WO1999019630A1 - Gekühlte schraubenvakuumpumpe - Google Patents

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WO1999019630A1
WO1999019630A1 PCT/EP1998/003756 EP9803756W WO9919630A1 WO 1999019630 A1 WO1999019630 A1 WO 1999019630A1 EP 9803756 W EP9803756 W EP 9803756W WO 9919630 A1 WO9919630 A1 WO 9919630A1
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rotor
pump according
pump
cooling
bearing
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PCT/EP1998/003756
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Bahnen
Thomas Dreifert
Original Assignee
Leybold Vakuum Gmbh
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Publication date
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/50—Bearings
    • F04C2240/51—Bearings for cantilever assemblies

Definitions

  • the invention relates to a cooled screw vacuum pump with two rotating systems, each consisting of a screw rotor and a shaft, with a flying rotor bearing, which has two spaced apart bearings on each shaft, and with a cavity in each rotor that is open on the bearing side. in each of which there is an internal rotor cooling.
  • the rotor-side bearing of the flying bearing is located within the central cavity in the rotor that is open toward the bearing side.
  • the cooling takes place with the help of lubricating oil, which is first led to the rotor-side bearing within a central channel in the shaft.
  • the amount of oil delivered is greater than is necessary for lubricating the bearings in order to be able to dissipate as much heat as possible.
  • the amount of oil that can be passed through the cavity in the screw vacuum pump according to the prior art is limited, since not only the bearing but also the position carrier must be accommodated in this cavity. There is therefore a risk of inadequate cooling of the pressure-side area of the screw vacuum pump, since it is in this area in particular that the heat development due to the compression performed ons work is greatest. Because of the existing cavity in the rotor, the wall thickness of the rotor in the region of the bearing cavity is also limited. As a result, it is only possible with very high temperature gradients to dissipate the heat generated in the pressure-side area of the screw threads via the suction-side area of the rotor, the shaft and the cooling oil.
  • a high temperature or inadequate cooling of the pressure-side area of a screw vacuum pump has the consequence that the rotors expand unevenly and thus local play is lost between the rotors and between each of the rotors and the housing. Start-up of the rotors can be avoided by relatively large games. Relatively large games, however, result in a deterioration in the pump properties. Furthermore, with the known screw vacuum pump, there is a risk of the bearing located in the cavity overheating, especially since it can only be lubricated with relatively warm oil. Finally, the known screw vacuum pump can only be operated with vertically arranged shafts.
  • the present invention has for its object to equip a screw vacuum pump of the type mentioned with improved cooling.
  • this object is achieved in that the rotor-side bearing of the bearing is located outside the cavity in the rotor.
  • the invention makes it possible to effectively cool the rotor from the inside without being obstructed by bearings and bearing supports, so that the undesirable consumption of games no longer occurs in this critical area.
  • Each rotor expediently consists of two sections with different thread profiles, the depth of the thread of the pressure-side section being less than the depth of the thread of the suction section. A smaller thread depth in the pressure side section creates more space for accommodating the cavity with the internal cooling.
  • a cooling jacket of this type allows the entire pump to be tempered uniformly, in particular together with the internal cooling of the rotor according to the invention. As a result, it can assume different temperatures at different loads without reducing gaps. It is expedient to include the bearings, the bearing brackets and the drive motor in such a temperature control in order to avoid problems due to different temperature expansions. Finally, jacket cooling of the proposed type has the advantage that it has the effect of good sound insulation.
  • FIG. 1 shows a section through a screw vacuum pump with a cooling according to the invention
  • Figure 2 shows a partial section of Figure 1 with a further embodiment for a cooling according to the invention.
  • Figure 1 shows a section through an embodiment of a screw vacuum pump 1 according to the invention, namely at the level of that of the two rotating systems, which is equipped with the drive motor 2.
  • the two rotating systems are synchronized with the aid of gear wheels 3.
  • the rotating systems which are accommodated in the housing 4, each comprise the rotor 5 and the shaft 6.
  • Each rotor 5 is overhung, that is to say is supported on one side.
  • the shaft 6 is supported on the bearings 7 and 8 and the bearing bracket 11 and 12 in the housing 4.
  • housing covers 13, 14 are provided, of which the rotor-side cover 13 is equipped with an inlet connector 15.
  • the bearing bracket 12 is part of the gearbox-side cover 14.
  • the rotor 5 consists of two positively connected rotor sections 17, 18 with different profiles 19, 20.
  • the suction-side rotor section 17 has a large-volume profile 19 for achieving high volume flows in the helical scoop space.
  • the pressure-side section 18 of the rotor 5 has both a reduced profile volume and a smaller diameter. As a result, the cross section of the helical scoop spaces decreases. An internal compression is achieved, the work of compression is reduced.
  • the inner wall of the housing 4 is adapted to the rotor gradation (gradation 21).
  • a dash-dotted line -22 indicates that the housing can be made divisible at the level of the gradation 21. This makes it possible for the suction-side rotor section 17 and the to replace suction-side part 4 'of the housing 4 by rotor sections with different profiles, lengths and / or diameters, and housing sections 4' adapted to this, in order to be able to adapt the pump to different applications.
  • the outlet of the pump 1 adjoining the pressure-side end of the threads is designated by 24. It is led out to the side.
  • a housing bore 25 opens into the outlet, which connects the pumping chamber to the outlet at the height at which its cross-section decreases - be it through gradation and / or by changing the thread profile.
  • a check valve 26 which opens when there is overpressure in the suction chamber and short-circuits the suction-side thread of the rotor section 17 with the outlet 24.
  • shaft seals 27 are provided, which are located between the bearing 7 and the rotor section 18.
  • the cooling system of the illustrated embodiment comprises an internal rotor cooling and a casing jacket cooling.
  • the rotor 5 is equipped with a cavity 31 which is open towards its bearing side and which can extend almost through the entire rotor 5.
  • the pressure-side section 18 is expediently hollow.
  • the suction-side section 17 closes the suction-side end of the cavity 31.
  • the shaft 6, which is expediently formed in one piece with the rotor 5 or with the pressure-side section 18 of the rotor 5, is also hollow (cavity 32).
  • the cooling tube 33 and the annular space formed by the cooling tube 33 and the hollow shaft 6 are available for the supply or discharge of a coolant.
  • the bearing-side opening 34 of the cooling tube 3 is connected via the line 35 to the outlet of a coolant pump 36.
  • a coolant sump 37 which is connected to the inlet of the coolant pump 36 via the line system 38.
  • the sump 37 and the line system 38 are designed such that the pump 1 shown can be operated in any position between vertical and horizontal. Coolant levels that occur when the pump 1 is horizontal and vertical are shown.
  • the opening 34 of the cooling tube 33 is outside or inside the Housing 4.
  • coolant is conveyed from the coolant pump 36 out of the coolant sump 37 via the cooling pipe 33 into the cavity 31 in the rotor 5. From there it flows back into the sump 37 via the annular space between the cooling pipe 33 and the shaft 6.
  • the cavity 31 is located at the level of the pressure-side area of the threads of the pump 1, so that this area is effectively cooled.
  • the coolant flowing back outside the cooling tube 33 tempered, inter alia, the hollow shaft 6, the bearings 7 and 8, the drive motor 2 (on the armature side) and the gearwheels 3, so that thermal expansion problems are reduced.
  • the cross section of the annular space between the cooling tube 33 and the shaft 6 is expediently reduced in the region of its pressure-side end, for example by virtue of the fact that the cooling tube 33 has a larger outside diameter in this region. This creates a narrow passage 39. This constriction ensures that the coolant-carrying spaces are completely filled.
  • the housing jacket cooling shown comprises cavities or channels in the housing 4. Cooling channels provided in the area of the rotor 5 are 41, in the area of the motor
  • the cooling channels 41 located in the area of the rotor 5 have the task, on the one hand, of dissipating the heat which arises in particular in the pressure-side area of the rotor 5. On the other hand, they should temper the housing 4 as evenly as possible at the level of the entire rotor. After all, they should give off the heat they have absorbed.
  • the cavities 41 through which the coolant flows therefore extend over the full length of the rotor 5.
  • the housing cover 13 serves as an end on the suction side of the cavities 41. The housing 4 is also effectively cooled on the outlet side.
  • the cooling channels 42 located at the level of the drive motor 2 also have the tasks described. They bring about a temperature control of the drive motor (on the winding side) and of the bearing bracket 7. Finally, they significantly increase the heat emission outer surfaces of the pump 1. It is expediently equipped with ribs 44 at least at the level of the cooling channels 41 and 42.
  • the coolant channels 41, 42 are also supplied with coolant with the aid of the coolant pump 36, specifically via the lines 45 and 46, if they are to be flowed through in parallel. Depending on the thermal requirements, it is also possible to supply them with coolant one after the other. One of the lines 45 or 46 could then be omitted. The coolant returns from the cavities 41, 42 into the sump 37 via holes not shown in detail.
  • the coolant located in the sump takes on the temperature control of the bearing support 12 projecting into the sump 37.
  • the housing 4 and the rotor 5 are - as already mentioned - divisible at the level of the line 22. This makes it possible to replace the suction-side sections of rotor 5 (section 17) and housing 4 (section 4 ') with other components.
  • the pump 1 can be adapted to different applications by mounting rotor sections 17 with different profiles 19, different lengths, different pitches and / or different diameters, in each case together with an adapted housing section.
  • Profiles of different sizes can be used on the suction side to achieve high pumping speeds, profiles of different lengths on the suction side to achieve them lower final pressures and / or different volume gradations to achieve, for example, a higher fluid compatibility with a lower gradation or a high pumping speed with a relatively low power consumption for a higher gradation.
  • the coolant flowing through the screw vacuum pump 1 can be water, oil (mineral oil, PTFE oil or the like) or another liquid. It is expedient to use oil so that the bearings 7, 8 and the gears 3 can also be lubricated. Separate routing of coolant and lubricant as well as appropriate seals can be omitted. It is only necessary to ensure a metered supply of oil to the bearings 7, 8.
  • the rotors 5 and the housing 4 can be made of relatively inexpensive aluminum materials.
  • the proposed cooling and, above all, uniform temperature control of the pump 1 have the effect that, even at different operating temperatures and relatively small gaps, there is no local depletion of the game, which results in rotor-to-rotor and / or rotor-to-housing startup.
  • a further reduction in the gap is possible if materials are used for the inner, thermally more highly stressed components (rotors, bearings, bearing brackets, gears) of the pump 1, which have a lower coefficient of thermal expansion than the material for the less thermally stressed housing 4.
  • a Uniformity of the expansion of all components of the pump 1 is thereby achieved.
  • An example of one Material selection is steel (eg CrNi steel) for the inner components and aluminum for the housing. Bronze, brass or nickel silver can also be used as materials for the internal components.
  • the internal cooling of the rotor 5 comprises a cooling bushing 51, which is supported on the bearing 4 on the housing 4 and projects into the cavity 31.
  • the cooling bush 51 surrounds the shaft 6, which is no longer hollow, passes through the cavity (31) and carries the rotor 5 in the region of its suction end.
  • one or more cooling channels 52 are provided, which are supplied by the coolant pump 36 in a manner not shown in detail.
  • the gap 53 between the cooling bush 51 and the rotor 5 is chosen to be as small as possible.
  • the bushing 51 is provided with a thread 54, which has a pumping action directed in the direction of the pumping chamber. Dirt particles present there are retained.
  • the gap 55 between the bushing 51 and the shaft 6 is also relatively small in order to produce a pumping action with the aid of the thread 56 on the inside of the bushing 51. It acts in the direction of seal 27 / bearing 7 and keeps oil particles away from the pumping chamber.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte Schraubenvakuumpumpe (1) mit zwei rotierenden Systemen (5, 6), die jeweils aus einem Schraubenrotor (5) und einer Welle (6) bestehen, mit einer fliegenden Rotor-Lagerung, die auf jeder Welle zwei voneinander beabstandete Lager (7, 8) aufweist, und mit einem lagerseitig offenen Hohlraum (31) in jedem Rotor (5), in welchem sich jeweils eine Rotorinnenkühlung befindet; zur Verbesserung der Kühlung wird vorgeschlagen, dass sich das rotorseitige Lager (7) der Lagerung ausserhalb des Hohlraumes (31) im Rotor (5) befindet, damit in diesem Hohlraum (31) mehr Platz für eine wirksame Kühlung zur Verfügung steht.

Description

Gekühlte Schraubenvakuumpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte Schraubenvakuumpumpe mit zwei rotierenden Systemen, die jeweils aus einem Schraubenrotor und einer Welle bestehen, mit einer fliegenden Rotor-Lagerung, die auf jeder Welle zwei voneinander beabstandete Lager aufweist, und mit einem lagerseitig offenen Hohlraum in jedem Rotor, in welchem sich jeweils eine Rotorinnenkühlung befindet.
Bei einer bereits vorgeschlagenen Schraubenvakuumpumpe dieser Art befindet sich das rotorseitige Lager der fliegenden Lagerung innerhalb des zentralen, zur Lagerseite hin offenen Hohlraumes im Rotor. Die Kühlung erfolgt mit Hilfe von Schmieröl, das innerhalb eines zentralen Kanals in der Welle zunächst zum rotorseitigen Lager geführt wird. In an sich bekannter Weise ist die geförderte Ölmenge größer als es zur Schmierung der Lager notwendig ist, um möglichst viel Wärme abführen zu können.
Die Ölmenge, die bei der Schraubenvakuumpumpe nach dem Stand der Technik durch den Hohlraum hindurchgeführt werden kann, ist begrenzt, da in diesem Hohlraum nicht nur das Lager sondern auch noch der Lageiλträger untergebracht werden muss. Es besteht deshalb die Gefahr einer ungenügenden Kühlung des druckseitigen Bereichs der Schraubenvakuumpumpe, da gerade in diesem Bereich die Wärmeentwicklung auf Grund der geleisteten Kompressi- onsarbeit am größten ist. Wegen des vorhandenen Hohlraumes im Rotor ist außerdem die Wandstärke des Rotors im Bereich des Lager-Hohlraumes begrenzt. Dadurch gelingt esnur bei sehr hohen Temperaturgradienten, die gerade im druckseitigen Bereich der Schraubengänge entstehende Wärme über den saugseitigen Bereich des Rotors, die Welle und das Kühlöl abzuführen. Eine hohe Temperatur bzw. eine ungenügende Kühlung des druckseitigen Bereichs einer Schraubenvakuumpumpe hat zur Folge, dass es zu ungleichmäßigen Ausdehnungen der Rotoren und damit zu lokalen Spielaufzehrungen zwischen den Rotoren und zwischen jedem der Rotoren und dem Gehäuse kommt. Ein Anlaufen der Rotoren kann zwar durch relativ große Spiele vermieden werden. Relativ große Spiele haben jedoch eine Verschlechterung der Pumpeigenschaften zur Folge. Weiterhin besteht bei der vorbekannten Schraubenvakuumpumpe die Gefahr einer Überhitzung des im Hohlraum befindlichen Lagers, zumal es nur mit relativ warmem Öl geschmiert werden kann. Schließlich kann die vorbekannte Schraubenvakuumpumpe nur mit vertikal angeordneten Wellen betrieben werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenvakuumpumpe der eingangs erwähnten Art mit einer verbesserten Kühlung auszurüsten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass sich das rotorseitige Lager der Lagerung außerhalb des Hohlraumes im Rotor befindet. Die Erfindung ermöglicht es, den Rotor von innen her ohne Behinderung durch Lager und Lagerträger wirksam zu kühlen, so dass die unerwünschten Spielaufzehrungen gerade in diesem kritischen Bereich nicht mehr auftreten.
Zweckmäßig besteht jeder Rotor aus zwei Abschnitten mit unterschniedlichen Gewindeprofilen, wobei die Tiefe des Gewindes des druckseitigen Abschnittes kleiner ist als die Tiefe des Gewindes des saugseitigen Abschnittes. Eine geringere Gewindetiefe im druckseitigen Abschnitt schafft mehr Platz für die Unterbringung des Hohlraumes mit der Innenkühlung.
Sind darüberhinaus Rotor und Gehäuse derart gestuft, dass der druckseitige Rotorabschnitt einen kleineren Durchmesser hat als der saugseitige Rotorabschnitt, so schafft diese Maßnahme mehr Platz im Gehäuse für die Unterbringung einer Mantelkühlung.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es zweckmäßig, zusätzlich in der Wandung des Gehäuses der Pumpe, und zwar zumindest in Höhe des Rotors, von einem Kühlmittel durchströmte Kanäle vorzusehen. Ein Kühlmantel dieser Art erlaubt es, insbesondere zusammen mit der erfindungsgemäßen Innenkühlung des Rotors, die gesamte Pumpe gleichmäßig zu temperieren. Sie kann dadurch bei unterschiedlichen Belastungen unterschiedliche Temperaturen annehmen, ohne dass es zu Spaltreduzierungen kommt. Zweckmäßig ist es, auch die Lager, die Lagerträger und den Antriebsmotor in eine solche Temperierung einzubeziehen, um Probleme durch unterschiedliche Temperaturdehnungen zu vermeiden. Eine Mantelkühlung der vorgeschlagenen Art hat schließlich noch den Vorteil, dass sie die Wirkung einer guten Schalldämmung hat .
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 einen Schnitt durch eine Schraubenvakuumpumpe mit einer Kühlung nach der Erfindung und Figur 2 einen Teilschnitt nach Figur 1 mit einer weiteren Ausführung für eine erfindungsgemäße Kühlung.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine Schraubenvakuumpumpe 1 nach der Erfindung, und zwar in Höhe desjenigen der beiden rotierenden Systeme, das mit dem Antriebsmotor 2 ausgerüstet ist. Die Synchronisation der beiden rotierenden Systeme erfolgt mit Hilfe von Zahnrädern 3.
Die rotierenden Systeme, die im Gehäuse 4 untergebracht sind, umfassen jeweils den Rotor 5 und die Welle 6. Jeder Rotor 5 ist fliegend, das heisst, einseitig gelagert. Die Welle 6 stützt sich über die Lager 7 und 8 sowie die Lagerträger 11 und 12 im Gehäuse 4 ab. Stirnseitig sind Gehäusedeckel 13, 14 vorgesehen, von denen der rotorseitige Deckel 13 mit einem Einlassstutzen 15 ausgerüstet ist. Bestandteil des getriebeseitigen Deckels 14 ist der Lagerträger 12.
Der Rotor 5 besteht aus zwei formschlüssig miteinander verbundenen Rotorabschnitten 17, 18 mit unterschiedlichen Profilen 19, 20. Der saugseitige Rotorabschnitt 17 weist ein großvolumiges Profil 19 zur Erzielung hoher Volumenströme im wendeiförmigen Schöpfräum auf. Der druckseitige Abschnitt 18 des Rotors 5 hat sowohl ein reduziertes Profilvolumen als auch einen geringeren Durchmesser. Dadurch nimmt der Querschnitt der wendeiförmigen Schöpfräume ab. Eine innere Kompression wird erreicht, die Verdichtungsarbeit reduziert.
Die Innenwandung des Gehäuses 4 ist der Rotorabstufung angepasst (Abstufung 21) . Durch eine strichpunktierte Linie -22 ist angedeutet, dass das Gehäuse in Höhe der Abstufung 21 teilbar ausgebildet sein kann. Dadurch ist es möglich, den saugseitigen Rotorabschnitt 17 und den saugseitigen Teil 4 ' des Gehäuses 4 durch Rotorabschnitte mit anderen Profilen, Längen und/oder Durchmessern sowie daran angepasste Gehäuseabschnitte 4 ' zu ersetzen, um die Pumpe an unterschiedliche Applikationen anpassen zu können.
Der sich an das druckseitige Ende der Gewindegänge anschließende Auslass der Pumpe 1 ist mit 24 bezeichnet. Er ist seitlich herausgeführt. In den Auslass mündet außerdem eine Gehäusebohrung 25, die den Schöpfräum in der Höhe, in der sein Querschnitt - sei es durch Stufung und/oder durch Wechsel des Gewindeprofils - abnimmt, mit dem Auslass verbindet. In der Gehäusebohrung 25 befindet sich ein Rückschlagventil 26, das bei Überdrücken im Schöpfraum öffnet und den saugseitigen Gewindegang des Rotorabschnittes 17 mit dem Auslass 24 kurzschließt. Zur Abdichtung der wendeiförmigen Schöpfräume von der Lagerung sind Wellendichtungen 27 vorgesehen, die sich zwischen dem Lager 7 und dem Rotorabschnitt 18 befinden.
Das Kühlsystem der dargestellten Ausführungsform um- fasst eine Rotorinnenkühlung und eine Gehäusemantelkühlung.
Zur Verwirklichung der Rotorinnenkühlung ist der Rotor 5 mit einem zu seiner Lagerseite hin offenen Hohlraum 31 ausgerüstet, der sich nahezu durch den gesamten Rotor 5 erstrecken kann. Bei einem aus zwei Abschnitten 17 und 18 bestehenden Rotor 5 ist zweckmäßig der druckseitige Abschnitt 18 hohl ausgebildet. Der saugseitige Abschnitt 17 verschließt das saugseitige Ende des Hohlraumes 31. Die Welle 6, die zweckmäßig mit dem Rotor 5 bzw. mit dem druckseitigen Abschnitt 18 des Rotors 5 einstückig ausgebildet ist, ist ebenfalls hohl (Hohlraum 32) . In den Hohlräumen 31, 32 befindet sich ein zentrales Kühlrohr 33, das lagerseitig aus der Welle 6 herausgeführt ist und rotorseitig kurz vor dem saugseitigen Ende des Hohlraumes 31 mündet. Das Kühlrohr 33 und der vom Kühlrohr 33 und der Hohlwelle 6 gebildete Ringraum stehen für die Zu- bzw. Abführung eines Kühlmittels zur Verfügung.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel steht die lager- seitige Öffnung 34 des Kühlrohres 3 über die Leitung 35 mit dem Auslass einer Kühlmittelpumpe 36 in Verbindung. Außerdem befindet sich im Bereich des Gehäusedeckels 14 ein Kühlmittelsumpf 37, der über das Leitungssystem 38 mit dem Einlass der Kühlmittelpumpe 36 verbunden ist. Der Sumpf 37 und das Leitungssystem 38 sind derart ausgebildet, dass die dargestellte Pumpe 1 in jeder Lage zwischen vertikal und horizontal betrieben werden kann. Kühlmittelstände, die sich bei horizontaler und bei vertikaler Lage der Pumpe 1 einstellen, sind dargestellt. Je nach dem, ob sich die Kühlmittelpumpe 36 außerhalb (wie dargestellt) oder innerhalb (z.B. auf der zweiten, nicht sichtbaren Welle der Pumpe 1 in Höhe des Antriebsmotors 2) des Gehäuses 4 befindet, liegt die Öffnung 34 des Kühlrohres 33 außerhalb oder innerhalb des Gehäuses 4.
Zum Betrieb der Innenkühlung des Rotors 5 wird Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 36 aus dem Kühlmittelsumpf 37 über das Kühlrohr 33 in den Hohlraum 31 im Rotor 5 gefördert. Von dort aus strömt es über den Ringraum zwischen Kühlrohr 33 und Welle 6 zurück in den Sumpf 37. Der Hohlraum 31 befindet sich in Höhe des druckseitigen Bereichs der Gewindegänge der Pumpe 1, so dass gerade dieser Bereich wirksam gekühlt wird. Das außerhalb des Kühlrohres 33 zurückströmende Kühlmittel temperiert u.a. die Hohlwelle 6, die Lager 7 und 8, den Antriebsmotor 2 (ankerseitig) und die Zahnräder 3, so dass Wärmedehnungsprobleme reduziert sind. Zweckmäßig verringert sich der Querschnitt des Ringraumes zwischen Kühlrohr 33 und Welle 6 im Bereich seines druckseitigen Endes z.B. dadurch, dass das Kühlrohr 33 in diesem Bereich einen größeren Außendurchmesser hat. Dadurch entsteht ein verengter Durchlass 39. Diese Engstelle sichert eine vollständige Füllung der das Kühlmittel führenden Räume.
Es kann zweckmäßig sein, als Werkstoff für das Kühlrohr 3 ein schlecht wärmeleitendes Material (z.B. Kunststoff/Edelstahl o. dgl.) auszuwählen. Dadurch werden eine wirksamere Kühlung des Rotors 5 und eine gleichmäßige Temperierung der wellennahen Bauteile der Pumpe
1 erreicht.
Die dargestellte Gehäusemantelkühlung umfasst Hohlräume bzw. Kanäle im Gehäuse 4. Im Bereich des Rotors 5 vorgesehene Kühlkanäle sind mit 41, im Bereich des Motors
2 befindliche Kühlkanäle mit 42 bezeichnet.
Die im Bereich des Rotors 5 befindlichen Kühlkanäle 41 haben zum einen die Aufgabe, die insbesondere im druckseitigen Bereich des Rotors 5 entstehende Wärme abzuführen. Zum anderen sollen sie das Gehäuse 4 in Höhe des gesamten Rotors möglichst gleichmäßig temperieren. Schließlich sollen sie die aufgenommene Wärme nach außen abgeben. Die vom Kühlmittel durchströmten Hohlräume 41 erstrecken sich deshalb über die volle Länge des Rotors 5. Der Gehäusedeckel 13 dient als saugseiti- ger Abschluss der Hohlräume 41. Auch auslassseitig ist das Gehäuse 4 wirksam gekühlt.
Die in Höhe des Antriebsmotors 2 befindlichen Kühlkanäle 42 haben ebenfalls die geschilderten Aufgaben. Sie bewirken eine Temperierung des Antriebsmotors (wicklungsseitig) sowie des Lagerträgers 7. Schließlich vergrößern sie im erheblichen Maße die Wärmeabgabe über äußere Oberflächen der Pumpe 1. Zweckmäßig ist diese zumindest in Höhe der Kühlkanäle 41 und 42 mit Rippen 44 ausgerüstet.
Die Versorgung der Kühlkanäle 41, 42 mit Kühlmittel erfolgt ebenfalls mit Hilfe der Kühlmittelpumpe 36, und zwar über die Leitungen 45 und 46, wenn sie parallel durchströmt sein sollen. Je nach den thermischen Anforderungen besteht auch die Möglichkeit, sie nacheinander mit Kühlmittel zu versorgen. Eine der Leitungen 45 oder 46 könnte dann entfallen. Über im einzelnen nicht dargestellte Bohrungen gelangt das Kühlmittel aus den Hohlräumen 41, 42 in den Sumpf 37 zurück.
Bei vertikaler Anordnung der Welle 6 übernimmt das im Sumpf befindliche Kühlmittel die Temperierung des in den Sumpf 37 hineinragenden Lagerträgers 12. Bei horizontaler Anordnung ist es zweckmäßig, das zurückströmende Kühlmittel über die Innenseite des Deckels 14 strömen zu lassen, um sowohl den Lagersitz 12 zu temperieren als auch die Wärmeabgabe nach außen zu verbessern.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind - wie bereits erwähnt - das Gehäuse 4 und der Rotor 5 in Höhe der Linie 22 teilbar ausgebildet. Dadurch besteht die Möglichkeit, die saugseitigen Abschnitte von Rotor 5 (Abschnitt 17) und Gehäuse 4 (Abschnitt 4') durch andere Bauteile zu ersetzen. Die Pumpe 1 kann an verschiedene Applikationen angepasst werden, indem Rotorabschnitte 17 mit unterschiedlichen Profilen 19, unterschiedlicher Länge, unterschiedlicher Steigung und/oder unterschiedlichem Durchmesser, jeweils zusammen mit einem angepassten Gehäuseabschnitt, montiert werden. Es können verschieden große Profile auf der Saugseite zur Erreichung hoher Saugvermögen, verschieden lange Profile auf der Saugseite zur Erreichung niedriger Enddrücke und/oder verschiedene Volumenabstufungen zur Erreichung z.B. bei geringerer Abstufung eine höhere Fluidverträglichkeit oder bei höherer Stufung ein hohes Saugvermögen bei relativ kleiner Leistungsaufnahme ausgewählt werden. Schließlich besteht die Möglichkeit, in Höhe einer Reduzierung des Durchmessers des Rotors 5 eine Umfangsnut vorzusehen, um bei bestimmten Applikationen in diesem Bereich eine Druckentlastung zu erzielen.
Das die Schraubenvakuumpumpe 1 durchströmende Kühlmittel kann Wasser, Öl (Mineralöl, PTFE-Öl oder dergleichen) oder eine andere Flüssigkeit sein. Zweckmäßig ist die Verwendung von Öl, um damit auch die Lager 7, 8 und die Zahnräder 3 schmieren zu können. Eine separate Führung von Kühlmittel und Schmiermittel sowie entsprechende Abdichtungen können dadurch entfallen. Es muss lediglich für eine dosierte Zuführung von Öl zu den Lagern 7, 8 gesorgt werden.
Die beschriebenen Lösungen erlauben eine vorteilhafte Werkstoffauswahl . Beispielsweise können die Rotoren 5 und das Gehäuse 4 aus relativ preiswerten Aluminiumwerkstoffen bestehen. Die vorgeschlagene Kühlung und vor allem gleichmäßige Temperierung der Pumpe 1 bewirken, dass es selbst bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen und relativ kleinen Spalten nicht zu lokalen Spielaufzehrungen kommt, die ein Anlaufen Rotor an Rotor und/oder Rotor an Gehäuse zur Folge haben. Eine weitere Reduzierung der Spalte ist möglich, wenn für die inneren, thermisch höher belasteten Bauteile (Rotoren, Lager, Lagerträger, Zahnräder) der Pumpe 1 Werkstoffe eingesetzt werden, die einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben als der Werkstoff für das weniger thermisch belastete Gehäuse 4. Eine Vergleichsmäßigung der Dehnung aller Bauteile der Pumpe 1 wird dadurch erreicht. Ein Beispiel für eine solche Werkstoffauswahl ist Stahl (z.B. CrNi-Stahl) für die inneren Bauteile und Aluminium für das Gehäuse. Als Werkstoffe für die inneren Bauteile können auch Bronze, Messing oder Neusilber dienen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 umfasst die Innenkühlung des Rotors 5 eine Kühlbuchse 51, die sich lagerseitig auf dem Gehäuse 4 abstützt und in den Hohlraum 31 hineinragt. Die Kühlbuchse 51 umgibt die Welle 6, die nicht mehr hohl ausgebildet ist, den Hohlraum (31) durchsetzt und im Bereich ihres saugseitigen Endes den Rotor 5 trägt. Zur Versorgung der Kühlbuchse 51 mit Kühlmittel sind ein oder mehrere Kühlkanäle 52 vorgesehen, die in im einzelnden nicht dargestellter Weise von der Kühlmittelpumpe 36 versorgt werden.
Um zu erreichen, dass die Kühlbuchse 51 möglichst viel Wärme vom Rotor 5 aufnimmt, ist der Spalt 53 zwischen Kühlbuchse 51 und Rotor 5 möglichst klein gewählt. In diesem Bereich ist die Buchse 51 mit einem Gewinde 54 versehen, das eine in Richtung Schöpfraum gerichtete Pumpwirkung hat. Dort vorhandene Schmutzteilchen werden dadurch zurückgehalten.
Auch der Spalt 55 zwischen Buchse 51 und Welle 6 ist relativ klein, um mit Hilfe des Gewindes 56 auf der Innenseite der Buchse 51 eine Pumpwirkung zu erzeugen. Sie wirkt in Richtung Dichtung 27 / Lager 7 und hält Ölpartikel vom Schöpfräum fern.

Claims

Gekühlte SchraubenvakuumpumpePATENTANSPRÜCHE
Gekühlte Schraubenvakuumpumpe (1) mit zwei rotierenden Systeme (5, 6) , die jeweils aus einem Schraubenrotor (5) und einer Welle (6) bestehen, mit einer fliegenden Rotor-Lagerung, die auf jeder Welle zwei voneinander beabstandete Lager (7, 8) aufweist, und mit einem lagerseitig offenen Hohlraum (31) in jedem Rotor (5), in welchem sich jeweils eine Rotorinnenkühlung befindet, dadurch gekennzeichnet, dass sich das rotorseitige Lager (7) der Lagerung außerhalb des Hohlraumes (31) im Rotor (5) befindet.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotor (5) aus zwei Abschnitten (17, 18) mit unterschiedlichen Gewindeprofilen (19, 20) besteht und dass die Tiefe des Gewindes (20) des druckseitigen Abschnittes (18) kleiner ist als die Tiefe des Gewindes (19) des saugseitigen Abschnittes (17) .
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotor (5) derart gestuft ausgebildet ist, dass der druckseitige Abschnitt (18) des Rotors (5) einen kleineren Durchmesser hat als der saugseitige Abschnitt (17).
4. Pumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (31) nahezu durch den gesamten Rotor (5) erstreckt.
•5. Pumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) aus zwei Abschnitten (17, 18) besteht, dass der druckseitige Abschnitt (18) hohl ausgebildet ist und dass der hohle Innenraum des Rotorabschnittes (18) zusammen mit dem saugseitig als Abschluss montierten Abschnitt (17) den lagerseitig offenen Hohlraum (31) bilden.
6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (6) hohl ausgebildet und außerhalb des Hohlraumes (31) mit dem Rotor (5) bzw. seinem druckseitigen Abschnitt (18) verbunden ist .
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (6) und der Rotor (5) bzw. sein druckseitiger Abschnitt (18) einstückig ausgebildet sind.
8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein feststehendes, die hohle Welle (6) durchsetzendes Kühlrohr (33) im Hohlraum (31) mündet .
9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (33) der Zuführung von Kühlmittel zum Hohlraum (31) dient und dass der Ringraum zwischen Hohlwelle (6) und Kühlrohr (33) der Abführung von Kühlmittel dient.
10. P-umpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des lagerseitigen Endes des Ring- raumes zwischen Hohlwelle (6) und Kühlrohr (33) eine Engstelle (39) vorgesehen ist.
11. Pumpe nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (33) aus einem schlecht wärmeleitendem Werkstoff besteht.
12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (6) den Hohlraum (31) durchsetzt und dass in den Ringraum zwischen
Welle (6) und Rotor (5) bzw. Rotorabschnitt (18) eine sich auf dem Gehäuse (4) abstützende Kühlbuchse (51) hineinragt.
13. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbuchse (51) mit von einem Kühlmittel durchströmten Kanälen (52) ausgerüstet ist.
14. Pumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbuchse (51) mit einem Außengewinde (54) mit einer in Richtung Schöpfräum gerichteten Pumpwirkung ausgerüstet ist.
15. Pumpe nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbuchse (51) mit einem Innengewinde (56) mit einer in Richtung Lager (7) gerichteten Pumpwirkung ausgerüstet ist.
16. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Gehäuses (4) der Pumpe (1), und zwar in Höhe des Rotors (5), von einem Kühlmittel durchströmte Kanäle (41) vorgesehen sind.
17. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass auch im lagerseitigen Bereich des Gehäuses (4) vom Kühlmittel durchströmte Kanäle (42) vorgesehen sind.
18. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlmittelpumpe
(36) vorhanden ist, deren Einlass über ein Leitungssystem (38) mit einem im Pumpengehäuse (4) befindlichen Kühlmittelsumpf (37) in Verbindung steht und deren Auslass mit dem Kühlrohr (33) bzw. den Kanälen (52) in der Kühlbuchse (51) bzw. den Kanälen (41) und/oder (42) im Gehäuse (4) in Verbindung steht.
19. Pumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Sumpf (37) das Leitungssystem (38) so ausgebildet ist, dass der Einlass der Kühlmittelpumpe
(36) sowohl bei horizontaler als auch bei vertikaler Lage der Pumpe (1) mit dem Sumpf (37) in Verbindung steht.
20. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Pumpe (1) durchströmende Kühlmittel mit dem Schmiermittel für die Lager (7, 8) identisch ist.
21. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäusebohrung
(26) vorgesehen ist, die die wendeiförmigen Schöpfräume in der Höhe, in der ihr Querschnitt - sei es durch Stufung und/oder durch Wechsel des Gewindeprofils - abnimmt, mit dem Auslass (27) verbindet und in der sich ein bei Überdruck öffnendes Rückschlagventil befindet.
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