DE10019066A1 - Vakuumpumpe mit zwei zusammenwirkenden Rotoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe (1) mit einem Schöpfraumgehäuse (5), in dem sich zwei zusammenwirkende, auf jeweils einer Welle (8, 9) angeordnete Rotoren (2, 3) befinden, mit einem an das Schöpfraumgehäuse (5) angrenzenden Lager-/Getrieberaum (6), in dem die Rotorwellen (8, 9) fliegend gelagert und mit einem Synchronisationsgetriebe (17) ausgerüstet sind, mit einem Antriebsmotor (25), dessen Antriebswelle (28) sich parallel zu den Rotorwellen (8, 9) erstreckt und ein Antriebsrad (35) aufweist, sowie mit einer Getriebestufe (37) zwischen der Antriebswelle (28) und einer der Rotorwellen (8, 9); um eine Maschine dieser Art kompakt ausführen zu können wird vorgeschlagen, dass das Antriebsrad (35) der Antriebswelle (28) unmittelbar mit einem Abtriebsrad (36) auf einer der Rotorwellen (8, 9) in Eingriff steht und die Getriebestufe (37) bildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentan­ spruchs 1.

Vakuumpumpen dieser Art gehören zur Gattung der Zwei-Wellen-Vakuumpumpen. Typische Beispiele für Zwei-Wellen-Vakuumpumpen sind Rootspumpen, Klauen­ pumpen und Schraubenpumpen. Die beiden Rotoren derartiger Pumpen befinden sich in einem Schöpf­ raum und bewirken eine Förderung der Gase von ei­ nem Einlaß zu einem Auslaß. Die fliegende Lagerung hat bei axialfördernden Maschinen den Vorteil, dass auf der Saugseite (Hochvakuum-Seite) Wellen­ dichtungen nicht erforderlich sind.

Bei Zweiwellenmaschinen mit synchronisierten Wel­ len ist der Direktantrieb einer der beiden Wellen üblich (vgl. z. B. die DE 198 20 523 A1). Werden in Maschinen dieser Art gängige Wechselstromantriebs­ motoren eingesetzt, ergeben sich Rotordrehzahlen von 3000 U/min (bei 50 Hz) bzw. 3600 U/min (bei 60 Hz). Mit derartigen Drehzahlen betriebene Pumpen haben eine geringe Leistungsdichte, benötigen enge Spalte und/oder viele Stufen und sind damit relativ groß, schwer und kostspielig. Eine Erhöhung der Drehzahlen wäre mit Hilfe eines Frequenzumfor­ mers möglich; Frequenzumformer bei großen An­ triebsleistungen sind jedoch teuer.

Eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Patentanspruchs 1 ist aus der europäi­ schen Patentschrift 472 933, Fig. 15, bekannt. Der Antriebsmotor ist in einem seitlich neben der Pumpe befindlichen Gehäuse untergebracht. Um die Rotoren mit einer gegenüber der Motordrehzahl hö­ heren Drehzahl betreiben zu können, ist ein Über­ setzungsgetriebe vorgesehen. Das Antriebszahnrad der Motorwelle ist über ein weiteres Zahnrad mit einem auf einer der Rotorwellen angeordneten Zahn­ rad gekoppelt. Eine Lösung dieser Art hat einen hohen Raumbedarf. Außerdem sind vier Wellen vor­ handen, die jeweils mit Lagerungen ausgerüstet sein müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, eine Vakuumpumpe der hier betroffenen Art einfacher und kompakter zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Mittel, die für eine Übersetzung ins Schnelle - z. B. eine Verdoppelung der Rotordreh­ zahl - erforderlich sind, wesentlich einfacher sind als beim Stand der Technik. Die gängige Motortechnologie kann beibehalten werden. Insbeson­ dere dann, wenn auch der Antriebsmotor im Lager- /Getrieberaum untergebracht ist, ergeben sich eine äußerst schlanke und kompakte Bauform sowie eine vereinfachte Kühlung des Elektromotors.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 10 schema­ tisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläu­ tert werden. Es zeigen

• - Fig. 1 bis 3 Ausführungsbeispiele nach der Erfindung, bei denen der Motorrotor auf einer separaten, neben den Rotorwellen angeordneten Motorwelle läuft, und
• - Fig. 4 bis 10 Ausführungsbeispiele, bei de­ nen der Motorrotor und eine der Rotorwellen eine gemeinsame Drehachse haben.

In den Figuren sind die Zweiwellenvakuumpumpe mit 1, ihre Rotoren mit 2, 3, ihr Schöpfraum mit 4 und ihr Schöpfraumgehäuse mit 5 bezeichnet. An das Schöpfraumgehäuse 5 grenzt der Lager-/Getrieberaum 6 an, dessen Gehäuse mit 7 bezeichnet ist. In den Lager-/Getrieberaum 7 erstrecken sich die Rotor­ wellen 8, 9 hinein. Die Drehachsen der Rotoren und Wellen sind mit 11 und 12 bezeichnet. Die Wellen sind schöpfraumseitig und endseitig gelagert (La­ ger 13 bis 16), so daß die Rotoren 2, 3 fliegend gelagert sind. Die Rotorwellen 2, 3 sind über ein Synchronisationsgetriebe 17 miteinander gekoppelt, das von zwei miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern 18, 19 gebildet wird. Zur Abdichtung des Schöpfraumes 4 gegenüber dem Lagerraum 6 sind Dichtungen 21, 22 vorgesehen.

Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen be­ findet sich der Antriebsmotor 25 im Lager- /Getrieberaum 7. Der Stator 26 umgibt den Anker 27, der auf der Motorwelle 28 befestigt ist. Die Motorwelle 28 erstreckt sich jeweils parallel zu den Rotorwellen 8, 9 und ist im Bereich ihrer Enden (Lager 31, 32) im Lager-/Getrieberaum 7 gelagert. Ihre Drehachse ist mit 29 bezeichnet.

Es besteht auch die Möglichkeit, einen Standardmo­ tor außerhalb des Gehäuses 7 anzuordnen und mit einer Welle zu koppeln, die sich innerhalb des La­ ger-/Getrieberaumes 6 parallel zu den Rotorwellen 8, 9 erstreckt und die das Antriebszahnrad 35 trägt. Eine Lösung dieser Art ist durch die ge­ strichelte Linie 30 in Fig. 1 angedeutet.

Als Beispiel ist in Fig. 1 eine Schraubenvakuum­ pumpe 1 dargestellt. Die von den Drehachsen 11, 12 gebildete Ebene 23 (Fig. 2, 3 und 4) steht senk­ recht zur Zeichnungsebene, so dass nur eine rotie­ rende Einheit sichtbar ist. Während ihres Betriebs fördern die Rotoren 2, 3 Gase vom Einlaß 33 zu ei­ nem nicht dargestellten Auslaß.

Bei der Schraubenvakuumpumpe nach Fig. 1 befindet sich die Motorwelle 28 seitlich neben der von den Drehachsen 11, 12 gebildeten Ebene. Sie trägt ein Antriebszahnrad (Antriebsrad 35), das unmittelbar mit einem Zahnrad (Abtriebsrad 36) in Eingriff steht. Antriebsrad 35 und Abtriebsrad 36 bilden eine Getriebestufe 37. Das Abtriebsrad 36 ist auf einer der Rotorwellen 8, 9 befestigt. Der synchrone Antrieb der jeweils zweiten Rotorwelle erfolgt über die Zahnräder 18, 19 des Synchronisations- Getriebes 17.

Die Fig. 2 bis 4 deuten Kopplungsmöglichkeiten der beschriebenen Art an. Bei der Lösung nach Fig. 2 steht das Antriebsrad 35 mit einem (18) der beiden Synchronisationszahnräder 18, 19 in Ein­ griff. Das Zahnrad 18 ist gleichzeitig das Ab­ triebsrad 36. Das Durchmesserverhältnis der Zahn­ räder 35 und 18 bestimmt die Übersetzung.

Die Ausführung nach Fig. 3 entspricht der in Fig. 1 dargestellten Lösung. Unterhalb des Synchro­ nisationszahnrades 18 auf der Welle 8 befindet sich ein weiteres, vorzugsweise im Durchmesser kleineres Zahnrad 36, das mit dem Antriebszahnrad 35 in Eingriff steht. Dieses gilt auch für die Lö­ sung nach Fig. 4. Unterschiedlich gegenüber Fig. 3 ist, dass die Drehachsen 11, 12 und 29 in einer Ebene liegen.

Die Fig. 2 bis 4 lassen erkennen, dass zum ei­ nen der Bauraum zwischen den Rotorwellen 8, 9 zum Teil für den Motorstator 26 genutzt werden kann (Fig. 2, 3), so dass sich kompakte Lösungen ergeben. Zum anderen besteht weitgehend freie Wahl in Bezug auf die Winkellage der Drehachsen zuein­ ander.

Bei den Ausführungen nach den Fig. 5 bis 10 ist die Motorwelle 28 hohl ausgebildet, so dass die Möglichkeit besteht, dass eine der Rotorwellen die Hohlwelle 28 derart durchsetzt, dass ihre Drehach­ sen 29 und 11 bzw. 12 identisch sind. Bei Ausfüh­ rungen dieser Art kann der Bauraum zwischen den Rotorwellen 8, 9 noch besser genutzt werden. Insge­ samt resultiert daraus eine optimal kompakte und schlanke Bauform.

Einige der Gestaltungsmöglichkeiten derartiger Ausführungen zeigen die Fig. 5 bis 10. Bei den Lösungen nach den Fig. 5 und 6 trägt die Hohl­ welle 28 jeweils das Antriebsrad 35, das mit dem Abtriebsrad 36 auf der neben der Hohlwelle 28 be­ findlichen Rotorwelle in Eingriff steht. Über das versetzt dazu angeordnete Synchronisationsbetriebe 17 erfolgt der sychronisierte Antrieb der die Hohlwelle 28 durchsetzenden Rotorwelle 8. Auch in den Fig. 7 und 8 bildet ein antreibendes Rad 35 und ein angetriebenes Rad 36 die Getriebestufe 37. In Fig. 7 ist angedeutet, dass diese Getriebestu­ fe als Ketten- oder Rinnenstuffen ausgebildet ist. Die Lösung nach Fig. 8 besitzt ein Planetenge­ triebe.

Die Lagerung der Motorwelle 28 kann unabhängig von den Lagern 13 bis 16 der Rotorwellen 8, 9 über gehäusefeste Träger erfolgen (Fig. 8, oberes Lager 31). Eine besonders kompakte Lösung wird erreicht, wenn sich die Motorwelle 28 über mindestens ein (Fig. 8, Lager 32), zweckmäßig beide Lager 31, 32 (Fig. 5 und 7) auf der die Hohlwelle 28 durch­ setzenden Rotorwelle 8 abstützt. Im übrigen kann sich auch die die Hohlwelle 28 durchsetzende Ro­ torwelle 8 in der Hohlwelle abstützen (Lager 15 in Fig. 6). Schließlich zeigt Fig. 7 noch die Be­ sonderheit, dass auch die Synchronisationsstufe ein anderes Übersetzungsverhältnis als 1 : 1 haben kann. Die Zahnräder 18 und 19 haben unterschiedli­ che Durchmesser, die ein Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 andeuten sollen. Voraussetzung ist eine entsprechende Gestaltung der Rotoren 2, 3.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen die Kopplung der hoh­ len Motorwelle 28 mit der die Hohlwelle zentral durchsetzenden Rotorwelle 8 über ein Planetenbe­ triebe 41, das die Getriebestufe 37 bildet. Das Planetengetriebe umfaßt in an sich bekannterweise das äußere Hohlrad 42, z. B. zwei Planetenräder 43, 44 sowie das auf der Rotorwelle 8 mit der Dreh­ achse 29 befestigte Sonnenrad 45. Prinzipskizze 9 zeigt die in Fig. 8 dargestellte Lösung mit fest­ stehendem Hohlrad 42. Die Planetenräder 43, 44, die über Kurbeln 46, 47 mit der Motorwelle 28 in Ver­ bindung stehen, bilden Antriebsräder 35, 35'. Nur ein Planetenrad 44 würde als Antriebsrad 35 aus­ reichen (Fig. 9). Das Sonnenrad 45 bildet das Ab­ triebsrad 36.

Bei der Lösung nach Fig. 10 bildet das Hohlrad 42 das Antriebsrad 35. Für das Planetenrad 4 ist ein feststehender Träger vorgesehen. Das Sonnenrad 45 bildet wieder das Abtriebsrad 36. Obwohl bei die­ ser Lösung Antriebsrad 35 und Abtriebsrad 36 nicht unmittelbar in Eingriff stehen, können die erfin­ dungsgemäßen Ziele - kompakt, einfach - erreicht werden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, mindestens eine der Rotorwellen 8, 9 mit einer zentralen Bohrung auszurüsten und diese Bohrung(en) zum Transport eines Schmier- und Kühl-Mittels (vorzugsweise Öl) zu nutzen. Bei im Lager-/Getrieberaum angeordnetem Antriebsmotor 25 kann dieser ebenfalls mit dem Öl gekühlt werden. Eine der Förderung des Öls dienen­ de Ölpumpe kann auf einer der Wellen 8, 9 oder 28 angeordnet sein. Liegt die Motorwelle 28 neben den Rotorwellen 8, 9, dann besteht eine besonders zweckmäßige Lösung darin, daß die Ölpumpe - vor­ zugsweise als Exzenterpumpe ausgebildet - auf der Motorwelle 28 angeordnet ist, und zwar im Bereich ihres oberen Endes. Diese Ausführung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Ölpumpe ist mit 51 bezeichnet.

Zusätzlich kann eine der Wellen 8, 9 oder 28 auf ihrer schöpfraumfernen Seite aus dem Lager- /Getrieberaum 6 dicht herausgeführt sein und ein Lüfterrad 52 tragen. Zweckmäßig wird dazu entspre­ chend Fig. 1 ebenfalls die Motorwelle 28 verwen­ det.

Claims (15)

1. Vakuumpumpe (1) mit einem Schöpfraumgehäuse (5), in dem sich zwei zusammenwirkende, auf jeweils ei­ ner Welle (8, 9) angeordnete Rotoren (2, 3) befin­ den, mit einem an das Schöpfraumgehäuse (5) an­ grenzenden Lager-/Getrieberaum (6), in dem die Ro­ torwellen (8, 9) fliegend gelagert und mit einem Sychronisationsgetriebe (17) ausgerüstet sind, mit einem Antriebsmotor (25), dessen Antriebswelle (28) sich parallel zu den Rotorwellen (8, 9) er­ streckt und ein Antriebsrad (35) aufweist, sowie mit einer Getriebestufe (37) zwischen der An­ triebswelle (28) und einer der Rotorwellen (8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (35) der Antriebswelle (28) unmittelbar mit einem Ab­ triebsrad (36) auf einer der Rotorwellen (8, 9) in Eingriff steht und die Getriebestufe (37) bildet.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (35) der Antriebswelle (28) mit einem der Zahnräder (18, 19) des Sychronisationsgetriebes (17) in Eingriff steht, das einen im Vergleich zum Antriebsrad (35) kleineren Durchmes­ ser hat.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (35) der Antriebswelle (28) mit einem auf einer der Rotorwellen (8, 9) ange­ ordneten Zahnrad (36) in Eingriff steht, das ge­ genüber dem Synchronisations-Zahnrad (18 bzw. 19) auf dieser Welle einen kleineren Durchmesser hat.

4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (25) innerhalb des Lager-/Getrieberaumes (6) untergebracht ist.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (28) neben den Rotorwellen (8, 9) angeordnet ist.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf einem der Enden der Motorwelle (28), vorzugsweise auf ihrem schöpfraumseitigen Ende, eine Ölpumpe (51) befindet.

7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Motorwelle (28) mit ihrem schöpfraumfernen Ende aus dem Getriebe- /Lagerraum (6) herausgeführt ist und ein Lüf­ terrad (52) trägt.

8. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (28) des Antriebsmotors (25) hohl ausgebildet ist und dass eine der Ro­ torwellen (8, 9) die hohle Antriebswelle (28) durchsetzt.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die die Hohlwelle (28) durchsetzende Rotorwelle (8 bzw. 9) über Lager (13, 15) auf dem Gehäuse (7) abstützt und dass sich minde­ stens eines der beiden Lager (31, 32) der Mo­ torwelle (28) auf der Rotorwelle (8 bzw. 9) ab­ stützt.

10. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hohlwelle (28) durchsetzende Ro­ torwelle (8 bzw. 9) über mindestens ein Lager (31 bzw. 32) in der Hohlwelle (28) abstützt.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Getriebestufe (37) ein Planetengetriebe (41) mit feststehen­ dem Hohlrad (42) vorgesehen ist.

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ketten- oder Riemen­ stufe die Getriebestufe (37) bildet.

13. Vakuumpumpe (1) mit einem Schöpfraumgehäuse (5), in dem sich zwei zusammenwirkende, auf je­ weils einer Welle (8, 9) angeordnete Rotoren (2, 3) befinden, mit einem an das Schöpfraumge­ häuse (5) angrenzenden Lager-/Getrieberaum (6), in dem die Rotorwellen (8, 9) fliegend gelagert und mit einem Sychronisationsgetriebe (17) aus­ gerüstet sind, mit einem Antriebsmotor (25), dessen Antriebswelle (28) sich parallel zu den Rotorwellen (8, 9) erstreckt und ein Antriebs­ rad (35) aufweist, sowie mit einer Getriebestu­ fe (37) zwischen der Antriebswelle (28) und ei­ ner der Rotorwellen (8, 9), dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Antriebswelle (28) des An­ triebsmotors (25) hohl ausgebildet ist, dass eine der Rotorwellen (8, 9) die hohle Antriebs­ welle (28) durchsetzt und dass als Getriebestu­ fe (37) ein Planetengetriebe (41) mit angetrie­ benem Hohlrad (42) und feststehendem Planeten­ träger vorgesehen ist.

14. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisati­ onsgetriebe (17) ein von 1 : 1 unterschiedliches Übersetzungsverhältnis hat.

15. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pumpe ver­ wendete Zahnräder zur Geräuschreduzierung aus Kunststoff bestehen.