WO2018224409A1 - Trockenverdichtende vakuumpumpe - Google Patents

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WO2018224409A1
WO2018224409A1 PCT/EP2018/064511 EP2018064511W WO2018224409A1 WO 2018224409 A1 WO2018224409 A1 WO 2018224409A1 EP 2018064511 W EP2018064511 W EP 2018064511W WO 2018224409 A1 WO2018224409 A1 WO 2018224409A1
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dry
vacuum pump
housing
pump according
toothed belt
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PCT/EP2018/064511
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Thomas Dreifert
Dirk Schiller
Wolfgang Giebmanns
Roland Müller
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Leybold Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a dry-running vacuum pump, in particular a screw pump, multi-stage Roots pump, Roots pump or claw pump.
  • Dry-compressing vacuum pumps such as screw pumps
  • the rotor elements are designed as helical displacement elements. Each rotor element is supported by a rotor shaft.
  • the two rotor elements are arranged in a pump in the pump chamber formed by the pump chamber.
  • the two rotor shafts protrude through a housing wall, which limits the suction space. Toothed wheels are connected to the two shaft ends.
  • the two gears mesh with each other. As a result, on the one hand synchronizing the two counter-rotating shafts, as well as on the other hand driving the two shafts done. By providing the meshing gears, only one of the two shafts needs to be driven.
  • the object of the invention is to provide a dry-compressing vacuum pump which is driven by a toothed belt.
  • the dry-compressing vacuum pump in particular a screw pump, multi-stage Roots pump, Roots pump or claw pump, has a suction chamber formed by a pump housing.
  • two rotor elements are arranged, which are in the vacuum pump in particular is a screw pump.
  • Each rotor element is supported by a rotor shaft.
  • the two rotor shafts protrude in particular through a housing wall delimiting the pump chamber or a partition wall of a housing, so that one shaft end protrudes from the pump chamber per rotor shaft.
  • On the two shaft ends a toothed belt wheel is arranged in each case. Since the drive of the two rotor shafts takes place via a toothed belt, the two toothed belt wheels do not mesh with one another.
  • the two gears are thus constantly out of engagement.
  • a drive device such as an electric motor is provided.
  • a pulley is arranged in particular on a drive shaft of the electric motor.
  • the toothed belt is connected to the two toothed belt wheels and the drive device, in particular the pulley of the drive device.
  • the two toothed belt wheels which are each arranged on a rotor shaft, and the belt pulley of the drive device are arranged in a common synchronization housing, in particular the leak rate of the pump is ⁇ 10 "4 mbar l / s
  • the leak rate of the pump is ⁇ 10 "4 mbar l / s
  • the synchronization housing has only three passage openings. Two through holes are used to pass the rotor shafts and a through hole for
  • the seal of the two arranged in the pump housing shafts is designed such that in particular the synchronization housing is sealed from the penetration of process medium from the pumping chamber.
  • the two rotor shafts are sealed on the side of the synchronization housing in such a way that, based on the rolling bearings supporting the two shafts, a gap density and / or a shaft seal are provided on the side pointing in the direction of the pump chamber. In this way, a good seal and a correspondingly good protection against the ingress of contaminants of the process medium can be ensured in the synchronization housing.
  • the opposing bearings of the two rotor shafts are preferably also sealed in such a way that the bearings located outside the rotors are sealed both with a shaft seal and with a gap seal with respect to the pump chamber. Furthermore, it is preferred that the seals of the drive shaft, which connects the drive motor with the arranged in the synchronization housing pulley, is hermetically sealed. This is particularly possible because relatively low speeds occur here.
  • the drive device which is in particular an electric motor and in particular is directly connected to the drive shaft, designed as a hermetically sealed drive device.
  • a split-pot motor is used as the drive device.
  • a motor winding of the drive device is cast to its hermetic seal.
  • the power supply line is shed with.
  • potting compound can be used plastic materials, in particular epoxy resins.
  • a housing of the drive device on a Strom be manufactured by providing a potting compound in the current feed-through opening, so that the power supply lines are potted in the region of the current feed-through opening.
  • the housing of the drive means may be fixedly and hermetically sealed to the synchronization housing, so that the drive shaft connected to the drive shaft protrudes from the hermetically sealed housing of the drive device in the likewise hermetically sealed synchronization housing. It is also possible that both the drive device and the components arranged in the synchronization housing are arranged in a common housing. The drive device is thus also arranged in the synchronization housing. The only opening of the synchronization housing is thus the Current feed-through opening. This is then preferably hermetically sealed, in particular by providing potting compound.
  • the synchronization housing is connected to a pump housing forming the pump chamber.
  • a one-piece design of the two housings can be realized. As a result, the manufacturing costs are reduced and simplifies the installation.
  • the two passage openings for the rotor shafts are arranged in particular in a common housing in a partition wall between the pump chamber and the interior of the synchronization housing.
  • a circumferential backlash between the two rotor elements of more than ⁇ 0.75 °, in particular more than ⁇ 1 °, is preferably provided. Only due to the provision of such a large backlash is the use of timing belt possible.
  • the two screw rotors have a plurality of rotor or displacement elements or displacement stages.
  • at least two displacement elements or displacement stages are provided.
  • Such a vacuum pump screw rotor preferably has at least two helical displacement elements arranged on a rotor shaft.
  • the at least two displacement elements preferably have different pitches, wherein the pitch is constant per displacement element.
  • the vacuum pump screw rotor has two displacement elements, wherein a first suction-side displacement element has a larger constant pitch and a second pressure-side displacement element has a smaller constant pitch.
  • the preferred provision of a plurality of displacement elements, each having a constant pitch the production is considerably simplified.
  • each displacement element has at least one helical recess which has the same contour over its entire length.
  • the contours are preferably different per displacement element.
  • the single displacement element thus preferably has a constant pitch and a constant contour. This simplifies the production considerably, so that the production costs can be greatly reduced.
  • the contour of the suction-side displacement element is asymmetrical.
  • the flanks can be configured in such a way that the leakage surfaces, the so-called blow holes, in particular, completely disappear or at least have a small cross section.
  • a particularly suitable asymmetric profile is the so-called "Quimby profile". Although such a profile is relatively difficult to manufacture, it has the advantage that there is no continuous blow hole. A short circuit is only given between two adjacent chambers. Since it is an asymmetric profile with different profile flanks, at least two steps are required for the production, since the two flanks must be prepared in different steps due to their asymmetry.
  • the pressure-side displacement element in particular the last displacement element in the pumping direction, is preferably provided with a symmetrical contour.
  • the symmetrical contour has the particular advantage that the production is easier.
  • both flanks can be produced with a symmetrical contour by a rotating end mill or by a rotating side milling cutter in one step.
  • Such symmetrical profiles have only small blowholes, but these are continuous, ie not only provided between two adjacent chambers.
  • the size of the blow hole decreases as the slope decreases.
  • such symmetrical profiles in particular at The pressure-side displacement element may be provided, since in a preferred embodiment it has a smaller pitch than the suction-side displacement element and preferably also as the displacement element arranged between the suction-side and pressure-side displacement elements.
  • the provision of at least two such displacement elements means that the corresponding screw vacuum pump can generate low inlet pressures with low power consumption.
  • the thermal load is low.
  • Arranging at least two displacement elements of constant pitch and constant contour in such a vacuum pump which are preferably configured in a vacuum pump leads to substantially the same results as in a vacuum pump with a variable pitch displacement element. At high built volume ratios can be provided per rotor three or four Vedrteilungs institute.
  • a pressure-side that is, in particular in pumping last displacement element on a large number of turns on. Due to a high number of turns, a larger gap between the screw rotor and the housing can be accepted with consistent performance.
  • the gap can have a cold gap width of 0.05-0.3 mm.
  • a large number of outlet turns or number of turns in the pressure-side displacement element is inexpensive to produce, since this displacement element is a constant Slope and in particular also has a symmetrical contour. As a result, a simple and inexpensive production is possible, so that the provision of a larger number of turns is acceptable.
  • this pressure-side or last displacement element has more than 6, in particular more than 8 and particularly preferably more than 10 turns.
  • the use of symmetrical profiles in a particularly preferred embodiment has the advantage that both flanks of the profile can be cut simultaneously with a milling cutter.
  • the milling cutter is additionally supported by the respectively opposite flank, so that deformation or bending of the milling cutter during the milling process and thus caused inaccuracies are avoided.
  • the displacement elements and the rotor shaft are formed in one piece.
  • the pitch change between adjacent displacement elements is discontinuous or erratic.
  • the two displacement elements are arranged in the longitudinal direction at a distance from each other, so that between two displacement elements, a circumferential cylindrical chamber is formed, which serves as a tool outlet. This is particularly advantageous in integrally formed rotors, since the helix producing tool can be brought out in this area in a simple manner. If the displacement elements are manufactured independently of each other and then mounted on a shaft, the provision of a tool outlet, in particular of such a ring-cylindrical region is not required.
  • no tool outlet is provided between two adjacent displacement elements on the pitch change.
  • both flanks preferably have a defect or recess in order to be able to lead out the tool.
  • Such a defect has none Significant influence on the compaction performance of the pump, as it is a locally highly limited defect or recess.
  • the vacuum pump screw rotor preferably has a plurality of displacement elements. These may each have the same or different diameters. It is preferred here that the pressure-side displacement element has a smaller diameter than the suction-side displacement element.
  • displacement elements which are produced independently of the rotor shaft, they are mounted on the shaft, for example by press fits. In this case, it is preferable to provide elements such as dowel pins for fixing the angular position of the displacement elements to one another.
  • the screw rotor in the one-piece design of the screw rotor but also in a multi-piece configuration, it is preferable to produce this made of aluminum or an aluminum alloy. It is particularly preferred to produce the rotor from aluminum or an aluminum alloy, in particular AISi9Mg or AISi 17Cu4Mg. The alloy preferably has a high silicon content of preferably more than 9%, in particular more than 15%, in order to reduce the expansion coefficient.
  • the aluminum used for the rotors in a further preferred embodiment of the invention has a lower coefficient of expansion than the material of the housing. It is preferred if the material has an expansion coefficient of less than 22 * 10 -6 / K, in particular of less than 22 * 10 -6 / K, while the aluminum of the housing preferably has a higher expansion coefficient.
  • the surface of the displacement elements is coated, wherein in particular a coating against wear and / or corrosion is provided.
  • a coating against wear and / or corrosion is provided.
  • the vacuum pump has at least two stages of compression.
  • the vacuum pump has a maximum delivery of at least 75%, in particular at least 85%.
  • the delivery rate is the quotient of the real maximum achieved volume flow and the theoretically possible volume flow in a lossless pump based on the pump chamber geometry and the operating speed.
  • the maximum delivery rate is usually achieved in the range of 1 to 10 mbar.
  • the toothed belt used is preferably not only for driving but also for synchronizing the rotor shafts.
  • the rotor shafts rotate counter-clockwise in screw pumps.
  • the toothed belt is therefore formed in a preferred embodiment as a double-sided toothed belt. In plan view, therefore, the toothed belt preferably extends between the two connected to the shaft ends of the toothed belt wheels.
  • backlashes of the two toothed belt wheels of more than 0.10 mm can be accepted.
  • the gapping is defined here by the combination of the tooth shape of the toothed belt wheels used and the tooth shape and size of the teeth of the toothed belt. Due to the relatively large tooth gap clearance, the service life of the toothed belt is significantly increased.
  • the effective diameter is not increased and thus no forced pitch error arises.
  • a toothed belt for driving and synchronizing the two rotor shafts in particular has the advantage that no oil lubrication must be provided. This has the particular advantage that the sealing of the shaft ends relative to the pump chamber can be designed significantly cheaper. Furthermore, it is possible grease-lubricated bearings provided.
  • the two shafts are mounted in the housing wall through which the shaft ends are guided, wherein these bearings can be grease-lubricated bearings.
  • the opposite shaft ends, which are arranged in the region of the inlet side, are preferably mounted on grease-lubricated bearings, but also oil-lubricated bearings can be used.
  • the sealing of the rotor shafts relative to the synchronization housing is preferably carried out with the aid of a sealing device, which in particular has a shaft seal and / or a gap seal.
  • a sealing device which in particular has a shaft seal and / or a gap seal.
  • the sealing device additionally has a sealing gas seal. As a result, the tightness can be further improved.
  • a belt tensioning device may be provided to keep the belt constantly tensioned.
  • This is preferably an automatic clamping device, in which the voltage is generated for example by means of a spring or the like, or a fixed bias is applied during assembly. It is also possible to tension the belt by holding the drive motor in a displaceable manner.
  • Another advantage of the drive according to the invention by means of a toothed belt is that it is possible in a simple manner to change the speed of the vacuum pump. For this purpose, only the connected to the drive device toothed belt pulley must be replaced. When replacing the timing belt pulley, the timing belt may need to be replaced.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section of a first embodiment according to the invention of a screw vacuum pump
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section of a second embodiment according to the invention of a screw vacuum pump
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal section of a third embodiment according to the invention of a screw vacuum pump
  • Fig. 6 is a schematic representation of a combination of timing belt and pulley without tooth space.
  • Fig. 1 is greatly simplified schematically a pump housing 10 is shown.
  • a pump chamber is formed in which two rotor elements 14 are arranged.
  • the rotor elements 14 are screw rotors.
  • the screw rotors 14 have helical compression elements that intermesh.
  • the two screw rotors 14 are here driven in opposite directions.
  • the two screw rotors 14 have in the illustrated embodiment, two pumping stages 16, 18.
  • the two rotor elements are each arranged on a rotor shaft 22.
  • the two rotor shafts 22 are mounted on the suction side in a housing cover 24 via bearing elements 26.
  • On the opposite side shaft ends 28 protrude through a housing wall or a partition wall 30 therethrough.
  • the two rotor shafts 22 are mounted on grease-lubricated bearings 32 and sealed by shaft seals 33.
  • the dry compacting vacuum pump delivers fluid through an inlet 34 to an outlet 36.
  • the pump chamber 12, in which the two rotors are arranged is preferably additionally sealed with a gap seal 23.
  • a sealing gas seal may additionally be provided in this area.
  • the aim of the shaft seal is to achieve as hermetic a seal or a seal with very little leakage over long periods of operation.
  • the shaft seals can be designed to be single-lipped or double-lipped. In a double-lip design, grease or the like may be provided between the seals.
  • the seals can in this case in the same direction or in the opposite direction to each other. In addition to fat fillings, oil fillings are also possible. Furthermore, gas-lubricated mechanical seals can also be provided. Furthermore, piston rings, coatings or bushings and the like may also be provided in addition to or instead of other sealing elements.
  • the two shaft ends 28 are each connected to a toothed belt wheel 38, wherein the two toothed belt wheels 38 do not mesh with each other.
  • the synchronization takes place by means of a toothed belt 40, not shown in FIG. 1 (FIG. 4).
  • a drive device 42 is provided, the drive shaft 44 is connected to a toothed belt pulley 46.
  • the drive device 42 can be, in particular, a hermetically sealed motor, for example with a containment shell (FIG. 2), or a motor (FIG. 3) integrated into the synchronization housing 54 with a bushing-sealed current feedthrough.
  • a hermetically sealed motor for example with a containment shell (FIG. 2), or a motor (FIG. 3) integrated into the synchronization housing 54 with a bushing-sealed current feedthrough.
  • a synchronization housing 54 is connected or integrally formed.
  • the synchronization housing 54 is closed by a cover 53, if necessary gas-tight.
  • the synchronization housing 54 forms an interior space 55.
  • the two connected to the two shaft ends 28 toothed belt wheels 38 are arranged.
  • the pulley 46 is arranged in the interior 58.
  • the pulley 46 is connected to the drive shaft 44 of the drive device 42.
  • the drive shaft 44 is also guided through the housing wall or partition 30.
  • the drive shaft 44 is also mounted in the partition wall 30 via grease-lubricated bearings 32 and sealed by a shaft seal 33.
  • FIGS. 2 and 3 similar and identical components with respect to the embodiment shown in FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
  • the peculiarity of the two embodiments illustrated in FIGS. 2 and 3 is the design and arrangement of the drive device (42).
  • the electric motor (42) is arranged in a motor housing (56).
  • the motor housing (56) is fixed in the illustrated embodiment hermetically sealed to the synchronization housing (54). Likewise, the two housings (56), (54) may be formed in one piece. In the illustrated embodiment, the housing (56) with a lid (58) is sealed. Within the housing (56), the rotor (60) of the motor via bearings (62), (32) together with the drive shaft (44) and the motor drive shaft (44) in the housing (56) is mounted.
  • the rotor (60) is surrounded by a containment shell (64), so that a hermetic seal with respect to a motor winding (66) is realized.
  • the motor winding (66) is connected to power supply lines (68) which are inserted through a Strom sacrifice für für Anlagen für (70) in the housing (56).
  • the motor winding (66) is hermetically sealed by providing a potting compound (72).
  • the corresponding potting compound is provided for sealing the current passage opening (70) in this area as well, or the power supply lines (68) are also potted in the region of the current passage opening (70).
  • FIGS. 2 and 3 can also be combined with each other.
  • FIG. 5 shows diagrammatically teeth of a toothed belt pulley 38 or 46 in conjunction with a toothed belt 40.
  • a tooth 48 of a toothed belt 40 is configured in such a way that a gap shown hatched is formed in relation to a tooth space 50 between two adjacent teeth 52 of the toothed belt wheel 38.
  • a toothed belt as shown schematically in Figure 6, may be provided. This has as a so-called zero gap no distances between the tooth space 50 and the tooth 48 of the belt 40.

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Abstract

Eine trockenverdichtende Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Schraubenpumpe, Multi-Stage-Rootspumpe, Rootspumpe oder Klauenpumpe handelt, weist zwei in einem Schöpfraum (12) angeordnete Rotorelemente (14) auf. Die beiden Rotorelemente sind jeweils von einer Rotorwelle (22) getragen. Zwei Wellenenden der Rotorwellen (22) ragen durch eine Seitenwand (28) des Pumpengehäuses (10). Auf den beiden Wellenenden (28) ist jeweils ein Zahnriemenrad (38) angeordnet. Ferner sind eine Antriebseinrichtung sowie ein Elektromotor zum Antreiben der Rotorwelle (22) vorgesehen. Der Antrieb der Rotorwellen (22) erfolgt durch einen Zahnriemen (40). Sowohl die Zahnriemenräder (38) als auch eine mit einer Antriebswelle (44) der Antriebseinrichtung (42) verbundenen Riemenscheibe (46) sind in einem gemeinsamen Synchronisationsgehäuse (54) angeordnet.

Description

Trockenverdichtende Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft eine trockenlaufende Vakuumpumpe, insbesondere eine Schraubenpumpe, Multi-Stage-Rootspumpe, Rootspumpe oder Klauenpumpe.
Trockenverdichtende Vakuumpumpen wie beispielsweise Schraubenpumpen weisen zwei in einem Schöpfraum angeordnete Rotorelemente auf. Bei Schraubenpumpen sind die Rotorelemente als schraubenlinienförmige Verdrängerelemente ausgebildet. Jedes Rotorelement ist von einer Rotorwelle getragen. Die beiden Rotorelemente sind bei einer Schraubenpumpe in dem durch das Pumpengehäuse ausgebildeten Schöpfraum angeordnet. Die beiden Rotorwellen ragen durch eine Gehäusewand, die den Schöpfraum begrenzt. Mit den beiden Wellenenden sind Zahnräder verbunden. Bei Schraubenpumpen kämmen die beiden Zahnräder miteinander. Hierdurch erfolgen einerseits ein Synchronisieren der beiden sich gegenläufig drehenden Wellen, sowie andererseits ein Antreiben der beiden Wellen. Durch Vorsehen der kämmenden Zahnräder muss nur eine der beiden Wellen angetrieben werden. Zur Erzielung eines effizienten Verdichtungsprozesses und eines guten Liefergrades sind enge Spalten zwischen den Rotoren notwendig, die eine sehr exakte Synchronisierung notwendig machen. Hierbei sind typischerweise maximal Synchronisationsfehler bzw. Verdrehflankenspiele zwischen den Rotoren von ± 0,25° zulässig. Dies kann bei auf dem Markt befindlichen trockenverdichtenden Vakuumpumpen durch Vorsehen kämmender Zahnräder auf den Wellenenden realisiert werden. Aufgrund der geforderten Präzision und der geringen zulässigen Toleranzen sind die Kosten hoch.
Des Weiteren ist es beim Vorsehen kämmender Zahnräder zur Synchronisation erforderlich, eine Ölschmierung vorzusehen. Dies hat zur Folge, dass eine aufwendige und komplizierte Abdichtung in der Gehäusewand, durch die die Wellenenden ragen, erforderlich ist.
Bekannt ist auch eine elektronische Synchronisation der beiden Rotorwellen. Diese ist allerdings ebenfalls aufwendig und teuer. Zum Antrieb in der Rotorwelle sind Antriebseinrichtungen, üblicherweise Elektromotoren vorgesehen. Diese können zur Drehzahlerhöhung der Vakuumpumpe mit einem Frequenzumrichter verbunden sein. Hierbei handelt es sich ebenfalls um ein verhältnismäßig teures Bauteil . Gegebenenfalls sind zwischengeschaltete Getriebe vorgesehen, wobei diese sodann wiederum ölgeschmiert sein müssen.
Des Weiteren ist es beispielsweise aus der DE 38 23 927 bekannt, zwei Rotorwellen einer Schraubenpumpe über einen Zahnriemen zu synchronisieren. Ein entsprechendes Produkt wurde jedoch nicht technisch realisiert und auf dem Markt angeboten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine trockenverdichtende Vakuumpumpe zu schaffen, die mit einem Zahnriemen angetrieben wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die trockenverdichtende Vakuumpumpe, insbesondere eine Schraubenpumpe, Multi-Stage-Rootspumpe, Rootspumpe oder Klauenpumpe, weist einen von einem Pumpengehäuse gebildeten Schöpfraum auf. In dem Schöpfraum sind zwei Rotorelemente angeordnet, wobei es sich bei der Vakuumpumpe insbesondere um eine Schraubenpumpe handelt. Jedes Rotorelement ist von einer Rotorwelle getragen. Die beiden Rotorwellen ragen insbesondere durch eine den Schöpfraum begrenzende Gehäusewand bzw. eine Trennwand eines Gehäuses, so dass je Rotorwelle ein Wellenende aus dem Schöpfraum ragt. Auf den beiden Wellenenden ist jeweils ein Zahnriemenrad angeordnet. Da der Antrieb der beiden Rotorwellen über einen Zahnriemen erfolgt, kämmen die beiden Zahnriemenräder nicht miteinander. Die beiden Zahnräder sind somit ständig außer Eingriff. Ferner ist eine Antriebseinrichtung wie ein Elektromotor vorgesehen. Hierbei ist insbesondere auf einer Antriebswelle des Elektromotors eine Riemenscheibe angeordnet. Der Zahnriemen ist mit den beiden Zahnriemenrädern und der Antriebseinrichtung, insbesondere der Riemenscheibe der Antriebseinrichtung verbunden.
Erfindungsgemäß sind die beiden Zahnriemenräder, die jeweils auf einer Rotorwelle angeordnet sind, und die Riemenscheibe der Antriebseinrichtung in einem gemeinsamen Synchronisationsgehäuse angeordnet insbesondere ist die Leckrate der Pumpe < 10"4 mbar l/s. Durch das Vorsehen eines Zahnriemens ist es möglich, eine Synchronisation der beiden Rotorwellen vorzunehmen, wobei die beiden mit den Rotorwellen verbundenen Riemenscheiben nicht miteinander kämmen, wie dies bei Synchronisationszahnrädern erforderlich ist. Hierdurch kann eine Ölschmierung in diesem Bereich entfallen. Außerdem ist eine Erhöhung der Drehzahl der Rotorwellen gegenüber der Antriebswelle möglich, was positive Auswirkungen auf die Pumpleistung der Rotorelemente hat. Auf diese Weise können auch kostengünstige Motoren eingesetzt werden, die näherungsweise mit Netzfrequenz (50 Hz bzw. 60 Hz) laufen. Das Anordnen des Zahnriemens zusammen mit den beiden Zahnriemenrädern und der Riemenscheibe in einem gemeinsamen Gehäuse hat ferner den Vorteil, dass hierdurch eine entsprechende Abdichtung erfolgen kann, so dass beispielsweise das Eindringen von Öl oder Schmutz in diesen Bereich auf einfache Weise vermieden ist. Hierdurch kann ein zuverlässiger und kostengünstiger Antrieb einer Vakuumpumpe wie einer Schraubenvakuumpumpe mit Hilfe eines Zahnriemens erfolgen. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass das Synchronisationsgehäuse nur drei Durchgangsöffnungen aufweist. Zwei Durchgangsöffnungen dienen zum Hindurchführen der Rotorwellen und eine Durchgangsöffnung zum
Hindurchführen einer Antriebswelle der Antriebseinrichtung. Da nur drei Durchgangsöffnungen vorgesehen sein müssen, ist eine einfache Abdichtung möglich, zumal in den Durchgangsöffnungen stets eine Welle angeordnet ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass die beiden Rotorwellen insbesondere unmittelbar die beiden Zahnriemenräder und die Antriebswelle der Antriebseinrichtung mittelbar oder unmittelbar die Riemenscheibe tragen. Da durch die Durchgangsöffnungen vorzugsweise ausschließlich Wellen geführt sind, können diese durch geeignete Wellendichtungen auf technisch einfache und zuverlässige Weise abgedichtet werden. Insbesondere durch eine derart zuverlässige Abdichtung der Durchgangsöffnungen kann der Schöpfraum ölfrei oder schmiermittelfrei gehalten und ausgebildet sein. Einerseits ist das Eindringen von Schmiermittel in den Innenraum insbesondere durch die Wellendichtungen vermieden und andererseits ist aufgrund des Vorsehens des Riementriebs eine Öl- oder Fettschmierung nicht erforderlich.
Die Dichtung der beiden in dem Pumpengehäuse angeordneten Wellen ist derart ausgeführt, dass insbesondere das Synchronisationsgehäuse vor dem Eindringen von Prozessmedium aus dem Schöpfraum abgedichtet ist. Hierzu ist es besonders bevorzugt, dass die beiden Rotorwellen auf der Seite des Synchronisationsgehäuses derart abgedichtet sind, dass bezogen auf die die beiden Wellen jeweils tragenden Wälzlager auf der in Richtung des Schöpfraums weisenden Seite eine Spaltdichte und/oder eine Wellendichtung vorgesehen sind. Hierdurch kann eine gute Abdichtung und ein entsprechend guter Schutz vor Eindringen von Verunreinigungen des Prozessmediums in das Synchronisationsgehäuse gewährleistet werden. Die gegenüberliegenden Lager der beiden Rotorwellen sind vorzugsweise ebenfalls derart abgedichtet, dass die bezogen auf die Rotoren aussenliegenden Lager sowohl mit einer Wellendichtung als auch mit einer Spaltdichtung gegenüber dem Schöpfraum abgedichtet sind. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Dichtungen der Antriebswelle, die der Antriebsmotor mit der im Synchronisationsgehäuse angeordneten Riemenscheibe verbindet, hermetisch abgedichtet ist. Dies ist insbesondere möglich, da hier verhältnismäßig niedrige Drehzahlen auftreten.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebseinrichtung, bei der es sich insbesondere um einen Elektromotor handelt und die insbesondere unmittelbar mit der Antriebswelle verbunden ist, als hermetisch dichte Antriebseinrichtung ausgebildet. Dies kann in bevorzugter Ausführungsform dadurch realisiert werden, dass als Antriebseinrichtung ein Spalttopf-Motor verwendet wird. Des Weiteren ist es möglich, dass eine Motorwicklung der Antriebseinrichtung zu deren hermetischen Abdichtung vergossen ist. Hierbei wird insbesondere auch die Stromzuführleitung mit vergossen. Als Vergussmasse können Kunststoffmassen, insbesondere Epoxidharze verwendet werden.
Insbesondere weist ein Gehäuse der Antriebseinrichtung eine Stromdurchführöffnung auf, die insbesondere hermetisch dicht ist. Dies kann beispielsweise durch Vorsehen einer Vergussmasse in der Stromdurchführöffnung realisiert werden, sodass die Stromzuführleitungen im Bereich der Stromdurchführöffnung vergossen sind.
Das Gehäuse der Antriebseinrichtung kann mit dem Synchronisationsgehäuse fest und hermetisch dicht verbunden sein, sodass die mit der Antriebseinrichtung verbundene Antriebswelle aus dem hermetisch dichtem Gehäuse der Antriebseinrichtung in das ebenfalls hermetisch dichte Synchronisationsgehäuse ragt. Ebenso ist es möglich, dass sowohl die Antriebseinrichtung als auch die in dem Synchronisationsgehäuse angeordneten Bauteile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Antriebseinrichtung ist somit ebenfalls in dem Synchronisationsgehäuse angeordnet. Die einzige Öffnung des Synchronisationsgehäuses ist somit die Stromdurchführöffnung. Diese ist sodann vorzugsweise hermetisch abgedichtet, insbesondere durch Vorsehen von Vergussmasse.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Synchronisationsgehäuse mit einem den Schöpfraum ausbildenden Pumpengehäuse verbunden. Vorzugsweise kann auch eine einstückige Ausgestaltung der beiden Gehäuse realisiert werden. Hierdurch sind die Herstellungskosten reduziert und die Montage vereinfacht.
Die beiden Durchgangsöffnungen für die Rotorwellen sind insbesondere bei einem gemeinsamen Gehäuse in einer Trennwand zwischen dem Schöpfraum und dem Innenraum des Synchronisationsgehäuses angeordnet.
Um zum Antrieb der beiden Rotorwellen einen Zahnriemen vorsehen zu können, ist vorzugsweise ein Verdrehflankenspiel zwischen den beiden Rotorelemente von mehr als ± 0,75° insbesondere mehr als ± 1° vorgesehen. Nur aufgrund des Vorsehens eines derart großen Verdrehflankenspiels ist der Einsatz von Zahnriemen möglich .
Um trotz des vorzugsweise großen Verdrehflankenspiels bei Verdichtung gegen Atmosphäre ein hohes Vakuum von insbesondere weniger als 200 mbar Absolutdruck erzielen zu können, sind besondere Ausgestaltungen der Verdichtungsstufen, d. h. der auf der Rotorwelle angeordneten Verdrängerelemente bevorzugt, wobei die Verdrängerelemente selbstverständlich auch einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet sein können .
Aufgrund des vorzugsweise zulässigen großen Verdrehflankenspiels tritt insbesondere bei den saugseitig angeordneten Verdichtungselementen, d.h . bei den auf den Pumpeneinlass folgenden Verdichtungselementen eine vergleichsweise hohe Rückströmung auf.
Bei Schraubenrotoren mit in Förderrichtung veränderlicher Steigung ist der Profileingriffsspalt im Einlassbereich aufgrund der hier vorhandenen großen Steigung der Windung der Verdrängungselemente bestimmend für den maximal zulässigen Synchronisationsfehler. Bereits vergleichsweise kleine Winkelabweichungen führen zu unerwünschten Flankenkontakten bei den saugseitigen Verdrängungselementen. Um dies zu vermeiden, muss ein großes Verdrehflankenspiel gewählt werden. Um trotz des hierdurch entstehenden großen Spalts einen guten Liefergrad der Pumpe zu erzielen, ist es bevorzugt, im Einlassbereich die Anzahl der Windungen mit großer Steigung und großem Profilspalt zu erhöhen. Insbesondere sind in diesem Bereich vorzugsweise zwei bis drei Windungen vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Anzahl der Windungen im Auslassbereich, d.h. druckseitig erhöht werden. Hierdurch ergeben sich ein geringerer Druckgradient im Einlassbereich und somit ebenfalls eine verringerte Rückströmung. Im Auslassbereich weisen die Windungen eine geringere Steigung auf. Vorzugsweise sind hierbei sechs bis 10 Windungen vorgesehen.
Des Weiteren ist es bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform möglich, dass die beiden Schraubenrotoren mehrere Rotor- bzw. Verdrängungselemente bzw. Verdrängungsstufen aufweisen. Vorzugsweise sind mindestens zwei Verdrängungselemente bzw. Verdrängungsstufen vorgesehen.
Ein derartiger Vakuumpumpen-Schraubenrotor weist vorzugsweise mindestens zwei auf einer Rotorwelle angeordnete schraubenlinienförmige Verdrängungselemente auf. Die mindestens zwei Verdrängungselemente weisen vorzugsweise unterschiedliche Steigungen auf, wobei je Verdrängungselement die Steigung konstant ist. Beispielsweise weist der Vakuumpumpen-Schraubenrotor zwei Verdrängungselemente auf, wobei ein erstes saugseitiges Verdrängungselement eine größere konstante Steigung und ein zweites druckseitiges Verdrängungselement eine kleinere konstante Steigung aufweist. Durch das bevorzugte Vorsehen von mehreren Verdrängungselementen, die jeweils eine konstante Steigung aufweisen, ist die Herstellung erheblich vereinfacht. Vorzugsweise weist jedes Verdrängungselement mindestens eine schraubenlinienförmige Ausnehmung auf, die über ihre gesamte Länge dieselbe Kontur aufweist. Die Konturen sind vorzugsweise je Verdrängungselement unterschiedlich. Das einzelne Verdrängungselement weist somit vorzugsweise eine konstante Steigung und eine gleichbleibende Kontur auf. Dies vereinfacht die Herstellung erheblich, so dass die Herstellungskosten stark gesenkt werden können.
Zur weiteren Verbesserung der Saugleistung ist die Kontur des saugseitigen Verdrängungselements, das heißt insbesondere des in Pumprichtung ersten Verdrängungselements asymmetrisch ausgebildet. Durch die asymmetrische Ausbildung der Kontur bzw. des Profils können die Flanken derart ausgestaltet werden, dass die Leckageflächen, die sogenannten Blaslöcher insbesondere vollständig verschwinden oder zumindest einen geringen Querschnitt aufweisen. Ein besonders geeignetes asymmetrisches Profil ist das sogenannte "Quimby- Profil". Ein derartiges Profil ist zwar relativ schwierig herzustellen, weist jedoch den Vorteil auf, dass kein durchgehendes Blasloch vorhanden ist. Ein Kurzschluss ist nur zwischen zwei benachbarten Kammern gegeben. Da es sich um ein asymmetrisches Profil mit unterschiedlichen Profilflanken handelt, sind für die Herstellung zumindest zwei Arbeitsschritte erforderlich, da die beiden Flanken aufgrund ihrer Asymmetrie in unterschiedlichen Arbeitsschritten hergestellt werden müssen.
Das druckseitige Verdrängungselement, insbesondere das in Pumprichtung letzte Verdrängungselement, ist vorzugsweise mit einer symmetrischen Kontur versehen. Die symmetrische Kontur hat insbesondere den Vorteil, dass die Herstellung einfacher ist. Insbesondere können beide Flanken mit symmetrischer Kontur durch einen rotierenden Fingerfräser oder durch einen rotierenden Scheibenfräser in einem Arbeitsschritt hergestellt werden. Derartige symmetrische Profile weisen nur kleine Blaslöcher auf, diese sind jedoch durchgehend, d.h. nicht nur zwischen zwei benachbarten Kammern vorgesehen. Die Größe des Blaslochs verringert sich bei Verringerung der Steigung. Insofern können derartige symmetrische Profile insbesondere bei dem druckseitigen Verdrängungselement vorgesehen werden, da diese in bevorzugter Ausführungsform eine kleinere Steigung als das saugseitige Verdrängungselement und vorzugsweise auch als das zwischen dem saugseitigen und dem druckseitigen Verdrängungselement angeordnete Verdrängungselement aufweist. Wenngleich die Dichtigkeit derartiger symmetrischer Profile etwas geringer ist, weisen diese den Vorteil auf, dass die Herstellung deutlich einfacher ist. Insbesondere ist es möglich, das symmetrische Profil in einem einzigen Arbeitsschritt und vorzugsweise mit einem einfachen Fingerfräser oder Scheibenfräser herzustellen. Dies reduziert die Kosten erheblich. Ein besonders geeignetes symmetrisches Profil ist das sogenannte "Zykloiden-Profil".
Das Vorsehen mindestens zweier derartiger Verdrängungselemente führt dazu, dass die entsprechende Schraubenvakuumpumpe bei geringer Leistungsaufnahme niedrige Einlassdrücke erzeugen kann. Auch ist die thermische Belastung gering. Das Anordnen von mindestens zwei derartig bevorzugt ausgestalteten Verdrängungselementen mit konstanter Steigung und gleichbleibender Kontur in einer Vakuumpumpe führt zu im Wesentlichen gleichen Ergebnissen wie bei einer Vakuumpumpe mit einem Verdrängungselement mit sich ändernder Steigung. Bei hohen eingebauten Volumenverhältnissen können je Rotor drei oder vier Vedrängungselemente vorgesehen werden.
Zur Verringerung des erzielbaren Einlassdrucks und/oder zur Verringerung der Leistungsaufnahme und/oder der thermischen Belastung weist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein druckseitiges, das heißt insbesondere in Pumprichtung letztes Verdrängungselement eine große Anzahl an Windungen auf. Durch eine hohe Anzahl an Windungen kann ein größerer Spalt zwischen dem Schraubenrotor und dem Gehäuse akzeptiert werden bei gleichbleibender Performance. Der Spalt kann hierbei eine Kalt-Spaltweite von 0,05 - 0,3 mm aufweisen. Eine große Anzahl an Auslasswindungen bzw. Anzahl an Windungen bei dem druckseitigen Verdrängungselement ist kostengünstig herstellbar, da dieses Verdrängungselement eine konstante Steigung und insbesondere auch eine symmetrische Kontur aufweist. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich, so dass das Vorsehen einer größeren Anzahl an Windungen akzeptabel ist. Vorzugsweise weist dieses druckseitige bzw. letzte Verdrängungselement mehr als 6, insbesondere mehr als 8 und besonders bevorzugt mehr als 10 Windungen auf. Das Verwenden symmetrischer Profile hat in besonders bevorzugter Ausführungsform den Vorteil, dass beide Flanken des Profils mit einem Fräser gleichzeitig geschnitten werden können. Hierbei erfolgt zusätzlich ein Abstützen des Fräsers durch die jeweils gegenüberliegende Flanke, so dass ein Verformen bzw. Verbiegen des Fräsers während des Fräsvorgangs und hierdurch hervorgerufene Ungenauigkeiten vermieden sind.
Zur weiteren Reduzierung der Herstellungskosten ist es besonders bevorzugt, die Verdrängungselemente und die Rotorwelle einstückig auszubilden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Steigungswechsel zwischen benachbarten Verdrängungselementen unstetig bzw. sprunghaft ausgebildet. Gegebenenfalls sind die beiden Verdrängungselemente in Längsrichtung in einem Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen zwei Verdrängungselementen eine umlaufende zylinderringförmige Kammer ausgebildet ist, die als Werkzeugauslauf dient. Dies ist insbesondere bei einstückig ausgebildeten Rotoren vorteilhaft, da das die Schraubenlinie herstellende Werkzeug in diesem Bereich auf einfache Weise herausgeführt werden kann. Sofern die Verdrängungselemente unabhängig voneinander hergestellt und sodann auf einer Welle montiert werden, ist das Vorsehen eines Werkzeugauslaufs, insbesondere eines derartigen ringzylindrischen Bereichs nicht erforderlich.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen zwei benachbarten Verdrängungselementen am Steigungswechsel kein Werkzeugauslauf vorgesehen. In dem Bereich des Steigungswechsels weisen vorzugsweise beide Flanken eine Fehlstelle bzw. Ausnehmung auf, um das Werkzeug herausführen zu können. Eine derartige Fehlstelle hat keinen nennenswerten Einfluss auf die Verdichtungsleistung der Pumpe, da es sich um eine örtlich stark begrenzte Fehlstelle bzw. Ausnehmung handelt.
Der Vakuumpumpen-Schraubenrotor weist vorzugsweise mehrere Verdrängungselemente auf. Diese können jeweils den gleichen oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Bevorzugt ist es hierbei, dass das druckseitige Verdrängungselement einen kleineren Durchmesser als das saugseitige Verdrängungselement aufweist.
Bei unabhängig von der Rotorwelle hergestellten Verdrängungselementen werden diese beispielsweise durch Presspassungen auf der Welle montiert. Hierbei ist es bevorzugt, Elemente wie Passstifte zur Festlegung der Winkelposition der Verdrängungselemente zueinander vorzusehen.
Insbesondere bei der einstückigen Ausgestaltung des Schraubenrotors aber auch bei einer mehrstückigen Ausgestaltung ist es bevorzugt, diesen aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung herzustellen. Besonders bevorzugt ist es, den Rotor aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung insbesondere AISi9Mg oder AISi l7Cu4Mg herzustellen. Die Legierung hat vorzugsweise einen hohen Silicium-Anteil von vorzugsweise mehr als 9 %, insbesondere mehr als 15 %, um den Ausdehnungskoeffizienten zu verringern. Das für die Rotoren verwendete Aluminium weist in einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Gehäuses auf. Bevorzugt ist es, wenn das Material einen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 22 * 10~6/K, insbesondere von weniger als 22 * 10~6/K aufweist, während das Aluminium des Gehäuses vorzugsweise einen höheren Ausdehnungskoeffizienten aufweist. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche der Verdrängungselemente beschichtet, wobei insbesondere eine Beschichtung gegen Verschleiß und/oder Korrosion vorgesehen ist. Hierbei ist es bevorzugt, eine anodische oder eine andere geeignete Beschichtung je nach Anwendungsgebiet vorzusehen . Die Vakuumpumpe weist mindestens zwei Verdichtungsstufen auf.
Des Weiteren ist es bei der erfindungsgemäßen trockenverdichtenden Vakuumpumpe bevorzugt, dass die Vakuumpumpe einen maximalen Liefergrad von mindestens 75%, insbesondere mindestens 85% aufweist. Der Liefergrad ist der Quotient aus dem real maximal erreichten Volumenstrom und dem theoretisch möglichen Volumenstrom bei einer verlustfreien Pumpe bezogen auf die Schöpfraumgeometrie und die Betriebsdrehzahl. Der maximale Liefergrad wird üblicherweise im Bereich von 1 bis 10 mbar erreicht.
Der verwendete Zahnriemen dient vorzugsweise nicht nur zum Antrieb sondern auch zur Synchronisation der Rotorwellen. Die Rotorwellen drehen bei Schraubenpumpen gegenläufig. Der Zahnriemen ist daher in bevorzugter Ausführungsform als doppelseitiger Zahnriemen ausgebildet. In Draufsicht verläuft der Zahnriemen daher vorzugsweise zwischen den beiden mit den Wellenenden verbundenen Zahnriemenrädern.
In einer bevorzugten Ausführungsform, mit dem oben beschriebenen Rotor, können Zahnlückenspiele der beiden Zahnriemenräder von mehr als 0,10 mm akzeptiert werden. Das Zahnlückenspiel ist hierbei durch die Kombination der Zahnform der verwendeten Zahnriemenräder und der Zahnform und -große der Zähne des Zahnriemens definiert. Aufgrund des relativ großen Zahnlückenspiels ist die Lebensdauer der Zahnriemen deutlich vergrößert.
Um eine weitere Vergrößerung der Lebensdauer der Zahnriemen erzielen zu können, ist es des Weiteren bevorzugt, dass der Wirkdurchmesser nicht vergrößert ist und somit kein erzwungener Teilungsfehler entsteht.
Das Vorsehen eines Zahnriemens zum Antreiben und Synchronisieren der beiden Rotorwellen hat insbesondere den Vorteil, dass keine Ölschmierung vorgesehen sein muss. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Abdichtung der Wellenenden gegenüber dem Schöpfraum deutlich kostengünstiger ausgestaltet sein kann. Des Weiteren ist es möglich, fettgeschmierte Wälzlager vorzusehen. Insbesondere sind die beiden Wellen in der Gehäusewand, durch die die Wellenenden geführt sind, gelagert, wobei es sich bei diesen Lagern um fettgeschmierte Lager handeln kann. Die gegenüberliegenden Wellenenden, die im Bereich der Einlassseite angeordnet sind, sind vorzugsweise über fettgeschmierte Lager gelagert, jedoch können auch ölgeschmierte Lager eingesetzt werden.
Die Abdichtung der Rotorwellen gegenüber dem Synchronisationsgehäuse erfolgt vorzugweise mit Hilfe einer Dichteinrichtung, die insbesondere eine Wellendichtung und/oder eine Spaltdichtung aufweist. Bevorzugt ist hierbei die Kombination einer Wellendichtung mit einer Spaltdichtung, wobei die Spaltdichtung vorzugsweise schöpfraumseitig angeordnet ist. Es ist insofern bevorzugt, dass ausgehend vom Schöpfraum zunächst eine Spaltdichtung, dann eine Wellendichtung und sodann das Wälzlager angeordnet sind. Hierdurch kann eine hohe Dichtigkeit erzielt werden. Insbesondere ist es vermieden, dass Schmutz oder Prozessmedium aus dem Schöpfraum in das Synchronisationsgehäuse gelangen . Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Dichteinrichtung zusätzlich eine Sperrgasdichtung auf. Hierdurch kann die Dichtigkeit weiter verbessert werden.
Des Weiteren kann eine Riemenspanneinrichtung vorgesehen sein, um den Riemen konstant gespannt zu halten. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine automatische Spanneinrichtung, bei der die Spannung beispielsweise mittels einer Feder oder dergleichen erzeugt wird, oder eine feste Vorspannung bei der Montage aufgebracht wird. Ebenso ist es möglich, den Riemen dadurch zu spannen, dass der Antriebsmotor verschiebbar gehalten ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs mittels Zahnriemen besteht darin, dass es auf einfach Weise möglich ist, die Drehzahl der Vakuumpumpe zu verändern. Hierzu muss lediglich die mit der Antriebseinrichtung verbundene Zahnriemenscheibe ausgewechselt werden. Beim Austausch der Zahnriemenscheibe muss gegebenenfalls zusätzlich der Zahnriemen ausgetauscht werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Schrauben- Vakuumpumpe,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Schrauben- Vakuumpumpe
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Schrauben- Vakuumpumpe
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Antriebs der Vakuumpumpe,
Fig.5 eine schematische Darstellung einer Kombination aus Zahnriemen und Zahnriemenscheibe mit Zahnlücke und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Kombination aus Zahnriemen und Zahnriemenscheibe ohne Zahnlücke.
In Fig. 1 ist stark vereinfacht schematisch ein Pumpengehäuse 10 dargestellt. Innerhalb des Pumpengehäuses 10 ist ein Schöpfraum ausgebildet, in dem zwei Rotorelemente 14 angeordnet sind. Bei den Rotorelementen 14 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um Schraubenrotoren. Die Schraubenrotoren 14 weisen schraubenlinienförmige Verdichtungselemente auf, die ineinandergreifen. Die beiden Schraubenrotoren 14 sind hierbei gegenläufig angetrieben. Die beiden Schraubenrotoren 14 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Pumpstufen 16, 18 auf.
Die beiden Rotorelemente sind jeweils auf einer Rotorwelle 22 angeordnet. Die beiden Rotorwellen 22 sind saugseitig in einem Gehäusedeckel 24 über Lagerelemente 26 gelagert. Auf der gegenüberliegenden Seite ragen Wellenenden 28 durch eine Gehäusewand bzw. eine Trennwand 30 hindurch. In der Trennwand 30 sind die beiden Rotorwellen 22 über fettgeschmierte Lager 32 gelagert und mittels Wellendichtungen 33 abgedichtet.
Die trockenverdichtende Vakuumpumpe fördert Medium durch einen Einlass 34 zu einem Auslass 36.
Neben dem Vorsehen von Wellendichtungen 22 ist der Schöpfraum 12, in dem die beiden Rotoren angeordnet sind, vorzugsweise zusätzlich mit einer Spaltdichtung 23 abgedichtet. Des Weiteren kann in diesem Bereich zusätzlich eine nicht dargestellte Sperrgasdichtung vorgesehen sein.
Ziel der Wellendichtung ist es, eine möglichst hermetische Dichtung bzw. eine Dichtung mit nur sehr kleiner Leckage über lange Betriebszeiträume zu erzielen. Die Wellendichtungen können hierbei schleifend einlippig oder auch doppellippig ausgebildet sein. Bei doppellippiger Ausbildung können zwischen den Dichtungen Fettfüller oder dergleichen vorgesehen sein. Die Dichtungen können hierbei in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtung aufeinander zuweisen. Neben Fettfüllungen sind auch Olfüllungen möglich. Des Weiteren können auch gasgeschmierte Gleitringdichtungen vorgesehen sein. Des Weiteren können auch zusätzlich oder an Stelle anderer Dichtelemente Kolbenringe, Beschichtungen oder Buchsen und dergleichen vorgesehen sein.
Zum Antrieb der beiden Rotorelemente 14 sind die beiden Wellenenden 28 jeweils mit einem Zahnriemenrad 38 verbunden, wobei die beiden Zahnriemenräder 38 nicht miteinander kämmen. Die Synchronisation erfolgt durch einen in Fig. 1 nicht dargestellten Zahnriemen 40 (Fig. 4). Der Zahnriemen ist als doppelseitiger Zahnriemen ausgebildet und zur Synchronisation der beiden Zahnriemenräder 38 bzw. der beiden mit den Zahnriemenrädern verbundenen Wellenenden 28 zwischen diesen hindurchgeführt. Ferner ist eine Antriebseinrichtung 42 vorgesehen, deren Antriebswelle 44 mit einer Zahnriemenscheibe 46 verbunden ist.
Bei der Antriebseinrichtung 42 kann es sich insbesondere um einen hermetisch dichten Motor beispielsweise mit Spalttopf (Fig. 2) oder einen auch in das Synchronisationsgehäuse 54 integrierten Motor (Fig. 3) mit gehäusedichter Stromdurchführung handeln.
Mit dem Pumpengehäuse 10 ist ein Synchronisationsgehäuse 54 verbunden bzw. einstückig ausgebildet. Das Synchronisationsgehäuse 54 ist von einem Deckel 53 ggf. gasdicht verschlossen. Das Synchronisationsgehäuse 54 bildet einen Innenraum 55 aus. In dem Innenraum 55 sind die beiden mit den beiden Wellenenden 28 verbundenen Zahnriemenräder 38 angeordnet. Ferner ist in dem Innenraum 58 die Riemenscheibe 46 angeordnet. Die Riemenscheibe 46 ist mit der Antriebswelle 44 der Antriebseinrichtung 42 verbunden. Entsprechend der Wellenenden 28 der Wellen 22 ist die Antriebswelle 44 ebenfalls durch die Gehäusewand bzw. Trennwand 30 geführt. Die Antriebswelle 44 ist in der Trennwand 30 ebenfalls über fettgeschmierte Lager 32 gelagert und mittels einer Wellendichtung 33 abgedichtet.
Bei den in den Figuren 2 und 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsformen sind ähnlich und identische Bauteile bzgl. der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Besonderheit der beiden in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen besteht in der Ausgestaltung und Anordnung der Antriebseinrichtung (42).
Der Elektromotor (42) ist in einem Motorgehäuse (56) angeordnet. Das Motorgehäuse (56) ist im dargestellten Ausführungsbeispiel fest und hermetisch dicht mit dem Synchronisationsgehäuse (54) verbunden. Ebenso können die beiden Gehäuse (56), (54) einstückig ausgebildet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse (56) mit einem Deckel (58) dicht verschlossen. Innerhalb des Gehäuses (56) ist der Rotor (60) des Motors über Lager (62), (32) zusammen mit der Antriebswelle (44) bzw. der Motorantriebswelle (44) in dem Gehäuse (56) gelagert.
Dem in Figur 2 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Rotor (60) von einem Spalttopf (64) umgeben, sodass eine hermetische Abdichtung gegenüber einer Motorwicklung (66) realisiert ist. Die Motorwicklung (66) ist mit Stromzuführleitungen (68) verbunden, die durch eine Stromdurchführöffnung (70) in das Gehäuse (56) eingeführt sind.
Bei der weiteren in Figur 3 dargestellten Ausführungsform sind wiederum ähnliche oder identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen, wie bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform bezeichnet.
In dieser Ausführungsform (Figur 3) ist an Stelle eines Spalttopfs die Motorwicklung (66) durch Vorsehen einer Vergussmasse (72) hermetisch abgedichtet. Die entsprechende Vergussmasse ist zur Abdichtung der Stromdurchführöffnung (70) auch in diesem Bereich vorgesehen, bzw. die Stromzuführleitungen (68) sind im Bereich der Stromdurchführöffnung (70) ebenfalls vergossen.
Zur Verbesserung der Dichtigkeit können selbstverständlich die in Figur 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden.
Figur 5 zeigt schematisch Zähne einer Zahnriemenscheibe 38 oder 46 in Verbindung mit einem Zahnriemen 40. Ein Zahn 48 eines Zahnriemens 40 ist derart ausgestaltet, dass gegenüber einem Zahnzwischenraum 50 zweier benachbarter Zähne 52 des Zahnriemenrades 38 eine schraffiert dargestellte Lücke ausgebildet ist. Hierdurch ist ein gewisses Spiel zwischen Zahnriemen 40 und Zahnriemenrad 38 gegeben. Hierdurch ist die Synchronisation der beiden Rotorwellen 22 zwar etwas verschlechtert, die Lebensdauer des Zahnriemens 48 jedoch vergrößert.
Alternativ kann ein Zahnriemen, wie schematisch in Figur 6 dargestellt, vorgesehen sein. Dieser weist als sogenannte Null-Lücke keine Abstände zwischen dem Zahnzwischenraum 50 und dem Zahn 48 des Riemens 40 auf.

Claims

Patentansprüche
Trockenverdichtende Vakuumpumpe mit zwei in einem Schöpfraum (12) angeordneten Rotorelementen (14), zwei, jeweils ein Rotorelement (14) tragenden Rotorwellen (22), zwei jeweils auf einem aus dem Schöpfraum (12) ragenden Wellenende (28) angeordneten Zahnriemenrädern (38), einer Antriebseinrichtung (42) zum Antreiben der Rotorwellen (22) und einem mit einer Riemenscheibe (46) der Antriebseinrichtung (42) und den Zahnriemenrädern (38) verbundenen Zahnriemen (40), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnriemenräder (38) und die Riemenscheibe (46) in einem gemeinsamen hermetisch dichten Synchronisationsgehäuse (54) angeordnet sind.
Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisationsgehäuse (54) ausschließlich zwei Durchgangsöffnungen für die Rotorwellen (22) und eine Durchgangsöffnung für eine Antriebswelle (44) der Antriebseinrichtung (42) aufweist.
Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (44) die Riemenscheibe (46) trägt.
4. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Durchgangsöffnungen des Synchronisationsgehäuses (54) Wellendichtungen (33) angeordnet sind .
5. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum (58) des Synchronisationsgehäuses (54) ölfrei ist.
6. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Antriebswelle (44) verbundene Antriebseinrichtung (42) als hermetisch dichte Antriebseinrichtung ausgebildet ist.
7. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (42) als Spalttopf-Motor ausgebildet ist.
8. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Motorwicklung (66) insbesondere einschließlich der Stromzuführleitung (68) zur hermetischen Abdichtung vergossen ist, wobei die Vergussmasse eine Kunststoffmasse, insbesondere Epoxidharz, aufweist.
9. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die Antriebseinrichtung (42) umgebendes Gehäuse (56) hermetisch dicht mit dem Synchronisationsgehäuse (54) verbunden ist oder die Antriebseinrichtung (42) innerhalb des Synchronisationsgehäuses (54) angeordnet ist.
10. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisationsgehäuse (54) mit einem den Schöpfraum (12) ausbildenden Pumpengehäuse (10) verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet ist.
11. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Durchgangsöffnungen für die Rotorwellen (22) in einer Trennwand (30) zwischen dem Schöpfraum (12) und dem Innenraum (58) des Synchronisationsgehäuses (54) angeordnet sind.
12. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemen (40) zur Synchronisation gegenläufiger Rotorwellen (22) als doppelseitiger Zahnriemen ausgebildet ist.
13. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemen zwischen den beiden Zahnriemenrädern (38) verläuft.
14. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwellen (22) und/oder die Antriebswelle (44) durch fettgeschmierte Lager (32) gelagert sind.
15. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis
14, gekennzeichnet durch eine Riemen-Spanneinrichtung, die vorzugsweise an der Gehäusewand (32) angeordnet ist.
16. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwellen (22) gegenüber dem Synchronisationsgehäuse (54) mittels einer Dichteinrichtung abgedichtet sind, die vorzugsweise eine Wellendichtung (22) und/oder eine Spaltdichtung (23) aufweist.
17. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung zusätzlich eine Sperrgasdichtung aufweist.
18. Trockenverdichtende Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis
17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der trockenverdichtenden Vakuumpumpe um eine Schraubenpumpe, Multi-Stage-Rootspumpe, Rootspumpe und/oder eine ein- oder mehrstufige Klauenpumpe handelt.
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