WO2003042542A1 - Temperierugsverfahren einer schraubenvakuumpumpe - Google Patents

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WO2003042542A1
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pump
housing
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PCT/EP2002/012087
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Hartmut Kriehn
Klaus Rofall
Manfred Behling
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Leybold Vakuum Gmbh
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    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/19—Temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for temperature control of a screw vacuum pump.
  • the invention also relates to a screw vacuum pump suitable for carrying out this method.
  • a screw vacuum pump of the type concerned here is known from DE-A-198 20 523.
  • the variety of heat problems are revealed.
  • the cooling of the rotors rotating in the pumping chamber is particularly difficult if their threads have a slope that decreases from the suction side to the pressure side, often also combined with an increase in the thread web widths.
  • Rotors of this type are subjected to high thermal loads during operation, particularly in the area of their pressure side, since the compression of the conveyed gases is associated with a not inconsiderable heat development. Since the quality of a screw vacuum pump largely depends on the gap between the rotors and the pump chamber housing, the manufacturers endeavor to keep this gap very small. However, this goal is countered by the thermal expansion of the thermally highly stressed areas, rotors and housings.
  • the pump chamber housing does not, or only to a limited extent, take part in the thermal expansion of the rotors. A big enough one There must be a gap. This has been the only way to prevent the rotors from touching the housing and seizing with the risk of standstill. The problem described becomes particularly serious if the rotors and the housing are made of different materials. In the event that the expansion coefficient of the housing is smaller than the expansion coefficient of the rotor material (e.g. housing made of cast iron, rotors made of AI), there is a risk of the rotors starting up on the housing. If the expansion ratios are reversed, the pump gap can increase in such a way that the performance of the pump decreases.
  • the present invention is based on the object to form a screw vacuum pump of the type in question so and be able to operate, that when 'thermal stresses their properties do not change substantially.
  • the invention makes it possible to influence the effect of the cooling or temperature control with the aim of permitting an increase in the temperature of the delivery chamber housing which does not exceed inadmissible limits.
  • the scoop chamber With an increased thermal load on the pump, the scoop chamber, which is only slightly cooled, expands together with its rotors. There is no longer any risk of tarnishing.
  • the cooling is expediently controlled in such a way that the size of the gaps in the pump chamber under the various operating conditions in the remains essentially unchanged.
  • the outside temperature of the pump chamber housing can be used as a control variable.
  • the cooling air flow can be regulated as a function of the operating state of the pump, for example by regulating the speed of a fan which generates the cooling air flow. This assumes that the fan has a drive that is independent of the pump drive motor. If the fan is coupled to the drive of the pump, the control of the cooling air flow can be carried out with the help of variable orifices, throttles or the like. If the pump is liquid-cooled, regulation can be carried out by adjusting the quantity (rate) or the temperature of the coolant.
  • the pump is air-cooled from the outside and its rotors are equipped with liquid cooling, it is advisable to arrange a heat exchanger in the cooling air flow in order to dissipate the heat absorbed by the liquid (e.g. oil). If this heat exchanger is arranged in front of the pump chamber housing in relation to the flow direction of the cooling air, targeted temperature control of the pump chamber housing is possible. As control large ', the external temperature of the pump chamber housing can again serve; The temperature of the coolant can also be used as a controlled variable. Arrangements of this type make it possible above all to control the cooling of the pump in such a way that the gap between the rotors and the housing remains essentially constant during their operation.
  • the liquid e.g. oil
  • the pump is equipped with an internal rotor cooling (liquid) and a housing cooling (from the outside with liquid) and if the two cooling systems are controlled in such a way that an essentially constant gap is maintained in all operating states of the pump ,
  • the desired regulation on a constant gap takes place in such a way that the quantities of the liquid supplied to the cooling, for example cooled with the aid of a heat exchanger, are regulated depending on the cooling requirement.
  • Control center are fed.
  • the control center in turn controls the intensity of the cooling, preferably in such a way that the pump gap remains essentially constant.
  • a distance sensor can also be used, which provides information about the gap size directly.
  • Figure 1 is an air-cooled screw vacuum pump
  • FIG. 2 and 3 each an air and liquid-cooled screw vacuum pump and FIG. 4 shows a screw vacuum pump equipped with two liquid cooling systems.
  • the screw vacuum pump to be cooled is 1, its pump chamber housing is 2, its rotors are 3, the pressure-side gap between the rotors 3 and the pump chamber housing 2 is 4, its inlet is 5, and it is connected to the pump chamber housing 2 with the rotors 3 subsequent gearbox / engine compartment housing designated 6.
  • the rotors 3 are equipped with threads whose pitch and web width decrease from the suction side to the pressure side. An outlet on the pressure side is not shown.
  • the gear compartment 7 In the housing 6 there are the gear compartment 7, the engine compartment 8 with the drive motor 9 and another compartment 10 which is the storage compartment (FIG. 1) or a component of a coolant circuit for the rotors 3 (FIGS. 2 and 3).
  • the rotors 3 are equipped with shafts 11, 12 which penetrate the gear chamber 7 and the engine compartment 8.
  • the rotors 3 are overhung by means of bearings in the partitions between the scoop chamber and the gear chamber 7 (partition 14) and the motor chamber 8 and the storage or cooling liquid chamber 10 (partition 14).
  • the partition between the gear compartment 7 and the engine compartment 8 is designated 15.
  • the gear pair 7, which causes the synchronous rotation of the rotors 3, is the gear pair 16, 17.
  • the rotor shaft 11 is at the same time the drive shaft of the motor 9.
  • the motor 9 can also have a drive shaft that is different from the shafts 11, 12. With a Such a solution ends its drive shaft in the gear chamber 7 and is equipped there with a gearwheel which engages with one of the synchronization gearwheels 16, 17 (or another gearwheel of the shaft 12, not shown).
  • the housing 2 and 6 of the pump 1 are cooled with the aid of an air flow which is generated by the wheel 20 of a fan 21.
  • the air movement generated by the fan wheel 20 is guided by a housing 22 which encompasses the pump 1 and which is open in the region of both end faces (openings 23, 24).
  • the fan 21 is arranged such that the opening 24 of the housing 22 on the fan / motor side forms the air inlet opening.
  • the fan 21 has a drive motor 25 which is independent of the drive motor 9 of the pump 1.
  • This solution is advantageous for screw vacuum pumps whose motor 9 is designed as a canned motor and is therefore encapsulated.
  • the shaft 11 penetrates the space 10, is led out of the housing 6 of the pump 1 and carries the wheel 20 of the fan or fan 21 at its free end.
  • a control device is shown schematically as block 26. It is connected via lines shown in dashed lines to sensors which supply signals of the desired manipulated variables. As examples, two alternative or identical Temperature sensors 27 and 28 which can be used at the time indicated. Sensor 27 delivers signals corresponding to the temperature of the housing 2. It is preferably attached to the housing 2 in the region of the pressure side of the rotors 3. Sensor 28 is located in the engine compartment 8 and supplies signals that correspond to the coolant or oil temperature. The control device is connected via further lines to devices with the aid of which the cooling of the pump 1 is regulated in the desired manner.
  • the air flow generated by the fan 21 is regulated.
  • the control device 26 is connected to the drive motor 25 via the line 29.
  • the speed of the fan wheel 20 is regulated in accordance with the signals supplied by one or both of the sensors 27 or 28. Since the signals supplied by the sensor 27 provide information about the housing temperature and the signals supplied by the sensor 28 provide information about the rotor temperature, at a difference control on the gap 4 can be carried out using both sensors.
  • only one sensor 29 can be provided instead of the two temperature sensors 27, 28. B. at the location of the temperature sensor 27, that is in the region of the pressure side of the pump housing 2.
  • This sensor 29 is a distance sensor that directly provides information about the size of the pump gap 4. Sensors of this type are known per se. Capacity changes or - preferably - changes serve to generate the sensor signals. ⁇ stanchions an eddy current that occur 'as a function of the gap size.
  • the temperature of the pump 1 can be controlled solely as a function of a sensor 29 of this type. If, for example, the gap size decreases during the operation of the pump due to the fact that the rotors 3 expand, the cooling of the housing 2 is reduced by reducing the cooling speed by reducing the speed of the fan 20. air volume is reduced. This expands the housing so that the decrease in gap size can be compensated for. If the gap size increases during operation of the pump 1, this increase can be compensated for by increasing the cooling effect (shrinking of the housing 2). ,
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the pump 1 is equipped with liquid cooling for the rotors.
  • the coolant circuit for cooling the rotors 4, 5 is only indicated schematically. Cooling systems of this type are described in detail in German patent applications 197 45 616, 199 63 171.9 and 199 63 172.7.
  • the shafts 11 and 12 serve to transport the coolant (for example oil) to and from the rotors 3.
  • the coolant leaving the rotors 3 collects in the engine compartment 8. From there it is fed via line 31 to a heat exchanger 32.
  • the heat exchanger 32 can be air or water cooled.
  • the air flow generated by the fan 21 is that of the cooling liquid in the tubes.
  • gates 3 absorbs heat.
  • the liquid leaving the heat exchanger 32 is supplied to the space 10 via the line 33. In a manner not shown in detail, it passes from there through bores in the shafts 11, 12 to the rotors 3, flows through cooling channels there and returns through the shafts 11, 12 into the engine compartment 8.
  • FIG. 1 In order to be able to regulate the liquid cooling, two alternatives for the control variable (sensors 27, 28 already described) and two alternatives for the regulated cooling of the cooling liquid in the heat exchanger 32 are shown in FIG. Either, as in FIG. 1, the speed of the fan wheel 20 is regulated as a function of one of the manipulated variables. In the other alternative, there is a control valve 35 in the line which determines the amount of coolant flowing through the heat exchanger per unit of time.
  • the pump 1 can additionally be tempered by the air flow from the fan 21.
  • the advantage of this arrangement is that the air flow cooling the pump chamber 2 of the pump 1 is preheated. It is thereby achieved that thermal expansions of the pumping chamber housing 2 are permitted to the extent that the rotors 3, which assume relatively high temperatures during the operation of the pump 1, do not touch the housing 2.
  • the housing 2 and the rotors .3 are preferably made of aluminum to improve the heat conduction. minium.
  • the housing 2 can have ribs to improve the thermal contact.
  • the fan wheel 20 is coupled to the motor shaft 11. Since screw vacuum pumps are usually operated at constant speeds, it is no longer possible to regulate the air flow using the fan 21.
  • an adjustable diaphragm eg iris diaphragm
  • throttle or the like is provided for air flow control. It is located between the fan wheel 20 and the heat exchanger 32, is only shown schematically and bears the reference number 36.
  • the diaphragm 36 is connected to the control device 26 via the line 37.
  • the regulation of the cooling air flow quantity and / or the cooling of the liquid takes place in accordance with the regulation described for FIG. 2 by regulation of the flow cross section of the air flow, and preferably to a constant gap size.
  • the coolant circuit in the solution according to FIG. 3 is also equipped with a thermostatic valve 38. It is located in line 31 and is expediently also controlled by device 26. It has the. Task, in the phase of the start of operation of the pump 1, in which the coolant temperature has not yet reached, to block the line 31 and to supply the cooling liquid directly to the line 33 via the bypass line 39 surrounding the heat exchanger. If the temperature of the coolant has reached its operating temperature, line 39 is blocked and line 31 is released (drawn position of valve 38). The bypass solution shortens the commissioning phase.
  • the screw vacuum pump is equipped with the already described internal rotor cooling and with a housing cooling 41 operated with liquid. It comprises a cooling jacket 42 (eg liquid-filled) located in the outlet area of the rotor housing 2, in which a cooling coil 43 through which the actual coolant flows is located. Alternatively, the cooling jacket 42 itself can be flowed through by the cooling liquid.
  • a cooling jacket 42 eg liquid-filled located in the outlet area of the rotor housing 2, in which a cooling coil 43 through which the actual coolant flows is located.
  • the cooling jacket 42 itself can be flowed through by the cooling liquid.
  • the outlet of the housing cooling is connected to the engine compartment 8, in which the cooling liquid leaving the rotor internal cooling also flows.
  • the coolant flows into the heat exchanger 32 via the line 31.
  • the line 44 is connected to this with a 3/2-way valve (?) 45, which allows a quantitative distribution of the coolant supply of the lines 45 and 46.
  • Line 45 communicates with the inlet of the rotor internal cooling, line 46 with the inlet of the housing outer cooling 41.
  • the valve 45 is a control valve which is controlled by the control 26.
  • the fan 20 and the heat exchanger 32 are located in the region of the opening 24 of the housing 22, as in the embodiments according to FIGS.
  • the heat exchanger 32 and its cooling can also be arranged at a different location and independently of the drive motor 9. Separate heat exchangers can also be provided for both cooling circuits. Finally, the housing 28 need not be present.
  • the temperature of the pump 1 in particular can be carried out in such a way that its pumping gap 4 remains essentially constant.
  • the sensors 27 and 28 deliver signals that are related to the temperatures of the housing 2 on the one hand and the rotors 3 on the other. Depending on these signals, the control of the valve 45 or the distribution of the coolant components between the two cooling systems takes place.
  • the features according to the invention make it possible to further increase the power density of a screw pump.
  • the pump can be made smaller and operated with higher surface temperatures.
  • the outer air duct housing 22 also has the function of a contactor. It has proven to be expedient to fill in the cooling or temperature control system in such a way that in the event that two cooling systems (internal rotor cooling, external housing cooling) are present are, about half of the heat generated by the pump is dissipated by each of the two cooling systems.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung einer Schraubenvakuumpumpe (1); um zu erreichen, dass die Pumpe bei thermischen Belastungen ihre Pumpeigenschaften nicht wesentlich verändert, wird vorgeschlagen, dass die Kühlung in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Schraubenvakuumpumpe (1), vorzugsweise auf einen im wesentlichen konstanten Pumpenspalt (4), geregelt wird.

Description

TEMPERIERUNGSVERFAHREN EINER SCHRAUBENVAKUUMPUMPE
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Temperierung einer Schraubenvakuumpumpe. Außerdem betrifft die Erfindung eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Schraubenvakuumpumpe.
Aus der DE-A-198 20 523 ist eine Schraubenvakuumpumpe der hier betroffenen Art bekannt. Die Vielzahl der Wärmeprobleme ist offenbart. Besondere Schwierigkeiten macht die Kühlung der sich im Schöpfräum drehenden Rotoren, wenn ihre Gewinde eine von der Saugseite zur Druckseite abnehmende Steigung, häufig auch noch verbunden mit einer Zunahme der Gewindestegbreiten, besitzen. Rotoren dieser Art sind während des Betriebs insbesondere im Bereich ihrer Druckseite thermisch stark belastet, da die Kompression der geförderten Gase mit einer nicht unerheblichen Wärmeentwicklung verbunden ist. Da die Qualität einer Schraubenvakuumpumpe maßgeblich vom Spalt zwischen den Rotoren und dem Schöpfraumgehäuse abhängt, sind die Hersteller bestrebt, diesen Spalt sehr klein zu halten. Diesem Ziel steht jedoch die Wärmedehnung der thermisch hoch belasteten Bereiche, Rotoren und Gehäuse, entgegen. Das Schöpfraumge- häuse macht die thermische Dehnung der Rotoren nicht oder nur in geringem Umfang mit. Ein ausreichend großer Spalt muss vorhanden sein. Nur dadurch konnte bisher vermieden werden, dass die Rotoren das Gehäuse berühren und mit der Gefahr des Stillstandes fressen. Das geschilderte Problem wird besonders gravierend, wenn die Rotoren und das Gehäuse aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Für den Fall, dass der Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient des Rotorwerkstoffes (z.B. Gehäuse aus Fe-Guss, Rotoren aus AI) , besteht die Gefahr des Anlaufens der Rotoren am Gehäuse. Sind die Ausdehnungsverhältnisse umgekehrt, kann sich der Pumpspalt derart vergrößern, das die Leistung der Pumpe abnimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schraubenvakuumpumpe der hier betroffenen Art so auszubilden und betreiben zu können, dass sich bei ' thermischen Belastungen ihre Eigenschaften im wesentlichen nicht verändern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Durch die Erfindung wird es möglich, Einfluss auf die Wirkung der Kühlung bzw. Temperierung zu nehmen mit dem Ziel, eine unzulässige Grenzen nicht übersteigende Temperaturerhöhung des Schöpfraumgehäuses zuzulassen. Bei einer erhöhten thermischen Belastung der Pumpe dehnt sich das nur wenig gekühlte Schöpfraumgehäuse gemeinsam mit ihren Rotoren aus. Die Gefahr des Anlaufens besteht nicht mehr. Die Regelung des Kühlung erfolgt zweckmäßig in der Weise, dass die Größe der Spalte im Schöpfraum- gehäuse bei den verschiedenen Betriebsbedingungen im wesentlichen unverändert bleibt. Als Regelgröße kann z.B. die Außentemperatur des Schöpfraumgehäuses verwendet werden.
Ist die Schraubenvakuumpumpe luftgekühlt, kann der Kühlluftstrom in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe geregelt werden, beispielsweise durch eine Regelung der Drehzahl eines Lüfters, der ..den Kühlluftstrom erzeugt. Dieses setzt voraus, dass der Lüfter einen vom Antriebsmotor der Pumpe unabhängigen Antrieb hat. Ist der Lüfter mit dem Antrieb der Pumpe gekoppelt, kann die Regelung des KühlluftStromes mit Hilfe von veränderbaren Blenden, Drosseln oder dergleichen durchgeführt werden. Ist die Pumpe flüssigkeitsgekühlt, kann die Regelung durch Einstellung der Menge (Rate) oder der Temperatur der Kühlflüssigkeit erfolgen.
Ist die Pumpe von außen luftgekühlt und sind ihre Rotoren mit einer Flüssigkeitskühlung ausgerüstet, ist es zweckmäßig, einen Wärmetauscher im Kühlluftstrom anzuordnen, um damit die von der Flüssigkeit (z. B. Öl) aufgenommene Wärme abzuführen. Wird dieser Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlluft vor dem Schöpfraumgehäuse angeordnet, ist eine gezielte Temperierung des Schöpfraumgehäuses möglich. Als Regel- ' große kann wieder die Außentemperatur des Schöpfraumgehäuses dienen; verwendbar ist auch die Temperatur der Kühlflüssigkeit als Regelgröße. Anordnungen dieser Art erlauben es vor allem, die Kühlung der Pumpe derart zu regeln, dass der Spalt zwischen den Rotoren und dem Gehäuse während ihres Betriebes im wesentlichen konstant bleibt. Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn die Pumpe mit einer Rotor-Innenkühlung (Flüssigkeit) und einer Gehäusekühlung (von außen mit Flüssigkeit) ausgerüstet ist und wenn beide Kühlungen derart aufeinander abgestimmt geregelt werden, dass in allen Betriebszuständen der Pumpe ein im wesentlichen konstanter Spalt aufrechterhalten wird. Die gewünschte Regelung .auf konstanten Spalt erfolgt in der Weise, dass die Mengen der den Kühlungen zugeführten, z.B. mit Hilfe eines Wärmetauschers gekühlten Flüssigkeit je nach Kühlbedarf geregelt werden. '
Um die gewünschte Regelung durchführen zu können ist der Einsatz von Sensoren erforderlich. Hierbei kann es
) sich um Temperatursensoren handeln, deren Signale einer
Steuerzentrale zugeführt werden. Die Steuerzentrale ihrerseits steuert die Intensität der Kühlung, Vorzugs- - weise derart, dass der Pumpspalt im wesentlichen konstant bleibt. Anstelle eines oder mehrerer Temperatursensoren kann auch ein Abstandssensor eingesetzt werden, der unmittelbar Informationen über die Spaltgröße liefert.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 eine luftgekühlte Schraubenvakuumpumpe
Figuren 2 und 3 jeweils eine luft- und flüssig- keitsgekühlte Schraubenvakuumpumpe und Figur 4 eine mit zwei Flüssigkeitskühlungen ausgerüstete Schraubenvakuumpumpe.
In den Figuren sind die zu kühlende Schraubenvakuumpumpe mit 1, ihr Schöpfraumgehäuse mit 2, ihre Rotoren mit 3 , der druckseitige Spalt zwischen den Rotoren 3 und dem Schöpfraumgehäuse 2 mit 4, ihr Einlass mit 5 und ihr sich an das Schöpfraumgehäuse 2 mit den Rotoren 3 anschließendes Getriebe/Motorraum-Gehäuse mit 6 bezeichnet. Schematisch angedeutet ist, dass die Rotoren 3 mit Gewinden .ausgerüstet sind, deren Steigung und Stegbreite von der Saugseite zur Druckseite abnehmen. Ein druckseitig gelegener Auslass ist nicht dargestellt. Im Gehäuse 6 befinden sich der Getrieberaum 7, der Motorraum 8 mit dem Antriebsmotor 9 und ein weiterer Raum 10, der Lagerraum (Figur 1) oder Bestandteil .eines Kühlflüssigkeitskreislaufs für die Rotoren 3 ist (Figuren 2 und 3) . ' ■
Die Rotoren 3 sind mit Wellen 11, 12 ausgerüstet, die den Getrieberaum 7 und den Motorraum 8 durchsetzen. Mittels Lagerungen in den Trennwänden zwischen Schöpfraum und Getrieberaum 7 (Trennwand 14) sowie Motorraum 8 und Lager- bzw. Kühlflüssigkeitsraum 10 (Trennwand 14) sind die Rotoren 3 fliegend gelagert. Die Trennwand zwischen Getrieberaum 7 und Motorraum 8 ist mit 15 bezeichnet. Im Getrieberaum 7 befindet sich das die synchrone Drehung der Rotoren 3 bewirkende Zahnradpaar 16, 17. Die Rotorwelle 11 ist gleichzeitig die Antriebswelle des Motors 9. Der Motor 9 kann auch eine von den Wellen 11, 12 verschiedene Antriebswelle haben. Bei ei- ner solchen Lösung endet seine Antriebswelle im Getrieberaum 7 und ist dort mit einem Zahnrad ausgerüstet, das mit einem der Synchronisationszahnräder 16, 17 (o- der einem weiteren, nicht dargestellten Zahnrad der Welle 12) in Eingriff steht.
Bei den Ausführungen nach den Figuren 1 bis 3 erfolgt die Kühlung der Gehäuse 2 und 6 der Pumpe 1 mit Hilfe einer Luftströmung, die von dem Rad 20 eines Lüfters 21 erzeugt wird. Der Führung der vom Lüfterrad 20 erzeugten Luftbewegung dient ein die Pumpe 1 umfassendes Gehäuse 22, das im Bereich beider Stirnseiten offen ist (Öffnungen 23, 24). Der Lüfter 21 ist so angeordnet, dass die lüfter-/motorseitige Öffnung 24 des Gehäuses 22 die Lufteintrittsöffnung bildet.
Bei den Ausführungen nach den Figuren 1 und 2 hat der Lüfter 21 einen vom Antr,iebsmotor 9 der Pumpe 1 unabhängigen Antriebsmotor 25. Vorteilhaft ist diese Lösung für Schraubenvakuumpumpen, deren Motor 9 als Spaltrohrmotor ausgebildet und damit gekapselt ist.
Bei den Ausführungen nach den Figuren 3 und 4 durchsetzt die Welle 11 den Raum 10, ist aus dem Gehäuse 6 der Pumpe 1 heraus geführt und trägt an ihrem freien Ende das Rad 20 des Ventilators oder Lüfters 21.
In allen Figuren ist jeweils schematisch als Block 26 eine Steuereinrichtung dargestellt. Sie steht über gestrichelt dargestellte Leitungen mit Sensoren in Verbindung, die Signale von gewünschten Stellgrößen liefern. Als Beispiele sind zwei alternativ oder gleich- zeitig einsetzbare Temperatur-Sensoren 27 und 28 angedeutet. Sensor 27 liefert der Temperatur des Gehäuses 2 entsprechende Signale. Er ist vorzugsweise im Bereich der Druckseite der Rotoren 3 am Gehäuse 2 befestigt. Sensor 28 befindet sich im Motorraum 8 und liefert Signale, die der Kühlflüssigkeits- bzw. Öltemperatur entsprechen. Über weitere Leitungen steht die Steuereinrichtung jeweils mit Einrichtungen in Verbindung, mit deren Hilfe die Kühlung der Pumpe 1 in der gewünschten Weise geregelt wird.
Bei der Ausführung nach Figur 1 wird der vom Lüfter 21 erzeugte Luftstrom geregelt. Dazu steht die Steuereinrichtung 26 über die Leitung 29 mit dem Antriebsmotor 25 in Verbindung. Entsprechend den von einem oder beiden der Sensoren 27 oder 28 gelieferten Signalen erfolgt die Regelung der Drehzahl des Lüfterrades 20. Da die vom Sensor 27 gelieferten Signale Informationen ü- ber die Gehäusetemperatur und die vom Sensor 28 gelieferten Signale Informationen über die Rotortemperatur liefern, kann bei der Verwendung beider Sensoren eine Differenzregelung auf den Spalt 4 durchgeführt werden.
Bei einer alternativen Lösung kann an Stelle der beiden Temperatursensoren 27, 28 nur ein Sensor 29 vorgesehen sein, der sich z. B. am Ort des Temperatursensors 27, also im Bereich der Druckseite des Pumpgehäuses 2, befindet. Bei diesem Sensor 29 handelt es sich um einen Abstandssensor, der unmittelbar Informationen über die Größe des Pumpspaltes 4 liefert. Sensoren dieser Art sind an .sich bekannt. Zur Erzeugung der Sensorsignale dienen Kapazitätsänderungen oder - vorzugsweise - Ände- δ rungen eines WirbelStromes, die' in Abhängigkeit von der Spaltgröße auftreten.
Allein in Abhängigkeit eines Sensors 29 dieser Art kann die Temperierung der Pumpe 1 gesteuert werden. Nimmt beispielsweise die Spaltgröße während des Betriebs der Pumpe dadurch ab, dass die Rotoren 3 sich ausdehnen, wird die Kühlung des Gehäuses 2 vermindert, indem durch Reduzierung der Drehzahl des Ventilators 20 die Kühl- . luftmenge reduziert wird. Dadurch dehnt sich das Gehäuse aus, so dass die Abnahme der Spaltgroße kompensiert werden kann. Nimmt die Spaltgröße während des Betriebs der Pumpe 1 zu, kann diese Vergrößerung durch Verstärkung der Kühlwirkung (Schrumpfen des Gehäuses 2) kompensiert werden. .
Die Ausführung nach Figur 2 unterscheidet sich von der Ausführung nach Figur 1 dadurch, .dass die Pumpe 1 mit einer Flüssigkeitskühlung für die Rotoren ausgerüstet ist. Der Kühlflüssigkeitskreislauf- für die Kühlung der Rotoren 4, 5 ist nur schematisch angedeutet. In den deutschen Patentanmeldungen 197 45 616, 199 63 171.9 und 199 63 172.7 sind Kühlsysteme dieser Art ausführlich beschrieben. Die Wellen 11 und 12 dienen dem Transport des Kühlmittels (z.B. Öl) zu und von den Rotoren 3. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sammelt sich das die Rotoren 3 verlassende Kühlmittel im Motorraum 8. Von dort aus wird es über die Leitung 31 einem Wärmetauscher 32 zugeführt. Der Wärmetauscher 32 kann luft- oder wassergekühlt sein. Besonders zweckmäßig - wie dargestellt - ist es, dass der vom Lüfter 21 erzeugte Luftstrom die von der Kühlflüssigkeit in den Ro- toren 3 aufgenommene Wärme aufnimmt. Die den Wärmetauscher 32 verlassende Flüssigkeit wird über die Leitung 33 dem Raum 10 zugeführt. In im einzelnen nicht dargestellter Weise gelangt sie von dort durch in den Wellen 11, 12 befindliche Bohrungen zu den Rotoren 3, durchströmt dort Kühlkanäle und gelangt durch die Wellen 11, 12 zurück in den Motorraum 8.
Um die Flüssigkeitskühlung regeln zu können, sind in Figur 2 zwei Alternativen für die Steuergröße (bereits beschriebene Sensoren 27, 28) und zwei Alternativen zur geregelten Kühlung der Kühlflüssigkeit im Wärmetauscher 32 dargestellt. Entweder wird wie bei Figur 1 die Drehzahl des Lüfterrades 20 in Abhängigkeit einer der Stellgrößen geregelt.. Bei der anderen Alternative befindet sich in der Leitung ein Regelventil 35, das die pro Zeiteinheit durch den Wärmetauscher strömende Menge der Kühlflüssigkeit bestimmt.
Bei der Lösung nach Figur 2 kann zusätzlich die Pumpe 1 vom Luftstrom des Lüfters 21 temperiert werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, Wärmetauscher 32 und Lüfter 21 im Bereich der Öffnung 24 anzuordnen. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass der das Schöpfraumgehäuse 2 der Pumpe 1 kühlende Luftstrom vorgewärmt ist. Dadurch wird erreicht, dass Wärmedehnungen des Schöpfraumgehäuses 2 in dem Umfange zugelassen werden, dass die während des Betriebs der Pumpe 1 relativ hohe Temperaturen annehmenden Rotoren 3 das Gehäuse 2 nicht berühren. Vorzugsweise bestehen das Gehäuse 2 und die Rotoren .3 zur Verbesserung der Wärmeleitung aus Alumi- nium. Weiterhin kann das Gehäuse 2 zur Verbesserung des Wärmekontaktes Rippen aufweisen.
Unabhängig davon, ob der vom Lüfter 21 erzeugte Luftstrom nur den Wärmetauscher 32 oder Wärmetauscher 32 und Gehäuse 2, 6 der Pumpe kühlt, ist es zweckmäßig, den Wärmetauscher 32 dem Lüfterrad vorzulagern und damit einen Berührungsschütz sicher zu ..stellen.
Bei der Lösung nach Figur 3 ist das Lüfterrad 20 mit der Motorwelle 11 gekoppelt. Da Schraubenvakuumpumpen üblicherweise mit konstanten Drehzahlen betrieben werden, besteht nicht mehr die Möglichkeit, den Luftstrom mit Hilfe des Lüfters 21 zu regeln. Zur Luftstromregelung ist bei der Ausführung nach Figur 3 eine regelbare Blende (z. B. Irisblende), Drossel oder dgl. vorgesehen. Sie befindet sich zwischen Lüfterrad 20 und Wärmetauscher 32, ist nur schematisch dargestellt und trägt das Bezugszeichen 36. Über die Leitung 37 ist die Blende 36 mit der Steuereinrichtung 26 verbunden. Die Regelung der Kühlluftstrommenge und/oder der Kühlung der Flüssigkeit erfolgt entsprechend der zu Figur 2 beschriebenen Regelung durch Regelung des Strömungsquer- schnitts des Luftstromes, und zwar vorzugsweise auf konstante Spaltgröße.
Zusätzlich ist der Kühlflüssigkeitskreislauf bei der Lösung nach Figur 3 noch mit einem Thermostatventil 38 ausgerüstet. Es befindet sich in der Leitung 31 und ist zweckmäßig auch von der Einrichtung 26 gesteuert. Es hat die .Aufgabe, in der Phase des Betriebsbeginns der Pumpe 1, in welcher die Kühlflüssigkeit ihre Betriebs- temperatur noch nicht erreicht hat, die Leitung 31 zu sperren und die Kühlflüssigkeit über die den Wärmetauscher umgebende Bypassleitung 39 unmittelbar der Leitung 33 zuzuführen. Hat die Temperatur der Kühlflüssigkeit ihre Betriebstemperatur erreicht, wird die Leitung 39 gesperrt und die Leitung 31 freigegeben (gezeichnete Stellung des Ventils 38) . Die Bypasslösung verkürzt die Inbetriebnahmephase.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist die Schraubenvakuumpumpe mit der bereits beschriebenen Rotorinnenkühlung sowie mit einer mit Flüssigkeit betriebenen Gehäusekühlung 41 ausgerüstet. Sie umfasst einen im Auslassbereich des Rotorgehäuses 2 befindlichen Kühlmantel 42 (z. B. flüssigkeitsgefüllt), in dem sich eine vom eigentlichen Kühlmittel durchströmte Kühlschlange 43 befindet. Alternativ kann auch der Kühlmantel 42 selbst von der Kühlflüssigkeit durchströmt sein.
Beim dargestellten. Ausführungsbeispiel steht der Aus- lass der Gehäusekühlung mit dem Motorraum 8 in Verbindung, in dem auch die die Rotorinnenkühlung verlassende Kühlflüssigkeit einströmt. Über die Leitung 31 gelangt die Kühlflüssigkeit in den Wärmetauscher 32. Daran schließt sich die Leitung 44 mit einem 3/2-Wegeventil (?) 45 an, das eine mengenmäßige Aufteilung der Kühl- flüssigkeitsversorgung der Leitungen 45 und 46 erlaubt. Leitung 45 steht mit dem Einlass der Rotorinnenkühlung, Leitung 46 mit dem Einlass der Gehäuseaußenkühlung 41 in Verbindung. Das Ventil 45 ist ein Regelventil, das von der .Steuerung 26 gesteuert wird. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 befinden sich Ventilator 20 und Wärmetauscher 32 wie bei den Ausführungen nach Figur 2 und 3 im Bereich der Öffnung 24 des Gehäuses 22. Da eine Luftstromkühlung nicht mehr unbedingt erforderlich ist (allenfalls zur Kühlung des Motor-Getriebe-Gehäuses 6) , können der Wärmetauscher 32 und seine Kühlung (Luft der Flüssigkeit) auch an einer anderen Stelle und unabhängig vom Antriebsmotor 9 angeordnet sein. Für beide Kühlkreisläufe können auch separate Wärmetauscher vorgesehen sein. Schließlich muss das Gehäuse 28 nicht vorhanden sein.
Mit der Ausführung nach Figur 4 kann - wie auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen - vor allem eine Temperierung der Pumpe 1 derart durchgeführt werden, dass ihr Pumpspalt 4 -im wesentlichen konstant bleibt. Die Sensoren 27 und 28 liefern Signale, die in Relation zu den Temperaturen des Gehäuses 2 einerseits und der Rotoren 3 andererseits stehen. In Abhängigkeit dieser Signale erfolgt die Steuerung des Ventils 45 bzw. die Aufteilung der Kühlflüssigkeitsanteile auf die beiden Kühlungen.
Insgesamt erlauben es die Merkmale nach der Erfindung, die Leistungsdichte einer Schraubenpumpe weiter zu erhöhen. Die Pumpe kann kleiner ausgebildet und mit höheren Oberflächentemperaturen betrieben werden. Das äußere der Luftführung dienende Gehäuse 22 hat außerdem die Funktion eines Berührungsschützes . Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, das Kühl- bzw. Temperiersystem so einzustqllen, dass für den Fall, dass zwei Kühlsysteme (Rotorinnenkühlung, Gehäuseaußenkühlung) vorhanden sind, etwa die Hälfte der von der Pumpe erzeugten Wärme von jedem der beiden Kühlsysteme abgeführt wird.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Verfahren zur Temperierung einer Schraubenvakuumpumpe (1) , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Schraubenvakuumpumpe (1) geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Kühlung derart durchgeführt wird, dass zwischen den Rotoren (3) und ihrem Gehäuse (2) während des Betriebs ein im wesentlichen konstanter Spalt (4) aufrecht erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Kühlung in Abhängigkeit von der Außentemperatur des Schöpfraumgehäuses (2) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) von außen mit ei- • ner erzwungenen Luftströmung gekühlt wird.
5. Verf hren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter (21) die erzwungene Luftströmung erzeugt und dass die Drehzahl des Lüfterrades (20) geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die erzwungene Luftströmung von einem Lüfter (21) erzeugt wird und dass der Strömungsquerschnitt der Luftströmung geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe von außen gekühlt wird und dass die Rotoren von innen gekühlt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren der Schraubenvakuumpumpe (1) mit Hilfe einer Flüssigkeitskühlung gekühlt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein externer Wärmetauscher (32) für die Kühlflüssigkeit von der erzwungenen Luftströmung gekühlt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenvakuumpumpe (1) mit einer Flüssigkeitskühlung für ihre Rotoren (3) ausgerüstet ist und dass die Regelung der Kühlung in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Rotor-Innenkühlung eine Flüssigkeitsgehäusekühlung (41) verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein. externer, von der Kühlflüssigkeit durchströmter Wärmetauscher (32) mit regelbarem Wärmetausch zur Regelung der Kühlung verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die den Wärmetauscher (32) durchströmende Flüssigkeitsmenge geregelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die den Wärmetauscher (32) verlassende Flüssigkeit der Rotor-Innenkühlung und der Gehäusekühlung (41) zugeführt wird und dass die Flüssigkeitsanteile regelbar sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Kühlkreisläufe ein separater Wärmetauscher zugeordnet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Roto innen- kühlung abgeführte Wärmemenge und die von der Gehäusekühlung abgeführte Wärmemenge etwa gleich groß sind.
17. Für. die Durchführung eines Verfahrens zur Kühlung nach Anspruch 1 geeignete Schraubenvakuumpumpe (1) mit Pumpengehäuse (2, 6), mit in diesem Gehäuse untergebrachten Rotoren (3) sowie mit einem Antriebsmotor (9) , dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Flüssigkeitskühlung und/oder mit einer Luftkühlung ausgerüstet ist.
18. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung einer erzwungenen Luftströmung ein Lüfter (21) vorgesehen ist, der mit einer Drehzahlregelung oder mit einer Luftmengenregelung ausgerüstet ist.
19. Pumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Lüfter (21) , Antriebsmotor (9) und Pumpengehäuse (2) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
20. Pumpe nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Pumpengehäuse (2) mit äußeren Rippen ausgerüstet ist.
21. Pumpe nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und die Rotoren (3, 4) aus Aluminium bestehen.
22. Pumpe nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußeres Gehäuse (22) für die Führung der Kühlluft vorgesehen ist und dass sich der Lüfter (21) auf der Lufteintrittsseite (24) befindet.
23. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Flüssigkeits-Rotorinnenkühlung und mit einer Flüssigkeits-Gehäusekühlung ausgerüstet ist.
24. Pumpe nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung der Kühlflüssigkeit ein oder zwei Wärmetauscher (32) vorgesehen ist/sind.
25. Pumpe nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der' Kühlflüssigkeitskreislauf mit einem Regelventil (35) ausgerüstet ist.
26. Pumpe nach Anspruch 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskreislauf mit einem Thermostatventil (38) ausgerüstet ist, das entweder die Zuführungsleitung (31) mit dem Eintritt des Wärmetauschers (32) oder mit einer den Wärmetauscher (32) umgebenden Bypassleitung (39) verbindet .
27. Pumpe nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Flüssigkeitskühlung und einer Luftkühlung ausgerüstet ist und dass der der Luftkühlung dienende Lüfter (21) auch die Kühlung des der Flüssigkeitskühlung dienenden Wärmetauschers (32) bewirkt.
28. Pumpe nach Anspruch 27 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wärmetauscher (32) in KühlluftStrömungsric tung vor dem Lüfter (21) befindet.
29. Pumpe nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flüssigkeits-Gehäμ- sekühlung (41) im Bereich des druckseitigen Endes des Pumpengehäuses befindet.
30. Pumpe nach Anspruch 22 und Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasse der Rotor-Innenkühlung und der Gehäusekühlung (41) über ein Regelventil an den Auslass des Wärmetauschers angeschlossen sind.
31. Pumpe nach Anspruch 28, 2 oder 30 , dadurch ge- kennzeichnet, dass die Austritte der Flüssigkeitskühlungen in den .Motorraum (8) münden.
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