[0001] Die Erfindung betrifft eine Schraubenpumpe mit zwei Schrauben. Jede Schraube ist
mit einem ersten Gewinde und einem zweiten Gewinde ausgestattet, wobei die Gewinde
sich jeweils von einer Saugseite zu einer Druckseite erstrecken. Die Gewinde stehen
miteinander in Eingriff, so dass die Gewinde in eine Mehrzahl von Arbeitskammern unterteilt
sind. Das Volumen der Arbeitskammern nimmt jeweils von der Saugseite zu der Druckseite
ab.
[0002] Schraubenpumpen dieser Art können zum Erzeugen eines Vakuums genutzt werden. Der
zu evakuierende Raum wird an die Saugseite der Pumpe angeschlossen, so dass die Pumpe
Gas aus dem Raum ansaugen kann. Das Gas wird in der Pumpe komprimiert und auf der
Druckseite bei höherem Druck wieder abgegeben. Schraubenpumpen dieser Art sind aus
den Schriften
EP 1 070 848 A1,
DE 197 48 385 A1 und
DE 195 22 559 A1 bekannt.
[0003] Diese Schraubenpumpen haben eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften und werden
deswegen in großem Umfang eingesetzt. Eingeschränkt im Vergleich zu anderen Pumpen
ist aber die Saugleistung, also die Fähigkeit innerhalb eines kurzen Zeitraums ein
großes Volumen an Gas aus einem Raum abzuführen. Für Anwendungen, bei denen dies gefordert
ist, kommen Schraubenpumpen aufgrund ihrer mangelnden Saugleistung bislang regelmäßig
nicht in Betracht. Stattdessen werden andere Arten von Pumpen verwendet wie etwa Wälzkolbenpumpen.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schraubenpumpe mit erhöhter Saugleistung
vorzustellen. Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik wird die Aufgabe
gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich
in den Unteransprüchen.
[0005] Erfindungsgemäß weisen die Gewinde jeweils zwei Gewindegänge auf. Die Gewindegänge
sind vorzugsweise in Radialrichtung zueinander symmetrisch. Die Gewinde haben dann
eine Punktsymmetrie derart, dass die Gewindegänge durch eine Drehung um die Schraubenachse
um 180° in sich selbst abgebildet werden können.
[0006] Die Erfindung hat erkannt, dass die begrenzte Saugleistung ihren Grund unter anderem
darin hat, dass herkömmliche Schraubenpumpen nicht mit beliebig hoher Drehzahl betrieben
werden können. Eine Beschränkung der Drehzahl ergibt sich daraus, dass konventionelle
Schrauben eine bezogen auf die Schraubenachse ungleichmäßige Massenverteilung aufweisen.
Die ungleichmäßige Massenverteilung bewirkt eine Unwucht, die bei hohen Drehzahlen
nur schwer unter Kontrolle gehalten werden kann. Ungleichmäßig ist die Massenverteilung
deswegen, weil bei den normalen (eingängigen) Gewinden klassischer Schraubenpumpen
schon der Gewindegang für eine asymmetrische Massenverteilung sorgt.
[0007] Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, die Gewinde der Schrauben zweigängig auszugestalten.
Dies bedeutet, dass jedes Gewinde zwei Gewindegänge aufweist, die so miteinander verschränkt
sind, dass sie gemeinsam eine Form nach Art einer Doppelhelix bilden. Die zweigängigen
Gewinde sind vorzugsweise jeweils so gestaltet, dass sich eine bezogen auf die Schraubenachse
symmetrische Gestaltung ergibt. Für jedes nach außen vorspringende Element des einen
Gewindegangs gibt es also ein entsprechendes Element des anderen Gewindegangs, das
bezogen auf die Schraubenachse in Radialrichtung gegenüber liegt. Aufgrund der im
Vergleich mit eingängigen Gewinden gleichmäßigeren Masseverteilung der zweigängigen
Gewinde wird es möglich, die Schraubenpumpe mit höherer Drehzahl zu betreiben, so
dass die Saugleistung sich erhöht.
[0008] Für einen Betrieb bei hohen Drehzahlen ist es wünschenswert, die Kräfte nicht nur
in Radialrichtung, sondern auch in Längsrichtung möglichst gering zu halten. Dazu
ist die Pumpe vorzugsweise so gestaltet, dass die beiden Gewinde einer Schraube in
entgegengesetzter Richtung arbeiten. Die von dem einen Gewinde in Längsrichtung ausgeübten
Kräfte werden dann von dem anderen Gewinde ausgeglichen. Vorzugsweise sind die Gewinde
so ausgerichtet, dass die Saugseite im Zentrum der Schraube, also zwischen den beiden
Gewinden angeordnet ist. Die Druckseiten werden dann von den äußeren Enden der Gewinde
gebildet, was insbesondere den Vorteil hat, dass die Antriebselemente und Lager dem
höheren Ausgangsdruck ausgesetzt sind. Die Schraube kann darüber hinaus so gestaltet
sein, dass sie auch in Längsrichtung eine symmetrische Gestalt hat, wenn man den zwischen
den beiden äußeren Enden der Gewinde eingeschlossenen Abschnitt der Schraube betrachtet.
[0009] Die erfindungsgemäße Pumpe umfasst ein Gehäuse, in dem die beiden Schrauben aufgenommen
sind. Im Bereich der Saugseite ist das Gehäuse mit einer Einlassöffnung vorgesehen,
im Bereich der Druckseite gibt es eine Auslassöffnung. Es hat sich gezeigt, dass es
für eine hohe Saugleistung der Pumpe von Bedeutung ist, die Einlassöffnung und die
Saugseite der Pumpe so zu gestalten, dass ein hoher Volumenstrom in die Pumpe eintreten
kann.
[0010] Das Gehäuse ist erfindungsgemäß so gestaltet, dass es im Bereich eines Gewindes einen
ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt aufweist, wobei im ersten
Gehäuseabschnitt ein Saugspalt zwischen dem Gehäuse und dem Gewinde besteht, und wobei
im zweiten Gehäuseabschnitt das Gehäuse mit dem Gewinde abschließt. Dass das Gehäuse
mit dem Gewinde abschließt, ist so zu verstehen, dass der Leckspalt, der bei trockenlaufenden
Pumpen zwischen dem Gehäuse und dem Gewinde notwendigerweise besteht, so klein wie
möglich ist (radialer Minimalabstand). Angestrebt wird heute ein Wert von weniger
als 0,2 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm für den radialen Minimalabstand. Da die beiden
Schrauben der Pumpe miteinander in Eingriff stehen, schließt das Gehäuse im ersten
Gehäuseabschnitt nicht über den gesamten Umfang der Schraube mit dem Gewinde ab, sondern
nur in dem Umfangsabschnitt, in dem kein Eingriff mit der anderen Schraube besteht.
Der zweite Gehäuseabschnitt schließt vorzugsweise an die Druckseite des Gewindes an.
[0011] Im Bereich des ersten Gehäuseabschnitts, der vorzugsweise an die Saugseite des Gewindes
anschließt, ist regelmäßig auch die Einlassöffnung des Gehäuses angeordnet. Die Schraube
ist dann nur in den Umfangsabschnitt von dem Gehäuse umgeben, der neben der Eingangsöffnung
und der zweiten Schraube noch verbleibt. Wenn im ersten Gehäuseabschnitt ein Saugspalt
zwischen dem Gehäuse und dem Gewinde besteht, ist dies so zu verstehen, dass in wenigstens
einem Teilabschnitt dieses Umfangsabschnitts ein radialer Abstand zwischen dem Gewinde
und dem Gehäuse besteht, der größer ist als der radiale Minimalabstand. Vorzugsweise
ist der radiale Abstand im Bereich des Saugspalts um mindestens den Faktor 50, vorzugsweise
den Faktor 100, weiter vorzugsweise den Faktor 200 größer als der radiale Minimalabstand.
[0012] Der Saugspalt hat die Wirkung, dass das angesaugte Gas nicht nur in radialer Richtung
in die Arbeitskammern eintreten kann, sondern sich durch den Saugspalt hindurch auch
von einer Arbeitskammer in die nächste Arbeitskammer bewegen kann. Indem dem Gas ein
zusätzlicher Weg in die Arbeitskammer hinein geboten wird, kann sich die Arbeitskammer
schneller füllen, was sich positiv auf die Saugleistung auswirkt.
[0013] Je größer der Saugspalt ist, desto mehr Gas kann auf diesem Wege in die Arbeitskammern
eintreten. Vorzugsweise erstreckt sich der Saugspalt neben der Eingangsöffnung in
Umfangsrichtung über mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 %, weiter vorzugsweise
mindestens 30 % des Umfangsabschnitts, mit dem das Gehäuse im zweiten Gehäuseabschnitt
die Schraube umgibt. In dem Bereich, in dem keine Überschneidung zwischen dem Saugspalt
und der Eingangsöffnung mehr besteht, kann der Saugspalt sich über einen entsprechend
größeren Umfangsabschnitt von beispielsweise mindestens 50% erstrecken.
[0014] In Längsrichtung erstreckt sich der Saugspalt vorzugsweise über mindestens 20 %,
weiter vorzugsweise über mindestens 30 %, weiter vorzugsweise über mindestens 40 %
der Länge des Gewindes. Entsprechend ist der zweite Gehäuseabschnitt deutlich kürzer
als die Länge des Gewindes und erstreckt sich beispielsweise über nicht mehr als 80
%, vorzugsweise nicht mehr als 70 %, weiter vorzugsweise nicht mehr als 60 % der Länge
des Gewindes. Im Unterschied zu herkömmlichen Pumpen dient damit ein vergleichsweise
langer Abschnitt des Gewindes zur Befüllung der Arbeitskammern, während der Abschnitt,
in dem die Kompression stattfindet, in dem also das Gehäuse mit dem Gewinde abschließt,
vergleichsweise kurz ist. Die Erstreckung des Saugspalts in Längsrichtung kann im
Wesentlichen dem Schraubenabschnitt entsprechen, der von der ersten 360°-Windung des
Gewindes eingenommen wird. Das Gewinde hat also im Einlassbereich eine große Steigung.
Vorzugsweise nimmt die von der Saugseite aus betrachtet erste 360°-Windung mindestens
20%, vorzugsweise mindestens 30%, weiter vorzugsweise mindestens 40% der Länge des
Gewindes ein. Insgesamt umfasst jeder Gewindegang des zweigängigen Gewindes vorzugsweise
mindestens drei, weiter vorzugsweise mindestens vier vollständige 360°-Windungen.
[0015] Zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und dem zweiten Gehäuseabschnitt und damit am
Übergang von dem Saugspalt zu dem Bereich, in dem das Gehäuse mit dem Gewinde abschließt,
kann eine Übergangskante ausgebildet sein. Sobald das Gewinde mit der Übergangskante
abschließt, ist die Arbeitskammer geschlossen und die eigentliche Kompression beginnt.
Wäre die Übergangskante parallel zu dem Gewindegang ausgerichtet, durch den der Abschluss
erfolgt, würde die Kammer schlagartig abgeschlossen. Dies wäre gut für den Wirkungsgrad
der Pumpe, erhöht aber auch den Geräuschpegel. Vorzugsweise ist die Übergangskante
deswegen so ausgerichtet, dass sie entsprechend der Gewindesteigung einen Winkel mit
der Umfangsrichtung einschließt, wobei der Winkel kleiner ist als die Gewindesteigung.
[0016] Um große Volumen ansaugen zu können, ist es ferner von Vorteil, wenn das Gehäuse
mit einer großen Eingangsöffnung versehen ist. Beispielsweise kann die Eingangsöffnung
größer sein als 60 %, vorzugsweise als 80 %, weiter vorzugsweise als 100 % der Querschnittsfläche
der Schraube. Die Querschnittsfläche der Schraube bezeichnet die von der Schraube
aufgespannte Kontur. Anhand dieser Kontur, die regelmäßig zylinderförmig ist, können
auch die radialen Abstände zwischen dem Gewinde und dem Gehäuse ermittelt werden.
[0017] Um die Befüllung der Arbeitskammern weiter zu verbessern, kann ein Abstand zwischen
den inneren Enden der beiden Gewinde einer Schraube vorgesehen sein. Dadurch wird
zusätzlicher Raum gewonnen, durch den das Gas auch in Längsrichtung in die Arbeitskammern
eintreten kann.
[0018] Die Druckseiten werden regelmäßig von dem äußeren Ende der Gewinde gebildet, was
bedeutet, dass die Druckseiten einen Abstand zueinander haben. Vorzugsweise ist eine
Leitung vorgesehen, die sich von der Druckseite bis zu einer Auslassöffnung der Pumpe
erstreckt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Leitung eine Bohrung, die
zwischen den beiden Schrauben der Pumpe im Pumpengehäuse ausgebildet ist, wobei die
Bohrung weiter vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb einer auf beiden Schrauben
aufliegende Tangentialfläche angeordnet ist.
[0019] Die Pumpe kann so gestaltet sein, dass die beiden Schrauben zusammen mit dem Antrieb
als eine Einheit von dem Pumpengehäuse gelöst werden können. Dies bietet die Möglichkeit,
die Pumpe fest in einer größeren Anlage zu installieren, wobei insbesondere die Einlassöffnung
und die Auslassöffnung des Pumpengehäuses fest mit entsprechenden Rohrleitungen der
Anlage verbunden sein können. Wenn eine Wartung oder Reparatur erforderlich werden,
bleiben die Verbindungen zwischen dem Pumpengehäuse und der Anlage bestehen und es
wird lediglich die Einheit aus Schrauben und Antrieb von dem Pumpengehäuse gelöst
und durch eine andere Einheit ersetzt. Dadurch werden lange Ausfallzeiten bei Wartung
und Reparatur vermieden.
[0020] Vorzugsweise sind zu diesem Zweck die Schrauben an ihrem dem Antrieb abgewandten
Ende jeweils mit einem Lager ausgestattet, das gleitend in einer Lageraufnahme des
Pumpengehäuses aufgenommen ist. Wenn die Einheit aus Schrauben und Antrieb aus dem
Pumpengehäuse herausgezogen wird, löst sich das Lager aus der Lageraufnahme und wird
mit aus dem Pumpengehäuse entfernt.
[0021] Die erfindungsgemäße Pumpe ist vorzugsweise so dimensioniert, dass sie eine Ansaugleistung
von mehr als 5000 m
3/h erreicht und dabei das Gas von 1 mbar auf 100 mbar komprimieren kann. Dazu ist
der Durchmesser der Schrauben vorzugsweise größer als 20 cm. Die Pumpe kann für einen
Betrieb mit einer Drehzahl von mehr als 10.000 U/min ausgelegt sein.
[0022] Indem die erfindungsgemäße Schraubenpumpe eine hohe Saugleistung mit einer großen
Verdichtung kombiniert, eröffnen sich Anwendungsmöglichkeiten, die den Schraubenpumpen
bislang nicht zugänglich waren. Zur Erzeugung eines Vakuums mit geringem Druck bei
einem gleichzeitig großen Volumenstrom wird üblicherweise eine Pumpenanordnung aus
zwei hintereinander geschalteten Pumpen verwendet, wobei die erste Pumpe üblicherweise
als Boosterpumpe und die nachfolgende Pumpe als Vorpumpe bezeichnet wird. Die Hintereinanderschaltung
zweier Pumpen ist deswegen zweckmäßig, weil nach dem Gasgesetz (Druck * Volumen =
konstant; unter der Annahme konstanter Temperatur) die Vorpumpe für einen wesentlich
kleineren Volumenstrom ausgelegt sein kann als die Boosterpumpe.
[0023] Durch die verglichen mit klassischen Schraubenpumpen stark erhöhte Saugleistung wird
es möglich, die erfindungsgemäße Schraubenpumpe als Boosterpumpe zu verwenden. Die
Erfindung betrifft folglich eine Pumpenanordnung aus einer Boosterpumpe und einer
Vorpumpe, bei der die Boosterpumpe eine erfindungsgemäße Schraubenpumpe ist. Eine
Pumpenanordnung, bei der eine Schraubenpumpe als Boosterpumpe verwendet wird, hat
eigenständigen erfinderischen Gehalt, auch ohne dass die Gewinde der Schrauben zweigängig
ausgebildet sind.
[0024] Im Vergleich mit Wälzkolbenpumpen, die bislang üblicherweise als Boosterpumpe verwendet
werden, schafft die erfindungsgemäße Schraubenpumpe eine erheblich höhere Verdichtung.
Betrachtet man einen stationären Betriebszustand der Pumpenanordnung, in dem die Boosterpumpe
im Wesentlichen den maximalen möglichen Volumenstrom ansaugen kann und der Druck auf
einem niedrigen Wert von beispielsweise weniger als 1 mbar konstant gehalten wird,
so schaffen klassische einstufige Wälzkolbenpumpen lediglich eine Verdichtung um den
Faktor 10. Der Volumenstrom durch die nachfolgende Vorpumpe ist gemäß dem Gasgesetz
folglich lediglich um den Faktor 10 kleiner als der Volumenstrom durch die Boosterpumpe.
[0025] Die erfindungsgemäße Schraubenpumpe schafft in dem stationären Betriebszustand, in
dem im Wesentlichen das maximal mögliche Volumen angesaugt wird und der Druck unterhalb
von 1 mbar konstant gehalten wird, eine Verdichtung um mindestens den Faktor 50 oder
sogar den Faktor 100. Es ergeben sich dadurch vollkommen neue Möglichkeiten bei der
Auslegung der Pumpenanordnung. So kann in dem beschriebenen stationären Betriebszustand
der Volumenstrom durch die Vorpumpe um mindestens den Faktor 50, vorzugsweise mindestens
den Faktor 100 kleiner sein als der Volumenstrom durch die Boosterpumpe. Der Volumenstrom
am Eingang der Boosterpumpe in dem stationären Betriebszustand ist vorzugsweise größer
als 1000 m
3/h, weiter vorzugsweise größer als 5000 m
3/h.
[0026] Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Schraubenpumpe als Boosterpumpe wird außerdem
die Möglichkeit eröffnet, eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe als Vorpumpe zu verwenden.
Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen sind nicht geeignet für Drücke, die unterhalb des Dampfdrucks
der Betriebsflüssigkeit liegen. Im Allgemeinen können diese Pumpen deswegen nicht
für Drücke unterhalb von 30 mbar eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Schraubenpumpe
kommt auf einen Ausgangsdruck von mehr als 30 mbar, auch wenn der Eingangsdruck unterhalb
von 1 mbar liegt. Durch die Erfindung wird es folglich möglich, als Vorpumpe eine
Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe zu verwenden.
[0027] Beschrieben ist außerdem eine Schraube für eine solche Schraubenpumpe. Die Schraube
umfasst zwei Gewinde, die sich jeweils von einer Saugseite zu einer Druckseite erstrecken.
Die Gewinde weisen jeweils zwei Gewindegänge aufweisen, wobei die Gewindegänge vorzugsweise
in Radialrichtung zueinander symmetrisch sind. Die Schraube kann mit weiteren Merkmalen
fortgebildet werden, die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Pumpe beschrieben sind.
[0028] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand
einer vorteilhaften Ausführungsform beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1:
- eine perspektivische, teilweise weggebrochene Darstellung einer erfindungsgemäßen
Schraubenpumpe;
- Fig. 2:
- einen Ausschnitt der Pumpe aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;
- Fig. 3:
- die Ansicht aus Fig. 2 in einem anderen Zustand der Pumpe;
- Fig. 4:
- eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraubenpumpe entlang
der Achse einer Schraube;
- Fig. 5A/B:
- Schnitte entlang den Linien A-A und B-B in Fig. 4;
- Fig. 6:
- die Ansicht aus Fig. 4 in einem anderen Zustand der Schraubenpumpe; und
- Fig. 7:
- ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anordnung.
[0029] Eine erfindungsgemäße Pumpe in Fig. 1 umfasst zwei Schrauben 14, die in einem Pumpengehäuse
15 aufgenommen sind. Eine der Schrauben 14 ist aufgrund des nicht vollständig dargestellten
Pumpengehäuses 15 über die gesamte Länge sichtbar, während die andere Schraube 14
zu wesentlichen Teilen von dem Pumpengehäuse 15 verdeckt ist. Die beiden Schrauben
14 stehen in Eingriff miteinander, was bedeutet, dass die Gewindevorsprünge der einen
Schraube 14 in die Vertiefung zwischen zwei Gewindevorsprüngen der anderen Schraube
14 eingreifen.
[0030] Die Pumpe umfasst eine Steuer- und Antriebseinheit 16, in der für jede der Schrauben
14 ein elektronisch gesteuerter Antriebsmotor 17 angeordnet ist. Die elektronische
Steuerung der Antriebsmotoren 17 ist so eingerichtet, dass die beiden Schrauben 14
vollständig synchron zueinander laufen, ohne dass die Gewindevorsprünge der Schrauben
14 sich berühren. Als zusätzliche Sicherheit gegen Schäden an den Schrauben 14 sind
die beiden Schrauben 14 jeweils mit einem Zahnrad 18 ausgestattet. Die Zahnräder 18
stehen in Eingriff miteinander und bewirken eine Zwangskopplung der beiden Schrauben
14 für den Fall, dass die elektronische Synchronisation der Schrauben 14 ausfällt.
[0031] Jede Schraube 14 ist mit zwei Gewinden 19 ausgestattet, so dass die Pumpe insgesamt
vier Gewinde 19 aufweist. Die Gewinde 19 erstrecken sich jeweils von einer Saugseite
20 im Zentrum der Schraube 14 zu einer Druckseite 21 an den äußeren Enden der Schraube
14. Die beiden Gewinde einer Schraube 14 sind gegenläufig ausgerichtet, so dass sie
von der Saugseite 20 zu der Druckseite 21 hin arbeiten.
[0032] Jedes der Gewinde 19 umfasst einen ersten Gewindegang 22 und einen zweiten Gewindegang
23. Die Gewinde 19 sind also zweigängig in dem Sinne, dass die Gewindegänge 22, 23
miteinander verschränkt sind, so dass sie zusammen eine doppelhelixartige Form bilden.
Die beiden Gewindegänge 22, 23 sind so geformt, dass die Gewinde 19 in Radialrichtung
symmetrisch sind. Betrachtet man die Schraube 14 von der Druckseite des ersten Gewindes
19 bis zur Druckseite des zweiten Gewindes 19, so hat die Schraube 14 außerdem eine
Symmetrie in Längsrichtung.
[0033] Die Gewinde 19 sind so gestaltet, dass im Bereich der Saugseite 20 ein größeres Volumen
zwischen zwei benachbarten Gewindevorsprüngen eingeschlossen ist als im Bereich der
Druckseite 21. Das Volumen der Arbeitskammern, das dem zwischen den Gewindevorsprüngen
eingeschlossenen Volumen entspricht, reduziert sich also von der Saugseite zur Druckseite,
so dass in der Arbeitskammer enthaltenes Gas auf dem Weg von der Saugseite zur Druckseite
komprimiert wird.
[0034] Das Gehäuse 15 der Pumpe ist mit einer Eingangsöffnung 24 versehen, die so angeordnet
ist, dass sie Zugang zu den Saugseiten 20 aller vier Gewinde 19 bietet. Um einen großen
Volumenfluss in die Pumpe hinein zu ermöglichen, hat die Eingangsöffnung 24 einen
großen Querschnitt. Im Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung
24 größer als die von einer Schraube 14 aufgespannte kreisförmige Kontur.
[0035] Um den Volumenfluss in die Arbeitskammern hinein weiter zu verbessern, ist am Gehäuse
15 der Pumpe ein Saugspalt 25 ausgebildet, der sich an die Eingangsöffnung 24 anschließt
und der Kontur der Schraube 14 in Umfangsrichtung folgt. In Längsrichtung erstreckt
sich der Saugspalt 25 etwa über die Hälfte der Länge des Gewindes 19 zwischen der
Saugseite 20 und der Druckseite 21. In Umfangsrichtung variiert die Abmessung des
Saugspalts 25 mit der Eingangsöffnung, je weiter sich die Eingangsöffnung 24 an der
betreffenden Stelle zur Seite erstreckt, desto kürzer ist die Erstreckung des Saugspalts
25 in Umfangsrichtung an dieser Stelle. An der breitesten Stelle der Eingangsöffnung
24 erstreckt der Saugspalt 25 sich über einen Umfangswinkel von etwa 45°. In dem Bereich,
in dem die Eingangsöffnung 24 den Saugspalt 25 nicht mehr überdeckt, erstreckt der
Saugspalt 24 sich über einen Umfangswinkel von etwa 120°. Die Abmessung des Saugspalts
25 in Radialrichtung entspricht dem Abstand zwischen dem Pumpengehäuse 15 und der
Kontur der Schraube 14 in diesem Bereich. Dieser Abstand liegt in der Größenordnung
von etwa 10 mm.
[0036] Durch den Saugspalt ist das Gas nicht darauf beschränkt, in Radialrichtung in die
Arbeitskammern einzutreten, sondern das Gas kann sich auch über einen Gewindevorsprung
hinweg durch den Saugspalt hindurch in die Arbeitskammer hinein bewegen. Der Volumenstrom
in die Arbeitskammer hinein wird dadurch weiter vergrößert.
[0037] Ein weiterer Beitrag zur Vergrößerung des Volumenstroms in die Arbeitskammer hinein
wird dadurch erreicht, dass zwischen der Saugseite 20 des ersten Gewindes 19 einer
Schraube 14 und der Saugseite 20 des zweiten Gewindes 19 der Schraube 14 ein Abstand
besteht. Dadurch bleibt im Zentrum der Schraube 14 Platz frei, durch den das Gas auch
in radialer Richtung in die Arbeitskammer eintreten kann.
[0038] Der Bereich, in dem sich der Saugspalt 25 erstreckt (= erster Gehäuseabschnitt 26),
dient der Befüllung der Arbeitskammern. In dem sich daran anschließenden zweiten Gehäuseabschnitt
27 ist der Abstand zwischen dem Gehäuse und der Kontur der Schraube 14 so klein wie
es technisch möglich ist (radialer Minimalabstand). Im zweiten Gehäuseabschnitt findet
die Kompression statt und ein Leckfluss von einer Arbeitskammer in die nächste Arbeitskammer
ist unerwünscht.
[0039] Am Übergang vom ersten Gehäuseabschnitt 26 zum zweiten Gehäuseabschnitt 27 ist eine
Übergangskante 28 ausgebildet. Die Übergangskante 28 erstreckt sich in Umfangsrichtung
über den gesamten Saugspalt 25 und definiert den Übergang vom Saugspalt 25 zu dem
zweiten Gehäuseabschnitt 27, in dem der radiale Minimalabstand zwischen dem Gehäuse
15 und der Schraube 14 besteht.
[0040] Die Kompression beginnt, sobald die Arbeitskammer in den zweiten Gehäuseabschnitt
übergegangen ist, sobald also der Gewindevorsprung, der die Arbeitskammer zur Saugseite
hin begrenzt, mit der Übergangskante 28 abgeschlossen hat. Die Übergangskante 28 ist
so angeordnet, dass der Abschluss zwischen dem Gewindevorsprung und der Übergangskante
28 zu einem Zeitpunkt stattfindet, zu dem die Arbeitskammer noch ihr maximales Volumen
hat.
[0041] In Umfangsrichtung betrachtet schließt die Übergangskante 28 einen Winkel mit der
Querrichtung ein, der kleiner ist als die Steigung des Gewindevorsprungs, der mit
der Übergangskante 28 abschließt. Dadurch wird erreicht, dass der Abschluss zwischen
dem Gewindevorsprung und der Übergangskante 28 nicht schlagartig erfolgt, sondern
sich über eine kurze Zeitspanne erstreckt. Dadurch reduziert sich das Betriebsgeräusch
der Pumpe.
[0042] Die eigentliche Volumenkompression findet in einem kurzen Abschnitt des Gewindes
unmittelbar nach dem Abschluss der Arbeitskammer statt. Die sich daran anschließenden
weiteren Windungen des Gewindes dienen der Abdichtung und bewirken noch eine thermodynamische
Kompression.
[0043] Auf der Druckseite 21 des Gewindes 19 wird das Gas aus der Arbeitskammer abgegeben.
Durch eine Bohrung 29 in dem Pumpengehäuse 15 wird das komprimierte Gas von den außen
liegenden Druckseiten 21 zu einer zentralen Auslassöffnung zusammengeführt. Die Auslassöffnung,
die in den Figuren nicht sichtbar ist, ist der Einlassöffnung 24 gegenüber angeordnet.
Die Bohrung 29 ist, wie die Figuren 2, 3 und 5 zeigen, in das Pumpengehäuse 15 integriert
und erstreckt sich zwischen den beiden Schrauben 14, wobei die Leitung 29 teilweise
innerhalb einer auf beiden Schrauben 14 aufliegenden Tangentialfläche 35 angeordnet
ist.
[0044] Gemäß Fig. 6 ist die erfindungsgemäße Pumpe so konstruiert, dass die Steuer- und
Antriebseinheit 16 zusammen mit den Schrauben 14 eine Baueinheit bildet, die als solche
aus dem Gehäuse 15 herausgezogen werden kann. Falls eine Wartung oder Reparatur erforderlich
ist, kann die Baueinheit ausgetauscht werden, ohne dass das Pumpengehäuse 15 aus der
Anlagenumgebung herausgelöst werden muss.
[0045] An dem der Steuer- und Antriebseinheit 16 abgewandten Ende der Schraube 14 ist ein
Lager 31 angeordnet, das fest auf der Welle sitzt und gleitend in einer Lageraufnahme
34 des Pumpengehäuses 15 aufgenommen ist. Wenn die Baueinheit aus dem Gehäuse 15 herausgezogen
wird, löst sich das Lager 31 aus der Lageraufnahme 34 und wird ebenfalls aus dem Gehäuse
15 entfernt.
[0046] Ein Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schraubenpumpe ist in Fig. 7 gezeigt,
wo eine Pumpenanordnung aus einer Boosterpumpe 30 und einer Vorpumpe 33 an einen zu
evakuierenden Raum 32 angeschlossen ist. Bei der Boosterpumpe 30 handelt es sich um
eine erfindungsgemäße Schraubenpumpe, die Vorpumpe 33 ist eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe.
Die Pumpenanordnung ist so bemessen, dass aus dem Raum 32 ein Volumenstrom von 4000
m
3/h angesaugt werden kann, um den Druck in dem Raum 32 bei 0,5 mbar konstant zu halten.
[0047] Dazu wird die Boosterpumpe 30, deren Schrauben 14 einen Durchmesser von etwa 25 cm
haben, mit einer Drehzahl von ungefähr 15.000 U/min betrieben. Am Ausgang der Boosterpumpe
30 und damit am Eingang der Vorpumpe 33 liegt ein Druck von etwa 50 mbar an. Nach
dem Gasgesetz bedeutet dies für die Vorpumpe 33 einen Volumenstrom von 400 m
3/h. Die Vorpumpe 33 komprimiert diesen Volumenstrom auf Atmosphärendruck und gibt
ihn an die Umgebung ab.
1. Schraubenpumpe mit zwei Schrauben (14), bei der jede Schraube (14) ein erstes Gewinde
(19) und ein zweites Gewinde (19) aufweist, bei der die Gewinde (19) sich jeweils
von einer Saugseite (20) zu einer Druckseite (21) erstrecken und bei der die Gewinde
(19) miteinander in Eingriff stehen, so dass die Gewinde (19) in eine Mehrzahl von
Arbeitskammern unterteilt sind, deren Volumen von der Saugseite (20) zu der Druckseite
(21) abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde (19) zwei Gewindegänge aufweisen, wobei ein Gehäuse (15) vorgesehen ist,
in dem die Schrauben (14) aufgenommen sind, und dass das Gehäuse (15) so gestaltet
ist, dass es im Bereich eines Gewindes (19) einen ersten Gehäuseabschnitt (26) und
einen zweiten Gehäuseabschnitt (27) aufweist, wobei in dem ersten Gehäuseabschnitt
(26) ein Saugspalt (25) zwischen dem Gehäuse (15) und dem Gewinde (19) besteht und
wobei in dem zweiten Gehäuseabschnitt (27) ein radialer Minimalabstand zwischen dem
Gehäuse (15) und dem Gewinde (19) besteht.
2. Schraubenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (14) eine in Längsrichtung symmetrische Gestalt haben, wenn man jeweils
den zwischen den beiden äußeren Enden der Gewinde (19) eingeschlossenen Abschnitt
der Schraube (14) betrachtet.
3. Schraubenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand zwischen dem Gehäuse (15) und dem Gewinde (19) im Bereich des
Saugspalts (15) um mindestens den Faktor 50, vorzugsweise den Faktor 100, weiter vorzugsweise
den Faktor 200 größer ist als der radiale Minimalabstand.
4. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung des Saugspalts (15) in Umfangsrichtung mindestens 10 %, vorzugsweise
mindestens 20 %, weiter vorzugsweise mindestens 30 % des Umfangsabschnitts entspricht,
in dem das Gehäuse (15) die Schraube (14) im ersten Gehäuseabschnitt (26) umgibt.
5. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung des Saugspalts (25) in Längsrichtung mindestens 20 %, vorzugsweise
mindestens 30 %, weiter vorzugsweise mindestens 40 % der Länge des Gewindes (19) entspricht.
6. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt (26) und dem zweiten Gehäuseabschnitt (27) eine
Übergangskante (28) ausgebildet ist.
7. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) mit einer Eingangsöffnung (24) versehen ist und dass die Eingangsöffnung
(24) größer ist als 60 %, vorzugsweise 80 %, weiter vorzugsweise 100 % der Querschnittsfläche
des Gewindes (19).
8. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Enden der beiden Gewinde (19) einer Schraube (14) voneinander beabstandet
sind.
9. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung (29) vorgesehen ist, die sich von einer außen angeordneten Druckseite
(21) zu einer Auslassöffnung erstreckt, wobei die Leitung (29) sich zwischen den beiden
Schrauben (14) erstreckt und wenigstens teilweise innerhalb einer auf beiden Schrauben
(14) aufliegenden Tangentialfläche (35) angeordnet ist.
10. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einheit aus den beiden Schrauben (14) und dem Antrieb (16) aufweist und
dass die Einheit lösbar mit dem Pumpengehäuse (15) verbunden ist.
11. Pumpenanordnung aus einer Boosterpumpe (30) und einer nachfolgenden Vorpumpe (33),
dadurch gekennzeichnet, dass die Boosterpumpe (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
12. Pumpenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem stationären Betriebszustand, in dem die Boosterpumpe (30) im Wesentlichen
den maximal möglichen Volumenstrom angesaugt und der Druck am Eingang der Boosterpumpe
(30) bei einem Wert von weniger als 1 mbar konstant gehalten wird, der Volumenstrom
durch die Vorpumpe (33) um mindestens den Faktor 50, vorzugsweise mindestens den Faktor
100 kleiner ist als der Volumenstrom durch die Boosterpumpe (30).
13. Pumpenanordnungen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorpumpe (33) eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe ist.
1. Screw pump having two screws (14), in which screw pump each screw (14) has a first
thread (19) and a second thread (19), in which screw pump the threads (19) extend
in each case from a suction side (20) to a delivery side (21), and in which screw
pump the threads (19) are in engagement with one another, with the result that the
threads (19) are divided into a plurality of working chambers, the volume of which
decreases from the suction side (20) to the delivery side (21), wherein the threads
(19) have two thread turns, wherein a housing (15) is provided, in which the screws
(14) are received, and in that the housing (15) is designed in such a way that it
has a first housing section (26) and a second housing section (27) in the region of
a thread (19), there being a suction gap (25) between the housing (15) and the thread
(19) in the first housing section (26), and there being a minimum radial spacing between
the housing (15) and the thread (19) in the second housing section (27).
2. Screw pump according to Claim 1, wherein the screws (14) have a design which is symmetrical
in the longitudinal direction if in each case that section of the screw (14) is viewed
which is enclosed between the two outer ends of the threads (19).
3. Screw pump according to Claim 1 or 2, wherein the radial spacing between the housing
(15) and the thread (19) in the region of the suction gap (15) is greater than the
radial minimum spacing by at least the factor 50, preferably the factor 100, further
preferably the factor 200.
4. Screw pump according to one of Claims 1 to 3, wherein the extent of the suction gap
(15) in the circumferential direction corresponds to at least 10%, preferably at least
20%, further preferably at least 30% of the circumferential section, in which the
housing (15) surrounds the screw (14) in the first housing section (26).
5. Screw pump according to one of Claims 1 to 4, wherein the extent of the suction gap
(25) in the longitudinal direction corresponds to at least 20%, preferably at least
30%, further preferably at least 40% of the length of the thread (19).
6. Screw pump according to one of Claims 1 to 5, wherein a transition edge (28) is formed
between the first housing section (26) and the second housing section (27).
7. Screw pump according to one of Claims 1 to 6, wherein the housing (15) is provided
with an inlet opening (24), and in that the inlet opening (24) is greater than 60%,
preferably 80%, further preferably 100% of the cross-sectional area of the thread
(19).
8. Screw pump according to one of Claims 1 to 7, wherein the inner ends of the two threads
(19) of a screw (14) are spaced apart from one another.
9. Screw pump according to one of Claims 1 to 8, wherein a line (29) is provided which
extends from a delivery side (21) which is arranged on the outside to an outlet opening,
the line (29) extending between the two screws (14) and being arranged at least partially
within a tangential face (35) which rests on both screws (14).
10. Screw pump according to one of Claims 1 to 9, wherein it has a unit comprising the
two screws (14) and the drive (16), and in that the unit is connected releasably to
the pump housing (15).
11. Pump arrangement comprising a booster pump (30) and a following forepump (33), wherein
the booster pump (30) is configured according to one of Claims 1 to 10.
12. Pump arrangement according to Claim 11, wherein, in a steady-state operating state,
in which the booster pump (30) sucks in substantially the maximum possible volumetric
flow and the pressure at the inlet of the booster pump (30) is kept constant at a
value of less than 1 mbar, the volumetric flow through the forepump (33) is smaller
than the volumetric flow through the booster pump (30) by at least the factor 50,
preferably at least the factor 100.
13. Pump arrangement according to Claim 11 or 12, wherein the forepump (33) is a liquid
ring vacuum pump.
1. Pompe à vis comprenant deux vis (14), dans laquelle chaque vis (14) comprend un premier
filetage (19) et un deuxième filetage (19), dans laquelle les filetages (19) s'étendent
respectivement d'un côté aspiration (20) à un côté refoulement (21) et dans laquelle
les filetages (19) viennent en prise l'un avec l'autre, de telle sorte que les filetages
(19) sont divisés en une pluralité de chambres de travail dont le volume diminue du
côté aspiration (20) au côté refoulement (21), caractérisée en ce que les filetages (19) comprennent deux pas de filet, un carter (15) étant prévu, dans
lequel les vis (14) sont logées, et en ce que le carter (15) est conçu de telle sorte qu'il comprend une première partie de carter
(26) et une deuxième partie de carter (27) dans la région d'un filetage (19), un interstice
d'aspiration (25) entre le carter (15) et le filetage (19) existant dans la première
partie de carter (26), et un écartement minimal radial entre le carter (15) et le
filetage (19) existant dans la deuxième partie de carter (27).
2. Pompe à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que les vis (14) ont une forme symétrique dans la direction longitudinale, lorsque l'on
considère respectivement la partie de la vis (14) comprise entre les deux extrémités
extérieures du filetage (19) .
3. Pompe à vis selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'écartement radial entre le carter (15) et le filetage (19) dans la région de l'interstice
d'aspiration (15) est supérieur à l'écartement minimal radial d'au moins le facteur
50, de préférence le facteur 100, de manière particulièrement préférée le facteur
200.
4. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'étendue de l'interstice d'aspiration (15) dans la direction périphérique correspond
à au moins 10 %, de préférence à au moins 20 %, de manière particulièrement préférée
à au moins 30 % de la partie périphérique dans laquelle le carter (15) entoure la
vis (14) dans la première partie de carter (26).
5. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'étendue de l'interstice d'aspiration (25) dans la direction longitudinale correspond
à au moins 20 %, de préférence à au moins 30 %, de manière particulièrement préférée
à au moins 40 % de la longueur du filetage (19).
6. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un bord de transition (28) est formé entre la première partie de carter (26) et la
deuxième partie de carter (27).
7. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le carter (15) est doté d'une ouverture d'entrée (24), et en ce que l'ouverture d'entrée (24) est supérieure à 60 %, de préférence à 80 %, de manière
particulièrement préférée à 100 % de l'aire en section transversale du filetage (19).
8. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les extrémités intérieures des deux filetages (19) d'une vis (14) sont espacées l'une
de l'autre.
9. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'une conduite (29) est prévue, laquelle s'étend d'un côté refoulement (21) disposé
à l'extérieur à une ouverture de sortie, la conduite (29) s'étendant entre les deux
vis (14) et étant disposée au moins partiellement à l'intérieur d'une surface tangentielle
(35) reposant sur les deux vis (14).
10. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité constituée des deux vis (14) et de l'entraînement (16), et
en ce que l'unité est reliée de manière amovible au carter de pompe (15).
11. Ensemble pompe constitué d'une pompe de surpression (30) et d'une pompe à vide primaire
(33) montée en aval, caractérisé en ce que la pompe de surpression (30) est réalisée selon l'une quelconque des revendications
1 à 10.
12. Ensemble pompe selon la revendication 11, caractérisé en ce que, dans un état de fonctionnement stationnaire dans lequel la pompe de surpression
(30) aspire sensiblement le débit volumique maximal possible et la pression à l'entrée
de la pompe de surpression (30) est maintenue constante à une valeur inférieure à
1 mbar, le débit volumique à travers la pompe à vide primaire (33) est inférieur au
débit volumique à travers la pompe de surpression (30) d'au moins le facteur 50, de
préférence d'au moins le facteur 100.
13. Ensemble pompe selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la pompe à vide primaire (33) est une pompe à vide à anneau liquide.