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Title:
COOLED SCREW-TYPE VACUUM PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/042541
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a screw-type vacuum pump (1) comprising a pump housing (2, 6) with rotors (3, 4) arranged therein, a liquid cooling system for the rotors and a drive motor (9). In order to improve the cooling of said pump, an external air-flow impelled cooling system is also provided for the pump housing (2,6).

Inventors:
BEHLING MANFRED (DE)
KRIEHN HARTMUT (DE)
ROFALL KLAUS (DE)
STEFFENS RALF (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/012086
Publication Date:
May 22, 2003
Filing Date:
October 30, 2002
Export Citation:
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Assignee:
LEYBOLD VAKUUM GMBH (DE)
BEHLING MANFRED (DE)
KRIEHN HARTMUT (DE)
ROFALL KLAUS (DE)
STEFFENS RALF (DE)
International Classes:
F04C18/08; F04C18/16; F04C23/00; F04C29/04; F04C25/02; (IPC1-7): F04C18/16; F04C23/00; F04C29/04; F04C18/08; F01C21/10
Foreign References:
BE1008367A31996-04-02
DE2217022A11973-10-18
DE10019066A12001-10-25
DE19945871A12001-03-29
DE19745616A11999-04-15
DE19849098A12000-04-27
EP0074514A11983-03-23
Other References:
See also references of EP 1444440A1
Attorney, Agent or Firm:
Leineweber, Jürgen (Aggerstr. 24 Köln, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Schraubenvakuumpumpe (1) mit Pumpengehäuse (2,6), mit in diesem Gehäuse untergebrachten Rotoren (3, 4), mit einer Flüssigkeitskühlung für die Rotoren sowie mit einem Antriebsmotor (9), dadurch gekenn zeichnet, dass zusätzlich eine äußere von einer erzwungenen Luftströmung bewirkte Kühlung für das Pumpengehäuse (2,6) vorgesehen ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung der erzwungenen Luftströ mung ein Lüfter (21) vorgesehen ist, der mit dem Antriebsmotor (9) gekoppelt ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass Lüfter (21), Antriebsmotor (9) und Pum pengehäuse (2) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Pumpengehäuse (2) mit äußeren Rippen ausgerüstet ist.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und die Roto ren (3,4) aus Aluminium bestehen.
6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass ein äußeres Gehäuse (22) für die Führung der Kühlluft vorgesehen ist.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lüfter. (21) auf der Lufteintritts seite (24) befindet.
8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Luft eintritts (24) ein der Kühlflüssigkeit der Rotor kühlung durchströmter Wärmetauscher (25) angeord net ist.
9. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wärmetauscher (25) in Kühlluftströ mungsrichtung vor dem Lüfter (21) befindet.
10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem so ausgelegt ist, dass die vom flüssigen Kühlmittel abgeführte Wärmemenge und die direkt vom Luftstrom abgeführte Wärmemenge etwa gleich groß sind.
Description:
Gekühlte Schraubenvakuumpumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenvakuum- pumpe mit einem Pumpengehäuse, mit in diesem Gehäuse untergebrachten Rotoren, mit einer Flüssigkeitskühlung für die Rotoren sowie mit einem Antriebsmotor.

Aus der DE-A-198 20 523 ist eine Schraubenvakuumpumpe mit diesen Merkmalen bekannt. Die genannte Schrift of- fenbart darüber hinaus die vielfachen Probleme, die mit der Kühlung von Schraubenvakuumpumpen verbunden sind, wenn diese mit hohen Leistungsdichten-kompakt und mit hohen Drehzahlen-gebaut und betrieben werden sollen.

Der. vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung einer Schraubenvakuumpumpe mit den eingangs genannten Merkmalen zu verbessern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Die erfindungsgemäße zusätzliche Kühlung des Pumpenge- häuses von außen, und zwar mit einer erzwungenen Luft- strömung, die beispielsweise von einem mit dem An- triebsmotor gekoppelten Lüfter erzeugt wird, entlastet die in der Pumpe befindliche Flüssigkeitskühlung der Rotoren erheblich. Zusätzlich ist es möglich, mit Hilfe der erzwungenen Luftströmung auch einen Wärmetauscher zu kühlen, der von der Kühlflüssigkeit der Rotorkühlung durchströmt ist.

Die Erfindung ermöglicht es, ein Kühlkonzept für eine Schraubenvakuumpumpe zu realisieren, bei dem die ge- samte Maschine luftgekühlt ist, obwohl zusätzlich eine Flüssigkeitskühlung für die Rotoren vorhanden ist. Die entstehende Wärme wird zwar von zwei unterschiedlichen Wärmeträgern (Flüssigkeit für die innere Rotorkühlung, äußerer Kühlluftstrom) aufgenommen, letztlich aber ins- gesamt vom Kühlluftstrom abgeführt. Dieses gilt auch für die Abführung von Nebenwärmeströmen, erzeugt von Motorverlusten, Getriebe-und Lagerverlusten etc..

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur schematisch dargestellten.

Ausführungsbeispieles erläutert werden.

In der Figur sind die zu kühlende Schraubenvakuumpumpe mit 1, ihr Schöpfraumgehäuse mit 2, ihre Rotoren mit 3, 4, ihr Einlass mit 5 und ihr sich an das Schöpfraumge- häuse 2 mit den Rotoren 3,4 anschließendes Getriebe- /Motorraum-Gehäuse mit 6 bezeichnet. Ein druckseitig gelegener Auslass ist nicht dargestellt. Im Gehäuse 6 befinden sich der Getrieberaum 7, der Motorraum 8 mit dem Antriebsmotor 9 und ein weiterer Raum 10, der Be- standteil des Kühlflüssigkeitskreislaufs für die Roto- ren 3,4 ist.

Die Rotoren 3,4 sind mit Wellen 11,12 ausgerüstet, die den Getrieberaum 7 und den Motorraum 8 durchsetzen.

Über Lagerungen in den Trennwänden zwischen Schöpfraum und Getrieberaum 7 (Trennwand 13) sowie Motorraum 8 und Kühlflüssigkeitsraum 10 (Trennwand 14) sind die Rotoren 3,4 fliegend gelagert. Die Trennwand zwischen Getrie- beraum 7 und Motorraum 8 ist mit 15 bezeichnet. Im Ge- trieberaum 7 befindet sich das die synchrone Drehung der Rotoren 3,4 bewirkende Zahnradpaar 16,17. Die Ro- torwelle 11 ist gleichzeitig die Antriebswelle des Mo- tors 9. Der Motor 9 kann auch eine von den Wellen 11, 12 verschiedene Antriebswelle haben. Bei einer solchen Lösung endet seine Antriebswelle im Getrieberaum 7 und ist dort mit einem Zahnrad ausgerüstet, das mit einem der Synchronisationszahnräder 16, 17 (oder einem weite- ren, nicht dargestellten Zahnrad der Welle 12) in Ein- griff steht.

Die Welle 11 durchsetzt den Raum 10, ist aus dem Ge- häuse 6 der Pumpe 1 heraus geführt und trägt an ihrem freien Ende das Rad 20 eines Ventilators oder Lüfters 21. Der Führung der vom Lüfterrad 20 erzeugten Luftbe- wegung dient ein die Pumpe 1 umfassendes Gehäuse 22, das im Bereich beider Stirnseiten offen ist (Öffnungen 23,24).

Im Sinne der Erfindung wird der Lüfter 21 so betrieben, dass die lüfter-/motorseitige Öffnung 24 die Luftein- trittsöffnung bildet. Dieser Öffnung zugeordnet ist ein Wärmetauscher 25, der von der Kühlflüssigkeit der Ro- torinnenkühlung durchströmt ist. Zweckmäßig ist der Wärmetauscher 25 dem Lüfter 21 vorgelagert, so dass er gleichzeitig einen Berührungsschutz für das Lüfterrad 20 bildet. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass der das Schöpfraumgehäuse 2 der Pumpe 1 kühlende Luftstrom vorgewärmt ist. Dadurch wird erreicht, dass Wärmedehnungen des Schöpfraumgehäuses 2 in dem Umfange zugelassen werden, dass die während des Betriebs der Pumpe 1 relativ hohe Temperaturen annehmenden Rotoren 3,4 das Gehäuse 2 nicht berühren. Vorzugsweise beste- hen das Gehäuse 2 und die Rotoren 3,4 zur Verbesserung der Wärmeleitung aus Aluminium. Weiterhin kann das Ge- häuse 2 zur Verbesserung des Wärmekontaktes Rippen auf- weisen. Durch die Größe des Wärmetauschers 25 und auch des Verrippungsgrades des Schöpfraumgehäuses 2 wird der Spalt zwischen den Rotoren 3,4 und dem Gehäuse 2 ein- gestellt.

Der Kühlflüssigkeitskreislauf für die Kühlung der Roto- ren 4,5 ist nur schematisch angedeutet. In den deut- schen Patentanmeldungen 197 45 616, 199 63 171.9 und 199 63 172.7 sind Kühlsysteme dieser Art ausführlich beschrieben. Die Wellen 11 und 12 dienen dem Transport des Kühlmittels (z. B. Öl) zu und von den Rotoren 3,4.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sammelt sich das die Rotoren 3,4 verlassende Kühlmittel im Motorraum 8.

Von dort aus wird es über die Leitung 26 dem Wärmetau- scher 25 zugeführt. Der vom Lüfter 21 erzeugte Luft- strom nimmt die von der Kühlflüssigkeit in den Rotoren 3,4 aufgenommene Wärme auf. Die den Wärmetauscher 25 verlassende Flüssigkeit wird über die Leitung 26 dem Raum 10 zugeführt. In im einzelnen nicht dargestellter Weise gelangt sie von dort durch in den Wellen 11,12 befindliche Bohrungen zu den Rotoren 3,4, durchströmt dort Kühlkanäle und gelangt durch die Wellen 11,12 zu- rück in den Motorraum 8.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, das Kühlsystem so einzustellen, dass etwa die Hälfte der von der Pumpe erzeugten Wärme zunächst von der Kühlflüssigkeit aufge- nommen und danach über den Wärmetauscher 25 abgeführt wird und dass die andere Hälfte unmittelbar vom Kühl- luftstrom abgeführt wird.

Insgesamt erlauben es die Merkmale nach der Erfindung, die Leistungsdichte einer Schraubenpumpe weiter zu er- höhen. Die Pumpe kann kleiner ausgebildet und mit höhe- ren Oberflächentemperaturen betrieben werden. Das äuße- re der Luftführung dienende Gehäuse 22 hat außerdem die Funktion eines Berührungsschutzes.