DE19800711A1

DE19800711A1 - Trockene Schraubenspindel Vakuumpumpe mit innerer Vorverdichtung

Info

Publication number: DE19800711A1
Application number: DE1998100711
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Steffens; Hermann Dipl Ing Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 1998-01-10
Filing date: 1998-01-10
Publication date: 1999-07-29

Description

Die Erfindung betrifft eine vorwiegend trocken arbeitende Schraubenspindelvakuumpumpe mit zwei oder mehr Spindeln, die an einer Stirnseite mit einem Zahnradgetriebe gegeneinander geführt sind und eine innere Verdichtung aufweisen. Im Grundprinzip ist diese Pumpe, aber ohne innere Verdichtung, bekannt, so daß auf eine Gesamtdarstellung mit Getriebe, Lagerung und Antriebe verzichtet wird. Es geht bei der Erfindung im wesentlichen, um die Ausbildung des Förderschraubengewindes. Bei den jetzt bekannten Pumpen wird das zu fördernde Medium auf der einen Seite der Schrauben angesaugt und in axialer Richtung von den Schrauben gleichen Querschnittes auf der ganzen Länge zum Auslaßstutzen gefördert. Durch die Anordnung mehrere Schraubengänge auf den Spindeln lassen sich mit diesem Pumpentyp ohne Unterteilung des Pumpengehäuses (keine Zwischenwände) hohe Druckverhältnisse überwinden, und zwar in einer Pumpeneinheit von etwa 10^-2 mbar bis 1000 mbar (atmosphärischer Druck). Diesem Vorteil steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß die bisher verwendeten Schraubenspindelvakuumpumpen, das abgesaugte Medium (Gasdampfgemisch) unverdichtet von Schraubengang zu Schraubengang weiterfördern. Damit ist die Antriebsleistung "N" wie bei allen Vakuumpumpen ohne innere Vorverdichtung, wie zum Beispiel auch der Wälzkolbenvakuumpumpe, direkt ihrem Produkt aus dem Schöpfvolumen "V" (m³/h) und der Druckdifferenz "Δp" (mbar) zwischen Ansaugdruck und Ausstoßdruck proportional und hat seinen höchsten Wert bei Betrieb auf Endvakuum. Schon eine relativ kleine Schraubenspindelvakuumpumpe mit einem theoretischen Schöpfvolumen "V" von 100 m³/h benötigt daher bei einer Druckdifferenz von 1000 mbar, d. h. von Endvakuum auf Atmosphärendruck ohne Berücksichtigung des mechanischen Wirkungsgrades eine Antriebsleistung von

Abb. 1 zeigt in Gegenüberstellung (ohne mechanische Wirkungsgrade) den Energiebedarf für die isobarische Verdichtung (Vakuumschraubenpumpe und Wälzkolbenvakuumpumpe beide ohne Vorverdichtung), dann den Idealfall - isothermische Verdichtung - und weiter den Energiebedarf bei abgestuften Vakuumpumpständen von erwähnter Bauart im Verhältnis 1 : 5 und 1 : 10. Solche Schaltungen sind aus wirtschaftlichen Gründen bei Langzeitbetrieb schon im 10er mbar Bereich und insbesondere bei noch niederen Drucken erforderlich. Für Großpumpstände steht diese Aufteilung in mehrere Einzelaggregate aus diesen Gründen außer Frage. Mit der vorliegenden Erfindung wird nun ein Schraubenspindelvakuumsystem für kleine bis mittelgroße Pumpeinheiten in einem Gehäuse vorgestellt, das die Eigenschaft hat, das geförderte Medium kontinuierlich oder in zwei oder mehr Stufen bis auf Werte von 1 : 10 und mehr vorzuverdichten, bevor es gegen die Atmosphäre oder den Gegendruck ausgestoßen wird. Das bedeutet für Prozesse, die sich hauptsächlich im niederen Druckbereich abspielen, die Auspumpzeit also nur einen Bruchteil der Chargenzeit ausmacht, eine enorme Energieeinsparung bei gleichzeitig besserer Temperaturführung der Schraubenvakuumpumpe, da nicht erzeugter Energieaufwand auch nicht abgeführt werden muß. Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die Förderschrauben sich in axialer Richtung zur Weiterförderung des Gasstromes nicht zueinander verschieben müssen, sondern immer die gleichen Schraubenflanken miteinander zum Eingriff kommen. Daher kann das Gewindeprofil an jeder Stelle beliebig ausgeführt werden, d. h. möglichst optimal dem gewünschten Pumpprozeß angepaßt werden, das ist in diesem Falle eine stetige Verkleinerung, der von dem Schraubenprofil und der Gehäusewand gebildeten Förderkammer (8) und das geschieht einmal durch Verkleinerung der Gewindesteigung hin zum Auslaßstutzen kontinuierlich oder jeweils nach einigen Gewindegängen und durch Verkleinerung der Schraubenaußendurchmesser und entsprechende Vergrößerung der Schraubenkerndurchmesser hin zum Auslaß. Auch diese Ausführung kann stetig, siehe Abb. 2, oder stufenweise, siehe Abb. 3, erfolgen. Durch diese Abstimmung des Gewindeaußendurchmessers mit dem Gewindekerndurchmesser wird verhindert, daß trotz Gewindeänderung unter beibehalt gleichen Achsabstandes größere Leckspalte entstehen. Alle diese Maßnahmen können kontinuierlich oder auch in zwei, drei oder auch mehr Stufen erfolgen und lassen Vorverdichtungsverhältnisse bis über 1 : 10 zu. Abb. 2 zeigt ein Schraubenpaar, bei dem die Steigung einmal abgestuft ist, also zwei verschiedenen Steigungen aufweist und die Gewindedurchmesser kontinuierlich geändert werden. Abb. 3 zeigt dagegen ein Schraubenpaar, bei dem die Aufteilung von Steigung und Durchmesserwahl in 3 Stufen erfolgt. Ferner zeigt Abb. 3 an den Übergangsstellen angeordnete Überdruckventile (3 + 4), um den Aufbau hoher innerer Überdrücke zu vermeiden. Da die Vorverdichtung ein stetiger Ablauf von der Saug- zur Druckseite ist, bei dem der Außendurchmesser von Stufe zu Stufe so ausgeführt werden kann, daß immer eine Außendurchmesserverjüngung auftritt, lassen sich die komplett vormontierten und eingestellten Schraubenspindeln ohne Zerlegung in das Gehäuse einführen und mit dem Getriebe justieren. Die Schraubenpaare selbst können bei der Fertigung so ausgeführt werden, daß eine Nachjustierung der einzelnen Profilabschnitte nicht mehr notwendig ist.

Claims

1. Vorwiegend trocken arbeitende Schraubenspindelvakuumpumpe, mit zwei oder mehr in einem Gehäuse (7) ineinander kämmenden Förderschrauben (1 + 2), mit axialer Förderrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewindeprofil der Förderschrauben (1 + 2) sich vom Saugstutzen hin zum Auslaßstutzen stetig oder in mehreren Stufen im Schraubenprofil verkleinert. Das geschieht in der Art, daß sich die Steigung ändert oder die Differenz zwischen Gewindeaußendurchmesser und Gewindekerndurchmesser sich ändert oder beide Maßnahmen gleichzeitig stattfinden.

2. Vorwiegend trocken arbeitende Schraubenspindelvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Gehäuses (7), insbesondere an den Stufensprüngen, Überdruckventile (3 + 4) angeordnet sind, die bei hohen Ansaugdrücken (Evakuierung von Atmosphäre an) eine Überkompression in der Pumpe vermeiden.

3. Vorwiegend trocken arbeitende Schraubenspindelvakuumpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Überdruckventile (3 + 4) ausgestoßenen Medium durch eine geschlossene Leitung (5) zum Auslaßstutzen geführt wird, oder in einer Beipaßleitung (6) zum Anfang der davor angeordneten Druckstufe zurückgeführt wird.

4. Vorwiegend trocken arbeitende Schraubenspindelvakuumpumpe nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinander kämmenden Schraubenspindeln jeweils zwar in einer Ebene, aber nicht achsparallel liegen.