DE202016005208U1 - Dry-compacting vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Trockenverdichtende Vakuumpumpe mit zwei in einem Schöpfraum (12) angeordneten Rotorelementen (14), zwei, jeweils ein Rotorelement (14) tragenden Rotorwellen (22), zwei jeweils auf einem aus dem Schöpfraum (12) ragenden Wellenende (28) angeordneten Zahnriemenrädern (38), einer Antriebseinrichtung (42) zum Antreiben der Rotorwellen (22) und einem mit der Antriebseinrichtung (42) und den Zahnriemenrädern (38) verbundenen Zahnriemen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrehflankenspiel zwischen den beiden Rotorelementen von mehr als ±0,75° insbesondere mehr als ±1° vorgesehen ist.Dry-compressing vacuum pump with two rotor elements (14) arranged in a pump chamber (12), two rotor shafts (22) each carrying a rotor element (14), two toothed belt wheels (38) each arranged on a shaft end (28) protruding from the pump chamber (12) a drive device (42) for driving the rotor shafts (22) and a toothed belt connected to the drive device (42) and the toothed belt wheels (38), characterized in that a backlash between the two rotor elements of more than ± 0.75 °, in particular more is provided as ± 1 °.
Description
Die Erfindung betrifft eine trockenlaufende Vakuumpumpe insbesondere eine Schraubenpumpe.The invention relates to a dry-running vacuum pump, in particular a screw pump.
Trockenverdichtende Vakuumpumpen wie beispielsweise Schraubenpumpen weisen zwei in einem Schöpfraum angeordnete Rotorelemente auf. Bei Schraubenpumpen sind die Rotorelemente als schraubenlinienförmige Verdrängerelemente ausgebildet. Jedes Rotorelement ist von einer Rotorwelle getragen. Die beiden Rotorelemente sind bei einer Schraubenpumpe in dem durch das Pumpengehäuse ausgebildeten Schöpfraum angeordnet. Die beiden Rotorwellen ragen durch eine Gehäusewand, die den Schöpfraum begrenzt. Mit den beiden Wellenenden sind Zahnräder verbunden. Bei Schraubenpumpen kämmen die beiden Zahnräder miteinander. Hierdurch erfolgt einerseits ein Synchronisieren der beiden sich gegenläufig drehenden Wellen, sowie andererseits ein Antreiben der beiden Wellen. Durch Vorsehen der kämmenden Zahnräder muss nur eine der beiden Wellen angetrieben werden. Zur Erzielung eines effizienten Verdichtungsprozesses und eines guten Liefergrades sind enge Spalte zwischen den Rotoren notwendig, die eine sehr exakte Synchronisierung notwendig machen. Hierbei sind typischerweise maximal Synchronisationsfehler bzw. Verdrehflankenspiele zwischen den Rotoren von ±0,25° zulässig. Dies kann bei auf dem Markt befindlichen trockenverdichtenden Vakuumpumpen durch Vorsehen kämmender Zahnräder auf den Wellenenden realisiert werden. Aufgrund der geforderten Präzision und der geringen zulässigen Toleranzen sind die Kosten hoch.Dry-compressing vacuum pumps, such as screw pumps, have two rotor elements arranged in a pump chamber. In screw pumps, the rotor elements are designed as helical displacement elements. Each rotor element is supported by a rotor shaft. The two rotor elements are arranged in a pump in the pump chamber formed by the pump chamber. The two rotor shafts protrude through a housing wall, which limits the suction space. Toothed wheels are connected to the two shaft ends. In screw pumps, the two gears mesh with each other. As a result, on the one hand synchronizing the two counter-rotating shafts, as well as on the other hand, driving the two shafts. By providing the meshing gears, only one of the two shafts needs to be driven. To achieve an efficient compaction process and a good degree of delivery, narrow gaps between the rotors are necessary, which necessitate a very exact synchronization. In this case, typically maximum synchronization errors or circumferential backlashes between the rotors of ± 0.25 ° are permissible. This can be realized with dry compressing vacuum pumps on the market by providing meshing gears on the shaft ends. Due to the required precision and the low permissible tolerances, the costs are high.
Des Weiteren ist es beim Vorsehen kämmender Zahnräder zur Synchronisation erforderlich eine Ölschmierung vorzugsehen. Dies hat zur Folge, dass eine aufwendige und komplizierte Abdichtung in der Gehäusewand, durch die die Wellenenden ragen, erforderlich ist.Furthermore, it is necessary to provide oil lubrication when providing meshing gears for synchronization. This has the consequence that a complex and complicated seal in the housing wall, through which the shaft ends protrude, is required.
Bekannt ist auch eine elektronische Synchronisation der beiden Rotorwellen. Diese ist allerdings ebenfalls aufwendig und teuer. Zum Antrieb in der Rotorwelle sind Antriebseinrichtungen üblicherweise Elektromotoren vorgesehen. Diese können zur Drehzahlerhöhung der Vakuumpumpe mit einem Frequenzumrichter verbunden sein. Hierbei handelt es sich ebenfalls um ein verhältnismäßig teures Bauteil. Gegebenenfalls sind zwischengeschaltete Getriebe vorgesehen, wobei diese sodann wiederum ölgeschmiert sein müssen.Also known is an electronic synchronization of the two rotor shafts. However, this is also complicated and expensive. To drive in the rotor shaft drive means usually electric motors are provided. These can be connected to increase the speed of the vacuum pump with a frequency converter. This is also a relatively expensive component. Optionally, intermediate gears are provided, which in turn must then be lubricated with oil.
Des Weiteren ist es beispielsweise aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine trockenverdichtende Vakuumpumpe zu schaffen, die mit einem Zahnriemen angetrieben wird und die vorstehenden Nachteile nicht aufweist.The object of the invention is to provide a dry-compressing vacuum pump which is driven by a toothed belt and does not have the above disadvantages.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Die trockenverdichtende Vakuumpumpe weist einen von einem Pumpengehäuse gebildeten Schöpfraum auf. In dem Schöpfraum sind zwei Rotorelemente angeordnet, wobei es sich bei der Vakuumpumpe insbesondere um eine Schraubenpumpe handelt. Jedes Rotorelement ist von einer Rotorwelle getragen. Die beiden Rotorwellen ragen durch eine den Schöpfraum begrenzende Gehäusewand, so dass je Rotorwelle ein Wellenende aus dem Schöpfraum ragt. Auf den beiden Wellenenden ist jeweils ein Zahnriemenrad angeordnet. Da der Antrieb der beiden Rotorwellen über einen Zahnriemen erfolgt, kämmen die beiden Zahnriemenräder nicht miteinander. Ferner ist eine Antriebseinrichtung wie ein Elektromotor vorgesehen. Hierbei ist insbesondere auf einer Antriebswelle des Elektromotor eine Riemenscheibe angeordnet. Der Zahnriemen ist mit den beiden Zahnriemenrädern und der Antriebseinrichtung, insbesondere der Riemenscheibe der Antriebseinrichtung verbunden. Um zum Antrieb der beiden Rotorwellen einen Zahnriemen vorsehen zu können, ist erfindungsgemäß ein Verdrehflankenspiel zwischen den beiden Rotorelemente von mehr als ±0,75° insbesondere mehr als ±1° vorgesehen. Nur aufgrund des Vorsehens eines derart großen Verdrehflankenspiels ist der Einsatz von Zahnriemen möglich.The dry-compressing vacuum pump has a suction chamber formed by a pump housing. In the pump chamber two rotor elements are arranged, wherein it is in particular a screw pump in the vacuum pump. Each rotor element is supported by a rotor shaft. The two rotor shafts protrude through a housing wall delimiting the pump chamber so that one shaft end protrudes from the pump chamber per rotor shaft. On the two shaft ends a toothed belt wheel is arranged in each case. Since the drive of the two rotor shafts takes place via a toothed belt, the two toothed belt wheels do not mesh with one another. Furthermore, a drive device such as an electric motor is provided. Here, a pulley is arranged in particular on a drive shaft of the electric motor. The toothed belt is connected to the two toothed belt wheels and the drive device, in particular the pulley of the drive device. In order to be able to provide a toothed belt for driving the two rotor shafts, according to the invention a circumferential backlash between the two rotor elements of more than ± 0.75 °, in particular more than ± 1 °, is provided. Only due to the provision of such a large backlash is the use of timing belt possible.
Um trotz des großen Verdrehflankenspiels bei Verdichtung gegen Atmosphäre ein hohes Vakuum von insbesondere weniger als 200 mbar Absolutdruck erzielen zu können, sind besondere Ausgestaltungen der Verdichtungsstufen, d. h. der auf der Rotorwelle angeordneten Verdrängerelemente bevorzugt, wobei die Verdrängerelemente selbstverständlich auch einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet sein können.In spite of the large backlash play in compression against atmosphere a high Vacuum of particular less than 200 mbar to achieve absolute pressure, special embodiments of the compression stages, ie the arranged on the rotor shaft displacer preferred, wherein the displacer can of course also be formed integrally with the rotor shaft.
Aufgrund des erfindungsgemäß zulässigen großen Verdrehflankenspiels tritt insbesondere bei den saugseitig angeordneten Verdichtungselementen, d. h. bei den auf den Pumpeneinlass folgenden Verdichtungselementen eine vergleichsweise hohe Rückströmung auf.Owing to the large circumferential backlash permissible according to the invention, in particular in the case of the compression elements arranged on the suction side, ie H. at the following on the pump inlet compression elements a comparatively high backflow.
Bei Schraubenrotoren mit in Förderrichtung veränderlicher Steigung ist der Profileingriffsspalt im Einlassbereich aufgrund der hier vorhandenen großen Steigung der Windung der Verdrängungselemente bestimmend für den maximal zulässigen Synchronisationsfehler. Bereits vergleichsweise kleine Winkelabweichungen führen zu unerwünschten Flankenkontakten bei den saugseitigen Verdrängungselementen. Um dies zu vermeiden, muss ein großes Verdrehflankenspiel gewählt werden. Um trotz des hierdurch entstehenden großen Spalts einen guten Liefergrad der Pumpe zu erzielen, ist es bevorzugt im Einlassbereich die Anzahl der Windungen mit großer Steigung und großem Profilspalt zu erhöhen. Insbesondere sind in diesem Bereich vorzugsweise zwei bis drei Windungen vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Anzahl der Windungen im Auslassbereich, d. h. druckseitig erhöht werden. Hierdurch ergibt sich ein geringerer Druckgradient im Einlassbereich und somit ebenfalls eine verringerte Rückströmung. Im Auslassbereich weisen die Windungen eine geringere Steigung auf. Vorzugsweise sind hierbei sechs bis 10 Windungen vorgesehen.In screw rotors with variable in the conveying direction slope of the profile engagement gap in the inlet area due to the existing here large pitch of the winding of the displacement elements is decisive for the maximum allowable synchronization error. Even comparatively small angular deviations lead to undesirable flank contacts in the suction-side displacement elements. To avoid this, a large backlash must be selected. In order to achieve a good degree of delivery of the pump despite the resulting large gap, it is preferable to increase the number of turns with a large pitch and a large profile gap in the inlet area. In particular, two to three turns are preferably provided in this area. Additionally or alternatively, the number of turns in the outlet area, i. H. be increased on the pressure side. This results in a lower pressure gradient in the inlet region and thus also a reduced backflow. In the outlet area, the turns have a lower slope. Preferably, in this case six to 10 turns are provided.
Des Weiteren ist es bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform möglich, dass die beiden Schraubenrotoren mehrere Rotor- bzw. Verdrängungselemente bzw. Verdrängungsstufen aufweisen. Vorzugsweise sind mindestens zwei Verdrängungselemente bzw. Verdrängungsstufen vorgesehen.Furthermore, it is possible in an alternative preferred embodiment that the two screw rotors have a plurality of rotor or displacement elements or displacement stages. Preferably, at least two displacement elements or displacement stages are provided.
Ein derartiger Vakuumpumpen-Schraubenrotor weist vorzugsweise mindestens zwei auf einer Rotorwelle angeordnete schraubenlinienförmige Verdrängungselemente auf. Die mindestens zwei Verdrängungselemente weisen vorzugsweise unterschiedliche Steigungen auf, wobei je Verdrängungselement die Steigung konstant ist. Beispielsweise weist der Vakuumpumpen-Schraubenrotor zwei Verdrängungselemente auf, wobei ein erstes saugseitiges Verdrängungselement eine größere konstante Steigung und ein zweites druckseitiges Verdrängungselement eine kleinere konstante Steigung aufweist. Durch das bevorzugte Vorsehen von mehreren Verdrängungselementen, die jeweils eine konstante Steigung aufweisen, ist die Herstellung erheblich vereinfacht.Such a vacuum pump screw rotor preferably has at least two helical displacement elements arranged on a rotor shaft. The at least two displacement elements preferably have different pitches, wherein the pitch is constant per displacement element. For example, the vacuum pump screw rotor has two displacement elements, wherein a first suction-side displacement element has a larger constant pitch and a second pressure-side displacement element has a smaller constant pitch. The preferred provision of a plurality of displacement elements, each having a constant pitch, the production is considerably simplified.
Vorzugsweise weist jedes Verdrängungselement mindestens eine schraubenlinienförmige Ausnehmung auf, die über ihre gesamte Länge dieselbe Kontur aufweist. Die Konturen sind vorzugsweise je Verdrängungselement unterschiedlich. Das einzelne Verdrängungselement weist somit vorzugsweise eine konstante Steigung und eine gleichbleibende Kontur auf. Dies vereinfacht die Herstellung erheblich, so dass die Herstellungskosten stark gesenkt werden können.Preferably, each displacement element has at least one helical recess which has the same contour over its entire length. The contours are preferably different per displacement element. The single displacement element thus preferably has a constant pitch and a constant contour. This simplifies the production considerably, so that the production costs can be greatly reduced.
Zur weiteren Verbesserung der Saugleistung ist die Kontur des saugseitigen Verdrängungselements, das heißt insbesondere des in Pumprichtung ersten Verdrängungselements asymmetrisch ausgebildet. Durch die asymmetrische Ausbildung der Kontur bzw. des Profils können die Flanken derart ausgestaltet werden, dass die Leckageflächen, die sogenannten Blaslöcher insbesondere vollständig verschwinden oder zumindest einen geringen Querschnitt aufweisen. Ein besonders geeignetes asymmetrisches Profil ist das sogenannte ”Quimby-Profil”. Ein derartiges Profil ist zwar relativ schwierig herzustellen, weist jedoch den Vorteil auf, dass kein durchgehendes Blasloch vorhanden ist.To further improve the suction power, the contour of the suction-side displacement element, that is to say in particular of the first displacement element in the pumping direction, is asymmetrical. As a result of the asymmetrical design of the contour or of the profile, the flanks can be configured in such a way that the leakage surfaces, the so-called blow holes, in particular, completely disappear or at least have a small cross section. A particularly suitable asymmetric profile is the so-called "Quimby profile". Although such a profile is relatively difficult to manufacture, it has the advantage that there is no continuous blow hole.
Ein Kurzschluss ist nur zwischen zwei benachbarten Kammern gegeben. Da es sich um ein asymmetrisches Profil mit unterschiedlichen Profilflanken handelt, sind für die Herstellung zumindest zwei Arbeitsschritte erforderlich, da die beiden Flanken aufgrund ihrer Asymmetrie in unterschiedlichen Arbeitsschritten hergestellt werden müssen.A short circuit is only given between two adjacent chambers. Since it is an asymmetric profile with different profile flanks, at least two steps are required for the production, since the two flanks must be prepared in different steps due to their asymmetry.
Das druckseitige Verdrängungselement, insbesondere das in Pumprichtung letzte Verdrängungselement, ist vorzugsweise mit einer symmetrischen Kontur versehen. Die symmetrische Kontur hat insbesondere den Vorteil, dass die Herstellung einfacher ist. Insbesondere können beide Flanken mit symmetrischer Kontur durch einen rotierenden Fingerfräser oder durch einen rotierenden Scheibenfräser in einem Arbeitsschritt hergestellt werden. Derartige symmetrische Profile weisen nur kleine Blaslöcher auf, diese sind jedoch durchgehend, d. h. nicht nur zwischen zwei benachbarten Kammern vorgesehen. Die Größe des Blaslochs verringert sich bei Verringerung der Steigung. Insofern können derartige symmetrische Profile insbesondere bei dem druckseitigen Verdrängungselement vorgesehen werden, da diese in bevorzugter Ausführungsform eine kleinere Steigung als das saugseitige Verdrängungselement und vorzugsweise auch als das zwischen dem saugseitigen und dem druckseitigen Verdrängungselement angeordnete Verdrängungselemente aufweist. Wenngleich die Dichtigkeit derartiger symmetrischer Profile etwas geringer ist, weisen diese den Vorteil auf, dass die Herstellung deutlich einfacher ist. Insbesondere ist es möglich, das symmetrische Profil in einem einzigen Arbeitsschritt und vorzugsweise mit einem einfachen Fingerfräser oder Scheibenfräser herzustellen. Dies reduziert die Kosten erheblich. Ein besonders geeignetes symmetrisches Profil ist das sogenannte ”Zykloiden-Profil”.The pressure-side displacement element, in particular the last displacement element in the pumping direction, is preferably provided with a symmetrical contour. The symmetrical contour has the particular advantage that the production is easier. In particular, both flanks can be produced with a symmetrical contour by a rotating end mill or by a rotating side milling cutter in one step. Such symmetrical profiles have only small blowholes, but these are continuous, ie not only provided between two adjacent chambers. The size of the blow hole decreases as the slope decreases. In this respect, such symmetrical profiles can be provided in particular in the pressure-side displacement element, since these in a preferred embodiment a smaller pitch than the suction-side displacement element and preferably also as the between the suction side and the pressure-side displacement element arranged displacement elements having. Although the density of such symmetrical profiles is slightly lower, they have the advantage that the production is much easier. In particular, it is possible to produce the symmetrical profile in a single operation and preferably with a simple end mill or disc milling cutter. This reduces the costs considerably. A particularly suitable symmetrical profile is the so-called "cycloid profile".
Das Vorsehen mindestens zweier derartiger Verdrängungselemente führt dazu, dass die entsprechende Schraubenvakuumpumpe bei geringer Leistungsaufnahme niedrige Einlassdrücke erzeugen kann. Auch ist die thermische Belastung gering. Das Anordnen von mindestens zwei derartig bevorzugt ausgestalteten Verdrängungselementen mit konstanter Steigung und gleichbleibender Kontur in einer Vakuumpumpe führt zu im Wesentlichen gleichen Ergebnissen, wie bei einer Vakuumpumpe mit einem Verdrängungselement mit sich ändernder Steigung. Bei hohen eingebauten Volumenverhältnissen können je Rotor drei oder vier Vedrängungselemente vorgesehen werden.The provision of at least two such displacement elements means that the corresponding screw vacuum pump can generate low inlet pressures with low power consumption. The thermal load is low. Arranging at least two displacement elements of constant pitch and constant contour in such a vacuum pump which are preferably configured in a vacuum pump leads to essentially the same results as in a vacuum pump with a displacement element with a changing pitch. At high built volume ratios can be provided per rotor three or four Vedrängungselemente.
Zur Verringerung des erzielbaren Einlassdrucks und/oder zur Verringerung der Leistungsaufnahme und/oder der thermischen Belastung weist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein druckseitiges, das heißt insbesondere in Pumprichtung letztes Verdrängungselement eine große Anzahl an Windungen auf. Durch eine hohe Anzahl an Windungen kann ein größerer Spalt zwischen dem Schraubenrotor und dem Gehäuse akzeptiert werden bei gleichbleibender Performance. Der Spalt kann hierbei eine Kalt-Spaltweite von 0,05–0,3 mm aufweisen. Eine große Anzahl an Auslasswindungen bzw. Anzahl an Windungen bei dem druckseitigen Verdrängungselement ist kostengünstig herstellbar, da dieses Verdrängungselement eine konstante Steigung und insbesondere auch eine symmetrische Kontur aufweist. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich, so dass das Vorsehen einer größeren Anzahl an Windungen akzeptabel ist. Vorzugsweise weist dieses druckseitige bzw. letzte Verdrängungselement mehr als 6, insbesondere mehr als 8 und besonders bevorzugt mehr als 10 Windungen auf. Das Verwenden symmetrischer Profile hat in besonders bevorzugter Ausführungsform den Vorteil, dass beide Flanken des Profils mit einem Fräser gleichzeitig geschnitten werden können. Hierbei erfolgt zusätzlich ein Abstützen des Fräsers durch die jeweils gegenüberliegende Flanke, so dass ein Verformen bzw. Verbiegen des Fräsers während des Fräsvorgangs und hierdurch hervorgerufene Ungenauigkeiten vermieden sind.In order to reduce the achievable inlet pressure and / or to reduce the power consumption and / or the thermal load, in a particularly preferred embodiment, a pressure-side, that is, in particular in pumping last displacement element on a large number of turns on. Due to a high number of turns, a larger gap between the screw rotor and the housing can be accepted with consistent performance. The gap can in this case have a cold gap width of 0.05-0.3 mm. A large number of outlet turns or number of turns in the pressure-side displacement element is inexpensive to produce, since this displacement element has a constant pitch and in particular a symmetrical contour. As a result, a simple and inexpensive production is possible, so that the provision of a larger number of turns is acceptable. Preferably, this pressure-side or last displacement element has more than 6, in particular more than 8 and particularly preferably more than 10 turns. The use of symmetrical profiles in a particularly preferred embodiment has the advantage that both flanks of the profile can be cut simultaneously with a milling cutter. In this case, the milling cutter is additionally supported by the respectively opposite flank, so that deformation or bending of the milling cutter during the milling process and thus caused inaccuracies are avoided.
Zur weiteren Reduzierung der Herstellungskosten ist es besonders bevorzugt, die Verdrängungselemente und die Rotorwelle einstückig auszubilden.To further reduce the manufacturing cost, it is particularly preferred to form the displacement elements and the rotor shaft in one piece.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Steigungswechsel zwischen benachbarten Verdrängungselementen unstetig bzw. sprunghaft ausgebildet. Gegebenenfalls sind die beiden Verdrängungselemente in Längsrichtung in einem Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen zwei Verdrängungselementen eine umlaufende zylinderringförmige Kammer ausgebildet ist, die als Werkzeugauslauf dient. Dies ist insbesondere bei einstückig ausgebildeten Rotoren vorteilhaft, da das die Schraubenlinie herstellende Werkzeug in diesem Bereich auf einfache Weise herausgeführt werden kann. Sofern die Verdrängungselemente unabhängig voneinander hergestellt und sodann auf einer Welle montiert werden, ist das Vorsehen eines Werkzeugauslaufs, insbesondere eines derartigen ringzylindrischen Bereichs nicht erforderlich.In a further preferred embodiment, the pitch change between adjacent displacement elements is discontinuous or erratic. Optionally, the two displacement elements are arranged in the longitudinal direction at a distance from each other, so that between two displacement elements, a circumferential cylindrical chamber is formed, which serves as a tool outlet. This is particularly advantageous in integrally formed rotors, since the helix producing tool can be brought out in this area in a simple manner. If the displacement elements are manufactured independently of each other and then mounted on a shaft, the provision of a tool outlet, in particular of such a ring-cylindrical region is not required.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen zwei benachbarten Verdrängungselementen am Steigungswechsel kein Werkzeugauslauf vorgesehen. In dem Bereich des Steigungswechsels weisen vorzugsweise beide Flanken eine Fehlstelle bzw. Ausnehmung auf, um das Werkzeug herausführen zu können. Eine derartige Fehlstelle hat keinen nennenswerten Einfluss auf die Verdichtungsleistung der Pumpe, da es sich um eine örtlich stark begrenzte Fehlstelle bzw. Ausnehmung handelt.In a preferred embodiment of the invention, no tool outlet is provided between two adjacent displacement elements on the pitch change. In the region of the pitch change, both flanks preferably have a defect or recess in order to be able to lead out the tool. Such a defect has no appreciable influence on the compression capacity of the pump, since it is a locally very limited defect or recess.
Der Vakuumpumpen-Schraubenrotor weist vorzugsweise mehrere Verdrängungselemente auf. Diese können jeweils den gleichen oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Bevorzugt ist es hierbei, dass das druckseitige Verdrängungselement einen kleineren Durchmesser als das saugseitige Verdrängungselement aufweist.The vacuum pump screw rotor preferably has a plurality of displacement elements. These may each have the same or different diameters. It is preferred here that the pressure-side displacement element has a smaller diameter than the suction-side displacement element.
Bei unabhängig von der Rotorwelle hergestellten Verdrängungselementen werden diese beispielsweise durch Presspassungen auf der Welle montiert. Hierbei ist es bevorzugt, Elemente wie Passstifte zur Festlegung der Winkelposition der Verdrängungselemente zueinander vorzusehen.In the case of displacement elements which are produced independently of the rotor shaft, they are mounted on the shaft, for example by press fits. In this case, it is preferable to provide elements such as dowel pins for fixing the angular position of the displacement elements to one another.
Insbesondere bei der einstückigen Ausgestaltung des Schraubenrotors aber auch bei einer mehrstückigen Ausgestaltung ist es bevorzugt, diesen aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung herzustellen. Besonders bevorzugt ist es, den Rotor aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung insbesondere AlSi9Mg oder AlSi17Cu4Mg herzustellen. Die Legierung hat vorzugsweise einen hohen Silicium-Anteil von vorzugsweise mehr als 9%, insbesondere mehr als 15%, um den Ausdehnungskoeffizienten zu verringern.In particular, in the one-piece design of the screw rotor but also in a multi-piece configuration, it is preferable to produce this made of aluminum or an aluminum alloy. It is particularly preferred to produce the rotor from aluminum or an aluminum alloy, in particular AlSi9Mg or AlSi17Cu4Mg. The alloy preferably has a high silicon content of preferably more than 9%, in particular more than 15%, in order to reduce the expansion coefficient.
Das für die Rotoren verwendete Aluminium weist in einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einen geringen Ausdehnungskoeffizienten auf. Bevorzugt ist es, wenn das Material einen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 22·10–6/K, insbesondere von weniger als 20·10–6/K aufweist. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche der Verdrängungselemente beschichtet, wobei insbesondere eine Beschichtung gegen Verschleiß und/oder Korrosion vorgesehen ist. Hierbei ist es bevorzugt eine anodische oder eine andere geeignete Beschichtung je nach Anwendungsgebiet vorzusehen. The aluminum used for the rotors has a low expansion coefficient in a further preferred development of the invention. It is preferred if the material has an expansion coefficient of less than 22 × 10 -6 / K, in particular of less than 20 × 10 -6 / K. In a further preferred embodiment, the surface of the displacement elements is coated, wherein in particular a coating against wear and / or corrosion is provided. In this case, it is preferable to provide an anodic coating or another suitable coating depending on the field of application.
Die Vakuumpumpe weist mindestens zwei Verdichtungsstufen auf.The vacuum pump has at least two stages of compression.
Des Weiteren ist es bei der erfindungsgemäßen trockenverdichtenden Vakuumpumpe bevorzugt, dass die Vakuumpumpe einen maximalen Liefergrad von mindestens 75%, insbesondere mindestens 85% aufweist. Der Liefergrad ist der Quotient aus dem real maximal erreichten Volumenstrom und dem theoretisch möglichen Volumenstrom bei einer verlustfreien Pumpe bezogen auf die Schöpfraumgeometrie und die Betriebsdrehzahl. Der maximale Liefergrad wird üblicherweise im Bereich von 1 bis 10 mbar erreicht.Furthermore, it is preferred in the dry-compressing vacuum pump according to the invention that the vacuum pump has a maximum delivery of at least 75%, in particular at least 85%. The delivery rate is the quotient of the real maximum achieved volume flow and the theoretically possible volume flow in a lossless pump based on the pump chamber geometry and the operating speed. The maximum delivery rate is usually achieved in the range of 1 to 10 mbar.
Der verwendete Zahnriemen dient vorzugsweise nicht nur zum Antrieb sondern auch zur Synchronisation der Rotorwellen. Die Rotorwellen drehen bei Schraubenpumpen gegenläufig. Der Zahnriemen ist daher in bevorzugter Ausführungsform als doppelseitiger Zahnriemen ausgebildet. In Draufsicht verläuft der Zahnriemen daher vorzugsweise zwischen den beiden mit den Wellenenden verbundenen Zahnriemenrädern.The toothed belt used is preferably not only for driving but also for synchronizing the rotor shafts. The rotor shafts rotate counter-clockwise in screw pumps. The toothed belt is therefore formed in a preferred embodiment as a double-sided toothed belt. In plan view, therefore, the toothed belt preferably extends between the two connected to the shaft ends of the toothed belt wheels.
In einer bevorzugten Ausführungsform, mit dem oben beschriebenen Rotor, können Zahnlückenspiele der beiden Zahnriemenräder von mehr als 0,10 mm akzeptiert werden. Das Zahnlückenspiel ist hierbei durch die Kombination der Zahnform der verwendeten Zahnriemenräder und der Zahnform und -größe der Zähne des Zahnriemens definiert. Aufgrund des relativ großen Zahnlückenspiels ist die Lebensdauer der Zahnriemen deutlich vergrößert.In a preferred embodiment, with the rotor described above, backlashes of the two toothed belt wheels of more than 0.10 mm can be accepted. The gapping is defined here by the combination of the tooth shape of the toothed belt wheels used and the tooth shape and size of the teeth of the toothed belt. Due to the relatively large tooth gap clearance, the service life of the toothed belt is significantly increased.
Um eine weitere Vergrößerung der Lebensdauer der Zahnriemen erzielen zu können, ist es des Weiteren bevorzugt, dass der Wirkdurchmesser nicht vergrößert ist und somit kein erzwungener Teilungsfehler entsteht.In order to be able to achieve a further increase in the service life of the toothed belt, it is further preferred that the effective diameter is not increased and thus no forced pitch error arises.
Das Vorsehen eines Zahnriemens zum Antreiben und Synchronisieren der beiden Rotorwellen hat insbesondere den Vorteil, dass keine Ölschmierung vorgesehen sein muss. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Abdichtung der Wellenenden gegenüber dem Schöpfraum deutlich kostengünstiger ausgestaltet sein kann. Des Weiteren ist es möglich, fettgeschmierte Wälzlager vorzusehen. Insbesondere sind die beiden Wellen in der Gehäusewand, durch die die Wellenenden geführt sind, gelagert, wobei es sich bei diesen Lagern um fettgeschmierte Lager handeln kann. Die gegenüberliegenden Wellenenden, die im Bereich der Einlassseite angeordnet sind, sind vorzugsweise über fettgeschmierte Lager gelagert, jedoch können auch ölgeschmierte Lager eingesetzt werden.The provision of a toothed belt for driving and synchronizing the two rotor shafts in particular has the advantage that no oil lubrication must be provided. This has the particular advantage that the sealing of the shaft ends relative to the pump chamber can be designed significantly cheaper. Furthermore, it is possible to provide grease-lubricated bearings. In particular, the two shafts are mounted in the housing wall through which the shaft ends are guided, wherein these bearings can be grease-lubricated bearings. The opposite shaft ends, which are arranged in the region of the inlet side, are preferably mounted on grease-lubricated bearings, but also oil-lubricated bearings can be used.
Des Weiteren kann eine Riemenspanneinrichtung vorgesehen sein, um den Riemen konstant gespannt zu halten. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine automatische Spanneinrichtung, bei der die Spannung beispielsweise mittels einer Feder oder dergleichen erzeugt wird, oder eine feste Vorspannung bei der Montage aufgebracht wird. Ebenso ist es möglich, den Riemen dadurch zu spannen, dass der Antriebsmotor verschiebbar gehalten ist.Furthermore, a belt tensioning device may be provided to keep the belt constantly tensioned. This is preferably an automatic clamping device, in which the voltage is generated for example by means of a spring or the like, or a fixed bias is applied during assembly. It is also possible to tension the belt by holding the drive motor in a displaceable manner.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs mittels Zahnriemen besteht darin, dass es auf einfach Weise möglich ist, die Drehzahl der Vakuumpumpe zu verändern. Hierzu muss lediglich die mit der Antriebseinrichtung verbundene Zahnriemenscheibe ausgewechselt werden. Beim Austausch der Zahnriemenscheibe muss gegebenenfalls zusätzlich der Zahnriemen ausgetauscht werden.Another advantage of the drive according to the invention by means of a toothed belt is that it is possible in a simple manner to change the speed of the vacuum pump. For this purpose, only the connected to the drive device toothed belt pulley must be replaced. When replacing the timing belt pulley, the timing belt may need to be replaced.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
In
Die beiden Rotorelemente sind jeweils auf einer Rotorwelle
Die trockenverdichtende Vakuumpumpe fördert Medium durch einen Einlass
Zum Antrieb der beiden Rotorelemente
Alternativ kann ein Zahnriemen, wie schematisch in
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform (
Ferner weist der einstückig ausgebildete Schraubenrotor zwei Lagersitze
Bei der in
Ein derartiges asymmetrisches Profil ist vorzugsweise bei dem saugseitigen Verdrängungselement
Die schematische Schnittansicht in
Ein symmetrisches Profil, wie in
Ferner ist es möglich, dass mehr als zwei Verdrängungselemente vorgesehen sind. Diese können ggf. auch unterschiedliche Kopfdurchmesser und entsprechende Fußdurchmesser aufweisen. Hierbei ist es bevorzugt, dass ein Verdrängungselement mit größerem Kopfdurchmesser am Einlass, d. h. saugseitig angeordnet ist, um in diesem Bereich ein größeres Saugvermögen zu realisieren und/oder das eingebaute Volumenverhältnis zu vergrößern. Ferner sind Kombinationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen möglich. Beispielsweise können ein oder mehrere Verdrängungselemente einstückig mit der Welle oder ein zusätzliches Verdrängungselement unabhängig von der Welle hergestellt und sodann auf der Welle montiert werden.Furthermore, it is possible that more than two displacement elements are provided. These may possibly also have different head diameters and corresponding foot diameters. In this case, it is preferred that a displacement element with a larger head diameter at the inlet, d. H. is arranged on the suction side in order to realize a greater pumping speed in this area and / or to increase the built-in volume ratio. Furthermore, combinations of the embodiments described above are possible. For example, one or more displacement elements may be made integral with the shaft or an additional displacement element independent of the shaft and then mounted on the shaft.
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