KR100841496B1

KR100841496B1 - 냉각 회로를 구비한 스크류 진공 펌프

Info

Publication number: KR100841496B1
Application number: KR1020027008310A
Authority: KR
Inventors: 하르트무트 크라이엔; 로타르 브레너
Original assignee: 욀리콘 라이볼트 바쿰 게엠베하
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-12-09
Publication date: 2008-06-25
Also published as: JP2012067760A; US20030147764A1; DE19963172A1; EP1242743B1; CN1415055A; US6758660B2; CN1249351C; JP5506831B2; KR20020071904A; JP2003518589A; DE50010888D1; JP5064629B2; EP1242743A1; WO2001048385A1

Abstract

본 발명은 샤프트(7, 8)와 상기 샤프트에 고정되는 두 개의 로터(3, 4)를 포함하는 스크류 진공 펌프(1)에 관한 발명으로서, 각각의 로터는 냉각제를 순환시키기 위한 장치가 제공되는 중앙의 중공 챔버(31)를 구비한다. 효과적으로 상기 로터(3, 4)를 냉각시키기 위하여, 로터를 따라 회전하는 빌트-인 요소는 상기 로터(3, 4)의 챔버(31)에 배치되고, 상기 요소는 상대적으로 협소하고, 환형인 슬롯 세그먼트(32)를 형성하는데, 상기 슬롯 세그먼트(32)는 냉각제에 의하여 크로스-유동(cross-flown)된다. 대응 환형 슬롯 세그먼트(32)는 빌트-인 요소와 로터의 중공 챔버(31)의 대응 내벽 사이에 연장되고 그리고 로터(3, 4)의 흡입측과 배출측 사이에 연장된다. 환형 슬롯 세그먼트(32)에는 샤프트를 가로지르는 개별적인 공급 라인과 배출 라인을 통하여 냉각제가 공급된다. 환형 슬롯 세그먼트를 거쳐 캐비테이션없는 그리고 버블없는 유동을 확보하도록 수단이 제공된다.

Description

냉각 회로를 구비한 스크류 진공 펌프{SCREW VACUUM PUMP WITH A COOLANT CIRCUIT}

본 발명은 두 개의 축과 그리고 상기 두 개의 축에 고정된 두 개의 로터를 포함하는 스크류 진공 펌프에 관한 것으로서, 각각의 로터는 냉각 유동을 안내하기 위한 장치가 제공되는 중앙의 중공 챔버를 구비한다.

이러한 유형의 스크류 진공 펌프는 독일 특허 출원 제 197 45 616호, 제 197 48 385호 및 제 198 00 825호에 공지되어 있다. 이들은 건식(펌프 챔버 내에 냉각제 또는 윤활제 없이)으로 작동되기 때문에, 펌프 가스를 압축함으로써 주로 야기되는 작동 시에 생성되는 열을 방산시키는 것에 문제점이 있다.

DE-A-197 45 616에 공지되고 외팔보형 로터를 구비하는 스크류 진공 펌프의 예에서, 로터와 축은 베어링 측을 향하여 개방되는 포켓 홀(pocket hole)을 구비한다. 상기 케이싱에 부착된 중앙 냉각 파이프는 포켓 홀로 연장되고, 상기 냉각 파이프는 베어링의 측부 상의 보어로부터 가이드되고 포켓 홀의 단부 앞에서만 로터의 측부 상에서 개방된다. 냉각 펌프의 도움으로, 냉각제는 중앙 파이프를 거쳐 보어로 펌핑된다. 스테이셔너리 냉각제 파이프와 포켓 홀의 회전 내벽 사이의 환형 챔버를 통하여 환류된다. 로터와 축의 보어 지름은 비교적 작아서, 냉각제가 유동하는 표면도 작다. 더욱이 하우징에 고정되는 파이프와 중공 챔버의 회전 벽 사이에서는 전단력이 작용하고, 냉각제에 원치 않는 마찰을 일으켜 온도를 증가시킨다. 이러한 이유로 원하는 로터용 냉각 설비의 효능이 제한된다.

DE-A-197 48 385에는 두 개의 냉각 방법이 개시된다. 첫번째 해법의 경우에 각각의 로터가 한쪽 측면으로 개방되는 중공 챔버를 구비하는데, 이 중공 챔버로 냉각제가 주입된다. 회전에 의하여 막이 로터의 내면에 형성되고, 상기 막은 중공 챔버의 개구에 환류한다. 이러한 유형의 장치를 냉각하는 막의 경우에 막이 파괴되는 위험이 있어 바람직한 냉각 효과가 중단된다. 더욱이, 냉각제가 로터의 중공 챔버에 머무르는 시간을 증가시킬 수 있도록 하여 감쇠되는 열의 양을 증가시키기 위하여 로터의 중공 챔버에 원뿔형 섹션을 구비하는 것이 제안된다. 하지만, 유동의 펌핑을 지지하는 이러한 원뿔형 섹션의 경우에, 냉각제 유동을 파손하는 위험은 더욱 크다. 최종적으로 스테이셔너리 유동 프로파일이 형성되고, 벽에 근접하는 필름 부분이 벽으로부터 더욱 멀어지는 필름 섹션에 비하여 더욱 천천히 유동한다는 점에서 필름 코팅 장치는 통상적인 단점을 갖게 된다. 벽에 근접한 영역은 실제적으로 열 소산을 방해하는 고립 층(isolating layer)을 형성한다. 이와 같은 단점을 해소하기 위하여 유동을 방해하는 장애물을 제공하여 난류에 의해 스테이셔너리 유동 프로파일이 중단되도록 하는 것이 이미 제안되었다. 즉, 벽에 근접한 필름 막과 벽으로부터 더 멀리 있는 부분 사이에서 열 교환이 얻어질 수 있다. 하지만, 장애물을 설치하는 것은 냉각제 유동 속도를 저감시킨다.

DE-A-198 20 523은 상기한 어느 하나에 유사한 냉각 시스템을 기술한다. 냉각 오일이 축의 중공 섹션으로 주입된다. 원심력에 의하여 오일은 배출측의 방향에서 원뿔형으로 연장되는 중공 챔버의 내벽으로 이동한다.

DE-A-197 48 385에는 다른 추가적인 실시예가 도시되는데, 냉각제는 로터 축과 로터의 중공 챔버로 연장되는 베어링 베이스 사이의 환형 슬롯을 통하여 유동한다. 로터 자체의 냉각에 있어, 이러한 유형의 냉각제 유동은 거의 효과가 없다.

DE 198 00 825는 전체적으로 중공 로터를 구비하는 스크류 펌프를 도시한다. 냉각제/윤활제는 연속적으로 중공 챔버로 공급되고 개별적으로 중공 챔버로부터 배출된다. 냉각제가 배출되는 측에 배치되는 베어링에 관하여, 예를 들어 스테셔너리 내부 링과 회전 외부 링을 구비하는 것과 같이 운동학적 역전이 실행된다. 중공 챔버는 원뿔형(유도의 방향을 넓힘)으로 설계되거나 또는 내부 펌핑 나사산을 구비할 수도 있다. 이러한 스크류 펌프의 경우에, 큰 회전 속도 또는 원주 속도를 요구하는 냉각제 필름을 형성한다. 이미 언급된 냉각제 필름 파손 위험이 있다. 이러한 이유로 양 로터에 냉각제 보급을 위한 설비를 모니터링하는 것이 절대적으로 권해진다. 또한 효과적인 냉각 효과를 달성하기 위하여 필름에 난류를 생성하는 보다 자세한 필요성이 존재한다. 최종적으로 원뿔형 중공 챔버를 가지는 로터를 구비하는 것은 상당한 단점을 수반한다. 원뿔형 중공 챔버는 제조하기 어렵다. 배출측 외팔보형 로터의 경우에 그리고 로터의 흡입측에 냉각제를 공급하는 경우에, 베어링으로부터 이격된 영역에 있는 로터의 질량은 매우 크다. 결과적으로 배출측에 외팔보형 로터를 채택하는 경우 상기 설계를 포함하는 것이 필요하다. 최종적으로 냉각제가 배출측으로부터 (큰 방사상 거리로) 비교적 멀리 배출될 필요가 있다는 사실은 가능한 설계 선택 사양을 제한한다.

DE-A-198 00 825는 추가적인 실시예를 도시하는데, 여기서 로터는 각각 축 스텁(shaft stub) 상에 외팔보형으로 지지되고, 축 스텁은 로터의 중공 챔버까지 연장되고, 상기 챔버는 단지 베어링 측에서 개방된다. 상기 기술된 단점은 본 실시예에 적용된다.
본 명세서의 청구의 범위의 청구항 1의 전제부에 따른 특징들을 갖는 나사 진공 펌프가 FR 1290 239호에 공지되어 있다. 여기 개시된 펌프는 고정된 절두부를 포함하며(그럼에도 불구하고, 샤프트(14)로 표시됨), 상기 절두부는 2 개 부분으로 이루어진 회전자의 공동부 내부로 연장된다. 상기 공동부의 흡입측은 커버에 의해서 폐쇄되어 있다. 회전자의 지지 작용은 흡입측에서는 롤링 베어링에 의해서 이루어지고, 압력측에서는 슬라이딩 베어링에 의해서 이루어진다. 회전자의 흡입측 섹션(33)은 각각 하나의 슬리브(부시)를 포함하고, 상기 슬리브는 압력측 영역에서 해당 샤프트 상에 미끄럼 방식으로 지지되어 있다. 상기 슬리브 상에는 각각 회전자의 압력측 섹션(34)이 고정되어 있다. 슬리브와 섹션(34) 사이에는 각각 냉각 수단이 흘러가는 원통형 갭이 존재하며, 상기 갭은 전술된 구성 방식으로 인해 단지 회전자의 전체 길이의 상대적으로 작은 섹션에 걸쳐서만 연장될 수 있다.

상술한 모든 냉각 시스템의 경우에, 추가적으로 냉각이 역류로 실행되지 않는다는 단점이 존재한다. 냉각제는 각각의 경우에 로터의 흡입측으로 공급되고 그리고 펌프 내에서 생성되는 상당히 큰 정도의 열에 노출되는 배출측으로는 공급되지 않는다.

본 발명의 목적은 단순하고, 컴팩트하게 그리고 저렴한 방식으로 펌프가 제조되는 것을 허용하는 효과적인 냉각 장치를 구비하는 상기 언급된 종류의 펌프를 구비하는 것이다.

본 목적은 특허 청구 범위의 청구항의 특징부를 통하여 달성된다.

냉각제가 비교적 협소한, 바람직하게는 원통형 슬롯을 통하여 충분한 속도로 회전 시스템에 유동하는 본 발명에 따른 냉각 장치는, 특히 환형 슬롯이 예를 들어 로터 프로파일의 기초원(root circle)의 근방과 같이 외측부로 멀리 배치될 수 있기 때문에 기대치 않은 우수한 냉각 효과를 구비한다. 냉각제가 주입되지 않기 때문에, 냉각 효과를 방해할 수도 있는 중공의 공동(hollow cavities)이 존재하지 않는다. 결국 냉각제 유동 방향은 자유롭게 선택될 수도 있어서 역류에 의한 냉각을 위한 장애물이 없다는 장점이 존재한다. 이는 온도 분포의 균일함을 유지하여 배출측 및 흡입측에서 상기 협소한 로터/케이싱 슬롯이 유지될 수 있도록 한다.

환형 슬롯의 두께를 위한 선택에 대하여, 예를 들어 0.2 내지 5㎜, 바람직하 게는 0.5 내지 2㎜의 비교적 협소할 수도 있는데, 슬롯 두께는 도입되는 냉각제, 예를 들어 진공 펌프에 사용되는 통상적인 오일에 의존한다. 벽에 밀접한 두 개의 경계막 사이의 거리는 비교적 작아서 난류 방식으로 서로 서로 영향을 받을 것이다. 이와 같이 열전달 분리를 유지하고 약화를 유지하는 경계층에 의하여 영향을 받지 않는 층류는 명백하게 존재하지 않거나 두께는 무시할 만하다.

로터를 효과적으로 냉각시키기 위하여, 냉각제의 속도(채택되는 냉각제의 유형에 의존함)는 충분히 빨라야 한다. 0.1 내지 1㎧, 바람직하게는 0.3 내지 0.7㎧ 차수의 유동 속도는 냉각 오일의 경우에 신속한 것으로 알려지나. 원심, 기어 또는 유사한 펌프인 공지된 오일 공급 펌프로 요구 압력차가 생성될 수 있다.

본 발명의 추가적인 장점은 도 1 내지 도 9의 대략적으로 도시된 도면을 예시적인 설계예를 참조하여 설명될 것이다.

- 도 1은 외팔보형 로터를 구비하는 스크류 진공 펌프의 단면도를 도시하고,

- 도 2는 양측부에서 베어링을 가지는 로터를 구비하는 스크류 진공 펌프를 통한 단면도를 도시하고,

- 도 3 내지 도 5는 냉각제가 공급되고 로터 샤프트의 중앙의 중공 챔버를 통하여 냉각 슬롯으로부터 배출되는 스크류 진공 펌프의 두 개의 로터 중의 하나의 단면도를 도시하고,

- 도 6은 냉각 슬롯을 외측부로 이동시키기 위한 수단을 구비하는 로터의 단면도를 도시하고,

- 도 7 및 도 8은 샤프트에 독립적인 로터의 중공 챔버 내 요소가 냉각 슬롯을 한정하는 해법을 도시하고,

- 도 9는 두개의 섹션으로 구성되는 로터를 구비하는 해법을 도시한다.

도 1에 도시된 스크류 진공 펌프(1)는 로터(3 및 4)를 구비하는 펌프 챔버 케이싱(2)을 포함한다. 펌프(1)의 유입구(5) 및 유출구(6)는 대략적으로 화살표로 도시되었다. 로터(3 및 4)는 각각 샤프트(7 및 8)에 고정되어 있고, 상기 샤프트는 각각 외팔보형 방식(cantilevered manner)으로 각각 두 개의 베어링(11, 12 그리고 13, 14)에 의하여 지지된다. 하나의 베어링 쌍(11, 13)은 윤활재가 없는 펌프 챔버를 기어 챔버(16)로부터 분리시키는 베어링 플레이트(15)에 배치된다. 기어 챔버(16)의 케이싱(17) 내에는 샤프트(7 및 8)에 부착된 동기화 치차(synchronizing toothed wheels, 18, 19) 뿐만 아니라 펌프(1)를 구동하는 목적을 제공하는 한 쌍의 치차(21, 22)가 배치되는데, 여기서 펌프를 구동시키는 목적으로 제공되는 한 쌍의 치차 중의 어느 하나는 펌프(1) 외에 수직으로 배치되는 구동 모터(23)의 샤프트에 연결된다. 더욱이, 기어 챔버는 오일 섬프(oil sump, 20) 기능을 한다. 샤프트(7, 8)의 두 번째 베어링 쌍(12, 14)은 구멍 또는 보어(24, 25)에 배치되는데, 상기 보어는 기어 챔버 케이싱 또는 하우징(17)의 하부를 관통한다. 이어서, 샤프트(7, 8)는 구멍(24, 25)을 관통하여 케이싱(17) 및 이에 부착된 트러프(trough, 27)에 의하여 형성된 집유 챔버(oil containing chamber, 26)에서 종결된다.

도 1로부터 각각의 로터(3 및 4)는 중공 챔버(hollow chamber, 31)를 구비하는데, 중공 챔버(31)에는 샤프트(8)가 연장되고 본 발명에 따른, 빌트-인 요소(built-in element)로서의 환형 슬롯 섹션 또는 냉각 슬롯(cooling slot, 32)이 배치된다. 로터(4)가 단지 부분적인 단면도로 도시되었기 때문에, 본 발명에서는 로터(4)에 대하여만 설명한다.

도 1에 따른 설명에서, 환형 슬롯 섹션(32)은 샤프트(8)와 로터(4) 사이 및 샤프트(7)와 로터(3) 사이 각각에 직접 배치된다. 이를 위하여 중공 챔버(31)를 포함하는 로터의 원통형 내벽은 그 중심부에 선반 가공된 섹션(33)을 구비하고, 그 깊이는 냉각 슬롯(32)의 두께에 대응한다. 흡입측과 배출측에서, 샤프트(8)는 중공 챔버(31)의 내벽에 대하여 동일한 높이로 안착한다. 더욱이, 샤프트(8)는 이들 영역에서 펌프 챔버로부터의 냉각 슬롯(31)의 누수 방지 분리를 보장하는 실링 링(37 및 38)을 위한 요홈부(35 및 36)를 구비한다.

냉각 슬롯(31)에는 샤프트(8)를 통하여 냉각제가 공급된다. 샤프트(8)의 하부 단부로부터 배출측의 냉각 슬롯(32)의 단부까지 연장되는 제 1 보어(41)가 구비된다. 횡 보어(42)를 통하여 보어(41)는 냉각 슬롯(31)에 연결된다. 냉각제는 보어(41 및 42)를 통하여 냉각 슬롯(32)에 공급된다. 냉각제는 냉각 슬롯(32)을 통하여 로터(4)의 배출측으로부터 흡입측으로 유동한다. 방산될 필요가 있는 대부분의 열은 로터(4)의 배출측에서 생성되기 때문에, 로터(4)는 역류로 냉각된다.

냉각제는 샤프트(8) 내의 제 2 보어(43)를 통하여 배출된다. 상기 제 2 보어(43)는 냉각 슬롯(32)의 흡입측으로부터 기어 챔버(16)의 레벨까지 연장된다. 각각의 경우에 횡 보어(41, 45)는 보어(43)와 냉각 슬롯(32) 및 기어 챔버(16) 각각과의 사이를 연결시킨다.

냉각제가 각각 빠르게 그리고 교란되지 않고(캐비테이션과 오염 없이) 각각의 협소한 냉각 슬롯(32)을 거쳐 유동할 수 있는 경우 로터(3, 4)는 신뢰할 만하게 냉각된다. 이러한 이유로 냉각제의 냉각 및 필터링과 더불어 충분한 펌핑력을 확보하는 것이 유리하다. 그러므로, 도 1에 따른 설계예에서 기어 챔버(16), 개별적인 오일 섬프(20)가 라인(51)을 통하여 챔버(26)에 연결되는데, 이러한 라인(51)에는 냉각기(52)와 필터(53)와 더불어, 예를 들어 기어 펌프로 설계될 수도 있는 오일 펌프(54)가 있다. 오일 펌프(54)는 필요한 압력으로 캐비테이션 없이 그리고 버블없이 냉각제가 챔버(26)로부터 보어(41)로 유입되는 것을 보장한다.

더욱이, 오일 펌프(원심 펌프, 기어 펌프)를 샤프트(7, 8)의 하단부의 영역에 배치하는 가능성도 존재한다. 하지만, 이들이 목표 펌핑 특성에 대한 사양을 만족시킬 수 있도록 설계될 필요하다.

도 2에 도시된 실시예에서 로터(3, 4)의 샤프트(7, 8)는 양 측면에서 베어링, 특히 베어링 플레이트(15)에서의 베어링(11, 13)과 펌프 챔버 하우징(2)에서의 베어링(12, 14)에 의하여 지지된다. 샤프트(7, 8)의 하단부는 기어 챔버(16)에서 끝난다.

샤프트(7, 8)가 양 측면에서 베어링에 의하여 지지된다는 사실에 의하여, 단순한 방식으로 흡입측에 냉각제를 제공하는 가능성이 존재한다. 이를 위하여 샤프트는 흡입측에서 바람직한 원통형 포켓 홀 또는 보어(55)를 구비하는데, 이 포켓 홀(55)은 흡입측에서 냉각 슬롯(32)의 단부까지 연장된다.

보어(55)는 횡 보어(56)를 통하여 냉각 슬롯(32)에 연결된다. 배출측에서 샤프트(7, 8)는 포켓 홀(57)을 구비하는데, 이 포켓 홀(57)은 배출측의 슬롯(32)의 단부까지 연장되고 횡 보어(58)를 통하여 상기 슬롯에 연결된다.

포켓 홀(55)로 냉각제를 공급하기 위한 목적으로, 이는 라인(51)을 통하여 연결되고, 상기 라인은 오일 섬프(20)에 연결되는데, 이에 의하여 라인은 오일 펌 프(54), 필터(53) 및 냉각기(52)와 통합된다. 상세하게는, 냉각제가 냉각 슬롯(32)을 거쳐 흡입측으로부터 배출측을 향하여 유동한다.

단지 로터(4)와 샤프트(8)만이 도시된 도 3에 따른 설계 실시예에서, 냉각 슬롯으로 냉각제를 공급하고, 개별적으로 냉각 슬롯으로부터 냉각제를 배출시키는 추가적인 수단이 도시된다. 샤프트(8)는 중앙 포켓 홀을 구비하는데, 이 중앙 포켓 홀은 배출측으로 개방되고 흡입측의 냉각 슬롯(32) 단부로 연장된다. 상기 포켓 홀은 중공 챔버(61)를 형성하는데, 이 중공 챔버(61)에는 냉각제용 가이드 요소(62)가 배치된다. 가이드 요소(62)는 샤프트(8)의 하단부로부터 배출측의 냉각 슬롯(32)의 단부까지 그리고 그 단부를 지나쳐 연장된다. 냉각제는 가이드 요소(62)의 종방향 보어(63)를 통하여 공급되고, 상기 보어는 정확히 정렬된 횡 보어(64)를 통하여 냉각제용 가이드 요소(62)와 샤프트(8)를 거쳐 배출측의 냉각 슬롯(32)의 단부로 연결된다. 흡입측의 냉각 슬롯(32)의 레벨에서, 샤프트(8)에는 하나 또는 수 개의 횡 보어(66)가 구비되고, 이 하나 또는 수 개의 횡 보어는 포켓 홀(61)과 가이드 요소(62)의 마주하는 면에 의하여 형성된 챔버로 개방된다. 상기 챔버는 종방향 보어(68)를 통하여 그리고 거의 정렬된 횡 보어(69)(가이드 요소(62)와 샤프트(8)에서의)를 통하여 기어 챔버(16)(도 3에서는 도시 안됨)로 연결된다.

도 4에 도시된 해법에서는, 가이드 요소(62)가 세 개의 섹션(71, 72, 73)을 포함하고, 이 세 개의 섹션은 샤프트(8)에서의 중공 챔버(61)를 세 개의 부분 챔버(74, 75, 76)로 분할하고, 각각의 세 개의 분할 챔버는 각각 횡 보어(69, 64 및 66)의 레벨로 배치된다. 섹션(71 내지 73)에서의 적절한 보어를 통하여 그리고 상기 보어를 연결하는 라인 섹션(77 및 78)을 통하여, 냉각제의 분리된 공급 및 배출이 수행될 수도 있다. 거의 정렬될 필요가 있는 보어는 존재하기 않기 때문에 가이드 요소가 용이하게 장착될 수도 있다. 역류의 냉각은 간단한 방식으로 실행된다.

도시된 도 5에 따른 실시예에서, 냉각제는 도 3 및 도 4에 도시된 실시예와는 달리 가이드 요소(62)의 중앙 보어(81)를 통하여 공급된다. 냉각제는 포켓 홀과 가이드 요소(62)로 형성된 중공 챔버(61)를 통과하여 횡 보어(66)를 거쳐 냉각 슬롯(32)으로 유입된다. 배출 보어(64)는 횡 종방향 요홈부 또는 선반 가공된 환형 챔버(82)에 연결되고, 상기 환형 챔버는 가이드 요소(62)에 배치된다. 종방향 요홈부 또는 환형 챔버(82)는 횡 보어(69)에 연결되는 기어 챔버(16)의 레벨까지 연장된다.

도 6의 실시예는 보어가 샤프트(8)와 로터(4)를 완전히 관통하도록 제공된다는 점에서 상기한 실시예와 구별된다. 중공 챔버(31)를 형성하기 위하여, 커버(85)가 흡입측에 제공되는데, 이 커버는 볼트(86)를 통하여 가이드 요소(62)와 연결된다. 가이드 요소(62)는 확실하게 흡입측에 삽입된다. 이는 볼트(86) 및 커버(85)와 함께 로터(4)를 축방향으로 첨부할 목적으로 제공된다. 샤프트(8)에는 외부 슬리브(87)가 구비되는데, 외부 슬리부(87)는 로터(4)와 함께 냉각 슬롯(32)을 형성한다. 이 슬롯은 단지 로터(4)의 배출측의 레벨에서만 실질적으로 연장된다. 냉각 슬롯(32)을 외측부를 향하여 방사상으로 변위시키는 것은 냉각 효과를 향상시킨다. 냉각제는 단지 선반 가공된 상대적으로 짧은 섹션(88)을 거쳐 공급되는데, 상기 섹션은 가이드 요소(62)에 배치된다. 선반 가공된 섹션으로 유입되기 전에, 냉각제는 베어링 플레이트(15)에서의 보어(89, 90) 뿐만 아니라 샤프트를 마주하는 방향의 시일(93)의 베어링 측면에서의 챔버(92)를 통하여 유동하는데, 이 시일(93)에서는 필요한 베리어 압력 형성을 확보한다. 냉각제는 가이드 요소(62), 각각 샤프트(8)에서의 중앙 보어(81)를 통하여 복귀된다.

도 7a 및 도 7b에 따른 해법에 따르면, 샤프트(8)는 로터의 중공 챔버(31)로 연장되지 않는다. 상기 샤프트는 배출측의 레벨에서 로터(4)에 연결된다. 로터의 중공 챔버(31)에서의 가이드 요소(62)는 증가된 지름을 갖는 섹션(94)을 구비하는데, 증가된 지름은 로터(4)의 내벽과 함께 냉각 슬롯(32)을 형성한다. 섹션(94)에 비하여 작은 지름을 구비하는 두번째 섹션(95)은 샤프트(8)의 보어(61)를 관통한다.

한편으로는 보어(61)의 개방측으로부터 가이드 요소(62)의 중앙 보어(81)를 거쳐 공급하는 것을 허용하고, 다른 한편으로는 역류로 로터(4)의 냉각을 허용하는 열적인 이유로, 가이드 요소(62)가 냉각제 유동을 위한 교차(crossing)을 제공하는 것이 요구된다. 이는 아래(참조, 도 7a, 도 7b 및 도 8)에 상세하게 기술되는 바와 같이 설계되는 가이드 요소에서의 횡 보어와 외부 그루브 섹션을 통하여 실행된다: 포켓 홀(81)을 통하여 중앙에 공급되는 냉각제는 횡 보어(98)를 거쳐 서로 마주하는 두 개의 그루브 섹션(99)으로 유입되고, 그런 후에 냉각제는 (배출측) 중공 챔버(31)로 공급된다. 그러므로 냉각제는 냉각 슬롯(32)을 거쳐 유동하고 그리고 횡 보어(66)를 거쳐 가이드 요소의 중앙에 배치되는 라인 섹션(101)으로 유입된다. 상기 라인 섹션은 제 1 횡 보어(98)에 대하여 흡입측에 배치되는 두번째 횡 보어(102)까지 연장된다. 두 개의 횡 보어(98 및 102)는 서로 거의 수직하게 배치된다. 횡 보어(102)는 서로 마주하는 그루브 섹션(103)으로 개방되는데, 이 그루브 섹션(103)은 다른 그루브 섹션(99)에 대하여 약 90도 정도까지 오프셋된다. 즉 냉각제를 이 그루브 섹션(103)을 거쳐 기어 챔버(16) 영역의 횡 보어(69)로의 복귀를 안내하는 것이 가능하다.

도 9에 따른 설계 실시예에서, 로터(4)는 두 개의 섹션(4' 및 4")을 포함하는데, 이 두 섹션은 각각 중공 챔버(31' 및 31")를 구비할 뿐만 아니라 상이하게 설계된 나사산을 구비한다. 샤프트(8)는 배출측(4") 로터 섹션의 중공 챔버(31")로 연장되어 냉각 슬롯(32")을 형성한다. 가이드 요소(62)는 도 7 및 도 8에 따른 실시예와 유사하게 설계된다. 로터 섹션(4')의 중공 챔버(31')에 배치되고 로터(4')의 내벽과 함께 냉각 슬롯(32')을 형성하며 증가된 지름을 구비하는 섹션(94)을 가이드 요소가 구비한다. 가이드 요소(62)의 보다 작은 지름을 구비하는 추가적인 섹션(95)은 샤프트(8)의 중앙 보어(61)를 관통한다. 가이드 요소(62)는 로터(4)의 흡입측까지 연장되는 중앙 보어(81)를 구비한다.

단순화와 우수한 개괄을 위하여, 냉각제가 중앙 보어(81)를 통하여 공급되고 흡입측의 섹션(94)의 횡 보어(64')를 통하여 냉각 슬롯(32')으로 유동하는 해법이 제시된다. 선반 가공된 섹션(66', 105) 뿐만 아니라 횡 보어(64')를 통하여 배출측 냉각 슬롯(32")의 단부가 흡입측 냉각 슬롯(32")의 단부에 연결되어 냉각제는 두 개의 냉각 슬롯(32', 32")을 거쳐 순차적으로 냉각제가 통과한다. 선반 가공된 추가적인 섹션(106)을 통하여, 냉각제 슬롯(32")의 배출측 배출공(66")이 기어 챔버(16)의 레벨에서 배출공(69)에 연결된다. 또한 이 해법의 경우에 특히 로터 섹 션(4')을 고정하기 위하여 가이드 요소(62)를 타이 로드로 채택하는 가능성이 조재한다.

물론 도 9에 따른 실시예에서 냉각 슬롯(32', 32")이 분리되고/되거나 역류로 공급되도록 하는 방식으로 냉각제용 공급 및 배출 라인을 설계하는 가능성이 있다.

도 7 내지 도 9에 따른 해법은 특히 로터(3, 4)가 외팔보형으로 되는 경우 유리한데, 예를 들어 플라스틱과 같은 가벼운 재료로 가이드 요소(62)를 제조하는 가능성이 있다. 즉 베어링으로부터 멀리 있는 로터의 질량이 작게 유지될 수 있다. 틀라스틱 또는 유사한 재료의 사용은 열 전도가 우수하지 않은 유입 및 배출 냉각 물질 사이에 배치되는 장점을 제공한다.

Claims

샤프트(7, 8)와 상기 샤프트에 고정되는 2 개의 로터(3, 4)를 포함하고 각각의 상기 로터가 냉각제를 안내하기 위한 장치를 갖는 중앙 중공 챔버(31)를 구비하는 스크류 진공 펌프(1)로서,

상기 로터(3, 4)의 중공 챔버(31) 내에 배치되며 상기 로터와 함께 회전하는 빌트-인 요소가 존재하고, 상기 빌트-인 요소는 냉각제가 관통하여 유동하는 비교적 협소한 환형 슬롯 세그먼트(32)를 형성하고, 상기 대응 환형 슬롯 세그먼트(32)는 상기 빌트-인 요소와 상기 로터의 중공 챔버(31)의 대응하는 내벽 사이, 및 상기 로터(3, 4)의 흡입측과 상기 로터의 배출측 사이로 연장되며, 상기 샤프트를 가로지르는 개별의 공급 및 배출 라인을 통해 냉각제의 상기 환형 슬롯 세그먼트(32)로의 공급이 실행되고, 상기 환형 슬롯 세그먼트를 통하여 캐비테이션이 없고 버블이 없는 유동을 보장하는 수단이 제공되며,

상기 환형 슬롯 세그먼트(32)는 원통 형상으로 구성되며 0.2 내지 5 ㎜의 두께를 갖고,

냉각제를 펌핑하기 위한 펌핑 수단이 제공되며, 상기 펌핑 수단은 상기 냉각제가 0.1 내지 1㎧의 속도로 상기 환형 슬롯 세그먼트를 통하여 유동하도록 구성되는,

스크류 진공 펌프.
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제 1 항에 있어서,

상기 유동의 방향은 상기 냉각제가 상기 로터의 배출측으로부터 흡입측을 향하여 유동하도록 선택되는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 로터(3, 4)는 외팔보형이고, 각각의 경우에 상기 냉각제를 공급하기 위한 공급 라인(41, 81)은 상기 샤프트(7, 8)의 배출측을 향하여 개방되는 포켓 홀인,

스크류 진공 펌프.
제 6 항에 있어서,

상기 샤프트(7, 8)의 상기 배출측의 단부의 영역에 냉각제 펌프가 배치되는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 로터(3, 4)는 양 단부에서 지지되고, 상기 냉각제용 각각의 공급 라인(55)은 상기 샤프트(7, 8)의 흡입측을 향해 개방되는 포켓 홀인,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각제를 배출하기 위한 목적으로 제공되는 라인들이 기어 챔버(16) 안으로 개방되는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

축방향으로 배향된 상기 공급 및 배출 라인 중 하나 이상은 상기 샤프트(7, 8)의 중앙 또는 분산된 보어의 형태를 갖는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 샤프트(7, 8)는 중공 챔버(61)를 구비하고, 상기 중공 챔버 내에는 상기 냉각제를 안내하기 위한 가이드 요소(62)가 배치되는,

스크류 진공 펌프.
제 11 항에 있어서,

축방향으로 배향된 상기 공급 및 배출 라인 중 하나 이상은 상기 가이드 요소 내에서 중앙 보어 또는 분산된 보어, 측면 종방향 그루브 섹션, 또는 외부 요홈부의 형태를 갖는,

스크류 진공 펌프.
제 12 항에 있어서,

상기 축방향 및 방사상 라인 섹션은 한편으로 공급 냉각제 다른 한편으로 배출 냉각제의 개별의 교차 안내를 허용하는 방식으로 상기 가이드 요소 내에 배치되는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

축방향으로 배향된 상기 공급 및 배출 라인이 주로 방사상 보어를 통하여 상기 환형 슬롯 세그먼트(32)에 연결되는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 환형 슬롯 세그먼트(32)는 직접 상기 샤프트(7, 8)와 상기 로터의 중공 챔버(31)의 내벽 사이에 직접 배치되는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 샤프트(7, 8)는 슬리브(87)를 구비하고, 상기 슬리브의 외측이 상기 환형 슬롯 세그먼트(32)를 제한하는,

스크류 진공 펌프.
제 11 항에 있어서,

상기 샤프트(7, 8)의 흡입측 단부는 상기 로터(3, 4)의 배출측 단부에 연결되고, 상기 가이드 요소(62)는 상기 로터의 중공 챔버(31) 안으로 연장되고, 상기 가이드 요소는 상기 환형 슬롯 세그먼트(32)를 제한하는,

스크류 진공 펌프.
제 17 항에 있어서,

상기 가이드 요소(62)는 가벼운 재료로 제조되는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 환형 슬롯 세그먼트(32)는 선반 가공된 섹션(88)에 의하여 형성되고, 상기 선반 가공된 섹션이 상기 환형 슬롯 세그먼트(32)를 제한하는,

스크류 진공 펌프.
제 11 항에 있어서,

상기 로터(3, 4)는 관통 구멍을 구비하고, 상기 가이드 요소(62)는 상기 로터(3, 4)를 상기 샤프트(7, 8)에 부착하기 위한 타이 로드의 기능을 갖는,

스크류 진공 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 로터(3, 4)는 두 개의 섹션(4', 4")을 포함하고 각각의 상기 섹션에 대하여 냉각 슬롯(32', 32")이 제공되는,

스크류 진공 펌프.
제 21 항에 있어서,

상기 샤프트(7, 8)는 상기 로터(4)의 배출측의 섹션(4")을 관통하고, 상기 흡입측의 섹션(4')은 상기 샤프트(7, 8)의 배출측 단부에 연결되고, 가이드 요소(62)가 상기 흡입측의 상기 로터 섹션(4')의 상기 중공 챔버까지 연장되며 상기 냉각 슬롯(32')을 제한하는,

스크류 진공 펌프.