-
Die Erfindung betrifft eine Schraubenvakuumpumpe.
-
Schraubenvakuumpumpen weisen in einem Gehäuse einen Schöpfraum auf, in dem zwei Schraubenrotoren angeordnet sind. Jeder Schraubenrotor weist mindestens ein Verdrängungselement mit schraubenlinienförmiger Ausnehmung auf. Hierdurch ist eine Vielzahl von Windungen ausgebildet. Um mit Hilfe von Schraubenvakuumpumpen niedrige Drücke bzw. ein hohes Vakuum von insbesondere weniger als 200 mbar (Absolutdruck) bei niedriger spezifischer Leistungsaufnahme erzielen zu können, weisen bekannte Schraubenvakuumpumpen eine hohe innere Verdichtung auf. Die innere Verdichtung definiert die Reduktion des Fördervorlumens vom Einlass zum Auslass der Pumpe. Niedrige Ausgangsdrücke werden insbesondere dadurch erzielt, dass zwischen einer Außenseite des mindestens einen Verdrängungselements und einer Innenseite des Schöpfraums ein Spalt mit geringer Höhe ausgebildet ist. Um derartige geringe Spalte realisieren zu können, muss eine zuverlässige Kühlung der Schraubenrotoren gewährleistet sein. Nur hierdurch kann verhindert werden, dass insbesondere im druckseitigen Bereich der Schraubenvakuumpumpe, in dem hohe Druckdifferenzen auftreten, die Temperatur des Rotors und damit des mindestens einen Verdrängungselements des Rotors derart steigt, dass aufgrund der durch die Temperatur hervorgerufene Ausdehnung des Verdrängungselements ein Berühren zwischen der Außenseite des Verdrängungselements und der Innenseite des Schöpfraums auftritt.
-
Hierzu ist es aus
EP 1 242 743 bekannt, eine Rotorinnenkühlung vorzusehen. Mit Hilfe der Rotorinnenkühlung ist eine effektive Kühlung des Rotors und somit des mit dem Rotor verbundenen oder einstückig mit diesem ausgebildeten mindestens einen Verdrängungselements gewährleistet, so dass geringe Spalthöhen realisiert werden können. Eine derartige Rotorinnenkühlung ist konstruktiv sehr aufwändig und daher kostenintensiv.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schraubenvakuumpumpe zu schaffen, mit der ein hohes Vakuum von insbesondere weniger als 200 mbar und besonders bevorzugt weniger als 10 mbar erzielt werden kann, wobei auf eine Rotorinnenkühlung verzichtet werden kann.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Schraubenvakuumpumpe gemäß Anspruch 1.
-
Die erfindungsgemäße Schraubenvakuumpumpe weist ein Gehäuse auf, das einen Schöpfraum ausbildet, in dem die beiden Schraubenrotoren angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind das Gehäuse und die Rotoren aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Besonders bevorzugt ist hierbei als Aluminiumlegierung für das Gehäuse AlSi7Mg oder AlMg0,75Si. Insbesondere ist der Ausdehnungskoeffizient des Materials der Schraubenrotoren geringer als der Ausdehnungskoeffizient des Materials des Gehäuses. Besonders bevorzugt ist es, dass der Ausdehnungskoeffizient der Schraubenrotoren kleiner ist als 22·10–6 1/K, besonders bevorzugt kleiner als 20·10–6 1/K.
-
Die beiden in dem Schöpfraum angeordneten Schraubenrotoren weisen mindestens ein Verdrängungselement auf, das eine schraubenlinienförmige Ausnehmung aufweist. Die schraubenlinienförmigen Ausnehmungen bilden mehrere Windungen aus. Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Verdrängungselement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Bevorzugt ist es mindestens ein Verdrängungselement aus AlSi9Mg oder AlSi17Cu4Mg herzustellen. Besonders bevorzugt ist es, dass das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung einen geringen Ausdehnungskoeffizienten von insbesondere weniger als 22·10–6 1/K, insbesondere weniger als 20·10–6 1/K aufweist.
-
Besonders bevorzugt ist es, dass die Schraubenrotoren und insbesondere das mindestens eine Verdrängungselement je Schraubenrotor einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als das Gehäuse aufweist. Bevorzugt ist hierbei insbesondere, dass der Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses mindestens 5%, besonders bevorzugt mindestens 10% größer ist als derjenige der Schraubenrotoren bzw. des mindestens einen Verdrängungselements. Besonders bevorzugt ist es, dass die Legierung des Rotors einen hohen Silicium-Anteil von vorzugsweise mindestens 9%, besonders bevorzugt von mehr als 15% aufweist, um einen geringen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten zu realisieren.
-
Erfindungsgemäß sind die Schraubenrotoren und das mindestens eine vorgesehene Verdrängungselement derart ausgebildet, dass zwischen einem Bereich, in dem 5%–20% des Auslassdrucks herrschen, und dem druckseitigen Rotorende mindestens 6, insbesondere mindestens 8 und besonders bevorzugt mindestens 10 Windungen vorgesehen sind. Das druckseitige Rotorende ist hierbei der Bereich des Pumpenauslasses. Die erfindungsgemäß hohe Anzahl an Windungen in diesem Bereich kann hierbei in bevorzugter Ausführungsform bei einem einzigen je Rotor vorgesehenen druckseitigen Verdrängungselement vorgesehen sein. Möglich ist es jedoch auch, eine entsprechende Anzahl an Windungen in diesem druckseitigen Bereich, beispielsweise an zwei Verdrängungselementen vorzusehen. Durch Vorsehen einer erfindungsgemäß hohen Windungsanzahl in einem Bereich, in dem erfindungsgemäß sodann nur noch eine relativ geringe Kompression des zu fördernden Mediums je Windung erfolgt, ist es möglich, auf eine Rotorinnenkühlung zu verzichten. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass aufgrund der verhältnismäßig geringen Kompression in diesem Bereich die durch die Kompression hervorgerufene Temperaturerhöhung des Verdrängungselements geringer ist. Des Weiteren erfolgt ebenfalls aufgrund der relativ hohen Dichte des Mediums in diesem Bereich durch das geförderte Medium selbst eine gute Wärmeabfuhr von dem Verdrängungselement in das Pumpengehäuse.
-
Außerdem steht durch die hohe Zahl an Windungen eine große Oberfläche für den Wärmetausch zum Gehäuse zur Verfügung.
-
Besonders bevorzugt ist es, dass die mindestens 6, insbesondere mindestens 8 und besonders bevorzugt mindestens 10 Windungen in einem druckseitigen Verdrängungselement vorgesehen sind. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass das durch das druckseitige Verdrängungselement hervorgerufene Druckverhältnis (= Austrittsdruck/Zwischendruck vor dem druckseitigen Verdrängungselement) weniger als 20, insbesondere weniger als 10, und besonders bevorzugt weniger als 5 ist. Bei einer Verdichtung auf Atmosphärendruck am Pumpenauslass erfolgt somit durch die erfindungsgemäß letzten 6, insbesondere letzten 8 und besonders bevorzugt letzten 10 Windungen eine Verdichtung von 50 mbar auf 1.000 mbar bei einem Druckverhältnis von 20. Insofern erfolgt bei einem Druckverhältnis von 10 eine Verdichtung von 100 mbar auf 1.000 mbar und bei einem Druckverhältnis von 5 eine Verdichtung von 200 mbar auf 1.000 mbar.
-
Der Abstand zwischen einem Bereich, in dem 5%–20% des Auslassdrucks herrschen, bis zur letzten Windung in Förderrichtung, d. h. im Wesentlichen bis zum Pumpenauslass beträgt vorzugsweise mindestens 20%–30% der Rotorlänge. Dies hat wiederum den Vorteil, dass in einem relativ großen Bereich nur noch eine relativ geringe Kompression erfolgt. Dies bewirkt wiederum eine verhältnismäßig geringe Temperaturerhöhung aufgrund der geringen Kompression.
-
Des Weiteren ist es zur erfindungsgemäßen Ausgestaltung von Schraubenrotoren ohne Innenkühlung bevorzugt, dass das druckseitige Verdrängungselement an mindestens 6, insbesondere mindestens 8 und besonders bevorzugt mindestens 10 Windungen einen mittleren Arbeitsdruck von mehr als 50 mbar aufweist. Bei Enddruckbetrieb der Pumpe, d. h. bei geschlossenem Einlass wird an dieser Stelle der Pumpe ein (zeitlich gemittelter) Druck von 50 mbar erreicht.
-
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, auch bei Rotoren ohne Rotorinnenkühlung und bei einem Gehäuse aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung sowie mindestens einem Verdrängungselement aus Aluminium oder Aluminiumlegierung zwischen der Oberfläche des mindestens einen Verdrängungselements und der Innenseite des Schöpfraums insbesondere im druckseitigen Bereich einen Kalt-Spalt mit einer Höhe von 0,05 mm–0,3 mm und insbesondere 0,1 mm–0,2 mm vorzusehen. Eine derart verhältnismäßig große Spalthöhe kann aufgrund der erfindungsgemäßen, vorstehend beschriebenen Ausgestaltung der insbesondere 6, vorzugsweise 8 und besonders bevorzugt 10 letzten Windungen, vorgesehen werden.
-
Jedes Verdrängungselement weist vorzugsweise mindestens eine schraubenlinienförmige Ausnehmung auf, die über ihre gesamte Länge dieselbe Kontur aufweist. Die Konturen sind vorzugsweise je Verdrängungselement unterschiedlich. Das einzelne Verdrängungselement weist somit vorzugsweise eine konstante Steigung und eine gleichbleibende Kontur auf. Dies vereinfacht die Herstellung erheblich, so dass die Herstellungskosten stark gesenkt werden können.
-
Zur weiteren Verbesserung der Saugleistung ist die Kontur des saugseitigen Verdrängungselements, das heißt insbesondere des in Pumprichtung ersten Verdrängungselements vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet. Durch die asymmetrische Ausbildung der Kontur bzw. des Profils können die Flanken derart ausgestaltet werden, dass die Leckageflächen, die sogenannten Blaslöcher insbesondere vollständig verschwinden oder zumindest einen geringen Querschnitt aufweisen. Ein besonders geeignetes asymmetrisches Profil ist das sogenannte ”Quimby-Profil”. Ein derartiges Profil ist zwar relativ schwierig herzustellen, weist jedoch den Vorteil auf, dass kein durchgehendes Blasloch vorhanden ist. Ein Kurzschluss ist nur zwischen zwei benachbarten Kammern gegeben. Da es sich um ein asymmetrisches Profil mit unterschiedlichen Profilflanken handelt, sind für die Herstellung zumindest zwei Arbeitsschritte erforderlich, da die beiden Flanken aufgrund ihrer Asymmetrie in unterschiedlichen Arbeitsschritten hergestellt werden müssen.
-
Das druckseitige Verdrängungselement, insbesondere das in Pumprichtung letzte Verdrängungselement, ist vorzugsweise mit einer symmetrischen Kontur versehen. Die symmetrische Kontur hat insbesondere den Vorteil, dass die Herstellung einfacher ist. Insbesondere können beide Flanken mit symmetrischer Kontur durch einen rotierenden Fingerfräser oder durch einen rotierenden Scheibenfräser in einem Arbeitsschritt hergestellt werden. Derartige symmetrische Profile weisen zwar Blaslöcher auf, diese sind jedoch durchgehend, d. h. nicht nur zwischen zwei benachbarten Kammern vorgesehen. Die Größe des Blaslochs verringert sich bei Verringerung der Steigung. Insofern können derartige symmetrische Profile insbesondere bei dem druckseitigen Verdrängungselement vorgesehen werden, da diese in bevorzugter Ausführungsform eine kleinere Steigung als das saugseitige Verdrängungselement und vorzugsweise auch als das zwischen dem saugseitigen und dem druckseitigen Verdrängungselement angeordnete Verdrängungselemente aufweist. Wenngleich die Dichtigkeit derartiger symmetrischer Profile etwas geringer ist, weisen diese den Vorteil auf, dass die Herstellung deutlich einfacher ist. Insbesondere ist es möglich, das symmetrische Profil in einem einzigen Arbeitsschritt und vorzugsweise mit einem einfachen Fingerfräser oder Scheibenfräser herzustellen. Dies reduziert die Kosten erheblich. Ein besonders geeignetes symmetrisches Profil ist das sogenannte ”Zykloiden-Profil”.
-
Das Vorsehen mindestens zweier derartiger Verdrängungselemente führt dazu, dass die entsprechende Schraubenvakuumpumpe bei geringer Leistungsaufnahme niedrige Einlassdrücke erzeugen kann. Auch ist die thermische Belastung gering. Das Anordnen von mindestens zwei erfindungsgemäß ausgestalteten Verdrängungselementen mit konstanter Steigung und gleichbleibender Kontur in einer Vakuumpumpe führt zu im Wesentlichen gleichen Ergebnissen, wie bei einer Vakuumpumpe mit einem Verdrängungselement mit sich ändernder Steigung. Bei hohen eingebauten Volumenverhältnissen können je Rotor drei oder vier Vedrängungselemente vorgesehen werden.
-
Zur Verringerung des erzielbaren Einlassdrucks und/oder zur Verringerung der Leistungsaufnahme und/oder der thermischen Belastung weist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein druckseitiges, das heißt insbesondere in Pumprichtung letztes Verdrängungselement eine große Anzahl an Windungen auf. Durch eine hohe Anzahl an Windungen kann ein größerer Spalt zwischen dem Schraubenrotor und dem Gehäuse akzeptiert werden bei gleichbleibender Performance. Der Spalt kann hierbei eine Kalt-Spaltweite von 0,05–0,3 mm aufweisen. Eine große Anzahl an Auslasswindungen bzw. Anzahl an Windungen bei dem druckseitigen Verdrängungselement ist kostengünstig herstellbar, da erfindungsgemäß dieses Verdrängungselement eine konstante Steigung und vorzugsweise auch eine symmetrische Kontur aufweist. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich, so dass das Vorsehen einer größeren Anzahl an Windungen akzeptabel ist. Vorzugsweise weist dieses druckseitige bzw. letzte Verdrängungselement mehr als 6, insbesondere mehr als 8 und besonders bevorzugt mehr als 10 Windungen auf. Das Verwenden symmetrischer Profile hat in besonders bevorzugter Ausführungsform den Vorteil, dass beide Flanken des Profils mit einem Fräser gleichzeitig geschnitten werden können. Hierbei erfolgt zusätzlich ein Abstützen des Fräsers durch die jeweils gegenüberliegende Flanke, so dass ein Verformen bzw. Verbiegen des Fräsers während des Fräsvorgangs und hierdurch hervorgerufene Ungenauigkeiten vermieden sind.
-
Zur weiteren Reduzierung der Herstellungskosten ist es besonders bevorzugt, die Verdrängungselemente und die Rotorwelle einstückig auszubilden.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Steigungswechsel zwischen benachbarten Verdrängungselementen unstetig bzw. sprunghaft ausgebildet. Gegebenenfalls sind die beiden Verdrängungselemente in Längsrichtung in einem Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen zwei Verdrängungselementen eine umlaufende zylinderringförmige Kammer ausgebildet ist, die als Werkzeugauslauf dient. Dies ist insbesondere bei einstückig ausgebildeten Rotoren vorteilhaft, da das die Schraubenlinie herstellende Werkzeug in diesem Bereich auf einfache Weise herausgeführt werden kann. Sofern die Verdrängungselemente unabhängig voneinander hergestellt und sodann auf einer Welle montiert werden, ist das Vorsehen eines Werkzeugauslaufs, insbesondere eines derartigen ringzylindrischen Bereichs nicht erforderlich.
-
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen zwei benachbarten Verdrängungselementen am Steigungswechsel kein Werkzeugauslauf vorgesehen. In dem Bereich des Steigungswechsels weisen vorzugsweise beide Flanken eine Fehlstelle bzw. Ausnehmung auf, um das Werkzeug herausführen zu können. Eine derartige Fehlstelle hat keinen nennenswerten Einfluss auf die Verdichtungsleistung der Pumpe, da es sich um eine örtlich stark begrenzte Fehlstelle bzw. Ausnehmung handelt.
-
Der erfindungsgemäße Vakuumpumpen-Schraubenrotor weist insbesondere mehrere Verdrängungselemente auf. Diese können jeweils den gleichen oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Bevorzugt ist es hierbei, dass das druckseitige Verdrängungselement einen kleineren Durchmesser als das saugseitige Verdrängungselement aufweist.
-
Bei unabhängig von der Rotorwelle hergestellten Verdrängungselementen werden diese beispielsweise durch Presspassungen auf der Welle montiert.
-
Hierbei ist es bevorzugt, Elemente wie Passstifte zur Festlegung der Winkelposition der Verdrängungselemente zueinander vorzusehen.
-
Insbesondere bei der einstückigen Ausgestaltung des Schraubenrotors aber auch bei einer mehrstückigen Ausgestaltung ist es bevorzugt, diesen aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung herzustellen. Besonders bevorzugt ist es, den Rotor aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung insbesondere AlSi9Mg oder AlMg0,7Si herzustellen. Die Legierung hat vorzugsweise einen hohen Silicium-Anteil von vorzugsweise mehr als 9%, insbesondere mehr als 15%, um den Ausdehnungskoeffizienten zu verringern.
-
Das für die Rotoren verwendete Aluminium weist in einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einen geringen Ausdehnungskoeffizienten auf. Bevorzugt ist es, wenn das Material einen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 22·10–6 1/K, insbesondere von weniger als 20·10–6 1/K, aufweist. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche der Verdrängungselemente beschichtet, wobei insbesondere eine Beschichtung gegen Verschleiß und/oder Korrosion vorgesehen ist. Hierbei ist es bevorzugt eine anodische oder eine andere geeignete Beschichtung je nach Anwendungsgebiet vorzusehen.
-
Besonders bevorzugt ist es, dass der Schraubenrotor einstückig, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Der Schraubenrotor kann auch eine Rotorwelle aufweisen, die das mindestens eine Verdrängungselement trägt. Dies hat insbesondere beim Vorsehen mehrerer Verdrängungselemente den Vorteil, dass diese unabhängig voneinander hergestellt werden können und anschließend insbesondere durch Aufpressen oder Aufschrumpfen mit der Rotorwelle verbunden werden. Hierbei ist es möglich, zur Definition der Winkellage der einzelnen Verdrängungselemente Passfedern oder dergleichen vorzusehen. Die Rotorwelle kann aus Stahl hergestellt sein und das mindestens eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellte Verdrängungselement tragen.
-
Bei dem bevorzugten Vorsehen von mehreren Verdrängungselementen je Schraubenrotor ist es möglich, die Verdrängungselemente einstückig auszubilden.
-
Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, dass die Schraubenrotoren keine Rotorinnenkühlung aufweisen. Insofern ist es besonders bevorzugt, dass die Schraubenrotoren keine von insbesondere flüssigem Kühlmittel durchströmten Kanäle aufweisen. Die Schraubenrotoren können jedoch Bohrungen oder Kanäle, beispielsweise zur Gewichtsreduzierung, zum Wuchten oder dgl. aufweisen. Bevorzugt ist es insbesondere, dass die Schraubenrotoren massiv ausgebildet sind.
-
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass im Bereich der druckseitigen Verdrängungselemente, d. h. insbesondere im Bereich der letzten 6, bevorzugt letzten 8 und besonders bevorzugt letzten 10 Windungen zwischen den Verdrängungselementen und dem Gehäuse ein geringer Temperaturunterschied herrscht. In Normalbetrieb ist dieser Temperaturunterschied vorzugsweise kleiner als 50 K und insbesondere kleiner als 20 K. Unter Normalbetrieb wird der gesamte Ansaugdruckbereich vom Enddruck bis hin zu einem offenen Einlass (atmosphärisches Ansaugen) verstanden.
-
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Gehäuse im Bereich der druckseitigen Verdrängungselemente, d. h. insbesondere im Bereich der letzten 6, insbesondere letzten 8 und besonders bevorzugt letzten 10 Windungen eine mittlere Wärmestromdichte aufweist, die kleiner als 20.000 W/m2, vorzugsweise kleiner als 15.000 W/m2 und insbesondere kleiner als 10.000 W/m2 ist. Die mittlere Wärmestromdichte ist das Verhältnis aus Verdichtungsleistung zur Wandfläche des Auslassbereichs.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Schraubenrotors der erfindungsgemäßen Schraubenvakuumpumpe,
-
2 eine schematische Draufsicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Schraubenrotors der erfindungsgemäßen Schraubenvakuumpumpe,
-
3 eine schematische Schnittansicht von Verdrängungselementen mit asymmetrischem Profil,
-
4 eine schematische Schnittansicht von Verdrängungselementen mit symmetrischem Profil, und
-
5 eine schematische Schnittansicht einer Schraubenvakuumpumpe.
-
Die in den 1 und 2 dargestellten Schraubenrotoren können in einer erfindungsgemäßen Schraubenvakuumpumpe, wie in 5 dargestellt, eingesetzt werden.
-
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des Vakuumpumpen-Schraubenrotors weist der Rotor zwei Verdrängungselemente 10, 12 auf. Ein erstes saugseitiges Verdrängungselement 10 weist eine große Steigung von ca. 50–150 mm/Umdrehung auf. Die Steigung ist über das gesamte Verdrängungselement 10 konstant. Auch die Kontur der schraubenlinienförmigen Ausnehmung ist konstant. Das zweite druckseitige Verdrängungselement 12 weist über seine Länge wiederum eine konstante Steigung und eine konstante Kontur der Ausnehmung auf. Die Steigung des druckseitigen Verdrängungselements 12 liegt vorzugsweise im Bereich von 10–30 mm/Umdrehung. Zwischen den beiden Verdrängungselementen ist eine ringzylindrische Ausnehmung 14 vorgesehen. Diese dient dazu, das aufgrund der einstöckigen Ausgestaltung des in 1 dargestellten Schraubenrotors ein Werkzeugauslauf realisiert ist.
-
Ferner weist der einstückig ausgebildete Schraubenrotor zwei Lagersitze 16 und ein Wellenende 18 auf. Mit dem Wellenende 18 wird beispielsweise ein Zahnrad zum Antrieb verbunden.
-
Bei der in 2 dargestellten zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Verdrängungselemente 10, 12 gesondert hergestellt und sodann auf einer Rotorwelle 20 beispielsweise durch Aufpressen fixiert. Diese Herstellung ist zwar etwas aufwendiger, jedoch ist der zylindrische Abstand 14 zwischen zwei benachbarten Verdrängungselementen 10, 12 als Werkzeugauslauf nicht erforderlich. Die Lagersitze 16 und die Wellenenden 18 können integraler Bestandteil der Welle 20 sein. Die durchgehende Welle 20 kann auch aus einem anderen sich von den Verdrängungselementen 10, 12 unterscheidenden Werkstoff hergestellt sein.
-
3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines asymmetrischen Profils (z. B. ein Quimby-Profil). Bei dem dargestellten asymmetrischen Profil handelt es sich um ein sogenanntes ”Quimby-Profil”. Die Schnittansicht zeigt zwei Schraubenrotoren, die miteinander kämmen und deren Längsrichtung senkrecht zur Zeichenebene ist. Die gegenläufige Drehung der Rotoren ist durch die beiden Pfeile 15 angedeutet. Bezogen auf eine senkrecht zur Längsachse der Verdrängungselemente verlaufenden Ebene 17 sind die Profile der Flanken 19 und 21 je Rotor unterschiedlich ausgestaltet. Die einander gegenüberliegenden Flanken 19, 21 müssen somit unabhängig voneinander hergestellt werden. Die daher zwar etwas aufwändigere und schwierigere Herstellung hat jedoch den Vorteil, dass kein durchgehendes Blasloch vorhanden ist, sondern lediglich zwischen zwei benachbarten Kammern ein Kurzschluss besteht.
-
Ein derartiges asymmetrisches Profil ist vorzugsweise bei dem saugseitigen Verdrängungselement 10 vorgesehen.
-
Die schematische Schnittansicht in 4 zeigt wiederum einen Querschnitt zweier Verdrängungselemente bzw. zweier Schraubenrotoren, die wiederum gegenläufig rotieren (Pfeile 15). Bezogen auf die Symmetrieachse 17 sind die Flanken 23 je Verdrängungselement symmetrisch ausgebildet. Bei dem in 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel einer symmetrisch ausgestalteten Kontur handelt es sich um ein Zykloiden-Profil.
-
Ein symmetrisches Profil, wie in 4 dargestellt, ist vorzugsweise bei den druckseitigen Verdrängungselementen 12 vorgesehen.
-
Ferner ist es möglich, dass mehr als zwei Verdrängungselemente vorgesehen sind. Diese können ggf. auch unterschiedliche Kopfdurchmesser und entsprechende Fußdurchmesser aufweisen. Hierbei ist es bevorzugt, dass ein Verdrängungselement mit größerem Kopfdurchmesser am Einlass, d. h. saugseitig angeordnet ist, um in diesem Bereich ein größeres Saugvermögen zu realisieren und/oder das eingebaute Volumenverhältnis zu vergrößern. Ferner sind Kombinationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen möglich. Beispielsweise können ein oder mehrere Verdrängungselemente einstückig mit der Welle oder ein zusätzliches Verdrängungselement unabhängig von der Welle hergestellt und sodann auf der Welle montiert werden.
-
In der in 5 dargestellten schematischen Ansicht einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform einer Schraubenvakuumpumpe sind zwei Schraubenrotoren, wie in 1 dargestellt, in einem Gehäuse 26 angeordnet. Das Vakuumpumpen-Gehäuse 26 weist einen Einlass 28 auf, durch den Gas in Richtung eines Pfeils 30 eingesaugt wird. Der Einlass 28 ist beispielsweise mit einer zu evakuierenden Kammer verbunden. Ferner weist das Pumpengehäuse 26 einen druckseitigen Auslass 32 auf, durch den das Gas in Richtung eines Pfeils 38 ausgestoßen wird. Vorzugsweise pumpt die erfindungsgemäße Schraubenvakuumpumpe unmittelbar gegen Atmosphäre, so dass mit dem Auslass 32 keine Vorvakuumpumpe mehr verbunden ist, wobei dies auch möglich ist.
-
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die beiden druckseitigen Verdrängungselemente 12 je Schraubenrotor 10 Windungen auf. Insbesondere herrscht in einem Bereich 40, d. h. in einem Bereich der in Förderrichtung ersten Windung des druckseitigen Verdrängungselements 12 ein Druck von 5%–20% des am Auslass 32 herrschenden Drucks.
-
Zwischen den Oberflächen 42 der beiden druckseitigen Verdrängungselemente 12 und einer Innenfläche 44 eines durch das Pumpengehäuse 26 ausgebildeten Schöpfraums 46 ist ein Spalt ausgebildet, dessen Höhe vorzugsweise im Bereich von 0,05 mm–0,3 mm und insbesondere im Bereich von 0,1 mm–0,2 mm liegt.
-
Das Vakuumpumpengehäuse 26 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei Gehäusedeckeln 47 verschlossen. Der in 4 linke Gehäusedeckel 47 weist zwei Lageraufnahmen auf, in denen jeweils ein Kugellager 48 zur Lagerung der beiden Rotorwellen angeordnet ist. Auf der in 4 rechten Seite ragen die Zapfen 50 der beiden Schraubenrotorwellen durch die Deckel 47 hindurch. Auf der Außenseite ist auf den beiden Wellenzapfen 50 jeweils ein Zahnrad 52 angeordnet. Die beiden Zahnräder 52 kämmen im dargestellten Ausführungsbeispiel miteinander, um die beiden Schraubenrotoren miteinander zu synchronisieren. Ferner sind auch in dem in 4 rechten Deckel 47 zwei Lager 48 zur Lagerung der Schraubenrotoren angeordnet.
-
Bei der in 5 unteren Welle handelt es sich um die Antriebswelle, die mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist.
-
Besonders gute Ergebnisse gemäß der Erfindung konnten bei nachfolgender Ausgestaltung erzielt werden, die daher besonders bevorzugt ist:
| Werkstoff Gehäuse | AlSi7Mg (Guss, Ausdehnungskoeffizient 22·10–6 K–1 oder AlMg0,7Si (Strangpress, Ausdehnungskoeffizient 23·10–6 K–1) |
| Werkstoff Rotor | AlSi9Mg (Guss, Ausdehnungskoeffizient 21·10–6 K–1) oder AlSi17Cu4Mg (Guss, Ausdehnungskoeffizient 18·10–6 K–1 |
| Siliciumanteil Rotor | mindestens 9%, besonders bevorzugt mehr als 15% |
| Wärmeausdehnungskoeffizient Gehäuse/Rotor | mindestens 5% größer, besonders bevorzugt 10% größer |
Zwischendruck zwischen dem saugseitigen und dem druckseitigen Verdrängungselement:
-
Druckverhältnis
-
Auslassdruck/Zwischendruck
-
Besonders bevorzugt weniger als:
-
Insbesondere weniger als
weniger als
| Kaltspalt Höhe | 0,05 mm–0,3 mm |
| | Besonders bevorzugt 0,1 mm–0,2 mm |
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-