CH665686A5

CH665686A5 - ROLLING PISTON PUMP.

Info

Publication number: CH665686A5
Application number: CH2405/84A
Authority: CH
Inventors: Juergen Steinmueller; Erich Rossmanith
Original assignee: Pfeiffer Vakuumtechnik
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1984-05-16
Publication date: 1988-05-31
Also published as: DE3321718A1; JPS6011693A; IT1176255B; GB2141486B; NL8401343A; IT8421244A0; IT8421244A1; GB8415239D0; GB2141486A; FR2547630B1; FR2547630A1

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft eine Wälzkolbenpumpe mit zwei oder mehr Rotoren in einem Gehäuse. The invention relates to a Roots pump with two or more rotors in one housing.

Bei bekannten Wälzkolbenpumpen rotieren zwei oder mehr Rotoren aus Stahl oder Grauguss in einem Pumpengehäuse. Das Pumpengehäuse besteht ebenfalls aus Stahl oder Grauguss. Auch Ausführungen aus Aluminium sind bekannt. Unter gegenläufiger Rotation erfolgt ein Aufeinan-derabwickeln der Metallrotoren ohne gegenseitige Berührung bei gleichzeitiger linien- oder flächenförmiger Abdichtung der Saugseite gegenüber der Ausstossseite. Diese Bewegung wird durch Getriebe bewirkt, die sich in einem besonderen Gehäuse, welches am Pumpengehäuse angeflanscht ist, befinden. Die Rotoren sind auf beiden Seiten gelagert. Die Getriebe befinden sich ausserhalb der Lagerung auf den Wellenenden der Rotoren. In known Roots pumps, two or more rotors made of steel or cast iron rotate in a pump housing. The pump housing is also made of steel or cast iron. Versions made of aluminum are also known. With opposite rotation, the metal rotors are unwound one on top of the other without mutual contact and at the same time line or surface sealing of the suction side against the discharge side. This movement is brought about by gears, which are located in a special housing that is flanged to the pump housing. The rotors are supported on both sides. The gearboxes are located outside of the bearings on the shaft ends of the rotors.

Derartig aufgebaute Wälzkolbenpumpen weisen im allgemeinen, besonders jedoch in speziellen Anwendungsfällen, grosse Nachteile auf. Zum Beispiel kommt es vor, dass bei übermässiger Wärmebelastung, bei Einklemmen von Fremdkörpern oder bei Verstellung der Getriebezahnräder sich die Rotoren berühren oder Berührung zwischen Rotoren und Pumpengehäuse auftritt. Dabei kommt es zur Funkenbildung und zu sehr starker örtlicher Erwärmung, was ein Ver-schweissen der Rotoren untereinander oder der Rotoren mit dem Pumpengehäuse zur Folge haben kann. Besonders kritisch wird es, wenn sich im Pumpengehäuse explosive Gase oder Gasgemische befinden. Die Funkenbildung oder auch starke örtliche Erhitzung kann zur Explosion und so zur Zerstörung der Pumpe oder gar zu noch grösseren Schäden führen. Roots pumps constructed in this way generally, but particularly in special applications, have major disadvantages. For example, it can happen that the rotors touch or there is contact between the rotors and the pump housing in the event of excessive heat, jamming of foreign bodies or adjustment of the gear wheels. This creates sparks and very strong local warming, which can result in the rotors being welded to one another or the rotors to the pump housing. It becomes particularly critical when there are explosive gases or gas mixtures in the pump housing. The sparking or strong local heating can lead to an explosion and thus to the destruction of the pump or even greater damage.

Ein weiterer Nachteil besteht bei Rotoren aus Metallwerkstoffen in ihrer grossen Masse. Die damit verbundenen hohen Trägheitsmomente erfordern beim Hochlauf beträchtliche Drehmomente. Zusätzliche Probleme treten bei der Drehzahlregelung und bei der Beseitigung von Unwuchten auf. Weiterhin ist aus Gründen der Festigkeit der Rotoren eine bestimmte Wandstärke der Taille nötig, wodurch der Schöpfraum der Pumpe eingeschränkt wird. Another disadvantage of rotors made of metal materials is their large mass. The associated high moments of inertia require considerable torques during startup. Additional problems arise with the speed control and with the correction of unbalances. Furthermore, for reasons of the strength of the rotors, a certain wall thickness of the waist is necessary, which limits the pumping space of the pump.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wälzkolbenpumpe vorzustellen, deren spezifisches Saugvermögen, d.h. Saugvermögen, bezogen auf die Masse der Pumpe und auf ihren Raumbedarf, gegenüber den herkömmlichen Konstruktionen erheblich verbessert ist. Vor allem wird aber eine höhere Betriebssicherheit angestrebt, insbesondere dann, wenn explosive Gase gepumpt werden. Dazu muss verhindert werden, dass es bei Berührung der Rotoren untereinander oder bei Berührung der Rotoren mit dem Gehäuse zur Funkenbildung kommt. The object of the present invention is to present a Roots pump, the specific pumping speed, i.e. Pumping speed, based on the mass of the pump and its space requirements, is considerably improved compared to conventional designs. Above all, however, higher operational safety is sought, especially when explosive gases are pumped. To this end, it must be prevented that sparking occurs when the rotors come into contact with one another or when the rotors come into contact with the housing.

Eine Lösung dieser Aufgabenstellung darf keine sonstigen Nachteile für den Pumpenbetrieb mit sich bringen. Dies bedeutet u.a., dass die Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe den hohen Anforderungen, die durch den Betrieb und den Einsatz der Pumpe gegeben sind, genügen müssen. Solving this task must not have any other disadvantages for pump operation. This means, among other things, that the properties of the materials used must meet the high requirements imposed by the operation and use of the pump.

Die Aufgabe wird bei der erfindungsgemässen Pumpe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Um die Eigenschaften der Wälzkolbenpumpe als Vakuumpumpe zu verbessern, werden Werkstoffe mit niedriger Entgasungsrate gewählt. Kunststoff mit Füllmaterial aus Faser Werkstoff oder auch Faser-Verbundmaterial in Wik-keltechnik hergestellt, eignen sich als Werkstoffe für die Rotoren, die den in der Aufgabenstellung geforderten Anforderungen entsprechen. Auch das Pumpengehäuse kann aus nicht-metallischen Werkstoffen hergestellt werden. The object is achieved in the pump according to the invention by the characterizing features of claim 1. In order to improve the properties of the Roots pump as a vacuum pump, materials with a low degassing rate are selected. Plastic with filling material made of fiber material or fiber composite material manufactured in wrap technology are suitable as materials for the rotors that meet the requirements required in the task. The pump housing can also be made from non-metallic materials.

Bei Berührung der Rotoren untereinander oder bei Berührung von Rotoren und Gehäuse kommt es nicht zur Funkenbildung, wodurch das Fördern von explosiven Medien ermöglicht wird. Um statische elektrische Aufladungen, die ebenfalls zur Funkenbildung führen können, zu vermeiden, können die verwendeten Werkstoffe zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit mit einem elektrisch leitenden Füllstoff. z.B. Kohlenstoff angereichert werden. Die verwendeten Werkstoffe sind chemisch beständig gegenüber den zu fördernden Medien, insbesondere gegenüber Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf und gegenüber Temperaturen von mehr als 200 °C. Ebenso werden die Festigkeitseigenschaften und die Form der Rotoren nicht beeinflusst. Geringere Dichte der verwendeten Werkstoffe haben kleinere Trägheitsmomente der Rotoren zur Folge, wodurch der Hochlauf erleichtert wird. Probleme, die beim Auswuchten der Rotoren oder bei der Drehzahlregelung auftreten können, werden weitgehend vermieden. When the rotors come into contact with each other or when the rotors and housing come into contact, there is no sparking, which enables the conveyance of explosive media. In order to avoid static electrical charges, which can also lead to sparking, the materials used can be used to increase the electrical conductivity with an electrically conductive filler. e.g. Carbon can be enriched. The materials used are chemically resistant to the media to be pumped, in particular to hydrocarbons and water vapor and to temperatures of more than 200 ° C. The strength properties and the shape of the rotors are also not affected. Lower density of the materials used result in smaller moments of inertia of the rotors, which makes startup easier. Problems that can occur when balancing the rotors or during speed control are largely avoided.

Die geringere Dichte der Rotorwerkstoffe bringt ausserdem den Vorteil, dass diese eine Form mit einem besseren volumetrischen Wirkungsgrad erhalten können. Das Verhältnis von Rotordurchmesser D und Achsabstand a kann grösser gewählt werden, als es seither möglich war. Dadurch wird die Taille der Rotoren schmaler, wodurch der Schöpfraum vergrössert wird. The lower density of the rotor materials also has the advantage that they can be given a shape with a better volumetric efficiency. The ratio of rotor diameter D and center distance a can be chosen larger than has been possible since then. This makes the waist of the rotors narrower, which increases the scoop space.

Das Verhältnis von Saugvermögen und Raumbedarf der Pumpe wird zusätzlich verbessert, indem die Rotoren und die Zahnräder zwischen den Lagern angeordnet sind. Dadurch ist ein kompakterer Bau der Pumpe möglich und es ergibt sich für den Antriebsmotor ein sehr kurzer Hebelarm zum Lager. Die Tatsache, dass Gehäuse und Getrieberaum aus The ratio of pumping speed and space requirement of the pump is further improved by arranging the rotors and the gear wheels between the bearings. This makes the pump more compact and the drive motor has a very short lever arm to the bearing. The fact that the housing and gearbox are made of

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

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40 40

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60 60

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3 3rd

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einem Teil bestehen, ermöglicht eine gegenüber herkömmlichen Konstruktionen günstigere Fertigung. consist of a part, allows a cheaper production than conventional designs.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen An embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described in more detail below. Show it

Fig. 1 Wälzkolbenpumpe im Schnitt senkrecht zu den Rotoren. Fig. 1 Roots pump in section perpendicular to the rotors.

Fig. 2 Wälzkolbenpumpe im Schnitt parallel zu den Rotoren. Fig. 2 Roots pump in section parallel to the rotors.

Innerhalb des vom Pumpengehäuse 7 gebildeten Schöpfraumes 8 befinden sich die beiden Rotoren 1 und 2. Die Rotorwellen sind mit 3 und 4 bezeichnet. Sie rotieren in den Lagern 5 und 6. Die Rotorwelle 3 wird z.B. über Keilriemen s angetrieben. Der Antrieb der Rotorwelle 4 erfolgt über die Getriebezahnräder 11 und 12. Diese sind im Getrieberaum 13 untergebracht. The two rotors 1 and 2 are located within the scooping space 8 formed by the pump housing 7. The rotor shafts are denoted by 3 and 4. They rotate in the bearings 5 and 6. The rotor shaft 3 is e.g. driven by V-belts. The rotor shaft 4 is driven by the gearwheels 11 and 12. These are accommodated in the gear chamber 13.

Die beiden Rotoren drehen sich gegenläufig im Schöpfraum 8. Dabei wird das zu fördernde Medium von der io Ansaugseite 9 zur Ausstossseite 10 befördert. The two rotors rotate in opposite directions in the scooping chamber 8. The medium to be pumped is conveyed from the suction side 9 to the discharge side 10.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Roots pump with two or more rotors in one housing, characterized in that at least one rotor consists of non-metallic material which has chemical resistance, dimensional stability and resistance to mechanical strength to hydrocarbons, water vapor and temperatures of more than 200 ° C and whose coefficient of expansion is equal to or less than the coefficient of expansion of the material from which the housing is made.

2. Roots pump according to claim 1, characterized in that the materials from which the rotors are made have a degassing rate of less than 1 • 10 ~ 2 mbar • 1 / s in a vacuum.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Roots pump according to claim 1 or 2, characterized in that one or more of the rotors made of plastic with filler made of fiber material.

4. Roots pump according to claim 1 or 2, characterized in that one or more of the rotors are made of fiber composite material in winding technology.

5. Roots pump according to one of claims 1-4, characterized in that the non-metallic materials from which the rotors are made to avoid static, electrical charges with an electrically conductive filler, e.g. Are carbon enriched.

6. Roots pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ratio of the rotor diameter (D) and the center distance (a) is greater than V2.

7. Roots pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotors (2, 3) and the gears (11, 12) are arranged between the bearings (5, 6).

Roots pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the housings of the pump chamber (8) and the gear chamber (13) consist of one part.