KR20190039966A

KR20190039966A - 스크류 진공 펌프

Info

Publication number: KR20190039966A
Application number: KR1020197006029A
Authority: KR
Inventors: 토마스 드라이페르트; 디르크 쉴러; 볼프강 기에브만스; 롤란트 뮐러
Original assignee: 라이볼트 게엠베하
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2019-04-16
Also published as: EP3507495B1; US20190203711A1; DE202016005209U1; KR102395548B1; WO2018041614A1; CN109642573B; CN109642573A; JP2019526739A; BR112019002456A2; JP7132909B2; EP3507495A1; CA3032898A1; US11300123B2

Abstract

스크류 진공 펌프는, 펌핑 챔버를 한정하고 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지는 하우징(26)을 포함한다. 또한, 상기 펌핑 챔버(46)에 배열된 2 개의 스크류 로터가 제공되며, 각각의 스크류 로터는 복수의 나선부를 한정하기 위한 나선형 리세스를 갖는 적어도 하나의 변위 요소(10, 12)를 포함하고, 적어도 하나의 변위 요소(10, 12)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다. 출구 압력의 5% 내지 30%가 지배적인 영역과 로터의 압력측 단부 사이에, 적어도 6 개, 특히 적어도 8 개, 및 특히 바람직하게는 적어도 10 개의 나선부가 제공된다.

Description

스크류 진공 펌프

본 발명은 스크류 진공 펌프에 관한 것이다.

스크류 진공 펌프는 하우징 내부에 펌핑 챔버를 포함하며, 이 챔버 안에 2 개의 스크류 로터가 배열된다. 각각의 스크류 로터는 나선형 리세스(recess)를 갖는 적어도 하나의 변위 요소를 포함한다. 이로써 복수의 나선부(winding)가 형성된다. 특정 파워 입력(specific power input)이 낮은 상태에서, 스크류 진공 펌프에 의한 저압 또는 200 mbar(절대 압력) 미만의 고진공 달성을 가능하게 하기 위해서, 공지의 스크류 진공 펌프는 높은 내부 압축(internal compression)을 갖는다. 내부 압축은 펌프의 입구로부터 출구까지 이송 체적의 감소를 한정한다. 낮은 출력 압력은 특히 적어도 하나의 변위 요소의 외측과 펌핑 챔버의 내측 사이에 높이가 낮은 갭이 형성됨으로써 얻어진다. 이러한 작은 갭을 구현할 수 있기 위해서, 스크류 로터의 신뢰성 있는 냉각이 보장되어야 한다. 단지 이것에 의해서, 특히 높은 압력차가 발생되는 스크류 진공 펌프의 압력측 영역에서, 로터의 온도 및 따라서 적어도 하나의 로터의 변위 요소의 온도가, 온도에 기인된 변위 요소의 팽창으로 인해, 변위 요소의 외측과 펌핑 챔버의 내측 사이 상호 접촉이 유발되는 방식으로 상승될 수도 있는 점이 방지될 수 있다.

이와 관련하여, EP 1 242 743에 의해서 로터에 내부 냉각부를 제공하는 것이 공지된다. 로터용 내부 냉각부는 로터의 효과적인 냉각 및 따라서 로터에 연결되거나 로터와 일체형으로 형성되는 적어도 하나의 변위 요소의 효과적인 냉각을 보장할 것이고, 따라서 작은 갭 높이를 구현할 수 있도록 한다. 이러한 로터용 내부 냉각부는 매우 복잡하고 따라서 고가이다.

본 발명의 목적은, 로터용 내부 냉각부를 생략하면서, 특히 200 mbar 미만 및 특히 바람직하게는 10 mbar 미만의 고진공이 달성될 수 있는 스크류 진공 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 위 목적은 청구항 1에 따른 스크류 진공 펌프에 의해서 달성된다.

본 발명의 스크류 펌프는 내부에 배열되는 2 개의 스크류 로터를 갖는 펌핑 챔버를 한정하는 하우징을 포함한다. 본 발명에 따르면, 하우징 및 로터는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다. 하우징을 위한 알루미늄 합금으로서 본 개시에서 특히 바람직한 것은 AlSi7Mg 또는 AlMg0.75Si이다. 특히, 스크류 로터 재료의 팽창 계수는 하우징 재료의 팽창 계수보다 더 작다. 스크류 로터의 팽창 계수가 22*10^-61/K보다 더 작고 특히 바람직하게는 20*10^-61/K보다 더 작은 점이 특히 바람직하다.

펌핑 챔버 내에 배열된 2 개의 스크류 로터는 나선형 리세스를 갖는 적어도 하나의 변위 요소를 포함한다. 나선형 리세스는 복수의 나선부를 한정한다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 변위 요소는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다. 적어도 하나의 변위 요소를 AlSi9Mg 또는 AlSi17Cu4Mg로부터 생산하는 것이 바람직하다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 특히 22*10^-61/K보다 더 작은 그리고 특히 바람직하게는 20*10^-61/K보다 더 작은 낮은 팽창 계수를 갖는 점이 특히 바람직하다.

스크류 로터, 특히 적어도 하나의 변위 요소가, 각각의 스크류 로터에서, 하우징보다 더 작은 팽창 계수를 갖는 점이 특히 바람직하다. 하우징의 팽창 계수가 스크류 로터 또는 적어도 하나의 변위 요소의 팽창 계수보다 적어도 5% 그리고 특히 바람직하게는 적어도 10% 더 큰 점이 본 개시에서 특히 바람직하다. 로터의 합금이 낮은 열 팽창 계수를 실현하도록 바람직하게는 적어도 9%, 특히 바람직하게는 15% 초과의 높은 실리콘 퍼센티지를 갖는 점이 특히 바람직하다.

본 발명에 따르면, 스크류 로터 및 적어도 하나의 변위 요소는, 출구 압력의 5% 내지 20%가 지배적인 영역과 로터의 압력측 단부 사이에, 적어도 6 개, 특히 적어도 8 개, 그리고 특히 바람직하게는 적어도 10 개의 나선부가 제공되도록 구성된다. 본 개시의 압력측 로터 단부는 펌프 출구의 영역이다. 본 개시에서, 바람직한 실시형태에 따르면, 이 영역에서 본 발명에 따른 많은 수의 나선부가 로터마다 제공되는 단일의 압력측 변위 요소에 제공될 수 있다. 그러나, 예를 들어 2 개의 변위 요소 상에서 이 압력측 영역 내에 대응하는 수의 나선부를 제공하는 것이 또한 가능하다. 본 발명에 따라 나선부마다 이동될 매체의 상대적으로 낮은 압축이 발생되는 영역 내에 많은 수의 나선부를 제공함으로써, 로터의 내부 냉각부를 생략하는 것이 가능해진다. 이것은 특히, 이 영역에서 상대적으로 낮은 압축 때문에, 압축으로부터 기인하는 이 영역 내의 변위 요소의 온도의 상승이 더 낮기 때문이다. 또한, 이 영역 내의 매체의 상대적으로 높은 밀도 때문에, 이송되는 매체 자체는 변위 요소로부터 펌프 하우징으로의 높은 방열을 초래할 것이다.

또한, 많은 수의 나선부의 결과로서, 큰 표면적이 하우징에 대한 열 교환을 위해서 이용될 수 있다.

적어도 6 개, 특히 적어도 8 개 및 특히 바람직하게는 적어도 10 개의 나선부가 압력측 변위 요소에 제공되는 것이 특히 바람직하다. 본 개시에서, 압력측 변위 요소에 의해서 달성되는 압력 비율(= 출구 압력/압력측 변위 요소 전의 중간 압력)은 20 미만, 특히 10 미만 및 특히 바람직하게는 5 미만인 점이 특히 바람직하다. 따라서, 펌프 출구에서 대기 압력으로의 압축 시, 본 발명에 의해서 제공되는 마지막 6 개, 특히 마지막 8 개 및 특히 바람직하게는 마지막 10 개의 나선부는 20의 압력 비율로 50 mbar로부터 1,000 mbar로의 압축을 달성할 것이다. 따라서, 10의 압력 비율에서 100 mbar로부터 1,000 mbar로의 압축 및 5의 압력 비율에서 200 mbar로부터 1,000 mbar로의 압축이 발생할 것이다.

출구 압력의 5% 내지 20%가 지배적인 영역으로부터 이송의 방향으로 마지막 나선부까지, 즉 실질적으로 펌프 출구까지의 거리는 바람직하게는 로터 길이의 적어도 20% 내지 30%이다. 이것은 상대적으로 큰 영역 내에서, 단지 매우 낮은 압축이 여전히 발생할 것이라는 장점을 갖는다. 이것은 다시 저압축에 의한 온도의 상대적으로 낮은 상승으로 귀결될 것이다.

또한, 내부 냉각부가 없는 스크류 로터의 - 본 발명에 의해서 제공되는 바와 같은 - 구성에 대해서, 최소 6 개, 특히 최소 8 개 및 특히 바람직하게는 최소 10 개의 나선부의 압력측 변위 요소가 50 mbar보다 큰 평균 작동 압력을 갖는 것이 바람직하다. 펌프의 최종 압력 동작에서, 즉 입구의 폐쇄 상태에서, 50 mbar의 압력(경시적 평균)이 펌프의 이 영역에서 도달된다.

본 발명에 따르면, 따라서 내부 냉각부가 없는 로터에서도, 그리고 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 하우징의 경우, 그리고 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 적어도 하나의 변위 요소로, 특히 압력측 영역에서 적어도 하나의 변위 요소의 표면과 펌프 챔버 내측 사이에 0.05 mm 내지 0.3 mm, 특히 0.1 mm 내지 0.2 mm 범위의 높이를 갖는 냉각 갭을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 상대적으로 큰 갭 높이는 6 개, 특히 8 개 그리고 특히 바람직하게는 10 개의 마지막 나선부의 본 발명에 따른 상술된 구성 때문에 제공될 수 있다.

각각의 변위 요소는 바람직하게는 전체 길이를 따라서 동일한 외형을 갖는 적어도 하나의 나선형 리세스를 포함한다. 바람직하게는, 외형은 각각의 변위 요소에 대해서 상이하다. 따라서, 바람직하게는 각각의 변위 요소가 일정한 피치 및 균일한 외형을 포함한다. 결과적으로, 제조는 상당히 용이해져 생산비가 크게 낮아질 수 있다.

흡입 능력의 추가적인 향상을 위해서, 흡입측 변위 요소, 즉 특히 펌핑 방향으로 보았을 때 제1 변위 요소의 외형은 비대칭이다. 외형 또는 프로파일의 비대칭 형상에 의해서, 플랭크(flank)는 누출 표면, 소위 블로홀(blowhole)이 바람직하게는 완전히 제거되거나 또는 적어도 작은 단면을 갖도록 구성될 수 있다. 특히 유용한 비대칭 프로파일은 소위 "큄비(Quimby) 프로파일"이다. 이러한 프로파일은 상대적으로 제조하기가 어렵지만, 연속적인 블로홀이 없다는 장점을 갖는다. 쇼트 서킷(short circuit)이 단지 2개의 인접한 챔버 사이에만 존재한다. 프로파일이 상이한 프로파일 플랭크를 갖는 비대칭 프로파일을 갖기 때문에, 이들의 제조는, 2 개의 플랭크가 이들의 비대칭성으로 인해 2 개의 상이한 작업 단계에서 생산되어야 하므로, 적어도 2 개의 작업 단계를 요구한다.

압력측 변위 요소, 특히 펌핑 방향으로 보았을 때 마지막 변위 요소는 바람직하게는 대칭적 외형을 구비한다. 대칭적 외형은 특히 제조가 더 간단해진다는 이점을 갖는다. 특히, 대칭적 외형을 갖는 양 플랭크들은 회전식 엔드 밀 또는 회전식 사이드 밀링 커터를 사용함으로써 하나의 작업 단계에서 생성될 수 있다. 비록 이 타입의 대칭적 프로파일이 블로홀을 포함하지만, 이들은 연속적으로 제공되고, 즉 단지 인접한 2 개의 챔버 사이에만 제공되는 것이 아니다. 블로홀의 사이즈는 피치가 감소함에 따라 감소한다. 따라서, 이러한 대칭적 프로파일은, 이들이 바람직한 일 실시형태에 따르면, 흡입측 변위 요소보다, 그리고 바람직하게는 흡입측 변위 요소와 압력측 변위 요소 사이에 배열된 변위 요소보다 더 작은 피치를 갖기 때문에 특히 압력측 변위 요소를 위해서 제공될 수 있다. 비록 이러한 대칭적 프로파일의 누출기밀성이 약간 더 낮지만, 이들은 제조가 확실하게 더 간단하다는 장점을 갖는다. 특히, 간단한 엔드 밀 또는 사이드 밀링 커터를 사용함으로써 단일 작업 단계에서 대칭 프로파일을 생성하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 비용은 상당히 감소된다. 특히 유용한 대칭적 프로파일은 소위 "사이클로이드 프로파일(cycloidal profile)"이다.

적어도 2 개의 이러한 변위 요소의 제공은, 낮은 파워 입력으로 대응하는 스크류 진공 펌프가 낮은 입구 압력을 생성하는 것을 가능하게 한다. 또한, 열응력이 낮다. 진공 펌프에 있어서, 일정한 피치 및 균일한 외형을 갖는, 본 발명에 따라 구성된 적어도 2 개의 변위 요소의 배열은 변하는 피치를 갖는 변위 요소를 갖는 진공 펌프에서와 실질적으로 동일한 결과로 이어질 것이다. 특정의 고체적비율의 경우, 로터에 따라서, 3 개 또는 4 개의 변위 요소가 제공될 수 있다.

달성가능한 입구 압력을 감소시키기 위해서 그리고/또는 파워 입력 및/또는 열응력을 감소시키기 위해서, 특히 바람직한 실시형태에 따르면 압력측 변위 요소, 즉 특히 펌핑 방향으로 보았을 때 마지막 변위 요소가 많은 수의 나선부를 포함하는 점이 제공된다. 많은 수의 나선부 때문에, 성능이 동일하게 유지되면서, 스크류 로터와 하우징 사이에 큰 갭이 수용될 수 있다. 본 개시에서 갭은 0.05 내지 0.3 mm의 범위 내의 냉각 갭 폭을 가질 수 있다. 많은 수의 출구 나선부 또는 압력측 변위 요소에서 많은 수의 나선부는, 본 발명에 따르면, 이 변위 요소가 일정한 피치 및 특히 대칭적 외형을 또한 갖기 때문에, 생산이 저렴하다. 이것은 간단하고 저렴한 생산 공정을 허용하여, 많은 수의 나선부의 제공이 허용될 수 있다. 바람직하게는, 이 압력측 변위 요소 또는 마지막 변위 요소는 6 개 초과, 특히 8 개 초과 및 특히 바람직하게는 10 개 초과의 나선부를 포함한다. 대칭적 프로파일의 사용은 특히 바람직한 실시형태에서, 밀링 커터의 사용에 의해서, 프로파일의 양 플랭크들이 동시에 커팅될 수 있다는 장점을 갖는다. 이 공정에서, 밀링 커터는 각각의 대향하는 플랭크에 의해서 추가적으로 지지되고, 따라서 밀링 공정 동안의 변형 또는 휨 및 결과적인 부정확성이 회피된다.

제조 비용의 추가적인 감소를 위해서, 변위 요소 및 로터 샤프트가 일체형으로 형성되는 것이 특히 바람직하다.

다른 실시형태에 따르면, 인접한 변위 요소들 사이의 피치의 변화는 비균일한 또는 급작스런 방식으로 제공된다. 선택적으로, 2 개의 변위 요소는 종방향으로 서로 거리를 두고 배열되어, 2 개의 변위 요소 사이에, 공구 런아웃(too run-out) 구역으로 기능하는, 포위식 링 형상 원통형 챔버가 형성된다. 이것은, 이 영역에서, 나선형 선을 생성하는 공구가 간단한 방식으로 철수될 수 있기 때문에, 일체형 구성의 로터에서 특히 유리하다. 변위 요소들이 서로 독립적으로 제조되고 다음으로 샤프트 상에 장착되는 경우에, 특히 이러한 링 형상 원통형 영역의 공구 런아웃 구역의 제공은 필수적이지 않을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 공구 런아웃 구역이 피치 변경이 있는 인접한 2개의 변위 요소 사이에 제공되지 않는다. 피치 변경의 영역에서, 바람직하게는 양 플랭크들은 공구가 철수되는 것을 허용하도록 보이드(void) 또는 리세스를 포함한다. 이러한 보이드는, 보이드 또는 리세스가 국부적이고 사이즈에 있어서 매우 제한되기 때문에 펌프의 압축 성능에 현저한 영향을 주지 않는다.

본 발명의 진공 펌프 스크류 로터는 특히 복수의 변위 요소를 포함한다. 이들은 각각 동일한 직경 또는 상이한 직경을 갖는다. 이와 관련하여, 압력측 변위 요소가 흡입측 변위 요소보다 더 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다.

로터 샤프트로부터 독립적으로 생산된 변위 요소의 경우에, 변위 요소는, 예를 들어, 압입에 의해서 샤프트 상에 장착될 것이다. 본 개시에서, 변위 요소들의 서로에 대한 각위치의 고정을 위해서 다월 핀(dowel pin)과 같은 요소를 제공하는 것이 바람직하다.

특히, 스크류 로터의 일체형 구성의 경우뿐만 아니라, 복수 편 구성의 경우에도, 스크류 로터를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로부터 생산하는 것이 바람직하다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 특히 AlSi9Mg 또는 AlMg0.7Si로부터 로터를 생산하는 것이 특히 바람직하다. 합금은 바람직하게는 팽창계수를 낮추도록 9% 초과, 특히 15% 초과의 실리콘 퍼센티지를 갖는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 로터를 위해서 사용되는 알루미늄은 낮은 팽창 계수를 갖는다. 재료가 22*10^-61/K 미만, 특히 20*10^-61/K 미만의 팽창 계수를 갖는 점이 바람직하다. 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 변위 요소의 표면은 코팅되며, 특히 마모 및/또는 부식에 저항하는 코팅이 제공된다. 본 개시에서, 응용 분야에 따라서, 바람직하게는 양극 코팅 또는 다른 적합한 코팅이 제공된다.

스크류 로터가 일체형으로, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로부터 제조되는 것이 특히 바람직하다. 스크류 로터는 또한 적어도 하나의 변위 요소를 지지하는 로터 샤프트를 포함한다. 이것은, 특히 복수의 변위 요소가 제공될 때, 이들이 서로 독립적으로 생산될 수 있고, 다음으로, 특히 이들을 제 위치에 가압하거나 또는 수축끼움(shrink)으로써 로터 샤프트에 연결되는 장점을 갖는다. 본 개시에서, 개별 변위 요소의 각위치의 한정을 위해서, 피팅 키(fitting key) 등을 제공하는 것이 가능하다. 로터 샤프트는 스틸로 만들어질 수 있고 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지는 적어도 하나의 변위 요소를 지지할 수 있다.

스크류 로터 당 복수의 변위 요소의 바람직한 제공의 경우, 변위 요소들을 일체형 부재로 구성하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 스크류 로터가 내부 냉각부를 갖지 않는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 특히 액체 냉매가 유동하는 채널을 스크류 로터가 포함하지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 스크류 로터는, 예를 들어, 경량화 및 밸런싱 등을 위한 보어 또는 채널을 포함할 수 있다. 특히, 스크류 로터는 고체인 것이 바람직하다.

또한, 압력측 변위 요소의 영역에서, 즉 특히 마지막 6 개, 특히 마지막 8 개 및 특히 바람직하게는 마지막 10 개의 나선부의 영역에서, 변위 요소와 하우징 사이에 작은 온도차가 존재한다. 정상 작동 중에, 이 온도 차이는 바람직하게는 50 K 미만, 특히 20 K 미만이다. 정상 작동은 최종 압력으로부터 개방된 입구(대기 흡입)까지의 전체 흡입 압력 범위로 이해될 것이다.

또한, 압력측 변위 요소, 즉 마지막 6 개, 특히 마지막 8 개 및 특히 바람직하게는 마지막 10 개의 나선부의 영역에서 하우징이 20,000 W/m² 미만, 바람직하게는 15,000 W/m² 미만, 특히 10,000 W/m² 미만의 평균 열플럭스 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 평균 열플럭스 밀도는 압축 성능과 출구 영역의 벽 표면적 사이의 비율이다.

본 발명은 바람직한 실시형태로써 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

다음이 도시된다:
도 1은 본 발명의 스크류 진공 펌프의 스크류 로터의 제1 바람직한 실시형태의 개략 평면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 스크류 진공 펌프의 스크류 로터의 제2 바람직한 실시형태의 개략 평면도를 도시한다.
도 3은 비대칭 프로파일을 갖는 변위 요소의 개략 단면도를 도시한다.
도 4는 대칭적 프로파일을 갖는 변위 요소의 개략 단면도를 도시한다.
도 5는 스크류 진공 펌프의 개략 단면도를 도시한다.

도 1 및 도 2에 도시된 스크류 로터는 도 5에 도시된 스크류 진공 펌프에서 사용될 수 있다.

진공 펌프 스크류 로터의 제1 바람직한 실시형태에 따르면, 로터는 2 개의 변위 요소(10, 12)를 포함한다. 제1 흡입측 변위 요소(10)는 약 10 내지 150 mm/회전의 큰 피치를 갖는다. 피치는 전체 변위 요소(10)를 따라서 일정하다. 또한 나선형 리세스의 외형은 일정하다. 제2 압력측 변위 요소(12)는 또한 길이를 따라서 일정한 피치 및 리세스의 일정한 외형을 갖는다. 압력측 변위 요소(12)의 피치는 바람직하게는 10 내지 30 mm/회전의 범위 내에 있다. 2 개의 변위 요소 사이에는 링 형상 원통형 리세스(14)가 제공된다. 상기 리세스는 도 1에 도시된 바와 같이 스크류 로터의 일체형 구성을 고려하여 공구 런아웃 구역을 구현하는 목적을 갖는다.

또한, 일체형 스크류 로터는 2 개의 베어링 시트(16) 및 샤프트 단부(18)를 포함한다. 샤프트 단부(18)에, 예를 들어 구동을 위한 치형 휠이 연결된다.

도 2에 도시된 제2 바람직한 실시형태에 있어서, 2 개의 변위 요소(10, 12)는 별개로 생산되고 다음으로, 예를 들어 이들을 가압함으로써 로터 샤프트(20) 상에 고정될 것이다. 이 생산 방법은 약간 복잡하나 인접한 2개의 변위 요소(10, 12) 사이에 공구 런아웃을 위한 원통형 거리(14)에 대한 필요성이 제거된다. 베어링 시트(16) 및 샤프트 단부(18)는 샤프트(20)의 일체형 구성요소일 수 있다. 대안적으로, 연속적인 샤프트(20)는 또한 변위 요소(10, 12)와 상이한 다른 재료로부터 생산될 수 있다.

도 3은 비대칭 프로파일(예를 들어, 큄비 프로파일)의 개략 측면도를 도시한다. 도시된 비대칭 프로파일은 소위 "큄비 프로파일"이다. 단면도는, 서로 치합되고, 종방향이 도면의 평면에 수직으로 연장되는 2 개의 스크류 로터를 도시한다. 로터의 반대 방향으로의 회전은 2 개의 화살표(15)에 의해서 표시된다. 변위 요소의 종축에 수직으로 연장되는 평면(17)에 대해서, 2 개의 플랭크(19 및 21)의 프로파일은 서로 상이하다. 따라서, 서로 반대인 플랭크(19, 21)는 서로 독립적으로 생산되어야 한다. 그러나, 이 이유 때문에 약간 더 복잡하고 어려운 제조에 있어서, 전면적인 블로홀이 존재하지 않고 단지 인접한 2 개의 챔버 사이에 쇼트 서킷이 존재한다는 점에서 장점이 있다.

이러한 비대칭 프로파일은 바람직하게는 흡입측 변위 요소(10)에 제공된다.

다음으로, 도 4의 개략 측면도는 다시 반대 방향(화살표(15))으로 회전되는 2 개의 변위 요소 또는 2 개의 스크류 로터의 단면도를 도시한다. 대칭축(17)에 대해서, 플랭크(23)들은 각각의 변위 요소에서 대칭적 구성을 갖는다. 도 4에 도시된 대칭적으로 구성된 외형의 바람직한 실시형태에서, 사이클로이드 프로파일이 사용된다.

도 4에 도시되는 바와 같은 대칭적 프로파일은 바람직하게는 압력측 변위 요소(12)에 제공된다.

또한, 2 개 초과의 변위 요소를 제공하는 것이 가능하다. 이것들은 선택적으로 상이한 헤드 직경 및 대응하는 풋(foot) 직경을 갖는다. 본 개시에서, 더 큰 헤드 직경을 갖는 변위 요소가 입구, 즉 흡입측에 배치되어, 이 영역에서 더 큰 흡입 용량을 실현하고 그리고/또는 체적 비율을 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 상술된 실시형태들이 조합될 수 있다. 예를 들어, 2 개 이상의 변위 요소는 샤프트와 일체형으로 생산될 수 있거나, 추가적인 변위 요소는 샤프트로부터 독립적으로 생산되어 샤프트 상에 장착될 수 있다.

본 발명의 스크류 진공 펌프의 바람직한 실시형태를 도시하는 도 5의 개략도에서, 도 1에 도시된 바와 같은 2 개의 스크류 로터는 하우징(26) 내에 배열된다. 진공 펌프 하우징(26)은 입구(28)를 포함하며, 이 입구를 통해서 가스가 화살표(30) 방향으로 흡입된다. 입구(28)는 예를 들어, 진공배기될 챔버에 연결된다. 펌프 하우징(26)은 압력측 출구(32)를 더 포함하며, 이 출구를 통해서 가스가 화살표(38) 방향으로 배출된다. 바람직하게는, 본 발명의 스크류 진공 펌프가 곧바로 대기에 대해서 펌핑하여 프리진공 펌프(pre-vacuum pump)가 출구(32)에 더 이상 연결(이것이 또한 가능함)되지 않는다.

도시된 예시적 실시형태에서, 2 개의 압력측 변위 요소(12)는 스크류 로터 당 10 개의 나선부를 포함한다. 특히, 영역(40), 즉 전달 방향으로 보았을 때, 압력측 변위 요소(12)의 제1 나선부 영역에서, 출구(32)에 지배적인 압력의 5% 내지 20%의 압력이 지배적이다.

2 개의 압력측 변위 요소(12)의 표면(42)과 펌프 하우징(26)에 의해서 한정되는 펌핑 챔버(46)의 내측 표면(44) 사이에, 갭이 형성되며, 이 갭의 높이가 바람직하게는 0.05 mm 내지 0.3 mm 범위에, 특히 0.1 mm 내지 0.2 mm 범위에 있다.

도시된 예시적인 실시형태에서, 진공 펌프 하우징(26)은 2 개의 하우징 커버(47)에 의해서 폐쇄된다. 도 4에서 좌측 하우징 커버(47)는 2 개의 베어링 시트를 포함하며, 이 베어링 시트 내부 각각에 2 개의 로터 샤프트의 지지를 위해서 하나의 볼 베어링(48)이 배열된다. 도 4의 우측에서, 2 개의 스크류 로터 샤프트의 샤프트 저널(50)들은 커버(47)를 통해서 연장된다. 외측 상에, 2 개의 샤프트 저널(50)은 여기에 배열되는 각각의 치형 휠(52)을 갖는다. 도해된 예시적인 실시형태에서, 치형 휠(52)들은 2 개의 스크류 로터의 상호 동기화를 위해 서로 치합된다. 또한, 도 4에서 도시되는 바와 같이, 우측 커버(47)에도, 2 개의 베어링(48)이 스크류 로터들의 지지를 위해서 배열된다.

도 5에서 하측 샤프트는 구동 샤프트이며, 이 샤프트는 구동 모터(미도시)에 연결된다.

본 발명에 따른 특히 양호한 결과는 다음 사양에 의해서 얻어질 수 있으며, 따라서 이 사양은 특히 바람직하다:

하우징 재료: AlSi7Mg (캐스트(cast), 팽창 계수 22*10^-6K^-1 )

또는 AlMg0.7Si (압출, 팽창 계수 23*10^-6K^-1)

로터 재료: AlSi9Mg (캐스트, 팽창 계수 21*10^-6K^-1)

또는 AlSi17Cu4Mg (캐스트, 팽창 계수 18*10^-6K^-1)

로터의 실리콘 퍼센티지: 적어도 9%, 특히 바람직하게는 15% 초과

하우징/로터의 열 팽창 계수: 적어도 5% 더 크고, 특히 바람직하게는 10% 더 큼

흡입측과 압력측 변위 요소 사이에서 중간 압력:

압력 비율

출구 압력/중간 압력

특히 바람직하게는 하기 미만:

특히 하기 미만:

하기 미만:

냉각 갭 높이: 0.05 mm 내지 0.3 mm

특히 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.2 mm

Claims

펌핑 챔버를 한정하고 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지는 하우징(26), 및
상기 펌핑 챔버(46)에 배열된 2 개의 스크류 로터로서, 각각의 스크류 로터는 복수의 나선부(winding)를 한정하기 위한 나선형 리세스를 갖는 적어도 하나의 변위 요소(10, 12)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 변위 요소(10, 12)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지는, 상기 2 개의 스크류 로터를 포함하는 스크류 진공 펌프에 있어서,
출구 압력의 5% 내지 20%가 지배적인 영역과 상기 로터의 압력측 단부(펌프 출구) 사이에는, 적어도 6 개, 특히 적어도 8 개, 및 특히 바람직하게는 적어도 10 개의 나선부가 제공되는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 하나의 변위 요소는 압력측 변위 요소(12)로서 구성되고, 각각의 스크류 로터에 대해서, 적어도 하나의 추가적인 변위 요소(10)가 제공되는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 2에 있어서,
상기 압력측 변위 요소(12)는 20 미만, 특히 10 미만 및 특히 바람직하게는 5 미만의 압력 비율을 유발하는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 압력측 변위 요소(12)는 적어도 6 개의 나선부, 특히 적어도 8 개의 나선부 및 특히 바람직하게는 적어도 10 개의 나선부에서 50 mbar 초과의 평균 작동 압력을 갖는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변위 요소(12)의 표면(42)과 상기 펌핑 챔버(46)의 내측 표면(44) 사이에는, 0.05 mm 내지 0.3 mm, 특히 0.05 mm 내지 0.2 mm 범위 내의 높이를 갖는 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력측 변위 요소(12)는 전체 길이에 걸쳐서 일정한 피치를 갖는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력측 변위 요소(12)의 리세스는 전체 길이에 걸쳐서 균일한, 특히 대칭적인 외형을 갖는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 2 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력측 변위 요소(12)는 단일 나사선인 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 스크류 로터는 상기 적어도 하나의 변위 요소(10, 12)를 지지하는 로터 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
스크류 로터의 변위 요소(10, 12)는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지는 스크류 로터는 낮은 팽창 계수 및 특히 22*10^-61/K 미만의 팽창 계수 및 특히 바람직하게는 20*10^-61/K 미만의 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크류 로터, 및 특히 상기 적어도 하나의 변위 요소(10, 12)는, 각각의 스크류 로터에 대해서, 상기 하우징(26)보다 더 작은 팽창 계수를 갖고, 상기 하우징(26)의 팽창 계수는 특히 적어도 상기 스크류 로터의 팽창 계수 또는 상기 적어도 하나의 변위 요소(10, 12)의 팽창 계수보다 더 큰 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크류 로터는 로터 내부 냉각부를 갖지 않는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크류 로터는 냉매, 특히 액체 냉매가 유동하는 채널을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크류 로터는 고체인 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 2 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
정상 동작 중에 상기 압력측 변위 요소(12)의 영역에서 상기 압력측 변위 요소(12)와 상기 하우징(26) 사이의 온도 차이는 50 K 미만, 특히 20 K 미만인 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력측 변위 요소(12)의 영역에서, 평균 열 유동 밀도는 20000 W/m² 미만, 바람직하게는 15000 W/m² 미만, 및 특히 10000 W/m² 미만인 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출구 압력의 5% 내지 20%가 지배적인 영역으로부터 상기 압력측 변위 요소(12)의 마지막 나선부까지의 거리는 적어도 상기 로터 길이의 20% 내지 30%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는
스크류 진공 펌프.