WO2001048384A1 - Schraubenvakuumpumpe - Google Patents

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WO2001048384A1
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rotor
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Lothar Brenner
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Leybold Vakuum Gmbh
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    • 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
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/0078—Fixing rotors on shafts, e.g. by clamping together hub and shaft

Definitions

  • the invention relates to a screw vacuum pump with two shafts, each of which carries a rotor with one or more screw threads.
  • the object of the present invention is to simplify the assembly and disassembly of screw vacuum pumps.
  • the invention makes it possible to apply both rotors one after the other to their shafts. To do this, they are pushed on eccentrically without bushings. Then they are brought into their operating position by moving them and using the bushings, in which the screw turns of the two rotors mesh. Such an assembly of the rotors is not only easier because of the individual assembly of the rotors; the rotors are also lighter due to the separate bushings.
  • the bushings also offer the possibility of fixing the rotors to the shaft with respect to torque and axial forces in a force-fitting and / or form-fitting manner.
  • the required angular position of the two rotors can also be adjusted in a simple manner by rotating or axially displacing a rotor.
  • the assembly and disassembly advantage achieved by the bushings can be used with both single-sided and double-sided shafts.
  • the use of the invention is particularly advantageous in the case of rotors mounted on one side (overhung), in which the outlay for maintenance is considerably reduced. Further advantages and details of the invention will be explained with reference to the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 3.
  • FIG. 1 and 2 each show sections through rotor pairs designed according to the invention.
  • FIG. 3 shows a section through the rotor of a pair of rotors, in which the bush also has the function of specifically guiding a coolant through the rotor.
  • the two hollow rotors of the rotor pairs are each designated 1, 2, their screw turns 3, 4 and the shafts 1 and 2 carrying the shafts 5 and 6.
  • Figure 3 shows the upper bearing 7 of a flying bearing of the rotor 1. The bearing 7 is supported in the bearing plate 8.
  • bushings 9, 10 between the rotors 1, 2 and their associated shafts. They are approximately pot-shaped and overlap the free ends of the shafts 1, 2.
  • the wall thicknesses of the sockets 9, 10 are the same. The sum of the wall thicknesses is slightly larger than the depth of the screw turns 3.4. They are fastened to the shafts 1, 2 by means of screws 11, 12.
  • the suction-side ends of the bushings 9, 10 are equipped with collars 13, 14, which allow screwing and thus fastening of the rotors 1, 2 to the bushes 9, 10. Corresponding screw heads 15 are shown.
  • the dismantling of the solution according to FIG. 1 is carried out by first loosening all screws 11, 12 and 15 and removing the bushings 9, 10. Thereafter, the rotors 1, 2 can be pushed apart so far that their outer screw turns 3, 4 no longer mesh. They can therefore be removed individually from waves 5,6. The assembly is reversed.
  • the bushings 9, 10 each consist of two parts 9 ', 9' 'and 10', 10 ''.
  • the parts 9 ′′ and 10 ′′ are bushing sections which are wedge-shaped in cross-section, each of which abuts the shafts 5, 6 with an inner cylindrical surface and the bearing surfaces for the further bushing sections 9 ′, 10 ′, which widen conically towards the pressure side. form.
  • At the height of the bushing sections 9 ′′, 10 ′′ they are provided with corresponding inner surfaces that expand conically towards the pressure side.
  • the bushings 9, 10 are each equipped with a recess 17, 18 into which the free shaft ends protrude. With nuts 21, 22 that can be screwed onto the shaft ends, the bushings 9, 10 are attached to the shafts 5, 6 (6 not shown).
  • the co African support of the bushing sections 9 ', 10' on the bushing sections 9 '', 10 '' ensures that the rotors 1, 2 are fixed securely on the bushings 9, 10.
  • the radial deformation of the bushing sections 9 ′′ and 9 ′ ensures a force-fit connection with the shafts.
  • the suction-side section of the bushings 9 ', 10' is in each case provided with outer bearing surfaces which are designed to widen conically in the direction of the suction side.
  • the corresponding inner surfaces of the rotors 1, 2 have a corresponding section.
  • the recesses 17, 18 are closed with caps 25, 26 in the assembled state.
  • the sockets 9 'and 10' can also be used to guide a cooling medium.
  • the shaft 5 has a central blind bore 31 which extends into the vicinity of the suction side of the rotor 1. It serves to supply a coolant which flows through a gap located in the cavity of the rotor and is returned through the blind bore 31.
  • the blind bore is provided with a stepped extension 32 which extends into the area of the rotor 1 on the pressure side.
  • a tubular guide component 33 rotating with the shaft is provided, which corresponds to the section the blind hole 31 rests where it has a smaller diameter, and which forms an annular channel 34 with the enlarged section of the blind hole 31.
  • the outside of the bushing 9 (or also the inside wall of the rotor 1) is equipped with a recess which forms an annular space 35 which extends from the pressure side to the suction side of the rotor 1.
  • This annular space 35 is connected on the pressure side via bores 36 through the shaft 5 and the bushing components 9 ′, 9 ′′ to the annular space 34 and on the suction side through bores 37 through the bushing 9 and the shaft 5 with the central cavity of the guide component 33.
  • the device described makes it possible to include the annular space 35 in a coolant circuit.
  • a coolant circuit e.g. coolant supplied with the aid of an oil pump flows through the bores 36 into the annular space 35.
  • the coolant then flows through the annular space 35 from the pressure side (where the thermal load on the rotor 1 is highest) to the suction side. It leaves the annular space 35 via the bores 37 and is e.g. through the interior of the guide member 33 returned to a coolant sump.

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Abstract

Schraubenvakuumpumpe mit zwei Wellen (5, 6), die jeweils einen Rotor (1, 2) mit einem oder mehreren äusseren Schraubengängen (3, 4) tragen; zur Vereinfachung der Montage/Demontage der Pumpe wird vorgeschlagen, dass sich zwischen den Wellen (5, 6) und den zugehörigen Rotoren (1, 2) jeweils eine Buchse (9, 10) befindet und dass die Summe der Wandstärken der Buchsen (9, 10) etwas grösser ist als die Tiefe der Schraubengänge (3, 4); eine weitere Lösung besteht darin, nur eine Buchse vorzusehen, deren Wandstärke grösser ist als die Tiefe der Schraubengänge (3, 4).

Description

Sehraubenvakuumpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenvakuumpumpe mit zwei Wellen, die jeweils einen Rotor mit einem oder mehreren Schraubengängen tragen.
Bei Schraubenvakuumpumpen dieser Art, wie sie beispielsweise aus der DE-A 197 36 017 bekannt sind, erstrecken sich die Wellen üblicherweise parallel. Im betriebsfertigen Zustand greifen die Schraubengänge der beiden Rotoren ineinander. Die Montage der Rotoren erfolgt deshalb in der Weise, dass sie gemeinsam mit ineinandergreifenden Schraubengängen auf die bereits in ihren Lagersockeln montierten Wellen geschoben werden. Bei der Demontage müssen die beiden Rotoren ebenfalls gemeinsam von den Wellen abgezogen werden.
Auf Grund der gemeinsamen Montage und Demontage der Rotoren ist ein relativ hoher Handlingsaufwand erforderlich. Dieser ist um so größer, je größer das Gewicht der Rotoren ist. Wenn eine Demontage und erneute Montage am Betriebsort der Pumpe gefordert wird (zum Beispiel zur Reinigung oder sonstigen Wartungsarbeiten) , ist der erforderliche Aufwand für entsprechende Hebezeuge oft nicht realisierbar. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Montage und Demontage von Schraubenvakuumpumpen zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Durch die Erfindung ist es möglich, beide Rotoren einzeln nacheinander auf ihre Wellen aufzubringen. Dazu werden sie ohne Buchsen exzentrisch aufgeschoben. Danach werden sie durch Verschieben und mit Hilfe der Buchsen in ihre Betriebsposition gebracht, bei der die Schraubengänge der beiden Rotoren ineinander greifen. Eine derartige Montage der Rotoren ist nicht nur wegen der Einzel-Montage der Rotoren einfacher; die Rotoren haben auch wegen der separaten Buchsen ein geringeres Gewicht .
Die Buchsen bieten außerdem die Möglichkeit, die Fixierung der Rotoren auf der Welle bzgl. Drehmoment und axialer Kräfte kraftschlüssig und/oder formschlüssig auszuführen. Darüber hinaus kann zusätzlich die Einstellung der erforderlichen Winkelposition der beiden Rotoren zueinander durch Verdrehen oder axiales Verschieben eines Rotors in einfacher Weise durchgeführt werden. Der durch die Buchsen erreichte Montage- und Demontage-Vorteil kann sowohl bei einseitig gelagerten als auch bei beidseitig gelagerten Wellen benutzt werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz der Erfindung bei einseitig (fliegend) gelagerten Rotoren, bei denen der Aufwand für die Wartung erheblich reduziert wird. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Figuren 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils Schnitte durch erfindungsgemäß ausgebildete Rotorpaare. Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den Rotor eines Rotorpaares, bei welchem die Buchse zusätzlich die Funktion hat, ein Kühlmittel durch den Rotor gezielt zu führen.
In den Figuren sind die beiden hohl ausgebildeten Rotoren der Rotorpaare jeweils mit 1, 2, ihre Schraubengänge mit 3, 4 sowie die die Rotoren 1 und 2 tragenden Wellen mit 5 und 6 bezeichnet. Figur 3 zeigt noch das obere Lager 7 einer fliegenden Lagerung des Rotors 1. Das Lager 7 stützt sich in der Lagerscheibe 8 ab.
Bei der Ausführung nach Figur 1 befinden sich zwischen den Rotoren 1,2 und ihren zugehörigen Wellen 3 bzw. 4 Buchsen 9,10. Sie sind etwa topfformig ausgebildet und übergreifen die freien Enden der Wellen 1,2. Die Wandstärken der Buchsen 9,10 sind gleich. Die Summe der Wandstärken ist etwas größer als die Tiefe der Schraubengänge 3,4. Mittels Schrauben 11,12 sind sie auf den Wellen 1,2 befestigt. Zusätzlich sind die saugseitigen Enden der Buchsen 9,10 mit Kragen 13,14 ausgerüstet, die eine Verschraubung und damit eine Befestigung der Rotoren 1,2 an den Buchsen 9,10 erlauben. Entsprechende Schraubenköpfe 15 sind dargestellt. Die Demontage der Lösung nach Figur 1 erfolgt in der Weise, daß zunächst alle Schrauben 11,12 und 15 gelöst und die Buchsen 9,10 entfernt werden. Danach können die Rotoren 1,2 so weit auseinandergeschoben werden, dass ihre äußeren Schraubengänge 3,4 nicht mehr ineinandergreifen. Sie können deshalb einzeln von den Wellen 5,6 abgenommen werden. Die Montage erfolgt umgekehrt.
Bei der Ausführung nach Figur 2 stützt sich nur der linke Rotor 1 über eine Buchse 9 auf der Welle 5 ab. Die Wandstärke der Buchse 9 ist größer als die Tiefe der Schraubengänge 3,4. Dadurch ist bereits nach der Entfernung der Buchse 9 eine Einzel-Demontage der Rotoren 1,2 möglich.
Bei der Ausführung nach Figur 3 bestehen die Buchsen 9,10 jeweils aus zwei Teilen 9', 9 ' ' und 10', 10''. Bei den Teilen 9'' und 10'' handelt es sich um im Querschnitt keilförmige Buchsenabschnitte, die jeweils mit einer inneren Zylinderfläche den Wellen 5, 6 anliegen und die außen konisch sich zur Druckseite hin erweiternde Auflageflächen für die weiteren Buchsenabschnitte 9', 10' bilden. In Höhe der Buchsenabschnitte 9' ' , 10' ' sind diese mit korrespondierenden, konisch sich zur Druckseite hin erweiternden Innenflächen versehen.
Saugseitig sind die Buchsen 9,10 mit jeweils einer Vertiefung 17,18 ausgerüstet, in die die freien Wellenenden hineinragen. Mit auf die Wellenenden aufschraubbaren Muttern 21,22 erfolgt die Befestigung der Buchsen 9,10 auf den Wellen 5,6 (6 nicht dargestellt). Die ko- nische Auflage der Buchsenabschnitte 9', 10' auf den Buchsenabschnitten 9' ',10'' sorgt für eine sichere Fixierung der Rotoren 1,2 auf den Buchsen 9,10. Außerdem sorgt die radiale Verformung der Buchsenabschnitte 9' ' und 9' für eine kraftschüssige Verbindung mit den Wellen.
Der saugseitige Abschnitt der Buchsen 9', 10' ist jeweils mit äußeren Auflageflächen versehen, die sich in Richtung Saugseite konisch erweiternd gestaltet sind. Die korrespondierenden Innenflächen der Rotoren 1,2 weisen einen entsprechenden Abschnitt auf. Mit Hilfe der Schrauben 23,24 kann die kraftschlüssige Verbindung der Rotoren 1,2 auf den Buchsen 9', 10' zusätzlich verstärkt werden. Mit Kappen 25,26 sind die Vertiefungen 17,18 im montierten Zustand verschlossen. Die Buchsen 9' und 10' können außerdem auch noch zur Führung eines Kühlmediums genutzt werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 weist die Welle 5 eine zentrale Sackbohrung 31 auf, die sich bis in die Nähe der Saugseite des Rotors 1 erstreckt. Sie dient der Zuführung eines Kühlmittels, das einen im Hohlraum des Rotors befindlichen Spalt durchströmt und durch die Sackbohrung 31 zurückgeführt wird.
Um die getrennte Zu- und Abfuhr des Kühlmittels durch die Sackbohrung 31 zu ermöglichen, ist diese mit einer stufenförmigen Erweiterung 32 versehen, die sich bis in den druckseitigen Bereich des Rotors 1 erstreckt. Zusätzlich ist ein rohrförmiges, mit der Welle rotierendes Führungsbauteil 33 vorgesehen, das dem Abschnitt der Sackbohrung 31 dort, wo sie einen kleineren Durchmesser hat, anliegt, und das mit dem erweiterten Abschnitt der Sackbohrung 31 einen Ringkanal 34 bildet.
Die Außenseite der Buchse 9 (oder auch die Innenwandung des Rotors 1) ist mit einer Eindrehung ausgerüstet, die einen sich von der Druckseite zur Saugseite des Rotors 1 erstreckenden Ringraum 35 bildet. Dieser Ringraum 35 steht druckseitig über Bohrungen 36 durch die Welle 5 und die Buchsenbauteile 9' , 9' ' mit dem Ringraum 34 und saugseitig über Bohrungen 37 durch die Buchse 9 und die Welle 5 mit dem zentralen Hohlraum des Führungsbauteils 33 in Verbindung.
Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht es, den Ringraum 35 in einen Kühlmittelkreis einzubeziehen. Durch den Ringraum 34 z.B. mit Hilfe einer Ölpumpe zugeführtes Kühlmittel strömt durch die Bohrungen 36 in den Ringraum 35. Danach durchströmt das Kühlmittel den Ringraum 35 von der Druckseite (wo die Wärmebelastung des Rotors 1 am höchsten ist) zur Saugseite. Es verläßt den Ringraum 35 über die Bohrungen 37 und wird durch den Innenraum des Führungsbauteils 33 z.B. einem Kühlmittelsumpf zurückgeführt.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Anordnung liegt darin, dass der Ringraum 35 infolge des Vorhandenseins der Buchse 9 relativ weit außen liegt und damit den Schraubengängen 3, 4 unmittelbar benachbart ist. Dadurch ist die beschriebene Rotorkühlung im Vergleich zum Stand der Technik besonders effektiv.

Claims

Schr ubenvakuumpumpePATENTANSPRÜCHE
Schraubenvakuumpumpe mit zwei Wellen (5, 6), die jeweils einen Rotor (1, 2) mit einem oder mehreren äußeren Schraubengängen (3, 4) tragen, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Wellen (5, 6) und den zugehörigen Rotoren (1, 2) jeweils eine Buchse (9, 10) befindet und dass die Summe der Wandstärken der Buchsen (9, 10) etwas größer ist als die Tiefe der Schraubengänge (3, 4).
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Buchsen (9, 10) die gleiche Wandstärke haben.
Pumpe mit zwei Wellen (5, 6), die jeweils einen Rotor (1, 2) mit einem äußeren Schraubengang (3, 4) tragen, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen einer (5) der beiden Wellen (5, 6) und dem zugehörigen Rotor (1) eine Buchse (9) befindet, deren Wandstärke größer ist als die Tiefe der Schraubengänge (3, 4).
4. Pumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (1, 2) fliegend gelagert sind.
5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Buchsen (9, 10) zweiteilig ausgebildet sind.
6. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass druckseitig angeordnete Buchsenabschnitte (9'' und 10'') keilförmig ausgebildet sind sowie mit inneren Zylinderflächen den Wellen (5, 6) anliegen und dass die weiteren Buchsenabschnitte (9', 10') mit entsprechenden, konisch sich zur Druckseite hin erweiternden Innenflächen ausgerüstet sind.
7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Buchsen (9, 10) umgebender Ringraum (35) vorhanden ist, der Bestandteil eines Kühlkreislaufs ist.
8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der Buchsen (9, 10) oder die Innenwandungen der Rotoren (1, 2) mit einer den Ringraum (35) bildenden Eindrehung ausgerüstet sind.
9. Pumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Abfuhr des Kühlmittels über Sackbohrungen (31) in den Wellen (5, 6) erfolgt.
10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sackbohrung ein Führungsbauteil (33) zur Trennung des zuströmenden Kühlmittels vom zurückströmenden Kühlmittel vorgesehen ist.
11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsbauteil (33) rohrförmig gestaltet ist, dass es zusammen mit einer Erweiterung (32) in der Sackbohrung (31) einen Ringkanal (34) bildet und dass der Ringkanal und der innere Hohlraum des Führungsbauteils (33) Bestandteile des Kühlkreislaufs sind.
12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der jeweilige Ringkanal (34) bis zur Druckseite der Rotoren (1, 2) erstreckt, dass der Ringkanal (34) über Bohrungen (36) in den Wellen
(5, 6) sowie den Buchsen (9, 10) mit dem druckseitigen Ende des Ringraumes (35) in Verbindung steht, und dass das saugseitige Ende des Ringraumes (35) über Bohrungen (37) in den Buchsen (9, 10) und den Wellen (5, 6) mit dem zentralen Hohlraum im Führungsbauteil (33) verbunden ist.
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122 Ep: pct application non-entry in european phase