordnung unerreichbar ist. Das erhöhte An triebsdrehmoment durch den vergrößerten (wegen des notwendigen Umfassens der Innenrotorwelle) Motor durchmesser unterstützt diesen positiven Aspekt vor teilhafterweise.The high robustness and reliability of the well-known Eccentric screw pumps ("Mohno" pumps) in the liquid speed pump range also allows for these struck internal spindle pump a superior suitability in more difficult applications, for example wise liquids, dust and particles are promoted Need to become. The special form of movement of the umlau fend rotating inner rotor in the fixed Ge house rotor made of rolling and sliding parts ensures in Zu cooperate with the aforementioned measures for a "scraping" of the rotor flank surfaces, so that ap the dangerous layer structure depending on the application is avoided. This allows this internal spindle pump but at the same time also amounts of dirt in the gas conveyor cope with current, which for today's dry-runner this order of magnitude is unreachable. The increased on drive torque by the increased (because of the necessary encompassing the inner rotor shaft) motor diameter supports this positive aspect partly.
Die notwendige Einstellung der Synchronisation zwi schen dem umlaufenden Innenrotor und dem feststehen den Gehäuserotor für die Gewährleistung der Berüh rungsfreiheit im Pumpenarbeitsraum erfolgt günstiger weise am innenverzahnten Zahnrad (6), dessen gehäuse feste Positionierung mit anschließender Fixierung über den ortsfesten Lagerzapfen (28) die erforderli che Flankenspieleinstellung zwischen dem Innenrotor und dem Gehäuserotor sicher und einfach sowie ständig exakt gewährleistet.The necessary adjustment of the synchronization between the revolving inner rotor and the fixed housing rotor to ensure freedom from contact in the pump workspace is done favorably on the internally toothed gear ( 6 ), whose housing fixed positioning with subsequent fixation via the fixed bearing pin ( 28 ) the required surface Backlash adjustment between the inner rotor and the housing rotor safely and easily and always guaranteed exactly.
Vorteilhafterweise wird die vorgeschlagene Innenspin delpumpe als modulares Baukastensystem aufgebaut, in dem die gesamte Pumpe aus einer Antriebseinheit und einer Verdrängereinheit zusammengesetzt wird:The proposed internal spin is advantageous delpump constructed as a modular system, in which the entire pump from a drive unit and a displacement unit is assembled:
Diese Antriebseinheit besteht aus dem Motor (11), der beidseitigen Lagerung für den Achsabstandskurbelkör per (9a/b) und darin eingeschlossen der ebenfalls beidseitigen Innenrotorlagerung (8a/b) sowie der integrierten Getriebeeinheit (6, 7) zur Erzeugung der erforderlichen Innenrotorbewegung. Des weiteren gehö ren noch Lüfter (17), Gehäuse (15) sowie die Schöpf raumwellenabdichtungen (21) und einige weitere Klein teile, wie beispielsweise das äußere Ummantelungs blech (14) mit einer inneren Geräuschdämpfungsschicht (13), zur selbständig lauffähigen Antriebseinheit.This drive unit consists of the motor ( 11 ), the bearings on both sides for the center distance crank body ( 9 a / b) and including the inner rotor bearing ( 8 a / b), which is also double-sided, and the integrated gear unit ( 6 , 7 ) for generating the required inner rotor movement . Furthermore, there are also fans ( 17 ), housing ( 15 ) and the scoop shaft seals ( 21 ) and a few other small parts, such as the outer sheathing plate ( 14 ) with an inner noise damping layer ( 13 ), for the independently running drive unit.
Der Antriebsmotor (11) wird mit/ohne FU mit erhöh ter Drehzahl ausgeführt, beispielsweise als Univer salmotor mit Weltspannungseignung mit einfacher Rea lisierung der erhöhten Drehzahl, um sowohl Liefergrad als auch Energiedichte zu erhöhen, so daß gleichzei tig die Herstellkosten noch deutlich reduziert wer den. Die Drehzahlvariation der Antriebseinheit kann, wie hinlänglich bekannt, vorteilhafterweise direkt für die applikationsspezifische Saugvermögensanpas sung oder auch direkt als Überlastschutz genutzt wer den.The drive motor ( 11 ) is carried out with / without frequency converter with increased speed, for example as a universal motor with global voltage suitability with simple implementation of the increased speed in order to increase both the degree of delivery and the energy density, so that at the same time the manufacturing costs are still significantly reduced . The speed variation of the drive unit can, as is well known, advantageously used directly for the application-specific suction capacity adjustment or also directly as overload protection.
Die Verdrängereinheit besteht aus dem Innenrotor (1), dem Gehäuserotor (2) mit Auslaßflansch (5) und äuße rer Verrippung (18) sowie dem einlaßseitigen Deckel (23) mit dem Einlaßflansch (4). Im Gehäuserotor sind des weiteren die hinlänglich bekannten Überdruck-/Bypass ventile an den Stellen integriert, wo aufgrund der inneren Verdichtung bei höheren Ansaugdrücken der Abbau des Überdruckes durch die ebenfalls integrier ten Überströmverbindungen zum Auslaß erfolgt (nicht dargestellt).The displacement unit consists of the inner rotor ( 1 ), the housing rotor ( 2 ) with outlet flange ( 5 ) and outer ribs ( 18 ) and the inlet-side cover ( 23 ) with the inlet flange ( 4 ). In the housing rotor, the well-known overpressure / bypass valves are also integrated at the points where, due to the internal compression at higher intake pressures, the overpressure is reduced by the overflow connections to the outlet which are also integrated (not shown).
Die erforderliche äußere Wärmeabführung für Antriebs- und Verdrängereinheit wird durch einen intensiven, in axialer Richtung strömenden Kühlluftstrom des inte grierten Lüfters (17) erreicht. Die in axialer Rich tung angesaugte Umgebungsluft wird in dem umfassenden Blechummantelungsgehäuse (14) über die Verrippung (16) des Antriebsmotors geführt, und dann wird vom Auslaß in Richtung des Einlasses strömend über die Verrippung (18) des Gehäuserotors die erforderliche Wärmemenge der Gasverdichtung aufgenommen und über den Luftstrom abgeführt. Der axial gerichtete Kühl luftstrom ist vorteilhaft, weil die gegenseitige schädliche Beeinflussung nebeneinanderstehender In nenspindelpumpen entfällt. Außerdem sorgt die Strö mungsrichtung vom Aus- zum Einlaß günstigerweise für ein gleichmäßigeres Temperaturniveau in der gesamten Maschine. Des weiteren wird für das Material der bei den verrippten Gehäuse eine Aluminiumlegierung vorge schlagen, so daß dank der deutlich besseren Wärme leitfähigkeit insgesamt eine deutlich kompaktere und leichtere Maschine entsteht, als es bis heute möglich ist.The required external heat dissipation for the drive and displacement unit is achieved by an intensive, axially flowing cooling air flow of the integrated fan ( 17 ). The ambient air sucked in the axial direction is guided in the comprehensive sheet metal casing ( 14 ) via the ribbing ( 16 ) of the drive motor, and then the required amount of heat of the gas compression is taken from the outlet flowing towards the inlet via the ribbing ( 18 ) of the housing rotor dissipated via the air flow. The axially directed cooling air flow is advantageous because there is no mutual harmful influence of adjacent spindle pumps. In addition, the flow direction from the outlet to the inlet conveniently ensures a more uniform temperature level throughout the machine. Furthermore, an aluminum alloy is proposed for the material of the ribbed housing, so that thanks to the significantly better thermal conductivity, a significantly more compact and lighter machine is created than is possible to date.
Die umfassende Blechummantelung sorgt dabei nicht nur für eine gezielt Luftströmung mit entsprechend gün stigeren Wärmeübergangswerten sondern gleichzeitig dank der integrierten Innenbeschichtung (13) des Um mantelungsbleches (14) für eine einfache, jedoch sehr effiziente Geräuschdämpfung.The comprehensive sheet metal sheathing not only ensures a targeted air flow with correspondingly lower heat transfer values, but at the same time, thanks to the integrated inner coating ( 13 ) of the sheathing sheet ( 14 ), ensures simple but very efficient noise reduction.
Bei dem modularen Konzeptaufbau einer vollständigen Innenspindelpumpenbaureihe mit verschiedenen Saugver mögenswerten werden nun günstigerweise verschiedene Verdrängereinheiten mit einer Antriebseinheit kombi niert, deren Drehzahl gegebenenfalls angepaßt wird. Dieses modulare Aufbaukonzept für die gesamte Bau reihe einer derartigen Maschinenart mit einer An triebseinheit für mehrere benachbarte Saugvermögens baugrößen verbessert die Kostensituation erheblich und reduziert gleichzeitig die erforderliche Teilean zahlbereitstellung bei höchster Flexibilität in der Erfüllung der jeweiligen Kundenanforderungen, indem die jeweils gewünschte Verdrängereinheit an eine An triebseinheit montiert wird.With the modular concept structure, a complete Internal spindle pump series with various suction connections assets are now favorably different Displacement units with a drive unit comb niert, whose speed is adjusted if necessary. This modular construction concept for the entire construction series of such a type of machine with one type drive unit for several neighboring pumping speeds sizes significantly improve the cost situation while reducing the number of parts required Provision of payments with maximum flexibility in Meeting the respective customer requirements by the desired displacement unit to an An drive unit is mounted.
Zur Erreichung möglichst geringer Herstellkosten kann die gesamte Teileanzahl günstigerweise gering gehal ten werden. Außerdem ist die Komplexität aller Bau teile äußerst einfach, die Herstellung erfolgt über wiegend als einfaches Drehteil, beziehungsweise über das bekannte Herstellverfahren des Wirbelns.To achieve the lowest possible manufacturing costs the total number of parts is advantageously low be. In addition, the complexity of all construction parts extremely simple, the production takes place via weighing as a simple turned part, or over the well-known manufacturing process of whirling.
Durch die erhöhte Drehzahl und die einfache Umsetzung der erforderlichen Mehrstufigkeit wird eine äußerst kompakte und gleichzeitig leichte Pumpe erreicht, die allen heute bekannten Pumpen in dem genannten Saug vermögensbereich deutlich überlegen ist. Außerdem ist die vorgeschlagene Innenspindelpumpe zudem noch preiswerter sowie gleichzeitig zuverlässiger und ro buster als die heute bekannten Maschinen.Due to the increased speed and simple implementation the required multi-level becomes an extreme compact and lightweight pump that all known pumps in the mentioned suction assets is clearly superior. Besides, is the proposed internal spindle pump cheaper and at the same time more reliable and ro buster than the machines known today.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen zeigtIn the illustrated embodiments shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine mögliche Innenspindel pumpe nach dieser Erfindung. Diese Maschine wird vor zugsweise in liegender Wellenlage ausgeführt. Der Ga seinlaß (4) befindet sich stirnseitig gegenüber der Antriebsseite, und der Auslaß (5) ist unten an der geodätisch tiefstgelegenen Position, damit Flüssig keiten und andere im Gasförderstrom mitgerissene Tei le schnell und einfach die Pumpe verlassen können. Fig. 1 shows a longitudinal section through a possible inner spindle pump according to this invention. This machine is preferably carried out in a horizontal shaft position. The Ga inlet ( 4 ) is located on the front opposite the drive side, and the outlet ( 5 ) is at the bottom at the geodetically lowest position so that liquids and other entrained parts of the gas flow can quickly and easily leave the pump.
Fig. 2 zeigt die "Mohno"-Bewegungsformen des umlaufen den eingängigen Innenrotors im feststehenden zweigän gigen Gehäuserotor mit den Abwälzbedingungen und der geradlinigen Bewegungserzeugung für einige ausgewählte Punkte auf dem Innenrotorwälzkreis. Des weiteren ist die Möglichkeit zur Umsetzung der inneren Verdichtung durch Reduzierung der Innenrotorkreisquerschnitte bei spielhaft mit verschiedenen Linienarten wie beschrie ben dargestellt. Fig. 2 shows the "Mohno" forms of motion of the revolving the single-rotor inner rotor in the fixed two-speed housing rotor with the rolling conditions and the linear motion generation for some selected points on the inner rotor pitch circle. Furthermore, the possibility of implementing the internal compression by reducing the inner rotor cross-sections is illustrated with various line types as described ben.
Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der zusätz lichen einlaßseitigen Innenrotorstützlagerung als "Mohno"-Stützlager zum Auffangen möglicher Störungen. Fig. 3 shows a possible embodiment of the additional union-side inner rotor support bearing as a "Mohno" support bearing for catching possible malfunctions.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der zu sätzlichen einlaßseitigen Innenrotorstützlagerung mit permanent wirkender Stützwirkung. Fig. 4 shows an alternative embodiment of the additional inlet-side inner rotor support bearing with a permanently acting support effect.
Die genannten Ausführungen sind vorrangig für die Va kuumtechnik besonders vorteilhaft, sie gelten jedoch ebenso für andere Einsatzfälle zur Förderung und Ver dichtung von Gasen. The above statements are primarily for the Va vacuum technology is particularly advantageous, but they apply also for other applications for promotion and ver sealing of gases.
11
Eingängiger Innenrotor (umlaufend, angetrieben)
Single-start inner rotor (rotating, driven)
22nd
Zweigängiger Gehäuserotor (feststehend)
Double-start housing rotor (fixed)
33rd
Schöpfraum
Creative space
44th
Gaseinlaßöffnung
Gas inlet opening
55
Gasauslaßöffnung
Gas outlet opening
66
Innenverzahntes Zahnrad für den Gehäuserotor
(feststehend)
Internal toothed gear for the housing rotor (fixed)
77
Außenverzahntes Innenrotorzahnrad
External toothed internal rotor gear
88th
Lagerung des umlaufenden Innenrotors
Storage of the rotating inner rotor
88th
a Festlagerseite der Innenrotorlagerung
a Fixed bearing side of the inner rotor bearing
88th
b Loslagerseite der Innenrotorlagerung
b Floating side of the inner rotor bearing
99
Lagerung des antreibenden Achsabstandskurbelkör
pers
Storage of the driving axle distance crank body pers
99
a Festlagerseite der Achsabstandskurbelkörper
lagerung
a Fixed bearing side of the center distance crankcase bearing
99
b Loslagerseite der Achsabstandskurbelkörper
lagerung
b Floating side of the center distance crankcase bearing
1010th
Achsabstandskurbelkörper (mit festem Motorrotor)
Center distance crank body (with fixed motor rotor)
1111
Antriebsmotor (Stator und Motorrotor)
Drive motor (stator and motor rotor)
1212th
Innenrotorstützlager, "Mohno"-Stützlager
(optional)
Inner rotor support bearing, "Mohno" support bearing (optional)
1313
Geräuschdämpfungsschicht
Noise dampening layer
1414
Ummantelungsblech
Sheathing sheet
1515
Gehäuse der Antriebseinheit
Drive unit housing
1616
Verrippung des Antriebsgehäuses
Ribbing of the drive housing
1717th
Lüfter
Fan
1818th
Verrippung des Gehäuserotors
Ribbing of the housing rotor
1919th
Wuchtausgleichsmasse
Balancing mass
2020th
Schmierstoffabschirmungselemente
Lubricant shielding elements
2121
Schöpfraumwellenabdichtungen
Bucket shaft seals
2222
Auslaßdeckel
Outlet cover
2323
Einlaßdeckel
Inlet cover
2424th
Innenrotorwelle
Inner rotor shaft
2525th
Innenrotorzapfen
Inner rotor spigot
2626
Gehäuserotorführung
Housing rotor guide
2727
Feststehender Zapfen zur Stützlageraufnahme
Fixed pin for support bearing support
2828
Ortsfester Lagerzapfen zur Synchronisationsein
stellung
Fixed bearing journal for synchronization adjustment
Claims (41)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998149098 DE19849098A1 (en) | 1998-10-24 | 1998-10-24 | Excentric screw pump for gases as vacuum pump uses one-turn inner rotor rotating without contact inside housing rotor within scoop space. |
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