EP3623630B1 - Vacuum pump - Google Patents
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- F04C2280/02—Preventing solid deposits in pumps, e.g. in vacuum pumps with chemical vapour deposition [CVD] processes
Definitions
- the JP S61 212688 A teaches in connection with a rotary displacement pump to arrange a magnet in the area of an oil filling of a lubrication pump of the rotary displacement pump in order to collect metallic contaminants.
- vacuum pumps require effective cooling. This applies in particular to screw vacuum pumps, since they generally have a high power density and correspondingly high heat production.
- the cooling is often supported by an oil system, which advantageously also serves to lubricate moving components such as rotors and gear elements.
- the heat is dissipated, for example, via a housing or a heat exchanger, which is arranged in particular in an oil fill in the oil system.
- the flow to the heat exchanger which is improved according to the invention, can also reduce its size compared to that without an improved flow. This can save installation space and costs.
- a flow is thus generated which only runs in one direction.
- a counter-current flow which is caused in particular by other parts immersed in the oil filling and rotating in opposite directions, and large, chaotic turbulences, in particular if they are generated by a counter-current flow, are to be avoided.
- a laminar flow does not necessarily have to be present as long as the flow as a whole or macroscopically runs essentially unidirectionally in the region, in particular along, the heat exchanger. Within the unidirectional flow, a turbulent flow is even particularly advantageous for the heat transfer.
- a third heat exchanger for example, the specification "third" serving only for differentiation and no "second" heat exchanger being required, can be provided in the first oil filling and in the region of which, for example, a second flow can also be formed which corresponds to that of the first Heat exchanger is opposite, as long as the second flow does not run in the area of the first heat exchanger or is at least reduced to an insignificant degree there. In this way, a unidirectional flow can be generated on both heat exchangers and a particularly effective heat exchange can be realized.
- the disk according to the invention is generally formed by a component which is immersed in the oil filling and rotates with a rotor and / or gear element and has a certain radial extent.
- the disk can thus also be formed, for example, by a gearwheel, in particular arranged on the rotor.
- the disk is not a gearwheel, but in particular a component separate therefrom, which, however, can be attached to a gearwheel, for example.
- the gearwheel or gearwheels are arranged in such a way that they are not immersed in the oil filling during operation.
- the disk can, for example, be formed in one piece with or separately from the rotor.
- the pump is in particular free of a disk rotating in opposite directions in the same oil filling, at least in the area of the heat exchanger.
- two or more disks can also be provided, which can be arranged and / or designed, in particular, for the same, in particular synchronous and / or parallel, rotation with the first disk.
- Two or more disks can be provided, for example, on the same rotor and / or gear element, as a result of which synchronism and synchronicity can be achieved in a simple manner.
- the unidirectional flow can be brought about, for example, by arranging all the disks immersed in the oil filling, in particular all the immersed, rotating components, for the same rotation.
- the heat exchanger can advantageously be designed as a separate part, and in particular can be detachably fastened in the oil filling or in a chamber provided for this purpose.
- a chamber for the oil filling can in principle be formed, for example, by a housing section.
- the, in particular first, housing section can be designed such that it is formed separately from a second housing section for a pump-active subarea of the pump and / or separately from a third housing section for a drive motor of the pump, the specifications "second" and "third" "again only serve to differentiate.
- the first housing section can be provided between a second housing section for a pump-active subarea and a third housing section for a drive motor.
- the heat exchanger can be designed, for example, as part of a second or third housing section.
- the vacuum pump comprises a housing section for the oil filling and the housing section has an opening, in particular an assembly opening, through which the heat exchanger can be introduced or inserted into the housing section, in particular inserted or inserted, and / or removed.
- the heat exchanger can, for example, be fastened or fastened to a peripheral region and / or flange of the opening, in particular in a sealing and / or sealing manner.
- the heat exchanger can have, for example, a fastening flange.
- an O-ring can be provided for the seal, in particular between a fastening flange of the heat exchanger and the peripheral region and / or flange of the opening.
- the heat exchanger can have, for example, at least one, in particular a supply and a discharge, connection for a heat exchange fluid, it being possible for the connection, in particular a housing section, to be arranged for the oil filling.
- the connection can advantageously be angled. This enables space to be saved.
- the heat exchanger extends along a longitudinal axis, and is in particular elongated.
- a particularly good heat exchange results if a heat transfer body of the heat exchanger has a length that is at least twice as large, in particular at least three times as large as a width of the heat transfer body.
- the disk can advantageously be arranged parallel to the longitudinal axis of the heat exchanger, in particular so that the flow in the oil filling runs essentially along the heat exchanger.
- the heat exchanger at least partially surrounds the disk.
- the heat exchanger can, for example, be ring-shaped, oval or rectangular. If several co-rotating disks are provided, in particular at least one can be enclosed by the heat exchanger and at least one can be arranged next to the heat exchanger.
- a removable heat exchanger can be tilted for removal, e.g. to remove the above-described enclosing of the disc and to be able to remove the heat exchanger without dismantling the disc.
- a cover and / or housing section for the oil filling can be tilted, for example in order to remove the above-described enclosing of the disk and to be able to remove the heat exchanger with the housing section without dismantling the disk.
- the heat exchanger has a line for a heat exchange fluid.
- the line can, for example, run around and / or enclose the panes. Alternatively or additionally, the line can run at least substantially along the flow caused by the disk.
- the pump can, for example, also have two rotors, with in particular only one carrying at least one disk.
- the vacuum pump comprises two rotors arranged in parallel and coupled by a gear, of which only one carries at least one disk in the area of the heat exchanger for rotation in the oil filling.
- the vacuum pump can be designed, for example, as a screw vacuum pump with two screw rotors or as a Roots pump with two Roots rotors, with in particular only one rotor in the region of the heat exchanger and / or at one rotor end carrying and / or driving to rotate.
- the heat exchanger is part of a temperature control system for the heat exchanger.
- the temperature control system can have, for example, a cooling device, for example a further heat exchanger Heat exchange with the ambient air.
- the temperature control system can, for example, alternatively or additionally comprise a heating device.
- the pump, the rotor and / or a gear in the area of the heat exchanger can advantageously and quickly be heated to a desired operating temperature.
- no additional components are required on the pump housing, in particular on a housing section of the oil filling.
- the temperature control system can in particular have a control or regulation, in particular in connection with a temperature sensor. In this way, desired operating temperatures, in particular in special operating conditions, such as when starting the pump, in final pressure operation, at full load and / or when pumping heavy gases, can be advantageously set.
- the heat exchanger can have, for example, an, in particular elongated, heat transfer body.
- the heat transfer body can comprise an aluminum material, in particular cast aluminum material, for the purpose of advantageous heat exchange.
- at least one line for a heat exchange fluid can be provided, for example, the line having a stainless steel.
- the line can be cast in the heat transfer body.
- an opening for the heat exchanger is arranged at least essentially at a deepest point in an interior and / or an oil chamber of a housing section for the oil filling.
- the opening can thus be used as an oil drain opening, so that a further opening provided for this purpose, in particular with a separate oil drain screw, can be dispensed with.
- no further oil drain opening is provided on the housing section and / or for its oil filling.
- the housing section can be, in particular light, asymmetrical, in particular to improve the drainage of the oil.
- At least one magnet is arranged on the heat exchanger, in particular in the oil filling.
- the use of magnets to collect abrasion particles in the oil is generally known.
- the arrangement on the heat exchanger in connection with the unidirectional flow brought about by the invention results in an extremely high effectiveness of the magnet in the particle collection, since it is thus at least essentially directly in the flow.
- a particularly large amount of oil passes through the magnets each time and can release its abrasion particles to them. This allows the oil to be kept much cleaner and the life of the pump to be improved.
- the magnet can be removed particularly easily, in particular without further dismantling of the pump, with the heat exchanger and cleaned of the collected abrasion particles. This simplifies the maintenance of the pump and significantly reduces the associated costs.
- At least one magnet is arranged on the heat exchanger, this enables particularly good agglomeration of abrasion particles in the oil. Maintenance is also simplified since the magnets can be serviced together with the heat exchanger.
- the disk can generally define, for example, an inlet region, a longitudinal region and / or an outlet region, in particular at least one inlet region and one outlet region on the heat exchanger for the oil flow. These are generally understood to mean areas in which the flow essentially flows towards the heat exchanger, along the heat exchanger or away from the heat exchanger.
- the magnet is arranged in one of these areas, in particular in the inlet and / or in the outlet area. This can further improve the particle collection.
- at least one magnet is provided in the inlet and outlet area and / or in the case of an elongated heat exchanger at respective end areas.
- the heat exchanger and / or a heat transfer body can have a plurality of recesses and / or projections, which are at least essentially aligned along a flow course caused by the disk.
- Recesses and projections are basically known for the purpose of increasing the surface of a heat transfer body in order to improve the heat transfer.
- the recesses or projections additionally take on a flow-guiding function, which further improves the quality, in particular homogeneity, of the flow with regard to the heat transfer.
- the alignment of the recesses or projections described here has the effect that the geometry of the heat exchanger or heat transfer body only offers a relatively low resistance to the flow, which likewise improves the flow quality and in particular the flow velocity, so that particularly good heat transfer is made possible as a result.
- Such projections can be designed, for example, as ribs and / or fins.
- the recesses and / or projections can in particular be provided on a heat transfer body of the heat exchanger and / or in an inlet area and / or an outlet area for the flow.
- a respective recess or a respective projection can advantageously extend with a longitudinal extension along the flow course.
- the recesses and / or projections are at the top and / or at the bottom or at the top and / or bottom of the heat exchanger or a heat transfer body with respect to an intended operating position the vacuum pump on the heat exchanger or on the heat transfer body.
- this arrangement is particularly favorable in terms of flow technology and, on the other hand, it is particularly simple to manufacture, for example in a casting process.
- the or part of the recesses and / or projections can, for example, be arranged obliquely with respect to a longitudinal axis of the, in particular elongated, heat exchanger, for example at an angle of at most 45 ° to the longitudinal axis.
- the oblique arrangement has an advantageous effect in particular in an inlet and / or outlet area.
- one of two recesses or projections in particular positioned identically in the longitudinal direction, can each be arranged at the top and bottom of the heat exchanger, in particular being arranged at an incline.
- a vacuum pump designed as a screw vacuum pump 10 which has a motor 12, a gear box 14, a housing 16, a bearing plate 18 and a cover 20.
- the screw vacuum pump 10 conveys a process gas from an inlet 22 to a downward, in Fig. 3 visible outlet 24.
- Active liquid cooling is provided for the motor 12 and emerges from a housing of the motor 12.
- an active liquid cooling is also provided, which has two cooling lines, which in Fig. 1 are not shown, the course of which is indicated by corresponding grooves 32 of the housing 16, into which the cooling lines are pressed.
- heat exchangers designed as active liquid cooling systems are provided in the gearbox 14 and in the cover 20 and are referred to here as immersion coolers 34, which are described below with reference to FIG Fig. 5 are explained in more detail.
- the housing 16 of the screw vacuum pump 10 has a waist 36.
- the waist 36 is arranged in the region of the outlet 24.
- Fig. 4 the screw vacuum pump 10 is shown in a sectional view, the sectional plane of the line AA in Fig. 3 corresponds.
- Two screw rotors 28 and 30 are visible, each having two-start, interlocking screw profiles 38 and 40, which are generated with the aid of a cycloid profile and have a cylindrical envelope contour and a cylindrical basic shape of the screw base.
- the screw profiles 38 and 40 form a pump-active area of the screw vacuum pump 10 and convey it repeatedly closed delivery volumes of the process gas from inlet 22 to outlet 24, in Fig. 4 from left to right.
- the motor 12 comprises a housing 44, which is made of aluminum, for example, and in which cooling lines 26 are formed for the active liquid cooling.
- the housing 44 can, for example, also have an aluminum casting material and in particular cooling lines 26 cast therein, which for example have a stainless steel or are produced therefrom.
- the motor 12 also includes a wound stator 46 which, together with a magnet carrier 48 attached to a shaft end of the screw rotor 28, forms an electric motor and a direct drive for the screw rotor 28.
- the screw rotor 28 forms a rotor of the motor 12.
- the magnet carrier 48 comprises a plurality of permanent magnets.
- the motor 12 thus forms a permanent magnet synchronous machine with internal magnets, which is also referred to as IPMSM.
- the stator 46 is arranged in a potting body 50, which insulates electrical conductors (not shown in more detail) in the stator 46 and insulates them to a circuit board 52.
- the potting body 50 here, in conjunction with the circuit board 52, forms a vacuum-tight connection of the motor 12 to control electronics provided in a range of atmospheric pressure.
- control electronics provided in a range of atmospheric pressure.
- an external frequency converter can be provided for the motor 12.
- at least part of control electronics for the motor 12 can be provided on the circuit board 52.
- the synchronizing gear 42 is arranged in the gear box 14.
- oil is also provided as a lubricant, which is distributed through a disk 54, also referred to as a spray disk, via the synchronizing gear 42 and adjacent bearings 56.
- a disk 54 also referred to as a spray disk
- an oil filling in which the disk 54 is immersed and in which it rotates with the rotor 30 to which it is attached is in operation in the gearbox 14.
- the gear box 14 thus forms an example of a housing section for the oil filling.
- the waist 36 forms a shield or a heat barrier, in particular for heat that is produced in the area of the screw rotors 28, 30 during pump operation. Due to the fact that a small material cross section remains and because the change in shape extends a heat path, the heat from the screw rotor, which otherwise spreads in the housing 16, is prevented from reaching areas beyond. In particular, the oil in the gearbox 14 and the bearings 56 are protected from excessive temperatures.
- the immersion cooler 34 arranged in the gearbox 14 also contributes to reducing the temperature. This is arranged in the oil filling of the gear box 14, not shown, and thus cools the oil directly.
- a lubricant discharge device designed as a deflector 58 is provided for a respective screw rotor 28 or 30 adjacent to the bearings 56, which form a fixed bearing here.
- a respective deflector 58 forms a barrier for the oil in the gearbox so that it does not get into a pump-active area or a vacuum area, here in particular an outlet area.
- the deflector 58 comprises a not-shown edge for the oil. Opposite the flinging edge, a drain groove is formed in the housing 16, which takes up flung oil and directs it back into the gear box 14 or into an oil filling there.
- the oil which is conveyed or distributed by the spray disk 54 to the gearbox 42 and bearing 56, is thus removed again by the deflectors 58 from the rotors 28 and 30, respectively.
- Piston rings are provided on a piston ring carrier 60 as a, in particular dynamic, fluid seal. These form a non-contact seal and thus avoid frictional heat.
- the deflectors 58 return as much oil as possible to the gearbox 14, so that as little oil as possible is present on the piston rings. An overall reliable sealing effect is achieved with particularly low heat production.
- the screw rotors 28 and 30 have three sections of different pitch in their respective screw profile 38 and 40, respectively.
- a second section 64 has a plurality of subsections, which are not referenced in more detail, with different, but in each case constant, slopes in the screw profile 38 or 40, the slopes being lower than in the first section. The second section 64 here forms the longest section.
- a third Section 66 with an even lower slope forms an ejection section. In the third section there is again a constant slope. Due to the reduced slope along the pump direction, an internal compression is brought about, which compresses the process gas before it is expelled.
- the rotors 28, 30 and the screw profiles 38, 40 can be designed and manufactured particularly simply by providing the constant sections. As it is based on Fig. 4 It can be seen that an elongated first section 62 leads to correspondingly elongated gaps between the screw profiles 28, 30 and the housing 16, so that the path or the column from the internal compression at the transition of the sections 62 and 64 to a scooping area or suction area 67 is longer is. The sealing effect of the gaps is correspondingly increased, which leads to an improved sealing of the inner compression with respect to the suction area 67, in particular at high differential pressures.
- the screw vacuum pump 10 thus has an internal compression.
- the screw rotors 28, 30 of the pump 10 include repeatedly closed delivery volumes. Their size is larger at an inlet end or in section 62 than at an outlet end or in section 62.
- the size of a delivery volume is determined by a cross section of a screw profile 38, 40 and its slope.
- the size of a delivery volume on the inlet side or in section 62 determines a theoretical pumping speed of the screw pump 10.
- the slope of the screw profile 38, 40 is constant on the inlet side via section 62, so that the delivery volume is only compressed after completion by the internal compression. If a respective rotor 28, 30 closes a respective delivery volume too early or too late or the internal compression begins too early, the theoretical pumping speed of the pump drops.
- the size of a respective delivery volume on the outlet side or in section 66 determines the power consumption of the pump in operation at an achievable final pressure.
- the ratio of the sizes of the delivery volume on the inlet side and outlet side or in sections 62 and 66 corresponds to the ratio of the internal compression of the pump.
- the pitch is constant over several revolutions of the screw profile 38, 40.
- the slope corresponds approximately to the minimum of the slope that can be achieved by a specific machining tool and is therefore, particularly in consideration of costs, production-related. Due to the fact that several revolutions, that is to say several closed delivery volumes, are provided in section 66, a backflow due to a pressure difference between the gaps is compensated.
- the overall gradient profile along the rotors 28, 30 and the size of the gaps formed between the rotors 28, 30 and between the rotors 28, 30 and the housing 16 determine the vacuum performance data of the pump, in particular the pumping speed and an achievable final pressure.
- the screw profiles 38, 40 have a particularly low unbalance due to their two-start design. For example, there are no compensating elements, e.g. Compensating compounds that require additional installation space and / or compensating holes in which material can be deposited are necessary.
- the pump can be operated with the two-start cycloid screw profiles 38, 40 in a wide speed range, in particular with speed control, and / or, for example, in a stand-by mode.
- the compression of the process gas generally generates heat, which in the screw pump 10 is primarily dissipated by liquid cooling.
- the grooves 32 provided for this purpose are visible. Cooling lines of the liquid cooling extend here and preferably in the longitudinal direction over one wide range of screw profiles, in particular over at least half the length of the screw profiles.
- the liquid cooling is arranged in the area or in the vicinity of an internal compression.
- the bearing plate 18 is fastened to an inlet-side end of the housing 16. Among other things, this carries a further bearing with bearings 68, which form a loose bearing. In contrast to an opposite bearing plate 70 arranged on an outlet-side housing end, which is integrally formed with the housing 16 but can also be formed separately, the bearing plate 68 is formed as a separate component, but can also be formed integrally.
- a spray disk 54, deflectors 58 and a piston ring carrier 60 with a plurality of piston rings are also provided on the inlet side and operate in accordance with the arrangement on the outlet side.
- a further, separately executed oil filling is provided in the cover 20 on the inlet side.
- An immersion cooler 34 is also provided for this oil filling.
- a cooling line can also be provided, in particular encapsulated, in a wall of the end shield 14 and / or the cover 20.
- FIG. 5 A heat exchanger or immersion cooler 34 is shown as it is arranged in the gearbox 14 or in the cover 20 of the screw vacuum pump 10.
- the immersion coolers 34 are thus of identical design, which leads to a small number of parts and low manufacturing costs.
- the immersion cooler 34 has a heat exchange fluid line, in particular a cooling line 72, which runs through a heat transfer body, in particular a cooling body 74.
- the line 72 is made of a stainless steel and cast in an aluminum material of the heat transfer body 72.
- the heat transfer body 74 has a structuring which increases the exchange-active surface in order to increase the surface of the heat sink.
- the immersion cooler 34 also has a flange 76 with which the immersion cooler 34 is fastened to an opening of the gearbox 14 provided for this purpose. In the fastened state, the heat transfer body 74 is arranged in the oil filling and the lines 72 are arranged outside the gearbox 14, as is shown, for example, in FIG Fig. 4 is visible.
- the lines can also advantageously be designed with an angled connection area, which saves installation space.
- FIG. 6 A further heat exchanger 34 is shown in a perspective view, a disk 54 being indicated schematically as it rotates in an oil filling (not shown) in which the heat transfer body 74 is also arranged.
- the heat transfer body 74 is elongated and surrounds the disk 54.
- the heat transfer body 74 essentially forms a rectangular ring around the disk 54.
- the cooling lines 72 run in particular here through the heat transfer body 74, also enclose the disk 54 and have a U-shape in their course.
- the heat exchanger 34 is arranged such that it can be tilted slightly downward, so that removal is easily possible. It can be seen that this arrangement of the magnets 85 on the heat exchanger 34 is extremely advantageous with regard to maintenance and cleaning of the pump. The fact that the magnets 85 can now be cleaned so easily can also overall, the concentration of abrasion particles customary in operation is reduced, and thus the life of the pump as a whole and in particular the life of rotor bearings, gear wheels and / or oil as the operating medium are increased.
- FIG. 7 an arrangement of recesses and / or projections 86 is shown schematically, as advantageously on the heat transfer body of a heat exchanger, for example according to one Fig. 6 , can be arranged.
- ribs are considered as examples for the recesses and / or projections, the explanations also applying to recesses and / or projections in the more general sense.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Schraubenvakuumpumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Pumpe. Eine Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der
Die
Viele Arten von Vakuumpumpen erfordern eine wirksame Kühlung. Dies gilt insbesondere für Schraubenvakuumpumpen, da sie allgemein eine hohe Leistungsdichte und entsprechend hohe Wärmeproduktion aufweisen. Die Kühlung wird häufig durch ein Ölsystem unterstützt, welches vorteilhafter Weise zudem der Schmierung von beweglichen Komponenten, wie etwa Rotoren und Getriebeelementen, dient. Die Wärmeabfuhr erfolgt beispielsweise über ein Gehäuse oder über einen Wärmetauscher, der insbesondere in einer Ölfüllung des Ölsystems angeordnet ist.Many types of vacuum pumps require effective cooling. This applies in particular to screw vacuum pumps, since they generally have a high power density and correspondingly high heat production. The cooling is often supported by an oil system, which advantageously also serves to lubricate moving components such as rotors and gear elements. The heat is dissipated, for example, via a housing or a heat exchanger, which is arranged in particular in an oil fill in the oil system.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Temperierung einer Vakuumpumpe der eingangs genannten Art zu verbessern.It is an object of the invention to improve the temperature control of a vacuum pump of the type mentioned in the introduction.
Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Scheibe oder die Scheiben dazu ausgebildet und angeordnet sind, infolge ihrer Rotation eine zumindest im Wesentlichen unidirektionale Strömung in der Ölfüllung zumindest im Bereich des Wärmetauschers zu bewirken.This object is achieved by a vacuum pump with the features mentioned in claim 1, and in particular in that the disk or disks are designed and arranged to cause an at least essentially unidirectional flow in the oil filling at least in the region of the heat exchanger due to their rotation .
Hierdurch wird der Wärmeübergang zwischen Ölfüllung und Wärmetauscher verbessert. Dies gilt insbesondere im Gegensatz zu einer verwirbelten Strömung oder zu einer Situation, in der verschiedene Strömungsrichtungen im Öl ausgebildet sind, sodass der Wärmeaustausch nicht den vollen Strömungsweg entlang des Wärmetauschers ausnutzen kann.This improves the heat transfer between the oil filling and the heat exchanger. This is particularly true in contrast to a swirled flow or to a situation in which different flow directions are formed in the oil, so that the heat exchange cannot use the full flow path along the heat exchanger.
Ein weiterer Vorteil zeigt sich insbesondere im Vergleich zu einer Vakuumpumpe, bei der die Wärme der Ölfüllung zumindest auch über einen die Ölfüllung haltenden Gehäuseabschnitt abgeführt wird. Dabei wird üblicherweise Öl durch eine rotierende Scheibe spritzend über eine Innenwand des Gehäuses verteilt. Dies erfordert jedoch eine Mindestdrehzahl, da ein Ablösen von Öltropfen erst ab einer gewissen Zentrifugalkraft erfolgt. Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe wird die Wärme auch ohne Spritzen wirksam abgeführt. Die Temperierung dieser Vakuumpumpe ist folglich im Wesentlichen drehzahlunabhängig oder zumindest auch bei niedrigen Drehzahlen relativ wirksam. Insbesondere in Verbindung mit einem Frequenzumrichter für einen Rotormotor ist hierdurch eine besondere Drehzahlflexibilität ermöglicht, was auch die Anwendung der Pumpe deutlich flexibilisiert.Another advantage is particularly evident in comparison to a vacuum pump, in which the heat of the oil filling is dissipated at least also via a housing section holding the oil filling. Typically, oil is sprayed through a rotating disc over an inner wall of the housing. However, this requires a minimum speed, since oil drops only detach after a certain centrifugal force. In the vacuum pump according to the invention, the heat is effectively dissipated even without spraying. The temperature control of this vacuum pump is therefore essentially independent of the speed or at least relatively effective at low speeds. Particularly in connection with a frequency converter for a rotor motor, this enables a special speed flexibility, which also makes the use of the pump significantly more flexible.
Nicht zuletzt kann durch die erfindungsgemäß verbesserte Anströmung des Wärmetauschers auch dessen Größe gegenüber einem solchen ohne verbesserte Anströmung verringert werden. Hierdurch können Bauraum und Kosten eingespart werden.Last but not least, the flow to the heat exchanger, which is improved according to the invention, can also reduce its size compared to that without an improved flow. This can save installation space and costs.
Der Begriff "unidirektional" bedeutet in diesem Zusammenhang nicht notwendigerweise, dass die Strömung nur gerade verlaufen darf. Vielmehr kann der Strömungsverlauf auch entlang einer recht komplexen, insbesondere geschwungenen und/oder kreisförmigen, Bahn verlaufen, solange sie entlang dieser Bahn zumindest im Wesentlichen nur in einer Richtung verläuft. Die Strömung kann folglich beispielsweise auch im Wesentlichen eine Kreisbahn aufweisen, welche zur Form der Scheibe korrespondiert, insbesondere zu dieser konzentrisch verläuft.In this context, the term "unidirectional" does not necessarily mean that the flow may only be straight. Rather, the flow course can also run along a rather complex, in particular curved and / or circular, path, as long as it runs at least essentially only in one direction along this path. The flow can consequently, for example, also essentially have a circular path which corresponds to the shape of the disk, in particular runs concentrically to it.
Erfindungsgemäß wird also eine Strömung erzeugt, die nur in eine Richtung verläuft. Eine gegenläufige Strömung, welche insbesondere durch andere in die Ölfüllung eingetauchte und gegenläufig rotierende Teile bewirkt wird, und große, chaotische Turbulenzen, insbesondere wenn sie durch eine gegenläufige Strömung erzeugt werden, sollen dagegen vermieden werden. Zum Erreichen der erfindungsgemäßen Vorteile muss aber nicht notwendigerweise eine laminare Strömung vorliegen, solange die Strömung insgesamt bzw. makroskopisch im Wesentlichen unidirektional im Bereich, insbesondere entlang, des Wärmetauschers verläuft. Innerhalb der unidirektionalen Strömung ist eine turbulente Strömung sogar besonders vorteilhaft für den Wärmeübergang.According to the invention, a flow is thus generated which only runs in one direction. A counter-current flow, which is caused in particular by other parts immersed in the oil filling and rotating in opposite directions, and large, chaotic turbulences, in particular if they are generated by a counter-current flow, are to be avoided. To achieve the advantages according to the invention, however, a laminar flow does not necessarily have to be present as long as the flow as a whole or macroscopically runs essentially unidirectionally in the region, in particular along, the heat exchanger. Within the unidirectional flow, a turbulent flow is even particularly advantageous for the heat transfer.
Erfindungsgemäß wird also die unidirektionale Strömung im Bereich des Wärmetauschers erzeugt, wodurch die Kapazitäten des Wärmetauschers besonders gut ausgenutzt werden können. Es können grundsätzlich auch weitere Wärmetauscher, insbesondere jeweils mit eigener unidirektionaler Strömung vorgesehen sein.According to the invention, the unidirectional flow is thus generated in the area of the heat exchanger, as a result of which the capacities of the heat exchanger can be used particularly well. In principle, further heat exchangers, in particular each with its own unidirectional flow, can also be provided.
So können beispielsweise eine zweite Ölfüllung und ein darin angeordneter zweiter Wärmetauscher vorgesehen sein. In diesem Fall kann beispielsweise auch durch eine weitere Scheibe eine zweite unidirektionale Strömung im Bereich des Wärmetauschers erzeugt werden, um auch dort für eine besonders gute Wärmeabfuhr zu sorgen. Erste und zweite Ölfüllung bzw. erster und zweiter Wärmetauscher können vorteilhaft an gegenüberliegenden Rotorenden vorgesehen sein.For example, a second oil filling and a second heat exchanger arranged therein can be provided. In this case, for example, a second unidirectional flow can also be generated in the area of the heat exchanger by means of a further disk, in order also for particularly good heat dissipation there to care. First and second oil fillings or first and second heat exchangers can advantageously be provided on opposite rotor ends.
Ferner kann beispielsweise ein dritter Wärmetauscher, wobei die Angabe "dritter" nur der Differenzierbarkeit dient und dabei kein "zweiter" Wärmetauscher erforderlich ist, in der ersten Ölfüllung vorgesehen sein und in dessen Bereich beispielsweise auch eine zweite Strömung ausgebildet werden, die zu derjenigen des ersten Wärmetauschers gegenläufig ist, solange die zweite Strömung nicht im Bereich des ersten Wärmetauschers verläuft oder dort zumindest auf ein unwesentliches Maß reduziert ist. So kann an beiden Wärmetauschern jeweils eine unidirektionale Strömung erzeugt und ein besonders effektiver Wärmeaustausch realisiert werden.Furthermore, a third heat exchanger, for example, the specification "third" serving only for differentiation and no "second" heat exchanger being required, can be provided in the first oil filling and in the region of which, for example, a second flow can also be formed which corresponds to that of the first Heat exchanger is opposite, as long as the second flow does not run in the area of the first heat exchanger or is at least reduced to an insignificant degree there. In this way, a unidirectional flow can be generated on both heat exchangers and a particularly effective heat exchange can be realized.
Die erfindungsgemäße Scheibe ist allgemein durch ein in die Ölfüllung eingetauchtes und mit Rotor und/oder Getriebeelement rotierendes Bauteil gebildet, das eine gewisse radiale Erstreckung aufweist. Die Scheibe kann somit beispielsweise auch durch ein, insbesondere am Rotor angeordnetes, Zahnrad gebildet sein. Insbesondere ist die Scheibe aber kein Zahnrad, sondern insbesondere ein hiervon separates Bauteile, welches aber beispielsweise an einem Zahnrad befestigt sein kann. Bei einer vom Zahnrad separaten Scheibe ist es besonders vorteilhaft, wenn das oder die Zahnräder so angeordnet sind, dass sie im Betrieb nicht in die Ölfüllung eingetaucht sind. Grundsätzlich kann die Scheibe beispielsweise einteilig mit oder separat vom Rotor ausgebildet sein.The disk according to the invention is generally formed by a component which is immersed in the oil filling and rotates with a rotor and / or gear element and has a certain radial extent. The disk can thus also be formed, for example, by a gearwheel, in particular arranged on the rotor. In particular, however, the disk is not a gearwheel, but in particular a component separate therefrom, which, however, can be attached to a gearwheel, for example. In the case of a disk separate from the gearwheel, it is particularly advantageous if the gearwheel or gearwheels are arranged in such a way that they are not immersed in the oil filling during operation. In principle, the disk can, for example, be formed in one piece with or separately from the rotor.
Die Scheibe muss nicht als geschlossenes Flächenelement ausgebildet sein. Beispielsweise kann sie auch Öffnungen aufweisen, beispielsweise sogar als Speichenrad ausgebildet sein.The pane does not have to be designed as a closed surface element. For example, it can also have openings, for example even be designed as a spoke wheel.
Zur Erzeugung der unidirektionalen Strömung ist die Pumpe insbesondere frei von einer gegenläufig in derselben ölfüllung rotierenden Scheibe, zumindest im Bereich des Wärmetauschers. Es können aber auch zwei oder mehrere Scheiben vorgesehen sein, die insbesondere zur gleichläufigen, insbesondere synchronen und/oder parallelen, Rotation mit der ersten Scheibe angeordnet und/oder ausgebildet sein können. Zwei oder mehrere Scheiben können beispielsweise am selben Rotor und/oder Getriebeelement vorgesehen sein, wodurch auf einfache Weise eine Gleichläufigkeit und eine Synchronität realisiert werden kann.To generate the unidirectional flow, the pump is in particular free of a disk rotating in opposite directions in the same oil filling, at least in the area of the heat exchanger. However, two or more disks can also be provided, which can be arranged and / or designed, in particular, for the same, in particular synchronous and / or parallel, rotation with the first disk. Two or more disks can be provided, for example, on the same rotor and / or gear element, as a result of which synchronism and synchronicity can be achieved in a simple manner.
Grundsätzlich kann die unidirektionale Strömung beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass alle in die Ölfüllung eingetauchten Scheiben, insbesondere alle eingetauchten, rotierenden Bauteile, zur gleichläufigen Rotation angeordnet sind.In principle, the unidirectional flow can be brought about, for example, by arranging all the disks immersed in the oil filling, in particular all the immersed, rotating components, for the same rotation.
Der Wärmetauscher kann vorteilhafter Weise als separates Teil ausgebildet sein, und insbesondere lösbar in der Ölfüllung bzw. einer hierfür vorgesehen Kammer befestigbar sein. Eine Kammer für die Ölfüllung kann grundsätzlich beispielsweise durch einen Gehäuseabschnitt gebildet sein. Insbesondere kann der, insbesondere erste, Gehäuseabschnitt derart ausgeführt sein, dass er separat von einem zweiten Gehäuseabschnitt für einen pumpaktiven Teilbereich der Pumpe und/oder separat von einem dritten Gehäuseabschnitt für einen Antriebsmotor der Pumpe ausgebildet ist, wobei die Angaben "zweiter" und "dritter" wiederum nur der Differenzierbarkeit dienen. Der erste Gehäuseabschnitt kann bei einem vorteilhaften Beispiel zwischen einem zweiten Gehäuseabschnitt für einen pumpaktiven Teilbereich und einem dritten Gehäuseabschnitt für einen Antriebsmotor vorgesehen sein. Alternativ kann der Wärmetauscher beispielsweise als Teil eines zweiten oder dritten Gehäuseabschnitts ausgebildet sein.The heat exchanger can advantageously be designed as a separate part, and in particular can be detachably fastened in the oil filling or in a chamber provided for this purpose. A chamber for the oil filling can in principle be formed, for example, by a housing section. In particular, the, in particular first, housing section can be designed such that it is formed separately from a second housing section for a pump-active subarea of the pump and / or separately from a third housing section for a drive motor of the pump, the specifications "second" and "third" "again only serve to differentiate. In an advantageous example, the first housing section can be provided between a second housing section for a pump-active subarea and a third housing section for a drive motor. Alternatively, the heat exchanger can be designed, for example, as part of a second or third housing section.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vakuumpumpe einen Gehäuseabschnitt für die Ölfüllung umfasst und der Gehäuseabschnitt eine Öffnung, insbesondere Montageöffnung, aufweist, durch die der Wärmetauscher in den Gehäuseabschnitt eingebracht oder einbringbar, insbesondere eingesteckt oder einsteckbar, und/oder herausnehmbar ist.According to the invention, it is provided that the vacuum pump comprises a housing section for the oil filling and the housing section has an opening, in particular an assembly opening, through which the heat exchanger can be introduced or inserted into the housing section, in particular inserted or inserted, and / or removed.
Der Wärmetauscher kann beispielsweise an einem Umfangsbereich und/oder Flansch der Öffnung, insbesondere dichtend und/oder verschließend, befestigt oder befestigbar sein. Der Wärmetauscher kann zu diesem Zweck beispielsweise einen Befestigungsflansch aufweisen. Zur Dichtung kann beispielsweise ein O-Ring vorgesehen sein, insbesondere zwischen einem Befestigungsflansch des Wärmetauschers und dem Umfangsbereich und/oder Flansch der Öffnung.The heat exchanger can, for example, be fastened or fastened to a peripheral region and / or flange of the opening, in particular in a sealing and / or sealing manner. For this purpose, the heat exchanger can have, for example, a fastening flange. For example, an O-ring can be provided for the seal, in particular between a fastening flange of the heat exchanger and the peripheral region and / or flange of the opening.
Der Wärmetauscher kann beispielsweise wenigstens einen, insbesondere einen Zufuhr- und einen Abführ-, Anschluss für ein Wärmeaustauschfluid aufweisen, wobei der Anschluss insbesondere eines Gehäuseabschnitts für die Ölfüllung angeordnet sind kann. Der Anschluss kann vorteilhafter Weise abgewinkelt ausgeführt sein. Dies ermöglicht die Einsparung von Bauraum.The heat exchanger can have, for example, at least one, in particular a supply and a discharge, connection for a heat exchange fluid, it being possible for the connection, in particular a housing section, to be arranged for the oil filling. The connection can advantageously be angled. This enables space to be saved.
Gemäß einer Weiterbildung erstreckt sich der Wärmetauscher entlang einer Längsachse, und ist insbesondere länglich ausgebildet. Ein besonders guter Wärmeaustausch ergibt sich, wenn ein Wärmeübergangskörper des Wärmetauschers eine Länge aufweist, die mindestens doppelt so groß, insbesondere mindestens dreimal so groß ist wie eine Breite des Wärmeübergangskörpers. Die Scheibe kann vorteilhafter Weise parallel zu der Längsachse des Wärmetauschers angeordnet sein, insbesondere sodass die Strömung in der Ölfüllung im Wesentlichen längs des Wärmetauschers verläuft.According to a further development, the heat exchanger extends along a longitudinal axis, and is in particular elongated. A particularly good heat exchange results if a heat transfer body of the heat exchanger has a length that is at least twice as large, in particular at least three times as large as a width of the heat transfer body. The disk can advantageously be arranged parallel to the longitudinal axis of the heat exchanger, in particular so that the flow in the oil filling runs essentially along the heat exchanger.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umschließt der Wärmetauscher die Scheibe zumindest teilweise. Der Wärmetauscher kann dabei beispielsweise ringförmig, oval oder rechteckig ausgebildet sein. Wenn mehrere gleichläufige Scheiben vorgesehen sind, kann insbesondere wenigstens eine vom Wärmetauscher umschlossen sein und wenigstens eine neben dem Wärmetauscher angeordnet sein.In a further advantageous embodiment, the heat exchanger at least partially surrounds the disk. The heat exchanger can, for example, be ring-shaped, oval or rectangular. If several co-rotating disks are provided, in particular at least one can be enclosed by the heat exchanger and at least one can be arranged next to the heat exchanger.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein herausnehmbarer Wärmetauscher zum Herausnehmen kippbar ist, z.B. um das vorstehend beschriebene Umschließen der Scheibe aufzuheben und den Wärmetauscher ohne Demontage der Scheibe herausnehmen zu können. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein Deckel und/oder Gehäuseabschnitt für die Ölfüllung kippbar ist, beispielsweise um das vorstehend beschriebene Umschließen der Scheibe aufzuheben und den Wärmetauscher mit dem Gehäuseabschnitt ohne Demontage der Scheibe herausnehmen zu können.For example, it can be provided that a removable heat exchanger can be tilted for removal, e.g. to remove the above-described enclosing of the disc and to be able to remove the heat exchanger without dismantling the disc. Alternatively or additionally, it can be provided that a cover and / or housing section for the oil filling can be tilted, for example in order to remove the above-described enclosing of the disk and to be able to remove the heat exchanger with the housing section without dismantling the disk.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Wärmetauscher eine Leitung für ein Wärmeaustauschfluid auf. Die Leitung kann beispielsweise um die Scheiben herum verlaufen und/oder diese umschließen. Alternativ oder zusätzlich kann die Leitung zumindest im Wesentlichen längs der durch die Scheibe hervorgerufenen Strömung verlaufen.In a further embodiment, the heat exchanger has a line for a heat exchange fluid. The line can, for example, run around and / or enclose the panes. Alternatively or additionally, the line can run at least substantially along the flow caused by the disk.
Die Pumpe kann beispielsweise auch zwei Rotoren aufweisen, wobei insbesondere lediglich einer wenigstens eine Scheibe trägt. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Vakuumpumpe zwei parallel angeordnete und durch ein Getriebe gekoppelte Rotoren umfasst, von denen im Bereich des Wärmetauschers lediglich einer wenigstens eine Scheibe zur Rotation in der Ölfüllung trägt.The pump can, for example, also have two rotors, with in particular only one carrying at least one disk. In particular, it can be provided that the vacuum pump comprises two rotors arranged in parallel and coupled by a gear, of which only one carries at least one disk in the area of the heat exchanger for rotation in the oil filling.
Die Vakuumpumpe kann beispielsweise als Schraubenvakuumpumpe mit zwei Schraubenrotoren oder als Wälzkolbenpumpe mit zwei Wälzkolbenrotoren ausgebildet sein, wobei insbesondere nur ein Rotor im Bereich des Wärmetauschers und/oder an einem Rotorende wenigstens eine Scheibe trägt und/oder zur Rotation antreibt.The vacuum pump can be designed, for example, as a screw vacuum pump with two screw rotors or as a Roots pump with two Roots rotors, with in particular only one rotor in the region of the heat exchanger and / or at one rotor end carrying and / or driving to rotate.
Bei einer Weiterbildung ist der Wärmetauscher Teil eines Temperierungssystems für den Wärmetauscher. Das Temperierungssystem kann beispielsweise eine Kühleinrichtung aufweisen, beispielsweise einen weiteren Wärmetauscher zum Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft. Das Temperierungssystem kann z.B. alternativ oder zusätzlich eine Heizeinrichtung umfassen. Hierdurch können die Pumpe, der Rotor und/oder ein Getriebe im Bereich des Wärmetauschers vorteilhaft und schnell auf eine gewünschte Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Außerdem bedarf es keiner zusätzlichen Komponenten am Pumpengehäuse, insbesondere an einem Gehäuseabschnitt der Ölfüllung. Das Temperierungssystem kann insbesondere eine Steuerung oder eine Regelung, insbesondere in Verbindung mit einem Temperatursensor, aufweisen. Somit lassen sich gewünschte Betriebstemperaturen, insbesondere in besonderen Betriebszuständen, wie z.B. beim Anfahren der Pumpe, im Enddruckbetrieb, bei Volllast und/oder bei Förderung schwerer Gase, vorteilhaft einstellen.In a further development, the heat exchanger is part of a temperature control system for the heat exchanger. The temperature control system can have, for example, a cooling device, for example a further heat exchanger Heat exchange with the ambient air. The temperature control system can, for example, alternatively or additionally comprise a heating device. As a result, the pump, the rotor and / or a gear in the area of the heat exchanger can advantageously and quickly be heated to a desired operating temperature. In addition, no additional components are required on the pump housing, in particular on a housing section of the oil filling. The temperature control system can in particular have a control or regulation, in particular in connection with a temperature sensor. In this way, desired operating temperatures, in particular in special operating conditions, such as when starting the pump, in final pressure operation, at full load and / or when pumping heavy gases, can be advantageously set.
Der Wärmetauscher kann beispielsweise einen, insbesondere länglichen, Wärmeübergangskörper aufweisen. Der Wärmeübergangskörper kann zwecks vorteilhaften Wärmeaustauschs einen Aluminiumwerkstoff, insbesondere Aluminiumguss-Werkstoff, umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise wenigstens eine Leitung für ein Wärmeaustauschfluid vorgesehen sein, wobei die Leitung einen Edelstahl aufweist. Insbesondere kann die Leitung im Wärmeübergangskörper vergossen sein.The heat exchanger can have, for example, an, in particular elongated, heat transfer body. The heat transfer body can comprise an aluminum material, in particular cast aluminum material, for the purpose of advantageous heat exchange. Alternatively or additionally, at least one line for a heat exchange fluid can be provided, for example, the line having a stainless steel. In particular, the line can be cast in the heat transfer body.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Öffnung für den Wärmetauscher zumindest im Wesentlichen an einer tiefsten Stelle eines Innenraums und/oder einer Ölkammer eines Gehäuseabschnitts für die Ölfüllung angeordnet ist. Die Öffnung kann somit als Ölablassöffnung verwendet werden, sodass auf eine hierfür vorgesehene, weitere Öffnung, insbesondere mit separater Ölablassschraube, verzichtet werden kann. Insbesondere ist also keine weitere Ölablassöffnung an dem Gehäuseabschnitt und/oder für dessen Ölfüllung vorgesehen. Der Gehäuseabschnitt kann dabei, insbesondere leicht, asymmetrisch ausgebildet sein, insbesondere um ein Abfließen des Öls zu verbessern.In a further exemplary embodiment, it is provided that an opening for the heat exchanger is arranged at least essentially at a deepest point in an interior and / or an oil chamber of a housing section for the oil filling. The opening can thus be used as an oil drain opening, so that a further opening provided for this purpose, in particular with a separate oil drain screw, can be dispensed with. In particular, therefore, no further oil drain opening is provided on the housing section and / or for its oil filling. The housing section can be, in particular light, asymmetrical, in particular to improve the drainage of the oil.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Magnet am Wärmetauscher, insbesondere in der Ölfüllung, angeordnet ist. Die Verwendung von Magneten zum Sammeln von im Öl befindlichen Abriebpartikeln ist grundsätzlich bekannt. Durch die Anordnung am Wärmetauscher in Verbindung mit der hier durch die Erfindung bewirkten unidirektionalen Strömung ergibt sich allerdings eine äußerst hohe Effektivität des Magneten bei der Partikelsammlung, da er somit zumindest im Wesentlichen unmittelbar in der Strömung liegt. Es passiert folglich besonders viel Öl pro Zeit den Magneten und kann seine Abriebpartikel an ihn abgeben. Hierdurch kann das Öl deutlich sauberer gehalten und die Lebensdauer der Pumpe verbessert werden. Wenn beispielsweise der Wärmetauscher zusätzlich lösbar und/oder herausnehmbar ausgebildet ist, lässt sich der Magnet besonders einfach, insbesondere ohne weitere Demontage der Pumpe, mit dem Wärmetauscher herausnehmen und von den gesammelten Abriebpartikeln reinigen. Dies vereinfacht die Wartung der Pumpe und reduziert die hiermit verbundenen Kosten erheblich.According to a further development, it is provided that at least one magnet is arranged on the heat exchanger, in particular in the oil filling. The use of magnets to collect abrasion particles in the oil is generally known. The arrangement on the heat exchanger in connection with the unidirectional flow brought about by the invention results in an extremely high effectiveness of the magnet in the particle collection, since it is thus at least essentially directly in the flow. As a result, a particularly large amount of oil passes through the magnets each time and can release its abrasion particles to them. This allows the oil to be kept much cleaner and the life of the pump to be improved. If, for example, the heat exchanger is additionally detachable and / or removable, the magnet can be removed particularly easily, in particular without further dismantling of the pump, with the heat exchanger and cleaned of the collected abrasion particles. This simplifies the maintenance of the pump and significantly reduces the associated costs.
Wenn wenigstens ein Magnet am Wärmetauscher angeordnet ist, ermöglicht dies eine besonders gute Agglomeration von im Öl befindlichen Abriebpartikeln. Außerdem wird die Wartung vereinfacht, da die Magneten zusammen mit dem Wärmetauscher gewartet werden können.If at least one magnet is arranged on the heat exchanger, this enables particularly good agglomeration of abrasion particles in the oil. Maintenance is also simplified since the magnets can be serviced together with the heat exchanger.
Die Scheibe kann allgemein beispielsweise einen Zulaufbereich, einen Längslaufbereich und/oder einen Ablaufbereich, insbesondere zumindest einen Zu- und einen Ablaufbereich am Wärmetauscher für die Ölströmung definieren. Hierunter sind allgemein Bereiche zu verstehen, in denen die Strömung im Wesentlich zum Wärmetauscher hin, längs des Wärmetauschers bzw. vom Wärmetauscher wegfließt.The disk can generally define, for example, an inlet region, a longitudinal region and / or an outlet region, in particular at least one inlet region and one outlet region on the heat exchanger for the oil flow. These are generally understood to mean areas in which the flow essentially flows towards the heat exchanger, along the heat exchanger or away from the heat exchanger.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Magnet in einem dieser Bereiche, insbesondere im Zulauf- und/oder im Ablaufbereich, angeordnet ist. Hierdurch lässt sich die Partikelsammlung weiter verbessern. Bei einem besonders vorteilhaften Beispiel ist je wenigstens ein Magnet im Zu- und im Ablaufbereich und/oder bei einem länglichen Wärmetauscher an jeweiligen Endbereichen vorgesehen.According to one embodiment it is provided that the magnet is arranged in one of these areas, in particular in the inlet and / or in the outlet area. This can further improve the particle collection. In a particularly advantageous example, at least one magnet is provided in the inlet and outlet area and / or in the case of an elongated heat exchanger at respective end areas.
Des Weiteren kann der Wärmetauscher und/oder ein Wärmeübergangskörper eine Mehrzahl an Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen aufweisen, die zumindest im Wesentlichen entlang eines durch die Scheibe hervorgerufenen Strömungsverlaufs ausgerichtet sind. Ausnehmungen und Vorsprünge sind grundsätzlich zu dem Zweck bekannt, die Oberfläche eines Wärmeübergangskörpers zu erhöhen, um den Wärmeübergang zu verbessern. Bei dem hier beschriebenen Beispiel übernehmen die Ausnehmungen bzw. Vorsprünge zusätzlich eine strömungsleitende Funktion, was die Qualität, insbesondere Homogenität, der Strömung im Hinblick auf den Wärmeübergang weiter verbessert. Außerdem bewirkt die hier beschriebene Ausrichtung der Ausnehmungen bzw. Vorsprünge, dass die Geometrie des Wärmetauschers oder Wärmeübergangskörpers der Strömung nur einen relativ geringen Widerstand entgegensetzt, was ebenfalls die Strömungsqualität und insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit verbessert, sodass im Ergebnis ein besonders guter Wärmeübergang ermöglicht ist.Furthermore, the heat exchanger and / or a heat transfer body can have a plurality of recesses and / or projections, which are at least essentially aligned along a flow course caused by the disk. Recesses and projections are basically known for the purpose of increasing the surface of a heat transfer body in order to improve the heat transfer. In the example described here, the recesses or projections additionally take on a flow-guiding function, which further improves the quality, in particular homogeneity, of the flow with regard to the heat transfer. In addition, the alignment of the recesses or projections described here has the effect that the geometry of the heat exchanger or heat transfer body only offers a relatively low resistance to the flow, which likewise improves the flow quality and in particular the flow velocity, so that particularly good heat transfer is made possible as a result.
Derartige Vorsprünge können beispielsweise als Rippen und/oder Finnen ausgebildet sein. Die Ausnehmungen und/oder Vorsprünge können insbesondere an einem Wärmeübergangskörper des Wärmetauschers vorgesehen sein und/oder in einem Zulaufbereich und/oder einem Ablaufbereich für die Strömung. Vorteilhafterweise kann sich eine jeweilige Ausnehmung oder ein jeweiliger Vorsprung mit einer Längserstreckung entlang des Strömungsverlaufs erstrecken.Such projections can be designed, for example, as ribs and / or fins. The recesses and / or projections can in particular be provided on a heat transfer body of the heat exchanger and / or in an inlet area and / or an outlet area for the flow. A respective recess or a respective projection can advantageously extend with a longitudinal extension along the flow course.
Bei einer Weiterbildung sind die Ausnehmungen und/oder Vorsprünge oben und/oder unten bzw. an einer Oberseite und/oder Unterseite des Wärmetauschers oder eines Wärmeübergangskörpers in Bezug auf eine vorgesehene Betriebslage der Vakuumpumpe am Wärmetauscher oder am Wärmeübergangskörper angeordnet. Diese Anordnung ist einerseits strömungstechnisch besonders günstig und andererseits besonders einfach, beispielsweise in einem Gießprozess, herzustellen.In a further development, the recesses and / or projections are at the top and / or at the bottom or at the top and / or bottom of the heat exchanger or a heat transfer body with respect to an intended operating position the vacuum pump on the heat exchanger or on the heat transfer body. On the one hand, this arrangement is particularly favorable in terms of flow technology and, on the other hand, it is particularly simple to manufacture, for example in a casting process.
Die oder ein Teil der Ausnehmungen und/oder Vorsprünge kann beispielsweise schräg in Bezug auf eine Längsachse des, insbesondere länglich ausgebildeten, Wärmetauschers angeordnet sein, beispielsweise mit einem Winkel von höchstens 45° zur Längsachse. Die schräge Anordnung wirkt sich insbesondere in einem Zu- und/oder Ablaufbereich vorteilhaft aus.The or part of the recesses and / or projections can, for example, be arranged obliquely with respect to a longitudinal axis of the, in particular elongated, heat exchanger, for example at an angle of at most 45 ° to the longitudinal axis. The oblique arrangement has an advantageous effect in particular in an inlet and / or outlet area.
Insbesondere können mehrere Ausnehmungen und/oder Vorsprünge unterschiedlich schräg in Bezug auf die Längsachse ausgerichtet sein. Beispielsweise können Winkel von Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen, welche entlang der Längsachse unterschiedlich positioniert sind, in Bezug auf die Längsachse unterschiedlich sein, insbesondere entlang der Längsachse abgestuft sein und/oder zu einer Mitte von Scheibe und/oder Wärmübergangskörper hin abnehmen. Diese Maßnahmen verbessern strömungsleitende Funktion und Wärmeübergang weiter.In particular, a plurality of recesses and / or projections can be oriented at different angles with respect to the longitudinal axis. For example, angles of recesses and / or projections which are positioned differently along the longitudinal axis can be different with respect to the longitudinal axis, in particular be stepped along the longitudinal axis and / or decrease towards a center of the pane and / or heat transfer body. These measures further improve the flow-guiding function and heat transfer.
Es sind beispielsweise auch pfeilförmig und/oder zulaufend angeordnete Paare von Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen denkbar. Beispielsweise können von zwei, insbesondere in Längsrichtung gleich positionierten, Ausnehmungen oder Vorsprüngen jeweils eines oben und unten am Wärmetauscher angeordnet sein, wobei sie insbesondere schräg zulaufend angeordnet sind.Arrows and / or tapered pairs of recesses and / or projections are also conceivable, for example. For example, one of two recesses or projections, in particular positioned identically in the longitudinal direction, can each be arranged at the top and bottom of the heat exchanger, in particular being arranged at an incline.
Grundsätzlich können, insbesondere strömungsleitende und/oder -unterstützende Ausnehmungen und/oder Vorsprünge auch an anderen Bauteilen vorgesehen sein, insbesondere einem Gehäuseabschnitt für die Ölfüllung und/oder an benachbarten Gehäuseabschnitten, wie z.B. einem Lagerschild, einem Zwischenflansch und oder einem Motorgehäuse.Basically, in particular flow-conducting and / or supporting recesses and / or projections can also be provided on other components, in particular a housing section for the oil filling and / or on adjacent housing sections, such as a bearing plate, an intermediate flange and or a motor housing.
Ganz generell können also Geometrien von Wärmetauscher und/oder nahegelegenen Bauteilen vorteilhafterweise an eine Form der Scheibe angepasst sein und/oder dieser entsprechen, insbesondere im Wesentlichen eine zur Scheibe konzentrische Ringbahn für eine Ölströmung definieren.In general, the geometries of the heat exchanger and / or nearby components can thus advantageously be adapted to and / or correspond to a shape of the disk, in particular essentially defining an annular path concentric to the disk for an oil flow.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe, insbesondere Schraubenvakuumpumpe, nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst.The object of the invention is also achieved by a method for operating a vacuum pump, in particular a screw vacuum pump, according to the independent method claim.
Die hier beschriebenen, unabhängigen Aspekte können selbstverständlich im Sinne der beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der jeweils anderen Aspekte vorteilhaft weitergebildet werden.The independent aspects described here can of course be further developed advantageously in the sense of the described embodiments and features of the other aspects.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft anhand der schematischen Zeichnung erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine Schraubenvakuumpumpe in perspektivischer Ansicht.
- Fig. 2
- zeigt die Schraubenvakuumpumpe der
Fig. 1 in einer Draufsicht. - Fig. 3
- zeigt die Schraubenvakuumpumpe der
Fig. 1 und2 in einer Seitenansicht. - Fig. 4
- zeigt eine Schnittansicht der Schraubenvakuumpumpe entlang einer in
Fig. 3 angedeuteten Schnittebene A-A. - Fig. 5
- zeigt einen Tauchkühler der Schraubenvakuumpumpe der
Fig. 1 bis 4 . - Fig. 6
- zeigt einen weiteren Wärmetauscher bzw. Tauchkühler.
- Fig. 7
- zeigt schematisch eine Anordnung von Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen an einem Wärmetauscher.
- Fig. 8
- zeigt eine weitere derartige Anordnung.
- Fig. 1
- shows a screw vacuum pump in perspective view.
- Fig. 2
- shows the screw vacuum pump of the
Fig. 1 in a top view. - Fig. 3
- shows the screw vacuum pump of the
Fig. 1 and2nd in a side view. - Fig. 4
- shows a sectional view of the screw vacuum pump along an in
Fig. 3 indicated cutting plane AA. - Fig. 5
- shows an immersion cooler of the screw vacuum pump of the
1 to 4 . - Fig. 6
- shows another heat exchanger or immersion cooler.
- Fig. 7
- shows schematically an arrangement of recesses and / or projections on a heat exchanger.
- Fig. 8
- shows another such arrangement.
In den
Für den Motor 12 ist eine aktive Flüssigkeitskühlung vorgesehen, die aus einem Gehäuse des Motors 12 austritt. Für im Inneren des Gehäuses 16 angeordnete und in
Wie es in den
In
Die Pumpleistung der Schraubenvakuumpumpe 10 hängt von Größe und Gestalt verschiedener Spalte im pumpaktiven Bereich ab, die aufgrund der Relativbewegung von Rotoren 28, 30 und Gehäuse 16 zwar unvermeidbar sind, jedoch zwecks guter Pumpleistung klein und möglichst konstant zu halten sind. Temperaturänderungen in den beteiligten Bauteilen führen zu deren Formänderung. Die hierin beschriebenen Maßnahmen zur Vermeidung, Abführung und im Allgemeinen Beherrschung von Wärme in der Pumpe 10 bewirken somit eine möglichst geringe Formänderung und in der Folge möglichst beherrschbare Spalte. Die Spalte können also präziser ausgelegt werden, was die Pumpleistung bzw. ihre Effizienz verbessert.The pumping capacity of the
Der Schraubenrotor 28 wird direkt, also ohne zwischengeschaltete Kupplung, von dem Motor 12 angetrieben. Der Schraubenrotor 30 wird dagegen über ein Synchronisierungsgetriebe 42 mit Zahnrädern 43 in einem definierten Winkelverhältnis zum Schraubenrotor 28 angetrieben. Die Rotoren 28 und 30 sind folglich miteinander gekoppelt.The
Der Motor 12 umfasst ein Gehäuse 44, welches zum Beispiel aus Aluminium hergestellt ist und in welchem Kühlleitungen 26 für die aktive Flüssigkeitskühlung ausgebildet sind. Das Gehäuse 44 kann beispielsweise auch einen Aluminiumguss-Werkstoff und insbesondere hierin vergossene Kühlleitungen 26 aufweisen, welche beispielsweise einen Edelstahl aufweisen oder hieraus herstellt sind. Der Motor 12 umfasst außerdem einen gewickelten Stator 46, der zusammen mit einem auf einem Wellenende des Schraubenrotors 28 angebrachten Magnetträger 48 einen elektrischen Motor und einen Direktantrieb für den Schraubenrotor 28 bildet. Der Schraubenrotor 28 bildet einen Läufer des Motors 12. Der Magnetträger 48 umfasst eine Mehrzahl an Permanentmagneten. Der Motor 12 bildet also eine Permanentmagnetsynchronmaschine mit innenliegenden Magneten, welche auch als IPMSM bezeichnet wird.The
Der Stator 46 ist in einem Vergusskörper 50 angeordnet, welcher nicht näher dargestellte elektrische Leiter beim Stator 46 isoliert und diese isoliert zu einer Platine 52 führt. Der Vergusskörper 50 bildet hier in Verbindung mit der Platine 52 einen vakuumdichten Anschluss des Motors 12 an eine in einem Bereich atmosphärischen Drucks vorgesehene Steuerungselektronik. Es kann z.B. ein externer Frequenzumrichter für den Motor 12 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auf der Platine 52 zumindest ein Teil einer Steuerungselektronik für den Motor 12 vorgesehen sein.The
In dem Getriebekasten 14 ist das Synchronisierungsgetriebe 42 angeordnet. Im Getriebekasten 14 ist außerdem Öl als Schmiermittel vorgesehen, welches durch eine auch als Spritzscheibe bezeichnete Scheibe 54 über das Synchronisierungsgetriebe 42 und benachbarte Lager 56 verteilt wird. Im Getriebekasten 14 ist im Betrieb eine Ölfüllung in die die Scheibe 54 eingetaucht ist und in der sie mit dem Rotor 30 rotiert, an dem sie befestigt ist. Der Getriebekasten 14 bildet hier somit beispielhaft einen Gehäuseabschnitt für die Ölfüllung.The synchronizing
Die Taillierung 36 bildet eine Abschirmung bzw. eine Wärmebarriere, und zwar insbesondere für Wärme, die im Bereich der Schraubenrotoren 28, 30 während des Pumpbetriebs produziert wird. Dadurch, dass ein geringer Materialquerschnitt verbleibt, und dadurch, dass durch die Formänderung ein Wärmepfad verlängert ist, wird die Wärme vom Schraubenrotor, die sich ansonsten im Gehäuse 16 ausbreitet, daran gehindert, in jenseitige Bereiche zu gelangen. So werden insbesondere das Öl im Getriebekasten 14 und die Lager 56 vor zu hohen Temperaturen geschützt. Der im Getriebekasten 14 angeordnete Tauchkühler 34 trägt ebenfalls zur Temperaturreduzierung bei. Dieser ist in der nicht dargestellten Ölfüllung des Getriebekastens 14 angeordnet und kühlt somit das Öl direkt.The
Für einen jeweiligen Schraubenrotor 28 bzw. 30 ist benachbart zu den Lagern 56, die hier eine Festlagerung bilden, eine als Deflektor 58 ausgebildete Schmiermittel-Abführeinrichtung vorgesehen. Ein jeweiliger Deflektor 58 bildet eine Barriere für das Öl im Getriebekasten, damit es nicht in einen pumpaktiven Bereich oder einen Vakuumbereich, hier insbesondere einen Auslassbereich, gelangt. Der Deflektor 58 umfasst eine nicht näher veranschaulichte Abschleuderkante für das Öl. Gegenüber der Abschleuderkante ist im Gehäuse 16 eine Ablaufnut ausgebildet, die abgeschleudertes Öl aufnimmt und dieses zurück in den Getriebekasten 14 bzw. in eine dortige Ölfüllung leitet. Das Öl, welches durch die Spritzscheibe 54 auf Getriebe 42 und Lager 56 gefördert bzw. verteilt wird, wird somit durch die Deflektoren 58 wieder von den Rotoren 28 bzw. 30 abgeführt.A lubricant discharge device designed as a
Als, insbesondere dynamische, Fluiddichtung sind Kolbenringe auf einem Kolbenringträger 60 vorgesehen. Diese bilden eine berührungslose Dichtung und vermeiden somit Reibungswärme. Die Deflektoren 58 führen möglichst viel Öl zum Getriebekasten 14 zurück, sodass bereits möglichst wenig Öl an den Kolbenringen ansteht. So wird eine insgesamt zuverlässige Dichtwirkung bei besonders geringer Wärmeproduktion erreicht.Piston rings are provided on a
Die Schraubenrotoren 28 und 30 weisen in ihrem jeweiligen Schraubenprofil 38 bzw. 40 drei Abschnitte unterschiedlicher Steigung auf. Ein in Pumprichtung erster Abschnitt 62, in
Die Rotoren 28, 30 bzw. die Schraubenprofile 38, 40 lassen sich durch das Vorsehen der konstanten Abschnitte besonders einfach auslegen und fertigen. Wie es anhand von
Die Schraubenvakuumpumpe 10 weist also eine innere Verdichtung auf. Die Schraubenrotoren 28, 30 der Pumpe 10 schließen in Zusammenwirkung mit dem Gehäuse 16 wiederholt abgeschlossene Fördervolumina ein. Deren Größe ist an einem einlassseitigen Ende bzw. im Abschnitt 62 größer als an einem auslassseitigen Ende bzw. im Abschnitt 62. Die Größe eines Fördervolumens wird durch einen Querschnitt eines Schraubenprofils 38, 40 und dessen Steigung bestimmt.The
Die Größe eines Fördervolumens auf der Einlassseite bzw. im Abschnitt 62 bestimmt ein theoretisches Saugvermögen der Schraubenpumpe 10. Die Steigung des Schraubenprofils 38, 40 ist einlassseitig über Abschnitt 62 konstant, damit das Fördervolumen erst nach Abschluss durch die innere Verdichtung komprimiert wird. Schließt ein jeweiliger Rotor 28, 30 ein jeweiliges Fördervolumen zu früh oder zu spät bzw. beginnt die innere Verdichtung zu früh, sinkt das theoretische Saugvermögen der Pumpe.The size of a delivery volume on the inlet side or in
Die Größe eines jeweiligen Fördervolumens auf der Auslassseite bzw. im Abschnitt 66 bestimmt die Leistungsaufnahme der Pumpe im Betrieb bei einem erreichbaren Enddruck. Das Verhältnis der Größen des Fördervolumens an Einlassseite und Auslassseite bzw. in den Abschnitten 62 und 66 entspricht dem Verhältnis der inneren Verdichtung der Pumpe.The size of a respective delivery volume on the outlet side or in
In Abschnitt 66 ist die Steigung über mehrere Umdrehungen des Schraubenprofils 38, 40 konstant. Die Steigung entspricht dabei in etwa dem Minimum der durch ein bestimmtes Bearbeitungswerkzeug erreichbaren Steigung und ist somit, insbesondere unter Kostenabwägung, fertigungstechnisch bedingt. Dadurch, dass mehrere Umdrehungen, also mehrere abgeschlossene Fördervolumina, im Abschnitt 66 vorgesehen sind, wird eine Rückströmung infolge einer Druckdifferenz zwischen den Spalten ausgeglichen. Insgesamt bestimmen insbesondere der gesamte Steigungsverlauf entlang der Rotoren 28, 30 und die Größe der sich zwischen den Rotoren 28, 30 und zwischen Rotoren 28, 30 und dem Gehäuse 16 ausbildenden Spalte die vakuumtechnischen Leistungsdaten der Pumpe, also insbesondere das Saugvermögen und einen erreichbaren Enddruck.In
Die Schraubenprofile 38, 40 weisen durch ihre zweigängige Ausgestaltung eine besonders geringe Unwucht auf. Es sind also beispielsweise keine Ausgleichselemente, wie z.B. Ausgleichsmassen, die zusätzlichen Bauraum erfordern, und/oder Ausgleichsbohrungen, in denen sich Material ablagern kann, notwendig. Die Pumpe kann mit den zweigängigen Zykloidenschraubenprofilen 38, 40 in einem weiten Drehzahlbereich, insbesondere mit Drehzahlregelung, und/oder beispielsweise in einer Stand-By-Betriebsart betrieben werden.The screw profiles 38, 40 have a particularly low unbalance due to their two-start design. For example, there are no compensating elements, e.g. Compensating compounds that require additional installation space and / or compensating holes in which material can be deposited are necessary. The pump can be operated with the two-start cycloid screw profiles 38, 40 in a wide speed range, in particular with speed control, and / or, for example, in a stand-by mode.
Die Verdichtung des Prozessgases im Allgemeinen erzeugt Wärme, die bei der Schraubenpumpe 10 vornehmlich durch eine Flüssigkeitskühlung abgeführt wird. In
An einem einlassseitigen Ende des Gehäuses 16 ist der Lagerschild 18 befestigt. Dieser trägt unter anderem eine weitere Lagerung mit Lagern 68, die eine Loslagerung bilden. Im Gegensatz zu einem gegenüberliegenden, an einem auslassseitigen Gehäuseende angeordneten Lagerschild 70, der integral mit dem Gehäuse 16 ausgebildet ist aber auch separat ausgebildet sein kann, ist der Lagerschild 68 als separates Bauteil ausgebildet, kann jedoch auch integral ausgebildet sein.The bearing
Einlassseitig sind ebenfalls eine Spritzscheibe 54, Deflektoren 58 und ein Kolbenringträger 60 mit mehreren Kolbenringen vorgesehen, die entsprechend der auslassseitigen Anordung arbeiten. Einlassseitig ist eine weitere, separat ausgeführte Ölfüllung im Deckel 20 vorgesehen. Auch für diese Ölfüllung ist ein Tauchkühler 34 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch beispielsweise eine Kühlleitung in einer Wand des Lagerschildes 14 und/oder des Deckels 20 vorgesehen, insbesondere vergossen sein.A
Am Anfang eines Abpumpvorganges durch die Pumpe 10 herrscht gewöhnlich am Einlass 22 im Wesentlichen der gleiche Druck wie am Auslass. Während des Abpumpens sinkt dagegen der Druck am Einlass 22 bis hin zu einem Enddruck, der hinsichtlich resultierender Kräfte im Wesentlichen Null ist. Somit ist die am Einlass 22 ausgeübte Kraft auf die Rotoren 28, 30 anders als am Anfang des Abpumpvorgangs bzw. es wird in Längsrichtung nur noch durch den Druck am Auslass 24 eine Kraft auf die Rotoren 28, 30 ausgeübt, sodass die resultierende Kraft im jeweiligen Rotor anders ist als am Anfang des Abpumpvorgangs. Um diese Kraft auszugleichen kann z.B. eine Vorspanneinrichtung, insbesondere eine Feder, vorgesehen sein, die insbesondere bei einem Loslager des Rotors und/oder einlassseitig vorgesehen ist. Die Vorspanneinrichtung kann beispielsweise auch durch schräg verzahnte Zahnräder auf die Rotoren wirkende Kräfte aufnehmen und/oder generell eine auslegungsgerechte Vorspannung der Lager unabhängig vom Betriebszustand bei sich verändernden Drücken bzw. Druckverhältnissen gewährleisten.At the beginning of a pumping process by the
In
Der Tauchkühler 34 weist eine Wärmeaustauschfluidleitung, insbesondere Kühlleitung 72 auf, die durch einen Wärmeübergangskörper, insbesondere Kühlkörper 74 verläuft. Die Leitung 72 ist aus einem Edelstahl hergestellt und in einem Aluminiumwerkstoff des Wärmeübergangskörpers 72 vergossen. Der Wärmeübergangskörper 74 weist eine die austauschaktive Oberfläche vergrößernde Strukturierung zur Erhöhung der Oberfläche des Kühlkörpers auf. Der Tauchkühler 34 weist außerdem einen Flansch 76 auf, mit dem der Tauchkühler 34 an einer hierfür vorgesehenen Öffnung des Getriebekastens 14 befestigt wird. Im befestigten Zustand ist der Wärmeübergangskörper 74 in der Ölfüllung angeordnet und die Leitungen 72 sind außerhalb des Getriebekastens 14 angeordnet, wie es beispielsweise in
In
Wenn die Scheibe 54 in der Ölfüllung rotiert, beispielsweise in einer Rotationsrichtung 78, beschleunigt sie das Öl in der Ölfüllung zumindest in einem der Scheibe 54 nahen Bereich in der entsprechenden Richtung. Wie in
Durch die Drehung erzeugt die Scheibe 54 also eine unidirektionale Strömung im Bereich des Wärmetauschers 34 und definiert dabei einen Zulaufbereich 80, einen Ablaufbereich 82 sowie einen dazwischenliegenden Längslaufbereich 84 für das Öl. Im Zulaufbereich 80 wird Öl im Wesentlichen beschleunigt und/oder angesaugt und strömt den Wärmeübergangskörper 74 an. Im Längslaufbereich 84 verläuft die Strömung im Wesentlichen längs des Wärmeübergangskörpers 74. Im Ablaufbereich 82 löst sich das Öl im Wesentlichen vom Einfluss der Scheibe 54, welche auch in der Nähe des Ablaufbereichs 82 aus der Ölfüllung auftaucht. Das Öl fließt im Ablaufbereich 82 weg vom Wärmeübergangskörper 74. Dabei nimmt die Scheibe 54 mit ihrer Drehung 78 einen Teil des Öls mit und verteilt ihn beispielsweise auf Getriebeelemente der Pumpe, zum Beispiel Zahnräder 43. Ein anderer Teil des Öls wird allmählich durch die übrige Ölfüllung abgebremst. Der Teil des Öls, der von der Scheibe 54 bei ihrer Rotation aus der Ölfüllung mitgenommen wird, fließt aufgrund der Schwerkraft allmählich zurück in die Ölfüllung, so dass im Wesentlichen ein im Betrieb konstanter Ölstand beibehalten wird.As a result of the rotation, the
Die Scheibe 54 bildet im Bereich des Wärmetauschers 34 bzw. des Wärmeübergangskörpers 74 eine im Wesentlichen unidirektionale Strömung aus. Diese hat einen im Wesentlichen kreisförmigen Verlauf, der der Form der Scheibe 54 entspricht. In Abwesenheit weiterer, insbesondere gegenläufiger Scheiben ist diese Strömung unidirektional, verläuft also entlang ihrer Bahn nur in eine Richtung. Hierdurch kann ein großer Teilabschnitt, insbesondere im Wesentlichen der gesamte Wärmeübergangskörper 74, effektiv zur Wärmeübertragung ausgenutzt werden.The
Es können beispielsweise auch weitere, insbesondere zur Scheibe 54 parallel angeordnete, Scheiben vorgesehen sein, die mit der Scheibe 54 gleichläufig rotieren. So kann die unidirektionale Strömung zusätzlich verstärkt und die Wärmeübertragung weiter verbessert werden. Eine weitere Scheibe kann zum Beispiel außerhalb des vom Wärmeübergangskörper 74 beschriebenen Rings angeordnet sein.For example, it is also possible to provide further disks, in particular arranged parallel to the
Am Wärmeübergangskörper 74 sind zwei Magneten 85 vorgesehen, die im Zulaufbereich 80 bzw. im Ablaufbereich 82 angeordnet sind. Sie sind somit in einem Bereich relativ starker Strömung angeordnet, versperren aber andererseits der Scheibe 54 nicht den Rotationsweg. Die Magneten 85 werden wegen ihrer Nähe zur Scheibe und ihrer Anordnung im Strömungsverlauf von einer relativ großen Ölmenge passiert, so dass im Öl befindliche, ferromagnetische Abriebpartikel an dem jeweiligen Magneten 85 besonders effektiv gesammelt werden und im Wesentlichen bis zu einer manuellen Reinigung daran verbleiben. Die Reinigung kann beispielsweise durch Herausnehmen des Wärmetauschers 34 aus einem betreffenden Gehäuseabschnitt erfolgen. Damit keine Demontage der Scheibe 54 erfolgen muss, kann es generell vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher 34 leicht nach unten kippbar angeordnet ist, so dass ein Herausnehmen einfach möglich ist. Es zeigt sich, dass diese Anordnung der Magneten 85 am Wärmetauscher 34 äußerst vorteilhaft im Hinblick auf Wartung und Reinigung der Pumpe ist. Dadurch, dass sich nun die Magneten 85 so einfach reinigen lassen, kann auch insgesamt die im Betrieb übliche Konzentration von Abriebpartikeln verringert werden und somit die Lebensdauer der Pumpe insgesamt und insbesondere die Lebensdauer von Rotorlagerung, Zahnrädern und/oder Öl als Betriebsmittel erhöht werden.Two
In
In
In einem Längslaufbereich 84 ist eine Rippe 86.2 angeordnet, welche sich im Wesentlichen entlang der Längsachse des Wärmetauschers erstreckt. Die Rippe 86.2 begünstigt hierdurch, dass im Längslaufbereich 84 die Strömung auch längs des Wärmetauschers verläuft, insbesondere über einen möglichst langen Längenabschnitt.A rib 86.2 is arranged in a
Eine weitere, ebenfalls schräg angeordnete Rippe 86.3 ist in einem Ablaufbereich 82 vorgesehen. Diese unterstützt den gerichteten Ablauf des Öls.Another rib 86.3, also arranged obliquely, is provided in a
Insgesamt bilden die Rippen 86.1, 86.2 und 86.3 eine Geometrie, die im Wesentlichen eine zur Scheibe konzentrische Ringbahn für die Ölströmung definiert. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige und starke Strömung entlang des Wärmetauschers erreicht. Die Wärmeübertragung ist folglich besonders stark.Overall, the ribs 86.1, 86.2 and 86.3 form a geometry which essentially defines an annular path for the oil flow which is concentric with the disk. As a result, a particularly uniform and strong flow along the heat exchanger is achieved. The heat transfer is therefore particularly strong.
Insbesondere kann auf einer Rippe 86.2 im Längslaufbereich 84 verzichtet werden, da ein länglicher Wärmetauscher häufig bereits eine strömungsgünstige Geometrie, insbesondere im Längslaufbereich 84, aufweist. Es ist natürlich auch möglich nur eine der Rippen oder nur Rippen in einem der Bereiche vorzusehen.In particular, there is no need for a rib 86.2 in the
In
Die Rippen 86.4 bis 86.8 sind jeweils in etwa parallel zum Strömungsverlauf 88 angeordnet, wobei durch eine abgestufte Anordnung der Strömungsverlauf 88 noch besser abgebildet werden kann, als in
Auch die in
- 1010th
- SchraubenvakuumpumpeScrew vacuum pump
- 1212th
- Motorengine
- 1414
- GetriebekastenGear box
- 1616
- Gehäusecasing
- 1818th
- LagerschildEnd shield
- 2020
- Deckelcover
- 2222
- Einlassinlet
- 2424th
- AuslassOutlet
- 2626
- KühlleitungCooling pipe
- 2828
- SchraubenrotorScrew rotor
- 3030th
- SchraubenrotorScrew rotor
- 3232
- NutGroove
- 3434
- TauchkühlerImmersion cooler
- 3636
- TaillierungWaist
- 3838
- SchraubenprofilScrew profile
- 4040
- SchraubenprofilScrew profile
- 4242
- SynchronisierungsgetriebeSynchronization gear
- 4343
- Zahnradgear
- 4444
- Gehäusecasing
- 4646
- Statorstator
- 4848
- MagnetträgerMagnetic carrier
- 5050
- VergusskörperPotting body
- 5252
- Platinecircuit board
- 5454
- SpritzscheibeWasher
- 5656
- Lagercamp
- 5858
- DeflektorDeflector
- 6060
- KolbenringträgerPiston ring carrier
- 6262
- erster Abschnittfirst section
- 6363
- SchraubenachseScrew axis
- 6464
- zweiter Abschnittsecond part
- 6666
- dritter Abschnittthird section
- 6767
- AnsaugbereichSuction area
- 6868
- Lagercamp
- 7070
- LagerschildEnd shield
- 7272
- KühlleitungCooling pipe
- 7474
- KühlkörperHeatsink
- 7676
- Flanschflange
- 7878
- DrehrichtungDirection of rotation
- 8080
- ZulaufbereichInlet area
- 8282
- AblaufbereichDrain area
- 8484
- LängslaufbereichLongitudinal range
- 8585
- Magnetmagnet
- 8686
- Ripperib
- 8888
- ÖlströmungOil flow
Claims (13)
- A vacuum pump (10), in particular a screw vacuum pump, comprising at least one rotor (28) which can be set into rotation to convey a process gas;
an oil system for the lubrication and/or temperature control of the rotor (28) and/or of a transmission (42);
one or more disks (54) which are arranged such that the respective disk (54) is immersed in an oil filling of the oil system in the operation of the vacuum pump and rotates with the rotor (28) and/or with a transmission element (43); and a heat exchanger (34) for the oil system which is arranged such that it is at least partly arranged in the oil filling in the operation of the vacuum pump (10),
wherein the disk or disks (54) is/are configured and arranged to bring about, as a result of their rotation, an at least substantially unidirectional flow (88) in the oil filling at least in the region of the heat exchanger (34), characterized in that
the vacuum pump (10) comprises a housing section (14) for the oil filling and the housing section (14) has an opening through which the heat exchanger (34) is introduced or can be introduced into and/or can be removed from the housing section (14). - A vacuum pump (10) in accordance with claim 1,
characterized in that
the heat exchanger (34) extends along a longitudinal axis and the disk (54) is arranged in parallel with the longitudinal axis so that the flow in the oil filling runs substantially along the heat exchanger (34). - A vacuum pump (10) in accordance with at least one of the preceding claims,
characterized in that
the heat exchanger (34) at least partly surrounds the disk (54). - A vacuum pump (10) in accordance with at least one of the preceding claims,
characterized in that
the vacuum pump (10) comprises two rotors (28, 30) which are arranged in parallel, which are coupled by a transmission and of which, in the region of the heat exchanger (34), only one carries at least one disk (54) for the rotation in the oil filling. - A vacuum pump (10) in accordance with at least one of the preceding claims,
characterized in that
the heat exchanger (34) is part of a temperature control system which comprises a heating device and/or a cooling device for the heat exchanger (34). - A vacuum pump (10) in accordance with at least one of the preceding claims,
characterized in that
the heat exchanger (34) has a heat transfer body (74) comprising an aluminum material and/or has at least one line (72) comprising a stainless steel for a heat exchange fluid. - A vacuum pump (10) in accordance with at least one of the preceding claims,
characterized in that
an opening for the heat exchanger (34) is at least substantially arranged at a lowest point of an inner space of a housing section (14). - A vacuum pump (10) in accordance with at least one of the preceding claims,
characterized in that
at least one magnet (85) is arranged at the heat exchanger (34). - A vacuum pump (10) in accordance with claim 8,
characterized in that
the disk (54) defines an inflow region (80), a longitudinal flow region (84) and/or an outflow region (82) at the heat exchanger (34) for the oil flow (88), with the magnet (85) being arranged in one of these regions. - A vacuum pump (10) in accordance with at least one of the preceding claims,
characterized in that
the heat exchanger (34) has a plurality of recesses and/or projections (86) which are at least substantially oriented along a flow progression (88) caused by the disk (54). - A vacuum pump (10) in accordance with claim 10,
characterized in that
the or some of the recesses and/or projections (86) are arranged obliquely with respect to a longitudinal axis of the heat exchanger (34). - A vacuum pump (10) in accordance with at least one of the preceding claims,
characterized in that
the geometry of the heat exchanger (34) and/or of a heat transfer body (74) of the heat exchanger (34) substantially defines an annular path concentric to the disk (54) for the oil flow. - A method of operating a vacuum pump (10), in particular a screw vacuum pump, comprising
at least one rotor (28) which is set into rotation to convey a process gas; an oil system for the lubrication and/or temperature control of the rotor (28) and/or of a transmission (42);
one or more disks (54) which are arranged such that the respective disk (54) is immersed in an oil filling of the oil system and rotates with the rotor (28) and/or with a transmission element (43);
a heat exchanger (34) for the oil system which is arranged such that it is at least partly arranged in the oil filling; and
a housing section (14) for the oil filling that has an opening through which the heat exchanger (34) is introduced or can be introduced into and/or can be removed from the housing section (14),
wherein, as a result of their rotation, the disk or disks (54) bring about an at least substantially unidirectional flow (88) in the oil filling at least in the region of the heat exchanger (34).
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EP18194308.5A EP3623630B1 (en) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Vacuum pump |
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EP3623630A1 EP3623630A1 (en) | 2020-03-18 |
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