Mechanische Hochvakuumpumpe des Rootsgebläsetyps Die Weiterentwicklung der Hochvakuum technik war lange Zeit dadurch gehemmt. dass leistungsfähige, ruhig laufende mecha nische Hochvakuumpumpen grosser Saugkraft, welehe die Erzeugung eines niedrigen End- @-akuums gestatten, nicht. zur Verfügung stan den.
Die älteren mechanischen Vakuumpumpen (Vorpumpen) sind Drehschieber- oder Dreh kolbenpumpen oder auch andere Typen, die im Pumpraum mit. öl abgedichtet sind und. deren rotierende Teile exzentrisch gelagert, also mit Unwucht behaftet sind. Meist sind sie in einem Gehäuse untergebracht, das ganz oder teilweise mit einem Abdichtungsöl gefüllt ist. Dann taucht der ganze Pumpenkörper in das öl ein.
Anderseits wurden Pumpen vom Rootsge- bläsetyp seit langer Zeit benutzt. Sie dienen als Grobvakuumpumpen in der Nähe des Atmo sphärendruckes bis zu etwa % Atmosphäre. Ihre Arbeit beruht im wesentlichen nur auf der reinen volumetrischen Förderung und er gibt unter normalem Druck nur ein geringes Druckverhältnis zwischen Aus- und Einlass. Neuerdings sind nun Vorschläge bekannt ge worden, die ein zweistufiges Pumpenaggregat betreffen, wobei als Hochvakuumpumpe ein Rootsgebläse benutzt wird.
Die Rootsgebläse sind in der üblichen Weise gebaut, ihr Pump raum und die darin befindlichen Drehkolben haben ein gewisses Spiel und laufen trocken und die Wellen sind mit den üblichen ölge- tränkten Dichtungspackungen versehen. Sol che Pumpen können aber nur mit einer gerin gen maximalen Drehzahl laufen und haben an den Dichtungspackungen einen ziemlich grossen Drehwiderstand. Darum hat in einem der Vorschläge die Rootspumpe eine Umweg leitung mit eingebautem Ventil. Diese kon struktiven Einzelheiten zeigen, dass von jenen Vorschlägen der eigentliche entscheidende Schritt zur Schaffung einer wirklichen Hoch vakuumpumpe noch nicht getan ist.
Für ein leistungsfähiges Arbeiten müsste die mechanische Hochvakuumpumpe ein grosses Durchsatzvolumen, also sehr grosse Drehzahlen besitzen und ruhig laufen.
Bei hohen Drehzahlen stören aber die Mas sen der umlaufenden Teile, also der Dreh kolben, soweit ihre absolute Grösse ein ge wisses, handliches Mass überschreitet. So hat. man die Masse der Drehkolben von Rootsge- bläsen schon seit ihrem Bekanntwerden dureh längshindurchgehende Bohrungen oder später auch durch hohle Blechschalen möglichst klein gehalten. Dabei wurden die Kolben durch in ihrer Längsausdehnung sich erstreckende Blechteile gebildet.
Diese Bauweise erfor dert aber wegen der geringen Festigkeit der Bleche grössere Spalte zwischen den Drehkol ben untereinander und gegenüber dem Ge häuse, so dass die immer vorhandene Rück strömung durch diese Spalte grösser als unbe- dingt nötig war und die Förderleistung herab setzte.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Beseitigung dieses Nachteils. Erfindungs- Olemä.ss sind die Drehkolben aus vorfabrizier ten, hohlen, aus Blech geformten Teilen in Schachtelbauweise zusammengesetzt. Die Schachtelbauweise ergibt eine ganze Reihe i-on Querwänden, so dass -eine Verformung der Kolbenprofile durch die Fliehkräfte nicht stattfinden soll und deshalb die Spalten zwi schen den Drehkolben untereinander und gegenüber dem Gehäuse nicht grösser als bis her gewählt werden müssen.
Die beiliegende Zeichnung zeigt ein Aus führungsbeispiel der Erfindung.
Die F'ig. 1 zeigt einen diagonalen Quer schnitt durch die Pumpe des Rootstyps, Fig. 2. eine perspektivische Ansieht eines Kolbens der Pumpe und Fig. 3 einen Teillängsschnitt des in Fig. 2 gezeigten Kolbens.
Die in Fig. 1. gezeigte Pumpe besitzt einen Pumpraum 1, der durch ein Gehäuse 2 mit ovalem Querschnitt begrenzt ist. Das Gehäuse wird durch die Halbzylinder 2a und 2b gebil det, welche an beiden Enden geschlossen sind. Die Einlassöffnung 3 und die Auslassöffnung =1: sind zwischen den beiden Halbzylindern angeordnet. Die Drehwellen 5 und 6 sind jeweils in die Achse eines jeden Halbzylinders angeordnet und tragen die beiden nur schema tisch gezeichneten Drehkolben 7 und B.
Die Kolben sind vollkommen ausbalanciert. Das Kupplungsgetriebe 11 und 12 ist am besten ausserhalb des Gehäuses 2 an den Wellen an gebracht, um den Gleichlauf der beiden Kol ben zu erreichen. Im allgemeinen wird nur ein Antriebsmotor, der mit der einen -Welle verbunden ist, zum Antrieb verwendet und vorteilhaft im evakuierten Zwischenraum 10 zwischen dem innern Gehäuse 2 und dem äussern Gehäuse 9 angeordnet.
Da es wünschenswert ist, den Druck in dem Raum 10 so niedrig wie möglich zu halten. muss das äussere Gehäuse 9 vakuumdicht sein. Eine solche Konstruktion ist besonders gün stig, wenn das äussere Gehäuse keine Getriebe für die rotierenden Teile der Pumpe trägt. Dagegen ist es mit den Anschlussflansehen 13 und 14 versehen. Das Evakuieren des Raumes 1.0 kann in der Form vorgenommen werden, dass man den Raum durch den Flansch 15 an. eine Evakuierungspumpe anschliesst.
Nach Fig. 2 sind die Kolben aus einer Reihe von Metallschalen 21 auf dem Schaft 5n. zusammengefügt, die den Kolben formen. Die Schalen können kalt gepresst sein, um die gewünselrte Kontur zu erhalten. Jede Schale ist mit einem Boden 22 versehen, der wie der gewünschte Querschnitt des Kolbens geformt ist. Jede Schale ist mit einem Teil 16 grösseren Querschnittes versehen, welcher einen Teil der Kolbenoberfläche bildet, wobei die I'bergangs- zone 23 die Schale in zwei Zonen verschie dener -Weite einteilt und dem Zusammenfüaen der Schalen dient.
Ein Kolben solcher Bauart ist. sehr leicht und bleibt trotz der Zentrifugalkraft voll kommen starr, so dass er hohe Rotationsge schwindigkeiten von mehreren tausend Um drehungen pro -Minute aushält.
Die Böden 22 sind mit durchgehenden Öffnungen 17 versehen, um das Gewicht der rotierenden -lasse weiterhin zu reduzieren. Diese Böden sind am Schaft 5a mittels der zentralen Öffnungen 1.8 angebracht und wer den durch die Abstandsstiieke 2-1 in der -e- wünsehten Position gehalten.
Eine weitere Schale '?0 bildet das eine Ende des Kolbens. Der axiale Zusammen sehluss der Schalen am Schaft kann durch eine starre Verbindung des Schaftes mit den Endschalen<B><U>2</U>0</B> und 21 bewirkt sein, so dass eine axiale Versehiebun, verhindert wird. Sehrauben, Bolzen und ähnliche Befestigungs mittel können für diesen Zweck Verwendung finden. Wenn nötig, kann jede einzelne Schale am Schaft durch Löten, Anschweissen oder ähnliches befestigt sein.
Die Ränder<B>19</B> der Schalen sind abgedich tet, z. B. durch Sehweissen, Löten, Verzernen- tieren oder dergleichen. Synthetische Harze können zum Beispiel zum Abdichten dieser Ränder ebenfalls verwendet sein. Nach diesem Verkitten, Verlöten usw. werden die Stoss- fu#,en der Drehkolben noch geglättet, was zur Erreichung einer grossen Förderleistung sehr günstig ist. Diese Massnahme ist also sehr wesentlich für eine gute Arbeitsleistung die ser Hochvakuumpumpe. Der Schaft 5a. kann in bekannter Weise voll oder hohl sein.
Der in Schachtelbauweise zusammenge setzte Kolben leitet die Reibungshitze gut ab und gewährleistet einen Betrieb ohne Vibra- tion. Er hat einen vollkommen starren Auf bau selbst unter hohen Umdrehungsgeschwin digkeiten, da die auftretenden Zentrifugal kräfte in Anbetracht. der leichten Bauweise gering sind. Daher ist eine mir geringe Lei stung des Motors nötig zum Eizielen einer hoben Umdrehungsgeschwindigkeit und damit einer hohen Förderleistung.
Drehkolben dieser Bauweise haben sieh überall dort bewährt, wo die Druckdifferenz an der Pumpe einen gewissen kleinen Wert, z. B. 80 Torr, nicht überschreitet.
Mechanical high vacuum pump of the Roots blower type The further development of high vacuum technology was inhibited for a long time. that powerful, smoothly running mechanical high vacuum pumps with a large suction force, which allow the generation of a low final @ -acuum, are not. were available.
The older mechanical vacuum pumps (backing pumps) are rotary vane or rotary piston pumps or other types that are installed in the pump room. oil are sealed and. whose rotating parts are eccentrically mounted, that is, they are subject to imbalance. Usually they are housed in a housing that is completely or partially filled with a sealing oil. Then the whole pump body is immersed in the oil.
On the other hand, Roots blower type pumps have been used for a long time. They serve as rough vacuum pumps in the vicinity of the atmospheric pressure up to about% atmosphere. Their work is based essentially only on the pure volumetric delivery and it gives only a low pressure ratio between outlet and inlet under normal pressure. Recently, proposals have now been known ge which relate to a two-stage pump unit, a Roots blower is used as a high vacuum pump.
The Roots blowers are built in the usual way, their pump chamber and the rotary lobes in it have a certain amount of play and run dry, and the shafts are provided with the usual oil-soaked packing rings. Such pumps can only run at a low maximum speed and have a fairly large resistance to rotation on the packing. That is why, in one of the proposals, the Roots pump has a bypass line with a built-in valve. These design details show that the real decisive step towards creating a real high vacuum pump has not yet been taken from those proposals.
For efficient work, the mechanical high vacuum pump would have to have a large throughput volume, i.e. very high speeds, and run smoothly.
At high speeds, however, the masses of the rotating parts, i.e. the rotary piston, interfere with the extent to which their absolute size exceeds a certain, manageable size. So had. The mass of the rotary lobes of Roots blowers has been kept as small as possible since they became known by means of longitudinal bores or later also by means of hollow sheet metal shells. The pistons were formed by sheet metal parts extending in their longitudinal extension.
However, due to the low strength of the metal sheets, this design requires larger gaps between the rotary pistons with one another and with respect to the housing, so that the always existing backflow through these gaps was greater than absolutely necessary and reduced the delivery rate.
The present invention aims at overcoming this disadvantage. According to the invention, the rotary lobes are made up of prefabricated, hollow, sheet-metal parts in a box construction. The box design results in a whole series of i-on transverse walls, so that the piston profiles should not be deformed by centrifugal forces and therefore the gaps between the rotary pistons and the housing do not have to be larger than before.
The accompanying drawing shows an exemplary embodiment of the invention.
The F'ig. 1 shows a diagonal cross section through the Roots-type pump, FIG. 2 shows a perspective view of a piston of the pump and FIG. 3 shows a partial longitudinal section of the piston shown in FIG.
The pump shown in FIG. 1 has a pump chamber 1 which is delimited by a housing 2 with an oval cross section. The housing is gebil det by the half cylinders 2a and 2b, which are closed at both ends. The inlet opening 3 and the outlet opening = 1: are arranged between the two half-cylinders. The rotary shafts 5 and 6 are each arranged in the axis of each half cylinder and carry the two rotary pistons 7 and B, which are only shown schematically.
The pistons are perfectly balanced. The clutch transmission 11 and 12 is best placed outside the housing 2 on the shafts to achieve the synchronization of the two Kol ben. In general, only one drive motor, which is connected to one shaft, is used for the drive and is advantageously arranged in the evacuated intermediate space 10 between the inner housing 2 and the outer housing 9.
Since it is desirable to keep the pressure in the space 10 as low as possible. the outer housing 9 must be vacuum-tight. Such a construction is particularly favorable if the outer housing does not carry any gears for the rotating parts of the pump. In contrast, it is provided with the connecting flanges 13 and 14. The evacuation of the room 1.0 can be carried out in such a way that the room is connected through the flange 15. an evacuation pump connects.
According to FIG. 2, the pistons consist of a series of metal shells 21 on the shaft 5n. joined together that form the flask. The shells can be cold-pressed in order to obtain the desired contour. Each shell is provided with a bottom 22 which is shaped like the desired cross section of the piston. Each shell is provided with a part 16 of larger cross-section, which forms part of the piston surface, the transition zone 23 dividing the shell into two zones of different widths and serving to join the shells together.
A piston of this type is. very light and remains completely rigid despite the centrifugal force, so that it can withstand high rotational speeds of several thousand revolutions per minute.
The bases 22 are provided with through openings 17 in order to further reduce the weight of the rotating class. These bases are attached to the shaft 5a by means of the central openings 1.8 and are held in the desired position by the spacer pieces 2-1.
Another shell '? 0 forms one end of the piston. The axial fusion of the shells on the shaft can be brought about by a rigid connection between the shaft and the end shells <B> <U> 2 </U> 0 </B> and 21, so that axial misalignment is prevented. Very robes, bolts and similar fasteners can be used for this purpose. If necessary, each individual shell can be attached to the shaft by soldering, welding or the like.
The edges <B> 19 </B> of the shells are sealed, e.g. B. by welding, soldering, decorating or the like. Synthetic resins, for example, can also be used to seal these edges. After this cementing, soldering, etc., the butt feet of the rotary lobes are still smoothed, which is very favorable for achieving a large delivery rate. This measure is therefore very essential for a good performance of this high vacuum pump. The shaft 5a. can be full or hollow in a known manner.
The box-type piston dissipates the frictional heat well and ensures operation without vibration. It has a completely rigid structure, even at high speeds, as the centrifugal forces that occur in consideration. the lightweight construction are low. Therefore, a low performance of the motor is necessary for me to target a high rotational speed and thus a high delivery rate.
Rotary lobes of this design have proven their worth wherever the pressure difference at the pump has a certain small value, e.g. B. 80 Torr, does not exceed.