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Patent Searching and Data


Title:
DRY COMPRESSING SCREW PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/012900
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a dry compressing screw pump acting as a dual-shaft displacement device for conveying and compressing gases, comprising a pair of rotor spindles (1, 2) arranged in a closed compression chamber (3) provided with an inlet and outlet in addition to lateral delimitations for the support of said rotors by means of rolling bearings or the like (5). In order to provide a simpler, more robust and more compact construction, both rotor spindles are internally hollow, a coolant or lubricating agent is continuously fed to and removed from the hollow rotor recesses, substantially capsular rotor elements (4) are provided at least on the front face of the rotor where the coolant/lubricating agent is discharged from, and the sliding or rolling bearings (5) for said rotor front faces are supported on the inner wall of the capsular rotor elements and on a protruding tappet placed (6) inside the capsule, whereby said bearings are fixed in relation to the housing.

Inventors:
Steffens, Ralf (Holzgasse 42 Wesseling-Urfeld, D-50389, DE)
Application Number:
PCT/EP1999/004512
Publication Date:
March 09, 2000
Filing Date:
June 30, 1999
Export Citation:
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Assignee:
LEYBOLD VAKUUM GMBH (Bonner Strasse 498 Köln, D-50968, DE)
Steffens, Ralf (Holzgasse 42 Wesseling-Urfeld, D-50389, DE)
International Classes:
F04C18/08; F04C18/16; F04C25/02; F04C27/00; F04C29/00; F04C29/02; F04C29/04; (IPC1-7): F04C18/16; F04C29/04; F04C29/02; F04C27/00
Foreign References:
DE19800825A11999-07-08
DE19748385A11999-05-06
EP0290664A11988-11-17
DE4444535A11996-06-20
US5662463A1997-09-02
DE574384C1933-04-12
DE19522557A11997-01-02
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 238 (M - 335) 31 October 1984 (1984-10-31)
Attorney, Agent or Firm:
Leineweber, Jürgen (Aggerstrasse 24 Köln, D-50859, DE)
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Claims:
Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe PATENTANSPRÜCHE
1. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe als Zweiwelienver drängermaschine zur Förderung und Verdichtung von Gasen mit ei nem parallel angeordneten Rotorspindelpaar (1,2) in einem ge schlossenen Schöpfraum (3) mit Ein und Auslaß, dadurch gekenn zeichnet, daß beide Rotorspindeln innen hohl ausgeführt sind und daß ein Kühl/ Schmiermittel in diese Rotoraushöhlungen ständig zu und abgeführt wird und daß zumindest auf derjenigen Rotorstirnseite mit der Abführung des Kühi/ Schmiermittels im wesentlichen kapsel ähnliche Rotorelemente (4) vorgesehen sind und daß sich jeweils die Gleit oder Wätztager (5) für diese Rotorstirnseiten einerseits auf der Innenwandung dieser kapsetähntichen Rotoreiemente und ande rerseits auf einem in diese Kapsel hineinragenden, ruhenden Zapfen (6) abstützen.
2. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl/ Schmiermittel an der einen Rotorseite ständig in diese Rotoraushöhlungen zugeführt und an der anderen Rotorseite ständig abgeführt wird.
3. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach den Ansprü chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (8) des Küht/Schmiermitteis über den gehäusefesten Zapfen (6) erfolgt.
4. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung und Einleitung des Kühl/ Schmiermittels über einen kegelförmigen Einsatz (16) mit ei nem 'Abschleuder'Absatz (17) sowie nutenförmigen Aussparungen in der Rotoraushöhlung auf der Einführungsseite erfolgt.
5. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorinnenbohrungen zusätzlich miteinemdrehrichtungsorientierteninnenfördergewinde(12)derartig ausgeführt sind, daß entsprechend der festgelegten Drehrichtung je des Verdrängerrotors seine Kühimitteldurchströmung unterstützt wird.
6. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorinnenbohrungen derartig ko nisch (13) ausgeführt werden, daß zur Kühimitteieinlaßseite der ge ringere und zur KCihlmiftelauslaRseite der größere Bohrungsdurch messer entsteht.
7. Trockenverdichtende Schraubenspindetpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Rotorinnenboh rung derartig ausgeführt werden, wie es die Verdichtungsver lustwärmeabführung erfordert.
8. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestattung der Rotorinnenftächen dem äußeren Rotorkonturverlauf folgt.
9. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl/ Schmiermittelstrom von einer eigenen druckerzeugenden Pumpe (9) verwirklicht wird.
10. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl/ Schmiermittelstrom energetisch durch die Verdrängerrotore mittels eigener Ölpumpe erzeugt wird.
11. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach den Ansprü chen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturni veau durch Steuerung (14) der Kühtmittetmenge gezieit eingesteitt und reguliert wird.
12. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach den Ansprü chen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühtmittetmenge je Verdrängerrotor überwacht und für beide Verdrängerrotore gleich eingestellt wird.
13. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl/ Schmiermittel am Pumpengehäuse vorbeigeleitet wird.
14. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Küht/Schmiermittels zur Versorgung der Rotoriagerung (5) genutzt wird.
15. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Kühl/ Schmiermittels zur Versorgung der Synchronisationsverzah nung (11) genutzt wird.
16. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Küht/Schmiermittels zur Versorgung der Wellenabdichtungen (15) genutzt wird.
17. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Einführungsseite des Küht/Schmiermittels die Rotoriagerung am Außenlagerring im gehäusefesten Seitenteil (7) erfolgt.
18. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einsei tiger,'fliegender'Rotoriagerung jeweils ein gehäusefester Zapfen (6) in die entsprechende Verdrängerbohrung hineinragt und beide Ro torlagerinnenringe trägt.
19. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einseiti ger, 'fliegender' Rotorlagerung der gehäusefeste Zapfen (6) die Kühtmittetzuführung (8) enthält.
20. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einseiti ger (fliegender') Rotorlagerung das abstützungsnähere Rotorlager (5a) die Axialkräfte aufgrund der Arbeitsdruckdifferenz aufnimmt und mit einem größeren Lagerinnenring ausgeführt wird.
21. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einseiti ger ('fliegender') Rotorlagerung das abstützungsfernere Rotorlager (5b) als radialkompaktbauendes Lager (Nadellager, Gleitlager) aus geführt wird.
22. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Verdrängerrotorstirnseite der auslaßseitige Druck anliegt.
23. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dafl beide Ver drängerpaarseiten mit gleichem Spindelfördergewinde ausgeführt sind.
24. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ver drängerpaarseite als einfaches 'Leckage'Fördergewinde (25) aus geführt ist.
25. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ab dichtung der Wellendurchführungen ZentrifugalWellendichtungen eingesetzt werden.
26. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine schmale, gehäusefeste Abdicht scheibe (21) in einen'rotierenden Siphon' (20) greift, der fest der Verdrängerspinde) (1,2) verbunden ist.
27. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der'rotierende Siphon' (20) seine Ab dichtungsftüssigkeit aus einem Teilstrom der Küht/Schmiermitte ! zur Verdrängerrotorkühlung erhält.
28. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der 'rotierende Siphon' (20) seine Abdichtungsf ! üssigkeit aus dem Küht/Schmiermittetstrom der Ro torlagerung erhält.
29. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits und Wärmeabfüh rung für den 'rotierenden Siphon' (20) über ein an der Abdichtungs scheibe (21) festes Staurohr (26) erfolgt.
30. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß nachgeschaltet zur Zentrifugal Siphon'Wellendichtung ein statisch wirkender, berührender (Radial) Wellendichtring (27) in dem rotierenden kapselähnlichen Rotorele ment (4) eingesetzt wird.
31. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellendichtring (27) so ausgelegt ist, daß vor Erreichen der Betriebsdrehzahl die Dichtlippe aufgrund der Fliehkraftwirkung abhebt.
32. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schöpfraumwettenabdichtungen fange Dichtungswege mit Sperr gasoption und'Leckagerückfördergewinde'realisiert werden.
33. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl/ Schmiermittel nach dem Durchströmen der Rotorinnenfiächen in mindestens einer Sammeirinne (18) aufgefangen wird.
34. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dafl das in der Sammelrinne (18) aufge fangene Kühl/ Schmiermittel über Bohrungen (10) gezielt weiterge leitet wird.
35. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Sammelrinne (18) aufge fangene Kühi/ Schmiermittel über mindestens ein gehäusefestes Staurohr (19), das an einem Ende in die Sammelrinne (18) greift, abgeführt wird.
36. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgefangene Küht/Schmier mittel gezielt zur Kühlung und Schmierung der Lagerung genutzt wird.
37. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgefangene Küht/Schmier mittel gezielt zur Kühlung und Schmierung der Synchronisations und Antriebsverzahnung genutzt wird.
38. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl/ Schmiermittel nach dem Durchströmen der Rotorinnenfiächen einer ZentrifugalWellendichtung mit 'stehendem Siphon' (22) und einer mit der Verdrängerspindel (1,2) rotierenden Abdichtscheibe (23) zu geführt wird.
39. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäu sefeste Abdichtungsseitenwand des Siphons (22) im Bereich des Synchronisationsverzahnungseingriffs zur Verzahnungsschmierung zurückgenommen ist.
40. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für waage rechte und senkrechte Rotorwellenlage sich der Auslaß für das För dermedium am Pumpengehäuse stets an der geodätisch tiefstgete genen Position befindet.
41. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Syn chronisation der beiden Verdrängerspindein über eine einfache Stirnradgetriebestufe (11) erfolgt.
42. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver drängerspindelrotorpaar aus mindestens zwei Fördergewindeab schnitte besteht, die durch die Kombination von mindestens zwei Faktoren zueinander abgestuft sind, wobei mindestens eine konti nuierliche Steigungsänderung bei gleicher Zahnhöhe mit mindestens einer sprunghaften Änderung der Förderkammervo ! umina bei gerin gerer Zahnhöhe zusammenwirken.
43. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Abstufungsfaktor für die kontinuierliche Steigungsänderung zwischen 1, 5 und 2, 2 liegt, vor zugsweise bei 1, 85, und daß der sprunghafte Abstufungsfaktor zwi schen 2, 0 und 9, 0 liegt, vorzugsweise zwischen 4 und 6.
44. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß beide Fördergewindeabschnitte mit einer kontinuierlichen Steigungsänderung abgestuft sind, und daß zwischen diesen beiden Fördergewindeabschnitten eine sprunghafte Änderung des Arbeitskammervolumens erfolgt.
45. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Steigungsände rung im saugseitig ersten Fördergewindeabschnitt geringer als die kontinuierliche Steigungsänderung im darauffolgenden Förderge windeabschnitt ist.
46. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach den Ansprü chen 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Steigungsänderung einem nichtlinearen Verlauf folgt.
47. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerrotoraußendurchmes ser im Bereich des sprunghaften Überganges zwischen den Förder gewindeabschnitten bis auf knapp unterhalb der Höhe des Wä ! z kreisdurchmessers reduziert wird.
48. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Über drucksicherung (28) vorgesehen ist.
49. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pro filflankenverlauf im Bereich des Wälzkreises mathematisch als Evol vente ausgeführt wird.
50. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flan kenprofileingriffslinie nahe an die Gehäuseschnittkante der beiden Innenzylinderflächen herangeführt wird.
51. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flan kenverlauf aus mehreren gleichzeitig im Eingriff befindlichen Profil konturen zusammengesetzt wird.
52. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch deut liche Erhöhung der Spindelsteigung diese trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe als Wälzkolbenpumpe genutzt wird.
53. Trockenverdichtende Schraubenspinde ! pumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gas kühlung der Voreinlaß eingesetzt wird.
54. Trockenverdichtende Schraubenspindeipumpe nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß durch Umkehrung der Voreinlaßströ mungsrichtung die Voreinlaßgaszuführungen als Überiastschutz ge nutzt werden.
55. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Off nungsverhalten der jeweiligen Arbeits/Förderkammer einer dreh winke ! abhängigen Funktion foigt und jede sprunghafte Querschnitts änderung beim Öffnen der Arbeits/Förderkammern vermieden wird.
56. Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche 'Lüftungsräder' (29) am auslaßseitigen Wellenende vorgesehen sind.
Description:
Trockenverdichtende Schraubenspindelpumpe Stand der Technik : Erhöhte Anforderungen an die Reinheit des Fördermediums, steigende Betriebs- und Entsorgungskosten sowie zunehmende Verpflichtungen durch Umweltschutzvorschriften erfordern für Vakuumsysteme in zuneh- mendem Maße den Verzicht auf Betriebsflüssigkeiten, die mit dem För- dermedium in Berührung kommen. Diese im Schöpfraum ohne Dicht- oder Schmiermedien, wie Wasser oder 01, arbeitenden Maschinen werden all- gemein als 'Trockene, bzw. Trockenverdichtende Vakuumpumpen'be- zeichnet. Dabei können für diese Pumpen selbstverständlich keine Zuge- ständnisse an die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit gemacht werden.

Die Hersteller von Vakuumsystemen reagierten auf diese Anforderungen mit unterschiedlichen Lösungen, von denen die erfolgreichen Prinzipien ausnahmslos auf der Arbeitsweise der 2-Wellenverdrängermaschinen be- ruhen. Für die Vakuumerzeugung arbeiten diese trockenverdichtenden Maschinen wegen der geforderten Kompressionsverhättnisse mit höheren Drehzahlen, wobei die Verdrängerrotore zur Erreichung der gewünschten Standzeit berührungslos gegeneinander im Schöpfraum mit mögtichst ge- ringem Abstand zueinander und zum umgebenden Pumpengehäuse rotie- ren.

Unter den verschiedenen Prinzipien der'Trockenverdichtenden Vakuum- pumpen'hat sich das System der Schraubenspindelpumpe als besonders vorteilhaft erwiesen : Zwei parallel angeordnete zylindrische Rotore mit schraubenförmig verlaufenden Nuten (Vertiefungen) auf der Zylinderfläche greifen ineinander und bilden in jeder Zahntücke einen Schöpfraum, der bei gegensinniger Drehung beider Rotore von der Saug- zur Druckseite transportiert wird. Das für die Vakuumpumpe gewünschte hohe Kompres- sionsverhältnis kann bei der Schraubenspindel-Vakuumpumpe vorteilhaf- terweise direkt über die Anzahl der abgeschlossenen Förderkammern einfach erreicht werden.

Dieser Stand der Technik bei den'Trockenverdichtenden Vakuumpumpen' ist aber noch von einigen schwerwiegenden Nachteilen gekennzeichnet : So erreichen die heutigen'Trockenen Vakuumpumpen'bei weitem nicht die bisher geläufigen Qualitätswerte, wie sie von den bekannten Dreh- schieber-Vakuumpumpen und Flüssigkeitsringmaschinen realisiert werden.

Dies betrifft insbesondere die unbestritten hohe Zuverlässigkeit und Ro- bustheit dieser Vakuumpumpen, die Kompaktheit sowie vordringlich die niedrigen Herstelikosten. Die Ursache dieser Schwierigkeiten liegt ursäch- lich in dem meist beträchttichen Aufwand, den heutige 'Trockenverdichtende Vakuumpumpen'zur Umsetzung der geforderten Leistungsmerkmale wie Enddruck und Saugvermögen immer noch benöti- gen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine mögtichst ein- fache und robuste sowie besonders preiswerte und kompakte 'Trockenverdichtende Vakuumpumpe'zu konzipieren, um dank der trocke- nen Arbeitsweise bei der Vakuumerzeugung gegenüber dem heutigen Stand der Technik deutliche Verbesserungen zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zunächst dadurch gelöst, daß beide Verdrängerspindeh innen durchgehend hohl ausgeführt sind und ein per- manenter Kühimittelstrom, vorzugsweise 01, direkt durch jeden der beiden Verdrängerzylinder geführt wird, um die bei der Vakuumerzeugung auftre- tende Wärmemenge aus jedem Spindelrotor kontinuierlich und zuverlässig abzuführen.

Vorteilhafterweise wird bei diesem Rotorwärmetransport der bessere Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Verdrängerrotormateriat und dem Kühimedium bei gleichzeitig geringerer Rotorzylinderinnenfiäche ge- genüber der größeren wärmeaufnehmenden Außenoberfläche des Ver- drängerrotors bei geringerem Wärmeübergangskoeffizienten zwischen dem Rotormaterial und dem Fördermedium zugunsten einer ausgegliche- nen Rotorthermik ausgenutzt, so daß nach einer einfachen thermodynami- schen Auslegung die aufgenommene und abgeführte Rotorwärmemenge im gewünschten Gleichgewicht sind. Günstigerweise kann für jeden Ein- satzfall das Temperaturniveau durch Steuerung der Kühimittelmenge ge- zielt eingestellt und gesteuert werden. Dabei ist unbedingt auf eine gleich- mäßige Verteilung der Kühimittelmenge auf beide Verdrängerrotore durch entsprechende Überwachungseinrichtungen zu achten.

Zur Verbesserung der Kühlwirkung sollte die Rotorinnenbohrung dabei vorzugsweise zusätzlich mit einem drehrichtungsorientierten Innenförder- gewinde ausgeführt werden, um sowohl die innere Wärmeaustauschftäche zwischen Verdränger und Kühimedium als auch den Kühimittelstrom durch entsprechende Gewindeorientierung zu verbessern. Die Drehrichtung je- des Verdrängerrotors tiegt entsprechend der Pumpenförderrichtung ein- deutig fest, so daß die Innengewindeorientierung der Verdrängerrotoraus- höhiung genau so ausgeführt werden kann, daß entsprechend dieser fest- gelegten Rotordrehrichtung seine KOhImitteldurchstrbmung unterstotzt und verstärkt wird.

Des weiteren wird vorgeschlagen, die genannten Rotorinnenbohrungen mit zusätzlicher Gewindeoption vorteilhafterweise derartig konisch auszufüh- ren, daR zur Kühimitteleinlaßseite der geringere und zur Kühimittelauslaß- seite der etwas größere Bohrungsdurchmesser entsteht, so daß infolge der Fliehkraftunterstützung die Kühimittelförderwirkung verstärkt wird, um die Rotorkühtung noch weiter zu verbessern. Damit ist es günstigerweise auch möglich, diese Schraubenspindel-Vakuumpumpe sowohl mit senkrecht stehendem als auch mit waagerecht ausgerichtetem Verdrängerrotorpaar zu betreiben.

Für eine mögfichst effektive Rotorkühtung wird erfindungsgemäß außer- dem noch empfohlen, daß die Oberflächen der Rotorinnenbohrung derartig ausgeführt werden, wie es die Verdichtungsvertustwärmeabführung erfor- dert. Denn die Verdichterleistung und damit auch die entstehende Verlust- leistung ist in Längsrichtung des Verdrängerrotors nicht konstant, so daß in den Bereichen höherer Verdichterwärmeverluste die entsprechenden Oberflächenwerte vorteilhafterweise größer gestaltet werden. Allgemein betrifft dies insbesondere den auslaßnäheren Verdrängerrotorbereich und die Gebiete mit grof3erer Anderung der Arbeitskammervolumina.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Größe der Rotorinnenftäche zu maximieren, indem entsprechend dem äußeren Verlauf mit den zylindri- schen Nuten auch der innere hohe Verlauf dieser Kontur durch Minimie- rung der gesamten Rotorwandstärke folgt. Die technische Realisierung kann beispielsweise außer der mechanischen Bearbeitung noch durch Ex- plosionsumformung eines entsprechend dünnwandigen Rohres erfolgen, oder durch Blechpaketierung gemäß der EP 0 477 601 A1.

Der gesamte Kühimittelstrom wird vorzugsweise mit einer eigenen druck- erzeugenden Pumpe definiert realisiert, so daß dieses Kühimedium (vorzugsweise 01) nicht nur gezielt durch die Verdrängerhoh ! räume, Lage- rung, spez. Abdichtungselemente sowie Synchronisations- und Antriebs- verzahnung geführt wird, sondern gleichzeitig auch am Gehäuse möglichst mit Schwerkraftunterstützung gezielt vorbei geleitet werden kann, um die aufgenommene Wärmemenge wieder abzugeben. Dieser im geschlosse- nen Kreislauf sich ständig wiederholende Prozeß wird unterstützt durch die bekannten zusätzlichen äußeren Möglichkeiten zum Wärmeaustausch, angefangen bei einem verrippten Gehäuse, dem geeigneten Gehäuse- werkstoff, sowie vom einfachen Ventilator, bis zum zusätzlichen Wärme- tauscher-Anschluß, der direkt vom Kühimittelstrom durchströmt wird. Statt der eigenen druckerzeugenden Pumpe kann alternativ und insbesondere für kleinere Maschinengrößen die kinetische Energie der Rotordrehung ausgenutzt werden, indem am Verdrängerrotor direkt eine eigene Ölpumpe nach den bekannten Prinzipien angeschlossen wird.

Vorteilhafterweise wird auf diese Weise für 'Trockenverdichtende Vakuum- pumpen' eine sehr viel gleichmäßigere Temperaturverteilung in der ge- samten Maschine erreicht, wie sie sonst nur bei den bekannten Dreh- schieber- und Flüssigkeitsringmaschinen geläufig ist. Diese möglichst gleichmäßigen Temperaturverhältnisse sind jedoch eine wesentliche Vor- aussetzung für die Robustheit sowie Zuverlässigkeit einer Vakuumpumpe und gelten stets als eines der wichtigsten Entwicklungsziele, die bei den heutigen'Trockenverdichtenden Vakuumpumpen'bisher noch nicht befrie- digend erreicht wurden, weil erhebliche Betriebsfunktionsrisiken durch teil- weise extreme Temperaturunterschiede entstehen.

Zur besonders günstigen Umsetzung dieser lukrativen Rotorkühlung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jeder Verdrängerrotor (1,2) unmit- telbar stirnseitig mindestens auf der kOhImittelabf0h rend en Rotorseite in kapselähnlichen Rotorelementen (4) gelagert wird, durch die auf der einen Seite das Kühimedium in der gewünschten Menge direkt in jede der durchgehenden Verdrängerrotorbohrungen zugeführt und am anderen En- de wieder abgeführt wird.

Dafür wird, wie es in der Darstellung gemäß Fig. 1 beispielhaft gezeigt ist, die Rotoriagerung (5) derart ausgeführt, daß sich der Lagerinnenring auf einem gehäusefesten Zapfen (6) stehend abstützt, während sich der La- geraußenring in dem kapselähnlichen Rotorelement (4) permanent mit dem Verdrängerrotor (1 bzw. 2) mitdreht.

Des weiteren wird durch diese Ausführung der Rotorlagerung beidseitig unmittelbar an der Verdrängerstirnseite ein Höchstmaß an dynamischer Stabilität erreicht, indem die biegekritische Drehzahl weit jenseits der Be- triebsdrehzahlen liegt, weil einerseits die Lagerabstände minimiert und an- dererseits die Steifigkeitswerte zwischen der Lagerung optimal erhöht sind.

Zumindest einseitig kann jedoch auch auf dieser Form der Rotorlagerung verzichtet werden, indem gemäß der beiliegenden Darstellung in Fig. 3 sich der Lagerinnenring des Rotorlagers (5) auf dem Verdrängerrotor be- findet und der Lageraußenring sich am gehäusefesten Seitenteil (7) ab- stützt.

Zur Reduzierung der Anzahl der schöpfraumseitigen Wellendurchführun- gen, beispielsweise für besonders schwierige Pumpeneinsatzfät ! e, bei gleichzeitiger Vermeidung einer saugseitigen Rotorlagerung kann auch die bekannte einseitige, sogen. 'fliegende' Rotorlagerung vorteilhaft sein. Ge- mäß beiliegender Darstellung in Fig. 2 kann auch für diese Einsatzfälle die vorteilhafte Rotorkühlung realisiert werden, indem der gehäusefeste Zap- fen (6) weit in die Verdrängerrotorbohrung hineinragt und sowohl die bei- den Lagerinnenringe trägt a ! s auch die Kühimitteizuführung (8) übernimmt.

Die erforderliche Biegesteifigkeit dieses einseitig abgestützten Zapfens ist bei den geringen Radialbelastungen einer Schraubenspindelvakuum- pumpe einfach realisierbar, indem das untere Lager (5a) einen größeren Lagerinnendurchmesser aufweist, um gleichzeitig auch die höheren Axial- kräfte durch die Arbeitsdruckdifferenz des Pumpenfördermediums aufzu- nehmen. Für kleinere Schraubenspindelmaschinen kann das obere Lager (5b) beispielsweise auch als radialkompaktbauendes Nadellager oder auch als ölgeschmiertes Gleitlager ausgeführt werden.

Ein geringer Teil dieses Kühistroms, vorzugsweise Öi, wird direkt zur Schmierung und Kühlung dieser Rotoriagerung genutzt, so daß für diese Lager eine optimale Sicherheit, Zuvertässigkeit und Lebensdauer erreich- bar wird. Diese Abzweigung bei der Kühtmittetzuführung (8) erfolgt bei- spielsweise über einen Absatz (17) im kegelförmigen Rotoreinsatzteil (16), oder über Bohrungen (10) in den Rotorelementen, sowie mittels 'Ölüberlauf' der Sammelrinnen (18) als auch über Spritzöl bei der Olrin- nenentnahme per Staurohr (19), wobei mittels Dimensionierung dieser Elemente die notwendige Schmiermittelmenge günstig eingestellt werden kann.

Ein weiterer Teil des Kühimittelstroms wird vorteilhafterweise auch gleich- zeitig noch zur Schmierung und Kühlung der Synchronisationsverzahnung eingesetzt. Dabei erfolgt die Versorgung vorzugsweise über die Schmier- mittelverteilungsbohrungen (10) oder über den gezielten Rinnenüberlauf (24) der 'Siphon'-Wellenabdichtung (22) - vgl. spätere Erläuterung.

Neben dieser Kühlungsproblematik werden heutige Schraubenspindel-Va- kuumpumpen überwiegend mit fliegender Rotorlagerung ausgeführt, um die saugseitige Lagerung zu vermeiden. Dieser wichtige Vorteil ist unbe- dingt anzustreben, ohne jedoch die Nachteile hinsichtlich Rotorküh ! ung und biegekritische Drehzahl zu übernehmen. Gleichzeitig ist es sehr er- strebenswert, die bei dieser fliegenden Verdrängerrotorlagerung auftreten- den Axiatkräfte aufgrund der Druckdifferenz des Fördermediums zu ver- meiden, weil sie die maßgebende Lagerbelastung für die Zuveriässigkeit und Lebensdauer darstellen.

In der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die bei Schrau- benspindelpumpen bekannte zweiflutige Ausführung gelöst, so daß der Gaseintritt nicht mehr stirnseitig sondern innerhalb der Rotortängsseite er- folgt und sich auf jeder Rotorstirnseite der auslaßseitige Druck in der Nähe des atmosphärischen Druckes einstellt. Dabei wird erfindungsgemäß vor- geschlagen, daß für größere Schraubenspindelvakuumpumpen (also mehr als etwa 100 m3/h Nennsaugvermögen) beide Verdrängerpaarseiten mit dem gleichem Spindelfördergewinde ausgeführt werden, so daß sich der zu fördernde Gasstrom gleichmäßig aufteilen kann. Damit wird günstiger- weise der notwendige Achsabstand und damit die Baugröße verringert, während sich die Bau ! änge hingegen erhöht, wodurch sich die Hersteliko- sten einer derartigen Maschine insgesamt verringern werden.

Für kleinere Schraubenspindel-Vakuumpumpen (weniger als etwa 100 m3/h Nennsaugvermögen) kann ein Verdrängerpaarteit (bei senkrechter Förderrichtung der obere Teil) lediglich als einfaches 'Leckage'-Förderge- winde ausgeführt werden, um ausschließlich die innere Gasrückströmung aufgrund der Druckdifferenz zwischen Pumpenein- und Ausiaßseite zu- rückzufördern. Dabei kann dieses 'Leckage'-Fördergewinde sowohl durch gegenseitigen Rotoreingriff zur anderen Verdrängerspindet ats auch sepa- rat als einfaches Fördergewinde im gehiusefesten Vollzylinder ausgef0hrt werden, vergleichbar zum sogenannten 'Golubev'-Gewinde.

Vorteilhafterweise werden bei dieser erfindungsgemäßen Lösung durch den Verzicht auf eine saugseitige Rotorlagerung die Vorteile der heutigen 'Trockenverdichtenden Schraubenspindel-Vakuumpumpen' übernommen und gleichzeitig die Nachteile hinsichtlich der erheblichen Axialkräfte für die Rotortagerung vermieden.

Die erforderliche Abdichtung zwischen dem notwendigerweise trockenen, also ölfreien Schöpf-/Arbeitsraum und den ölgeschmierten Seiten-/Lager- räumen erfolgt günstigerweise zunächst über lange Dichtungswege und wird dabei unterstützt von einfachen, vorzugsweise berührungslos arbei- tenden Labyrinth-Abdichtungen, über'Golubev'-Leckagefördergewinde und verschiedene hiniängtich bekannte Wellenabdichtungen. Beide Pum- penstirnseiten können dabei über eine einfache Gasleitung fest miteinan- der verbunden werden und sorgen auf diese Weise für einen ständigen Druckausgleich, so daß die Druckdifferenz an den Schöpfraumwellen- durchführungen minimiert wird.

Als besonders vorteilhafte Abdichtung der Schöpfraumwellendurchführun- gen werden in der vorliegenden Erfindung spezielle Zentrifugal-Wellen- dichtungen entsprechend der Darstellung in Fig. 1 eingesetzt. Auf der Kühtmitteteinspeiseseite greift eine schmale, am Zapfen feste Abdicht- scheibe (21) in einen'rotierenden Siphon' (20), der einerseits seine Flüs- sigkeit von der Lagerschmierung erhätt und andererseits die notwendige Flüssigkeits- und Wärmeabführung über ein an dieser Abdichtungsscheibe festes Staurohr (26) stets erledigt. Dieses Abdichtungssystem mit dem 'rotierenden Siphon' läßt sich auch direkt auf die Abführungsseite des Kühl-/ Schmiermittels anwenden, wie es beispielhaft in der Darstellung ge- mäß. Fig. 5 gezeigt ist.

Zur Umsetzung der in dieser Erfindung beschriebenen Verdrängerspindel- kühiung muß nun das Kühtmittet, vorzugsweise Öt, permanent und sicher in den rotierende Rotorzylinderinnenfiäche eingebracht und abschließend wieder abgeführt werden.

Dabei erfoigt these bleinspeisung am gehäusefesten Zapfen zur Rotor- welle über einen speziellen kegeiförmigen Einsatz (16) in der Rotorboh- rung mit passendem Gegenstück (beispielsweise ats Bohrungsfase) am gehäusefesten Zapfen, um eine möglichst gleichmäßige Ölverteilung zu gewährieisten. Dabei erhäit dieser rotierende Einsatz (16) einen derartigen Absatz (17) in seiner Kegetneigung, daß. das über 8 zapfenseitig zuge- führte Kühl-/ Schmiermittel am Kegeleinsatz 16 auftreffend zu dem ge- wünscht geringen Teil abgespritzt wird und auf diese Weise zur Schmie- rung der Rotorlagerung 5 sowie zur Siphon-Versorgung 20 gelant. Der wesentlich größere Ölstrom wird über nutenförmige Aussparungen in dem Einsatz 16 in die Verdrängerbohrung zwecks Abführung derVerdichtungs- verlustwärme geieitet.

Da dieser rotierende Siphon nur als dynamische Dichtung wirken kann, wird zusätzlich ats statische Abdichtung eine berührende Wellendichtung (27), beispielsweise der bekannte Radialwellendichtring, derartig in dem rotierenden Rotorelement eingesetzt, daß dieser im Stillstand sicher ab- dichtet und bei beginnender Rotation, wenn die Siphon-Dichtung ihre Ab- dichtungsaufgabe übernimmt, seine Dichtlippe aufgrund der Fliehkraftwir- kung anfängt abzuheben, so daß gleichzeitig günstigerweise ein optimaler Verschleißschutz entsteht.

Um die Druckdifferenz an diesem Schöpfraumwellenabdichtungssystem zu minimieren, wird auf dem äußeren Durchmesser der kapselähnlichen Ele- mente beispielsweise das zuvor beschriebene 'Golubev'-Leckageförder- gewinde 25 eingesetzt. Alternativ können, wie bereits beschrieben, auch andere Möglichkeiten zur Rückförderung der inneren Leckage realisiert werden. Des weiteren sind an den kapseiähniichen Elementen stirnseitig noch weitere, vorwiegend axial wirkende Abdichtungselemente der be- kannten Ausführungsformen einsetzbar. Für schwierigere Applikationen ist setbstverständtich der geläufige Einsatz von Sperrgas als inertes Schutz- gas langes der vorteilhaft langen Dichtungswege mit optimal geeigneten Leitwerten jederzeit günstig möglich. In den beiliegenden Darstellungen ist die Sperrgasoption als strich-doppelpunktierte Linie (32) beispielhaft ein- getragen.

Der notwendige Olaustritt erfolgt stets an der Rotorstirnseite mit den kap- selähnlichen Rotorelementen und bei vorzugsweise senkrechter Förder- richtung günstigerweise unten, wohingegen gemäß der Darstellung in Fig.

3 die Oleinspeisung auch auf derjenigen Rotorstirnseite erfolgen kann, wo der innenring der Rotorlagerung direkt auf dem verlängerten Wellenende des Verdrängerrotors sitzt.

Der Abführung des Küht- und Schmiermittels aus dem Rotorinnenzylinder kann nun entsprechend der Darstellung in Fig. 2 fliehkraftunterstützt über eine Sammeirinne (18) mit Ablaufbohrungen inklusive einer Abzweigboh- rung zur Synchronisationsverzahnung erfolgen und/oder über ein Staurohr (19), das vom gehäusefesten Zapfen direkt in die rotorseitige Sammelrinne (18) greift.

In der Darstellung gemäß Figur 1 wird der Olaustritt vorteilhafterweise nicht nur zur Lagerschmierung sondern gleichzeitig sowohl zur Speisung des Abdichtungssiphons als auch zur Schmierung der Synchronisationsver- zahnung genutzt. Im Gegensatz zum oberen Siphon rotiert bei diesem Si- phon die schlanke Abdichtungsscheibe und die begrenzenden Siphonsei- tenwände sind gehäusefest. Damit erfolgt die notwendige Schmierung der Synchronisationsverzahnung besonders günstig durch den gezielten Rin- nenüberlauf der 'Siphon'-Schöpfraumwellenabdichtung im Zahnradein- griffsgebiet des Synchronisationsgetriebes, indem die Siphonseitenwand in genau diesem Gebiet zurückgenommen wird.

Diese Form der unteren Schöpfraumwelienabdichtung bei gleichzeitiger Versorgung der Synchronisationsverzahnung entsprechend der Darstel- lung in Fig. 1 ist selbstverständlich auch für die'fliegende'Lagerausfüh- rung gemäß Fig. 2 übertragbar und geeignet.

Eine derartige Schraubenspindel-Vakuumpumpe wird vorzugsweise mit senkrecht stehendem Verdrängerrotorpaar ausgeführt, in jedem Fall wird jedoch das die Verdrängerrotore umgebende Pumpengehäuse so ausge- führt, daß der möglicherweise erforderliche Fiüssigkeitsablauf schwerkraft- unterstützt aus dem Pumpenförderraum jederzeit gewährleistet ist, indem der Austaß des Fördermediums sich stets an der geodätisch tiefstgetege- nen Position befindet.

Die Synchronisation der beiden Verdrängerspindeln erfolgt über ein einfa- ches, hintängtich bekanntes öigeschmiertes Stirnradgetriebe. Der Antrieb mit der gleichzeitig notwendigen Drehzahlerhöhung erfoigt vorzugsweise über ein größeres Stirnrad, das direkt oder über eine einfache Vorgelege- stufe unmittelbar diese Synchronisationsstufe treibt. Der Antriebsmotor wird dann vorzugsweise parallel zur Spindeipumpe angeordnet. Allerdings kann der Antriebsmotor auch nicht nur für kleinere Maschinen in direkter Verlängerung einer Verdrängerspinde ! angeordnet werden, und die Dreh- zahlerhöhung geschieht mittels Frequenzumformer.

Ein weiterer wesentlicher Verbesserungsansatz bei'Trockenverdichtenden Schraubenspindel-Vakuumpumpen' gegenüber dem Stand der Technik besteht erfindungsgemäß, darin, die erforderliche Antriebsleistung zu mini- mieren, um die thermische Situation der gesamten Maschine deutlich zu entlasten. Denn je geringer die eingebrachte Leistung ist, desto einfacher wird es, die Temperaturen in der Schraubenspindel-Vakuumpumpe mit angemessenem Kühlungsaufwand innerhalb vernünftiger Grenzen zu hal- ten und im darauf folgenden Entwicklungsschritt die Baugröße und damit den Herstellungskosten der gesamten Maschine zu reduzieren.

Diese Minimierung der Leistungseinbringung erfolgt durch eine spezielle Art der inneren Abstufung. Dabei wird das Volumen einer Arbeits-/Förder- kammer vom Beginn des Ansaugens bis zum Ausiaß gezielt verringert.

Ideal für den Verdichtungsvorgang wäre eine variable innere stetige Ab- stufung, die sich permanent den unterschiediichen Druckverhältnissen an- paf3t. Bei Trockenlaufenden Schraubenspindel-Vakuumpumpen'ware dies beispielsweise durch den Einsatz von Ventilen realisierbar, diese sind je- doch hinsichtlich ihrer Standzeit und Zuverlässigkeit beim 'Trockenläufer' erfahrungsgemäß, ungeeignet.

Erfindungsgemäß erfolgt diese Abstufung nun durch die unterschiedliche Kombination zweier Faktoren der inneren Abstufung als Anderung der Förderkammervolumina entsprechend der Darstellung in Fig. 2.

Dabei lient der eine Wert zwischen 1, 5 und 2, 2 als Faktor, vorzugsweise bei etwa 1, 85 und wird technisch umgesetzt, indem bei gleichbleibendem Außendurchmesser des Verdrängerrotors die Spindelsteigung um genau diesen Faktor kontinuierlich verringert wird.

Der zweite Wert liegt zwischen minimal 2, 0 und maximal 9, 0 als Faktor, vorzugsweise bei etwa 4, 0 bis 6, 0 und wird technisch umgesetzt, indem durch eine sprunghafte Änderung der Rotorgeometrieparameter das Vo- lumen einer Arbeits-/Förderkammer um genau diesen Faktor verringert wird, wobei der Verdrängerrotoraußendurchmesser und damit gleichbe- deutend die Zahnnutenhöhe sowie bei größeren Werten auch die Rotor- spindelsteigung zur Erreichung dieses Faktors in Kombination entspre- chend reduziert werden.

Somit besteht jeder Spindelrotor aus 2 Fördergewindeabschnitten, wobei der eine Teil mit einer kontinuierlichen Steigungsänderung (Faktor von et- wa 1, 85 zur Verringerung des Volumens einer Arbeits-/Förderkammer) bei gleichem Rotoraußendurchmesser ausgeführt ist, während sich in dem unmittelbar daran anschließenden zweiten Rotorspindelabschnitt sprung- haft das Volumen der Arbeits-/Förderkammer um einen Faktor vorzugs- weise zwischen 4 und 6 verringert, indem Zahnhöhe und möglichenfalls auch die Spindelsteigung abrupt reduziert werden.

Dabei ist diese Betrachtungsreihenfolge jetzt von der Saug- zur Auslaß- seite gerichtet, sie kann jedoch auch umgekehrt werden, indem zuerst die große Abstufung zwischen den Vorzugsfaktoren von 4 und 6 erfolgt und anschließend nach einer sprunghaften Verringerung des Rotoraußen- durchmessers im zweiten Spindelförderabschnitt die kontinuerliche Stei- gungsänderung von etwa 1,85 erfolgt. Selbstverständlich ist der im Eingriff befindliche Gegenspindelrotor mit einer entsprechenden Geometrieände- rung auszuführen.

Aus technischen Gründen muß dabei noch erwähnt werden, daß bei der sprunghaften Rotorgeometrieänderung die beiden Spindelabschnitte nicht unendlich dicht aneinander angeschlossen werden können, weil der ge- genseitige Rotoreingriff stets geringen Abweichungen unterliegt und ein Kontakt unterschiedlicher Verdrängerabschnitte unbedingt vermieden wer- den muß, so daß ein geringer Abstand zwischen den beiden unterschiedli- chen Rotorabschnitten vorzusehen ist. Diese Maßnahme entspricht direkt einer Reduzierung des Rotoraußendurchmessers, die günstigerweise nur bis auf knapp unterhalb der Höhe des Wälzkreises erfolgt.

Beim Abpumpvorgang ergeben sich bekanntermaßen eingangsseitig höhe- re Ansaugdrücke, so daß sich primär an dieser Rotorabschnittsübergangs- stelle zwingend Überdrücke durch die Volumenverringerung der Arbeits-/ Förderkammern ergeben werden, die zu einer Überlastung führen können. können. Daher ist vorteilhafterweise zur Vermeidung dieser Überdrücke an dieser Position gehäuseseitig eine Überdrucksicherung (28) gleichzeitig vorzusehen, die technisch hintängtich bekannt als einfaches feder- und/ oder gewichtsbelastetes Ventil zum Ableiten des Überdruckes hin zum Aulas arbeitet.

Um die Überverdichtung bei höheren Ansaugdrücken an der Rotorposition mit der sprunghaften Volumenverringerung der Arbeits-/Förderkammern zu reduzieren, wird erfindungsgemäß) des weiteren vorgeschlagen, daß auch der Verdrängerabschnitt mit dem bisher konstanten Arbeits-/Förder- kammervolumen bei weiterhin konstantem Rotoraußendurchmesser mit einer kontinuierlichen Verringerung der Rotorsteigung ausgeführt wird. Da- bei sollte dieser Wert der Steigungsänderung ebenfalls zwischen 1, 2 und 2, 2 liegen, vorzugsweise bei etwa 1, 85.

Für einige Pumpeneinsatzfälie kann jedoch auch die mögliche Überver- dichtung in dem Rotorabschnitt mit kontinuierlicher Steigungsänderung bei einem Wert von etwa 1, 85 unerwünscht sein, so daß in dieser Erfindung außerdem noch vorgeschlagen wird, diesen Vorzugswert auf beide Rotor- abschnitte gleichermaßen zu verteilen, also beide Verdrängerabschnitte mit einer kontinuierlichen Steigungsänderung von etwa 1, 36 bis 1, 40 aus- zuführen.

Die bei'Trockenverdichtende Vakuumpumpen'unvermeidbare innere Gasleckage durch die Spalte innerhalb des Pumpenarbeitsraumes beein- trächtigt bekanntermaßen das Kompressionsvermögen dieser Maschinen.

Für die Ausführung der inneren Abstufung wird nun zwecks Verbesserung des Kompressionsverhaltens erfindungsgemäß vorgeschlagen, den saug- seitig ersten Rotorabschnitt mit einer geringeren Steigungsänderung als den zweiten Rotorabschnitt auszuführen.

Des weiteren soll die Steigungsänderung zusätzlich auch einem nichtlinea- ren Verlauf folgen, beispielsweise einer quadratischen Funktion, so daß die Steigungsänderung anfänglich (von der Saugseite aus gesehen) sanf- ter ansteigt und sich später gegen Ende des ersten Rotorabschnittes dann wieder stärker erhöht, so daß der Quotient aus der End- zu Anfangsstei- gung den gewünschten Wert erreicht, der bei einem Wert zwischen 1, 2 und 1, 8 liegt, vorzugsweise wird etvva 1,5 vorgeschlagen. Für den zweiten Rotorabschnitt gilt der gleiche Ansatz zum Verlauf der Steigungsänderung mit den beiden einzigen Unterschieden, daß einerseits die Anfangsstei- gung des zweiten Rotorabschnittes um einen Faktor zwischen 2, 0 bis ma- ximal 8, 0 sprunghaft geringer ist als die Endsteigung des ersten Rotorab- schnittes und andererseits die ebenfalls nichtlineare Steigungs, nderung einen um den Faktor 1, 2 bis 1, 8 relativ höheren Quotienten aus der End- zu Anfangssteigung gegenüber dem Quotienten des ersten Rotorab- schnittes aufweist, vorzugsweise wird als Absolutwert für den Quotienten der zweiten Steigungsänderung etwa 2, 0 vorgeschlagen. Damit ergibt sich vorteilhafterweise, daß der Druckverlauf längs des Verdrängerrotorzylin- ders zwischen Ein- und Austaßposition mit einem von der Einlaßseite aus gesehen möglichst sanften Druckanstieg erfolgt und daß der kritische Übergabedruck zwischen den beiden Rotorabschnitten sowohl hinsichtlich seiner Größe a ! s auch bezüghch seiner Position das Kompressionsvermö- gen dieser Vakuumpumpe nicht zu sehr beeinträchtigt. Dafür muß der er- ste Rotorabschnitt eine hinreichende Länge aufweisen, also mindestens eine Stufenzahl von 2, 0 aufweisen.

In der Darstellung entsprechend Fig. 2 ist die Ausführung der inneren Ab- stufung beispielhaft gezeigt, indem im ersten Fördergewindeabschnitt sich die Steigung kontinuierlich von einem Wert M1 auf den Wert M2 verändert, so daß abschließend das Volumen einer Arbeits-/Förderkammer den Wert V, erreicht. Im Übergang der beiden Fördergewindeabschnitte wird dieses Volumen V, mindestens durch Reduzierung des Rotoraußendurchmessers sprunghaft auf den Wert V2 reduziert. Im zweiten Fördergewindeabschnitt wird dann abschließend die Spindelsteigung kontinuierlich von dem Wert m1 auf den Wert m2 verringert.

Zur weiteren Verbesserung des Kompressionsverhaltens dieser 'Trockenverdichtenden'Schraubenspindelpumpe wird erfindungsgemäß des weiteren vorgeschlagen, daß der Profilflankenverlauf folgendermaßen gestaltet wird : Üblicherweise sind die Profilflankenverläufe für beide Spindetverdränger- rotore im Stirnschnitt identisch und entsprechend äquidistant mathema- tisch dem bekannten Verlauf der Zykloide. Dies hat jedoch den Nachteil, daß einerseits die kreisförmige Eingriffslinie nicht nah genug an die Schnittkante der beiden Gehäuseinnenzylinderflächen heranreicht und an- dererseits die Profitabwätzung entsprechend dem Verzahnungsgesetz schon bei geringfügigen Änderungen des Achsabstandes, beispielsweise aufgrund von Fertigungsabweichungen oder Temperaturdifferenzen, sehr empfindlich reagiert, weil die Zykloide im Bereich des Wätzkreisübergan- ges in der ersten Ableitung der Profilsteigung einen Knick aufweist, in der folgenden Ableitung also unstetig ist. Diese beiden Merkmale der Zykloide vermindern das Kompressionsvermögen der gesamten Maschine, weil die innere Gasleckage zwischen den beiden Verdrängerrotoren damit erhöht wird. Erfindungsgemäß, wird nun vorgeschlagen, daß der Profilflankenver- lauf im Bereich des Wälzkreises mathematisch als Evolvente ausgeführt wird, also im Bereich des Wälzkreises mit einer Profiisteigungsänderung von -1 als Wert. Des weiteren wird vorgeschlagen, die Eingriffslinie dichter an die Gehäuseschnittkante der beiden Innenzylinderflächen herangeführt wird, so daß die dortige innere Gasieckage vermindert wird. Zusätzfich wird zur Verbesserung der Abdichtwirkung zwischen den beiden Rotor- spindelflanken und damit des erhöhten Kompressionsvermögens noch vorgeschlagen, daß der Flankenverlauf aus mehreren gleichzeitig im Ein- griff befindlichen Profilkonturen zusammengesetzt wird. Dazu werden ge- mäß dem Verzahnungsgesetz die Wätzpunktpositionen der entsprechen- den Profilflanken übereinandergelegt, wobei eine zweifache Überiagerung meist schon ausreichend ist.

Es ist naheliegend und sei an dieser Stelle nur der Vollständigkeit halber erwähnt, daß statt einer Zweiteilung auch eine Drei- oder Mehrfachauftei- lung möglich und für einige Ausführungen, insbesondere für größere Ma- schinen, sinnvoll sein kann. Des weiteren sei noch ergänzt, daß für die Ausführung der Rotorspindel die zweizähnige Form wegen der günstigeren Wuchtbarkeit bei gleichzeitig geringerem Baulängenbedarf zur Stufenzahl- erreichung vorzuziehen ist.

Zur Erläuterung sei noch genannt, daß der erste Rotorabschnitt primär ats 'Volumen'- (genauer: 'Saugvermögen')-Erzeuger anzusehen ist, während der zweite Rotorabschnitt als 'Druck'-Erzeuger die größere absolute Druckdifferenz bewältigen muß.

Der Ansatz des 'Volumen'-(genauer: 'Saugvermögen')-Erzeugers kann nun vorteiihafterweise dahingehend fortgeführt werden, daß diese 'Trockenverdichtende' Schraubenspindelpumpe auch für weitere Einsatz- fälle erfolgversprechend genutzt werden kann : Üblicherweise werden diese 'Trockenverdichtetenden' Schraubenspindel- maschinen in der Vakuumtechnik zur Gasverdichtung gegenüber Atmo- sphärendruck an der Auslaßseite eingesetzt. Erfindungsgemäß kann nun diese Maschine im wesentlichen lediglich durch einfaches Auswechseln des Verdrängerspindelpaares direkt als Wälzkolbenpumpe genutzt wer- den, indem die Profilsteigung drastisch erhöht wird. Bei sonst gleicher, oder zumindest ähnlicher Antriebsleistung sinkt somit die erreichbare Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslaß, was jedoch genau dem Ein- satzfall der Wälzkolbenvakuumpumpe entspricht. Für jeden Pumpenein- satzfall mit seinen spezifischen Werten für Saugvermögen und Druckdiffe- renz kann somit die optimal geeignete Vakuumpumpe über ein modulares Baukastensystem der'Trockenverdichtenden'Schraubenspindelmaschine einfach und vorteilhaft bereitgestellt werden.

Neben der beschriebenen vorteilhaften Rotorkühlung wird zur Gaskühlung des weiteren der 'Voreinlaß' eingesetzt. Dabei wird bekanntermaßen der noch abgeschlossenen Arbeits-/Förderkammer kühles Gas zugeführt, das aufgrund der vorherrschenden Druckdifferenz sich mit dem Fördermedium mischt und sowohl zur Senkung der Gastemperatur in der Arbeits-/Förder- kammer führt als auch zu einer Reduzierung der Druckdifferenzen im Mo- ment des auslaßseitigen Öffnens der Arbeits-/Förderkammer, so daß sich die Geräuschentwicklung aufgrund von Gaspulsationen verringert.

Für den Abbau der beschriebenen Überverdichtung bei höheren Ansaug- drücken wird zusätzlich einfach die Umkehrung dieser Voreinlaßströ- mungsrichtung genutzt und wirkt so selbsttätig als Überlastschutz.

Zur Geräuschreduzierung sollten des weiteren die Auslaßkanten entspre- chend 'sanft' gestaltet werden, indem das Offnungsverhalten der jeweiligen Arbeits-/Förderkammer einer drehwinkelabhängigen Funktion folgt und je- de sprunghafte Querschnittsänderung beim Öffnen der Arbeits-/Förder- kammern vermieden wird.

Außerdem wird zur Geräuschminderung vorgeschlagen, durch zusätz ! iche 'Lüftungsräder' (29) am auslaßseitigen Wellenende gemäß der beiliegen- den Darstellung in Fig. 1 die Druckpulsationen und Gassäulenschwingun- gen wirkungsvoll zu stören und abzubauen.

) n den dargesteliten Ausführungsbeispielen zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zweiwellenpumpe nach der Erfindung mit beidseitiger Rotoria- gerung, durchgehender Spindelrotorkühlung und den beidseitigen'Siphon'- Wellenabdichtungssystemen. Dabei wird die Stirnradverzahnung (11) über Spannelemente (31 ) zur exakten Einstellung der Synchronisation für beide Verdrängerspindetn drehfest mit diesen Spindelrotoren (1,2) verbunden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die trockenverdichtende Schrauben- spindelpumpe mit beispielhafter Ausführung der Rotorabstufung und für eine Verdrängerspindel exemplarisch die fliegende Rotorlagerung auf dem gehäusefesten Zapfen (6) inklusive der Kühl-/ Schmiermitteizuführung (8).

Fig. 3 zeigt für die Einspeiseseite des Kühl-/ Schmiermittels die mögliche Rotorlagerung (5) mit dem gehäusefesten Lageraußenring und dem Lager- innenring auf der Rotorwelle einschließlich der Synchronisationsverzah- nung (11).

Fig. 4 zeigt für die Austaßseite eine besonders platzsparende Ausführung, um die auslaßseitigen Querschnittsänderungen für den Gasaustritt des Fördermediums zu minimieren, indem ohne Synchronisationsverzahnung, die auf die andere Rotorstirnseite verlagert ist, die Rotorlagerung (5) direkt auf dem gehäusefesten Zapfen (6) erfolgt und iange Abdichtungswege in Labyrinthform mit Sperrgasoption (32) realisiert werden können. Die Ent- nahme des Küht-/Schmiermitteis aus dem Verdrängerhohiraum erfolgt über die Sammeirinne (18) und das darin eingreifende ortsfeste Staurohr (19). Zur Lagerschmierung reicht das Spritzöl bei diesem Entnahmevor- gang.

Fig. 5 zeigt ähnlich zur Darstellung in Fig. 4 die auslaßseitige Rotorlage- rung (5) in der kapselähnlichen Rotorverlängerung auf dem gehäusefesten Zapfen (6) mit rotierender Siphon-Abdichtung (20) und stehender Abdicht- scheibe (21) sowie nachgeschaltetem Radialwellendichtring (27). Die Syn- chronisationsverzahnung ist auf der anderen Rotorstirnseite vorzusehen, so daß für die Fordermediumsauslafgestaitung bestmogliche Platzgestal- tungsbedingungen erreicht werden.

Fig. 6 zeigt in Abwandlung zur Darstellung in Fig. 1 für die auslaßseitige Rotorstirnseite eine andere Form zur Befestigung der Synchronisations- verzahnung (11) an der Rotorspindel (1,2), wobei die Rotoriagerung (5) vorteilhafterweise direkt in der verlängerten Verdrängerspindel erfolgt.

Die genannten Ausführungen einer Trockenverdichtenden Schraubenspin- delpumpe sind vorrangig für die Vakuumtechnik besonders vorteilhaft, sie getten jedoch ebenso für andere Einsatzfälle, wenn auch mit der einzigen Einschränkung, daß diese Pumpen ausschiießlich zur Gasförderung ein- setzbar sind, weil sie von einer Kompressibilität des Fördermediums aus- gehen.

Bezeichnungsliste : 1., 2. Verdränger-/Rotorspindelpaar 3. Schöpfraum 4. kapselähnliche Rotorelemente 5. Gteit'/Wäiztager der Verdränger 6. gehäusefester/ruhender Zapfen 7. gehäusefestes Seitentei ! 8. Kühl- / Schmiermitteizuführung 9. druckerzeugende Pumpe 10. Schmiermittelbohrungen 11. Synchronisationsverzahnung 12. drehrichtungsorientiertes Innenfördergewinde 13. konische Gestaltung der Rotorinnenbohrung 14. Steuereinrichtung der Kühtmittetmenge 15. Wellenabdichtungen gemäß SIPHON 16. kegelförmiger Einsatz zur Verteilung des Kühl-/ Schmiermitteis 17. Absatz im kegelförmiger Einsatz (16) 18. Sammelrinne 19. Staurohr zur Ölentnahme 20. rotierende Siphon-Abdichtung mit (21) 21. stehende Siphon-Abdichtscheibe 22. stehende Siphon-Abdichtung mit (23) 23. rotierender Siphon-Abdichtscheibe 24. Überlauf der Siphon-Wellenabdichtung 25. 'Leckage'-Fördergewinde nach 'Golubev' 26. Staurohr zur Siphon-Ölentnahme 27. berührende Wellenabdichtung (Radialwellendichtring) 28. Überlastsicherung 29. austaßseitige Lüftungsräder 30. Wälzkreisrücknahme im 'Sprungübergang' 31. Spannelement zur Einstellung der Synchronisationsverzahnung 32. Sperrgasoption




 
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