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DE19736017A1 - Vacuum pump or compressor for compacting gases - Google Patents

Vacuum pump or compressor for compacting gases

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Publication number
DE19736017A1
DE19736017A1 DE1997136017 DE19736017A DE19736017A1 DE 19736017 A1 DE19736017 A1 DE 19736017A1 DE 1997136017 DE1997136017 DE 1997136017 DE 19736017 A DE19736017 A DE 19736017A DE 19736017 A1 DE19736017 A1 DE 19736017A1
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DE
Germany
Prior art keywords
vacuum pump
oil
compressor according
pressure
rotors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE1997136017
Other languages
German (de)
Inventor
Peter Frieden
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE1997136017 priority Critical patent/DE19736017A1/en
Publication of DE19736017A1 publication Critical patent/DE19736017A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The vacuum pump includes at least one oil circuit installed with a pressure-producing pump. The oil circulation amounts to a multiple of the amount which would be necessary for pure lubrication purposes. The oil flow is divided into a small stream (2) for lubrication and a large stream (4) for cooling. The one or two oil circuits are driven by one or two oil pumps with one circuit operated at high pressure and lower volume flow and the other at low pressure and higher volume flow for undertaking different tasks.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe, die zum Verdichten von Gasen eingesetzt werden soll.The invention relates to a screw pump used for compressing gases to be used.

Schraubenspindelpumpen wurden in der Vergangenheit vorzugsweise als Flüssigkeitspumpen eingesetzt. Sie haben zwei parallel angeordnete zylindrische Rotoren mit schraubenförmig verlaufenden Nuten (Vertiefungen) auf der Zylinderfläche. Die Rotoren greifen ineinander ein, so daß sich zwischen ihnen und der sie umgebenden Gehäusewandung abgeschlossene Arbeitsräume bilden. Bei gegenläufiger Drehung der Rotoren wandern diese Arbeitsräume von der Saugseite zur Druckseite.Screw pumps have been preferred in the past as Liquid pumps used. They have two parallel cylindrical ones Rotors with helical grooves (depressions) on the Cylinder surface. The rotors mesh with each other, so that between them and of the surrounding housing wall form closed work spaces. At counter-rotation of the rotors move these working spaces from the suction side to the print page.

In der Patentanmeldung EP 0 472 933 A2 (Fig. 1) ist eine solche Pumpe als Stand der Technik beschrieben. Besonders vorteilhaft für den hier beschriebenen Einsatz als gasfördernde Vakuumpumpe ist die stehende Anordnung und die fliegende Lagerung der Rotoren. Das Ansaugen geschieht im oberen Teil der Pumpe, also an der Oberkante der Rotoren, das Ausstoßen am unteren Teil der Rotoren und der Auslaß kann an der tiefsten Stelle des Arbeitsraumes angeordnet werden. Durch diese Gestaltung können Verunreinigungen und anfallende Flüssigkeit (z. B. Kondensat) von oben nach unten durchgepumpt und problemlos ausgestoßen werden, so daß die Pumpe von Natur aus bereits in hohem Maße unempfindlich gegen Verschmutzung ist, sofern man nicht wie hier den Fehler begeht, die Lager unterhalb der Rotoren anzuordnen.Such a pump is described as prior art in patent application EP 0 472 933 A2 ( FIG. 1). The standing arrangement and the flying bearing arrangement of the rotors are particularly advantageous for the use described here as a gas-producing vacuum pump. The suction takes place in the upper part of the pump, i.e. on the upper edge of the rotors, the discharge on the lower part of the rotors and the outlet can be arranged at the lowest point of the working area. This design allows impurities and accumulating liquids (e.g. condensate) to be pumped through from top to bottom and to be expelled without any problems, so that the pump is already inherently insensitive to contamination, provided that the error is not made as described here. to arrange the bearings below the rotors.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Getrieberaum mit Lagerung, Synchronisationsverzahnung und Antrieb unten, also auslaßseitig angeordnet ist. Aufgrund der fliegenden Lagerung kann der Getrieberaum nur mit der Auslaßseite in Verbindung stehen und es herrscht in ihm Atmosphärendruck, bzw. Auslaßdruck. Im Gegensatz zu Drehschiebervakuumpumpen und Rootsgebläsen ist hier das Aufschäumen und Ausdampfen von Öl in die saugseitigen Arbeitsräume praktisch vollständig ausgeschlossen, da konstruktionsbedingt bereits eine strikte Trennung zwischen dem geförderten Gas und dem Schmiermittel vorliegt. Aufgrund dieser Eigenschaften ist eine solche Pumpe enorm vielseitig einsetzbar, denn einerseits ist sie geradezu prädestiniert für hochreine Vakuumanwendungen, andererseits aber auch hervorragend geeignet für die Förderung von hochaggressiven Gasen, die z. B. bei Drehschieberpumpen in kürzester Zeit das Schmiermittel angreifen würden. Auch in Anwendungen mit hohem Staubanteil, bei denen das Öl bisher schnell verschmutzte oder verschlammte, besitzt sie eine signifikante Überlegenheit.Another advantage is that the gearbox with storage, Synchronization toothing and drive below, that is arranged on the outlet side. Due to the flying storage, the gearbox can only be in with the outlet side Connect and there is atmospheric pressure or outlet pressure in it. in the In contrast to rotary vane vacuum pumps and roots blowers, this is here Foaming and evaporation of oil practically in the suction-side work rooms Completely excluded, due to the strict separation due to the design between the gas being pumped and the lubricant. Based on these Such a pump is extremely versatile, because on the one hand it is it is predestined for high-purity vacuum applications, but on the other hand also excellently suited for the conveyance of highly aggressive gases, e.g. B. with rotary vane pumps would attack the lubricant in a very short time. Even in applications with a high dust content, where the oil has been quick so far dirty or muddy, it has a significant superiority.

Trotz dieser Vorteile ist die Maschine aus EP 0 472 933 A2 nicht sonderlich elegant, denn sie verfügt über einen voluminösen und aufwendigen Antrieb mit fünf Zahnrädern und einem schweren Asynchronmotor. Der Ölvorrat im Getrieberaum dient offensichtlich in erster Linie der Zahnradschmierung. Auf die Schmierung der Kugellager wird weder in der Zeichnung noch im Text näher eingegangen, so daß man zumindest bei den oberen Kugellagern annehmen darf, daß es sich um fettgeschmierte Lager handelt. Despite these advantages, the machine from EP 0 472 933 A2 is not particularly elegant, because it has a voluminous and complex drive with five Gears and a heavy asynchronous motor. The oil reservoir in the gearbox obviously serves primarily gear lubrication. On the lubrication of the Ball bearings are not discussed in detail in the drawing or in the text, so that at least with the upper ball bearings one can assume that it is grease-lubricated bearings.  

Eine weitere und deutlich kompaktere Variante dieses Maschinentyps ist in der 08-100 779 (Fig. 2) vorgestellt. Hier wird jede Welle von ihrem eigenen Motor angetrieben und das Fehlen einer ölgeschmierten Synchronisationsverzahnung läßt darauf schließen, daß diese Maschine elektronisch synchronisiert wird. Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß die oberen Lager in den ausgesparten Rotor verlegt wurden. Sie liegen jetzt geodätisch weit über dem Auspuffniveau und der lange und enge Spalt zwischen Lagersockel und Rotorausdrehung ermöglicht eine so gute Abschirmung der Lager, daß auf eine berührende Wellendichtung verzichtet werden kann und somit eine kritische Problemzone eliminiert wurde.A further and significantly more compact variant of this machine type is presented in 08-100 779 ( Fig. 2). Here, each shaft is driven by its own motor and the lack of an oil-lubricated synchronization toothing suggests that this machine is electronically synchronized. Another improvement is that the upper bearings have been moved to the recessed rotor. They are now geodetically far above the exhaust level and the long and narrow gap between the bearing base and the rotor rotation enables the bearings to be shielded so well that a contacting shaft seal can be dispensed with, thus eliminating a critical problem area.

Auffallend sind weiterhin die hohlgebohrten Wellen, deren Enden in den Ölvorrat eintauchen (Fig. 3) und in denen das Öl unter der Fliehkraftwirkung bis zu den Lagern emporsteigen kann.Also striking are the hollow bores, the ends of which dip into the oil reservoir ( Fig. 3) and in which the oil can rise up to the bearings under the action of centrifugal force.

Obwohl diese Maschine dank der Frequenzumrichtertechnik schon sehr viel kompakter baut als die zuerst beschriebene, ist sie dennoch relativ aufwendig, denn sie benötigt zwei Motoren, zwei Frequenzumrichter und die Meß- und Regeltechnik für die elektronische Synchronisation. Nachteilig ist weiterhin, daß bekanntermaßen der Energieverbrauch bei elektronischer Synchronisation um bis zu 20% höher liegt als bei mechanischer.Although this machine is very much thanks to the frequency converter technology builds more compact than the first described, it is still relatively complex, because it requires two motors, two frequency converters and the measurement and control technology for electronic synchronization. Another disadvantage is that, as is known the energy consumption for electronic synchronization is up to 20% higher than with mechanical.

Dieses Förderprinzip für den Ölumlauf kann nur bei sehr hohen Drehzahlen und gewissen Mindestdurchmessern der Wellenbohrung funktionieren und selbst dann ist die erreichbare Förderhöhe und -menge begrenzt, da das Öl nur als dünner Film an der Innenwandung hochsteigt. Für Gleitlager ist diese Art der Schmierung wegen unzureichender Ölzufuhr beim Anfahren ungeeignet.This oil flow principle can only be used at very high speeds and certain minimum diameters of the shaft bore work and even then the achievable delivery head and quantity is limited because the oil is only a thin film climbs on the inner wall. This is due to lubrication for plain bearings insufficient oil supply unsuitable when starting.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, gegenüber dem hier beschriebenen Stand der Technik nochmals deutliche Verbesserungen zu ermöglichen, die sich vor allem in einer Erhöhung der Leistungsdichte (d. h. Saugvermögen oder Volumenstrom im Verhaltnis zur Maschinengröße), in der Senkung der spezifischen Herstellkosten, in vereinfachter Installation und Verbesserung der Anwendungsmerkmale niederschlagen.The aim of the present invention is over that here described prior art again significant improvements enable, which is mainly in an increase in power density (i.e. Pumping speed or volume flow in relation to the machine size), in which Reduction of the specific manufacturing costs, in simplified installation and Impact improvement in application characteristics.

Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt dadurch, daß in die Maschine wenigstens ein Ölkreislauf mit einer druckerzeugenden Pumpe installiert wird, bei dem der Ölumlauf ein mehrfaches der Menge beträgt, die für reine Schmierzwecke nötig wäre und bei dem eine Aufstellung in einen kleinen Teilstrom zu Schmierzwecken und einen großen Teilstrom zu Kühlzwecken erfolgt.The solution according to the invention is achieved in that at least one in the machine Oil circuit is installed with a pressure generating pump, in which the oil circulation is a multiple of the amount that would be necessary for pure lubrication purposes and at which is a listing in a small sub-stream for lubrication purposes and one large partial flow for cooling purposes.

Es können auch einer oder oder sogar zwei Ölkreisläufe installiert werden, die durch eine oder zwei Ölpumpen angetrieben werden, wobei ein Kreislauf (bzw. ein Teilkreislauf) mit höherem Druck und niedrigem Volumenstrom betrieben werden kann und ein zweiter Kreislauf (bzw. der Restkreislauf) mit niedrigem Druck und höherem Volumenstrom. Je nach Maschinengröße und Komplexitätsgrad sollen dadurch drei bis fünf Aufgaben gleichzeitig wahrgenommen werden:
One or even two oil circuits can be installed, which are driven by one or two oil pumps, whereby one circuit (or a partial circuit) can be operated with higher pressure and low volume flow and a second circuit (or the remaining circuit) with low pressure and higher volume flow. Depending on the size of the machine and the degree of complexity, three to five tasks should be performed simultaneously:

  • 1. Ein sehr kleiner und genau dosiert Öl-Teilstrom soll ähnlich wie in der 08-100 779 (Fig. 2) zu den Lagerstellen geführt wer den und dazu beitragen, die Lebensdauer und Belastbarkeit der Lager optimal auszunutzen.1. A very small and precisely metered partial oil flow should be led to the bearing points similar to 08-100 779 ( Fig. 2) and help to make optimal use of the life and load capacity of the bearings.
  • 2. Zur Kühlung der oberen Lager, welche sich im heißesten Teil der Maschine, nämlich im Inneren des Rotors befinden, soll ein mehrfach größerer Ölstrom die sich normalerweise dort stauende Wärme abtransportieren. Dieser Teilstrom wird allerdings nicht durch die Lager geleitet (weil dies bei den hohen Drehzahlen die Reibung unnötig erhöhen wurde), sondern nur in unmittelbare Nahe zu den Lagern gebracht, um dort die Wärme aufzunehmen. 2. To cool the upper bearings, which are in the hottest part of the machine, namely located inside the rotor, the oil flow is said to be several times greater heat that normally accumulates there. This partial flow will but not through the bearings (because at the high speeds this Friction was increased unnecessarily), but only in close proximity to the Brought to camp to absorb the heat there.  
  • 3. Ein weiterer kleiner Teilstrom kann für die Schmierung einer mechanischen Synchronisationsverzahnung abgezweigt und vorzugsweise unter Druck in den Zahneingriff eingespritzt werden.3. Another small partial flow can be used for the lubrication of a mechanical Synchronization teeth branched and preferably under pressure in the Tooth mesh can be injected.
  • 4. Ein vierter und mit Abstand größter Ölstrom kann durch Kühlkanäle geleitet werden, die sich im Gehäuse auf der Höhe der unteren Rotorhälfte befinden. Die dort konzentriert entstehende Verdichtungswarme soll durch den Ölstrom abgeleitet werden. Bei luftgekühlten Maschinen soll durch eine entsprechende Ölführung angestrebt werden, daß die Verdichtungswärme (möglichst über die gesamte Maschinenoberfläche) soweit verteilt wird, daß eine vollständige Wärmeabfuhr durch äußere Verrippung möglich ist.4. A fourth and by far the largest oil flow can be passed through cooling channels which are located in the housing at the level of the lower half of the rotor. The Compression heat generated there should be concentrated by the oil flow be derived. In the case of air-cooled machines, a corresponding Oil flow should be aimed at that the heat of compression (if possible over the entire machine surface) is distributed so far that a complete Heat dissipation by external ribbing is possible.
  • 5. Der zur Verfügung stehende Öldruck kann außerdem dazu benutzt werden, Kontroll- und Steuerfunktionen zu übernehmen wie z. B. Betriebsüberwachung durch Öldruckkontrolle, Betätigung oder Ansteuerung eines Saugstutzenventils und als möglicherweise wichtigste Option hydraulischer Axialschubausgleich bei größeren Maschinen.5. The available oil pressure can also be used to Take control and control functions such. B. Operations monitoring through oil pressure control, actuation or control of a suction port valve and possibly the most important option for hydraulic axial thrust compensation larger machines.

Fig. 4 zeigt einen solchen Ölkreislauf in seiner einfachsten Form. Als wesentliche Elemente gibt es einen Ölkühler (1), bzw. eine Zone in der dem Öl Wärme entzogen wird, eine oder mehrere druckerzeugende Ölpumpen (2), die einen reichlich bemessenen Ölstrom fördern, sowie eine Aufteilung dieses Ölstromes in einen kleinen Teilstrom (3) zur Schmierung der Reibungszonen und einen mehrfach größeren Hauptstrom (4) zur Kühlung. Fig. 4 shows such an oil circuit in its simplest form. The essential elements are an oil cooler ( 1 ), or a zone in which heat is extracted from the oil, one or more pressure-generating oil pumps ( 2 ), which promote an amply dimensioned oil flow, and a division of this oil flow into a small partial flow ( 3 ) for lubrication of the friction zones and a main flow ( 4 ) several times larger for cooling.

Gegenüber dem eingangs erwähnten Stand der Technik bieten in dieser Weise ausgerüstete Maschinen (Fig. 5 bis 8) eine ganze Reihe von Vorteilen und zusätzlichen Optionen:
Compared to the prior art mentioned at the outset, machines equipped in this way ( FIGS. 5 to 8) offer a whole series of advantages and additional options:

  • - Durch den massiven Ölumlauf innerhalb der Maschine ist eine gleichmäßige Wärmeverteilung möglich und damit ergibt sich bis zu einer bestimmten Baugröße die Option auf reine Luftkühlung durch Umgebungsluft. Der oftmals umständliche und unerwünschte Anschluß von Kühlwasserleitungen entfällt, was die Installation vereinfacht.- Due to the massive oil circulation inside the machine, it is even Heat distribution possible and thus results up to a certain size the option of pure air cooling using ambient air. The often cumbersome and unwanted connection of cooling water pipes, which eliminates the installation simplified.
  • - Die Betriebstemperatur der Rotoren kann dank der Lagerkühlung deutlich angehoben werden, ohne daß Belastbarkeit und Lebensdauer der Lager darunter leiden müssen. Zur Erzielung einer hohen Leistungsdichte ist aber eine hohe Rotortemperatur durchaus erwünscht, denn je heißer der Rotor, desto größer die treibende Kraft, entstehende Verdichtungswärme an das kältere Gehäuse abzugeben. Je mehr Verdichtungswärme aber abgeführt werden kann, desto leistungsfähiger (pro Bauvolumen) kann die Maschine sein- The operating temperature of the rotors can be clear thanks to the bearing cooling can be raised without reducing the load capacity and service life of the bearings underneath suffer. To achieve a high power density, however, is a high one Rotor temperature is definitely desirable, because the hotter the rotor, the larger the rotor temperature driving force, resulting heat of compression to the colder housing to deliver. The more heat of compression can be dissipated, the more The machine can be more efficient (per construction volume)
  • - Durch die Druckölversorgung ist die Verwendung von Gleitlagern möglich. Gleitlager benötigen erheblich weniger radialen Einbauraum als Wälzlager, was ebenfalls der Leistungsdichte zugute kommt. Der zusätzlich gewonnene Raum kann entweder genutzt werden, um dickere Wellen unterzubringen (steifere Welle = höhere biegekritische Drehzahl = höhere Nenndrehzahl und damit Leistungsdichte) und/oder um die Überschneidung der Rotoren zu vergrößern (größere Überschneidung größeres Hubvolumen pro Umdrehung mehr Saugleistung pro Bauvolumen).- Due to the pressure oil supply, the use of plain bearings is possible. Plain bearings require considerably less radial installation space than rolling bearings, which the power density also benefits. The additional space gained can either used to accommodate thicker waves (stiffer wave = higher bending critical speed = higher nominal speed and thus power density) and / or to increase the overlap of the rotors (larger Overlap larger stroke volume per revolution more suction power per Construction volume).
  • - Im Gegensatz zu dem durch Fliehkraft erzeugten Ölumlauf, der eine hohe Mindestdrehzahl knapp unterhalb der Nenndrehzahl benötigt, um überhaupt zu funktionieren, kann bei der Öldruckschmierung die Betriebsdrehzahl in weiten Grenzen frei gewählt werden, wodurch die Maschine in Bezug auf Enddruck, Saugleistung, Temperaturniveau und Stromverbrauch erheblich anpassungsfähiger ist. - In contrast to the oil circulation generated by centrifugal force, which is high Minimum speed just below the nominal speed needed to at all function, the operating speed can be extended for oil pressure lubrication Limits can be freely chosen, whereby the machine in terms of final pressure, Suction power, temperature level and power consumption much more adaptable is.  
  • - Der durch den Druck einer Ölpumpe angetriebene Ölkreislauf eröffnet die Option, Filter (z. B. zur Erhöhung der Ölstandzeit) und vor allem einen zusätzliche Ölkühler in den Ölkreislauf einzuschleifen. Die wärmeabgebende Oberfläche kann dadurch drastisch vergrößert werden, was man entweder dazu ausnutzen kann, die Leistungsdichte abermals zu erhöhen oder aber das gesamte Temperaturniveau der Maschine abzusenken. Durch einen eigens dazu vorgesehenen Adapter kann das Nachrüsten mit Ölkühler vereinfacht werden.- The oil circuit driven by the pressure of an oil pump opens up the option Filters (e.g. to increase the oil service life) and above all an additional oil cooler to be looped into the oil circuit. This can cause the heat-emitting surface be drastically enlarged, which can either be used to Power density to increase again or the overall temperature level of the Lower the machine. This can be done using a specially provided adapter Retrofitting with an oil cooler can be simplified.
  • - Eine Ölversorgung mit mehreren bar Überdruck eröffnet die Möglichkeit, den mit zunehmender Maschinengröße beträchtlich anwachsenden Axialschub mit relativ geringem Aufwand nahezu vollständig auszugleichen. Diese Option ermöglicht den Bau von fast beliebig großen Pumpen dieses Typs, ohne daß man auf komplizierte zweiflutige Varianten ausweichen muß.- An oil supply with several bar overpressure opens up the possibility of using increasing machine size considerably increasing axial thrust with relative almost completely compensate for little effort. This option enables the Construction of almost any size pumps of this type, without having to go into complicated two-flow variants must avoid.
  • - Der gegenüber einer reinen Schmierfunktion mehrfach größere Öldurchsatz durch die hohlgebohrten Wellen hat den Effekt, daß beiden Wellen eine nahezu gleiche Temperatur aufgezwungen wird. Diese Tatsache vereinfacht den Bau von einmotorigen Maschinen, da die Schlupfleistung des Motors problemlos weggekühlt wird und somit keine Schwierigkeiten mit unterschiedlicher Wärmedehnung der Wellen zu erwarten sind. Die einmotorige Ausführung hat den Vorteil geringerer Kosten (ein großer Motor ist billiger als zwei kleine), höheren Wirkungsgrades, geringeren Raumbedarfs und freier Wahl des Achsabstandes.- The oil throughput is several times greater than that of a pure lubrication function the hollow drilled waves has the effect of making the two waves almost the same Temperature is forced. This fact simplifies the construction of single-engine machines, as the engine's slip performance easily cooled away is and therefore no difficulties with different thermal expansion of the Waves are expected. The single-engine version has the advantage of being smaller Cost (one big motor is cheaper than two small ones), higher efficiency, less space and free choice of center distance.

In Fig. 5 ist eine Vakuumpumpe mit der einfachsten Version eines erfindungsgemäßen Ölkreislaufes dargestellt. Es werden nur die unter Pkt. 1, 2 und 3 erwähnten Aufgaben "Schmierung der Lager und der Synchronisationsverzahnung sowie Kühlung des oberen Lagers" wahrgenommen. Da es sich hier um eine sehr kleine Maschine mit hohem Verdichtungsverhältnis handelt, können die unter Pkt. 4 erwähnte Gehäusekühlung sowie der unter 5 beschriebene Axialschubausgleich entfallen.In Fig. 5, a vacuum pump is shown with the simplest version of an oil circuit of the invention. Only the tasks mentioned under points 1, 2 and 3 "lubrication of the bearings and the synchronization teeth and cooling of the upper bearing" are performed. Since this is a very small machine with a high compression ratio, the housing cooling mentioned under point 4 and the axial thrust compensation described under 5 can be omitted.

Erwähnenswert ist die hier besonders einfache und kostengünstige Gestaltung des Ölkreislaufes:
Die Ölpumpen (5) bestehen aus den blanken Wellenenden, die in exzentrisch angeordnete Bohrungen hineinragen. In dem sich sichelförmig verengenden Spalt baut sich aufgrund der Ölviskosität ein Druck auf und der Ölstrom wird durch eine Nut (6) in den Raum unterhalb der Welle abgeleitet. Schon bei mäßiger Drehzahl reicht der Druck aus, um das Öl durch die hohle Welle bis zum oberen Lager hochsteigen zu lassen. Durch eine sehr enge Querbohrung (7) oberhalb des unteren und eine Größere (8) oberhalb des oberen Lagers kann das Öl aus der Welle entweichen und wird scheibenförmig nach außen weggeschleudert. In diese Schleuderzone ragen Tropfenfänger (9) hinein und lassen einen geringen Teilstrom des weggeschleuderten Öls in die Lager tropfen.
The particularly simple and inexpensive design of the oil circuit is worth mentioning:
The oil pumps ( 5 ) consist of the bare shaft ends that protrude into eccentrically arranged bores. Due to the oil viscosity, pressure builds up in the crescent-shaped gap and the oil flow is diverted through a groove ( 6 ) into the space below the shaft. Even at moderate speed, the pressure is sufficient to let the oil rise through the hollow shaft to the upper bearing. The oil can escape from the shaft through a very narrow transverse bore ( 7 ) above the lower and a larger one ( 8 ) above the upper bearing and is thrown out in a disc shape. Drip catchers ( 9 ) protrude into this centrifugal zone and let a small part of the oil thrown away drip into the bearings.

Am oberen Lager sammelt sich der Hauptstrom des weggeschleuderten Öls an der Innenwandung des Lagersockels (10) und kann über Nuten (11) nach unten entweichen. Dabei nimmt das Öl die vom Rotor abgegebene Wärme auf. Das Lager wird hier also von innen und außen mit einem reichlichen Strom gekühlten Öls umspült und kann dadurch erheblich kälter als der Rotor sein. Vom Lagersockel aus fließt das nunmehr erhitzte Öl auf die Zahnräder (12), wird abermals nach außen weggeschleudert und fließt an der Gehäusewand nach unten in den Ölsumpf zurück, wobei es seine Wärme wieder abgibt. Da die Zahnräder reichlich mit Öl benetzt werden, kann hier auf zusätzliche Schmiermaßnahmen verzichtet werden.The main stream of the oil thrown away collects at the upper bearing on the inner wall of the bearing base ( 10 ) and can escape downwards via grooves ( 11 ). The oil absorbs the heat emitted by the rotor. The bearing is therefore flushed with an abundant flow of cooled oil from the inside and outside and can therefore be considerably colder than the rotor. The now heated oil flows from the bearing base onto the gearwheels ( 12 ), is again thrown outwards and flows back down into the oil sump on the housing wall, releasing its heat again. Since the gears are heavily wetted with oil, there is no need for additional lubrication measures.

Durch diese höchst primitive Ölumwälzung werden gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe geschlagen: Alle Reibungspunkt, d. h. Lager und Verzahnung werden in einem weiten Drehzahlbereich ausreichend und sicher geschmiert, die beiden Wellen werden auf nahezu gleicher Temperatur gehalten, die oberen Lager werden gekühlt und nehmen nicht mehr automatisch die Rotortemperatur an und die gesamte untere Maschinenhälfte wird mit zur Wärmeabgabe herangezogen.This highly primitive oil circulation causes several birds to fly with one Flap hit: All friction point, d. H. Bearings and gearing are in  adequately and safely lubricated over a wide speed range, the two Shafts are kept at almost the same temperature, the upper bearings cooled and no longer automatically assume the rotor temperature and the The entire lower half of the machine is used for heat emission.

Eine nach diesem Konzept konstruierte Vakuumpumpe kann aufgrund ihres hohen inneren Verdichtungsverhältnisses im Enddruckbetrieb besonders energiesparend und leise arbeiten, hat aber den prinzipiellen Nachteil, daß sich sich wegen des Durchmessersprungs im Rotor nur sehr aufwendig demontieren und reinigen läßt.A vacuum pump designed according to this concept can, due to its high internal compression ratio in the final printing operation particularly energy-saving and work quietly, but has the basic disadvantage that because of the Diameter jump in the rotor can be disassembled and cleaned only with great effort.

Erheblich wartungsfreundlicher und daher für Schmutzanwendungen besser geeignet dürfte eine Variante nach Fig. 6 mit konstantem Rotordurchmesser sein. Da es sich hier um eine mittelgroße Maschine mit mäßigem Verdichtungsverhältnis handelt, muß hier der Ölkreislauf um die unter Pkt. 4 erwähnte Gehäusekühlung erweitert werden. Außerdem ist ein Adapter (20) für das nachträgliche Anbringen eines externen Ölkühlers oder Filters vorgesehen.A variant according to FIG. 6 with a constant rotor diameter should be considerably easier to maintain and therefore more suitable for dirt applications. Since this is a medium-sized machine with a moderate compression ratio, the oil circuit must be expanded by the housing cooling mentioned under point 4. An adapter ( 20 ) is also provided for retrofitting an external oil cooler or filter.

Der hohe Durchdringungsgrad der Rotoren läßt hier nur wenig Einbauraum für das obere Lager übrig, so daß sich hier die Verwendung eines Gleitlagers aufdrängt. Damit diese Maschine sicher anfahren kann, ist der Ölkreislauf unterteilt in einen Hochdruck und einen Niederdruckteil. Bei niedrigen Drehzahlen wird zuerst das Gleitlager (21) mit Priorität versorgt und erst wenn Druck und Förderstrom ein gewisses Maß erreicht haben öffnet das Druckbegrenzungsventil (22) und gibt den Niederdruck-Kreislauf für die Gehäusekühlung frei, die ja auch erst bei höheren Drehzahlen nötig ist.The high degree of penetration of the rotors leaves only little installation space for the upper bearing, so that the use of a plain bearing is inevitable here. To ensure that this machine can start up safely, the oil circuit is divided into a high pressure and a low pressure section. At low speeds, the plain bearing ( 21 ) is given priority and only when the pressure and flow rate have reached a certain level does the pressure relief valve ( 22 ) open and release the low-pressure circuit for cooling the housing, which is only necessary at higher speeds .

Auch diese Maschine verfügt über zwei identische Ölpumpen, die ebenfalls auf dem Viskositätsprinzip beruhen, diesmal aber als Gewindepumpen (23) ausgeführt sind. Dem höheren Bearbeitungsaufwand an der Welle steht der Vorteil gegenüber, daß in der Ölwanne (24) nur zentrische Sackbohrungen angebracht werden müssen. Vor allem diese Variante verblüfft durch ihre außerordentlich geringe Anzahl an Baugruppen.This machine also has two identical oil pumps, which are also based on the viscosity principle, but this time they are designed as threaded pumps ( 23 ). The higher machining effort on the shaft is offset by the advantage that only central blind holes have to be made in the oil pan ( 24 ). This variant in particular amazes with its extremely small number of modules.

Da bei dieser Maschine im Gehäuse Drucköl entnommen werden kann, bietet es sich an, die Verzahnung (25) durch Direkteinspritzung zu schmieren (in der Zeichnung nicht dargestellt). Falls der durch die Verzahnung produzierte Ölnebel zur Schmierung der unteren Wälzlager nicht ausreichen sollte, kann durch Ölleitbleche das aus der Verzahnung geschleuderte Öl in die Wälzzone zurückgeführt werden (ebenfalls nicht dargestellt).Since pressure oil can be extracted from the housing of this machine, it is advisable to lubricate the teeth ( 25 ) by direct injection (not shown in the drawing). If the oil mist produced by the toothing is not sufficient to lubricate the lower rolling bearings, the oil thrown out of the toothing can be returned to the rolling zone through oil guide plates (also not shown).

Für die Lagerkühlung bieten sich bei dieser Maschine zwei Möglichkeiten an: In Fig. 6 tritt das Kühlöl aus der kleineren unteren Querbohrung (26) aus und läuft nach schon bekannter Art an der Innenwandung des Lagersockels herab. Zwar kann man hierbei den Volumenstrom unbedenklich vergrößern, ohne Gefahr zu laufen, daß Öl in den Auspuffbereich gelangen kann, die Kühlwirkung ist allerdings geringer, denn das Lager wird nicht umströmt. Fig. 7 zeigt eine Version mit Umströmung und damit deutlich besserer Kühlwirkung. Bei extrem zähflüssigem Öl besteht hier allerdings die Gefahr, daß das zuströmende Öl nicht mehr schnell genug durch die in die Gleitlagerbuchse eingefrästen Nuten ablaufen kann und über die Oberkante des Lagersockels steigt und damit in den Auspuff gelangen kann.There are two possibilities for bearing cooling in this machine: In Fig. 6, the cooling oil emerges from the smaller lower transverse bore ( 26 ) and runs down the inner wall of the bearing base in a manner known per se. The volume flow can be safely increased without running the risk of oil getting into the exhaust area, but the cooling effect is less, because there is no flow around the bearing. Fig. 7 shows a version with flow around and thus significantly better cooling effect. In the case of extremely viscous oil, however, there is a risk that the inflowing oil can no longer drain quickly enough through the grooves milled into the slide bearing bush and rise above the upper edge of the bearing base and thus get into the exhaust pipe.

In Fig. 8 ist schließlich noch eine besonders platzsparende Möglichkeit zum hydraulischen Axialschubausgleich angerissen, wie er für größere Maschinen interessant sein könnte. Die Druckplatte (30) ragt hier in die ausgesparten Zahnräder (31) hinein, so daß nur ein Minimum an zusätzlicher Baulänge (32) erforderlich ist. Da die Öldruck aufnehmende Fläche begrenzt ist und wesentlich kleiner als die druckbeaufschlagte Fläche der Rotoren, muß hier mit höheren Öldrücken gearbeitet werden. Folglich bietet es sich bei großen Maschinen an, zwei unabhängige Ölkreisläufe mit unterschiedlichen Pumpprinzipien zu installieren: Für Hochdruckkreislauf (33) kommen vorzugsweise volumetrisch fördernde Pumpen wie z. B. Zahnradpumpen (34) in Frage, für den Niederdruckkreislauf (35) zur Kühlung und Wärmeverteilung eignen sich Pumpen mit hohen Durchsatz und niedrigen Druckaufbau besser, wie z. B. eine Kreiselpumpe (36).Finally, FIG. 8 shows a particularly space-saving possibility for hydraulic axial thrust compensation, which could be of interest for larger machines. The pressure plate ( 30 ) protrudes into the recessed gears ( 31 ), so that only a minimum of additional length ( 32 ) is required. Since the oil pressure receiving area is limited and much smaller than the pressurized area of the rotors, higher oil pressures must be used here. It is therefore a good idea to install two independent oil circuits with different pumping principles on large machines. For high-pressure circuits ( 33 ), volumetric pumps such as pumps are preferred. B. gear pumps ( 34 ) in question, for the low-pressure circuit ( 35 ) for cooling and heat distribution pumps with high throughput and low pressure build-up are better, such as. B. a centrifugal pump ( 36 ).

Falls nötig ist es bei so einer Anordnung sogar möglich, den Öldruck mittels eines Druckreglers (37) in Abhängigkeit des Ansaugdruckes (38) so auszuregeln, daß in allen Betriebszuständen ein nahezu vollständiger Axialschubausgleich erfolgt.If necessary, it is even possible with such an arrangement to regulate the oil pressure by means of a pressure regulator ( 37 ) as a function of the suction pressure ( 38 ) so that an almost complete axial thrust compensation takes place in all operating states.

Bei großen Maschinen dieser Bauart kann es selbstverständlich auch weiterhin sinnvoll sein, zwei getrennte Kreisläufe mit verschiedenen Medien zu installieren und das Gehäuse zu diesem Zweck mit separaten Kühlwasserkanälen zu versehen. Trotzdem sollte auch dann ein Hochdruck-Ölkreislauf für den Schubausgleich und ein Schmierkreislauf zur Versorgung aller Lager und Verzahnungen beibehalten werden.With large machines of this type, it can of course continue it makes sense to install two separate circuits with different media and to provide the housing with separate cooling water channels for this purpose. Nevertheless, a high-pressure oil circuit should also be used for thrust compensation and maintain a lubrication circuit to supply all bearings and gears become.

Weitere Verbesserungen und Besonderheiten gegenüber dem eingangs erwähnten Stand der Technik (Fig. 1 bis 3) betreffen den Antrieb, die Schalldämpfung, die Vakuumsicherung, den Schutz der Lagerung sowie die Verringerung des Energieverbrauchs durch innere Verdichtung.Further improvements and special features compared to the prior art mentioned at the outset ( FIGS. 1 to 3) relate to the drive, the sound absorption, the vacuum protection, the protection of the bearing and the reduction in energy consumption due to internal compression.

Antriebdrive

Es wird vorgeschlagen, den Antriebsmotor, der in Fig. 1 über ein Zwischenzahnrad die Pumpe antreibt, zu ersetzen durch einen oder zwei Motoren, die direkt auf der nach unten verlängerten Welle der Rotoren sitzen und die durch einen Frequenzumformer (13 in Fig. 5 und 27 in Fig. 6) auf hohe Drehzahlen gebracht werden.It is proposed to replace the drive motor, which drives the pump in FIG. 1 via an intermediate gearwheel, with one or two motors which are seated directly on the downwardly elongated shaft of the rotors and which are replaced by a frequency converter ( 13 in FIG. 5 and 27 in Fig. 6) are brought to high speeds.

Das hat den Vorteil, daß der Motor sehr viel kleiner gebaut werden kann und man drei Zahnräder einspart.This has the advantage that the engine can be built much smaller and one saves three gears.

Man kann eine oder auch beide Wellen direkt antreiben, wobei die Verzahnung im letzteren Fall keine Leistung mehr übertragen muß sondern nur noch der Synchronisation der beiden Schraubenspindelrotoren dient. In beiden Fällen kann es jedoch sinnvoll und sogar notwendig sein, die Verzahnung ausreichend zu schmieren.You can drive one or both shafts directly, with the teeth in the latter case no longer has to transmit power but only the Synchronization of the two screw rotors is used. In both cases however, it may be sensible and even necessary to adequately mesh the teeth lubricate.

Neben der Tatsache, daß die gesamte Maschine durch Verwendung eines Frequenzumformers erheblich leichter und kompakter wird, bieten sich zusätzlich noch drei erfreuliche Optionen an:
In addition to the fact that the entire machine is made considerably lighter and more compact by using a frequency converter, there are three additional options:

  • 1. Moderne Frequenzumrichter sind nicht mehr an feste Netzspannungen und -frequenzen gebunden, sondern sie beherrschen eine beachtliche Bandbreite von Spannungen und Frequenzen. Dadurch kann die Ausstattung der Maschinen mit Sondermotoren für verschiedene Länder entfallen.1. Modern frequency converters are no longer at fixed mains voltages and -frequencies bound, but they master a considerable range of Voltages and frequencies. This means that the machines can be equipped with There are no special motors for different countries.
  • 2. Eine manuelle und/oder elektronisch gesteuerte Drehzahlanpassung an unterschiedliche Prozesse ist dank des Frequenzumformers problemlos machbar (z. B. mit Einstellknopf und Analogeingang). Da die volle Leistung bzw. das volle Saugvermögen einer Vakuumpumpe in vielen Fällen nur in der Anfangsphase der Evakuierung eines Systems (d. h. während des Ausgasens) benötigt wird, kann nach Erreichen des gewünschten Systemdruckes die Drehzahl soweit abgesenkt werden, daß der gewünschte Druck soeben gehalten wird. Die Pumpe kann somit praktisch als Druckregler eingesetzt werden und proportional zur Drehzahlabsenkung wird zusätzlich noch in erheblichem Maße Antriebsleistung eingespart.2. A manual and / or electronically controlled speed adjustment Different processes can be done easily thanks to the frequency converter (e.g. with adjusting knob and analog input). Because the full performance or the full Pumping speed of a vacuum pump in many cases only in the initial phase of the Evacuation of a system (i.e. during outgassing) may be required after reaching the desired system pressure, the speed is reduced so far be that the desired pressure is just maintained. The pump can can be used practically as a pressure regulator and proportional to  Lowering the speed will also drive the motor to a considerable extent saved.
  • 3. Da Drehmomentstöße und -anstiege in einem Elektromotor von äquivalenten Stromänderungen begleitet sind, kann ein Frequenzumrichter, der um ein elektronisches Überwachungsmodul erweitert ist, zusätzliche Schutz- und Überwachungsfunktionen erfüllen.3. Because torque surges and increases in an electric motor of equivalent Current changes are accompanied by a frequency converter, which can be a electronic monitoring module is expanded, additional protection and Fulfill monitoring functions.
SchalldämpfungSound absorption

Da bis auf die Lagerung und Verzahnung die Pumpe weitestgehend berührungsfrei arbeitet, ist nur eine geringe mechanische Geräuschentwicklung zu erwarten. Die abgeschlossenen Arbeitsräume zwischen den Rotoren jedoch werden im Betrieb ziemlich schlagartig mit der Atmosphärenseite in Verbindung gebracht, wodurch zwangsläufig Druckpulsationen im Auslaßbereich entstehen, die sich als dominierende Geräuschquelle bemerkbar machen. Zur Geräuschminderung bieten sich vier verschiedene Möglichkeiten an:
Since the pump operates largely without contact except for the bearings and teeth, only a low level of mechanical noise can be expected. The closed working spaces between the rotors, however, are connected to the atmosphere side quite abruptly during operation, which inevitably creates pressure pulsations in the outlet area, which become noticeable as a dominant source of noise. There are four different options for noise reduction:

  • 1. Kontrollierter Einlaß von Gas in die noch abgeschlossenen Arbeitsräume durch kalibrierte Bohrungen in der Gehäusewand. Das Druckniveau in den Arbeitsräumen wird angehoben, noch bevor die Verbindung zum Auslaß hergestellt ist. Entsprechen der verringerten Druckdifferenz nimmt die Amplitude der Pulsationen ab. Wenn das eingeführte Gas kalte Umgebungsluft oder gekühltes Abgas ist, hat diese Maßnahme noch zusätzlich einen Kühleffekt, der bei anderen Maschinenarten auch als "Voreinlaßkühlung" bekannt ist.1. Controlled inlet of gas into the still closed work rooms calibrated holes in the housing wall. The pressure level in the Workrooms are raised even before connecting to the outlet is made. Corresponding to the reduced pressure difference, the amplitude decreases of pulsations. If the gas introduced is cold ambient air or is cooled exhaust gas, this measure also has a cooling effect that is also known as "pre-inlet cooling" in other types of machines.
  • 2. Allmähliche Vergrößerung des Radialspaltes zwischen Rotoren und Gehäuse im Bereich der Rotorunterkante im betriebswarmen Zustand. Ahnlich wie unter 1 wird auch hier der Arbeitsraum aufgefüllt, nur daß hier die Zuströmung über die vergrößerten Spalte erfolgt. Eine gleichzeitige Kühlfunktion ist hier nicht möglich. Beiden Maßnahmen ist gemein, daß sie das maximal mögliche Kompressionsverhältnis der Maschine verschlechtern.2. Gradual enlargement of the radial gap between rotors and housing in the Area of the lower edge of the rotor when it is at operating temperature. Similar to how is under 1 here too the working space is filled up, only that here the inflow over the enlarged column takes place. A simultaneous cooling function is not possible here. Common to both measures is that they are the maximum possible Machine compression ratio deteriorate.
  • 3. Integrierter oder externer Anbauschalldämpfer der analog wie der Ölkühler an die Maschine angepaßt ist. Die Schalldämpfung erfolgt hier durch Umlenkungen, absorbierende Auskleidungen sowie größere Totvolumina und Verengungen im Abgasweg analog den Auspuffanlagen von Kraftfahrzeugen.3. Integrated or external add-on silencer which is analogous to the oil cooler on the Machine is adjusted. The sound attenuation takes place here through deflections, absorbent linings as well as larger dead volumes and constrictions in the Exhaust route analogous to the exhaust systems of motor vehicles.
  • 4. Besonders effizient dürfte der Einbau eines gewichts- oder federbelasteten Rückschlagventils im Abgasweg sein, welches je nach Betriebspunkt nur soviel Querschnitt wie unbedingt nötig freigibt. Im Enddruckbetrieb ist der laute Raum unterhalb der Rotoren dann weitestgehend vom Auspuff getrennt, so daß eine direkte Schallübertragung fast vollständig verhindert werden kann. Diese Lösung hat weiterhin den Vorteil, daß sie nur sehr wenig Einbauraum benötigt und zu keiner Leistungsverschlechterung führt.4. The installation of a weight or spring-loaded should be particularly efficient Check valve in the exhaust gas path, which depending on the operating point only so much Releases cross section as absolutely necessary. The noisy room is in the final pressure mode below the rotors then largely separated from the exhaust, so that a direct sound transmission can be almost completely prevented. This solution has the further advantage that it requires very little installation space and too does not lead to a deterioration in performance.

Vermutlich erweist sich die Kombination von mehreren Möglichkeiten in der Praxis als optimal. In der Standardversion sollte die Maschine über eine serienmäßig integrierte, robuste und schmutzunempfindliche Schalldämpfung verfügen (z. B. 1, 2, 4) und die extremen Geräuschanforderungen im Laborbetrieb oder Gerätebau sollten durch einen speziell angepaßten und optimierten Anbauschalldämpfer erfüllt werden. In Fig. 5 ist eine besonders kostengünstige Version vorgestellt: Da diese Maschine wegen der starken Stufung ohnehin ein Überdruckventil (14) haben sollte, kann die gleiche Ventilplatte an der unteren Seite (15) als Geräuschdämpfer fungieren.In practice, the combination of several options will probably prove to be optimal. In the standard version, the machine should have a standard integrated, robust and dirt-resistant sound insulation (e.g. 1, 2, 4) and the extreme noise requirements in laboratory operation or device construction should be met by a specially adapted and optimized add-on silencer. A particularly cost-effective version is presented in FIG. 5: Since this machine should have an overpressure valve ( 14 ) anyway due to the strong gradation, the same valve plate on the lower side ( 15 ) can act as a noise damper.

VakuumsicherungVacuum protection

In Fig. 6 und 9 ist die Maschine noch um ein Saugstutzenventil erweitert. Bei der Anwendung als Vakuumpumpe ist es häufig unerwünscht, daß nach dem Abschalten der Pumpe der Druck im leergepumpten Vakuumsystem ansteigt. Zu diesem Zweck wird der Saugstutzen (40) in Fig. 9 mit einem Verschlußorgan (41) abgedichtet. Die Bewegung des Verschlußorgans kann entweder durch einen federbelasteten Elektromagneten erfolgen, der im Gehäuse (42) untergebracht ist oder durch Belüftung eines Kolbens, der in diesem Fall ebenfalls in 42 untergebracht ist und über ein Magnetventil (43) angesteuert wird. In beiden Fällen muß das Saugstutzenventil im stromlosen Zustand schließen.In Figs. 6 and 9, the machine is expanded by a suckback valve. When used as a vacuum pump, it is often undesirable for the pressure in the vacuum system which has been pumped empty to rise after the pump has been switched off. For this purpose, the suction nozzle ( 40 ) in Fig. 9 is sealed with a closure member ( 41 ). The closure member can be moved either by a spring-loaded electromagnet, which is housed in the housing ( 42 ), or by venting a piston, which in this case is also housed in 42 and is controlled by a solenoid valve ( 43 ). In both cases, the suction port valve must close when de-energized.

In Fig. 9 geht die Länge des Betätigungsorgans (Magnet oder Kolben) voll in die Bauhöhe der Maschine ein. Um eine unnötige Vergrößerung der Maschine zu verhindern ist in Fig. 6 das Betätigungsorgan (28) über einen Hebel (29) mit dem Verschlußorgan (30) verbunden und daneben angeordnet.In Fig. 9, the length of the actuating member (magnet or piston) goes fully into the overall height of the machine. In order to prevent unnecessary enlargement of the machine, the actuating member ( 28 ) is connected to the closing member ( 30 ) in FIG. 6 and arranged next to it by a lever ( 29 ).

Auch eine waagerechte Anordnung des Betätigungsorgans mit 90°-Umlenkung kann sich als praktisch erweisen oder eine Verlegung in den Saugstutzen, also über das Verschlußorgan.A horizontal arrangement of the actuator with 90 ° deflection can also turn out to be practical or relocation in the intake manifold, i.e. over the Obturator.

In jedem Fall muß das Betätigungsorgan so aufgebaut sein, daß im stromlosen Zustand das Saugstutzenventil verzögerungsfrei schließt.In any case, the actuator must be designed so that in the de-energized Condition that the inlet valve closes without delay.

Da die Maschine sich beim Abschalten oder bei Stromausfall aufgrund ihrer Trägheit zunächst weiterdreht, ist bin Rückströmen des Gases somit praktisch vollständig ausgeschlossen (Ausschalt-Luftschluck=Null). Beim Einschalten muß hingegen dafür gesorgt werden, daß das Saugstutzenventil nicht sofort öffnet, da die Maschine eine gewisse Zeit braucht, um auf ihre Enddrehzahl und einen entsprechend niedrigen Druck zu kommen. Ein zeitverzögertes Öffnen oder eine drehzahlabhängige Ansteuerung (z. B. bei Überschreitung von 70-90% der eingestellten Enddrehzahl) kann hier sinnvoll sein. Auch hier kann das integrierte Steurungs- und Überwachungsmodul am Frequenzumrichter wertvolle Dienste leisten und bei optimaler Ansteurung die Option eröffnen, den Einschalt-Luftschluck in eine vernachlässigbare Größenordnung zu bringen.Because the machine turns off when it is switched off or in the event of a power failure due to its inertia initially continues to turn, the return flow of the gas is practically complete excluded (switch-off air intake = zero). However, when switching on be ensured that the suction port valve does not open immediately, since the Machine takes a certain amount of time to get to its final speed and one correspondingly low pressure to come. A delayed opening or a speed-dependent control (e.g. if 70-90% of the set final speed) can be useful here. Here, too, the integrated Control and monitoring module on the frequency converter valuable services perform and open the option with optimal control, the switch-on air intake to bring it into a negligible range.

Schutz der LagerungProtection of storage

Die Lösung dieses Problems erfolgt dadurch, daß man die oberen Lager so hoch wie möglich anbringt und sie sogar in die Rotoren verlegt, die zu diesem Zweck eine Aussparung erhalten. Bei Ausfall bzw. vollständigem Wegfallen der Dichtung bildet nämlich dann nicht mehr die Lagerung den geodätisch tiefsten Punkt des Arbeitsraumes (wie in Fig. 1), sondern der Auspuff (siehe Fig. 5). Solange der Auspuff nicht vollständig verstopft ist, können Flüssigkeits- und Schmutzpartikel ungehindert aus dem Auspuff entweichen und die Lager sind aufgrund ihrer erhöhten Position und durch den langen Spalt (16 in Fig. 5) zwischen der Rotoraussparung und dem Lagersockel gut geschützt. Durch den Einbau von berührungs- und somit verschleißlosen Labyrinthdichtungen (17) läßt sich der Schutz weiter verbessern. Auch das Anbringen von drallbehafteten Riefen oder Gewindenuten in den Spalt kann eine Förderwirkung hervorrufen, um Schmutz und Flüssigkeiten vom Lager abzuhalten und zurück zum Auspuff zu transportieren.This problem is solved by placing the upper bearings as high as possible and even moving them into the rotors, which are recessed for this purpose. If the seal fails or disappears completely, the bearing no longer forms the geodetically lowest point of the working area (as in Fig. 1), but the exhaust (see Fig. 5). As long as the exhaust is not completely blocked, liquid and dirt particles can escape from the exhaust unhindered and the bearings are well protected due to their elevated position and the long gap ( 16 in Fig. 5) between the rotor recess and the bearing base. Protection can be further improved by installing non-contact and thus wear-free labyrinth seals ( 17 ). Even the creation of swirling grooves or thread grooves in the gap can have a promoting effect in order to keep dirt and liquids from the bearing and to transport them back to the exhaust.

Durch zusätzliches Einblasen von Sperrgas in die Spalte kann sogar der Kontakt des geförderten Gases mit der Lagerung vollständig verhindert werden. Diese Option ist besonders bei der Förderung von hochaggressiven Gasen wichtig. Ebenso läßt sich die Diffusion von Getriebeöl in den Arbeitsraum durch Sperrgaseinsatz vollständig unterbinden, so daß die Pumpe auch für hochreine Vakuumanwendungen geeignet ist. Berührungslose Labyrinthdichtungen unterliegen keinerlei Verschleiß, sie sind in der Regel aus metallischen Werkstoffen und von daher fast beliebig temperaturfest und da keine Reibungswärme erzeugt wird, können sie auch beliebig hohe Drehzahlen vertragen.By additionally blowing sealing gas into the gap, even the contact can of the extracted gas can be completely prevented with storage. This Option is particularly important when pumping highly aggressive gases. As well the diffusion of gear oil into the work area can be achieved by using sealing gas completely prevent, so that the pump also for high-purity vacuum applications suitable is. Non-contact labyrinth seals are not subject to wear, they are usually made of metallic materials and are therefore almost arbitrary  temperature-resistant and since no frictional heat is generated, they can also be used as desired tolerate high speeds.

Es kann sich als sinnvoll erweisen, die Pumpe serienmäßig mit einem Anschluß für Sperrgas auszustatten.It can be useful to have the pump with a connection for Equip sealing gas.

Verringerung des Energieverbrauchs durch innere Verdichtung:
Wie man in Fig. 1 und 2 sehen kann, sind die schraubenförmigen Aussparungen in den Rotoren über der gesamten Länge konstant und auch der Durchmesser der Rotoren ändert sich nicht. Diese Gestaltung hat zur Folge, daß das Hubvolumen pro Umdrehung an der Saugseite genauso groß ist wie an der Druckseite. Bei den klassischen flüssigkeitsfördernden Schraubenspindelpumpen ist das auch notwendig, da Flüssigkeiten inkompressibel sind. Bei gasfördernden Pumpen ist diese Gestaltung ungünstig, da Gase kompressibel sind. Wenn man auf die Kompression während des Fördervorgangs verzichtet und das unverdichtete Gas gegen die Druckseite ausschiebt, hat man eine sogenannte isochore Verdichtung, die energetisch umso ungünstiger ist, je höher das Verdichtungsverhältnis ist. Speziell bei Vakuumpumpen mit extrem hohen Kompressionsverhältnissen ist diese Art der Verdichtung enorm energieverschwendend und führt darüber hinaus zu einer unerwünscht starken Erwärmung der Maschine.
Reduction of energy consumption through internal compression:
As can be seen in FIGS. 1 and 2, the helical recesses in the rotors are constant over the entire length and the diameter of the rotors does not change. The result of this design is that the stroke volume per revolution on the suction side is the same as on the pressure side. This is also necessary with the classic liquid-conveying screw pumps because liquids are incompressible. This design is unfavorable for gas-producing pumps, since gases are compressible. If you do without the compression during the conveying process and push the uncompressed gas against the pressure side, you have a so-called isochoric compression, which is energetically less favorable the higher the compression ratio. Especially with vacuum pumps with extremely high compression ratios, this type of compression is extremely energy-wasting and also leads to an undesirably high heating of the machine.

Damit die Maschine energiesparend arbeiten kann und um eine hohe spezifische Saugleistung zu erreichen, wird die Gestaltung der Rotoren dahingehend geändert, daß das auslaßseitige Hubvolumen pro Umdrehung kleiner ist als das einlaßseitige. Das ist dadurch möglich, daß man die Steigung der Spindeln am unteren, also druckseitigen Ende der Rotoren kleiner macht als am saugseitigen oberen Ende.So that the machine can work in an energy-saving manner and with a high specific To achieve suction power, the design of the rotors is changed so that that the outlet-side stroke volume per revolution is smaller than the inlet-side. This is possible by changing the pitch of the spindles at the bottom pressure-side end of the rotors makes smaller than at the suction-side upper end.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man dem Rotor am druckseitigen unteren Ende einen kleineren Durchmesser gibt als am oberen. Dadurch greifen die Rotoren am unteren Ende weniger tief ineinander und die druckseitigen Arbeitsräume werden entsprechend kleiner als die saugseitigen.Another possibility is that the rotor on the pressure side lower end gives a smaller diameter than at the upper end. As a result, the Rotors at the lower end less deeply one inside the other and the pressure side Workrooms are correspondingly smaller than the suction side.

Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, da die Fläche, auf die der auslaßseitige Druck wirkt, sich mit dem verringerten Durchmesser deutlich verkleinert. Die auf die Lagerung wirkende Axialschubbelastung kann dadurch verringert werden.This solution is particularly advantageous since the surface on which the outlet side Pressure acts, significantly reduced with the reduced diameter. The on the Axial thrust load acting on the bearing can be reduced as a result.

Durch diese Maßnahmen läßt sich der Energiebedarf entsprechend dem Verhältnis des druck- zum saugseitigen Hubvolumen verringern. D.h. wenn man z. B. das druckseitige Hubvolumen auf ein Drittel des saugseitigen reduziert, dann fällt der Leistungsbedarf dieser Vakuumpumpe im Enddruckbetrieb ebenfalls auf ein Drittel. Da Vakuumpumpen zum überwiegenden Teil ihrer Betriebsdauer im Bereich des Enddruckes betrieben werden, führt diese sogenannte Innere Verdichtung auf Dauer zu einer ganz erheblichen Energieersparnis.Through these measures, the energy requirement can be adjusted according to the ratio reduce the pressure to suction volume. I.e. if you e.g. B. that Displacement on the pressure side reduced to a third of the suction side, then the The power requirement of this vacuum pump in final pressure operation is also one third. Since vacuum pumps for the most part of their operating time in the range of Operated final pressure, this so-called internal compression leads in the long run to a very considerable energy saving.

In Fig 6 ist eine Pumpe dargestellt, deren Innere Verdichtung durch kontinuierlich abnehmende Steigung erzeugt wird. Vorteilhaft ist hier die leichte Demontierbarkeit des oberen Gehäuseteils zu Reinigungszwecken, nachteilig ist der Umstand, daß aufgrund von Fertigungs- und Festigkeitsproblemen das maximal mögliche Verdichtungsverhältnis auf ca. 3 begrenzt ist. Eine solche Maschine eignet sich eher für rauhe Einsatzbedingungen mit hohem Schmutzanfall.FIG. 6 shows a pump whose internal compression is generated by a continuously decreasing gradient. The easy dismantling of the upper housing part for cleaning purposes is advantageous here, the disadvantage is the fact that the maximum possible compression ratio is limited to approx. 3 due to production and strength problems. Such a machine is more suitable for harsh operating conditions with high levels of dirt.

Wenn es hingegen darauf ankommt, eine möglichst energiesparende, geräuscharme und "kalte" Pumpe zu bauen, empfiehlt sich eine Variante nach Fig. 5 mit gestuften Rotoren und einem hohen Verdichtungsverhältnis. Die Durchmesserstufung der Rotoren erlaubt ein beliebig hohes und frei wählbares Verdichtungsverhältnis, hat aber den Nachteil, daß die Demontage des Gehäuses nur in Verbindung mit Rotordemontage oder mit einem geteilten und somit aufwendigen Gehäuse möglich ist. Endsprechen diesen Eigenschaften eignet sich eine solche Maschine eher für saubere physikalische Anwendungen, bei denen eine Reinigung nicht zu erwarten ist. Bei dieser Variante kann es notwendig sein, ein Überdruckventil (14 in Fig. 5) im Zwischenbereich zwischen dem großen und kleinen Hubvolumen der Rotoren im Gehäuse anzubringen. Bei hohen Ansaugdrücken kann der Gasüberschuß, der von dem oberen Rotorteil in die Pumpe hineingefördert wird, aber vom unteren Rotorteil nicht mehr abgeführt werden kann, durch das Überdruckventil entweichen. Überverdichtung mit entsprechend hohem Leistungsbedarf des Motors wird dadurch vermieden. Bei tiefen Ansaugdrücken ist das Überdruckventil geschlossen.If, on the other hand, it is important to build an energy-saving, low-noise and "cold" pump that is as energy-efficient as possible, a variant according to FIG. 5 with stepped rotors and a high compression ratio is recommended. The diameter gradation of the rotors allows an arbitrarily high and freely selectable compression ratio, but has the disadvantage that the disassembly of the housing is only possible in connection with rotor disassembly or with a divided and thus complex housing. According to these properties, such a machine is more suitable for clean physical applications in which cleaning is not to be expected. In this variant, it may be necessary to install a pressure relief valve (14 in FIG. 5) in the intermediate area between the large and small stroke volumes of the rotors in the housing. At high suction pressures, the excess gas, which is pumped into the pump by the upper rotor part but can no longer be discharged from the lower rotor part, can escape through the pressure relief valve. Overcompression with a correspondingly high engine power requirement is thereby avoided. The pressure relief valve is closed at low suction pressures.

Besonders günstig zur Optimierung des Kompressionsverhältnisses, des Energieverbrauchs und der Geräuschemission ist es, wenn man zusätzlich zu der Durchmesserabstufung eine Steigungsreduzierung am oberen oder sogar an beiden Rotorabschnitten durchführt.Particularly favorable for optimizing the compression ratio, the Energy consumption and noise emissions is when you add to that Diameter grading a reduction in pitch on the top or even both Performs rotor sections.

Während stufenweise Steigungs- und Durchmesseränderungen fertigungstechnisch problemlos zu bewältigen sind, stellen kontinuierliche Änderungen der Steigung und vor allem des Durchmessers eine erhebliche Herausforderung dar. Obwohl eine Maschine mit konischen Rotoren (kontinuierliche Durchmesserabnahme) und kontinuierlich abnehmender Steigung theoretisch optimal wäre, wird man in der Praxis Zugeständnisse an die Herstellbarkeit und die praktische Handhabung der Maschine machen müssen und sich eher für eine der oben beschriebenen Varianten entscheiden.During gradual changes in pitch and diameter in terms of production technology are easily manageable, make continuous changes in incline and especially the diameter is a considerable challenge. Although a Machine with conical rotors (continuous diameter decrease) and continuously decreasing gradient would be theoretically optimal, you will be in the Practice concessions on the manufacturability and practical handling of the Have to make a machine and opt for one of the variants described above decide.

Erwähnenswert ist auch, daß die Gestaltung der Rotoren Einfluß auf die Konstruktion der Lagerung haben kann. Da der radiale Einbauraum in der Maschine nach Fig. 6 sehr begrenzt ist, kann hier die Verwendung eines Gleitlagers vorteilhaft sein, während die Ausführung mit gestuftem Rotor (Fig. 5) ausreichend Platz für Wälzlager bietet.It is also worth mentioning that the design of the rotors can influence the construction of the bearing. Since the radial installation space in the machine according to FIG. 6 is very limited, the use of a plain bearing can be advantageous here, while the design with a stepped rotor ( FIG. 5) offers sufficient space for roller bearings.

Claims (20)

1. Vakuumpumpe oder Kompressor in stehender Anordnung, mit zwei senkrechten parallelen Achsen und fliegend gelagerten, spiegelsymmetrischen und schraubenspindelförmigen Rotoren, die im Übersetzungsverhältnis 1 : 1 mechanisch synchronisiert sind, mit Förderrichtung von oben nach unten, wobei die Rotoren auslaßseitig ein kleineres Hubvolumen haben als einlaßseitig und bei der die oberen Lager in einem Sockel untergebracht sind, dessen Oberkante über dem Auspuff liegt und deren Motor (oder zwei Motoren) auf der nach unten verlängerten Rotorwelle angebracht ist und über einen Frequenzumrichter gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ölkreislauf mit einer druckerzeugenden Pumpe installiert ist, bei dem der Ölumlauf ein mehrfaches der Menge beträgt, die für reine Schmierzwecke nötig wäre und bei dem eine Aufstellung in einen kleinen Teilstrom zu Schmierzwecken und einen großen Teilstrom zu Kühlzwecken erfolgt.1.Vacuum pump or compressor in a standing arrangement, with two vertical parallel axes and overhung, mirror-symmetrical and screw-shaped rotors, which are mechanically synchronized in the ratio 1: 1, with the direction of flow from top to bottom, the rotors on the outlet side having a smaller stroke volume than on the inlet side and in which the upper bearings are accommodated in a base, the upper edge of which lies above the exhaust and whose motor (or two motors) is attached to the downwardly elongated rotor shaft and is fed via a frequency converter, characterized in that at least one oil circuit with a pressure-generating pump is installed, in which the oil circulation is a multiple of the amount that would be necessary for pure lubrication purposes and in which it is set up in a small part flow for lubrication purposes and a large part flow for cooling purposes. 2. Vakuumpumpe oder Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder oder sogar zwei Ölkreisläufe installiert werden, die durch eine oder zwei Ölpumpen angetrieben werden, wobei ein Kreislauf (bzw. ein Teilkreislauf) mit höherem Druck und niedrigem Volumenstrom betrieben werden kann und ein zweiter Kreislauf (bzw. der Restkreislauf) mit niedrigem Druck und höherem Volumenstrom und daß durch diese Kreisläufe drei bis fünf Aufgaben gleichzeitig wahrgenommen werden.2. Vacuum pump or compressor according to claim 1, characterized in that one or even two oil circuits installed by one or two Oil pumps are driven, with a circuit (or a partial circuit) with higher pressure and low volume flow can be operated and a second Circuit (or the residual circuit) with low pressure and higher volume flow and that through these cycles three to five tasks are performed simultaneously become. 3. Vakuumpumpe oder Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Berührungsstellen, insbesondere Lagerungen und Verzahnungen mit einem kleinen Teilstrom an Schmiermittel geschmiert und gegebenenfalls mit einem großen Teilstrom gekühlt werden.3. Vacuum pump or compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanical points of contact, especially bearings and gears Lubricated with a small part flow of lubricant and if necessary with be cooled in a large partial flow. 4. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulischer Axialschubausgleich vorhanden ist, der gegebenenfalls über einen Druckregler angesteuert wird, welcher als Eingangswert die Druckdifferenz zwischen Ansaugdruck und Auslaßdruck erhält.4. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that A hydraulic axial thrust compensation is available, which if necessary via a Pressure controller is controlled, which as the input value the pressure difference between Receives suction pressure and outlet pressure. 5. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adapter für den nachträglichen Anbau von Öl/Luft- oder Öl/Wasser-Kühlern sowie für Filter und Feinstfilter im Haupt- und Nebenstrombetrieb vorhanden ist und daß dieser Adapter gegebenenfalls mit einem Stromanschluß für den Antrieb eines Kühlventilator ausgestattet ist.5. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that an adapter for retrofitting oil / air or oil / water coolers as well as for filters and ultra-fine filters in main and sidestream operation and that this adapter may have a power connector for driving a Cooling fan is equipped. 6. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung und/oder der Durchmesser des Rotors an der Auslaßseite kleiner ist als an der Einlaßseite.6. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the pitch and / or the diameter of the rotor on the outlet side is smaller than on the inlet side. 7. Vakuumpumpe oder Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen von Steigung und/oder Durchmesser kontinuierlich oder in Stufen erfolgen.7. Vacuum pump or compressor according to claim 6, characterized in that  the changes in pitch and / or diameter continuously or in steps respectively. 8. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bereichen großen Hubvolumens und kleinen Hubvolumens ein Überdruckventil angebracht ist, welches bei geringen Druckverhältnissen die von der Saugseite geförderte Überschußmenge abläßt.8. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims characterized in that between the areas of large stroke volume and small stroke volume Pressure relief valve is attached, which at low pressure ratios discharged excess quantity discharged on the suction side. 9. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Motoren über Frequenzumrichter gespeist wird/werden, welcher mit verschiedenen Spannungen und Frequenzen betrieben werden kann und welcher über eine manuelle und eine elektrische/elektronische Drehzahleinstellung verfügt.9. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims characterized in that the motor or motors are / are fed via frequency converters, which with different voltages and frequencies can be operated and which has a manual and an electrical / electronic speed setting. 10. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Geräuschdämpfung ein Verschlußorgan angebracht ist, welches nur so viel Querschnitt freigibt, wie zum Abströmen der geförderten Gasmenge nötig ist.10. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that for noise reduction, a closure member is attached, which only so much Cross-section releases how it is necessary to discharge the amount of gas conveyed. 11. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfüllung von besonderen Geräuschanforderungen der Auslaßstutzen abnehmbar ist und an dessen Stelle ein speziell angepaßter Anbauschalldämpfer installiert werden kann.11. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that to meet special noise requirements of the outlet nozzle is removable and in its place a specially adapted mounting silencer can be installed. 12. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Geräuschdämpfung und/oder zur Temperatursenkung gekühltes Gas oder Luft in genau dosierter Menge und Position in die noch abgeschlossenen Arbeitsräume eingelassen wird (Voreinlaßkühlung).12. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that to reduce noise and / or to lower the temperature of cooled gas or air precisely dosed quantity and position in the still closed work rooms is let in (pre-inlet cooling). 13. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialspalt zwischen Gehäuse und Rotoren in betriebswarmem Zustand kurz vor der Auslaßseite zunimmt.13. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the radial gap between the housing and the rotors is short when hot increases in front of the outlet side. 14. Vakuumpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ansaugbereich ein Saugstutzenventil eingebaut ist, welches beim Ausschalten der Maschine sofort anspricht und beim Einschalten entweder mit Zeitverzögerung oder drehzahlabhängig geöffnet wird.14. Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that In the suction area, a suction port valve is installed, which when switched off the machine responds immediately and when switched on either with a time delay or is opened depending on the speed. 15. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Lager als ölgeschmiertes Gleitlager ausgeführt ist.15. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the upper bearing is designed as an oil-lubricated plain bearing. 16. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Lagerung axialspielfrei und radialspielfrei ausgeführt ist und für die Aufnahme von hohen Axialkräften ausgelegt ist. 16. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the lower bearing is free of axial play and radial play and for the Absorption of high axial forces is designed.   17. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrgaszufuhr in den Spalt zwischen Rotorausdrehung und Lagersockel vorgesehen ist.17. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that a sealing gas supply in the gap between the rotor rotation and the bearing base is provided. 18. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Getrieberaum gegenüber dem Arbeitsraum zusätzlich mit berührungsfreien Labyrinthdichtungen abgetrennt ist.18. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the gear room opposite the work area with non-contact Labyrinth seals is separated. 19. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen Rotorausdrehung und Lagersockel mit Gewindegängen versehen ist, die so angeordnet sind, daß aufsteigender Schmutz und Flüssigkeiten zurück Richtung Auspuff gefördert werden.19. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the gap between the rotor rotation and the bearing base is provided with threads is arranged so that rising dirt and liquids return Are encouraged towards the exhaust. 20. Vakuumpumpe oder Kompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen Rotorwelle und Oberkante des Lagersockels mit Gewindegängen versehen ist, die so angeordnet sind, daß aufsteigendes Öl oder Ölnebel nach unten zurück in den Getrieberaum gefördert wird.20. Vacuum pump or compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the gap between the rotor shaft and the upper edge of the bearing base Is provided threads that are arranged so that rising oil or Oil mist is pumped back down into the gearbox.
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