EP1242742A1 - Gekühlte schraubenvakuumpumpe - Google Patents

Gekühlte schraubenvakuumpumpe

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Publication number
EP1242742A1
EP1242742A1 EP00983238A EP00983238A EP1242742A1 EP 1242742 A1 EP1242742 A1 EP 1242742A1 EP 00983238 A EP00983238 A EP 00983238A EP 00983238 A EP00983238 A EP 00983238A EP 1242742 A1 EP1242742 A1 EP 1242742A1
Authority
EP
European Patent Office
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rotor
coolant
pump according
cavity
shaft
Prior art date
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Granted
Application number
EP00983238A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1242742B1 (de
Inventor
Hartmut Kriehn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leybold GmbH
Original Assignee
Leybold Vakuum GmbH
Leybold Vacuum GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold Vakuum GmbH, Leybold Vacuum GmbH filed Critical Leybold Vakuum GmbH
Publication of EP1242742A1 publication Critical patent/EP1242742A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1242742B1 publication Critical patent/EP1242742B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type

Definitions

  • the invention relates to a screw vacuum pump with two shafts and one rotor each carried by the shafts, each having a cavity; in each of the cavities there is another cavity which is part of a coolant circuit; the shafts have bores open towards the pressure side, through which the coolant is supplied and removed to and from the other cavities.
  • a screw vacuum pump with these features is known from DE-A-198 20 523 ( Figure 4).
  • the coolant is injected into the bores in the shafts, which are open on the pressure side.
  • the shafts are equipped with radial bores through which the coolant enters the rotor cavities.
  • the outer walls of these cavities are designed to widen conically in the direction of the pressure side.
  • the hot coolant returns to the respective central shaft bore via radial bores arranged in the shaft on the pressure side and flows back through these bores to their respective mouths.
  • a disadvantage of the previously known solution is that the cold coolant flows in and the hot coolant flows out through a common bore in the shafts.
  • the coolant first reaches the cooler side of the rotors (suction side) and then flows to the pressure side, where the compression heat to be dissipated is highest the technology a conical design of the respective rotor cavities ahead, which can only be manufactured with relatively great effort.
  • the object of the present invention is to improve not only the coolant supply to the rotor cavities but also the effectiveness of the cooling in a screw vacuum pump of the type mentioned at the outset.
  • the central shaft bore for housing the guide component can be a relatively large one Diameter. Compared to individual, separate deep-hole bores for supply and discharge channels of the coolant in the shaft material itself, it is much easier to manufacture. Furthermore, the guide components allow the rotors to be cooled in the “countercurrent”, since even a trouble-free crossing of the coolant flows to be carried in and out can be made possible.
  • FIGS. 1 to 7. Show it
  • FIG. 1 shows a section through a screw vacuum pump according to the invention
  • FIGS. 2 and 3 sections through one of two overhung rotors of a screw vacuum pump, which show further solutions for the design of the guide component
  • FIG. 4 shows a section through a rotor with means for displacing the cooling gap to the outside
  • FIG. 7 shows a solution with a rotor consisting of two sections.
  • the screw vacuum pump 1 shown in FIG. 1 comprises the pump chamber housing 2 with the rotors 3 and 4. Inlet 5 and outlet 6 of the pump 1 are schematically indicated by arrows.
  • the rotors 3 and 4 are fastened on the shafts 7 and 8, which are each supported in two bearings 11, 12 and 13, 14, respectively.
  • a pair of bearings 11, 13 is located in a bearing disc 15, which separates the lubricant-free scooping space from a gear space 16.
  • the second pair of bearings 12, 14 is located in the pump chamber housing 2.
  • In the housing 17 of the gear chamber 16 are the synchronization gears 18, 19 mounted on the shafts 7 and 8 and a gear pair 21, 22 serving to drive the pump 1, one of which with the Shaft of the drive motor 23 arranged vertically next to the pump 1 is coupled.
  • the transmission space has the function of an oil sump 20.
  • the oil sump 16 is separated from the oil-containing space 26 by seals 28, 29.
  • the second pair of bearings 12, 14 is located in the area of the bores 24, 25.
  • FIG. 1 shows that the rotors 3 and 4 each have a cavity 31 into which the shaft 8 extends and in which there is a further space 32 through which a coolant flows. Since only the rotor 4 is shown in partial section, the invention is only explained with reference to this rotor 4.
  • the space 32 through which the coolant flows is designed as an annular gap section and is located directly between shaft 8 (or 7) and rotor 4 (or 3).
  • the cylindrical inner wall of the rotor cavity 31 is provided in its central region with a recess 33, the depth of which corresponds to the thickness of the cooling gap 32.
  • the shaft 8 of the inner wall of the cavity lies on the suction side and the pressure side
  • the cooling gap 32 is supplied with the coolant via the shaft 8. It is equipped with a central bore 41 which extends from the lower end of the shaft 8 to the pressure-side end of the cooling gap 32. It forms a space 43 in which there is a guide component 44 for the coolant.
  • the guide component 44 extends from the lower end of the shaft 8 to the pressure-side end of the cooling gap
  • the coolant is supplied via the longitudinal bore 45 in the guide component 44, which is connected to the pressure-side end of the cooling gap 32 via cross-bores 46 aligned with one another through the component 44 and the shaft 8.
  • the shaft 8 is equipped with one or more transverse bores 47 which open into the space 43 formed by the blind bore 41 and the end face of the guide component 44.
  • the latter is connected to the transmission space 16 via the longitudinal bore 48 and the mutually aligned transverse bores 49 (in the guide component 44 and in the shaft 8).
  • the coolant is supplied from the oil-containing space 26 via the bores 45 and 46 into the cooling gap 32. It flows through the cooling gap 32 from the pressure side to the suction side of the rotor 4. Since the heat to be dissipated is largely generated on the pressure side of the rotor 4 the rotor 4 is cooled in counterflow.
  • the coolant is first discharged through the second bore 47 into the space 43 in the shaft 8 and through the bores 48, 49.
  • the bore 48 extends from the suction side of the cooling gap 32 to the height of the gear chamber 16.
  • the transverse bore 48 provides the connection of the bore 43 with the gear chamber 16 ago.
  • the gear chamber 16 or the oil sump 20 is connected to the chamber 26 via a line 51 in which, in addition to a cooler 52 and a filter 53, there is an oil pump 54 which is designed, for example, as a gear pump.
  • the oil pump 54 ensures that the coolant with the necessary pressure enters the bore 41 from the space 26 without cavitation.
  • oil pumps centrifugal pumps, gear pumps
  • these must be designed in such a way that they meet the requirements for the desired conveying properties.
  • FIG. 2 shows a solution in which the guide component 44 comprises three sections 61, 62, 63, which subdivide the cavity in the shaft 8 into three partial spaces 64, 65, 43, which are each located at the level of the transverse bores 49, 46 and 47 ,
  • a suitable supply and discharge of the coolant to the cooling gap can be realized by suitable bores in sections 61 to 63 and line sections 67 and 68, which connect these bores to one another.
  • the coolant is supplied through the bore 45, which, in contrast to the embodiments according to FIGS. 1 and 2, passes through the guide component 44 centrally.
  • the oil pumped into the bore 45 by a centrifugal pump 71 reaches into the cavity 43 formed by the blind bore 41 and the guide component 44 and via the transverse bore 46 into the space 32 through which the coolant flows.
  • the space 32 through which the coolant flows is one relatively large-volume annular space, which is formed by the shaft 8 and the inner wall of the rotor cavity 31.
  • the coolant injected from the bores 46 into the space 32 is conveyed in the direction of the rotor pressure side. It is not necessary to operate the coolant circuit without bubbles or cavitation.
  • the coolant can be metered in such a way that it flows along the inner wall of the rotor cavity 31, for example in the form of a thin film.
  • exit bores 47 are connected to lateral longitudinal grooves 72 (or a free rotation) in the guide component 44, which extend at the level of the bearing disc 15 to the gear chamber 16 and are there connected to the transverse bores 49.
  • the embodiment according to FIG. 4 differs from the embodiments described above in that the shaft 8 and the rotor 4 are drilled through continuously.
  • a cover 76 is provided on the suction side, which is connected to the guide component 44 via a screw 77.
  • the guide component 44 is firmly inserted from the suction side. It serves together with the screw 77 and the Cover 76 of the axial fixation of the rotor 4.
  • the bore 41 On the pressure side, the bore 41 has a smaller diameter.
  • the shaft 8 is equipped with an outer sleeve 77 which, together with the inner wall of the cavity 31 in the rotor 4, forms the cooling gap 32. This extends essentially only at the level of the pressure side of the rotor 4. The radial displacement of the cooling gap 32 to the outside improves the cooling effect.
  • the coolant is supplied only via relatively short longitudinal groove sections 78 (or a free rotation, annular channel) in the guide component 44 up to the transverse bores 46 which penetrate the shaft 8 and the sleeve 77. Before it enters the longitudinal grooves 78, it flows through bores 79, 80 in the bearing disk 15 and the bearing-side space 82 of a mechanical seal 83 and provides the necessary blocking pressure there. The coolant is returned via the transverse bores 47 and the central bore 45 in the guide component 44 or the bore 41 in the shaft 8.
  • the shaft 8 does not extend into the rotor cavity 31. It is connected to the rotor 4 at the pressure side.
  • the guide component 44 in the rotor cavity 31 has a section 84 with an enlarged diameter which, together with the inner wall of the cavity 31 in the rotor 4, forms the cooling gap 32.
  • a second section 85 which has a smaller diameter than section 84, penetrates the bore 41 in the shaft 8.
  • Coolant supplied centrally via the blind bore 45 is introduced via a transverse bore 88 into two mutually opposite groove sections 89 into the cavity 31 (pressure side).
  • the coolant then flows through the cooling gap 32 and passes via the transverse bores 47 into a line section 89 located centrally in the guide component.
  • the two transverse bores 88 and 90 are aligned approximately perpendicular to one another ,
  • the transverse bore 90 opens into mutually opposite groove sections 91 which are offset by approximately 90 ° with respect to the groove sections 89. This makes it possible for the coolant to flow back through these groove sections 91 to the transverse bores 49 in the area of the transmission space 16.
  • the rotor 4 comprises two sections 4 ′, 4 ′′ with different screw pitches and with a cavity 31 ′ or 31 ′′ in each case.
  • the shaft 8 extends into the cavity 31 ′′ of the rotor section on the pressure side 4 '' and thus forms the cooling gap 32 ''.
  • the guide component 44 is designed similarly to the embodiment according to FIGS. 5, 6. It has a section 84 with an enlarged diameter, which is located in the cavity 31 'of the rotor section 4' and, together with the inner wall of this rotor section 4 ', the cooling gap 32 'forms.
  • Another section 85 of the guide component 44 with a smaller diameter passes through the central bore 41 in the shaft 8.
  • the guide component 44 is provided with a central bore 45 which extends to the suction side of the rotor 4.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraubenvakuumpumpe mit zwei Wellen (7, 8) und je einem von den Wellen getragenen Rotor (3, 4), der jeweils einen Hohlraum (31) aufweist; in jedem Hohlraum (31) befindet sich ein weiterer Hohlraum (32), der Bestandteil eines Kühlmittelkreislaufs ist; die Wellen (7, 8) weisen zur Druckseite hin offene Bohrungen (41) auf, durch die die Zu- und Abführung des Kühlmittels zu bzw. von den weiteren Hohlräumen (32) erfolgt; zur Verbesserung der Effektivität der Kühlung der Rotoren wird vorgeschlagen, dass sich in den offenen Bohrungen (41) der Wellen (7, 8) Führungsbauteile (44) befinden, die der getrennten Führung des zuströmenden und des abströmenden Kühlmittels dienen.

Description

Gekühlte Schraubenvakuumpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenvakuumpumpe mit zwei Wellen und je einem von den Wellen getragenen Rotor, der jeweils einen Hohlraum aufweist; in jedem der Hohlräume befindet sich ein weiterer Hohlraum, der Bestandteil eines Kühlmittelkreislaufs ist; die Wellen weisen zur Druckseite hin offene Bohrungen auf, durch die die Zu- und Abführung des Kühlmittels zu bzw. von den weiteren Hohlräumen erfolgt.
Eine Schraubenvakuumpumpe mit diesen Merkmalen ist aus der DE-A-198 20 523 (Figur 4) bekannt. Das Kühlmittel wird in die druckseitig offenen Bohrungen in den Wellen eingespritzt. Saugseitig sind die Wellen mit Radialbohrungen ausgerüstet, durch die das Kühlmittel in die Rotorhohlräume gelangt. Die Außenwandungen dieser Hohlräume sind konisch sich in Richtung Druckseite erweiternd gestaltet. Dadurch strömt der sich auf den Außenwandungen ausbildende Kühlmittelfilm in Richtung Druckseite. Über druckseitig angeordnete Radialbohrungen in der Welle gelangt das heiße Kühlmittel in die jeweilige zentrale Wellenbohrung zurück und strömt durch diese Bohrungen zu deren jeweiliger Mündung zurück. Nachteilig an der vorbekannten Lösung ist, dass die Zu- strömung des kalten und die Abströmung des heißen Kühlmittels jeweils durch eine gemeinsame Bohrung in den Wellen erfolgt. Eine Vermischung der Kühlmittelströmungen ist unvermeidbar, wodurch bereits die Effektivität der Kühlung beeinträchtigt ist. Weiterhin ist es nicht möglich, die Kühlung der Rotoren im „Gegenstro " zu betreiben. Das Kühlmittel gelangt zunächst zur kühleren Seite der Rotoren (saugseitig) und strömt danach zur Druckseite, wo die abzuführende Verdichtungswärme am höchsten ist. Schließlich setzt die Lösung nach dem Stand der Technik eine konische Ausbildung der jeweiligen Rotor-Hohlräume voraus, die nur mit relativ hohem Aufwand gefertigt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einer Schraubenvakuumpumpe der eingangs erwähnten Art nicht nur die Kühlmittelversorgung der Rotorhohlräume sondern auch die Effektivität der Kühlung zu verbessern .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Durch die Verwendung von in den zentralen Wellenbohrungen eingesetzten Führungsbauteilen kann zunächst eine sichere und wirksame Trennung des zuströmenden kalten Kühlmittels vom zurückströmenden heißen Kühlmittel erreicht werden, insbesondere dann, wenn die Führungsbauteile aus einem schlecht Wärme leitendem Werkstoff bestehen. Die zentrale Wellenbohrung für die Unterbringung des Führungsbauteiles kann einen relativ großen Durchmesser haben. Diese ist gegenüber einzelnen, separaten Tieflochbohrungen für Zu- und Abführungskanäle des Kühlmittels im Wellenmaterial selbst wesentlich einfacher zu fertigen. Weiterhin erlauben die Führungsbauteile die Kühlung der Rotoren im „Gegenstrom", da selbst ein störungsfreies Kreuzen der zu- und abzuführenden Kühlmittelströme ermöglicht werden kann. Die Kühlung der Rotoren im Gegenstrom hat noch den Vorteil der gleichmäßigeren Temperierung, so dass die Rotor-Gehäuse-Spalte gleichmäßig klein gehalten werden können. Schließlich erlauben es die Führungsbauteile, die Kühlung der Rotoren so zu betreiben, dass sämtliche Leitungen, Spalte, Kammern oder dergleichen, die sich in den Rotorhohlräumen befinden und vom Kühlmittel durchströmt werden, stets vollständig mit dem strömenden Kühlmittel gefüllt sind. Die Effektivität der Kühlung wird dadurch erheblich verbessert.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Figuren 1 bis 7 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 einen Schnitt durch eine Schraubenvakuumpumpe nach der Erfindung,
Figuren 2 und 3 Schnitte durch jeweils einen von zwei fliegend gelagerten Rotoren einer Schraubenvakuumpumpe, die weitere Lösungen für die Gestaltung des Führungsbauteiles zeigen, - Figur 4 einen Schnitt durch einen Rotor mit Mitteln zur Verlagerung des Kühlspaltes nach außen,
- Figuren 5 und 6 eine Lösung, bei der das Führungsbauteil den Kühlspalt begrenzt, und
- Figur 7 eine Lösung mit einem aus zwei Abschnitten bestehenden Rotor.
Die in Figur 1 dargestellte Schraubenvakuumpumpe 1 um- fasst das Schöpfraumgehäuse 2 mit den Rotoren 3 und 4. Einlass 5 und Auslass 6 der Pumpe 1 sind schematisch durch Pfeile gekennzeichnet. Die Rotoren 3 und 4 sind auf den Wellen 7 bzw. 8 befestigt, die sich jeweils in zwei Lagern 11, 12 bzw. 13, 14 abstützen. Ein Lagerpaar 11, 13 befindet sich in einer Lagerscheibe 15, die den schmiermittelfreien Schöpfraum von einem Getrieberaum 16 trennt. Das zweite Lagerpaar 12, 14 befindet sich im Schöpfraumgehäuse 2. Im Gehäuse 17 des Getrieberaumes 16 befinden sich die auf den Wellen 7 und 8 montierten Synchronisationszahnräder 18, 19 sowie ein dem Antrieb der Pumpe 1 dienendes Zahnradpaar 21, 22, von denen eines mit der Welle des vertikal neben der Pumpe 1 angeordneten Antriebmotors 23 gekoppelt ist. Außerdem hat der Getrieberaum die Funktion eines Ölsumpfes 20.
Die getrieberaumseitigen Enden der Wellen 7, 8 durchsetzen in Bohrungen 24, 25 im Boden des Getrieberaumgehäuses 17 und enden in einem Öl enthaltenden Raum 26, der vom Gehäuse 17 sowie einer daran befestigten Wanne 27 gebildet wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das Rotorpaar 3, 4 beidseitig gelagert ist, erfolgt die Trennung des Ölsumpfes 16 vom Öl enthaltenden Raum 26 durch Dichtungen 28, 29. Für den Fall einer fliegenden Lagerung des Rotorpaares 3, 4 befindet sich das zweite Lagerpaar 12, 14 im Bereich der Bohrungen 24, 25.
Die Figur 1 lässt erkennen, dass die Rotoren 3 und 4 jeweils einen Hohlraum 31 aufweisen, in den sich die Welle 8 erstreckt und in dem sich jeweils ein weiterer von einem Kühlmittel durchströmter Raum 32 befindet. Da nur der Rotor 4 im Teilschnitt dargestellt ist, wird die Erfindung nur anhand dieses Rotors 4 erläutert.
Bei der Lösung nach Figur 1 ist der vom Kühlmittel durchströmte Raum 32 als Ringspaltabschnitt ausgebildet und befindet sich unmittelbar zwischen Welle 8 (bzw. 7) und Rotor 4 (bzw. 3). Die zylindrische Innenwandung des Rotorhohlraumes 31 ist dazu in ihrem mittleren Bereich mit einer Eindrehung 33 versehen, deren Tiefe der Dicke des Kühlspaltes 32 entspricht. Saugseitig und druckseitig liegt die Welle 8 der Innenwandung des Hohlraumes
31 dicht an.
Die Versorgung des Kühlspaltes 32 mit dem Kühlmittel erfolgt über die Welle 8. Sie ist mit einer zentralen Bohrung 41 ausgerüstet, die sich vom unteren Ende der Welle 8 bis zum druckseitigen Ende des Kühlspaltes 32 erstreckt. Sie bildet einen Raum 43, in dem sich ein Führungsbauteil 44 für das Kühlmittel befindet. Das Führungsbauteil 44 erstreckt sich vom unteren Ende der Welle 8 bis über das druckseitige Ende des Kühlspaltes
32 hinaus. Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt über die Längsbohrung 45 im Führungsbauteil 44, die über miteinander fluchtende Querbohrungen 46 durch das Bauteil 44 und die Welle 8 mit dem druckseitigen Ende des Kühlspaltes 32 in Verbindung steht.
In Höhe des saugseitigen Endes des Kühlspaltes 32 ist die Welle 8 mit einer oder mehreren Querbohrungen 47 ausgerüstet, die in den von der Sackbohrung 41 und der Stirnseite des Führungsbauteils 44 gebildeten Raum 43 münden. Dieser steht über die Längsbohrung 48 und die miteinander fluchtenden Querbohrungen 49 (im Führungsbauteil 44 und in der Welle 8) mit dem Getrieberaum 16 in Verbindung.
Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt aus dem Öl enthaltenden Raum 26 über die Bohrungen 45 und 46 in den Kühlspalt 32. Es durchströmt den Kühlspalt 32 von der Druckseite zur Saugseite des Rotors 4. Da die abzuführende Wärme maßgeblich auf der Druckseite des Rotors 4 entsteht, ist der Rotor 4 im Gegenstrom gekühlt. Die Abführung des Kühlmittels erfolgt zunächst über die zweite Bohrung 47 in den Raum 43 in der Welle 8 sowie über die Bohrungen 48, 49. Die Bohrung 48 erstreckt sich von der Saugseite des Kühlspaltes 32 bis in die Höhe des Getrieberaumes 16. Die Querbohrung 48 stellt die Verbindung der Bohrung 43 mit dem Getrieberaum 16 her.
Eine sichere Kühlung der Rotoren 3, 4 wird erreicht, wenn das Kühlmittel die relativ engen Kühlspalte 32 relativ schnell und störungsfrei (frei von Kavitationen und Verschmutzungen) durchströmt. Es ist deshalb zweck- mäßig, neben der Kühlung und Filterung des Kühlmittels für eine ausreichende Förderkraft zu sorgen. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 steht dazu der Getrieberaum 16 bzw. der Ölsumpf 20 mit dem Raum 26 über eine Leitung 51 in Verbindung, in dem sich neben einem Kühler 52 und einem Filter 53 eine Ölpumpe 54 befindet, die z.B. als Zahnradpumpe ausgebildet ist. Die Ölpumpe 54 sorgt dafür, dass das Kühlmittel mit dem notwendigen Druck kavitationsfrei aus dem Raum 26 in die Bohrung 41 eintritt .
Es besteht auch die Möglichkeit, Ölpumpen (Zentrifugalpumpen, Zahnradpumpen) im Bereich der unteren Enden der Wellen 7, 8 anzuordnen. Diese müssen jedoch so ausgebildet sein, dass sie die Anforderungen an die gewünschte Fördereigenschaften erfüllen.
Figur 2 zeigt eine Lösung, bei der das Führungsbauteil 44 drei Abschnitte 61, 62, 63 umfasst, die den Hohlraum in der Welle 8 in drei Teilräume 64, 65, 43 unterteilen, die sich jeweils in Höhe der Querbohrungen 49, 46 und 47 befinden. Durch geeignete Bohrungen in den Abschnitten 61 bis 63 sowie Leitungsabschnitte 67 und 68, die diese Bohrungen miteinander verbinden, kann eine separate Zu- und Abführung des Kühlmittels zum Kühlspalt realisiert werden.
Bei der Ausführung nach Figur 3 erfolgt die Zuführung des Kühlmittels durch die Bohrung 45, die im Gegensatz zu den Ausführungen nach den Figuren 1 und 2 zentral das Führungsbauteil 44 durchsetzt. Das von einer Zentrifugalpumpe 71 in die Bohrung 45 geförderte Öl ge- langt in den von der Sackbohrung 41 sowie dem Führungsbauteil 44 gebildeten Hohlraum 43 und über die Querbohrung 46 in den vom Kühlmittel durchströmten Raum 32. Anders als bei den Ausführungen nach den Figuren 1 und 2 handelt es sich bei dem vom Kühlmittel durchströmten Raum 32 um einen relativ großvolumigen Ringraum, der von der Welle 8 und der Innenwandung des Rotorhohlraumes 31 gebildet wird. Da diese Innenwandung derart konisch gestaltet ist, dass sich der Rotorhohlraum 31 zur Druckseite der Rotoren 3, 4 konisch erweitert, wird eine Förderung des aus den Bohrungen 46 in den Raum 32 eingespritzten Kühlmittels in Richtung Rotor-Druckseite erreicht. Ein blasen- oder kavitationsfreier Betrieb des Kühlmittelkreislaufs ist nicht erforderlich. Das Kühlmittel kann so dosiert werden, dass es der Innenwandung des Rotorhohlraumes 31 z.B. in Form eines dünnen Filmes entlang strömt.
Die Austrittsbohrungen 47 stehen mit seitlichen Längsnuten 72 (oder eine Freidrehung) im Führungsbauteil 44 in Verbindung, welche sich in Höhe der Lagerscheibe 15 bis zum Getrieberaum 16 erstrecken und dort mit den Querbohrungen 49 in Verbindung stehen.
Die Ausführung nach Figur 4 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungen dadurch, dass die Welle 8 und der Rotor 4 durchgehend durchbohrt sind. Zur Bildung des Hohlraumes 31 ist eine saugseitig angeordnete Abdeckung 76 vorgesehen, die über eine Schraube 77 mit dem Führungsbauteil 44 in Verbindung steht. Das Führungsbauteil 44 ist von der Saugseite her fest eingesetzt. Es dient zusammen mit der Schraube 77 und der Abdeckung 76 der axialen Fixierung des Rotors 4. Druckseitig hat die Bohrung 41 einen kleineren Durchmesser.
Die Welle 8 ist mit einer äußeren Hülse 77 ausgerüstet, die zusammen mit der Innenwandung des Hohlraumes 31 im Rotor 4 den Kühlspalt 32 bildet. Dieser erstreckt sich im wesentlichen nur in Höhe der Druckseite des Rotors 4. Die radiale Verlegung des Kühlspaltes 32 nach außen verbessert die Kühlwirkung. Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt nur über relativ kurze Längsnutabschnitte 78 (oder eine Freidrehung, Ringkanal) im Führungsbauteil 44 bis zu den Querbohrungen 46, die die Welle 8 und die Hülse 77 durchsetzen. Bevor es in die Längsnuten 78 eintritt, durchströmt es Bohrungen 79, 80 in der Lagerscheibe 15 sowie den lagerseitigen Raum 82 einer Gleitringdichtung 83 und sorgt dort für den notwendigen Sperrdruck. Die Rückführung des Kühlmittels erfolgt über die Querbohrungen 47 sowie die zentrale Bohrung 45 im Führungsbauteil 44 bzw. die Bohrung 41 in der Welle 8.
Bei der Lösung nach den Figuren 5a erstreckt sich die Welle 8 nicht bis in den Rotorhohlraum 31. Sie ist in Höhe der Druckseite mit dem Rotor 4 verbunden. Das Führungsbauteil 44 im Rotorhohlraum 31 hat einen Abschnitt 84 mit vergrößertem Durchmesser, welcher zusammen mit der Innenwandung des Hohlraumes 31 im Rotor 4 den Kühlspalt 32 bildet. Ein zweiter Abschnitt 85, der gegenüber dem Abschnitt 84 einen kleineren Durchmesser hat, durchsetzt die Bohrung 41 in der Welle 8. Um aus thermischen Gründen einerseits die Zufuhr des Kühlmittels von der offenen Seite der Bohrung 41 her über eine zentrale Bohrung 45 im Führungsbauteil 44 und andererseits eine Kühlung des Rotors 4 im Gegenstrom zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass das Führungsbauteil 44 eine Kreuzung der Kühlmittelströme vorsieht. Dieses geschieht über Querbohrungen und äußere Nutabschnitte im Führungsbauteil 44, die im einzelnen folgendermaßen gestaltet sind (vgl. Figuren 5a, 5b und 6):
Über die Sackbohrung 45 zentral zugeführtes Kühlmittel wird über eine Querbohrung 88 in zwei einander gegenüberliegende Nutabschnitte 89 bis in den Hohlraum 31 (Druckseite) . Danach durchströmt das Kühlmittel den Kühlspalt 32 und gelangt über die Querbohrungen 47 in einen zentral im Führungsbauteil gelegenen Leitungsabschnitt 89. Dieser erstreckt sich bis zu einer zweiten, saugseitig zur ersten Querbohrung 88 gelegenen Querbohrung 90. Die beiden Querbohrungen 88 und 90 sind etwa senkrecht zueinander ausgerichtet. Die Querbohrung 90 mündet in einander gegenüberliegende Nutabschnitte 91, die um etwa 90° gegenüber den Nutabschnitten 89 versetzt sind. Dadurch ist es möglich, dass das zurückströmende Kühlmittel durch diese Nutabschnitte 91 bis zu den Querbohrungen 49 im Bereich des Getrieberaumes 16 zu führen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 7 umfasst der Rotor 4 zwei Abschnitte 4', 4'' mit unterschiedlicher Gestaltung der Schraubengänge sowie mit jeweils einem Hohlraum 31' bzw. 31''. Die Welle 8 erstreckt sich bis in den Hohlraum 31'' des druckseitigen Rotorabschnittes 4'' und bildet damit den Kühlspalt 32''. Das Führungsbauteil 44 ist ähnlich gestaltet wie bei der Ausführung nach den Figuren 5, 6. Es weist einen Abschnitt 84 mit vergrößertem Durchmesser auf, der sich im Hohlraum 31' des Rotorabschnittes 4' befindet und zusammen mit der Innenwandung dieses Rotorabschnittes 4' den Kühlspalt 32' bildet. Ein weiterer Abschnitt 85 des Führungsbauteiles 44 mit kleinerem Durchmesser durchsetzt die zentrale Bohrung 41 in der Welle 8. Das Führungsbauteil 44 ist mit einer sich bis zur Saugseite des Rotors 4 erstreckenden zentralen Bohrung 45 versehen.
Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber ist eine Lösung dargestellt, bei der das Kühlmittel über die zentrale Bohrung 45 zugeführt wird und über seitliche Bohrungen 46' im Abschnitt 84 saugseitig in den Kühlspalt 32' einströmt. Über eine Freidrehung 78' (oder auch über Längsnuten) sowie über Querbohrungen 46'' steht das druckseitige Ende des Kühlspaltes 32' mit dem saugseitigen Ende des Kühlspaltes 32'' in Verbindung, so dass die beiden Kühlspalte 32', 32'' nacheinander vom Kühlmittel durchströmt werden. Über eine weitere Freidrehung 78' ' steht die druckseitige Ausströmöffnung 47'' des Kühlspaltes 32'' mit der Ausströmöffnung 49 in Höhe des Getrieberaumes 16 in Verbindung. Auch bei dieser Lösung besteht die Möglichkeit, das Führungsbauteil 44 gleichzeitig als Zuganker zu verwenden, und zwar zur Fixierung des Rotorabschnittes 4'.
Natürlich besteht bei der Ausführung nach Figur 9 auch die Möglichkeit, die Zu- und Abführungsleitungen des Kühlmittels so zu gestalten, dass die Kühlspalte 32', 32'' getrennt und/oder im Gegenstrom versorgt werden.
Die Lösungen nach den Figuren 5 bis 7 sind insbesondere dann von Vorteil, wenn die Rotoren 3, 4 fliegend gelagert sind, da die Möglichkeit besteht, das Führungsbauteil 62 aus leichten Werkstoffen, z.B. Kunststoff, herzustellen. Dadurch kann die lagerferne Masse der Rotoren klein gehalten werden. Die Verwendung von Kunststoff oder ähnlichen Werkstoffen hat auch noch generell den Vorteil, dass sich zwischen dem zuströmenden und dem abströmenden Kühlmittel schlecht wärmeleitende Materialien befinden.

Claims

Gekühlte Schraubenvakuumpumpe
PATENTANSPRÜCHE
Schraubenvakuumpumpe mit zwei Wellen (7, 8) und je einem von den Wellen getragenen Rotor (3, 4), der jeweils einen Hohlraum (31) aufweist; in jedem Hohlraum (31) befindet sich ein weiterer Hohlraum
(32), der Bestandteil eines Kühlmittelkreislaufs ist; die Wellen (7, 8) weisen zur Druckseite hin offene Bohrungen (41) auf, durch die die Zu- und Abführung des Kühlmittels zu bzw. von den weiteren Hohlräumen (32) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sich in den offenen Bohrungen (41) der Wellen
(7, 8) Führungsbauteile (44) befinden, die der getrennten Führung des zuströmenden und des abströmenden Kühlmittels dienen.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axial gerichteten Zu- und/oder Abführungsleitungen als zentrale oder dezentrale Bohrungen, als seitliche Längsnutenabschnitte oder als äußere Freidrehungen (Ringspalte) im Führungsbauteil ausgebildet sind.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass axiale und radiale Leitungsabschnitte so im Führungsbauteil angeordnet sind, dass sie eine separate, sich kreuzende Führung des zugeführten Kühlmittels einerseits und des abgeführten Kühlmittels andererseits erlauben.
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsnut oder ein Längsnutenpaar (89) der Zuführung und eine dazu um 90° versetzte Längsnut oder Längsnutenpaar (91) der Rückführung des Kühlmittels dienen.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe zusätzlicher Querbohrungen (88, 90) eine Überkreuzung der Kühlmittelströme erzielt wird.
6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass axial gerichtete Zu- und Abführungsleitungen über im wesentlichen radial gerichtete Bohrungen mit dem Hohlraum (32) in Verbindung stehen.
7. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsbauteil aus drei Abschnitten (61, 62, 63) besteht, die den Hohlraum in der Welle (8) in drei Teilräume (64, 65, 43) unterteilen, die sich jeweils in Höhe von Querbohrungen (46, 47, 49) befinden, und dass durch geeignete Bohrungen in den Abschnitten (61 bis 63) sowie diese Bohrun- gen miteinander verbindende Leitungsabschnitte (67, 68) eine separate Zu- und Abführung des Kühlmittels erfolgt.
8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abführung des Kühlmittels dienende Leitungen in einen Getrieberaum
(16) münden.
9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das saugseitige Ende der Welle (7, 8) mit dem druckseitigen Ende des Rotors (3, 4) in Verbindung steht und dass sich das Führungsbauteil (44) bis in den Rotorhohlraum
(31) hineinerstreckt.
10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsbauteil (44) aus leichtem Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff besteht.
11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3, 4) durchbohrt ist und dass das Führungsbauteil (44) die Funktion eines Zugankers zur Befestigung des Rotors (3, 4) auf der Welle (7, 8) hat.
12. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Rotorhohlraumes (31) den weiteren Hohlraum (32) begrenzt und sich in Richtung Druckseite konisch erweitert .
13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 b s 11, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Hohlraum (32) ein relativ enger, vom Kuhlmittel durchströmter zylindrischer Ringspaltabschnitt (32) ist und dass sich der Ringspaltabschnitt (32) zwischen Einbauten und der jeweiligen Innenwand des Rotorhohlraumes (31) sowie zwischen der Saugseite und der Druckseite des Rotors (3, 4) erstreckt.
14. Pumpe nach Anspruch 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (8) druckseitig mit dem Rotor
(4) verbunden ist, dass sich das Führungsbauteil (44) m den Hohlraum (31) im Rotor (4) erstreckt und dass Führungsbauteil (44) und Rotorinnenwandung den Kuhlspalt (32) bilden.
15. Pumpen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ringspaltabschnitt (32) unmittelbar zwischen der Welle (7, 8) und der Innenwandung des Rotorhohlraumes (31) befindet.
16. Pumpe nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (7, 8) mit einer Hülse (87) versehen ist, deren Außenseite den Ringspalt (32) begrenzt.
17. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) aus zwei Abschnitten (4', 4'') besteht und dass zwei von Kühlflussigkeit durchströmte Räume (32', 32'') vorhanden sind, die über Kanäle im Führungsbauteil (44) versorgt werden.
18. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (7, 8) den druckseitigen Abschnitt
(4'') des Rotors (4) durchsetzt, dass der saugsei- tige Abschnitt (4') mit dem druckseitigen Ende der Welle (7, 8) verbunden ist, dass sich das Führungsbauteil (44) bis in den Hohlraum des saugseitigen Rotorabschnittes (4') erstreckt und den Raum (32' ) begrenzt .
19. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Kühlmittels so gewählt ist, dass der Raum (32) von der Druckseite in Richtung Saugseite durchströmt ist.
20. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bereich der druckseitigen Enden der Welle (7, 8) Kühlmittelpumpen befinden.
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