JP2019113064A - Screw-type vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハウジング、ハウジング内に設けられ、互いに係合状態にあるスクリュー式ローターを有するスクリュー式真空ポンプに関する。スクリュー式ローターは、プロセスガスの搬送のためハウジングと相互作用し、繰り返し閉じられたプロセスガスの搬送量を形成し、そしてアウトレットの方向へと搬送する。 The present invention relates to a screw-type vacuum pump having a housing, a screw-type rotor provided in the housing and in engagement with each other. The screw-type rotor interacts with the housing for the transport of the process gas, forms the transport volume of the process gas closed repeatedly and transports in the direction of the outlet.
スクリュー式真空ポンプの真空技術的性能は、ポンプ効果を発揮する領域、特に互いに係合しているスクリュー式ローターの間、および各スクリュー式ローターと取り囲むハウジング壁部の間の間隙のサイズと数量にかなり依存する。これら間隙は、作動中、又は静止状態に比較して、関係するコンポーネントの熱依存する変形、特に膨張によって変形する。スクリュー式ポンプ内での熱の発生と、高い温度の制限、又は回避を制御することによって、間隙への温度の影響と、これに伴いスクリュー式ポンプの真空技術的性能への影響が改善されることが可能である。 The vacuum technical performance of the screw-type vacuum pump depends on the size and number of the gaps in the area which exerts the pump effect, in particular between the screw rotors engaged with each other, and between each screw rotor and the surrounding housing wall. It depends heavily. These gaps are deformed by heat-dependent deformation, in particular expansion, of the components involved in comparison to the operating or static state. By controlling the generation of heat in the screw pump and the high temperature limitation or avoidance, the influence of the temperature on the gap and thus the influence on the vacuum technical performance of the screw pump is improved It is possible.
そのうえ、熱は、ほとんどの箇所で臨まれていない限り、基本的には損失に相当するので、熱の発生を減少することは、スクリュー式真空ポンプの効率改善することができる。ポンプの消費電力と、発生する熱の間には密な関係があり、その際、高い電力密度は効率的な熱の排出を必要とする。 Moreover, reducing heat generation can improve the efficiency of a screw-type vacuum pump, since heat basically corresponds to a loss, unless exposed at most places. There is a close relationship between the power consumption of the pump and the heat that is generated, where high power density requires efficient heat dissipation.
本発明の課題は、冒頭に記載した形式のスクリュー式真空ポンプの温度情勢を改善することである。 The object of the present invention is to improve the temperature profile of a screw-type vacuum pump of the type described at the outset.
この課題は請求項1に記載の特徴によって解決される。 This task is solved by the features of claim 1.
更に、ハウジング、ハウジング内に設けられ、互いに係合状態にあるスクリュー式ローターを有するスクリュー式真空ポンプが開示される。スクリュー式ローターは、プロセスガスの搬送のためハウジングと相互作用し、繰り返し閉じられたプロセスガスの搬送量を形成し、そしてアウトレットの方向へと搬送する、その際、スクリュー式真空ポンプは、以下に記載する特徴の少なくとも一つを有している。 Further, a screw vacuum pump is disclosed having a housing, a screw rotor provided in the housing and in engagement with each other. The screw rotor interacts with the housing for the transfer of the process gas, forms the closed process gas transfer volume repeatedly and transfers in the direction of the outlet, where the screw vacuum pump It has at least one of the features described.
モーターが設けられることが可能である。このモーターは、スクリュー式ローターの駆動部として形成されている。モーターは、駆動部として形成されているので、モーターと、関連するスクリュー式ローターの間に連結部が設けられる必要がない。連結部は作動中基本的に熱を発生するので、よって熱源は完全に回避される。更に、連結部における相応する機械的な損失が回避され、これによってポンプのエネルギー効率が改善される。 A motor can be provided. The motor is formed as a drive of a screw rotor. Since the motor is formed as a drive, there is no need to provide a connection between the motor and the associated screw rotor. Since the connection basically generates heat during operation, the heat source is thus completely avoided. Furthermore, corresponding mechanical losses at the connection are avoided, which improves the energy efficiency of the pump.
アクティブな流体冷却部が設けられることが可能である。「アクティブな冷却」の概念は、外部により操作される冷却、つまり特にポンプによる流体冷却に関する。その際、例えば、独立したポンプが設けられることが可能であり、又はいずれにせよ水道管にかかる水圧が利用されることが可能である。例えば、アクティブな冷却は、水冷であることが可能である。アクティブな冷却は、迅速な熱の除去に使用され、そしてその際、スクリュー式ポンプ内の温度を制限するのを助ける。 Active fluid cooling may be provided. The term "active cooling" relates to externally operated cooling, i.e. fluid cooling, in particular by a pump. In that case, for example, a separate pump can be provided or, in any case, the water pressure on the water pipe can be used. For example, the active cooling can be water cooling. Active cooling is used for rapid heat removal and in doing so helps to limit the temperature in the screw pump.
アクティブな流体冷却は、スクリュー式ローターのためにも、モーターのためにも設けられていることが可能である。よって、温度は、モーターの領域においても、スクリュー式ローターの領域においても制限され、つまりポンプ内の特に高い熱発生が見込まれる箇所において制限される。「のために」との概念は、アクティブな冷却部が、当該要素の領域において、つまり例えばスクリュー式ローター、又はモーターの領域においても、当該要素内に直接設けられることも含む。よって例えば、本発明の枠内で、アクティブな冷却部は、スクリュー式ローターのハウジング内、又はハウジングに、特にスクリュー式ローターが配置されている軸方向の領域に設けられていることが可能である。モーターのためにも、スクリュー式ローターのためにも、基本的に唯一のアクティブな流体冷却部が設けられていることが可能であり、又は、複数のアクティブな流体冷却部が設けられていることも可能である。 Active fluid cooling can be provided both for the screw rotor and for the motor. Thus, the temperature is limited both in the area of the motor and in the area of the screw rotor, ie in the pump where particularly high heat generation is expected. The term "for" also includes that the active cooling part is provided directly in the element in the area of the element, ie also in the area of the screw rotor or motor, for example. Thus, for example, in the context of the present invention, the active cooling can be provided in the housing of the screw rotor, or in the housing, in particular in the axial region in which the screw rotor is arranged. . Essentially only one active fluid cooler can be provided, both for the motor and for the screw rotor, or a plurality of active fluid coolers can be provided. Is also possible.
特に、直接駆動されるスクリュー式ローターは、モーターの回転子を形成する。よって、追加的な支承部は、スクリュー式ローターに対して不要であり、このことは機械的な損失と、相応する熱の発生を更に減少させる。 In particular, the directly driven screw rotor forms the rotor of the motor. Thus, no additional bearing is required for the screw rotor, which further reduces mechanical losses and the corresponding generation of heat.
モーターは、例えば、永久磁石同期機械として、解くんい内側に位置する磁石を有し、又はIPMSMとして形成されていることが可能である。よって、効率は更に向上させられることが可能である。特に、IPMSMによって特別高い効率が達成されることが可能だからである。 The motor can, for example, be a permanent magnet synchronous machine, have a magnet located inside the unwinder, or be configured as an IPMSM. Thus, the efficiency can be further improved. In particular, extra efficiency can be achieved with IPMSM.
一つの実施形に従い、特に外部の周波数変換器がモーターのために設けられている。特に、可動部分がないせいで、これは同様に機械的な損失の減少に貢献する。よって、例えば、モーターと関連するスクリュー式ローターの間に変換ギアが設けられる必要が無い。連結部は作動中、基本的に熱を発生するので、よって熱源は完全に回避される。更に、そのようにして連結部における相応する機械的な損失が回避され、これによってポンプのエネルギー効率が更に改善される。変換ギアが、モーターと相応するスクリュー式ローターの間に必要でないことを除外しても、しかし例えば同期ギアは、スクリュー式ローターの間に設けられることが可能である。 According to one embodiment, in particular an external frequency converter is provided for the motor. In particular, due to the lack of moving parts, this likewise contributes to the reduction of mechanical losses. Thus, for example, there is no need to provide a conversion gear between the motor and the associated screw rotor. Since the connection basically generates heat during operation, the heat source is thus completely avoided. Furthermore, in this way corresponding mechanical losses at the connection are avoided, which further improves the energy efficiency of the pump. However, it is possible, for example, to provide a synchronous gear between the screw rotors, except that a conversion gear is not necessary between the motor and the corresponding screw rotor.
さらなる実施形においては、スクリュー式ローターが、それぞれ、スクリュー軸に沿って隣接する少なくとも二つの部分を有し、その際、スクリュー式ローターは、それぞれ、インレットの近くに置かれた第一の部分内に、少なくとも基本的に一定であるか、又は増加する傾斜を有し、そして第二の部分内に、第一の部分におけるよりも低い傾斜を有する。そしてその際、スクリュー軸に関して第一の部分は、第一の部分内の閉じられた搬送量よりも長く、特に、スクリュープロフィルの一回転、又は360度よりも長い。これによって、圧縮された領域とポンプのインレットの間の間隙長は拡大され、これによって相応するシール性が改善される。よってポンプは、より効率的に形成されることが可能である。更に、これによって、インレット領域のスクリュー式ローターのためのカバー面の必要な作業品質が下げられることが可能である。これは、ポンプの製造コストを下げる。 In a further embodiment, the screw rotors each have at least two parts adjoining along the screw axis, wherein the screw rotors are each in a first part placed near the inlet. There is at least essentially a constant or increasing slope in the second portion, and a lower slope in the second portion than in the first portion. Then, with respect to the screw axis, the first part is longer than the closed conveying distance in the first part, in particular more than one revolution of the screw profile or 360 degrees. This increases the gap length between the compressed area and the inlet of the pump, which improves the corresponding sealing. Thus, the pump can be formed more efficiently. Furthermore, this can reduce the required working quality of the cover surface for the screw rotor in the inlet area. This lowers the manufacturing cost of the pump.
更なる発展形においては、ポンプの内側の圧縮の領域において、過剰圧弁が設けられている。これは、ポンプのアウトレットと接続されており、又はアウトレットを形成している。これによって、いずれにせよ必要ない圧力が、アウトレットにおける圧力、つまり通常大気圧を越えるとき、この領域から解放されることが可能である。内側の圧縮は、よって大気圧に制限される。このことは、更なる圧縮に必要な駆動出力を不必要とし、そして相応して更なる圧縮熱が回避される。これは温度の低下に通じる。 In a further development, an overpressure valve is provided in the region of the compression inside the pump. This is connected to or forms an outlet of the pump. This allows any pressure not needed to be released from this area when the pressure at the outlet, ie normal atmospheric pressure, is exceeded. The inner compression is thus limited to atmospheric pressure. This eliminates the drive power required for further compression and correspondingly avoids further heat of compression. This leads to a drop in temperature.
例えば、ポンプが、制御装置を有し、この制御装置は、ポンプを、少なくとも通常作動モードにおいて、約120Hz以下、特に約80Hz以上で作動させるよう形成されている、又は設けられていることが可能である。これによって、相応して低い電力消費、又は相応して低い機械的損失が達成される。これは特に、吐出ポンプ段の領域に言える。ここで、又はアウトレット領域において、ローター温度、およびハウジング温度、並びにアウトレットガス温度が低く保たれる。 For example, the pump may have a controller, which may be configured or provided to operate the pump at least about 120 Hz, in particular at least about 80 Hz, at least in the normal operating mode. It is. By this, correspondingly low power consumption or correspondingly low mechanical losses are achieved. This is especially true in the area of the discharge pump stage. Here, or in the outlet region, the rotor temperature and the housing temperature and the outlet gas temperature are kept low.
別の実施形に従い、制御装置が、ポンプを、時間的に少なくも強化作動モードで作動させるよう形成され、及び/又は設けられており、この強化作動モードにおいては、ローター回転数が通常作動モードにおけるよりも高い。これによって性能は、必要であれば更に高められることが可能である一方で、しかし通常作動モードでは、引き続き、低い電力消費、又は低い熱発生が維持されることが可能である。つまり全体として効率的なポンプが提供されるが、これは柔軟に使用可能である。この実施形は、例えば特に、頻繁に繰り返される真空引きのための適用に有利である。ここでそれぞれ、真空引きの開始のため必要に応じて出力が追加され、その際、消費電力、および熱発生が平均として比較的低いままだらかである。特に、流体冷却を行うモーターを短時間、過負荷を与えることが可能となる。よって、小さく設計されたモーターがスクリュー式真空ポンプの駆動のために十分であることができる。 According to another embodiment, the controller is configured and / or provided to operate the pump in at least a temporally at least in the reinforced operating mode, in which the rotor speed is in the normal operating mode Higher than in While this allows the performance to be further enhanced if necessary, but in the normal operating mode, it is possible subsequently to maintain low power consumption or low heat generation. In other words, an efficient pump is provided as a whole, but it can be used flexibly. This embodiment is advantageous, for example, in particular for frequently repeated applications for vacuuming. Here, respectively, an output is added as needed to start the vacuum, where the power consumption and heat generation remain relatively low as average. In particular, it is possible to overload the motor for fluid cooling for a short time. Thus, a small designed motor can be sufficient for driving the screw vacuum pump.
一つの発展形は、少なくとも一方のスクリュー式ローターのため、非接触式のシール、特に少なくとも一つのピストンリングが設けられていることを特徴とする。熱発生は、これによって、特にラジアルシャフトシールを有するポンプと比較して、更に減少させられることが可能である。 One development is characterized in that a non-contacting seal, in particular at least one piston ring, is provided for at least one screw rotor. The heat generation can thereby be further reduced, in particular in comparison to a pump with a radial shaft seal.
潤滑剤排出装置、例えばデフレクターが、特にシールに隣接して設けられていることが可能である。これは、スクリュー式ローターのためのシールをサポートすることが可能である。サポートは、特に潤滑剤の大部分、例えばオイルが、既に全くシールに到達せず、先に排出されることによって行われる。これは特に、そのシール作用において非接触のシールを改善することが可能である。 A lubricant discharger, for example a deflector, can be provided, in particular adjacent to the seal. It is possible to support a seal for a screw rotor. The support is provided by the fact that, in particular, the majority of the lubricant, for example oil, has already reached no seal at all and is drained first. This can in particular improve the non-contacting seal in its sealing action.
スクリュー式ローターは、例えば、同期ギアを介して連結されていることが可能である。その際、同期ギアは、まっすぐな歯を有する。これは、係合状態で特に傾斜歯と比較して、小さな接触面を有する。相応して、相応して設計されたギアの係合領域における熱発生は少ない。 The screw rotors can, for example, be connected via synchronous gears. The synchronization gear then has straight teeth. It has a small contact surface in the engaged state, in particular in comparison with the beveled teeth. Correspondingly, less heat is generated in the engagement area of the correspondingly designed gear.
その上、熱技術的に、少ない潤滑剤、例えばオイルが、同期ギアのために使用されると有利である。その際、当然十分な潤滑剤は存在している必要がある。潤滑を確実に行うためである。少ない潤滑剤は、潤滑剤にこえる少ない機械的な損失へと通じる。 Furthermore, it is advantageous, thermally technically, that a low lubricant, for example an oil, be used for the synchronous gear. Of course, sufficient lubricants need to be present. This is to ensure lubrication. Less lubricant leads to less mechanical loss than lubricant.
その上、ポンプは、少なくとも一つの熱源、例えば内部の圧縮、つまりモーター、又はギアが、少なくとも一つのヒートシンク、例えば流体冷却部のようなものの近くに配置されていることが意図されていることが可能である。これによって特別効率的な熱排出が保証される。 Moreover, the pump is intended that at least one heat source, eg an internal compression, ie a motor, or a gear is arranged near at least one heat sink, eg a fluid cooling part It is possible. This guarantees particularly efficient heat dissipation.
別の実施形に従い、少なくとも一つの熱源が、少なくとも一つの熱に敏感な領域、例えば、熱に敏感な部材、及び/又はオイル潤滑される領域から離れて配置されている、又は、熱源と熱に敏感な領域の間に、シールドが形成されているよう、ポンプが形成されている。 According to another embodiment, the at least one heat source is located away from the at least one heat-sensitive area, for example the heat-sensitive component and / or the area to be oil lubricated, or the heat source and the heat The pump is formed such that a shield is formed between the sensitive areas.
シールドは、例えばハウジングのサイドカットによって形成されていることが可能である。サイドカットは、可能な熱流を制限し、よって効率的な隔離を行う。同時に、サイドカットは簡単に作られることが可能であり、そして特に追加的な隔離を必要としない。 The shield can, for example, be formed by a side cut of the housing. Sidecuts limit possible heat flow and thus provide efficient isolation. At the same time, sidecuts can be made easily and in particular do not require additional isolation.
特に、サイドカットの領域において、アクティブな冷却部を設けることは有利である。そのようにして、この領域における熱の滞留が効率的に排出されることが可能である。サイドカットは、その際、いわばアクティブな冷却部のための熱収集箇所のように作用するので、熱は、基本的にサイドカットを通過せず、またはほとんど通過せず、しかしアクティブな冷却部の大部分へと供給される。 In particular, it is advantageous to provide an active cooling in the area of the side cut. As such, heat retention in this area can be efficiently dissipated. The sidecut then acts like a so-called heat collection point for the active cooling, so that heat basically does not pass through or hardly passes through the sidecut, but of the active cooling Mostly supplied.
シールドは、特にアウトレットと、スクリュー式ローターのための支承部部分の間に設けられていることが可能である。よって特に、支承部部分内に存在する潤滑剤は、アウトレット領域からの多くの熱の侵入から保護されることが可能である。潤滑材は、しばしば熱に敏感であり、又はより高い温度のためには調達が高価だからである。 A shield can be provided, in particular, between the outlet and the bearing part for the screw rotor. Thus, in particular, the lubricant present in the bearing part can be protected against the ingress of much heat from the outlet area. Lubricants are often heat sensitive or, because of the higher temperatures, sourcing is expensive.
シールドは、隔離部として、例えば隔離層として、特に熱を伝えにくい材料によって、例えば発泡性の材料、又は空気のようなガスによって形成されていることが可能である。例えば、支承部分は、特に支承シールドは、サンドイッチ部材として、特に隔離層によって(又は隔離層を有して)形成されていることが可能である。これによって、ポンプ効果を発揮する領域から支承部領域への熱伝達が更に減少させられることが可能である。 The shield can be formed as an isolating part, for example as an isolating layer, in particular by a material which is less likely to conduct heat, for example by a foamable material or a gas such as air. For example, the bearing part, in particular the bearing shield, can be formed as a sandwich element, in particular by (or with) a separating layer. As a result, the heat transfer from the area exerting the pump effect to the bearing area can be further reduced.
別の実施形においては、流体冷却部は、これが熱源の領域において乱流を形成するよう形成されている。これによって、特に良好な熱伝達が保証される。基本的に、少ない容量、つまり特に、冷却サーキットの小さな配管断面、及び/又は、少ない全流体量は、及び/又は冷却流体の高い流れ速度を意図することは有利であり得る。これは、特に乱流状態の形成によって、特に良好な熱伝達を可能とする。乱流は、例えば、冷却配管を局所的に狭めることによって、又はその内部面積を突然変更することによって作られることも可能である。 In another embodiment, the fluid cooling portion is formed such that it forms turbulence in the area of the heat source. This guarantees particularly good heat transfer. In principle, it may be advantageous to envisage a low volume, in particular a small cross section of the cooling circuit and / or a low total fluid volume, and / or a high flow rate of the cooling fluid. This enables particularly good heat transfer, in particular by the formation of turbulent states. Turbulence can also be created, for example, by locally narrowing the cooling piping or by suddenly changing its internal area.
一般的に、効率的な冷却を、特に局所的迅速な熱連行によって、特に直接、又は可能な限り熱源の近くで保証することが意図され得る。この為、例えばアクティブな冷却部の冷却配管は、アルミ、又は熱伝導性の高い他の材料を含むことが可能であり、アルミニウム鋳造体内に形成されていることが可能であり、及び/又は、とくにハウジング溝内に埋め込まれた冷却配管として形成されていることが可能である。冷却配管は、特に、熱源の近くに配置されており、及び/又は、その輪郭を可能な限り近い間隔でたどる。一般的に、冷却サーキットは、様々な熱源の冷却の為に分割され、及び/又は適切に接続されることが可能である。その際、例えば、冷却サーキットの一部が、完全に、特に熱い、又は熱に敏感な領域の為に、特に特に熱い、又は熱に敏感な部材の為に設けられていることが可能であり、他方で、冷却サーキットの他の部分は、より敏感でない、又はより少ない熱を発する他の領域、又は部材に直列に接続されることが可能である。 In general, it may be intended to guarantee efficient cooling, in particular by means of local rapid thermal entrainment, in particular directly or as close as possible to the heat source. Thus, for example, the cooling piping of the active cooling part can comprise aluminum or another material with high thermal conductivity, can be formed in an aluminum casting and / or In particular, it can be designed as a cooling pipe embedded in the housing groove. The cooling pipes are in particular arranged close to the heat source and / or follow their contours as close as possible. In general, the cooling circuits can be split and / or properly connected for cooling of various heat sources. Here, for example, a part of the cooling circuit can be provided completely for the particularly hot or heat-sensitive area, in particular for the particularly hot or heat-sensitive component. On the other hand, other parts of the cooling circuit can be connected in series to other less sensitive or less heat emitting areas or components.
その上、冷却配管の改善の為に、熱源をポンプ内で、互いにグループ化し、隣接し、及び/又はたがいに近くに配置することは有利である。これによって、既に局所的な冷却が達成されることが可能である。複数の熱源を共通して冷却するためである。集中して発生する熱が、特に良好に排出されることが可能である。 Moreover, it is advantageous to arrange the heat sources in the pump together, adjacent and / or close to each other, in order to improve the cooling piping. By this it is possible that local cooling is already achieved. It is for cooling a plurality of heat sources in common. The heat generated in a concentrated manner can be dissipated particularly well.
特に、不可避な熱源をアウトレットの近くに配置することは有利であり得る。アウトレットはその際、特にそれ自体熱源である。熱は、ここで局所的に特別効率的に排出可能である。 In particular, it may be advantageous to locate the unavoidable heat source near the outlet. The outlet is then in particular itself a heat source. The heat can be dissipated locally here particularly efficiently.
例えば浸漬クーラーが設けられていることが可能である。これは、特にアルミニウムを含む。浸漬クーラーは、例えば真空ポンプの、特に同期ギアの潤滑剤の槽、特にオイル槽の中に配置されていることが可能である。これによって、敏感な潤滑剤の温度が、特に良好に管理されることが可能であり、又は、この温度に敏感な領域において局所的な冷却の為に使用されることが可能である一方で、他の領域は、場合によってはより弱く冷却される必要がある。 For example, an immersion cooler can be provided. It contains especially aluminum. The immersion cooler can be arranged, for example, in a vacuum pump, in particular a synchronous gear lubricant bath, in particular an oil bath. The temperature of the sensitive lubricant can thereby be managed particularly well, or can be used for localized cooling in this temperature-sensitive area, Other areas may need to be cooled less often.
スクリュー式真空ポンプのスクリュー式ローターは、特にサイクロイドプロフィルによって形成されている、又はそのようなものを有することが可能であり、及び/又は、二段式に形成されていることが可能である。スクリュー式ローターのスクリュー傾斜は、例えば、部分的に一定に形成されていることが可能である、つまり、傾斜は、スクリュー軸に沿って、部分部分の間の移行部領域においてのみ変化する。その際、移行部領域は、特に一つの部分よりも小さく、特にすべての移行部領域がすべての部分よりも小さい。 The screw rotor of the screw vacuum pump can in particular be formed by or have a cycloidal profile and / or be formed in two stages. The screw inclination of the screw rotor can, for example, be formed partially constant, that is to say the inclination changes only at the transition region between the partial parts along the screw axis. The transition area is then in particular smaller than one part, in particular all the transition areas are smaller than all parts.
ポンプのアウトレットは、例えば下に向けられていることが可能である。ポンプのインレットは、例えば上に向けられていることが可能である。 The outlet of the pump can, for example, be directed downwards. The inlet of the pump can, for example, be directed upwards.
スクリュー式真空ポンプは、例えば、5対1より小さい、特に4対1より小さい、特に3.5対1より小さい、及び/又は2対1より大きい、特に3対1より大きい圧縮比で内部圧縮されることが可能である。各スクリュープロフィルは、例えば7より多い、特に10より多い、特に12より多い、特に13より多い、閉じた搬送ボリュームを形成する、又は搬送する。各スクリュー式ローターのスクリュー式プロフィルの長さのその直径に対する比率は、特に少なくとも2.0、特に少なくとも2.5、特に少なくとも3.0、及び/又は最高5.0、特に最高4.0である。 The screw-type vacuum pump has, for example, an internal compression with a compression ratio less than 5: 1, in particular less than 4: 1, in particular less than 3.5: 1, and / or greater than 2: 1, in particular greater than 3: 1. It is possible to Each screw profile forms or conveys, for example, a closed conveying volume of more than 7, in particular more than 10, in particular more than 12 and in particular more than 13. The ratio of the length of the screw profile of each screw rotor to its diameter is in particular at least 2.0, in particular at least 2.5, in particular at least 3.0, and / or at most 5.0, in particular at most 4.0 is there.
スクリュー式真空ポンプ、特に上述した形式に従うスクリュー式真空ポンプを有する真空システムの作動のための例示的な方法においては、真空室は、特にしばしば、特に一日に複数回、特に一時間に複数回繰り返し真空引きされ、その際特に、スクリュー式ポンプに前接続されるローラーピストンポンプが設けられており、その際特に、ローラーピストンポンプは、スクリュー式真空ポンプの吸引性能の最高で三倍、特に最高で二倍、又は約二倍高い吸引性能を有する。 In an exemplary method for the operation of a vacuum system having a screw vacuum pump, in particular a screw vacuum pump according to the type described above, the vacuum chamber is in particular often frequently, in particular several times a day, in particular several times an hour A roller piston pump is provided which is repeatedly evacuated and in particular is preconnected to the screw pump, wherein in particular the roller piston pump is at most three times the suction performance of the screw vacuum pump, in particular the highest. The suction performance is doubled or approximately doubled.
ロードロックアプリケーションとも称される繰り返しの真空引きは、しばしば、又は全体として比較的長く、環境近くの高い圧力で作動させられるので、上述し有利な吸引性能比、及び/又は低い圧縮比は、低い圧縮出力のみがもたらされる必要があり、そして少ない圧縮熱のみが発生するということに通じる。圧縮熱はこれによって簡単に排出されることが可能である。よって、特に効率的な真空システムの作動が可能となる。 Because repeated vacuuming, also referred to as load lock applications, is often or generally relatively long and operated at high pressures near the environment, the above-mentioned advantageous suction performance ratios and / or low compression ratios are low It leads to the fact that only compressed output needs to be provided and only low heat of compression is generated. The heat of compression can be discharged easily by this. Thus, a particularly efficient operation of the vacuum system is possible.
スクリュー式真空ポンプ、特に上述した形式に従うスクリュー式真空ポンプを有する真空システムの作動のための例示的な方法においては、真空室は、最終圧力で基本的に長期にわたって作動させられ、その際特に、スクリュー式ポンプに前接続されるローラーピストンポンプが設けられており、その際特に、ローラーピストンポンプは、スクリュー式真空ポンプの吸引性能の少なくとも五倍、特に少なくとも七倍高い吸引性能を有する。 In an exemplary method for the operation of a screw vacuum pump, in particular a vacuum system having a screw vacuum pump according to the type described above, the vacuum chamber is operated basically at a final pressure for a prolonged period, in particular A roller piston pump is provided which is preconnected to the screw pump, wherein in particular the roller piston pump has a suction performance which is at least five times, in particular at least seven times higher, than the suction performance of the screw vacuum pump.
最終圧力における優先的な作動の際には、上述した有利な吸引性能比率は、及び/又は、高い圧縮比は、上述したデメリットには通じない。むしろ、これによって小さく設定されたスクリュー式真空ポンプが使用されることが可能であり、このことはコスト技術的に有利である。 During preferential operation at final pressure, the above-mentioned advantageous suction performance ratios and / or high compression ratios do not lead to the above-mentioned disadvantages. Rather, it is possible to use a screw vacuum pump which is set small, which is cost-effective.
繰り返しの真空引きも、最終圧力における比較的長い作動も必要な場合、又は可能とされるべき場合、吸引性能比、及び/又は圧縮比を、適当な折衷策が図られるよう設定することは有利であり得る。 It is advantageous to set the suction performance ratio and / or the compression ratio in such a way that a suitable compromise can be achieved if repeated evacuations and / or relatively long operation at the final pressure is also necessary or to be possible. It can be.
ここで記載したポンプ、ポンプシステム、および方法は、ここで記載したポンプ、ポンプシステム、および方法のための特徴、又は措置の意味において発展させられることが可能である。 The pumps, pump systems and methods described herein can be developed in the sense of features or measures for the pumps, pump systems and methods described herein.
本発明を以下に単に例示的にのみ、簡略化した図面に基づいて説明する。 The invention will be described below by way of example only and based on a simplified drawing.
図1から3には、スクリュー式真空ポンプが示されているこれは、モーター12、ギアボックス14、ハウジング16、支承部シールド18、およびカバー20を有している。スクリュー式真空ポンプ10は、プロセスガスをインレット22から、下に向けられた、図3に見て取ることが可能なアウトレット24に搬送する。
The screw-type vacuum pump is shown in FIGS. 1 to 3 and comprises a
モーター12のために、アクティブな流体冷却部を設けられている。これは、モーター12のハウジングから出ている。ハウジング28の内部に設けられ、そして図4に見て取ることが可能であるスクリュー式ローター28および30のために、同様に、アクティブな流体冷却部が設けられている。これは、二つの冷却配管を有する。これらは図1には表わされていない。しかしその延在は、ハウジング16の対応する溝32によってあらわされている。これら溝の中に冷却配管がはめ込まれているのである。さらにアクティブな流体冷却部は、ギアボックス14内と、カバー20内に設けられており、そしてここでは、それぞれ浸漬クーラー34として形成されている。これらは、以下に図5に基づいて詳細に説明される。
An active fluid cooler is provided for the
図1から4に見て取れるように、スクリュー式真空ポンプ10のハウジング16は、サイドカット36を有する。サイドカット36は、アウトレット24の領域に設けられている。
As can be seen in FIGS. 1 to 4, the
図4には、スクリュー式真空ポンプ10が断面図で示されている。その断面は、図3の線A−Aに対応している。二つのスクリュー式ローター28および30が見て取れる。これらはそれぞれ、二段の、入れ子式に係合するスクリュー状プロフィル38および40を有している。これらは、サイクロイドプロフィルを使って造られており、そしてスクリュー状基部のシリンダー状の基本形状とシリンダー状のスリーブ輪郭を有している。スクリュー状プロフィル38および40は、ハウジング16と相互作用し、スクリュー式真空ポンプ10のポンプ効果を奏する領域を形成する。そしてこれは、閉搬送量をインレット22からアウトレット24へと、つまり左から右画へと繰り返し搬送する。
The screw
スクリュー式真空ポンプ10のポンプ性能は、ポンプ効果を奏する領域における様々な間隙のサイズと態様に依存する。これは、ローター28,30とハウジング16の相対動作に基づいて不可避ではあるが、しかし良好なポンプ性能のために、小さく、そして可能な限り一定に保たれるべきである。関与する部材中における温度変化は、その変形へと通じる。ここで説明した、ポンプ10内の熱を回避し、連行し、そして一般的に抑制する措置は、よって、可能な限り少ない変形と、ひいては可能な限り支配可能な間隙を実現する。間隙は、つまり正確に検討されることが可能であり、このことは、ポンプ性能、又はその効率を改善する。
The pump performance of the screw-
スクリューモーター28は、直接、つまり中間接続された連結部を介さず、モーター12によって駆動される。スクリューモーター30は、これと反対に同期ギア42を介して歯車43によってスクリューローター28に対して所定の角度で駆動される。
The
モーター12は、ハウジング44を有する。ハウジングは、例えばアルミニウムから作られており、そしてその中に、アクティブな流体冷却部のための冷却配管26が形成されている。モーター12は、更に、巻線ステーター46を有している。このステーターは、スクリューローター28のシャフト端部に設けられたマグネットキャリア48と共に、磁気的モーター、およびスクリューローター28のための直接駆動部を形成する。スクリューローター28は、モーター12の回転しを形成する。マグネットキャリア48は、複数の永久磁石を有している。モーター12は、つまりIPMSMとも称される、統合された複数の磁石を有する永久磁石同期機械を形成する。
The
ステーター46は、鋳造体50内に配置されており、鋳造体は、ステーター46における詳説されない伝導体を絶縁し、そしてこれを絶縁しつつ基板52へ案内する。鋳造体50は、ここでは基板52と接続され、モーター12の真空密な接続部を形成する。この接続部は、大気圧の領域に設けられる制御エレクトロニクスへのものである。例えば、モーター12のための外部の周波数変換器が設けられることも可能である。代替として、又は追加的に、基板52上にモーター12のための制御エレクトロニクスの少なくとも一部が設けられていることが可能である。
The
ギアボックス14内には、同期ギア42が設けられている。ギアボックス14内には、更に、オイルが潤滑剤として配置されている。これは、スプラッシュディスク54によって同期ギア42にわたって、および隣接する支承部56にわたって分配される。
A
サイドカット36は、シールド、又は熱バリアを形成する。これは詳しく言うと、特に、スクリューローター28,30の領域においてポンプ作動の間に発生する熱のためのものである。より少ない材料断面が残ることによって、及び変形によって熱パスが変更されることによって、スクリューモーターからの熱(そうでなければハウジング16内で広がる熱)が、その他の領域に至ることが防止される。よってと組んいオイルはギアボックス14内において、そして支承部56は、あまりに高い温度から保護される。ギアボックス14ないに配置された浸漬クーラー14は、同様に温度減少に貢献する。これは、ギアボックス14内の図示されないオイル槽中に配置され、よってオイルを直接冷却する。
The side cuts 36 form a shield or a thermal barrier. This is in particular due to the heat generated during the pump operation, in particular in the region of the
各スクリューローター28及び30のために、支承部56(ここでは固定支承部を形成する)に隣接して、デフレクター58として形成された潤滑剤連行装置が設けられている。各デフレクター58は、ギアボックス内でオイルのためのバリアを形成する。よって、ポンプ効果を奏する領域、又は真空領域、特にアウトレット領域に至らない。デフレクター58は、詳細には見て取ることができないオイルのための遠心分離エッジを有している。遠心分離エッジに対して、ハウジング16内には、フローオフ溝が形成されている。このフローオフ溝は、遠心分離されるオイルを収容し、そしてこれをギアボックス14内へと、又はそこのオイル槽へと導く。スプラッシュディスク54によってギア42へ、および支承部56へ搬送される、又は分配されるオイルは、よって、デフレクター58によって再びローター28または30へと排出される。
For each
動的なフルードシールとしてピストンリングが、ピストンリングキャリア60に設けられている。これは、非接触式のシールを形成し、よって摩擦熱を防止する。デフレクター58は、可能な限り多くのオイルをギアボックス14へと戻すので、既にできる限り少ないオイルがピストンリングにある。よって、全体として許容されるシール性が、特に低い熱発生のもと達成される。
A piston ring is provided on the
スクリューローター28および30は、そのそれぞれのスクリュープロフィル38または40において、異なる傾斜の三つの部分を有する。ポンプ方向において第一の部分62は、図4において左側で、吸引領域を形成しており、そして一定で、かつ三つの部分で最も大きな傾斜を有する。第一の部分62は、スクリュー軸63(これは各ローター28または30に沿って延びている)に関して、第一の部分内の閉じられた搬送量よりも長い。第二の部分64は、複数の下位部分を有する。これらは、詳細には参照されていない。下位部分は、それぞれ一定の、スクリュープロフィル38又は40において異なる傾斜を有している。その際、傾斜は、第一の部分におけるよりも小さい。第二の部分64は、ここでは最も長い部分を形成する。より低い傾斜を有する第三の部分66は、排出部分を形成する。第三の部分は、ここでもまた、一定の傾斜である。ポンプ方向に沿って減少する傾斜によって、内側での圧縮が行われる。これは、ポンプガスを既に排出の前に圧縮する。
The
ローター28,30、又は、スクリュープロフィル38,40は、一定の部分の存在によって特に簡単に検討され、そして製造されることが可能である。図4に見て取れるように、延ばされた第一の部分62は、相応して、スクリュープロフィル28,30とハウジング16の間の拡張された間隙へと通じるので、経路、又は間隙は、内側のシールから当該部分62および64の移行部において、吸い込み空間に対して、又は吸引領域67に対してより長い。相応して、間隙のシール性も高まる。これは特に、高い圧力差において内側のシールの吸引領域67に対する改善されたシール性へと通じる。
The
スクリュー式真空ポンプ10は、内側のシールを有する。ポンプ10のスクリュー式ローラー28、30は、ここでも、ハウジング16と相互作用し閉じられた搬送量を取り囲む。そのサイズは、インレット側の端部において、又は部分62において、アウトレット側の端部において、又は部分62においてよりも大きい。搬送量のサイズは、スクリュープロフィル38,40の断面によって、およびその傾斜によって決定される。
The
インレット側、又は部分62における搬送量のサイズは、スクリュー式ポンプ10の理論的吸引性能を決定する。スクリュープロフィル38,40の傾斜は、インレット側で部分62にわたって一定であり、よって搬送量は、内側のシールを通り分かれた後に初めて圧縮される。各ローター28,30が各搬送量をあまりに早く、またはあまりに遅く取り囲むと、または内側の圧縮があまりに早く開始すると、ポンプの理論的な吸引性能は沈む。
The size of the transport at the inlet side or portion 62 determines the theoretical suction performance of the
アウトレット側、又は部分66における各搬送量のサイズが、達成可能な最終圧力での作動中のポンプの入力を決定する。インレット側における、およびアウトレット側における、又は部分62及び66における搬送量のサイズの比率は、ポンプの内側の圧縮の比率に相応する。
The size of each delivery on the outlet side, or
部分66においては、傾斜はスクリュープロフィル38,40の複数の回転にわたって一定である。傾斜はその際、所定の処理ツールによって達成可能な傾斜の略最小に相当し、よって、特にコストを考慮すると製造技術に起因している。複数の回転が、つまり複数の閉じられた搬送量が、部分66内に意図されていることによって、間隙の間の圧力差の結果の逆流は補償される。全体として、特に ローター28,30の全体の傾斜の延びと、ローター28,30とローター28,30とハウジング16の間に形成される間隙の間のサイズが、ポンプの真空技術的な性能データ、つまり特に吸引性能と、達成可能な最終圧力を決定する。
In
スクリュープロフィル38,40は、その二段の態様によって、特に低いアンバランスを有する。つまり例えば補償要素(追加的な構造空間を要求する、例えば補償質量のようなもの)、及び/又は、補償穴(この穴の中に質量が保存されることが可能である)が必要ない。ポンプは、二段のサイクロイドスクリュープロフィル38,40によって、更なる回転数領域で、特に回転数盛業によって、及び/又はスタンバイ作動モードで運転されることが可能である。
The screw profiles 38, 40 have a particularly low unbalance according to their two-stage aspect. Thus, for example, no compensation elements (requiring additional construction space, such as, for example, compensation masses) and / or compensation holes (where the mass can be stored) are not necessary. The pump can be operated by means of a two-stage
プロセスガスの圧縮は、一般的に熱を発生する。熱は、スクリュー式ポンプ10において、特に流体冷却部によって冷却される。図4には、このために設けられる溝32が見て取れる。流体冷却部のための冷却配管は、ここに延びており、そして好ましくは、スクリュープロフィルの別の領域にわたって長手方向に、特にスクリュープロフィルの長さの半分にわたって延びている。特に、流体冷却部は、内側の圧縮の領域に、又はその近傍に配置されている。
Compression of the process gas generally generates heat. The heat is cooled in the
ハウジング16のインレット側の端部には、支承部シールド18が固定されている。これは、特に支承部68を有する別の支承装置を担持する。これはルーズ支承装置を形成する。対向する、アウトレット側のハウジング端部に設けられる支承部シールド70(ハウジングと統合的に形成されているが、別体式に形成されていることも可能である)と反対に、支承部シールド68は、独立した部材として形成されているが、しかしまた統合的に形成されていることも可能である。
A bearing
インレット側では、同様にスプラッシュディスク54、デフレクター58および複数のピストンリングを有するピストンリングキャリア60が設けられている。これらは、アウトレット側の装置と対応して作動する。インレット側では、別の別体式に形成されたオイル槽がカバー20を有している。このオイル槽のためにも、浸漬クーラー34が設けられている。代替として、または追加的に、例えば冷却配管が支承部シールド14及び/又はカバー20の壁部内に設けられている、特に鋳込まれていることも可能である。
On the inlet side, a
ポンプ10を通した排ポンプ過程の初期には、通常インレット22はアウトレットと基本的に同じ圧力である。排ポンプ過程の間、これと反対に、インレット22における圧力は、最終圧力まで下がる。最終圧力は、生じる力に関して基本的にゼロである。よって、アウトレット24における圧力は、ローター28へ力を及ぼす。これは、排ポンプ過程の初期におけるものと異なるものである。この力を保証するために、例えば、予負荷装置、特にばねが設けられていることが可能である。これは、特に、ローターのルーズ支承部において、及び/又はインレット側に設けられている。予負荷装置は、例えば、傾斜して形成された歯車によってローターに及ぶ力を収容する、及び/又は一般的に、支承部の検討に適した予負荷を、変化する圧力又は圧力比率における運転状態に関わらず補償する。
At the beginning of the exhaust pumping process through the
図5には、浸漬クーラー34が、どのようにギアボックス14内、又はスクリュー式真空ポンプ10のカバー20内に配置されているかが表わされている。この実施形においては、浸漬クーラー34は同一に形成されており、このことは、より少ない部材重複と、より低い製造コストに通じる。
FIG. 5 shows how the
浸漬クーラー34は、冷却配管72を有する。これは、冷却体74を通って延びている。冷却体は、冷却体の表面積を高めるための構造化部を有している。熱伝達性を最適化するためである。浸漬クーラー34は、更に、フランジ76を有する。これによって浸漬クーラー34は固定される。
The
10 スクリュー式真空ポンプ
12 モーター
14 ギアボックス
16 ハウジング
18 支承部シールド
20 カバー
22 インレット
24 アウトレット
26 冷却配管
28 スクリュー式ローター
30 スクリュー式ローター
32 溝
34 浸漬クーラー
36 サイドカット部
38 スクリュープロフィル
40 スクリュープロフィル
42 同期ギア
43 歯車
44 ハウジング
46 ステーター
48 マグネットキャリア
50 鋳造体
52 基板
54 スプラッシュディスク
56 支承部
58 デフレクター
60 ピストンリングキャリア
62 第一の部分
63 スクリュー軸
64 第二の部分
66 第三の部分
68 吸引領域
68 支承部
70 支承部シールド
72 冷却配管
74 冷却体
76 フランジ
DESCRIPTION OF
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A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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C13 | Notice of reasons for refusal |
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A521 | Request for written amendment filed |
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C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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C23 | Notice of termination of proceedings |
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C03 | Trial/appeal decision taken |
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C30A | Notification sent |
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A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
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