[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Schraubenvakuumpumpe,
mit wenigstens einem Rotor, der zum Fördern eines Prozessgases in Rotation versetzbar
ist, einem Ölsystem zur Schmierung und/oder Temperierung des Rotors und/oder eines
Getriebes, einer oder mehreren Scheiben, die derart angeordnet sind, dass die jeweilige
Scheibe im Betrieb der Vakuumpumpe in eine Ölfüllung des Ölsystems eingetaucht ist
und mit dem Rotor und/oder einem Getriebeelement rotiert, und einem Wärmetauscher
für das Ölsystem, der derart angeordnet ist, dass er im Betrieb der Vakuumpumpe zumindest
teilweise in der Ölfüllung angeordnet ist.
[0002] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vakuumpumpe.
[0003] Viele Arten von Vakuumpumpen erfordern eine wirksame Kühlung. Dies gilt insbesondere
für Schraubenvakuumpumpen, da sie allgemein eine hohe Leistungsdichte und entsprechend
hohe Wärmeproduktion aufweisen. Die Kühlung wird häufig durch ein Ölsystem unterstützt,
welches vorteilhafter Weise zudem der Schmierung von beweglichen Komponenten, wie
etwa Rotoren und Getriebeelementen, dient. Die Wärmeabfuhr erfolgt beispielsweise
über ein Gehäuse oder über einen Wärmetauscher, der insbesondere in einer Ölfüllung
des Ölsystems angeordnet ist.
[0004] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Temperierung einer Vakuumpumpe der eingangs
genannten Art zu verbessern.
[0005] Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen
gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Scheibe oder die Scheiben dazu ausgebildet
und angeordnet sind, infolge ihrer Rotation eine zumindest im Wesentlichen unidirektionale
Strömung in der Ölfüllung zumindest im Bereich des Wärmetauschers zu bewirken.
[0006] Hierdurch wird der Wärmeübergang zwischen Ölfüllung und Wärmetauscher verbessert.
Dies gilt insbesondere im Gegensatz zu einer verwirbelten Strömung oder zu einer Situation,
in der verschiedene Strömungsrichtungen im Öl ausgebildet sind, sodass der Wärmeaustausch
nicht den vollen Strömungsweg entlang des Wärmetauschers ausnutzen kann.
[0007] Ein weiterer Vorteil zeigt sich insbesondere im Vergleich zu einer Vakuumpumpe, bei
der die Wärme der Ölfüllung zumindest auch über einen die Ölfüllung haltenden Gehäuseabschnitt
abgeführt wird. Dabei wird üblicherweise Öl durch eine rotierende Scheibe spritzend
über eine Innenwand des Gehäuses verteilt. Dies erfordert jedoch eine Mindestdrehzahl,
da ein Ablösen von Öltropfen erst ab einer gewissen Zentrifugalkraft erfolgt. Bei
der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe wird die Wärme auch ohne Spritzen wirksam abgeführt.
Die Temperierung dieser Vakuumpumpe ist folglich im Wesentlichen drehzahlunabhängig
oder zumindest auch bei niedrigen Drehzahlen relativ wirksam. Insbesondere in Verbindung
mit einem Frequenzumrichter für einen Rotormotor ist hierdurch eine besondere Drehzahlflexibilität
ermöglicht, was auch die Anwendung der Pumpe deutlich flexibilisiert.
[0008] Nicht zuletzt kann durch die erfindungsgemäß verbesserte Anströmung des Wärmetauschers
auch dessen Größe gegenüber einem solchen ohne verbesserte Anströmung verringert werden.
Hierdurch können Bauraum und Kosten eingespart werden.
[0009] Der Begriff "unidirektional" bedeutet in diesem Zusammenhang nicht notwendigerweise,
dass die Strömung nur gerade verlaufen darf. Vielmehr kann der Strömungsverlauf auch
entlang einer recht komplexen, insbesondere geschwungenen und/oder kreisförmigen,
Bahn verlaufen, solange sie entlang dieser Bahn zumindest im Wesentlichen nur in einer
Richtung verläuft. Die Strömung kann folglich beispielsweise auch im Wesentlichen
eine Kreisbahn aufweisen, welche zur Form der Scheibe korrespondiert, insbesondere
zu dieser konzentrisch verläuft.
[0010] Erfindungsgemäß wird also eine Strömung erzeugt, die nur in eine Richtung verläuft.
Eine gegenläufige Strömung, welche insbesondere durch andere in die Ölfüllung eingetauchte
und gegenläufig rotierende Teile bewirkt wird, und große, chaotische Turbulenzen,
insbesondere wenn sie durch eine gegenläufige Strömung erzeugt werden, sollen dagegen
vermieden werden. Zum Erreichen der erfindungsgemäßen Vorteile muss aber nicht notwendigerweise
eine laminare Strömung vorliegen, solange die Strömung insgesamt bzw. makroskopisch
im Wesentlichen unidirektional im Bereich, insbesondere entlang, des Wärmetauschers
verläuft. Innerhalb der unidirektionalen Strömung ist eine turbulente Strömung sogar
besonders vorteilhaft für den Wärmeübergang.
[0011] Erfindungsgemäß wird also die unidirektionale Strömung im Bereich des Wärmetauschers
erzeugt, wodurch die Kapazitäten des Wärmetauschers besonders gut ausgenutzt werden
können. Es können grundsätzlich auch weitere Wärmetauscher, insbesondere jeweils mit
eigener unidirektionaler Strömung vorgesehen sein.
[0012] So können beispielsweise eine zweite Ölfüllung und ein darin angeordneter zweiter
Wärmetauscher vorgesehen sein. In diesem Fall kann beispielsweise auch durch eine
weitere Scheibe eine zweite unidirektionale Strömung im Bereich des Wärmetauschers
erzeugt werden, um auch dort für eine besonders gute Wärmeabfuhr zu sorgen. Erste
und zweite Ölfüllung bzw. erster und zweiter Wärmetauscher können vorteilhaft an gegenüberliegenden
Rotorenden vorgesehen sein.
[0013] Ferner kann beispielsweise ein dritter Wärmetauscher, wobei die Angabe "dritter"
nur der Differenzierbarkeit dient und dabei kein "zweiter" Wärmetauscher erforderlich
ist, in der ersten Ölfüllung vorgesehen sein und in dessen Bereich beispielsweise
auch eine zweite Strömung ausgebildet werden, die zu derjenigen des ersten Wärmetauschers
gegenläufig ist, solange die zweite Strömung nicht im Bereich des ersten Wärmetauschers
verläuft oder dort zumindest auf ein unwesentliches Maß reduziert ist. So kann an
beiden Wärmetauschern jeweils eine unidirektionale Strömung erzeugt und ein besonders
effektiver Wärmeaustausch realisiert werden.
[0014] Die erfindungsgemäße Scheibe ist allgemein durch ein in die Ölfüllung eingetauchtes
und mit Rotor und/oder Getriebeelement rotierendes Bauteil gebildet, das eine gewisse
radiale Erstreckung aufweist. Die Scheibe kann somit beispielsweise auch durch ein,
insbesondere am Rotor angeordnetes, Zahnrad gebildet sein. Insbesondere ist die Scheibe
aber kein Zahnrad, sondern insbesondere ein hiervon separates Bauteile, welches aber
beispielsweise an einem Zahnrad befestigt sein kann. Bei einer vom Zahnrad separaten
Scheibe ist es besonders vorteilhaft, wenn das oder die Zahnräder so angeordnet sind,
dass sie im Betrieb nicht in die Ölfüllung eingetaucht sind. Grundsätzlich kann die
Scheibe beispielsweise einteilig mit oder separat vom Rotor ausgebildet sein.
[0015] Die Scheibe muss nicht als geschlossenes Flächenelement ausgebildet sein. Beispielsweise
kann sie auch Öffnungen aufweisen, beispielsweise sogar als Speichenrad ausgebildet
sein.
[0016] Zur Erzeugung der unidirektionalen Strömung ist die Pumpe insbesondere frei von einer
gegenläufig in derselben Ölfüllung rotierenden Scheibe, zumindest im Bereich des Wärmetauschers.
Es können aber auch zwei oder mehrere Scheiben vorgesehen sein, die insbesondere zur
gleichläufigen, insbesondere synchronen und/oder parallelen, Rotation mit der ersten
Scheibe angeordnet und/oder ausgebildet sein können. Zwei oder mehrere Scheiben können
beispielsweise am selben Rotor und/oder Getriebeelement vorgesehen sein, wodurch auf
einfache Weise eine Gleichläufigkeit und eine Synchronität realisiert werden kann.
[0017] Grundsätzlich kann die unidirektionale Strömung beispielsweise dadurch bewirkt werden,
dass alle in die Ölfüllung eingetauchten Scheiben, insbesondere alle eingetauchten,
rotierenden Bauteile, zur gleichläufigen Rotation angeordnet sind.
[0018] Der Wärmetauscher kann vorteilhafter Weise als separates Teil ausgebildet sein, und
insbesondere lösbar in der Ölfüllung bzw. einer hierfür vorgesehen Kammer befestigbar
sein. Eine Kammer für die Ölfüllung kann grundsätzlich beispielsweise durch einen
Gehäuseabschnitt gebildet sein. Insbesondere kann der, insbesondere erste, Gehäuseabschnitt
derart ausgeführt sein, dass er separat von einem zweiten Gehäuseabschnitt für einen
pumpaktiven Teilbereich der Pumpe und/oder separat von einem dritten Gehäuseabschnitt
für einen Antriebsmotor der Pumpe ausgebildet ist, wobei die Angaben "zweiter" und
"dritter" wiederum nur der Differenzierbarkeit dienen. Der erste Gehäuseabschnitt
kann bei einem vorteilhaften Beispiel zwischen einem zweiten Gehäuseabschnitt für
einen pumpaktiven Teilbereich und einem dritten Gehäuseabschnitt für einen Antriebsmotor
vorgesehen sein. Alternativ kann der Wärmetauscher beispielsweise als Teil eines zweiten
oder dritten Gehäuseabschnitts ausgebildet sein.
[0019] Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vakuumpumpe einen Gehäuseabschnitt
für die Ölfüllung umfasst und der Gehäuseabschnitt eine Öffnung, insbesondere Montageöffnung,
aufweist, durch die der Wärmetauscher in den Gehäuseabschnitt eingebracht oder einbringbar,
insbesondere eingesteckt oder einsteckbar, und/oder herausnehmbar ist.
[0020] Der Wärmetauscher kann beispielsweise an einem Umfangsbereich und/oder Flansch der
Öffnung, insbesondere dichtend und/oder verschließend, befestigt oder befestigbar
sein. Der Wärmetauscher kann zu diesem Zweck beispielsweise einen Befestigungsflansch
aufweisen. Zur Dichtung kann beispielsweise ein O-Ring vorgesehen sein, insbesondere
zwischen einem Befestigungsflansch des Wärmetauschers und dem Umfangsbereich und/oder
Flansch der Öffnung.
[0021] Der Wärmetauscher kann beispielsweise wenigstens einen, insbesondere einen Zufuhr-
und einen Abführ-, Anschluss für ein Wärmeaustauschfluid aufweisen, wobei der Anschluss
insbesondere eines Gehäuseabschnitts für die Ölfüllung angeordnet sind kann. Der Anschluss
kann vorteilhafter Weise abgewinkelt ausgeführt sein. Dies ermöglicht die Einsparung
von Bauraum.
[0022] Gemäß einer Weiterbildung erstreckt sich der Wärmetauscher entlang einer Längsachse,
und ist insbesondere länglich ausgebildet. Ein besonders guter Wärmeaustausch ergibt
sich, wenn ein Wärmeübergangskörper des Wärmetauschers eine Länge aufweist, die mindestens
doppelt so groß, insbesondere mindestens dreimal so groß ist wie eine Breite des Wärmeübergangskörpers.
Die Scheibe kann vorteilhafter Weise parallel zu der Längsachse des Wärmetauschers
angeordnet sein, insbesondere sodass die Strömung in der Ölfüllung im Wesentlichen
längs des Wärmetauschers verläuft.
[0023] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umschließt der Wärmetauscher die
Scheibe zumindest teilweise. Der Wärmetauscher kann dabei beispielsweise ringförmig,
oval oder rechteckig ausgebildet sein. Wenn mehrere gleichläufige Scheiben vorgesehen
sind, kann insbesondere wenigstens eine vom Wärmetauscher umschlossen sein und wenigstens
eine neben dem Wärmetauscher angeordnet sein.
[0024] Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein herausnehmbarer Wärmetauscher zum
Herausnehmen kippbar ist, z.B. um das vorstehend beschriebene Umschließen der Scheibe
aufzuheben und den Wärmetauscher ohne Demontage der Scheibe herausnehmen zu können.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein Deckel und/oder Gehäuseabschnitt
für die Ölfüllung kippbar ist, beispielsweise um das vorstehend beschriebene Umschließen
der Scheibe aufzuheben und den Wärmetauscher mit dem Gehäuseabschnitt ohne Demontage
der Scheibe herausnehmen zu können.
[0025] Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Wärmetauscher eine Leitung für ein Wärmeaustauschfluid
auf. Die Leitung kann beispielsweise um die Scheiben herum verlaufen und/oder diese
umschließen. Alternativ oder zusätzlich kann die Leitung zumindest im Wesentlichen
längs der durch die Scheibe hervorgerufenen Strömung verlaufen.
[0026] Die Pumpe kann beispielsweise auch zwei Rotoren aufweisen, wobei insbesondere lediglich
einer wenigstens eine Scheibe trägt. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die
Vakuumpumpe zwei parallel angeordnete und durch ein Getriebe gekoppelte Rotoren umfasst,
von denen im Bereich des Wärmetauschers lediglich einer wenigstens eine Scheibe zur
Rotation in der Ölfüllung trägt.
[0027] Die Vakuumpumpe kann beispielsweise als Schraubenvakuumpumpe mit zwei Schraubenrotoren
oder als Wälzkolbenpumpe mit zwei Wälzkolbenrotoren ausgebildet sein, wobei insbesondere
nur ein Rotor im Bereich des Wärmetauschers und/oder an einem Rotorende wenigstens
eine Scheibe trägt und/oder zur Rotation antreibt.
[0028] Bei einer Weiterbildung ist der Wärmetauscher Teil eines Temperierungssystems für
den Wärmetauscher. Das Temperierungssystem kann beispielsweise eine Kühleinrichtung
aufweisen, beispielsweise einen weiteren Wärmetauscher zum Wärmeaustausch mit der
Umgebungsluft. Das Temperierungssystem kann z.B. alternativ oder zusätzlich eine Heizeinrichtung
umfassen. Hierdurch können die Pumpe, der Rotor und/oder ein Getriebe im Bereich des
Wärmetauschers vorteilhaft und schnell auf eine gewünschte Betriebstemperatur aufgeheizt
werden. Außerdem bedarf es keiner zusätzlichen Komponenten am Pumpengehäuse, insbesondere
an einem Gehäuseabschnitt der Ölfüllung. Das Temperierungssystem kann insbesondere
eine Steuerung oder eine Regelung, insbesondere in Verbindung mit einem Temperatursensor,
aufweisen. Somit lassen sich gewünschte Betriebstemperaturen, insbesondere in besonderen
Betriebszuständen, wie z.B. beim Anfahren der Pumpe, im Enddruckbetrieb, bei Volllast
und/oder bei Förderung schwerer Gase, vorteilhaft einstellen.
[0029] Der Wärmetauscher kann beispielsweise einen, insbesondere länglichen, Wärmeübergangskörper
aufweisen. Der Wärmeübergangskörper kann zwecks vorteilhaften Wärmeaustauschs einen
Aluminiumwerkstoff, insbesondere Aluminiumguss-Werkstoff, umfassen. Alternativ oder
zusätzlich kann beispielsweise wenigstens eine Leitung für ein Wärmeaustauschfluid
vorgesehen sein, wobei die Leitung einen Edelstahl aufweist. Insbesondere kann die
Leitung im Wärmeübergangskörper vergossen sein.
[0030] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Öffnung für den
Wärmetauscher zumindest im Wesentlichen an einer tiefsten Stelle eines Innenraums
und/oder einer Ölkammer eines Gehäuseabschnitts für die Ölfüllung angeordnet ist.
Die Öffnung kann somit als Ölablassöffnung verwendet werden, sodass auf eine hierfür
vorgesehene, weitere Öffnung, insbesondere mit separater Ölablassschraube, verzichtet
werden kann. Insbesondere ist also keine weitere Ölablassöffnung an dem Gehäuseabschnitt
und/oder für dessen Ölfüllung vorgesehen. Der Gehäuseabschnitt kann dabei, insbesondere
leicht, asymmetrisch ausgebildet sein, insbesondere um ein Abfließen des Öls zu verbessern.
[0031] Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Magnet am Wärmetauscher,
insbesondere in der Ölfüllung, angeordnet ist. Die Verwendung von Magneten zum Sammeln
von im Öl befindlichen Abriebpartikeln ist grundsätzlich bekannt. Durch die Anordnung
am Wärmetauscher in Verbindung mit der hier durch die Erfindung bewirkten unidirektionalen
Strömung ergibt sich allerdings eine äußerst hohe Effektivität des Magneten bei der
Partikelsammlung, da er somit zumindest im Wesentlichen unmittelbar in der Strömung
liegt. Es passiert folglich besonders viel Öl pro Zeit den Magneten und kann seine
Abriebpartikel an ihn abgeben. Hierdurch kann das Öl deutlich sauberer gehalten und
die Lebensdauer der Pumpe verbessert werden. Wenn beispielsweise der Wärmetauscher
zusätzlich lösbar und/oder herausnehmbar ausgebildet ist, lässt sich der Magnet besonders
einfach, insbesondere ohne weitere Demontage der Pumpe, mit dem Wärmetauscher herausnehmen
und von den gesammelten Abriebpartikeln reinigen. Dies vereinfacht die Wartung der
Pumpe und reduziert die hiermit verbundenen Kosten erheblich.
[0032] Z.B. zum Zwecke einer Teilanmeldung wird hier und im hierauf gerichteten, unabhängigen
Vorrichtungsanspruch der vorangehende Aspekt auch als von der Erfindung des Anspruchs
1 unabhängiger Aspekt offenbart. Demnach wird eine Vakuumpumpe, insbesondere Schraubenvakuumpumpe,
vorgeschlagen mit wenigstens einem Rotor, der zum Fördern eines Prozessgases in Rotation
versetzbar ist, einem Ölsystem zur Schmierung und/oder Temperierung des Rotors und/oder
eines Getriebes, und einem Wärmetauscher für das Ölsystem, der insbesondere derart
angeordnet ist, dass er im Betrieb der Vakuumpumpe zumindest teilweise in einer Ölfüllung
des Ölsystems angeordnet ist, wobei wenigstens ein Magnet am Wärmetauscher angeordnet
ist. Dies ermöglicht eine besonders gute Agglomeration von im Öl befindlichen Abriebpartikeln.
Außerdem wird die Wartung vereinfacht, da die Magneten zusammen mit dem Wärmetauscher
gewartet werden können. Diese Vakuumpumpe lässt sich vorteilhaft im Sinne aller hierin
beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale weiterbilden, insbesondere grundsätzlich
auch ohne Scheiben und/oder unidirektionale Strömung im Bereich des Wärmetauschers,
wobei diese Merkmale aber zusätzlich vorgesehen sein können, um die hiermit verbundenen
Vorteile zu erreichen.
[0033] Die Scheibe kann allgemein beispielsweise einen Zulaufbereich, einen Längslaufbereich
und/oder einen Ablaufbereich, insbesondere zumindest einen Zu- und einen Ablaufbereich
am Wärmetauscher für die Ölströmung definieren. Hierunter sind allgemein Bereiche
zu verstehen, in denen die Strömung im Wesentlich zum Wärmetauscher hin, längs des
Wärmetauschers bzw. vom Wärmetauscher wegfließt.
[0034] Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Magnet in einem dieser Bereiche,
insbesondere im Zulauf- und/oder im Ablaufbereich, angeordnet ist. Hierdurch lässt
sich die Partikelsammlung weiter verbessern. Bei einem besonders vorteilhaften Beispiel
ist je wenigstens ein Magnet im Zu- und im Ablaufbereich und/oder bei einem länglichen
Wärmetauscher an jeweiligen Endbereichen vorgesehen.
[0035] Des Weiteren kann der Wärmetauscher und/oder ein Wärmeübergangskörper eine Mehrzahl
an Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen aufweisen, die zumindest im Wesentlichen entlang
eines durch die Scheibe hervorgerufenen Strömungsverlaufs ausgerichtet sind. Ausnehmungen
und Vorsprünge sind grundsätzlich zu dem Zweck bekannt, die Oberfläche eines Wärmeübergangskörpers
zu erhöhen, um den Wärmeübergang zu verbessern. Bei dem hier beschriebenen Beispiel
übernehmen die Ausnehmungen bzw. Vorsprünge zusätzlich eine strömungsleitende Funktion,
was die Qualität, insbesondere Homogenität, der Strömung im Hinblick auf den Wärmeübergang
weiter verbessert. Außerdem bewirkt die hier beschriebene Ausrichtung der Ausnehmungen
bzw. Vorsprünge, dass die Geometrie des Wärmetauschers oder Wärmeübergangskörpers
der Strömung nur einen relativ geringen Widerstand entgegensetzt, was ebenfalls die
Strömungsqualität und insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit verbessert, sodass
im Ergebnis ein besonders guter Wärmeübergang ermöglicht ist.
[0036] Derartige Vorsprünge können beispielsweise als Rippen und/oder Finnen ausgebildet
sein. Die Ausnehmungen und/oder Vorsprünge können insbesondere an einem Wärmeübergangskörper
des Wärmetauschers vorgesehen sein und/oder in einem Zulaufbereich und/oder einem
Ablaufbereich für die Strömung. Vorteilhafterweise kann sich eine jeweilige Ausnehmung
oder ein jeweiliger Vorsprung mit einer Längserstreckung entlang des Strömungsverlaufs
erstrecken.
[0037] Bei einer Weiterbildung sind die Ausnehmungen und/oder Vorsprünge oben und/oder unten
bzw. an einer Oberseite und/oder Unterseite des Wärmetauschers oder eines Wärmeübergangskörpers
in Bezug auf eine vorgesehene Betriebslage der Vakuumpumpe am Wärmetauscher oder am
Wärmeübergangskörper angeordnet. Diese Anordnung ist einerseits strömungstechnisch
besonders günstig und andererseits besonders einfach, beispielsweise in einem Gießprozess,
herzustellen.
[0038] Die oder ein Teil der Ausnehmungen und/oder Vorsprünge kann beispielsweise schräg
in Bezug auf eine Längsachse des, insbesondere länglich ausgebildeten, Wärmetauschers
angeordnet sein, beispielsweise mit einem Winkel von höchstens 45° zur Längsachse.
Die schräge Anordnung wirkt sich insbesondere in einem Zu- und/oder Ablaufbereich
vorteilhaft aus.
[0039] Insbesondere können mehrere Ausnehmungen und/oder Vorsprünge unterschiedlich schräg
in Bezug auf die Längsachse ausgerichtet sein. Beispielsweise können Winkel von Ausnehmungen
und/oder Vorsprüngen, welche entlang der Längsachse unterschiedlich positioniert sind,
in Bezug auf die Längsachse unterschiedlich sein, insbesondere entlang der Längsachse
abgestuft sein und/oder zu einer Mitte von Scheibe und/oder Wärmübergangskörper hin
abnehmen. Diese Maßnahmen verbessern strömungsleitende Funktion und Wärmeübergang
weiter.
[0040] Es sind beispielsweise auch pfeilförmig und/oder zulaufend angeordnete Paare von
Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen denkbar. Beispielsweise können von zwei, insbesondere
in Längsrichtung gleich positionierten, Ausnehmungen oder Vorsprüngen jeweils eines
oben und unten am Wärmetauscher angeordnet sein, wobei sie insbesondere schräg zulaufend
angeordnet sind.
[0041] Grundsätzlich können, insbesondere strömungsleitende und/oder -unterstützende Ausnehmungen
und/oder Vorsprünge auch an anderen Bauteilen vorgesehen sein, insbesondere einem
Gehäuseabschnitt für die Ölfüllung und/oder an benachbarten Gehäuseabschnitten, wie
z.B. einem Lagerschild, einem Zwischenflansch und oder einem Motorgehäuse.
[0042] Ganz generell können also Geometrien von Wärmetauscher und/oder nahegelegenen Bauteilen
vorteilhafterweise an eine Form der Scheibe angepasst sein und/oder dieser entsprechen,
insbesondere im Wesentlichen eine zur Scheibe konzentrische Ringbahn für eine Ölströmung
definieren.
[0043] Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe,
insbesondere Schraubenvakuumpumpe, nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst.
Dabei umfasst die Vakuumpumpe: (i) wenigstens einen Rotor, der zum Fördern eines Prozessgases
in Rotation versetzt wird, (ii) ein Ölsystem zur Schmierung und/oder Temperierung
des Rotors und/oder eines Getriebes, (iii) eine oder mehrere Scheiben, die derart
angeordnet sind, dass die jeweilige Scheibe in eine Ölfüllung des Ölsystems eingetaucht
ist und mit dem Rotor und/oder einem Getriebeelement rotiert, und (iv) einem Wärmetauscher
für das Ölsystem, der derart angeordnet ist, dass er zumindest teilweise in der Ölfüllung
angeordnet ist, wobei die Scheibe oder die Scheiben infolge ihrer Rotation eine zumindest
im Wesentlichen unidirektionale Strömung in der Ölfüllung im Bereich des Wärmetauschers
bewirken.
[0044] Die hier beschriebenen, unabhängigen Aspekte können selbstverständlich im Sinne der
beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der jeweils anderen Aspekte vorteilhaft
weitergebildet werden.
[0045] Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft anhand der schematischen Zeichnung
erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine Schraubenvakuumpumpe in perspektivischer Ansicht.
- Fig. 2
- zeigt die Schraubenvakuumpumpe der Fig. 1 in einer Draufsicht.
- Fig. 3
- zeigt die Schraubenvakuumpumpe der Fig. 1 und 2 in einer Seitenansicht.
- Fig. 4
- zeigt eine Schnittansicht der Schraubenvakuumpumpe entlang einer in Fig. 3 angedeuteten
Schnittebene A-A.
- Fig. 5
- zeigt einen Tauchkühler der Schraubenvakuumpumpe der Fig. 1 bis 4.
- Fig. 6
- zeigt einen weiteren Wärmetauscher bzw. Tauchkühler.
- Fig. 7
- zeigt schematisch eine Anordnung von Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen an einem Wärmetauscher.
- Fig. 8
- zeigt eine weitere derartige Anordnung.
[0046] In den Fig. 1 bis 3 ist eine als Schraubenvakuumpumpe 10 ausgebildete Vakuumpumpe
gezeigt, die einen Motor 12, einen Getriebekasten 14, ein Gehäuse 16, einen Lagerschild
18 sowie einen Deckel 20 aufweist. Die Schraubenvakuumpumpe 10 fördert ein Prozessgas
von einem Einlass 22 zu einem nach unten gerichteten, in Fig. 3 sichtbaren Auslass
24.
[0047] Für den Motor 12 ist eine aktive Flüssigkeitskühlung vorgesehen, die aus einem Gehäuse
des Motors 12 austritt. Für im Inneren des Gehäuses 16 angeordnete und in Fig. 4 sichtbare
Schraubenrotoren 28 und 30 ist ebenfalls eine aktive Flüssigkeitskühlung vorgesehen,
die zwei Kühlleitungen aufweist, welche in Fig. 1 nicht dargestellt sind, deren Verlauf
aber durch entsprechende Nuten 32 des Gehäuses 16 angedeutet ist, in die die Kühlleitungen
eingepresst werden. Des Weiteren sind als aktive Flüssigkeitskühlungen ausgebildete
Wärmetauscher im Getriebekasten 14 und im Deckel 20 vorgesehen und hier jeweils als
Tauchkühler 34 bezeichnet, die unten anhand von Fig. 5 näher erläutert werden.
[0048] Wie es in den Fig. 1 bis 4 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 16 der Schraubenvakuumpumpe
10 eine Taillierung 36 auf. Die Taillierung 36 ist im Bereich des Auslasses 24 angeordnet.
[0049] In Fig. 4 ist die Schraubenvakuumpumpe 10 in einer Schnittansicht gezeigt, deren
Schnittebene der Linie A-A in Fig. 3 entspricht. Es sind zwei Schraubenrotoren 28
und 30 sichtbar, die jeweils zweigängige, ineinandergreifende Schraubenprofile 38
und 40 aufweisen, die mit Hilfe eines Zykloidenprofils generiert sind und eine zylindrische
Hüllkontur sowie eine zylindrische Grundform des Schraubengrundes aufweisen. Die Schraubenprofile
38 und 40 bilden in Zusammenwirkung mit dem Gehäuse 16 einen pumpaktiven Bereich der
Schraubenvakuumpumpe 10 und fördern wiederholt abgeschlossene Fördervolumina des Prozessgases
vom Einlass 22 zum Auslass 24, in Fig. 4 also von links nach rechts.
[0050] Die Pumpleistung der Schraubenvakuumpumpe 10 hängt von Größe und Gestalt verschiedener
Spalte im pumpaktiven Bereich ab, die aufgrund der Relativbewegung von Rotoren 28,
30 und Gehäuse 16 zwar unvermeidbar sind, jedoch zwecks guter Pumpleistung klein und
möglichst konstant zu halten sind. Temperaturänderungen in den beteiligten Bauteilen
führen zu deren Formänderung. Die hierin beschriebenen Maßnahmen zur Vermeidung, Abführung
und im Allgemeinen Beherrschung von Wärme in der Pumpe 10 bewirken somit eine möglichst
geringe Formänderung und in der Folge möglichst beherrschbare Spalte. Die Spalte können
also präziser ausgelegt werden, was die Pumpleistung bzw. ihre Effizienz verbessert.
[0051] Der Schraubenrotor 28 wird direkt, also ohne zwischengeschaltete Kupplung, von dem
Motor 12 angetrieben. Der Schraubenrotor 30 wird dagegen über ein Synchronisierungsgetriebe
42 mit Zahnrädern 43 in einem definierten Winkelverhältnis zum Schraubenrotor 28 angetrieben.
Die Rotoren 28 und 30 sind folglich miteinander gekoppelt.
[0052] Der Motor 12 umfasst ein Gehäuse 44, welches zum Beispiel aus Aluminium hergestellt
ist und in welchem Kühlleitungen 26 für die aktive Flüssigkeitskühlung ausgebildet
sind. Das Gehäuse 44 kann beispielsweise auch einen Aluminiumguss-Werkstoff und insbesondere
hierin vergossene Kühlleitungen 26 aufweisen, welche beispielsweise einen Edelstahl
aufweisen oder hieraus herstellt sind. Der Motor 12 umfasst außerdem einen gewickelten
Stator 46, der zusammen mit einem auf einem Wellenende des Schraubenrotors 28 angebrachten
Magnetträger 48 einen elektrischen Motor und einen Direktantrieb für den Schraubenrotor
28 bildet. Der Schraubenrotor 28 bildet einen Läufer des Motors 12. Der Magnetträger
48 umfasst eine Mehrzahl an Permanentmagneten. Der Motor 12 bildet also eine Permanentmagnetsynchronmaschine
mit innenliegenden Magneten, welche auch als IPMSM bezeichnet wird.
[0053] Der Stator 46 ist in einem Vergusskörper 50 angeordnet, welcher nicht näher dargestellte
elektrische Leiter beim Stator 46 isoliert und diese isoliert zu einer Platine 52
führt. Der Vergusskörper 50 bildet hier in Verbindung mit der Platine 52 einen vakuumdichten
Anschluss des Motors 12 an eine in einem Bereich atmosphärischen Drucks vorgesehene
Steuerungselektronik. Es kann z.B. ein externer Frequenzumrichter für den Motor 12
vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auf der Platine 52 zumindest ein
Teil einer Steuerungselektronik für den Motor 12 vorgesehen sein.
[0054] In dem Getriebekasten 14 ist das Synchronisierungsgetriebe 42 angeordnet. Im Getriebekasten
14 ist außerdem Öl als Schmiermittel vorgesehen, welches durch eine auch als Spritzscheibe
bezeichnete Scheibe 54 über das Synchronisierungsgetriebe 42 und benachbarte Lager
56 verteilt wird. Im Getriebekasten 14 ist im Betrieb eine Ölfüllung in die die Scheibe
54 eingetaucht ist und in der sie mit dem Rotor 30 rotiert, an dem sie befestigt ist.
Der Getriebekasten 14 bildet hier somit beispielhaft einen Gehäuseabschnitt für die
Ölfüllung.
[0055] Die Taillierung 36 bildet eine Abschirmung bzw. eine Wärmebarriere, und zwar insbesondere
für Wärme, die im Bereich der Schraubenrotoren 28, 30 während des Pumpbetriebs produziert
wird. Dadurch, dass ein geringer Materialquerschnitt verbleibt, und dadurch, dass
durch die Formänderung ein Wärmepfad verlängert ist, wird die Wärme vom Schraubenrotor,
die sich ansonsten im Gehäuse 16 ausbreitet, daran gehindert, in jenseitige Bereiche
zu gelangen. So werden insbesondere das Öl im Getriebekasten 14 und die Lager 56 vor
zu hohen Temperaturen geschützt. Der im Getriebekasten 14 angeordnete Tauchkühler
34 trägt ebenfalls zur Temperaturreduzierung bei. Dieser ist in der nicht dargestellten
Ölfüllung des Getriebekastens 14 angeordnet und kühlt somit das Öl direkt.
[0056] Für einen jeweiligen Schraubenrotor 28 bzw. 30 ist benachbart zu den Lagern 56, die
hier eine Festlagerung bilden, eine als Deflektor 58 ausgebildete Schmiermittel-Abführeinrichtung
vorgesehen. Ein jeweiliger Deflektor 58 bildet eine Barriere für das Öl im Getriebekasten,
damit es nicht in einen pumpaktiven Bereich oder einen Vakuumbereich, hier insbesondere
einen Auslassbereich, gelangt. Der Deflektor 58 umfasst eine nicht näher veranschaulichte
Abschleuderkante für das Öl. Gegenüber der Abschleuderkante ist im Gehäuse 16 eine
Ablaufnut ausgebildet, die abgeschleudertes Öl aufnimmt und dieses zurück in den Getriebekasten
14 bzw. in eine dortige Ölfüllung leitet. Das Öl, welches durch die Spritzscheibe
54 auf Getriebe 42 und Lager 56 gefördert bzw. verteilt wird, wird somit durch die
Deflektoren 58 wieder von den Rotoren 28 bzw. 30 abgeführt.
[0057] Als, insbesondere dynamische, Fluiddichtung sind Kolbenringe auf einem Kolbenringträger
60 vorgesehen. Diese bilden eine berührungslose Dichtung und vermeiden somit Reibungswärme.
Die Deflektoren 58 führen möglichst viel Öl zum Getriebekasten 14 zurück, sodass bereits
möglichst wenig Öl an den Kolbenringen ansteht. So wird eine insgesamt zuverlässige
Dichtwirkung bei besonders geringer Wärmeproduktion erreicht.
[0058] Die Schraubenrotoren 28 und 30 weisen in ihrem jeweiligen Schraubenprofil 38 bzw.
40 drei Abschnitte unterschiedlicher Steigung auf. Ein in Pumprichtung erster Abschnitt
62, in Fig. 4 links, bildet einen Ansaugabschnitt und weist eine konstante und die
größte Steigung unter den drei Abschnitten auf. Der erste Abschnitt 62 ist in Bezug
auf eine Schraubenachse 63, die entlang eines jeweiligen Rotors 28 bzw. 30 verläuft,
länger als ein abgeschlossenes Fördervolumen im ersten Abschnitt. Ein zweiter Abschnitt
64 weist mehrere Unterabschnitte, die nicht näher referenziert sind, mit verschiedenen
aber jeweils konstanten Steigungen im Schraubenprofil 38 bzw. 40 auf, wobei die Steigungen
niedriger sind, als im ersten Abschnitt. Der zweite Abschnitt 64 bildet hier den längsten
Abschnitt. Ein dritter Abschnitt 66 mit noch niedrigerer Steigung bildet einen Ausstoßabschnitt.
Im dritten Abschnitt liegt wiederum eine konstante Steigung vor. Durch die entlang
der Pumprichtung verminderte Steigung wird eine innere Verdichtung bewirkt, die das
Prozessgas schon vor dem Ausstoßen verdichtet.
[0059] Die Rotoren 28, 30 bzw. die Schraubenprofile 38, 40 lassen sich durch das Vorsehen
der konstanten Abschnitte besonders einfach auslegen und fertigen. Wie es anhand von
Fig. 4 ersichtlich ist, führt ein verlängerter erster Abschnitt 62 zu entsprechend
verlängerten Spalten zwischen den Schraubenprofilen 28, 30 und dem Gehäuse 16, sodass
der Weg bzw. die Spalte von der inneren Verdichtung am Übergang der Abschnitte 62
und 64 hin zu einem Schöpfraum oder Ansaugbereich 67 länger ist. Entsprechend erhöht
ist also die Dichtwirkung der Spalte, was insbesondere bei hohen Differenzdrücken
zu einer verbesserten Abdichtung der inneren Verdichtung gegenüber dem Ansaugbereich
67 führt.
[0060] Die Schraubenvakuumpumpe 10 weist also eine innere Verdichtung auf. Die Schraubenrotoren
28, 30 der Pumpe 10 schließen in Zusammenwirkung mit dem Gehäuse 16 wiederholt abgeschlossene
Fördervolumina ein. Deren Größe ist an einem einlassseitigen Ende bzw. im Abschnitt
62 größer als an einem auslassseitigen Ende bzw. im Abschnitt 62. Die Größe eines
Fördervolumens wird durch einen Querschnitt eines Schraubenprofils 38, 40 und dessen
Steigung bestimmt.
[0061] Die Größe eines Fördervolumens auf der Einlassseite bzw. im Abschnitt 62 bestimmt
ein theoretisches Saugvermögen der Schraubenpumpe 10. Die Steigung des Schraubenprofils
38, 40 ist einlassseitig über Abschnitt 62 konstant, damit das Fördervolumen erst
nach Abschluss durch die innere Verdichtung komprimiert wird. Schließt ein jeweiliger
Rotor 28, 30 ein jeweiliges Fördervolumen zu früh oder zu spät bzw. beginnt die innere
Verdichtung zu früh, sinkt das theoretische Saugvermögen der Pumpe.
[0062] Die Größe eines jeweiligen Fördervolumens auf der Auslassseite bzw. im Abschnitt
66 bestimmt die Leistungsaufnahme der Pumpe im Betrieb bei einem erreichbaren Enddruck.
Das Verhältnis der Größen des Fördervolumens an Einlassseite und Auslassseite bzw.
in den Abschnitten 62 und 66 entspricht dem Verhältnis der inneren Verdichtung der
Pumpe.
[0063] In Abschnitt 66 ist die Steigung über mehrere Umdrehungen des Schraubenprofils 38,
40 konstant. Die Steigung entspricht dabei in etwa dem Minimum der durch ein bestimmtes
Bearbeitungswerkzeug erreichbaren Steigung und ist somit, insbesondere unter Kostenabwägung,
fertigungstechnisch bedingt. Dadurch, dass mehrere Umdrehungen, also mehrere abgeschlossene
Fördervolumina, im Abschnitt 66 vorgesehen sind, wird eine Rückströmung infolge einer
Druckdifferenz zwischen den Spalten ausgeglichen. Insgesamt bestimmen insbesondere
der gesamte Steigungsverlauf entlang der Rotoren 28, 30 und die Größe der sich zwischen
den Rotoren 28, 30 und zwischen Rotoren 28, 30 und dem Gehäuse 16 ausbildenden Spalte
die vakuumtechnischen Leistungsdaten der Pumpe, also insbesondere das Saugvermögen
und einen erreichbaren Enddruck.
[0064] Die Schraubenprofile 38, 40 weisen durch ihre zweigängige Ausgestaltung eine besonders
geringe Unwucht auf. Es sind also beispielsweise keine Ausgleichselemente, wie z.B.
Ausgleichsmassen, die zusätzlichen Bauraum erfordern, und/oder Ausgleichsbohrungen,
in denen sich Material ablagern kann, notwendig. Die Pumpe kann mit den zweigängigen
Zykloidenschraubenprofilen 38, 40 in einem weiten Drehzahlbereich, insbesondere mit
Drehzahlregelung, und/oder beispielsweise in einer Stand-By-Betriebsart betrieben
werden.
[0065] Die Verdichtung des Prozessgases im Allgemeinen erzeugt Wärme, die bei der Schraubenpumpe
10 vornehmlich durch eine Flüssigkeitskühlung abgeführt wird. In Fig. 4 sind die hierfür
vorgesehenen Nuten 32 sichtbar. Kühlleitungen der Flüssigkeitskühlung erstrecken sich
hier und vorzugsweise in Längsrichtung über einen weiten Bereich der Schraubenprofile,
insbesondere über wenigstens die Hälfte der Länge der Schraubenprofile. Insbesondere
ist die Flüssigkeitskühlung im Bereich oder in der Nähe einer inneren Verdichtung
angeordnet.
[0066] An einem einlassseitigen Ende des Gehäuses 16 ist der Lagerschild 18 befestigt. Dieser
trägt unter anderem eine weitere Lagerung mit Lagern 68, die eine Loslagerung bilden.
Im Gegensatz zu einem gegenüberliegenden, an einem auslassseitigen Gehäuseende angeordneten
Lagerschild 70, der integral mit dem Gehäuse 16 ausgebildet ist aber auch separat
ausgebildet sein kann, ist der Lagerschild 68 als separates Bauteil ausgebildet, kann
jedoch auch integral ausgebildet sein.
[0067] Einlassseitig sind ebenfalls eine Spritzscheibe 54, Deflektoren 58 und ein Kolbenringträger
60 mit mehreren Kolbenringen vorgesehen, die entsprechend der auslassseitigen Anordung
arbeiten. Einlassseitig ist eine weitere, separat ausgeführte Ölfüllung im Deckel
20 vorgesehen. Auch für diese Ölfüllung ist ein Tauchkühler 34 vorgesehen. Alternativ
oder zusätzlich kann auch beispielsweise eine Kühlleitung in einer Wand des Lagerschildes
14 und/oder des Deckels 20 vorgesehen, insbesondere vergossen sein.
[0068] Am Anfang eines Abpumpvorganges durch die Pumpe 10 herrscht gewöhnlich am Einlass
22 im Wesentlichen der gleiche Druck wie am Auslass. Während des Abpumpens sinkt dagegen
der Druck am Einlass 22 bis hin zu einem Enddruck, der hinsichtlich resultierender
Kräfte im Wesentlichen Null ist. Somit ist die am Einlass 22 ausgeübte Kraft auf die
Rotoren 28, 30 anders als am Anfang des Abpumpvorgangs bzw. es wird in Längsrichtung
nur noch durch den Druck am Auslass 24 eine Kraft auf die Rotoren 28, 30 ausgeübt,
sodass die resultierende Kraft im jeweiligen Rotor anders ist als am Anfang des Abpumpvorgangs.
Um diese Kraft auszugleichen kann z.B. eine Vorspanneinrichtung, insbesondere eine
Feder, vorgesehen sein, die insbesondere bei einem Loslager des Rotors und/oder einlassseitig
vorgesehen ist. Die Vorspanneinrichtung kann beispielsweise auch durch schräg verzahnte
Zahnräder auf die Rotoren wirkende Kräfte aufnehmen und/oder generell eine auslegungsgerechte
Vorspannung der Lager unabhängig vom Betriebszustand bei sich verändernden Drücken
bzw. Druckverhältnissen gewährleisten.
[0069] In Fig. 5 ist ein Wärmetauscher oder Tauchkühler 34 dargestellt, wie er im Getriebekasten
14 bzw. im Deckel 20 der Schraubenvakuumpumpe 10 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform
sind die Tauchkühler 34 also identisch ausgebildet, was zu einer geringen Teilevielfalt
und geringen Herstellungskosten führt.
[0070] Der Tauchkühler 34 weist eine Wärmeaustauschfluidleitung, insbesondere Kühlleitung
72 auf, die durch einen Wärmeübergangskörper, insbesondere Kühlkörper 74 verläuft.
Die Leitung 72 ist aus einem Edelstahl hergestellt und in einem Aluminiumwerkstoff
des Wärmeübergangskörpers 72 vergossen. Der Wärmeübergangskörper 74 weist eine die
austauschaktive Oberfläche vergrößernde Strukturierung zur Erhöhung der Oberfläche
des Kühlkörpers auf. Der Tauchkühler 34 weist außerdem einen Flansch 76 auf, mit dem
der Tauchkühler 34 an einer hierfür vorgesehenen Öffnung des Getriebekastens 14 befestigt
wird. Im befestigten Zustand ist der Wärmeübergangskörper 74 in der Ölfüllung angeordnet
und die Leitungen 72 sind außerhalb des Getriebekastens 14 angeordnet, wie es beispielsweise
in Fig. 4 sichtbar ist. Vorteilhaft können die Leitungen auch mit einem Anschlussbereich
abgewinkelt ausgeführt sein, was Bauraum einspart.
[0071] In Fig. 6 ist ein weiterer Wärmetauscher 34 in perspektivischer Ansicht gezeigt,
wobei eine Scheibe 54 schematisch angedeutet ist, wie sie in einer nicht dargestellten
Ölfüllung, in der auch der Wärmeübergangskörper 74 angeordnet ist, rotiert. Der Wärmeübergangskörper
74 ist länglich ausgebildet und umschließt die Scheibe 54. Dabei bildet der Wärmeübergangskörper
74 im Wesentlichen einen Rechteckring um die Scheibe 54. Die Kühlleitungen 72 verlaufen
hier insbesondere durch den Wärmeübergangskörper 74 hindurch, umschließen auch die
Scheibe 54 und weisen in ihrem Verlauf eine U-Form auf.
[0072] Wenn die Scheibe 54 in der Ölfüllung rotiert, beispielsweise in einer Rotationsrichtung
78, beschleunigt sie das Öl in der Ölfüllung zumindest in einem der Scheibe 54 nahen
Bereich in der entsprechenden Richtung. Wie in Fig. 6 gut ersichtlich ist, entspricht
diese Richtung der Längsrichtung bzw. Längsachse des Wärmeübergangskörpers 74 bzw.
des Wärmetauschers 34. Hierdurch fließt das Öl entlang eines großen Längenabschnitts
des Wärmeübergangskörpers 74, so dass über den gesamten Längenabschnitt ein effektiver
erzwungener Wärmeaustausch erreicht wird. Dabei stellt sich beidseitig der Scheibe
54 eine derartige Strömung ein, so dass auch beidseitig der Scheibe 54 der Wärmeübergangskörper
74 angeströmt wird und dieser vorteilhaft ausgenutzt werden kann.
[0073] Durch die Drehung erzeugt die Scheibe 54 also eine unidirektionale Strömung im Bereich
des Wärmetauschers 34 und definiert dabei einen Zulaufbereich 80, einen Ablaufbereich
82 sowie einen dazwischenliegenden Längslaufbereich 84 für das Öl. Im Zulaufbereich
80 wird Öl im Wesentlichen beschleunigt und/oder angesaugt und strömt den Wärmeübergangskörper
74 an. Im Längslaufbereich 84 verläuft die Strömung im Wesentlichen längs des Wärmeübergangskörpers
74. Im Ablaufbereich 82 löst sich das Öl im Wesentlichen vom Einfluss der Scheibe
54, welche auch in der Nähe des Ablaufbereichs 82 aus der Ölfüllung auftaucht. Das
Öl fließt im Ablaufbereich 82 weg vom Wärmeübergangskörper 74. Dabei nimmt die Scheibe
54 mit ihrer Drehung 78 einen Teil des Öls mit und verteilt ihn beispielsweise auf
Getriebeelemente der Pumpe, zum Beispiel Zahnräder 43. Ein anderer Teil des Öls wird
allmählich durch die übrige Ölfüllung abgebremst. Der Teil des Öls, der von der Scheibe
54 bei ihrer Rotation aus der Ölfüllung mitgenommen wird, fließt aufgrund der Schwerkraft
allmählich zurück in die Ölfüllung, so dass im Wesentlichen ein im Betrieb konstanter
Ölstand beibehalten wird.
[0074] Die Scheibe 54 bildet im Bereich des Wärmetauschers 34 bzw. des Wärmeübergangskörpers
74 eine im Wesentlichen unidirektionale Strömung aus. Diese hat einen im Wesentlichen
kreisförmigen Verlauf, der der Form der Scheibe 54 entspricht. In Abwesenheit weiterer,
insbesondere gegenläufiger Scheiben ist diese Strömung unidirektional, verläuft also
entlang ihrer Bahn nur in eine Richtung. Hierdurch kann ein großer Teilabschnitt,
insbesondere im Wesentlichen der gesamte Wärmeübergangskörper 74, effektiv zur Wärmeübertragung
ausgenutzt werden.
[0075] Es können beispielsweise auch weitere, insbesondere zur Scheibe 54 parallel angeordnete,
Scheiben vorgesehen sein, die mit der Scheibe 54 gleichläufig rotieren. So kann die
unidirektionale Strömung zusätzlich verstärkt und die Wärmeübertragung weiter verbessert
werden. Eine weitere Scheibe kann zum Beispiel außerhalb des vom Wärmeübergangskörper
74 beschriebenen Rings angeordnet sein.
[0076] Am Wärmeübergangskörper 74 sind zwei Magneten 85 vorgesehen, die im Zulaufbereich
80 bzw. im Ablaufbereich 82 angeordnet sind. Sie sind somit in einem Bereich relativ
starker Strömung angeordnet, versperren aber andererseits der Scheibe 54 nicht den
Rotationsweg. Die Magneten 85 werden wegen ihrer Nähe zur Scheibe und ihrer Anordnung
im Strömungsverlauf von einer relativ großen Ölmenge passiert, so dass im Öl befindliche,
ferromagnetische Abriebpartikel an dem jeweiligen Magneten 85 besonders effektiv gesammelt
werden und im Wesentlichen bis zu einer manuellen Reinigung daran verbleiben. Die
Reinigung kann beispielsweise durch Herausnehmen des Wärmetauschers 34 aus einem betreffenden
Gehäuseabschnitt erfolgen. Damit keine Demontage der Scheibe 54 erfolgen muss, kann
es generell vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher 34 leicht nach unten kippbar angeordnet
ist, so dass ein Herausnehmen einfach möglich ist. Es zeigt sich, dass diese Anordnung
der Magneten 85 am Wärmetauscher 34 äußerst vorteilhaft im Hinblick auf Wartung und
Reinigung der Pumpe ist. Dadurch, dass sich nun die Magneten 85 so einfach reinigen
lassen, kann auch insgesamt die im Betrieb übliche Konzentration von Abriebpartikeln
verringert werden und somit die Lebensdauer der Pumpe insgesamt und insbesondere die
Lebensdauer von Rotorlagerung, Zahnrädern und/oder Öl als Betriebsmittel erhöht werden.
[0077] In Fig. 7 ist schematisch eine Anordnung von Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen 86
gezeigt, wie sie vorteilhaft am Wärmeübergangskörper eines Wärmetauschers, beispielsweise
einem solchen gemäß Fig. 6, angeordnet sein können. Im Folgenden werden für die Ausnehmungen
und/oder Vorsprünge beispielhaft Rippen betrachtet, wobei die Ausführungen auch für
Ausnehmungen und/oder Vorsprünge im allgemeineren Sinne gelten.
[0078] In Fig. 7 sind Rippen 86.1, 86.2 und 86.3 gezeigt, die entlang eines durch die hier
nicht dargestellte Scheibe hervorgerufenen Strömungsverlaufs 88 ausgerichtet sind.
Eine erste Rippe 86.1 ist schräg, hier etwa in einem Winkel von 45°, angeordnet, so
dass sie in einem Zulaufbereich 80 in etwa parallel zum Strömungsverlauf 88 ausgerichtet
ist. Der im Zulaufbereich 80 in den Bereich des Wärmetauschers eintretenden Strömung
wird somit ein geringer Widerstand durch die Geometrie des Wärmetauschers entgegengesetzt
und gleichzeitig weist die Rippe 86.1 eine strömungsleitende Funktion auf.
[0079] In einem Längslaufbereich 84 ist eine Rippe 86.2 angeordnet, welche sich im Wesentlichen
entlang der Längsachse des Wärmetauschers erstreckt. Die Rippe 86.2 begünstigt hierdurch,
dass im Längslaufbereich 84 die Strömung auch längs des Wärmetauschers verläuft, insbesondere
über einen möglichst langen Längenabschnitt.
[0080] Eine weitere, ebenfalls schräg angeordnete Rippe 86.3 ist in einem Ablaufbereich
82 vorgesehen. Diese unterstützt den gerichteten Ablauf des Öls.
[0081] Insgesamt bilden die Rippen 86.1, 86.2 und 86.3 eine Geometrie, die im Wesentlichen
eine zur Scheibe konzentrische Ringbahn für die Ölströmung definiert. Hierdurch wird
eine besonders gleichmäßige und starke Strömung entlang des Wärmetauschers erreicht.
Die Wärmeübertragung ist folglich besonders stark.
[0082] Insbesondere kann auf einer Rippe 86.2 im Längslaufbereich 84 verzichtet werden,
da ein länglicher Wärmetauscher häufig bereits eine strömungsgünstige Geometrie, insbesondere
im Längslaufbereich 84, aufweist. Es ist natürlich auch möglich nur eine der Rippen
oder nur Rippen in einem der Bereiche vorzusehen.
[0083] In Fig. 8 ist eine weitere Anordnung von Rippen 86 gezeigt, welche entlang eines
durch eine nicht dargestellte Scheibe hervorgerufenen Strömungsverlaufs 88 ausgerichtet
sind. Die Ausführungsform der Fig. 8 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 7
im Wesentlichen dadurch, dass im Zu- und Ablaufbereich 80 bzw. 82 jeweils mehrere
schräge Rippen 86.4, 86.5 bzw. 86.7, 86.8 mit unterschiedlichem Winkel vorgesehen
sind. In Strömungsrichtung dazwischen ist in einem Längslaufbereich 84 eine entlang
der Längsachse ausgerichtete Rippe 86.6 vorgesehen.
[0084] Die Rippen 86.4 bis 86.8 sind jeweils in etwa parallel zum Strömungsverlauf 88 angeordnet,
wobei durch eine abgestufte Anordnung der Strömungsverlauf 88 noch besser abgebildet
werden kann, als in Fig. 7. Gleichwohl kann deren Ausführungsform vorzugswürdig sein,
beispielsweise durch einen geringeren Fertigungsaufwand.
[0085] Auch die in Fig. 8 gezeigten Rippen bilden eine Geometrie, die eine zum Strömungsverlauf
88 und zur nicht dargestellten Scheibe eine im Wesentlichen konzentrische Ringbahn
für die Ölströmung 88 definiert. Die Rippen können beispielsweise an einer Oberseite
und/oder Unterseite eines Wärmeübergangskörpers angeordnet sein. Sie können aber beispielsweise
auch an einer Außenseite und/oder einer Innenseite eines zum Beispiel ringförmigen
Wärmeübergangskörpers vorgesehen sein. Vorteilhaft können also allgemein strömungsleitende,
strömungsunterstützende und/oder solche Geometrien vorgesehen sein, welche der Strömung
einen besonders geringen Widerstand entgegensetzen. Hierdurch werden Strömungsgeschwindigkeit
und Wärmeübergang verbessert. Grundsätzlich ist es beispielsweise auch denkbar, eine
tatsächlich kreisförmige Rippe bzw. Ausnehmung und/oder Vorsprung vorzusehen.
Bezugszeichenliste
[0086]
- 10
- Schraubenvakuumpumpe
- 12
- Motor
- 14
- Getriebekasten
- 16
- Gehäuse
- 18
- Lagerschild
- 20
- Deckel
- 22
- Einlass
- 24
- Auslass
- 26
- Kühlleitung
- 28
- Schraubenrotor
- 30
- Schraubenrotor
- 32
- Nut
- 34
- Tauchkühler
- 36
- Taillierung
- 38
- Schraubenprofil
- 40
- Schraubenprofil
- 42
- Synchronisierungsgetriebe
- 43
- Zahnrad
- 44
- Gehäuse
- 46
- Stator
- 48
- Magnetträger
- 50
- Vergusskörper
- 52
- Platine
- 54
- Spritzscheibe
- 56
- Lager
- 58
- Deflektor
- 60
- Kolbenringträger
- 62
- erster Abschnitt
- 63
- Schraubenachse
- 64
- zweiter Abschnitt
- 66
- dritter Abschnitt
- 67
- Ansaugbereich
- 68
- Lager
- 70
- Lagerschild
- 72
- Kühlleitung
- 74
- Kühlkörper
- 76
- Flansch
- 78
- Drehrichtung
- 80
- Zulaufbereich
- 82
- Ablaufbereich
- 84
- Längslaufbereich
- 85
- Magnet
- 86
- Rippe
- 88
- Ölströmung
1. Vakuumpumpe (10), insbesondere Schraubenvakuumpumpe, mit wenigstens einem Rotor (28),
der zum Fördern eines Prozessgases in Rotation versetzbar ist,
einem Ölsystem zur Schmierung und/oder Temperierung des Rotors (28) und/oder eines
Getriebes (42),
einer oder mehreren Scheiben (54), die derart angeordnet sind, dass die jeweilige
Scheibe (54) im Betrieb der Vakuumpumpe in eine Ölfüllung des Ölsystems eingetaucht
ist und mit dem Rotor (28) und/oder einem Getriebeelement (43) rotiert, und einem
Wärmetauscher (34) für das Ölsystem, der derart angeordnet ist, dass er im Betrieb
der Vakuumpumpe (10) zumindest teilweise in der Ölfüllung angeordnet ist,
wobei die Scheibe oder die Scheiben (54) dazu ausgebildet und angeordnet sind, infolge
ihrer Rotation eine zumindest im Wesentlichen unidirektionale Strömung (88) in der
Ölfüllung zumindest im Bereich des Wärmetauschers (34) zu bewirken.
2. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vakuumpumpe (10) einen Gehäuseabschnitt (14) für die Ölfüllung umfasst und der
Gehäuseabschnitt (14) eine Öffnung aufweist, durch die der Wärmetauscher (34) in den
Gehäuseabschnitt (14) eingebracht oder einbringbar und/oder herausnehmbar ist.
3. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Wärmetauscher (34) entlang einer Längsachse erstreckt und die Scheibe (54)
parallel zu der Längsachse angeordnet ist, sodass die Strömung in der Ölfüllung im
Wesentlichen längs des Wärmetauschers (34) verläuft.
4. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) die Scheibe (54) zumindest teilweise umschließt.
5. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vakuumpumpe (10) zwei parallel angeordnete und durch ein Getriebe gekoppelte
Rotoren (28, 30) umfasst, von denen im Bereich des Wärmetauschers (34) lediglich einer
wenigstens eine Scheibe (54) zur Rotation in der Ölfüllung trägt.
6. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) Teil eines Temperierungssystems ist, welches eine Heizeinrichtung
und/oder eine Kühleinrichtung für den Wärmetauscher (34) umfasst.
7. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) einen Wärmeübergangskörper (74) umfassend einen Aluminiumwerkstoff
und/oder wenigstens eine Leitung (72) umfassend einen Edelstahl für ein Wärmeaustauschfluid
aufweist.
8. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Öffnung für den Wärmetauscher (34) zumindest im Wesentlichen an einer tiefsten
Stelle eines Innenraums eines Gehäuseabschnitts (14) angeordnet ist.
9. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Magnet (85) am Wärmetauscher (34) angeordnet ist.
10. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Scheibe (54) einen Zulaufbereich (80), einen Längslaufbereich (84) und/oder einen
Ablaufbereich (82) am Wärmetauscher (34) für die Ölströmung (88) definiert, wobei
der Magnet (85) in einem dieser Bereiche angeordnet ist.
11. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) eine Mehrzahl an Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen (86) aufweist,
die zumindest im Wesentlichen entlang eines durch die Scheibe (54) hervorgerufenen
Strömungsverlaufs (88) ausgerichtet sind.
12. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die oder ein Teil der Ausnehmungen und/oder Vorsprünge (86) schräg in Bezug auf eine
Längsachse des Wärmetauschers (34) angeordnet ist.
13. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) und/oder ein Wärmeübergangskörper (74) des Wärmetauschers
(34) mit seiner Geometrie im Wesentlichen eine zur Scheibe (54) konzentrische Ringbahn
für die Ölströmung definiert.
14. Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe (10), insbesondere Schraubenvakuumpumpe, mit
wenigstens einem Rotor (28), der zum Fördern eines Prozessgases in Rotation versetzt
wird,
einem Ölsystem zur Schmierung und/oder Temperierung des Rotors (28) und/oder eines
Getriebes (42),
einer oder mehreren Scheiben (54), die derart angeordnet sind, dass die jeweilige
Scheibe (54) in eine Ölfüllung des Ölsystems eingetaucht ist und mit dem Rotor (28)
und/oder einem Getriebeelement (43) rotiert, und einem Wärmetauscher (34) für das
Ölsystem, der derart angeordnet ist, dass er zumindest teilweise in der Ölfüllung
angeordnet ist,
wobei die Scheibe oder die Scheiben (54) infolge ihrer Rotation eine zumindest im
Wesentlichen unidirektionale Strömung (88) in der Ölfüllung zumindest im Bereich des
Wärmetauschers (34) bewirken.
15. Vakuumpumpe (10), insbesondere Schraubenvakuumpumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche
1 bis 13, mit
wenigstens einem Rotor (28), der zum Fördern eines Prozessgases in Rotation versetzbar
ist,
einem Ölsystem zur Schmierung und/oder Temperierung des Rotors (28) und/oder eines
Getriebes (42), und
einem Wärmetauscher (34) für das Ölsystem, der insbesondere derart angeordnet ist,
dass er im Betrieb der Vakuumpumpe (10) zumindest teilweise in einer Ölfüllung des
Ölsystems angeordnet ist, wobei wenigstens ein Magnet (85) am Wärmetauscher (34) angeordnet
ist.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.
1. Vakuumpumpe (10), insbesondere Schraubenvakuumpumpe, mit wenigstens einem Rotor (28),
der zum Fördern eines Prozessgases in Rotation versetzbar ist,
einem Ölsystem zur Schmierung und/oder Temperierung des Rotors (28) und/oder eines
Getriebes (42),
einer oder mehreren Scheiben (54), die derart angeordnet sind, dass die jeweilige
Scheibe (54) im Betrieb der Vakuumpumpe in eine Ölfüllung des Ölsystems eingetaucht
ist und mit dem Rotor (28) und/oder einem Getriebeelement (43) rotiert, und einem
Wärmetauscher (34) für das Ölsystem, der derart angeordnet ist, dass er im Betrieb
der Vakuumpumpe (10) zumindest teilweise in der Ölfüllung angeordnet ist,
wobei die Scheibe oder die Scheiben (54) dazu ausgebildet und angeordnet sind, infolge
ihrer Rotation eine zumindest im Wesentlichen unidirektionale Strömung (88) in der
Ölfüllung zumindest im Bereich des Wärmetauschers (34) zu bewirken,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vakuumpumpe (10) einen Gehäuseabschnitt (14) für die Ölfüllung umfasst und der
Gehäuseabschnitt (14) eine Öffnung aufweist, durch die der Wärmetauscher (34) in den
Gehäuseabschnitt (14) eingebracht oder einbringbar und/oder herausnehmbar ist.
2. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Wärmetauscher (34) entlang einer Längsachse erstreckt und die Scheibe (54)
parallel zu der Längsachse angeordnet ist, sodass die Strömung in der Ölfüllung im
Wesentlichen längs des Wärmetauschers (34) verläuft.
3. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) die Scheibe (54) zumindest teilweise umschließt.
4. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vakuumpumpe (10) zwei parallel angeordnete und durch ein Getriebe gekoppelte
Rotoren (28, 30) umfasst, von denen im Bereich des Wärmetauschers (34) lediglich einer
wenigstens eine Scheibe (54) zur Rotation in der Ölfüllung trägt.
5. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) Teil eines Temperierungssystems ist, welches eine Heizeinrichtung
und/oder eine Kühleinrichtung für den Wärmetauscher (34) umfasst.
6. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) einen Wärmeübergangskörper (74) umfassend einen Aluminiumwerkstoff
und/oder wenigstens eine Leitung (72) umfassend einen Edelstahl für ein Wärmeaustauschfluid
aufweist.
7. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Öffnung für den Wärmetauscher (34) zumindest im Wesentlichen an einer tiefsten
Stelle eines Innenraums eines Gehäuseabschnitts (14) angeordnet ist.
8. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Magnet (85) am Wärmetauscher (34) angeordnet ist.
9. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Scheibe (54) einen Zulaufbereich (80), einen Längslaufbereich (84) und/oder einen
Ablaufbereich (82) am Wärmetauscher (34) für die Ölströmung (88) definiert, wobei
der Magnet (85) in einem dieser Bereiche angeordnet ist.
10. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) eine Mehrzahl an Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen (86) aufweist,
die zumindest im Wesentlichen entlang eines durch die Scheibe (54) hervorgerufenen
Strömungsverlaufs (88) ausgerichtet sind.
11. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die oder ein Teil der Ausnehmungen und/oder Vorsprünge (86) schräg in Bezug auf eine
Längsachse des Wärmetauschers (34) angeordnet ist.
12. Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (34) und/oder ein Wärmeübergangskörper (74) des Wärmetauschers
(34) mit seiner Geometrie im Wesentlichen eine zur Scheibe (54) konzentrische Ringbahn
für die Ölströmung definiert.
13. Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe (10), insbesondere Schraubenvakuumpumpe, mit
wenigstens einem Rotor (28), der zum Fördern eines Prozessgases in Rotation versetzt
wird,
einem Ölsystem zur Schmierung und/oder Temperierung des Rotors (28) und/oder eines
Getriebes (42),
einer oder mehreren Scheiben (54), die derart angeordnet sind, dass die jeweilige
Scheibe (54) in eine Ölfüllung des Ölsystems eingetaucht ist und mit dem Rotor (28)
und/oder einem Getriebeelement (43) rotiert,
einem Wärmetauscher (34) für das Ölsystem, der derart angeordnet ist, dass er zumindest
teilweise in der Ölfüllung angeordnet ist, und
einem Gehäuseabschnitt (14) für die Ölfüllung, der eine Öffnung aufweist, durch die
der Wärmetauscher (34) in den Gehäuseabschnitt (14) eingebracht oder einbringbar und/oder
herausnehmbar ist,
wobei die Scheibe oder die Scheiben (54) infolge ihrer Rotation eine zumindest im
Wesentlichen unidirektionale Strömung (88) in der Ölfüllung zumindest im Bereich des
Wärmetauschers (34) bewirken.