EP2719899B1 - Schraubenvakuumpumpe - Google Patents

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EP2719899B1
EP2719899B1 EP14150358.1A EP14150358A EP2719899B1 EP 2719899 B1 EP2719899 B1 EP 2719899B1 EP 14150358 A EP14150358 A EP 14150358A EP 2719899 B1 EP2719899 B1 EP 2719899B1
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EP
European Patent Office
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overpressure
vacuum pump
screw
channel
screw vacuum
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EP14150358.1A
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English (en)
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EP2719899A1 (de
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Peter Birch
Robert Jenkins
Roland Müller
Magnus Janicki
Wolfgang Giebmanns
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Leybold GmbH
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Leybold GmbH
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Publication date
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Application filed by Leybold GmbH filed Critical Leybold GmbH
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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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum
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    • F04C28/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F04C28/26—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels
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    • F04C29/126—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston pumps of the non-return type
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    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/10—Geometry of the inlet or outlet

Definitions

  • the invention relates to a screw vacuum pump, preferably with a compression of a medium, usually from gas to atmosphere takes place.
  • Screw vacuum pumps have a pump chamber in a pump chamber.
  • the screw rotors have on their outer side in each case a helical thread, wherein for conveying and compression of the medium, the two threads of the screw rotors mesh with each other.
  • Within the pump chamber takes place from the suction side, ie the pump inlet in the direction of the pressure side, ie the pump outlet, a compression of the pumped medium.
  • Conventional compression ratios of screw vacuum pumps are in the range of 1 to 10 6 . Depending on the pressure applied to the pump inlet, over-compression can take place within the screw vacuum pump.
  • the overpressure outlet has an overpressure opening arranged in a side wall of the pumping chamber. Within the overpressure outlet, a pressure relief valve is arranged.
  • the object of the invention is to design the overpressure outlet in such a way that the risk of over-compression within the screw vacuum pump is reduced and the pumping power as well as the energy efficiency and the reliability of the screw vacuum pump are improved.
  • the screw vacuum pump according to the invention has a plurality of overpressure openings, each of which is arranged in a side wall of the pump chamber and connected to a pressure outlet.
  • overpressure valves are arranged in the pressure relief valves. These are inventively designed as weight-loaded valves.
  • valve bodies with a convex outside.
  • the valve bodies are balls.
  • the use of such valve body has the advantage that they can move when actuated in the valve seat, in particular can rotate and thus an automatic cleaning of the valve seat and the ball takes place.
  • the valve seat itself is correspondingly complementary to the voltage applied to the valve seat Outside of the valve body formed. In particular, it is a frusto-conical bore.
  • valve body For ease of construction, it is preferable to provide weight-loaded valves. Such valves are then preferably arranged within the pump housing such that the valve body abut due to their weight in the valve seat.
  • Suitable materials for the valve body and the valve seat are in particular material pairings of elastomer and metal.
  • an elastomeric ball may be arranged in a valve seat formed of a metallic material or else a metal ball in a valve seat formed from an elastomer. It is also possible to provide elastomer-coated metal balls, which are then arranged in a metallic valve seat. Also, a combination of hard and soft metallic materials or ceramic materials is possible.
  • a good seal in the closed state of the pressure relief valve can be ensured.
  • the choice of material based on the process medium to be pumped and the temperatures occurring and the required weight for weight-loaded valves.
  • valve body balls with a diameter in the range of 20 to 30 mm.
  • the bore of the valve seat in this case has a diameter of 16 to 20 mm.
  • weight-loaded valve bodies For positional definition of the valve body, it is advantageous for weight-loaded valve bodies to provide holding elements which are arranged in a particularly preferred embodiment within the channel. It is preferred in this case to provide pin-shaped holders, wherein a valve body formed in particular as a ball is held by preferably three or four correspondingly arranged pins.
  • a plurality of overpressure openings are provided, which are preferably arranged at the same pressure level.
  • the effective cross section of the entire overpressure opening can be increased in a simple manner in order to ensure rapid media removal.
  • a plurality of overpressure openings at the same pressure level.
  • Such overpressure openings are thus arranged on a line corresponding to the gradient of the screw rotor.
  • a plurality of overpressure openings possibly designed as elongated holes, at different pressure levels, such overpressure openings then being spaced apart from one another in the longitudinal direction of the screw rotor.
  • the arrangement of several overpressure openings can be combined at the same pressure level with the arrangement of several overpressure openings at different pressure levels.
  • the at least one overpressure outlet has a channel which is connected to the pump outlet of the screw vacuum pump, wherein preferably atmospheric pressure is present at the pump outlet.
  • the channel preferably extends in the longitudinal direction of the screw rotors.
  • extending in the longitudinal direction of the screw rotors channel several overpressure openings open, which are then arranged at different pressure levels.
  • the overpressure ports are connected to the channel via transverse bores.
  • a plurality of preferably longitudinally extending channels to be provided in the pump housing, with the individual channels in turn being connected to a plurality of overpressure openings, which may then at least partially be at the same pressure level.
  • the provision of at least one channel in turn constitutes an independent invention which is independent of the width of the overpressure ports, but preferably combined with this invention.
  • a plurality of overpressure openings are connected in particular via individual feed channels to a common overpressure valve.
  • the channel of the overpressure outlet is closed by a housing cover.
  • a housing cover Possibly. a plurality of provided channels, which are integrated in particular in the pump housing, be closed with a common cover.
  • the housing cover is preferably designed such that it extends over the entire length of the channel, so that the housing cover forms or closes a longitudinal side of the channel.
  • the at least one channel of the overpressure outlet in the pump housing in such a way that it is easily accessible even when the pump housing is connected to an attachment such as a further pump.
  • the at least one channel of the overpressure outlet extends over the entire length of the screw vacuum pump, ie from the pump inlet to the pump outlet.
  • a pressure relief valve is also arranged in the inlet area. This has the advantage that, if the desired pressure is already present at the pump inlet, the medium can be discharged directly through the channel and thus an unnecessary power consumption of the screw vacuum pump is avoided. If, for example, with two pumps connected in series, the medium is pumped against the atmosphere and atmospheric pressure is already present at the inlet of the second pump, this opens corresponding pressure relief valve, so that the medium flows at least partially at the pump inlet of the second pump directly into the channel of the pressure relief.
  • valve seat is formed in a channel wall.
  • the width of the overpressure opening in the longitudinal direction of the screw pump or in the conveying direction is selected such that it is less than or equal to the tooth width of Screw rotor is.
  • the position of the overpressure opening is preferably taken into account, since the tooth width of the screw rotor can vary in the longitudinal direction.
  • the width of the overpressure opening in the longitudinal direction of the screw rotor is preferably less than or equal to 90%, in particular less than or equal to 80% of the tooth width in this area.
  • the overpressure opening can be formed as a slot with, for example, oval or rectangular cross section.
  • the slot is arranged such that the longitudinal extent of the slot corresponds to the gradient of the thread of the screw rotor.
  • a first embodiment is formed in a pump housing 10, a pump chamber.
  • a pump housing 10 a pump chamber.
  • the screw rotors each have threads 16 on their outer sides, so that through opposite rotation of the two screw rotors 14 medium is sucked through an inlet 18 and conveyed in the direction of an arrow 20 to the outlet 22.
  • a positive pressure outlet 26 is provided in a side wall 24 of the pump housing 10.
  • the overpressure outlet 26 has two overpressure openings 28 connected to the pumping chamber 12.
  • the overpressure openings 28 are connected via connecting channels 30 with a channel 32 extending in the longitudinal direction 20.
  • the connecting channels 30 are closed by weight-loaded pressure relief valves 34, wherein each pressure relief valve has a valve body 36 designed as a ball.
  • the two valve bodies are in the illustrated embodiment, respectively a valve seat 39 at.
  • the valve body 36 is pushed upwards, so that medium flows into the channel 32.
  • the channel 32 of the overpressure outlet 26 is connected to the pump outlet 22 through the channel 33.
  • At the pump outlet 22 is preferably at atmospheric pressure.
  • the width b ( Fig. 3 ) of the overpressure openings 28 in the flow direction 20 is less than the tooth width B of a corresponding portion of the helical tooth 38 of the screw rotor 14.
  • a further connecting channel 41 is connected to the suction chamber 12. This is also closed with a pressure relief valve 34.
  • the valve 34 closing the connecting channel 41 serves to ensure that, in special operating states, the desired final pressure, usually atmospheric pressure, may already prevail at the inlet 18. In this operating state, the medium would unnecessarily be further compressed by the screw vacuum pump. Due to the provision according to the invention of the overpressure valve 34 in the region of the pump inlet, the already sufficiently compressed medium can flow directly into the channel 32 of the overpressure outlet and exit therefrom through the outlet 22 of the pump.
  • the channel 32 of the overpressure outlet 26 is closed by a housing cover 40, which is fastened to the housing 10 by screws 42, for example. This makes it possible to clean the channel 32 and the valves 34 by removing the housing cover 40 in a simple manner.
  • a further preferred embodiment of the invention are identical or similar components with the same reference numerals characterized.
  • the two screw rotors 14 are not shown for reasons of clarity in the pump chamber 12.
  • a plurality of connecting channels 30 are connected with the pumping chamber 12 .
  • a housing cover 40 is provided. In this embodiment, all channels 32 shown are closed with a common housing cover 40.
  • the overpressure openings 28 can as in Fig. 3 be arranged shown. Here are the two in Fig. 3 left overpressure openings 28 arranged at a pressure level. The two overpressure openings 28 thus lie within a range defined by a threaded area or tooth 38. In the longitudinal direction 20 successively arranged housing openings 28 are at different pressure levels.
  • a ball valve body 36 holding elements For holding the formed in the illustrated embodiments as a ball valve body 36 holding elements are provided.
  • this embodiment has the disadvantage that the position of the valve 34 is predetermined and the Abblasequerites may be limited.
  • the channels 32 have substantially the same width over their length.
  • pin-shaped holding elements 48 (FIGS. Fig. 5 ) be provided.
  • a further vacuum pump 52 such as a Roots pump.
  • the channels 32 of the overpressure outlets are in such a way that they are arranged laterally next to the contact surface of the Roots pump 52 on the outer side 50.
  • the channels 32 are in turn closed by the housing cover 40. Due to the preferred, in Fig. 6 illustrated arrangement of the channels and the housing cover 40, it is possible to remove the housing cover 40 without having to remove the roots pump 52. As a result, a cleaning of the channels 32 and a cleaning and maintenance of the pressure relief valves 34 is possible in a simple manner.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schraubenvakuumpumpe, mit der vorzugsweise eine Verdichtung eines Mediums, üblicherweise von Gas gegen Atmosphäre erfolgt.
  • Schraubenvakuumpumpen weisen in einem Pumpengehäuse einen Schöpfraum auf. In dem Schöpfraum sind zwei Schraubenrotoren angeordnet. Die Schraubenrotoren weisen an ihrer Außenseite jeweils einen schraubenförmigen Gewindegang auf, wobei zur Förderung und Verdichtung des Mediums die beiden Gewindegänge der Schraubenrotoren ineinander greifen. Innerhalb des Schöpfraums erfolgt von der Saugseite, d.h. dem Pumpeneinlass in Richtung der Druckseite, d.h. dem Pumpenauslass, ein Verdichten des geförderten Mediums. Übliche Verdichtungsverhältnisse von Schraubenvakuumpumpen liegen in dem Bereich von 1 bis 106. In Abhängigkeit des am Pumpeneinlass anliegenden Drucks kann innerhalb der Schraubenvakuumpumpe eine Überkompression erfolgen. Eine derartige Überkompression, d.h. beim Pumpen gegen Atmosphärendruck ein Druck, der oberhalb des Atmosphärendrucks liegt, führt zu einem starken Anstieg der Energieaufnahme der Schraubenvakuumpumpe. Dies führt zu Verlustleistungen, da eine nicht erforderliche Kompression, d.h. eine Überkompression des zu fördernden Mediums erfolgt.
  • Zur Vermeidung von Überkompressionen bei Schraubenvakuumpumpen ist es beispielsweise aus DE 100 46 768 bekannt, einen Überdruckauslass vorzusehen. Der Überdruckauslass weist eine in einer Seitenwand des Schöpfraums angeordnete Überdrucköffnung auf. Innerhalb des Überdruckauslasses ist ein Überdruckventil angeordnet.
  • Ferner ist aus WO 2006/099104 eine Schraubenvakuumpumpe bekannt bei der auf unterschiedlichen Druckniveaus Überdruckauslässe vorgesehen sind. Die einzelnen Auslässe sind jeweils mit gesonderten federbelasteten Ventilen verschlossen. Das Vorsehen ähnlicher federbelasteter Ventile bei Schraubenvakuumpumpen zum Verschließen von Überdruckauslässen ist auch aus DE 198 00 711 und der JP 61065087 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Überdruckauslass derart auszugestalten, dass die Gefahr einer Überkompression innerhalb der Schraubenvakuumpumpe verringert wird und die Pumpleistung sowie die Energieeffizienz und die Zuverlassigkeit der Schraubenvakuumpumpe verbessert wird.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die erfindungsgemäße Schraubenvakuumpumpe weist mehrere in einer Seitenwand des Schöpfraums angeordnete jeweils mit einem Überdruckauslass verbundene Überdrucköffnungen auf. In den Überdruckauslässen sind Überdruckventile angeordnet. Diese sind erfindungsgemäß als gewichtsbelastete Ventile ausgebildet.
  • Die bevorzugt eingesetzten Überdruckventile weisen Ventilkörper mit konvexer Außenseite auf. Insbesondere handelt es sich bei den Ventilkörpern um Kugeln. Das Verwenden derartiger Ventilkörper hat den Vorteil, dass sich diese beim Betätigen im Ventilsitz bewegen, insbesondere drehen können und hierdurch ein automatisches Reinigen des Ventilsitzes und der Kugel erfolgt. Der Ventilsitz selbst ist entsprechend komplementär zu der an dem Ventilsitz anliegenden Außenseite des Ventilkörpers ausgebildet. Insbesondere handelt es sich um eine kegelstumpfförmige Bohrung.
  • Zur Festlegung des Drucks, bei dem das Überdruckventil öffnet, ist es möglich, einen federbelasteten Ventilkörper vorzusehen. Zur Vereinfachung der Konstruktion ist es bevorzugt, gewichtsbelastete Ventile vorzusehen. Derartige Ventile sind sodann vorzugsweise innerhalb des Pumpengehäuses derart angeordnet, dass die Ventilkörper aufgrund ihres Gewichts im Ventilsitz anliegen.
  • Geeignete Materialien für den Ventilkörper und den Ventilsitz sind insbesondere Materialpaarungen aus Elastomer und Metall. Beispielsweise kann eine Elastomerkugel in einem aus einem metallischen Werkstoff ausgebildeten Ventilsitz oder auch eine Metallkugel in einem aus einem Elastomer ausgebildeten Ventilsitz angeordnet sein. Auch können elastomer beschichtete Metallkugeln vorgesehen sein, die sodann in einem metallisch ausgebildeten Ventilsitz angeordnet sind. Auch ist eine Kombination aus harten und weichen metallischen Werkstoffen oder auch keramischen Werkstoffen möglich. Durch die geeignet gewählte Werkstoffpaarung kann eine gute Abdichtung im geschlossenen Zustand des Überdruckventils gewährleistet werden. Ferner erfolgt die Auswahl des Materials auf Basis des zu fördernden Prozessmediums und der auftretenden Temperaturen sowie des erforderlichen Gewichtes für gewichtsbelastete Ventile.
  • Bei üblichen Schraubenvakuumpumpen mit einem Saugvolumen von 50 bis 1000 m3/h werden als Ventilkörper Kugeln mit einem Durchmesser im Bereich von 20 bis 30 mm eingesetzt. Die Bohrung des Ventilsitzes weist hierbei einen Durchmesser von 16 bis 20 mm auf.
  • Zur Lagedefinition der Ventilkörper ist es bei gewichtsbelasteten Ventilkörpern vorteilhaft, Halteelemente vorzusehen, die in besonders bevorzugter Ausführungsform innerhalb des Kanals angeordnet sind. Bevorzugt ist es hierbei stiftförmige Halterungen vorzusehen, wobei ein insbesondere als Kugel ausgebildeter Ventilkörper durch vorzugsweise drei oder vier entsprechend angeordnete Stifte gehalten ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Halterung für den Ventilkörper auf einfache Weise ausgebildet werden kann. Beispielsweise ist es möglich für unterschiedliche Pumpentypen und unterschiedliche Einsatzbereiche der Pumpen dasselbe Gehäuse mit einem oder mehreren in Längsrichtung verlaufenden Kanälen vorzusehen. Die Lage der Überdrucköffnungen wird sodann durch nachträgliches Einbringen entsprechender Bohrungen definiert. Entsprechend können auch die Halteelemente auf einfache Weise in den Kanal eingesetzt werden. Es ist somit möglich ein Pumpengehäuse für unterschiedliche Pumpentypen oder unterschiedliche Anwendungsbereiche vorzusehen, bei dem sodann auf einfache Weise die gewünschte Lage der Überdrucköffnungen sowie der Ventile realisiert werden kann.
  • Vorzugsweise sind mehrere Überdrucköffnungen vorgesehen, die vorzugsweise auf demselben Druckniveau angeordnet sind. Durch das Vorsehen mehrerer Überdrucköffnungen kann auf einfache Weise der wirksame Querschnitt der gesamten Überdrucköffnung vergrößert werden um eine schnelle Medienabfuhr zu gewährleisten.
  • Hierbei ist es gemäß einer Ausführungsform bevorzugt mehrere Überdrucköffnungen auf demselben Druckniveau anzuordnen. Derartige Überdrucköffnungen sind somit auf einer dem Steigungsverlauf des Schraubenrotors entsprechenden Linie angeordnet. Ferner ist es auch möglich mehrere, ggf. als Langlöcher ausgebildete Überdrucköffnungen auf unterschiedlichen Druckniveaus anzuordnen, wobei derartige Überdrucköffnungen sodann in Längsrichtung des Schraubenrotors einen Abstand zueinander aufweisen. Selbstverständlich kann die Anordnung mehrerer Überdrucköffnungen auf demselben Druckniveau mit der Anordnung mehrerer Überdrucköffnungen auf unterschiedlichem Druckniveau miteinander kombiniert werden.
  • Beim Vorsehen mehrerer Überdrucköffnungen sind diese vorzugsweise zumindest teilweise mit demselben Überdruckauslass verbunden. Hierdurch ist die Konstruktion der Vakuumpumpe, insbesondere des Vakuumpumpengehäuses, vereinfacht.
  • Vorzugsweise weist der mindestens eine Überdruckauslass einen Kanal auf, der mit dem Pumpenauslass der Schraubenvakuumpumpe verbunden ist, wobei am Pumpenauslass vorzugsweise Atmosphärendruck anliegt. Der Kanal erstreckt sich vorzugsweise in Längsrichtung der Schraubenrotoren. In einem derartigen, sich in Längsrichtung der Schraubenrotoren erstreckenden Kanal können mehrere Überdrucköffnungen münden, die sodann auf unterschiedlichem Druckniveau angeordnet sind. Ggf. sind die Überdrucköffnungen mit dem Kanal über Querbohrungen verbunden. Ferner ist es möglich, dass in dem Pumpengehäuse mehrere, sich vorzugsweise in Längsrichtung erstreckende Kanäle vorgesehen sind, wobei mit den einzelnen Kanälen wiederum mehrere Überdrucköffnungen verbunden sind, die sodann zumindest teilweise auf gleichem Druckniveau liegen können. Das Vorsehen mindestens eines Kanals stellt wiederum eine selbständige Erfindung dar, die von der Breite der Überdrucköffnungen unabhängig ist, jedoch vorzugsweise mit dieser Erfindung kombiniert wird.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorstehenden Erfindungen sind mehrere Überdrucköffnungen insbesondere über einzelne Zuführkanäle mit einem gemeinsamen Überdruckventil verbunden. Hierdurch kann bei einer Vergrößerung des wirksamen Querschnitts der Überdrucköffnungen weiterhin eine einfache, kostengünstige Bauweise realisiert werden, da nicht für jede Überdrucköffnung ein gesondertes Überdruckventil vorgesehen sein muss.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kanal des Überdruckauslasses mit einem Gehäusedeckel verschlossen. Ggf. können mehrere vorgesehene Kanäle, die insbesondere in das Pumpengehäuse integriert sind, mit einem gemeinsamen Deckel verschlossen sein. Hierbei ist der Gehäusedeckel vorzugsweise derart ausgebildet, dass er sich über die gesamte Länge des Kanals erstreckt, so dass der Gehäusedeckel eine Längsseite des Kanals ausbildet bzw. verschließt. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, den Kanal oder die Kanäle des Überdruckauslasses sowie die vorzugsweise hierin angeordneten Ventile zu reinigen und zu warten. Ferner ist es bei der Montage der Schraubenvakuumpumpe bei entferntem Gehäusedeckel auf einfache Weise möglich, die entsprechenden Ventilbohrungen an der für die entsprechende Pumpe gewünschten Stelle auf einfache Weise vorzusehen, da der Kanal einseitig offen und somit gut zugänglich ist. Auch das Montieren der Halteelemente für die Ventilkörper sowie das Montieren der übrigen Bauteile im Ventil ist hierdurch auf einfache Weise möglich.
  • Ferner ist es bevorzugt, den mindestens einen Kanal des Überdruckauslasses im Pumpengehäuse derart anzuordnen, dass dieser auch dann gut zugänglich ist, wenn das Pumpengehäuse mit einem Anbauteil, wie beispielsweise einer weiteren Pumpe, verbunden ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der mindestens eine Kanal des Überdruckauslasses über die gesamte Länge der Schraubenvakuumpumpe, d.h. vom Pumpeneinlass bis zum Pumpenauslass. Hierbei ist im Einlassbereich ebenfalls ein Überdruckventil angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass, wenn am Pumpeneinlass bereits der gewünschte Druck anliegt, das Medium unmittelbar durch den Kanal abgeführt werden kann und somit eine unnötige Leistungsaufnahme der Schraubenvakuumpumpe vermieden ist. Erfolgt beispielsweise mit zwei hintereinander geschalteten Pumpen ein Pumpen des Mediums gegen Atmosphäre und es liegt bereits am Eingang der zweiten Pumpe Atmosphärendruck an, so öffnet das entsprechende Überdruckventil, so dass das Medium zumindest teilweise am Pumpeneinlass der zweiten Pumpe unmittelbar in den Kanal des Überdruckauslasses strömt.
  • Besonders bevorzugt ist es, insbesondere beim Vorsehen mehrerer Überdrucköffnungen sowie ggf. mehrerer Überdruckventile, mehrere Ventilkörper im Wesentlichen innerhalb eines gemeinsamen Kanals anzuordnen. Hierbei ist es bevorzugt, dass der Ventilsitz in einer Kanalwand ausgebildet ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Breite der Überdrucköffnung in Längsrichtung der Schraubenpumpe bzw. in Förderrichtung derart gewählt, dass sie kleiner oder gleich der Zahnbreite des Schraubenrotors ist. Hierbei wird vorzugsweise die Lage der Überdrucköffnung berücksichtigt, da die Zahnbreite des Schraubenrotors in Längsrichtung variieren kann. Durch das erfindungsgemäße Reduzieren der maximalen Breite der Überdrucköffnung in Längsrichtung ist ein Überströmen über den Zahn des Schraubenrotors im Bereich der Überdrucköffnung reduziert. Hiermit ist das Auftreten von Rückströmungen, d.h. das Auftreten von Strömungen entgegen der Förderrichtung, verringert, so dass die Pumpleistung durch das Vorsehen einer Überdrucköffnung nicht oder nur geringfügig reduziert ist. Dies ist insbesondere für den Betriebszustand relevant, in dem das Überdruckventil geschlossen ist und somit die maximale Förderleistung der Schraubenvakuumpumpe erzielt werden soll. Hierbei ist die Breite der Überdrucköffnung in Längsrichtung des Schraubenrotors vorzugsweise kleiner oder gleich 90%, insbesondere kleiner oder gleich 80% der Zahnbreite in diesem Bereich.
  • Um auch bei einer, bezogen auf die Zahnbreite, relativ geringen Breite der Überdrucköffnung im Fall einer Überkompression eine schnelle Medienabfuhr sicherzustellen kann die Überdrucköffnung als Langloch mit beispielsweise ovalem oder rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein. Hierbei ist das Langloch derart angeordnet, dass die Längsausdehnung des Langlochs dem Steigungsverlauf des Gewindegangs des Schraubenrotors entspricht. Ferner ist es möglich mehrere, ggf. ebenfalls als Langlöcher ausgebildete Überdrucköffnungen vorzusehen um den wirksamen Querschnitt der Überdrucköffnung zur schnellen Medienabfuhr zu vergrößern.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Längs-Schnittansicht einer Schraubenvakuumpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 2
    eine schematische Quer-Schnittansicht einer Schraubenvakuumpumpe gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform,
    Fig. 3
    eine schematische Draufsicht eines Schraubenrotors mit mehreren angedeuteten Überdrucköffnungen,
    Fig. 4, 5
    schematische Darstellungen möglicher Ausgestaltungsformen von Kanälen des Überdruckauslasses mit hierin angeordneten Überdruckventilen, und
    Fig. 6
    eine schematische Seitenansicht einer mit einer Roots-Pumpe verbundenen erfindungsgemäßen Schraubenvakuumpumpe.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform (Fig. 1) ist in einem Pumpengehäuse 10 ein Schöpfraum ausgebildet. In diesem sind, bezogen auf Fig. 1, hintereinander zwei Schraubenrotoren 14 angeordnet. Die Schraubenrotoren weisen jeweils an ihren Außenseiten Gewindegänge 16 auf, so dass durch gegenläufige Rotation der beiden Schraubenrotoren 14 Medium durch einen Einlass 18 angesaugt und in Richtung eines Pfeils 20 zum Auslass 22 gefördert wird.
  • Zur Vermeidung von Überkompression innerhalb des Schöpfraums ist in einer Seitenwand 24 des Pumpengehäuses 10 ein Überdruckauslass 26 vorgesehen. Der Überdruckauslass 26 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei mit dem Schöpfraum 12 verbundene Überdrucköffnungen 28 auf. Die Überdrucköffnungen 28 sind über Verbindungskanäle 30 mit einem sich in Längsrichtung 20 erstreckenden Kanal 32 verbunden. Die Verbindungskanäle 30 sind durch gewichtsbelastete Überdruckventile 34 verschlossen, wobei jedes Überdruckventil einen als Kugel ausgebildeten Ventilkörper 36 aufweist. Die beiden Ventilkörper liegen im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils an einem Ventilsitz 39 an. Je nach Ausgestaltung des Überdruckventils 34, d.h. insbesondere des Gewichts des kugelförmigen Ventilkörpers 36, wird bei Übersteigen eines Grenzdrucks im Verbindungskanal 30 der Ventilkörper 36 nach oben gedrückt, so dass Medium in den Kanal 32 strömt.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kanal 32 des Überdruckauslasses 26 mit dem Pumpenauslass 22 durch den Kanal 33 verbunden. Am Pumpenauslass 22 liegt vorzugsweise Atmosphärendruck an.
  • Die Breite b (Fig. 3) der Überdrucköffnungen 28 in Strömungsrichtung 20 ist geringer als die Zahnbreite B eines entsprechenden Bereichs des schraubenförmigen Zahns 38 des Schraubenrotors 14.
  • Im Bereich des Pumpeneinlasses 18 ist mit dem Schöpfraum 12 ein weiterer Verbindungskanal 41 verbunden. Dieser ist ebenfalls mit einem Überdruckventil 34 verschlossen. Das den Verbindungskanal 41 verschließende Ventil 34 dient dazu, dass in speziellen Betriebszuständen ggf. bereits am Einlass 18 der gewünschte Enddruck, üblicherweise Atmosphärendruck herrscht. In diesem Betriebszustand würde das Medium überflüssigerweise durch die Schraubenvakuumpumpe weiter verdichtet. Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorsehens des Überdruckventils 34 im Bereich des Pumpeneinlasses kann das bereits ausreichend komprimierte Medium unmittelbar in den Kanal 32 des Überdruckauslasses einströmen und aus diesem durch den Auslass 22 der Pumpe austreten.
  • Der Kanal 32 des Überdruckauslasses 26 ist mit einem Gehäusedeckel 40 verschlossen, der beispielsweise über Schrauben 42 an dem Gehäuse 10 befestigt ist. Hierdurch ist es möglich, den Kanal 32 sowie die Ventile 34 durch Entfernen des Gehäusedeckels 40 auf einfache Weise zu reinigen.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 2) sind identische oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in dem Schöpfraum 12 die beiden Schraubenrotoren 14 nicht dargestellt. Mit dem Schöpfraum 12 sind mehrere Verbindungskanäle 30 verbunden. Diese führen wiederum in Kanäle 32, in denen jeweils Überdruckventile 34 angeordnet sind. Entsprechend der ersten Ausführungsform (Fig. 1) ist auch bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ein Gehäusedeckel 40 vorgesehen. In dieser Ausführungsform sind sämtliche dargestellten Kanäle 32 mit einem gemeinsamen Gehäusedeckel 40 verschlossen.
  • Die Überdrucköffnungen 28 können wie in Fig. 3 dargestellt angeordnet sein. Hierbei sind die beiden in Fig. 3 linken Überdrucköffnungen 28 auf einem Druckniveau angeordnet. Die beiden Überdrucköffnungen 28 liegen somit innerhalb eines von einem Gewindebereich bzw. Zahn 38 definierten Bereichs. In Längsrichtung 20 hintereinander angeordnete Gehäuseöffnungen 28 liegen auf unterschiedlichen Druckniveaus.
  • Zum Halten der in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Kugel ausgebildeten Ventilkörper 36 sind Halteelemente vorgesehen. Dies kann gemäß einer ersten Ausführungsform (Fig. 4) dadurch realisiert werden, dass der Kanal 32 eine im Querschnitt im Wesentlichen runde Ausbuchtung 44 aufweist. Diese Ausführungsform hat jedoch den Nachteil, dass die Lage des Ventils 34 vorgegeben ist und der Abblasequerschnitt eingeschränkt sein kann.
  • Um die Ventilöffnungen variieren und auch große Strömungsquerschnitte bieten zu können ist es bevorzugt, wenn die Kanäle 32 über ihre Länge im Wesentlichen die gleiche Breite aufweisen. Als Halteelemente für die Ventilkörper 36 können sodann in einer Kanalwand 46 befestigte, insbesondere senkrecht zu dieser angeordnete, stiftförmige Halteelemente 48 (Fig. 5) vorgesehen sein.
  • Bei einer Verbindung von zwei Vakuumpumpen, wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, ist es beispielsweise möglich, auf einer oberen Außenseite 50 des Gehäuses 10 der Schraubenvakuumpumpe eine weitere Vakuumpumpe 52, wie eine Roots-Pumpe, anzuordnen. Hierbei ist es bevorzugt, die Kanäle 32 der Überdruckauslässe derart anzuordnen, dass diese seitlich neben der Aufstandfläche der Roots-Pumpe 52 auf der Außenseite 50 angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle 32 wiederum durch Gehäusedeckel 40 verschlossen. Aufgrund der bevorzugten, in Fig. 6 dargestellten Anordnung der Kanäle sowie der Gehäusedeckel 40 ist es möglich, die Gehäusedeckel 40 zu entfernen, ohne die Roots-Pumpe 52 entfernen zu müssen. Hierdurch ist auf einfache Weise ein Reinigen der Kanäle 32 sowie ein Reinigen und Warten der Überdruckventile 34 möglich.

Claims (14)

  1. Schraubenvakuumpumpe, insbesondere zur Verdichtung gegen Atmosphärendruck, mit
    einem einen Schöpfraum (12) ausbildenden Pumpengehäuse (10),
    zwei in dem Schöpfraum (12) angeordneten, ineinandergreifenden Schraubenrotoren (14),
    mehrere in einer Seitenwand (24) des Schöpfraums (12) angeordnete, jeweils mit einem Überdruckauslass (26) verbundene Überdrucköffnungen (28), von denen mindestens zwei auf unterschiedlichem Druckniveau angeordnet sind, und
    in den Überdruckauslässen (26) angeordneten Überdruckventilen (34),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Überdruckventile (34) als gewichtsbelastete Ventile ausgebildet sind.
  2. Schraubenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdrucköffnungen (28) unterschiedlichen Druckniveaus in Längsrichtung des Schraubenrotors einen Abstand zueinander aufweisen.
  3. Schraubenvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdrucköffnungen (28) zumindest teilweise mit demselben Überdruckauslass (26) verbunden sind.
  4. Schraubenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruckauslass (26) einen mit einem Pumpenauslass (22) verbundenen Kanal (32) aufweist, der sich vorzugsweise in Längsrichtung (20) der Schraubenrotoren (14) erstreckt.
  5. Schraubenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Überdrucköffnungen (28) mit demselben Kanal (32) verbunden sind.
  6. Schraubenvakuumpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kanäle (32) vorgesehen sind, wobei vorzugsweise mit einzelnen Kanälen (32) mehrere Überdrucköffnungen verbunden sind.
  7. Schraubenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkörper (36) im Wesentlichen innerhalb des Kanals (32) angeordnet ist, wobei ein Ventilsitz (39) vorzugsweise in einer Kanalwand (24) angeordnet ist.
  8. Schraubenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkörper (36) durch vorzugsweise stiftförmig ausgebildete Halteelemente (48) in dem Kanal (32) gehalten ist.
  9. Schraubenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen den Kanal (32) des Überdruckauslasses (26) zumindest teilweise, insbesondere vollständig verschließenden Gehäusedeckel (40).
  10. Schraubenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (32) in das Pumpengehäuse (10) integriert ist.
  11. Schraubenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanal (32) in Längsrichtung (20) der Schraubenrotoren (14) von einem Pumpeneinlass (18) bis zum Pumpenauslass (22) erstreckt.
  12. Schraubvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) der Überdrucköffnung (28) in Längsrichtung (20) der Schraubenrotoren (14) kleiner oder gleich einer Zahnbreite (B) der Schraubenrotoren (14) ist.
  13. Schraubenvakuumpumpe nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch mehrere, im Wesentlichen auf demselben Druckniveau angeordnete Überdrucköffnungen (28).
  14. Schraubenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (36) als Kugel ausgebildet sind.
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