JP7339973B2 - screw vacuum pump - Google Patents
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Description
本発明は、ハウジングと、ハウジング内に配置され且つ互いに係合状態にある二条のスクリュー式ローターとを有するスクリュー式真空ポンプに関する。このスクリュー式ローターは、ハウジングと相互作用してプロセスガスを搬送する為に、閉じられたプロセスガスの搬送ボリュームを繰り返し形成し、そしてアウトレットの方向へと搬送する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a screw vacuum pump having a housing and two threaded screw rotors disposed within the housing and engaged with each other. The screw rotor interacts with the housing to repeatedly form a closed process gas delivery volume for carrying the process gas and carries it towards the outlet.
スクリュー式真空ポンプは、一般的に、複雑なポンプ効果を発揮する形状、特にスクリュー式ローターのスクリュープロフィルと、スクリュー式ローターのための対応するハウジングを有している。これら形状の相互作用は、その製造において高い精度を要求する。よって当該形状を製造し、又はコントロールするのは極めて面倒でかつ高価である。 Screw vacuum pumps generally have a complex pumping geometry, in particular a screw profile of a screw rotor and a corresponding housing for the screw rotor. The interaction of these shapes demands high precision in their manufacture. It is therefore extremely cumbersome and expensive to manufacture or control such shapes.
本発明の課題は、必要な製造精度を、ポンプ効果を発揮する形状の少なくとも部分領域に対して低減することである。 The object of the present invention is to reduce the required manufacturing precision for at least partial regions of the pumping shape.
この課題は、請求項1に記載の特徴を有するスクリュー式ポンプによって、特に、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が、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ピッチを有し、そして第二の部分では、第一の部分よりも小さいピッチを有し、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ボリュームよりも長いことによって解決される。 This problem is solved by a screw pump having the features of claim 1, in particular wherein the screw rotor each has at least two adjacent portions along the screw axis, the screw rotor comprising: Each has a pitch that is at least essentially constant in a first portion located near the inlet, and a smaller pitch in the second portion than the first portion, and where , the first part with respect to the screw axis is longer than the closed conveying volume within the first part.
スクリュー式真空ポンプのインレットにおいては、各スクリュープロフィルはハウジングと相互作用し、搬送ボリュームを取り囲む。閉じるべき搬送ボリュームが、これをインレットに対して閉じられる前に第二の部分に達する場合には、これは、プロセスガスが、部分的にインレットの方へと戻って排出されることに通じる。よってこれまでは、インレット領域のハウジングの高い製造精度が必要だった。搬送ボリュームを正確に定義し閉じるためである。インレット領域の正確な製造は、面倒・高コストであり、そして例えば、ハウジングのための鋳造型が複数の鋳造サイクルにわたって摩耗することによって困難となる。 At the inlet of a screw vacuum pump, each screw profile interacts with the housing and surrounds the conveying volume. If the conveying volume to be closed reaches the second part before it is closed to the inlet, this leads to the process gas being partially discharged back towards the inlet. Hitherto, therefore, high manufacturing precision of the housing in the inlet region was required. This is to accurately define and close the transport volume. Accurate manufacturing of the inlet region is cumbersome, costly, and made difficult by, for example, the wear of the mold for the housing over multiple casting cycles.
第一の部分が、発明に従い、閉じられた搬送ボリュームよりも長いので、第二の部分が、搬送ボリュームが閉じられる前に到達されることがないということが保証される。よってインレットの領域におけるハウジングの製造精度は低減され、その際、インレットへのプロセスガスの逆流の危険性は無い。 Since the first part is longer than the closed transport volume according to the invention, it is ensured that the second part cannot be reached before the transport volume is closed. The manufacturing accuracy of the housing in the region of the inlet is thus reduced, without the risk of backflow of process gas into the inlet.
製造精度への要求が低減されることにより、真空ポンプの製造は著しく簡単となる。よって、エラーを有する部材が少ない安定した製造プロセスが可能となる。よって、これは特に、ハウジングが、インレット領域においてしばしば測定困難であり、特に面倒な3D座標測定システムによってのみ測定可能であるので有利である。測定無しだと、相違は場合によってはスクリュー式真空ポンプの最終検査の際に初めて見つかる。このことは、エラー発生の場合は、再度組み立てのため高いコストへと通じる。発明によって、製造精度の影響が低減されるので、目標形状からの相違は、重要でない、又は無害である。 Due to the reduced manufacturing precision requirements, the manufacture of the vacuum pump is significantly simplified. Therefore, a stable manufacturing process with few erroneous members is possible. This is therefore particularly advantageous as the housing is often difficult to measure in the inlet area and can only be measured with a particularly cumbersome 3D coordinate measuring system. Without measurement, the discrepancies may be discovered only during the final inspection of the screw vacuum pump. This leads to high costs for reassembly in the event of an error. Deviations from the target shape are insignificant or harmless because the invention reduces the impact of manufacturing accuracy.
本発明は、ハウジングの製造のみならず、スクリュー式ローターの製造も簡単にする。発明に従う比較的大きなピッチを有する比較的長い第一の部分内で、より大きなツール、及び/又はより高い切削ボリュームを有するツールが、プロフィル製造のため使用されることが可能だからである。これは、加工時間と、関連する製造コストを低減する。加工時間は、更に、例えば、スクリュー式ローターの各スクリュー輪郭が、第一の部分内のみで、又は第一の部分においても、既に鋳造の際に、少なくとも更なる切削加工のための予輪郭で形成されることによって低減されることが可能である。 The invention simplifies not only the manufacture of the housing, but also the manufacture of the screw rotor. This is because larger tools and/or tools with a higher cutting volume can be used for profile production within a relatively long first portion with a relatively large pitch according to the invention. This reduces processing time and associated manufacturing costs. The machining time is furthermore determined, for example, by the respective screw profile of the screw rotor only in the first part, or even in the first part, already during casting, at least with a pre-profile for further machining. It can be reduced by being formed.
延長された第一の部分にも関わらず、効率的なスクリュープロフィルが、ローターの比較可能な全長のもと形成されることが可能であるということが示された。つまり、製造技術上のメリットが、真空技術的な制限を著しく上回るので、本発明によって効率的なポンプを特に簡単に製造することが可能である。 It has been shown that an efficient screw profile can be formed under a comparable overall length of the rotor, despite the extended first section. The advantages in terms of manufacturing technology thus far outweigh the limitations of vacuum technology, so that efficient pumps can be manufactured in a particularly simple manner according to the invention.
更に驚くべきことに、本発明によるスクリュー式真空ポンプは、比較的高い吸引圧力でも、改善された吸引性能を有することが示された。これは、より長い第一の部分によって、ローター間及び特にハウジングに対して形成される第一の部分における間隙も、より長いということに帰する。内部の圧縮の領域のプロセスガスは、特別高い内部の圧力における高い吸引圧力の場合に生じるが、これはつまり、逆流の為により長い間隙を越える必要がある。逆流は、結果困難である、又はより良好にシールされる。発明に係るスクリュー式真空ポンプは、つまり発生可能な設定の制限の場合に特別簡単に製造可能であるだけでなく、所定の圧力領域におけるより改善された真空技術的性能さえも有する。 Furthermore, it has surprisingly been shown that the screw vacuum pump according to the invention has improved suction performance even at relatively high suction pressures. This is due to the fact that the longer first portions also result in longer gaps in the first portions that are formed between the rotors and especially to the housing. Process gas in the region of internal compression occurs in the case of high suction pressures at extra high internal pressures, which means that a longer gap must be crossed for backflow. Backflow is consequently difficult or better sealed. The screw vacuum pump according to the invention is thus not only particularly simple to manufacture given the limitations of possible settings, but also has an even better vacuum-technical performance in a given pressure range.
一般的に、ローターの間及びハウジングに対する不可避な間隙を除いて閉じられた領域が、閉じられた搬送ボリュームと解される。この閉じられた搬送ボリュームの領域は、各ローターの二つのねじ条の間でスクリュープロフィルに沿ってローターの周りに延びており、そしてハウジングから外に向かって、そしてスクリュープロフィルに沿って各他方のローターによって制限されている。搬送ボリュームは、ポンプ過程の間、各スクリュー式ローターに沿ってそのプロフィル内をインレットからアウトレットへと移行する。これによってポンプ作用が提供される。搬送ボリュームは、インレットとアウトレットの間の経路で小さくなることが可能である。これを内部の圧縮という。 In general, a closed conveying volume is understood to be an area which is closed except for the inevitable clearances between the rotors and to the housing. The area of this closed conveying volume extends around the rotor along the screw profile between the two threads of each rotor, and outwardly from the housing and along the screw profile of each other. Limited by the rotor. The conveying volume transitions in its profile from inlet to outlet along each screw rotor during the pumping process. This provides a pumping action. The conveying volume can be small in the path between the inlet and outlet. This is called internal compression.
特に、閉じられた搬送ボリュームは、各ローターのスクリュー軸の周りを360度の角度で覆っている。 Specifically, the closed conveying volume wraps 360 degrees around the screw axis of each rotor.
一つの実施態様では、第一の部分は、搬送ボリュームの長さの少なくとも1.25倍、特に少なくとも1.5倍、特に少なくとも1.75倍、特に少なくとも2倍に相当する。上述したメリットは、これによって相応して強化される。 In one embodiment, the first portion corresponds to at least 1.25 times, especially at least 1.5 times, especially at least 1.75 times, especially at least 2 times the length of the transport volume. The advantages mentioned above are correspondingly enhanced thereby.
ポンプの吸引領域においては、例えばスクリュー式ローターのための端面が形成されていることが可能である。これは、各搬送ボリュームが、吸引のため開かれ、そして搬送のため閉じられることが可能であるよう、その形状をスクリュー式ローターに合わせられている。 In the suction area of the pump, it is possible, for example, to form an end face for a screw rotor. It is shaped to a screw rotor so that each delivery volume can be opened for aspiration and closed for delivery.
端面は、特に少なくとも基本的に、スクリュー軸に対して直角に延びている。端面は、例えばハウジングの、特に内部の正面を形成する。端面は、好ましくは自由形状面として形成されていることが可能であり、及び/又は少なくとも基本的に、相応する少なくとも一つのスクリュープロフィルに平行に延びている。特に、端面には、スクリュープロフィルに対してそれぞれ平行な二つの領域が設けられていることが可能である。これらは、特にスクリュー軸に関して高められた、特に下側の領域、及び/又は下げられた、特に上側の領域に接合されている。 The end faces in particular run at least essentially at right angles to the screw axis. The end face, for example, forms the front face, in particular the interior, of the housing. The end face can preferably be designed as a free-form surface and/or at least essentially run parallel to at least one corresponding screw profile. In particular, the end face can be provided with two regions each parallel to the screw profile. These are joined to a raised, especially lower region and/or a lowered, especially upper region, in particular with respect to the screw axis.
端面は、一般的に例えばハウジング内に形成されていることが可能である。ハウジングは、例えば鋳造部品として形成されていることが可能である。一つの実施態様においては、端面は、鋳造部品内に、特にハウジング内に形成されており、そして加工されていない。これによって端面の切削加工の製造ステップが完全に省略され、このことはハウジングの製造を更に簡易化する。 The end face can generally be formed in the housing, for example. The housing can be formed, for example, as a cast part. In one embodiment, the end face is formed in the cast part, particularly in the housing, and is unmachined. This completely eliminates the production step of machining the end faces, which further simplifies the production of the housing.
別の実施態様においては、各スクリュー式ローターのスクリュープロフィルは、サイクロイドによって形成されている。そのようなスクリュープロフィルは、有利には必要に応じて形成されることが可能である。 In another embodiment, the screw profile of each screw rotor is formed by a cycloid. Such a screw profile can advantageously be formed as required.
一つの発展形においては、各スクリュー式ローターのスクリュープロフィルは、二条に形成されている。これによって相応するスクリューローターの特別低いアンバランスが達成される。よって、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)が省略されることが可能である。他方で、より高い圧力が可能とされることができる。 In one development, the screw profile of each screw rotor is double-threaded. A particularly low imbalance of the corresponding screw rotor is thereby achieved. Thus compensating elements (such as compensating masses, which require additional structural space) and/or compensating holes (in which masses can be stored) are omitted. Is possible. On the other hand, higher pressures can be enabled.
別の実施態様においては、スクリュー式ローターは、其々第二の部分内において、少なくとも基本的に一定のピッチを有する。そのようなスクリュー式ローターは、特別簡単に設定され、そして製造されることができる。というのは、一定のピッチが、比較的簡単な形状を形成するからである。 In another embodiment, the screw rotors have an at least essentially constant pitch within each second portion. Such screw rotors can be set and manufactured particularly simply. This is because a constant pitch forms a relatively simple shape.
スクリュー式ローターが、其々、少なくとも一つの第三の部分を有し、そしてそのピッチが、第三の部分において第二の部分においてよりも小さいことが意図され得る。これによって、追加的な内部の圧縮が実現されることが可能である。 It may be provided that the screw rotors each have at least one third portion and the pitch is smaller in the third portion than in the second portion. Additional internal compression can thereby be achieved.
第三の部分におけるピッチは、特に少なくとも基本的に一定であることが可能である。別の実施例においては、スクリュー式ローターは其々、そのポンプ効果を発揮する全体の長さにわたって、異なるピッチの複数の部分を有する。その際、ピッチは全ての部分において、特に少なくとも領域的に、又は下位部分的に、特に其々、一定である。これら双方が、簡単な設定と製造に貢献する。 The pitch in the third portion can in particular be at least essentially constant. In another embodiment, each screw rotor has sections of different pitch over its entire pumping length. The pitch is then constant in all parts, in particular at least regionally or in subparts, in particular respectively. Both of these contribute to easy set-up and manufacturing.
一定のピッチの二つの隣接する部分の間で、スクリュープロフィルのピッチは、スクリュー軸に沿って、基本的に部分部分の間の移行領域においてのみ変化する。移行領域は、特に一つの部分、特に隣接する複数部分よりも小さい。特にすべての移行領域がすべての部分よりも小さい。 Between two adjacent sections of constant pitch, the pitch of the screw profile varies along the screw axis essentially only in the transition regions between the sections. The transition region is in particular smaller than one portion, in particular adjacent portions. Especially all transition areas are smaller than all parts.
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 vacuum pump is for example internal compression with a compression ratio of 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 be Each screw profile forms or conveys, for example, more than 7, in particular more than 10, in particular more than 12, in particular more than 13, closed conveying volumes. 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 be.
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 is explained below, purely by way of example, on the basis of simplified drawings.
図1から3には、スクリュー式真空ポンプ10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、軸受シールド18、及びカバー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。
A
モーター12に対して、アクティブな流体冷却部が設けられている。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16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及び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。
Active fluid cooling 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、くびれ部36を有する。くびれ部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. 1-4, 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及び30が見て取れる。これらはそれぞれ、二条の、内外にかみ合うスクリュー状プロフィル38及び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及び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のポンプ効果を発揮する領域を形成する。そしてこれは、プロセスガスの閉じられた搬送ボリュームをインレット22からアウトレット24へと、図4において、つまり左から右へと繰り返し搬送する。
FIG. 4 shows the
スクリュー式真空ポンプ10のポンプ性能は、ポンプ効果を発揮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、放熱し、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、つまり正確に設計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
スクリューローター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。これに対して、スクリューローター30は、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比で駆動される。
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、電気的モーター、及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の回転子を形成する。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。
ステーター46は、注型成型体50内に配置されており、注型成型体は、ステーター46における詳説されない電気導体を絶縁し、そしてこれを絶縁しつつ基板52へ案内する。注型成型体50は、ここでは基板52と共に、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、及び隣接する軸受56にわたって分配される。
A
くびれ部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。よって特にオイルはギアボックス14内において、そして軸受56は、あまりに高い温度から保護される。ギアボックス14内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。
各スクリューローター28及び30のために、軸受56(ここでは固定側軸受を形成する)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、オイルがポンプ効果を発揮する領域、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、及び軸受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又は30から排出される。
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。
Piston rings are mounted on
スクリューローター28及び30は、そのそれぞれのスクリュープロフィル38又は40において、異なるピッチ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ピッチを有する。第一の部分62は、スクリュー軸63(これは各ローター28又は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ボリュームよりも長い。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、第一の部分とは異なるが、それぞれ一定のスクリュープロフィル38又は40のピッチを有している。その際、ピッチは、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。より小さなピッチ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、一定のピッチである。ポンプ方向に沿って減少するピッチによって、内部の圧縮が行われる。これは、ポンプガスが排出する前に既に圧縮する。
Screw
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設計され、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、相応して拡張されたスクリュープロフィル28,30とハウジング16の間の間隙へと通じるので、内側のシールから当該部分62及び64の移行部における内部圧縮部から、吸い込み空間、又は吸引領域67までの距離又は間隙がより長くなっている。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圧縮部の吸引領域67に対する改善されたシール性をもたらす。
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ター28、30は、ここでも、ハウジング16と相互作用し繰り返し閉じられた搬送ボリュームを取り囲む。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66においてよりも大きい。搬送ボリュームのサイズは、スクリュープロフィル38,40の横断面によって、及びそのピッチによって決定される。
The
インレット側、又は部分62における搬送ボリュームのサイズは、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のピッチは、インレット側で部分62にわたって一定であり、よって搬送ボリュームは、閉じた部分の下流側で内部圧縮部によって圧縮される。各ローター28,30が各搬送ボリュームをあまりに早く、又はあまりに遅く取り囲むと、又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低下する。
The size of the delivery volume on the inlet side, or
アウトレット側、又は部分66における各搬送ボリュームのサイズが、達成可能な最終圧力での作動中のポンプの消費電力を決定する。インレット側における、及びアウトレット側における、又は部分62及び66における搬送ボリュームのサイズの比率は、ポンプの内側の圧縮の比率に相応する。
The size of each delivery volume on the outlet side, or
部分66においては、ピッチはスクリュープロフィル38,40の複数の回転部分にわたって一定である。ピッチはその際、所定の加工工具によって達成可能なピッチの略最小に相当し、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ボリュームが、部分66内に設けら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の全体のピッチの経過推移と、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、その二条の態様によって、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、二条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、特に回転数制御によって、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 imbalance due to their two-start configuration. Thus, for example, no compensating elements (such as compensating masses, which require additional construction space) and/or compensating holes (in which masses can be stored) are not required. By means of the double
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. Heat is cooled in the
ハウジング16のインレット側の端部には、軸受シールド18が固定されている。これは、特に軸受68を有する別の軸受部を担持する。これは自由側軸受を形成する。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軸受シールド70(ハウジング16と一体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)に対して、軸受シールド68は、独立した部材として形成されているが、しかしまた一体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及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内に設けられている。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、又は追加的に、例えば冷却配管が軸受シールド18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 there is likewise provided a
ポンプ10による排気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。これに対して、排気ポンプ過程の間、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、排気ポンプ過程の初期におけるものと異なるものである。この力を補償するために、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、ローターの自由側軸受において、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、傾斜して噛合わせる歯車によってローターに及ぶ力を吸収する、及び/又は一般的に、軸受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保証する。
At the beginning of the evacuation pumping process by
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。この実施形態においては、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、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
図6には、スクリュー式真空ポンプ10の吸引領域67が斜視断面図で表されている。吸引領域67には、それぞれスクリュープロフィル38,及び40の吸引側の端部が配置されている。これらは、その回転の結果、及び端面78との相互作用によって、搬送ボリュームを閉鎖することを繰り返し、そして回転軸に沿ってアウトレット24へと搬送を行う。
In FIG. 6, the
端面78は、基本的に自由形状面として形成されており、つまり、平坦面とことなる、比較的複雑な形状を有している。例えば、端面78は、屋根状の下側領域80と、谷状、又は溝状の上側領域82を有する。つまり、特に高精度が必要である場合には、端面78の切削加工は、極めて面倒、高コストである。対して、端面78は、加工されずに形成されている。これは、ハウジング16の鋳造の際に相応する型によって形成される。これによって比較的精密ではない端面78が作られるが、発明に係る第一の部分62が比較的長いため基本的に問題ない。切削加工は、つまり有利には省略されることが可能である。
The
図6の断面図は、図7において側面図で示されている。端面78の延びを更に明確とするためである。その際、スクリュー式ローター30のみが見て取ることができる。というのは、この図においてスクリュー式ローター28は覆われているからである。
The cross-sectional view of FIG. 6 is shown in side view in FIG. This is for further clarifying the extension of the
図7に見て取れるように、端面78は、スクリュー式ローター30を取り囲む領域内において、基本的に平行、又はそのスクリュープロフィル40に対応して延びている。ローター30が、図6に関して反時計回りで回転させられるとき、スクリュープロフィル40と端面78の間の間隔は、間隔がゼロであり、そして搬送ボリュームが相応するプロフィル中間室84内に閉じられるまで小さくなる。
As can be seen in FIG. 7, the
図8においては、スクリュー式真空ポンプ10のハウジング16が斜視図でスクリュー式ローター28,30を有さず示されている。ここでは更に、複雑な端面78が高いコストの元でのみ正確に、特に切削法によって、例えばフライス加工によって、所望の形状とされることが可能であるということが明らかとされる。端面78は、その複雑な形状のため、測定することができない、又は大きな労力(コスト)のもとでのみ測定されることが可能であり、よって大量生産には追加的に危険性がある。というのは、費用のかかる測定無しでの欠陥は、ポンプの最終検査の枠内で初めて発見されるかもしれないからである。これは、高い組み立てコスト、又は製造コストと高価な不良品が伴う。本発明によって、真空技術的な性能データへの端面78の精度の影響は、一般的に、減少される。
In FIG. 8, the
図9は、実験されるスクリュー式真空ポンプのインレットにおけるプロセスガスのヘクトパスカルでの圧力pを横軸が示し、そして縦軸が、ポンプの吸引性能Sを時間毎のキュービックメートルで示す。インレット圧力に応じる吸引性能の二つの推移86及び88が示されている。
FIG. 9 shows on the horizontal axis the pressure p of the process gas in hectopascals at the inlet of the screw vacuum pump tested and on the vertical axis the suction performance S of the pump in cubic meters per hour. Two
破線の推移86は、切削によって目標輪郭に加工されたインレット領域又は端面を有する例示的なスクリュー式真空ポンプに基づいている。その際、一定のピッチの第一の部分の長さは、第一の部分における閉じられた搬送ボリュームの長さに基本的に相当する。推移86の例示的なスクリュー式真空ポンプは、結果、本発明に従い形成されていない。
The dashed
実線で表された推移88は、別の例示的なスクリュー式真空ポンプの為に記録されたものである。この真空ポンプにおいては、端面の切削加工のために設けられる許容値が残され、そして加工されていない。その他は、推移88のスクリュー式真空ポンプは、推移86のスクリュー式真空ポンプと同様に形成されている。両方のポンプ、又は端面は、つまり所定の許容値のみで異なっている。許容値は、回転軸の方向に設けられている。よって、変化しないローターにおいては、各搬送ボリュームは、早期に閉じられ、よって第一の部分は搬送ボリュームよりも長い。推移88の例示的なスクリュー式真空ポンプは、結果、本発明に従い形成されている。
A
両方の推移86及び88は、内部の圧縮を伴うスクリュー式真空ポンプに典型的な吸引性能推移を有している。その際、吸引性能は、中央圧力領域において最大である。これと反対に、吸引性能は高い圧力、又は排気ポンプ過程の初期において(図9の右側)低い。吸引性能は、最終圧力達成の際(図9の左側)にゼロに低下する。 Both curves 86 and 88 have suction performance curves typical of screw vacuum pumps with internal compression. The suction performance is then greatest in the central pressure region. Conversely, suction performance is low at high pressures, or early in the evacuation pumping process (right side of FIG. 9). The suction performance drops to zero upon reaching the final pressure (left side of FIG. 9).
中央の領域においては、推移86は、より高い吸引性能を示す。ここでは、搬送ボリュームは、正確に目標輪郭に製造される端面のため、正確に閉じられるということが見て取れる。矢印90によってこの効果が示されている。推移86に従う吸引性能は、ここでは基本的に理論的な吸引性能に相当する。圧縮の結果の逆流、特に第二の部分への逆流は、この中央の圧力領域において、つまり支配的な効果を有さない。
In the
矢印92は、達成可能な最終圧力が、許容値を有するスクリュー式真空ポンプにおいて、つまり推移88において、より低い、又はより良好であることを示す。これは、許容値によって、スクリュー式ローターの全体のポンプ効果を発揮する長さがより長いということに帰する。相応して、ローターとハウジングの間の間隙も長い(大きい)ので、全体として、より良好なシール性が、アウトレットからインレットへの逆流に対して達成される。
驚くべきことに、図9が基礎を置く実験によって、許容値を有するスクリュー式真空ポンプ、又は推移88もまた、高い圧力において改善された吸引性能を有することが示された。この事は、矢印94に示されている。これは、許容値によって延長(拡張)された、ポンプの内側の圧縮と吸引領域の間に間隙が存在し、このことがここでもまた、相応して改善された逆流に対するシール性に通じるということに帰する。これは、高い圧力の領域において、特に見て取ることができる。というのは、内側の圧縮が、最高の内部圧力、又は間隙を介して作用する圧力差に通じるからである。
Surprisingly, experiments on which FIG. 9 is based have shown that screw vacuum pumps, or transitions 88, with tolerances also have improved suction performance at high pressures. This is indicated by
発明に係るスクリュー式真空ポンプ、特にそのハウジングは、特別簡単に製造することができるという事が示された。というのは、相応する表面精度の影響が減少されたからである。特にこれによって、端面における、又はインレット領域のハウジングにおける高コストな切削加工が省略されることが可能である。その際、真空性能へのネガティブな影響は少なく、そして多くの圧力領域において、本発明は性能データの改善にさえもつながる。 It has been shown that the screw vacuum pump according to the invention, in particular its housing, can be manufactured in a particularly simple manner. This is because the effect of the corresponding surface accuracy has been reduced. In particular, this makes it possible to dispense with costly machining on the end face or on the housing in the inlet region. The negative impact on vacuum performance is then less, and in many pressure ranges the invention even leads to improved performance data.
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 軸受シールド
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 くびれ部
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 注型成型体
52 基板
54 スプラッシュディスク
56 軸受
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
67 吸引領域
68 軸受
70 軸受シールド
72 冷却配管
74 冷却体
76 フランジ
78 端面
80 下側の領域
82 上側の領域
84 プロフィル中間空間
86 吸引性能推移
88 吸引性能推移
90 矢印
92 矢印
94 矢印
p インレット圧力
S 吸引性能
10
Claims (12)
その際、閉じられた搬送ボリュームは、閉じられた領域であり、この閉じられた領域は、各ロータ(28,30)の二つのねじ条の間でスクリュープロフィル(38,40)に沿ってローターの周りに延びており、且つ外側方向に対してはハウジングによって、そしてスクリュープロフィル(38,40)に沿って各他方のローターによって、制限されており、
その際、搬送ボリュームが、ポンプ過程の間、各スクリュー式ローター(28,30)に沿ってそのプロフィル内をインレット(22)からアウトレット(24)へと移行し、これによってポンプ作用が提供され、
そしてその際、スクリュー軸(63)方向において、第一の部分(62)の長さが、第一の部分(62)におけるスクリュー式ローター(28,30)及びハウジング(16)によって閉じられた搬送ボリュームの長さ、即ち第一の部分(62)におけるローターの1ピッチの長さよりも長く、
端面(78)が、鋳造部材(16)内に形成されており、そして加工されていないことを特徴とするスクリュー式真空ポンプ(10)。 A screw vacuum pump (10) having a housing (16), two screw rotors (28, 30) disposed within the housing (16) and in engagement with each other, the screw rotors being adapted to process For gas transport, it interacts with the housing (16) to repeatedly form a closed transport volume of the process gas and transport it towards the outlet (24), with screw rotors (28, 30) each have at least two portions (62, 64) adjacent along the screw axis (63), wherein the screw rotors (28, 30) each extend into the inlet (22). has an at least essentially constant pitch in the first portion (62) placed in the vicinity of the With a pitch, in the suction area (67) of the screw vacuum pump (10), the end face (78) for the screw rotor (28, 30) is the end face inside the housing and the screw rotor (28 , 30), which end face is screw -shaped in the direction of the screw axis so that each conveying volume can be opened for suction and closed for conveying. formed as two inclined planes and adapted to the screw profile of each screw rotor (28, 30), and the closed conveying volume is then the closed area, which closed The region extends around the rotor along the screw profile (38, 40) between the two threads of each rotor (28, 30) and outwardly by the housing and by the screw profile. bounded by each other rotor along (38, 40),
the conveying volume then transitions in its profile along each screw rotor (28, 30) from the inlet (22) to the outlet (24) during the pumping process, thereby providing a pumping action;
And then, in the direction of the screw axis (63), the length of the first part (62) is closed by the screw rotors (28, 30) and the housing (16) in the first part (62). the length of the volume, i.e. longer than the length of one pitch of the rotor in the first portion (62);
A screw vacuum pump (10) characterized in that the end face (78) is formed in the cast member (16) and is unmachined.
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