EP1021653B1 - Cooled screw vacuum pump - Google Patents
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- EP1021653B1 EP1021653B1 EP98937514A EP98937514A EP1021653B1 EP 1021653 B1 EP1021653 B1 EP 1021653B1 EP 98937514 A EP98937514 A EP 98937514A EP 98937514 A EP98937514 A EP 98937514A EP 1021653 B1 EP1021653 B1 EP 1021653B1
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- pump according
- pump
- cooling
- coolant
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
- F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
- F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2240/00—Components
- F04C2240/50—Bearings
- F04C2240/51—Bearings for cantilever assemblies
Definitions
- the invention relates to a cooled screw vacuum pump with two rotating systems, each consist of a screw rotor and a shaft with a flying rotor bearing on every shaft has two spaced apart bearings, and with a cavity open on the bearing side in each rotor, in which is each a rotor internal cooling (see FR-A-1 290 239).
- the amount of oil that the screw vacuum pump produces after State of the art passed through the cavity can be limited because in this cavity is not only the bearing but also the bearing bracket must become. There is therefore a risk of insufficient cooling of the pressure side area of the Screw vacuum pump, especially in this area Development of heat due to the compression work performed is greatest. Because of the existing cavity in the rotor is also the wall thickness of the rotor limited in the area of the bearing cavity. This succeeds es only at very high temperature gradients arising in the area of the screw threads on the pressure side Heat over the suction side area of the rotor, to drain the shaft and the cooling oil.
- a high Temperature or insufficient cooling of the pressure side Range of a screw vacuum pump has to Consequence that there is uneven expansion of the rotors and thus to local game consumption between the rotors and between each of the rotors and the housing comes.
- the rotors may start up relatively large games can be avoided.
- Relatively large Games have a deterioration in pump characteristics result.
- There is also the previously known Screw vacuum pump the risk of overheating of the bearing in the cavity, especially since it only can be lubricated with relatively warm oil. Finally can only use the known screw vacuum pump vertically arranged shafts are operated.
- the present invention is based on the object a screw vacuum pump of the type mentioned to be equipped with improved cooling.
- this object is achieved in that the bearing on the rotor side of the bearing outside the Cavity is located in the rotor.
- the invention enables it, the rotor from the inside without obstruction by bearings and cool the bearing bracket effectively, so that the unwanted Game consumption especially in this critical Area no longer occur.
- Each rotor expediently consists of two sections different thread profiles, the depth of the Thread of the pressure side section is smaller than the depth of the thread of the suction-side section. A smaller thread depth in the pressure side section creates more space for housing the cavity with the internal cooling.
- Figure 1 shows a section through an embodiment for a screw vacuum pump 1 according to the invention, namely at the level of that of the two rotating ones Systems equipped with the drive motor 2 is. The synchronization of the two rotating systems takes place with the help of gear wheels 3.
- the rotating systems housed in housing 4 are each comprised of the rotor 5 and the shaft 6. Each Rotor 5 is flying, that is, supported on one side.
- the shaft 6 is supported by the bearings 7 and 8 as well as the bearing bracket 11 and 12 in the housing 4.
- face side housing covers 13, 14 are provided, of which the rotor-side cover 13 with an inlet connector 15 is equipped.
- Part of the transmission side Cover 14 is the bearing bracket 12.
- the rotor 5 consists of two form-fitting with each other connected rotor sections 17, 18 with different Profiles 19, 20.
- the suction-side rotor section 17 has a large-volume profile 19 to achieve high Volume flows in the helical scoop.
- the pressure side section 18 of the rotor 5 has both a reduced profile volume as well as a lower one Diameter. This takes the cross section of the helical Scooping rooms. An inner compression will achieved, the compaction work reduced.
- the inner wall of the housing 4 is the rotor gradation adjusted (gradation 21).
- Gradation 21 The inner wall of the housing 4 is the rotor gradation adjusted (gradation 21).
- dash-dotted line Line 22 indicates that the housing is at the height of the Gradation 21 can be formed divisible. This is it is possible to the suction-side rotor section 17 and suction-side part 4 'of the housing 4 by rotor sections with other profiles, lengths and / or diameters as well as adapted housing sections 4 ' replace the pump to different applications to be able to adapt.
- the one following the pressure side end of the threads Outlet of the pump 1 is designated 24. It is led out to the side. Flows into the outlet also a housing bore 25 which the scoop in the height at which its cross-section - be it by gradation and / or by changing the thread profile - decreases, connects to the outlet. In the housing bore 25 there is a check valve 26, which is at overpressure opens in the scoop and the suction thread of rotor section 17 with outlet 24 shorts. For sealing the helical scoops shaft seals 27 are provided from the bearing, which is between the bearing 7 and the rotor section 18 are located.
- the cooling system of the illustrated embodiment includes an internal rotor cooling and a casing jacket cooling.
- the rotor is used to achieve internal rotor cooling 5 with a cavity open to its bearing side 31 equipped, which extends almost through the entire rotor 5 can extend.
- the pressure side Section 18 is hollow.
- the suction side Section 17 closes the suction end of the cavity 31.
- the shaft 6, which is expedient with the rotor 5 or with the pressure-side section 18 of the rotor 5 is integrally formed, is also hollow (Cavity 32). Is in the cavities 31, 32 a central cooling tube 33, the bearing side of the Shaft 6 is brought out and on the rotor side just before suction-side end of the cavity 31 opens.
- the cooling pipe 33 and that formed by the cooling pipe 33 and the hollow shaft 6 Annulus stand for the supply and discharge of a Coolant available.
- the sump 37 and the line system 38 are designed such that the pump 1 shown in any position can be operated between vertical and horizontal. Coolant levels that are at horizontal and at Set the vertical position of pump 1 are shown.
- the coolant pump 36 outside (as shown) or inside (e.g. on the second, invisible shaft of the pump 1 in height of the drive motor 2) of the housing 4 is located the opening 34 of the cooling tube 33 outside or inside the housing 4.
- Coolant is used to operate the internal cooling of the rotor 5 from the coolant pump 36 from the coolant sump 37 via the cooling tube 33 into the cavity 31 in the rotor 5 promoted. From there it flows over the annulus between cooling pipe 33 and shaft 6 back into the swamp 37.
- the cavity 31 is at the level of the pressure side Range of threads of pump 1 so that this area is effectively cooled.
- the cross section of the annular space is expediently reduced between cooling pipe 33 and shaft 6 in the area of his pressure side end e.g. in that the cooling pipe 33 has a larger outside diameter in this area. This creates a narrow passage 39. This constriction ensures a complete filling of the coolant leading spaces.
- cooling tube 3 It can be useful as a material for the cooling tube 3 a poorly heat-conducting material (e.g. plastic / stainless steel or the like.) This will a more effective cooling of the rotor 5 and a more uniform Temperature control of the pump components close to the shaft 1 reached.
- a poorly heat-conducting material e.g. plastic / stainless steel or the like.
- the housing jacket cooling shown includes cavities or channels in the housing 4. Provided in the area of the rotor 5 Cooling channels are at 41, in the area of the engine 2 located cooling channels designated 42.
- the cooling channels 41 located in the area of the rotor 5 have the task, in particular, in the print side Area of the rotor 5 to dissipate heat generated. On the other hand, they should the housing 4 in height temper the entire rotor as evenly as possible. After all, they are supposed to replenish the heat absorbed hand in outside.
- the cavities through which the coolant flows 41 therefore extend the full length of the rotor 5.
- the housing cover 13 serves as a suction side Completion of the cavities 41. Also on the outlet side the housing 4 effectively cooled.
- the cooling channels located at the level of the drive motor 2 42 also have the tasks described. she cause temperature control of the drive motor (winding side) and the bearing bracket 7. Finally they significantly increase the heat emission outer surfaces of the pump 1. This is useful at least at the level of the cooling channels 41 and 42 with ribs 44 equipped.
- the cooling channels 41, 42 are supplied with coolant also with the help of the coolant pump 36, and via lines 45 and 46 if they are parallel should be flowed through. Depending on the thermal requirements there is also the possibility of using them one by one to supply with coolant. One of the lines 45 or 46 could then be omitted. About not shown in detail The coolant comes out of the holes Cavities 41, 42 back into the sump 37.
- FIG. 1 In the exemplary embodiment shown in FIG. 1 are - as already mentioned - the housing 4 and the rotor 5 divisible at the level of line 22. Thereby there is the possibility of the suction-side sections of rotor 5 (section 17) and housing 4 (section 4 ') to be replaced by other components.
- Pump 1 can be on Different applications can be customized by using rotor sections 17 with different profiles 19, different Length, different slope and / or different diameters, each together with an adapted housing section become. Different sized profiles can be placed on the Suction side to achieve high pumping speeds, various long profiles on the suction side to achieve this lower final pressures and / or different volume gradations to achieve e.g.
- the coolant flowing through the screw vacuum pump 1 can water, oil (mineral oil, PTFE oil or the like) or some other liquid. Is expedient the use of oil to make bearings 7, 8 and to be able to lubricate the gears 3. A separate tour of coolant and lubricant as well as corresponding This eliminates the need for seals. It must only for a metered supply of oil to the bearings 7, 8 are taken care of.
- the rotors 5 and the housing 4 made of relatively inexpensive aluminum materials consist.
- the proposed cooling and above all cause uniform temperature control of pump 1, that it is even at different operating temperatures and relatively small columns not too local Game consumption comes up, one starting rotor to rotor and / or rotor on housing result.
- a further reduction of the column is possible if for the inner, more thermally stressed components (Rotors, bearings, bearing brackets, gears) of the pump 1 Materials are used that have a smaller coefficient of thermal expansion have as the material for the less thermally stressed housing 4.
- An example of one Material selection is steel (e.g. CrNi steel) for the internal components and aluminum for the housing.
- Materials for the internal components can also be bronze, Brass or nickel silver are used.
- the internal cooling comprises of the rotor 5, a cooling sleeve 51, which is supported on the bearing side on the housing 4 and in the cavity 31 protrudes.
- the cooling bush 51 surrounds the shaft 6, which is no longer hollow, the cavity (31) and in the area of its suction end carries the rotor 5.
- One or more cooling channels 52 are provided for coolant, which in a manner not shown in detail by the coolant pump 36 are supplied.
- the gap 53 is between Cooling sleeve 51 and rotor 5 chosen as small as possible.
- the bushing 51 with a thread 54 provided, the one directed towards the scoop Has pumping action. There are dirt particles present there thereby held back.
- the gap 55 between the socket 51 and the shaft 6 is also relatively small to use the thread 56 on the inside the socket 51 to produce a pumping effect. It acts in the direction of seal 27 / bearing 7 and stops Oil particles away from the pumping chamber.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte Schraubenvakuumpumpe mit zwei rotierenden Systemen, die jeweils aus einem Schraubenrotor und einer Welle bestehen, mit einer fliegenden Rotor-Lagerung, die auf jeder Welle zwei voneinander beabstandete Lager aufweist, und mit einem lagerseitig offenen Hohlraum in jedem Rotor, in welchem sich jeweils eine Rotorinnenkühlung befindet (Siehe FR-A-1 290 239).The invention relates to a cooled screw vacuum pump with two rotating systems, each consist of a screw rotor and a shaft with a flying rotor bearing on every shaft has two spaced apart bearings, and with a cavity open on the bearing side in each rotor, in which is each a rotor internal cooling (see FR-A-1 290 239).
Bei einer bereits vorgeschlagenen Schraubenvakuumpumpe dieser Art befindet sich das rotorseitige Lager der fliegenden Lagerung innerhalb des zentralen, zur Lagerseite hin offenen Hohlraumes im Rotor. Die Kühlung erfolgt mit Hilfe von Schmieröl, das innerhalb eines zentralen Kanals in der Welle zunächst zum rotorseitigen Lager geführt wird. In an sich bekannter Weise ist die geförderte Ölmenge größer als es zur Schmierung der Lager notwendig ist, um möglichst viel Wärme abführen zu können.With a screw vacuum pump already proposed this type is the rotor-side bearing of the flying storage within the central, to the warehouse side open cavity in the rotor. The cooling takes place with the help of lubricating oil that is within a central Channel in the shaft first to the rotor side Camp is run. In a manner known per se The amount of oil extracted is greater than that used to lubricate the bearings is necessary to dissipate as much heat as possible can.
Die Ölmenge, die bei der Schraubenvakuumpumpe nach dem Stand der Technik durch den Hohlraum hindurchgeführt werden kann, ist begrenzt, da in diesem Hohlraum nicht nur das Lager sondern auch noch der Lagerträger untergebracht werden muss. Es besteht deshalb die Gefahr einer ungenügenden Kühlung des druckseitigen Bereichs der Schraubenvakuumpumpe, da gerade in diesem Bereich die Wärmeentwicklung auf Grund der geleisteten Kompressionsarbeit am größten ist. Wegen des vorhandenen Hohlraumes im Rotor ist außerdem die Wandstärke des Rotors im Bereich des Lager-Hohlraumes begrenzt. Dadurch gelingt esnur bei sehr hohen Temperaturgradienten, die gerade im druckseitigen Bereich der Schraubengänge entstehende Wärme über den saugseitigen Bereich des Rotors, die Welle und das Kühlöl abzuführen. Eine hohe Temperatur bzw. eine ungenügende Kühlung des druckseitigen Bereichs einer Schraubenvakuumpumpe hat zur Folge, dass es zu ungleichmäßigen Ausdehnungen der Rotoren und damit zu lokalen Spielaufzehrungen zwischen den Rotoren und zwischen jedem der Rotoren und dem Gehäuse kommt. Ein Anlaufen der Rotoren kann zwar durch relativ große Spiele vermieden werden. Relativ große Spiele haben jedoch eine Verschlechterung der Pumpeigenschaften zur Folge. Weiterhin besteht bei der vorbekannten Schraubenvakuumpumpe die Gefahr einer Überhitzung des im Hohlraum befindlichen Lagers, zumal es nur mit relativ warmem Öl geschmiert werden kann. Schließlich kann die vorbekannte Schraubenvakuumpumpe nur mit vertikal angeordneten Wellen betrieben werden.The amount of oil that the screw vacuum pump produces after State of the art passed through the cavity can be limited because in this cavity is not only the bearing but also the bearing bracket must become. There is therefore a risk of insufficient cooling of the pressure side area of the Screw vacuum pump, especially in this area Development of heat due to the compression work performed is greatest. Because of the existing cavity in the rotor is also the wall thickness of the rotor limited in the area of the bearing cavity. This succeeds es only at very high temperature gradients arising in the area of the screw threads on the pressure side Heat over the suction side area of the rotor, to drain the shaft and the cooling oil. A high Temperature or insufficient cooling of the pressure side Range of a screw vacuum pump has to Consequence that there is uneven expansion of the rotors and thus to local game consumption between the rotors and between each of the rotors and the housing comes. The rotors may start up relatively large games can be avoided. Relatively large Games, however, have a deterioration in pump characteristics result. There is also the previously known Screw vacuum pump the risk of overheating of the bearing in the cavity, especially since it only can be lubricated with relatively warm oil. Finally can only use the known screw vacuum pump vertically arranged shafts are operated.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenvakuumpumpe der eingangs erwähnten Art mit einer verbesserten Kühlung auszurüsten.The present invention is based on the object a screw vacuum pump of the type mentioned to be equipped with improved cooling.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass sich das rotorseitige Lager der Lagerung außerhalb des Hohlraumes im Rotor befindet. Die Erfindung ermöglicht es, den Rotor von innen her ohne Behinderung durch Lager und Lagerträger wirksam zu kühlen, so dass die unerwünschten Spielaufzehrungen gerade in diesem kritischen Bereich nicht mehr auftreten.According to the invention, this object is achieved in that the bearing on the rotor side of the bearing outside the Cavity is located in the rotor. The invention enables it, the rotor from the inside without obstruction by bearings and cool the bearing bracket effectively, so that the unwanted Game consumption especially in this critical Area no longer occur.
Zweckmäßig besteht jeder Rotor aus zwei Abschnitten mit unterschniedlichen Gewindeprofilen, wobei die Tiefe des Gewindes des druckseitigen Abschnittes kleiner ist als die Tiefe des Gewindes des saugseitigen Abschnittes. Eine geringere Gewindetiefe im druckseitigen Abschnitt schafft mehr Platz für die Unterbringung des Hohlraumes mit der Innenkühlung.Each rotor expediently consists of two sections different thread profiles, the depth of the Thread of the pressure side section is smaller than the depth of the thread of the suction-side section. A smaller thread depth in the pressure side section creates more space for housing the cavity with the internal cooling.
Sind darüberhinaus Rotor und Gehäuse derart gestuft, dass der druckseitige Rotorabschnitt einen kleineren Durchmesser hat als der saugseitige Rotorabschnitt, so schafft diese Maßnahme mehr Platz im Gehäuse für die Unterbringung einer Mantelkühlung.If the rotor and housing are also stepped in such a way that the pressure side rotor section has a smaller one Has diameter than the suction side rotor section, so this measure creates more space in the case for the Housing a jacket cooling.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es zweckmäßig, zusätzlich in der Wandung des Gehäuses der Pumpe, und zwar zumindest in Höhe des Rotors, von einem Kühlmittel durchströmte Kanäle vorzusehen. Ein Kühlmantel dieser Art erlaubt es, insbesondere zusammen mit der erfindungsgemäßen Innenkühlung des Rotors, die gesamte Pumpe gleichmäßig zu temperieren. Sie kann dadurch bei unterschiedlichen Belastungen unterschiedliche Temperaturen annehmen, ohne dass es zu Spaltreduzierungen kommt. Zweckmäßig ist es, auch die Lager, die Lagerträger und den Antriebsmotor in eine solche Temperierung einzubeziehen, um Probleme durch unterschiedliche Temperaturdehnungen zu vermeiden. Eine Mantelkühlung der vorgeschlagenen Art hat schließlich noch den Vorteil, dass sie die Wirkung einer guten Schalldämmung hat.According to a further feature of the invention, it is expedient additionally in the wall of the housing Pump, at least at the level of the rotor, by one Provide channels through which coolant flows. A cooling jacket this type allows, especially together with the internal cooling of the rotor according to the invention, the entire Temper the pump evenly. It can different for different loads Accept temperatures without reducing gaps comes. It is expedient, also the camp that Bearing bracket and the drive motor in such a temperature control to involve problems through different Avoid thermal expansion. A jacket cooling the proposed species has finally Advantage that they have the effect of good sound insulation Has.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 einen Schnitt durch eine Schraubenvakuumpumpe mit einer Kühlung nach der Erfindung undFigur 2 einen Teilschnitt nachFigur 1 mit einer weiteren Ausführung für eine erfindungsgemäße Kühlung.
- 1 shows a section through a screw vacuum pump with a cooling according to the invention and
- Figure 2 shows a partial section of Figure 1 with a further embodiment for a cooling according to the invention.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
für eine Schraubenvakuumpumpe 1 nach der Erfindung,
und zwar in Höhe desjenigen der beiden rotierenden
Systeme, das mit dem Antriebsmotor 2 ausgerüstet
ist. Die Synchronisation der beiden rotierenden Systeme
erfolgt mit Hilfe von Zahnrädern 3.Figure 1 shows a section through an embodiment
for a
Die rotierenden Systeme, die im Gehäuse 4 untergebracht
sind, umfassen jeweils den Rotor 5 und die Welle 6. Jeder
Rotor 5 ist fliegend, das heisst, einseitig gelagert.
Die Welle 6 stützt sich über die Lager 7 und 8
sowie die Lagerträger 11 und 12 im Gehäuse 4 ab. Stirnseitig
sind Gehäusedeckel 13, 14 vorgesehen, von denen
der rotorseitige Deckel 13 mit einem Einlassstutzen 15
ausgerüstet ist. Bestandteil des getriebeseitigen
Deckels 14 ist der Lagerträger 12.The rotating systems housed in housing 4
are each comprised of the
Der Rotor 5 besteht aus zwei formschlüssig miteinander
verbundenen Rotorabschnitten 17, 18 mit unterschiedlichen
Profilen 19, 20. Der saugseitige Rotorabschnitt 17
weist ein großvolumiges Profil 19 zur Erzielung hoher
Volumenströme im wendelförmigen Schöpfraum auf. Der
druckseitige Abschnitt 18 des Rotors 5 hat sowohl ein
reduziertes Profilvolumen als auch einen geringeren
Durchmesser. Dadurch nimmt der Querschnitt der wendelförmigen
Schöpfräume ab. Eine innere Kompression wird
erreicht, die Verdichtungsarbeit reduziert.The
Die Innenwandung des Gehäuses 4 ist der Rotorabstufung
angepasst (Abstufung 21). Durch eine strichpunktierte
Linie 22 ist angedeutet, dass das Gehäuse in Höhe der
Abstufung 21 teilbar ausgebildet sein kann. Dadurch ist
es möglich, den saugseitigen Rotorabschnitt 17 und den
saugseitigen Teil 4' des Gehäuses 4 durch Rotorabschnitte
mit anderen Profilen, Längen und/oder Durchmessern
sowie daran angepasste Gehäuseabschnitte 4' zu
ersetzen, um die Pumpe an unterschiedliche Applikationen
anpassen zu können.The inner wall of the housing 4 is the rotor gradation
adjusted (gradation 21). Through a dash-dotted line
Line 22 indicates that the housing is at the height of the
Der sich an das druckseitige Ende der Gewindegänge anschließende
Auslass der Pumpe 1 ist mit 24 bezeichnet.
Er ist seitlich herausgeführt. In den Auslass mündet
außerdem eine Gehäusebohrung 25, die den Schöpfraum in
der Höhe, in der sein Querschnitt - sei es durch Stufung
und/oder durch Wechsel des Gewindeprofils - abnimmt,
mit dem Auslass verbindet. In der Gehäusebohrung
25 befindet sich ein Rückschlagventil 26, das bei Überdrücken
im Schöpfraum öffnet und den saugseitigen Gewindegang
des Rotorabschnittes 17 mit dem Auslass 24
kurzschließt. Zur Abdichtung der wendelförmigen Schöpfräume
von der Lagerung sind Wellendichtungen 27 vorgesehen,
die sich zwischen dem Lager 7 und dem Rotorabschnitt
18 befinden.The one following the pressure side end of the threads
Outlet of the
Das Kühlsystem der dargestellten Ausführungsform umfasst eine Rotorinnenkühlung und eine Gehäusemantelkühlung.The cooling system of the illustrated embodiment includes an internal rotor cooling and a casing jacket cooling.
Zur Verwirklichung der Rotorinnenkühlung ist der Rotor
5 mit einem zu seiner Lagerseite hin offenen Hohlraum
31 ausgerüstet, der sich nahezu durch den gesamten Rotor
5 erstrecken kann. Bei einem aus zwei Abschnitten
17 und 18 bestehenden Rotor 5 ist zweckmäßig der druckseitige
Abschnitt 18 hohl ausgebildet. Der saugseitige
Abschnitt 17 verschließt das saugseitige Ende des Hohlraumes
31. Die Welle 6, die zweckmäßig mit dem Rotor 5
bzw. mit dem druckseitigen Abschnitt 18 des Rotors 5
einstückig ausgebildet ist, ist ebenfalls hohl
(Hohlraum 32). In den Hohlräumen 31, 32 befindet sich
ein zentrales Kühlrohr 33, das lagerseitig aus der
Welle 6 herausgeführt ist und rotorseitig kurz vor dem
saugseitigen Ende des Hohlraumes 31 mündet. Das Kühlrohr
33 und der vom Kühlrohr 33 und der Hohlwelle 6 gebildete
Ringraum stehen für die Zu- bzw. Abführung eines
Kühlmittels zur Verfügung.The rotor is used to achieve
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel steht die lagerseitige
Öffnung 34 des Kühlrohres 3 über die Leitung 35
mit dem Auslass einer Kühlmittelpumpe 36 in Verbindung.
Außerdem befindet sich im Bereich des Gehäusedeckels 14
ein Kühlmittelsumpf 37, der über das Leitungssystem 38
mit dem Einlass der Kühlmittelpumpe 36 verbunden ist.
Der Sumpf 37 und das Leitungssystem 38 sind derart ausgebildet,
dass die dargestellte Pumpe 1 in jeder Lage
zwischen vertikal und horizontal betrieben werden kann.
Kühlmittelstände, die sich bei horizontaler und bei
vertikaler Lage der Pumpe 1 einstellen, sind dargestellt.
Je nach dem, ob sich die Kühlmittelpumpe 36
außerhalb (wie dargestellt) oder innerhalb (z.B. auf
der zweiten, nicht sichtbaren Welle der Pumpe 1 in Höhe
des Antriebsmotors 2) des Gehäuses 4 befindet, liegt
die Öffnung 34 des Kühlrohres 33 außerhalb oder innerhalb
des Gehäuses 4.In the illustrated embodiment, the
Zum Betrieb der Innenkühlung des Rotors 5 wird Kühlmittel
von der Kühlmittelpumpe 36 aus dem Kühlmittelsumpf
37 über das Kühlrohr 33 in den Hohlraum 31 im Rotor 5
gefördert. Von dort aus strömt es über den Ringraum
zwischen Kühlrohr 33 und Welle 6 zurück in den Sumpf
37. Der Hohlraum 31 befindet sich in Höhe des druckseitigen
Bereichs der Gewindegänge der Pumpe 1, so dass
gerade dieser Bereich wirksam gekühlt wird. Das außerhalb
des Kühlrohres 33 zurückströmende Kühlmittel temperiert
u.a. die Hohlwelle 6, die Lager 7 und 8, den
Antriebsmotor 2 (ankerseitig) und die Zahnräder 3, so
dass Wärmedehnungsprobleme reduziert sind. Coolant is used to operate the internal cooling of the
Zweckmäßig verringert sich der Querschnitt des Ringraumes
zwischen Kühlrohr 33 und Welle 6 im Bereich seines
druckseitigen Endes z.B. dadurch, dass das Kühlrohr 33
in diesem Bereich einen größeren Außendurchmesser hat.
Dadurch entsteht ein verengter Durchlass 39. Diese Engstelle
sichert eine vollständige Füllung der das Kühlmittel
führenden Räume.The cross section of the annular space is expediently reduced
between
Es kann zweckmäßig sein, als Werkstoff für das Kühlrohr
3 ein schlecht wärmeleitendes Material (z.B. Kunststoff/Edelstahl
o. dgl.) auszuwählen. Dadurch werden
eine wirksamere Kühlung des Rotors 5 und eine gleichmäßige
Temperierung der wellennahen Bauteile der Pumpe
1 erreicht.It can be useful as a material for the cooling tube
3 a poorly heat-conducting material (e.g. plastic / stainless steel
or the like.) This will
a more effective cooling of the
Die dargestellte Gehäusemantelkühlung umfasst Hohlräume
bzw. Kanäle im Gehäuse 4. Im Bereich des Rotors 5 vorgesehene
Kühlkanäle sind mit 41, im Bereich des Motors
2 befindliche Kühlkanäle mit 42 bezeichnet.The housing jacket cooling shown includes cavities
or channels in the housing 4. Provided in the area of the
Die im Bereich des Rotors 5 befindlichen Kühlkanäle 41
haben zum einen die Aufgabe, die insbesondere im druckseitigen
Bereich des Rotors 5 entstehende Wärme abzuführen.
Zum anderen sollen sie das Gehäuse 4 in Höhe
des gesamten Rotors möglichst gleichmäßig temperieren.
Schließlich sollen sie die aufgenommene Wärme nach
außen abgeben. Die vom Kühlmittel durchströmten Hohlräume
41 erstrecken sich deshalb über die volle Länge
des Rotors 5. Der Gehäusedeckel 13 dient als saugseitiger
Abschluss der Hohlräume 41. Auch auslassseitig ist
das Gehäuse 4 wirksam gekühlt.The cooling
Die in Höhe des Antriebsmotors 2 befindlichen Kühlkanäle
42 haben ebenfalls die geschilderten Aufgaben. Sie
bewirken eine Temperierung des Antriebsmotors
(wicklungsseitig) sowie des Lagerträgers 7. Schließlich
vergrößern sie im erheblichen Maße die Wärmeabgabe über
äußere Oberflächen der Pumpe 1. Zweckmäßig ist diese
zumindest in Höhe der Kühlkanäle 41 und 42 mit Rippen
44 ausgerüstet.The cooling channels located at the level of the
Die Versorgung der Kühlkanäle 41, 42 mit Kühlmittel erfolgt
ebenfalls mit Hilfe der Kühlmittelpumpe 36, und
zwar über die Leitungen 45 und 46, wenn sie parallel
durchströmt sein sollen. Je nach den thermischen Anforderungen
besteht auch die Möglichkeit, sie nacheinander
mit Kühlmittel zu versorgen. Eine der Leitungen 45 oder
46 könnte dann entfallen. Über im einzelnen nicht dargestellte
Bohrungen gelangt das Kühlmittel aus den
Hohlräumen 41, 42 in den Sumpf 37 zurück.The cooling
Bei vertikaler Anordnung der Welle 6 übernimmt das im
Sumpf befindliche Kühlmittel die Temperierung des in
den Sumpf 37 hineinragenden Lagerträgers 12. Bei horizontaler
Anordnung ist es zweckmäßig, das zurückströmende
Kühlmittel über die Innenseite des Deckels 14
strömen zu lassen, um sowohl den Lagersitz 12 zu temperieren
als auch die Wärmeabgabe nach außen zu verbessern.With a vertical arrangement of the
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach Figur 1
sind - wie bereits erwähnt - das Gehäuse 4 und der Rotor
5 in Höhe der Linie 22 teilbar ausgebildet. Dadurch
besteht die Möglichkeit, die saugseitigen Abschnitte
von Rotor 5 (Abschnitt 17) und Gehäuse 4 (Abschnitt 4')
durch andere Bauteile zu ersetzen. Die Pumpe 1 kann an
verschiedene Applikationen angepasst werden, indem Rotorabschnitte
17 mit unterschiedlichen Profilen 19, unterschiedlicher
Länge, unterschiedlicher Steigung
und/oder unterschiedlichem Durchmesser, jeweils zusammen
mit einem angepassten Gehäuseabschnitt, montiert
werden. Es können verschieden große Profile auf der
Saugseite zur Erreichung hoher Saugvermögen, verschieden
lange Profile auf der Saugseite zur Erreichung
niedriger Enddrücke und/oder verschiedene Volumenabstufungen
zur Erreichung z.B. bei geringerer Abstufung eine
höhere Fluidverträglichkeit oder bei höherer Stufung
ein hohes Saugvermögen bei relativ kleiner Leistungsaufnahme
ausgewählt werden. Schließlich besteht die
Möglichkeit, in Höhe einer Reduzierung des Durchmessers
des Rotors 5 eine Umfangsnut vorzusehen, um bei bestimmten
Applikationen in diesem Bereich eine Druckentlastung
zu erzielen.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1
are - as already mentioned - the housing 4 and the
Das die Schraubenvakuumpumpe 1 durchströmende Kühlmittel
kann Wasser, Öl (Mineralöl, PTFE-Öl oder dergleichen)
oder eine andere Flüssigkeit sein. Zweckmäßig ist
die Verwendung von Öl, um damit auch die Lager 7, 8 und
die Zahnräder 3 schmieren zu können. Eine separate Führung
von Kühlmittel und Schmiermittel sowie entsprechende
Abdichtungen können dadurch entfallen. Es muss
lediglich für eine dosierte Zuführung von Öl zu den Lagern
7, 8 gesorgt werden.The coolant flowing through the
Die beschriebenen Lösungen erlauben eine vorteilhafte
Werkstoffauswahl. Beispielsweise können die Rotoren 5
und das Gehäuse 4 aus relativ preiswerten Aluminiumwerkstoffen
bestehen. Die vorgeschlagene Kühlung und
vor allem gleichmäßige Temperierung der Pumpe 1 bewirken,
dass es selbst bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen
und relativ kleinen Spalten nicht zu lokalen
Spielaufzehrungen kommt, die ein Anlaufen Rotor an Rotor
und/oder Rotor an Gehäuse zur Folge haben. Eine
weitere Reduzierung der Spalte ist möglich, wenn für
die inneren, thermisch höher belasteten Bauteile
(Rotoren, Lager, Lagerträger, Zahnräder) der Pumpe 1
Werkstoffe eingesetzt werden, die einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten
haben als der Werkstoff für
das weniger thermisch belastete Gehäuse 4. Eine Vergleichsmäßigung
der Dehnung aller Bauteile der Pumpe 1
wird dadurch erreicht. Ein Beispiel für eine solche
Werkstoffauswahl ist Stahl (z.B. CrNi-Stahl) für die
inneren Bauteile und Aluminium für das Gehäuse. Als
Werkstoffe für die inneren Bauteile können auch Bronze,
Messing oder Neusilber dienen.The solutions described allow an advantageous one
Material selection. For example, the
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 umfasst die Innenkühlung
des Rotors 5 eine Kühlbuchse 51, die sich
lagerseitig auf dem Gehäuse 4 abstützt und in den Hohlraum
31 hineinragt. Die Kühlbuchse 51 umgibt die Welle
6, die nicht mehr hohl ausgebildet ist, den Hohlraum
(31) durchsetzt und im Bereich ihres saugseitigen Endes
den Rotor 5 trägt. Zur Versorgung der Kühlbuchse 51 mit
Kühlmittel sind ein oder mehrere Kühlkanäle 52 vorgesehen,
die in im einzelnden nicht dargestellter Weise von
der Kühlmittelpumpe 36 versorgt werden.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the internal cooling comprises
of the
Um zu erreichen, dass die Kühlbuchse 51 möglichst viel
Wärme vom Rotor 5 aufnimmt, ist der Spalt 53 zwischen
Kühlbuchse 51 und Rotor 5 möglichst klein gewählt. In
diesem Bereich ist die Buchse 51 mit einem Gewinde 54
versehen, das eine in Richtung Schöpfraum gerichtete
Pumpwirkung hat. Dort vorhandene Schmutzteilchen werden
dadurch zurückgehalten.To achieve that the cooling
Auch der Spalt 55 zwischen Buchse 51 und Welle 6 ist
relativ klein, um mit Hilfe des Gewindes 56 auf der Innenseite
der Buchse 51 eine Pumpwirkung zu erzeugen.
Sie wirkt in Richtung Dichtung 27 / Lager 7 und hält
Ölpartikel vom Schöpfraum fern.The
Claims (21)
- A cooled screw vacuum pump (1) with two rotating systems (5, 6) which each consist of a screw rotor (5) and a shaft (6), with an overhung rotor support which comprises on each shaft two bearings (7, 8) which are spaced from one another, and with a cavity (31) in each rotor (5) which is open on the bearing side and within each of which there is located an internal rotor-cooling arrangement, characterised in that the rotor-side bearing (7) of the support is located outside the cavity (31) within the rotor (5).
- Pump according to Claim 1, characterised in that each rotor (5) consists of two segments (17, 18) with different thread profiles (19, 20) and in that the depth of the thread (20) of the pressure-side segment (18) is less than the depth of the thread (19) of the suction-side segment (17).
- Pump according to Claim 1 or 2, characterised in that each rotor (5) is of stepped design such that the pressure-side segment (18) of the rotor (5) has a smaller diameter than the suction-side segment (17).
- Pump according to Claim 1, 2 or 3, characterised in that the cavity (31) extends through almost the entire rotor (5).
- Pump according to Claim 1, 2 or 3, characterised in that the rotor (5) consists of two segments (17, 18), in that the pressure-side segment (18) is of hollow design and in that the hollow interior space of the rotor segment (18) together with the segment (17) which is fitted as a termination on the suction side form the cavity (31) which is open on the bearing side.
- Pump according to Claim 4 or 5, characterised in that the shaft (6) is of hollow design and is connected outside the cavity (31) to the rotor (5) or to the pressure-side segment (18) thereof.
- Pump according to Claim 6, characterised in that the hollow shaft (6) and the rotor (5) or the pressure-side segment (18) thereof are of integral design.
- Pump according to Claim 6 or 7, characterised in that a fixed cooling pipe (33) passing through the hollow shaft (6) discharges within the cavity (31).
- Pump according to Claim 8, characterised in that the cooling pipe (33) serves for the supply of coolant to the cavity (31) and in that the annular space between the hollow shaft (6) and the cooling pipe (33) serves for the discharge of coolant.
- Pump according to Claim 9, characterised in that a constriction (39) is provided in the region of the bearing-side end of the annular space between the hollow shaft (6) and the cooling pipe (33).
- Pump according to Claim 8, 9 or 10, characterised in that the cooling pipe (33) consists of a material that is a poor conductor of heat.
- Pump according to one of Claims 1 to 5, characterised in that the shaft (6) passes through the cavity (31) and in that a cooling bushing (51) supported on the housing (4) projects into the annular space between the shaft (6) and the rotor (5) or the rotor segment (18).
- Pump according to Claim 11, characterised in that the cooling bushing (51) is provided with channels (52) through which a coolant flows.
- Pump according to Claim 12 or 13, characterised in that the cooling bushing (51) is provided with an external thread (54) having a pumping action directed in the direction of a compression chamber.
- Pump according to Claim 12, 13 or 14, characterised in that the cooling bushing (51) is provided with an internal thread (56) having a pumping action directed in the direction of the bearing (7).
- Pump according to one of the preceding claims, characterised in that channels (41) through which a coolant flows are provided in the wall of the housing (4) of the pump (1), specifically in the region of the rotor (5).
- Pump according to Claim 16, characterised in that channels (42) through which the coolant flows are also provided in the bearing-side region of the housing (4).
- Pump according to one of the preceding claims, characterised in that a coolant pump (36) is present, the inlet of which is connected via a system of pipes (38) to a coolant sump (37) located in the pump housing (4) and the outlet of which is connected to the cooling pipe (33) or to the channels (52) in the cooling bushing (51) or to the channels (41) and/- or (42) in the housing (4).
- Pump according to Claim 18, characterised in that sump (37) the system of pipes (38) is designed in such a way that the inlet of the coolant pump (36) is connected to the sump (37) both in the horizontal position and in the vertical position of the pump (1).
- Pump according to one of the preceding claims, characterised in that the coolant flowing through the pump (1) is identical with the lubricant for the bearings (7, 8).
- Pump according to one of the preceding claims, characterised in that a housing bore (26) is provided which connects the helical compression chambers in the region in which their cross-section decreases - be it by gradation and/or by changing the thread profile - to the outlet (27) and within which a check valve is located which opens in the event of excess pressure.
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