DE10197270B4

DE10197270B4 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE10197270B4
Application number: DE10197270T
Authority: DE
Inventors: Masashi Yoshimura
Original assignee: TAIKO KIKAI INDUSTRIES Co Ltd; Taiko Kikai Ind Co Ltd
Current assignee: TAIKO KIKAI INDUSTRIES Co Ltd; Taiko Kikai Ind Co Ltd
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2021-12-15
Also published as: JP3673744B2; US6964560B2; KR20040035886A; DE10197270T5; WO2003031820A1; JP2003097463A; TW587126B; KR100602470B1; US20040258551A1

Abstract

Vakuumpumpe (1), die Gas in einer Richtung einer Rotorachse durch Drehen eines Paares von Schraubenrotoren (3, 4) mit einem Querschnitt senkrecht zu der Rotorachse, der mit einer Epitrochoide-Kurve, einer Kreisbogenkurve und einer archimedischen Spiralkurve ausgebildet ist, komprimiert und fördert, wobei die Schraubenrotoren (3, 4), die einander in Eingriff stehen, drehbar in einem Gehäuse (2) gelagert werden, gekennzeichnet durch Ausgleichskolben (13, 14), die jeweils auf Wellen (6, 7) der Schraubenrotoren (3, 4) an der Einlassseite des Gehäuses (2) angeordnet sind, wobei die Ausgleichskolben (13, 14) einen Einlassbereich (17) im Bereich der Schraubenrotoren (3, 4) und einen Druckbeaufschlagungsbereich (16) im Bereich der Ausgleichskolben (13, 14) trennen, wobei eine Schubkraft der Schraubenrotoren (3, 4) in einem Druckbeaufschlagungszustand durch Wirkung eines Förderdrucks in dem Druckbeaufschlagungsbereich (16) aufgehoben wird, und jeder Ausgleichskolben (13, 14) eine Vielzahl von Platten (25) und Zwischenräumen zwischen den jeweiligen Platten (25) aufweist, und wobei die Platten (25) des einen Ausgleichskolbens...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe, die eine Funktion der Erhöhung des Drucks zum Vakuumansaugen und zum Drucktransport durch Drehen eines Paares von Schraubenrotoren aufweist.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine gattungsgemäße Vakuumpumpe ist beispielsweise aus der EP 0 959 250 A2 bekannt. Hierbei wird Gas in einer Richtung einer Rotorachse durch Drehen eines Paares von Schraubenrotoren, die miteinander in Eingriff sind und drehbar in einem Gehäuse gelagert sind, komprimiert und gefördert, wobei die Vakuumpumpe darüber hinaus Ausgleichskolben umfasst, die jeweils auf der Schraubenrotorenwelle auf der Einlassseite des Gehäuses angeordnet sind. Besagte Ausgleichskolben trennen den Einlassbereich vom Druckbeaufschlagungsbereich der Vakuumpumpe, um dadurch die Schubkraft der Schraubenrotoren aufzuheben.
Aus der US 5 667 370 A ist eine Vakuumpumpe bekannt, die ein Paar Schraubenrotoren aufweist, welche einen Querschnitt bestehend aus einer Epitrochoide, einem Kreisbogen und einer archimedischen Spirale aufweisen.
Die JP 2 149 893 U beschreibt eine Vakuumpumpe, bei der gekühlte Förderluft nahe der Förderseite der Pumpe eingespeist wird.
Bei der Technologie des Lufttransports von Pulver und festen Bestandteilen (wie z.B. Spänen, feuchtem Abfall, Staub, Asche, Kohle, Schlamm, Sand, Zement und Weizenmehl) durch eine Vakuumpumpe, tendiert man dazu, den Gasdruck auf 0,2 bis 0,34 MPa (2 bis 3,5 kg/cm²G) in Übereinstimmung mit der Verringerung des Rohrdurchmessers und Trans ports mit höherer Dichte für einen Langstreckentransport oder Volumentransport zu erhöhen, um die Anschaffungskosten zu verringern.
Ein solcher Bereich des Gasdrucks liegt außerhalb des Bereichs eines normalen Gebläsedrucks (niedriger als der obige Druckbereich) und des Druckbereichs eines Kompressors (höher als der obige Druckbereich 0,69 bis 0,79 MPa (7 bis 8 kg/cm²G)), so dass, wenn ein Gebläse für den Lufttransport verwendet wird, das Gebläse ein Mehrstufentyp sein kann, und wenn ein Kompressor für den Lufttransport verwendet wird, der Gasdruck so verringert werden kann, dass er dem Bereich des Gasdrucks entspricht.
Für den Lufttransport wird im Allgemeinen ein Verfahren durch Vakuumansaugung und Drucktransport verwendet. In dem Fall sind sowohl eine Vakuumpumpe als auch ein Kompressor erforderlich. Zum Beispiel wird Pulver in einen Abscheidertank durch die Vakuumpumpe angesaugt und mit komprimierter Luft durch ein Gebläse (Druckanstieg geringer als 0,1 MPa (1 kg/cm²G)) oder durch einen Kompressor (Druckanstieg mehr als 0,1 MPa (1 kg/cm²G)) transportiert, währenddessen das Pulver in dem Tank mit einer konstanten Volumenrate in ein Rohr hineinfällt, in dem es eine Zellenradschleuse (Drehschieber) passiert.
Wenn eine gewöhnliche Vakuumpumpe des Schraubentyps als Kompressor verwendet wird, wird ein Schraubenrotor mit einer Schubkraft (Axialkraft) Fa/4·(Da² – Db²)·Pd durch Aufnehmen des Förderdrucks Pd belastet. Die Schubkraft wird auf ein Lager an einer festen Seite des Schraubenrotors zusätzlich aufgebracht, so dass sich die Lebensdauer des Lagers stark verringern kann.
Hierbei ist Da ein Außendurchmesser einer Schraube, Db ein Fußdurchmesser der Schraube und Pd ein Förderdruck. Zum Beispiel kann eine Vakuumpumpe, die eine Lebensdauer Lh = 30000 Stunden hat, eine stark verkürzte Lebensdauer Lh = wenige tausend Stunden haben, wenn die Vakuumpumpe für einen Kompressor mit einem Förderdruck von 0,29 MPa (3 kg/cm²G) verwendet wird.
Daher wird durch Erhöhen eines Wellendurchmessers des Rotors für ein größeres Lager der Fußdurchmesser der Schraube vergrößert, so dass das Luftfördervolumen bei einer Drehung des Schraubenrotors verringert wird. Die Erhöhung der Drehzahl des Schraubenrotors zum Kompensieren der Verringerung verstärkt Schwingungen und Geräusche, und die Schmierfähigkeit kann erhöht werden. Alternativ dazu kann durch Vergrößern des Außendurchmessers des Schraubenrotors zum Erhöhen des Fördervolumens die Größe der Pumpe erhöht werden.
Um den obigen Nachteil zu überwinden, ist das Ziel dieser Erfindung, eine Vakuumpumpe zu schaffen, die eine Funktion der Erhöhung des Drucks zum Vakuumansaugen und zum Drucktransport aufweist, welche eine längere Lebensdauer des Lagers haben kann, wenn die Pumpe als ein Kompressor für einen Druck von 0,2 bis 0,34 MPa (2 bis 3,5 kg/cm²G) verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um das obige Ziel zu erreichen, umfasst eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1 dieser Erfindung, die Gas in einer Richtung einer Rotorachse durch Drehen eines Paares von Schraubenrotoren mit einem Querschnitt senkrecht zu der Rotorachse, der mit einer Epitrochoide-Kurve, einer Kreisbogenkurve und einer archimedischen Spiralkurve ausgebildet ist, komprimiert und fördert, wobei das Paar der Schraubenrotoren drehbar gelagert in einem Gehäuse miteinander in Eingriff befindlich ist, Ausgleichskolben die jeweils auf Wellen der Schraubenrotoren an der Einlassseite des Gehäuses so angeordnet sind, wobei die Ausgleichskolben einen Einlassbereich im Bereich der Schraubenrotoren und einen Druckbeaufschlagungsbereich im Bereich der Ausgleichskolben trennen, wobei eine Schubkraft der Schraubenrotoren in einem Druckbeaufschlagungszustand durch Wirkung eines Förderdrucks in dem Druckbeaufschlagungsbereich aufgehoben wird, und jeder Ausgleichskolben eine Vielzahl von Platten und Zwischenräumen zwischen den jeweiligen Platten aufweist, und wobei die Platten des einen Ausgleichskolbens drehbar in die Zwischenräume des anderen Ausgleichskolbens eingreifen.
Gemäß der obigen Struktur ist der Druck an der Einlassseite niedrig und der Druck an der Förderseite hoch durch Drehung des Paares von Schraubenrotoren derart, dass das Paar von Schraubenrotoren zu der Einlassseite hin gedrückt wird. Daher kann die Schubkraft (Kraft in Axialrichtung) auf die Lager der Welle der Schraubenrotoren wirken. Der Druck an der Förderseite wirkt jedoch auf den Ausgleichskolben, um den Ausgleichskolben zusammen mit der Welle zu der Förderseite hin zu drücken. Daher wird die Schubkraft auf das Lager aufgehoben, und das Lager kann nicht mit einer übermäßigen Kraft belastet werden.
Weiterhin ist eine Labyrinthdichtung durch Räume zwischen der Vielzahl von Platten so ausgebildet, dass ein Austritt durch Druck aus dem Druckabschnitt zu dem Einlassbereich auf einen äußerst kleinen Wert begrenzt werden kann, obwohl die Außenflächen der Platten nicht mit den Innenflächen des Einlassbereichs in Kontakt stehen. Die Platten der beiden Ausgleichskolben sind abwechselnd so angeordnet, dass ein Austritt durch die Räume zwischen den beiden Ausgleichskolben verhindert wird.
Die Vakuumpumpe nach Anspruch 2 dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vakuumpumpe nach Anspruch 1 ein Abstand H zwischen den Achsen der Wellen durch H = (D₁ + D₂)/2 = (Da + Db)/2 definiert wird, wobei D₁ ein Außendurchmesser des Ausgleichskolbens, D₂ ein Fußdurchmesser des Ausgleichskolbens, Da ein Außendurchmesser des Schraubenrotors und Db ein Fußdurchmesser des Schraubenrotors ist.
Entsprechend der obigen Struktur ist der Außendurchmesser D₁ des Ausgleichskolbens gleich dem Außendurchmesser Da des Schraubenrotors, und der Fußdurchmesser D₂ des Ausgleichskolbens ist gleich dem Fußdurchmesser Db des Schraubenrotors. Dadurch sind die druckbelasteten Flächen des Ausgleichskolbens und des Schraubenrotors gleich, und die Schubkräfte, die durch den Förderdruck an dem Ausgleichskolben und dem Schraubenrotor bewirkt werden, sind gleich, so dass die Schubkraft, die auf das Lager wirkt, auf sichere Weise aufgehoben wird.
Die Vakuumpumpe gemäß Anspruch 3 dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2 die Pumpe als ein Kompressor verwendet wird, wenn der Förderdruck auf den Ausgleichskolben wirkt, und Luft der Förderseite als Kühlluft nach Durchströmen einer Kühlvorrichtung zu einer Stelle hin nahe der Förderseite des Einlassbereichs im Bereich des Schraubenrotors angesaugt wird, wenn die Pumpe als eine Vakuumpumpe verwendet wird.
Wenn gemäß der obigen Struktur die Pumpe als ein Kompressor die Förderseite mit einem hohen Druck ausführt, wird ein Verschleiß des Lagers mit dem Ausgleichskolben verhindert. Wenn der Luftdruck an der Einlassseite auf einen Vakuumzustand gesetzt wird und der Luftdruck an der Förderseite auf einen atmosphärischen Druck für die Vakuumpumpe ge setzt wird, wird die Förderseite durch die Kühlluft von der Kühlvorrichtung gekühlt. Dadurch wird Pulver auf sichere Weise angesaugt und die Schraubenrotoren gekühlt.
Die Vakuumpumpe gemäß Anspruch 4 dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Vakuumpumpe gemäß Anspruch 3 eine Auslassöffnung des Gehäuses mit der Kühlvorrichtung verbunden ist, und dass die Kühlvorrichtung mittels eines ersten Einlassventils mit dem Druckbeaufschlagungsbereich verbunden ist und mittels eines zweites Einlassventils mit einer Position nahe der Förderseite verbunden ist, und dass beide Einlassventile ausgewählt geschlossen oder geöffnet werden, um die Pumpe als Kompressor oder Vakuumpumpe arbeiten zu lassen.
Wenn entsprechend der obigen Struktur die Pumpe als Kompressor verwendet wird, wird das erste Einlassventil geschlossen und das zweite Einlassventil wird geöffnet. Wenn die Pumpe als Vakuumpumpe verwendet wird, wird das erste Einlassventil geöffnet und das zweite Einlassventil geschlossen. Ein Teil des Hochdruckgases, das aus der Auslassöffnung gefördert wird und in die Kühlvorrichtung geführt wird, wird gekühlt und durch das Einlassventil zu dem Druckbeaufschlagungsbereich oder der Förderseite des Einlassbereichs auf der Seite des Ausgleichskolbens transportiert. Dadurch wird der Druckbeaufschlagungsbereich oder die Förderseite des Einlassbereichs durch das Kühlgas gekühlt.
Die Vakuumpumpe gemäß Anspruch 5 dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eine Drosselstelle an einer Einlassöffnung des Druckbeaufschlagungsbereichs angeordnet ist, und dass der Förderdruck durch die Drosselstelle auf den Druckbeaufschlagungsbereich wirkt.
Entsprechend der obigen Struktur wird verhindert, dass der Druck in dem Druckbeaufschlagungsbereich sich über den Bedarf erhöht. Dadurch wird eine Erhöhung des Austritts aus dem Ausgleichskolben zu dem Einlassbereich und ein Absinken des volumetrischen Wirkungsgrads der Vakuumpumpe verhindert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Vakuumpumpe gemäß dieser Erfindung;
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Montagebereich eines Ausgleichskolbens der Vakuumpumpe zeigt;
3 ist eine Draufsicht, die einen Grundriss der Vakuumpumpe, eines Antriebsmechanismus und einer Rohrleitungsstruktur zeigt;
4 ist eine Zeichnung (zur Erläuterung) eines Schnitts senkrecht zur Achse, die eine Ausführungsform eines Schraubenrotors der Vakuumpumpe zeigt; und
5 ist eine Zeichnung zur Erläuterung, die eine Ausführungsform eines Zustands bei Verwendung als Vakuumpumpe zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform gemäß dieser Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Schnittansicht, die eine innere Struktur der Ausführungsform der Vakuumpumpe gemäß dieser Erfindung zeigt.
Die Vakuumpumpe 1 schließt eine Gruppe von rechtsgängigen und linksgängigen Schraubenrotoren 3, 4 ein, die miteinander in Eingriff stehend in einem aus Metall hergestellten Gehäuse 2 angeordnet sind. Die einen Enden der jeweiligen Wellen 6, 7 der Schraubenrotoren 3, 4 sind drehbar miteinander über jeweilige Steuerzahnräder 8 in einem Getriebegehäuseabschnitt 5 an einem Ende des Gehäuses 2 verzahnt. Die anderen Enden der jeweiligen Wellen 6, 7 der Gruppe der Schraubenrotoren 3, 4 sind durch jeweilige Lager 10 in einem Lagerdeckel 9 an dem anderen Ende des Gehäuses 2 drehbar gelagert. Eine Einlassöffnung 11 ist an dem einen Ende des Gehäuses 2 vorgesehen, und eine Auslassöffnung 12 ist an dem anderen Ende des Gehäuses 2 vorgesehen. Ein Paar von Ausgleichskolben 13, 14 sind nahe der Einlassöffnung 11 in dem Gehäuse 2 angeordnet. Ein Ausgleichskolben 13 ist auf der Welle 6 eines Schraubenrotors 3 befestigt, und der andere Ausgleichskolben 7 ist auf der Welle 7 des anderen Schraubenrotors 4 befestigt, um die jeweiligen Ausgleichskolben 13, 14 frei zusammen mit den jeweiligen Schraubenrotoren 3, 4 zu drehen. Ein Druckbeaufschlagungsbereich 16 ist an dem einen Ende ausgebildet, der von den Ausgleichskolben 13, 14 getrennt ist, und ein Einlassbereich 17 ist an dem anderen Ende (Seite der Schraubenrotoren) mit Strömungsverbindung zu der Einlassöffnung 11 positioniert. Druckkräfte entlang der Achsen der Gruppe der Schraubenrotoren 3, 4, die durch den Förderdruck verursacht werden, werden durch den Druck aus einem Druckbeaufschlagungseinlass 15 aufgehoben, der auf die Ausgleichskolben 13, 14 so wirkt, dass eine überbeanspruchte Axiallast auf die Lager 10 verhindert wird.
Das Gehäuse 2 ist in einer Brillenform in einer breiten Richtung (senkrecht zu der Achse) ausgebildet, um die Gruppe von Schraubenrotoren 3, 4 parallel aufzunehmen, und weist die Einlassöffnung 11 an der einen Seite entlang einer Axialrichtung und die Auslassöffnung 12 an der anderen Seite auf. Die Schraubenrotoren 3, 4, werden später im Einzelnen anhand 4 beschrieben. Das Gehäuse 2, der Lagerdeckel 9 und der Getriebegehäuseabschnitt 5 sind luftdicht durch Trennwände 18, 19 zwischen diesen getrennt. In dieser Ausführungsform sind das Gehäuse 2 und das Getriebegehäuse (benannt mit dem Zeichen 5) integriert ausgebildet. Jeweilige Wellen 6, 7 der Gruppe der Schraubenrotoren 3, 4 durchdringen die jeweiligen Trennwände 18, 19 und stehen in den Getriebegehäuseabschnitt 5 und den Lagerdeckel 9 hervor.
An einer nahen Seite der einen Trennwand 18 werden die jeweiligen Wellen 6, 7 drehbar durch Rollenlager 20 gelagert und sind mit den Steuerzahnrädern 8 in dem Getriebegehäuseabschnitt 5 jeweils durch eine Passfeder und einen Konus befestigt. Die Rollenlager 20 sind jeweils mit einem Innenring, einem Außenring und einer Vielzahl von Zylinderrollen zwischen dem Innenring und Außenring versehen, und lagern die Wellen 6, 7, so dass sie in einer Axialrichtung geringfügig beweglich sind. Daher kann die Ausdehnung in der Axialrichtung der Wellen 6, 7 durch Wärmeausdehnung beim Gebrauch absorbiert werden. Das Paar der Steuerzahnräder 8 ist miteinander in Eingriff. Der schmale Druckbeaufschlagungsbereich 16 (leerer Raum) ist zwischen der Trennwand 18 und den Ausgleichskolben 13, 14 ausgebildet und steht mittels des Druckbeaufschlagungseinlasses 15 mit einem Außenbereich in Verbindung.
In dem Lagerdeckel 9 außerhalb der anderen Trennwand 19 des Gehäuses 2 werden die jeweiligen Wellen 6, 7 durch Schrägkugellager 10 gelagert. Ein verlängerter Bereich einer Welle 6, der sich nach außen erstreckt, ist durch eine Doppelgleitringdichtung 21 abgedichtet und mit einem Motor 22 verbunden (3). Die Schrägkugellager 10 sind dreifach kombinierte Schrägkugellager, wobei die drei Lager eine Gruppe bilden, und zwei der drei Lager die Schubkraft aufnehmen. Jedes Lager schließt einen Innenring, einen Außenring und eine Vielzahl von Kugeln zwischen den Ringen ein. Die jeweiligen Innenringe sind auf Außenflächen der Wellen 6, 7 angepasst und befestigt, und die jeweiligen Außenringe sind in einer Halterung 23 für eine gemeinsame Verwendung befestigt, welche in einer Rahmenwand 24, die zu der Trennwand 19 übergeht, befestigt ist. In den dreifach kombinierten Schrägkugellagern 10 unterscheiden sich die Kugelkontaktwinkel der beiden Lager an der Vorderseite von den Kugelkontaktwinkeln eines Lagers an der Rückseite.
Der Rollwiderstand des Schrägkugellagers 10 ist geringer als der des Rollenlagers 20, so dass das Schrägkugellager 10 für eine Drehung bei hoher Drehzahl geeignet ist. Das Rollenlager 20 ermöglicht den Wellen 6, 7 sich in Axialrichtung zu bewegen, im Unterschied zu dem Schrägkugellager 10, und nimmt eine große Last in Radialrichtung auf, nimmt aber keine Schubkraft auf. Die dreifach kombinierten Schrägkugellager können einer Schubkraft standhalten. Für eine längere Lagerlebensdauer sind die Ausgleichskolben 13, 14 vorgesehen, um die Schubkraft, die durch den Förderdruck, der auf die Schraubenrotoren 3, 4 wirkt, aufzuheben.
Die Ausgleichskolben 13, 14 sind mit einer Gruppe von rechten und linken Kolben ausgebildet, um symmetrisch herum zur Vorderseite und Rückseite angeordnet zu sein, wie in 2 gezeigt ist. Die rechten und linken Ausgleichskolben 13, 14 sind durch Stapel einer Vielzahl von scheibenförmigen Metallplatten 25 (vier Platten in dieser Ausführungsform) in der Axialrichtung aufgebaut. Die Platte 25 schließt einen Nabenbereich 25a mit kleinem Durchmesser ein, der von der Mitte der Platte hervorsteht, und schließt einen Plattenhauptkörper 25b mit einem großen Durchmesser ein (Plattenbereich), der koaxial zu dem Nabenbereich 25a befindlich ist und eine Dicke hat, die geringfügig kleiner als die des Nabenbereichs 25a ist.
Die jeweiligen Nabenbereiche 25a sind miteinander in der Axialrichtung so verbunden, dass sie die jeweiligen Plattenhauptkörper 25b parallel zueinander anordnen und ringförmige Räume 26 zwischen den jeweiligen Plattenhauptkörpern 25b schaffen. Die Plattenhauptkörper 25b des benachbarten Ausgleichskolbens (13 oder 14) sind drehbar in den Räumen 26 angeordnet. Die jeweiligen Plattenhauptkörper 25b sind zueinander mit einem kleinen Spalt in einem Nicht-Kontaktzustand zueinander positioniert. Durch Verwendung eines Materials mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten können die Spalten zwischen den beiden Ausgleichskolben 13, 14 kleiner sein, um so den Austritt zu dem Spalt zu verringern.
Die Außendurchmesser der jeweiligen Plattenhauptkörper 25b, d.h. die Außendurchmesser der Ausgleichskolben 13, 14 sind die gleichen wie die Außendurchmesser der Schraubenrotoren 3, 4. Die Außendurchmesser der jeweiligen Nabenbereiche 25a, d.h. die Fußdurchmesser der Ausgleichskolben 13, 14, sind die gleichen wie die Fußdurchmesser der Schraubenrotoren 3, 4. Ist Da als der Außendurchmesser des Schraubenrotors 3, 4 definiert, ist Db als der Fußdurchmesser des Schraubenrotors 3, 4 definiert, ist D₁ als der Außendurchmesser des Ausgleichskolbens 13, 14 definiert, ist D₂ als der Fußdurchmesser des Ausgleichskolbens 13, 14 definiert, ist H als ein Abstand zwischen Achse und der Wellen 6, 7 definiert, wird H gezeigt durch H = (D₁ + D₂)/2 = (Da + Db)/2.
Die Ausgleichskolben 13, 14 sind in einer Kreisrichtung an Innendurchmesserseiten der jeweiligen Nabenbereichen 25a auf den Wellen 6, 7 mit Passfedern 27 unbeweglich befestigt. Die vorderen Enden der Ausgleichskolben 13, 14 stoßen an eine Endfläche 28a des Fußbereichs 28 der Schraubenrotoren 3, 4 an, und die hinteren Enden der Ausgleichskolben 13, 14 stoßen an Anschlagplatten 29 an. Die Ausgleichskolben 13, 14 können sich eine kurze Strecke (nahe einem Zwischenraum des Lagers) in der Axialrichtung zusammen mit den Schraubenrotoren 3, 4 und den Wellen 6, 7 bewegen. Die Schraubenrotoren 3, 4 sind in Kreisrichtung und der Axialrichtung mit Passfedern auf den Wellen 6, 7 unbeweglich befestigt.
Die Vielzahl der Plattenhauptkörper 25b der Ausgleichskolben 13, 14 und die Räume 26 strukturieren eine Labyrinthdichtung. Dadurch wird ein Austritt durch Druck über einen Spalt h' zwischen der Außenfläche des Plattenhauptkörpers 25b und einer Innenfläche eines inneren Zylinderbereichs 30 des Gehäuses 2 durch Hinzugeben von Gasdruck (Luftdruck) aus dem Druckbeaufschlagungseinlass 15 verringert. Ein Blockieren durch Kontakt der Ausgleichskolben 13, 14 mit dem Gehäuse 2 wird durch den engen Spalt h' verhindert.
Die Ausgleichskolben 13, 14 können durch Formen einer Vielzahl von ringförmigen Räumen 26 parallel auf einem kurzen zylindrischen Metallelement statt der Vielzahl von Platten 25, falls praktikabel, hergestellt werden. Die Räume 26 zwischen den Plattenhauptkörpern 25 sind nicht zur Arbeit als eine Pumpe vorhanden, sondern sie sind zum Absichern einer Dichtung zwischen einem vorderen Raum und einem hinteren Raum, die durch die Ausgleichskolben 13, 14 getrennt sind (der Einlassbereich 17 und der Druckbeaufschlagungsbereich 16) vorgesehen.
Die jeweiligen Plattenhauptkörper 25b der Ausgleichskolben 13, 14 sind drehbar miteinander in Eingriff, um einen kleinen axialen Spalt h durch abwechselndes Anordnen aufzuweisen. Ein Paar von Ausgleichskolben 13, 14 wird drehbar zusammen mit den jeweiligen Schraubenrotoren 3, 4 in dem Einlassbereich 17 mit einer Form aufgenommen, die durch Verbinden von brillenförmigen Räumen des Gehäuses 2 in einer Radialrichtung (von 8) als ein Paar von Schraubenrotoren 3, 4 ausgebildet sind. Der Druckbeaufschlagungsbereich 16 zwischen einer Trennwand 18 und den jeweiligen Ausgleichskolben 13, 14 in dem Gehäuse 2 steht mit dem Beaufschlagungseinlass 15 in Verbindung.
Bei der gezeigten Verbindungsstruktur der Vakuumpumpe, der äußeren Rohre und des Motors 25 in 3, ist der Druckbeaufschlagungseinlass 15 durch eine Drosselstelle 31 und ein erstes Einlassventil 32 im Außenrohr 33 ausgebildet. Entlang einer Linksdrehung in 3 ist das Rohr durch einen Filter 34 und zu einer Kühlvorrichtung 35 für transportierende Luft ausgebildet, und die Kühlvorrichtung 35 für die transportierende Luft ist durch ein kurzes Rohr mit der Auslassöffnung 12 an einem vorderen Ende 2 des Gehäuses 12 ausgebildet. Entlang einer Rechtsdrehung ist das Rohr 33 durch das erste Einlassventil 32, ein Rückschlagventil 36 und ein zweites Einlassventil 37 zu einer Kühlluft-Einlassöffnung 38 (Einlass) ausgebildet. Die Kühlluft-Einlassöffnung 38 ist an einer gegenüberliegenden Seite von einer 180 Grad Drehung zu der Auslassöffnung 12 in Radialrichtung und näher zu der Einlassöffnung 11 als der Auslassöffnung 12 in Axialrichtung angeordnet.
Die Auslassöffnung 12 steht mit einem Raum 17 an einem Bereich der Auslassöffnung der Schraubenrotoren 13, 14 in Verbindung, wie in 1 gezeigt ist. Die Kühlvorrichtung 35 für die transportierende Luft schließt einen Kühlwassereinlass 39, einen spiralförmigen Kühlwasserweg 40, einen Kühlwasserauslass 41 und einen darin befindlichen Luftförderweg ein, und kühlt Gas, das von der Auslassöffnung 12 gefördert wird, und transportiert das Gas zu dem Druckeinlass 32 hin. Der Filter 34 scheidet Staub von dem Gas ab, das an der Kühlvorrichtung 35 für die transportierende Luft gekühlt wird. Das erste Einlassventil 32 kann frei geöffnet und geschlossen werden. Durch einen Öffnungsvorgang des ersten Einlassventils 32 wird Gas mit einem Förderdruck durch die Drosselstelle 31 zu dem Druckbeaufschlagungsbereich 16 (1) an einem Bereich der Ausgleichkolben 13, 14 transportiert (während dieses Vorgangs ist das zweite Einlassventil 36 geschlossen). Die Drosselstelle 31 verhindert einen übermäßigen Druckanstieg in dem Druckbeaufschlagungsbereich 16 und dem Einlassbereich 17, wenn das unter Druck stehende Gas transportiert wird (verwendet als ein Kompressor).
Das zweite Einlassventil 37 kann auch frei geöffnet und geschlossen werden. Das gekühlte Gas von der Kühlvorrichtung 35 für transportierende Luft wird von der Kühlluft-Einlassöffnung 38 in den Einlassbereich 17 am Bereich der Auslassöffnung der Schraubenrotoren 3, 4 des Gehäuses 2 in einem Zustand des Schließens des ersten Einlassventils 32 transportiert. Das Rückschlagventil 36 verhindert eine Rückströmung des Gases aus der Kühlluft-Einlassöffnung 38 in einem Niedrigvakuumzustand.
In 3 ist das Zeichen 11 die Einlassöffnung des Gehäuses 2 und das Zeichen 22 ist der Motor. Die Einlassöffnung 11 kann durch eine Rohrleitung mit einem Abscheidertank verbunden sein, der Luft und Pulver aufnimmt, das durch Vakuum gesammelt wird. Der Motor 22 ist über eine Wellenkupplung 41 mit der Welle 6 der Antriebsseite verbunden, wie in 1 gezeigt ist.
Der Betrieb der Vakuumpumpe 1, die eine Funktion der Druckerhöhung entsprechend dieser Erfindung hat, wird im Einzelnen nachfolgend beschrieben.
Wenn die Vakuumpumpe 1 als ein Kompressor verwendet wird, wird das erste Einlassventil 32 in 3 geöffnet und das zweite Einlassventil 37 wird geschlossen. Der Schraubenrotor 3 der Antriebsseite in 1 wird durch Antreiben des Motors 32 gedreht, und gleichzeitig wird der Schraubenrotor 3 der angetriebenen Seite in einer Richtung entgegengesetzt zu der der Antriebsseite 3 über das Steuerzahnrad 8 gedreht. Dadurch wird Gas in Überein stimmung mit der Annäherung zur Abgasseite 12 komprimiert, und der Gasdruck wird erhöht (kann z.B. 0,2 bis 0,34 MPa (2 bis 3,5 kg/cm²/G) sein).
Wenn der Druck an der Abgasseite erhöht wird, werden die jeweiligen Schraubenrotoren 3, 4 mit Axialkräften zu der Einlassseite hin entlang der Pfeile Fa, die in 2 gezeigt sind, belastet. Dadurch können die Innenringe der Lager 10 (Schrägkugellager), die an der Abgasseite an die Wellen 6, 7 der jeweiligen Schraubenrotoren 3, 4 anstoßen, entlang der Pfeile Fa gedrückt werden, um Axialkräfte auf die Lager 10 aufzubringen (Kräfte, die die Lager beschädigen).
Hierbei wird das komprimierte Gas entlang eines Pfeils von der Auslassöffnung 12 zu einem nicht gezeigten Rohr transportiert, und gleichzeitig wird ein Teil des komprimierten Gases durch die Kühlvorrichtung 35 für transportierende Luft und den Filter 34 transportiert, und durch das erste Einlassventil 32 und die Drosselstelle 31 in den Druckbeaufschlagungsbereich 16 an der Einlassseite der Ausgleichskolben 13, 14 transportiert. Dadurch werden die Ausgleichskolben 13, 14 an den einen Endflächen derselben mit einem Druck entlang eines Pfeils P₁, wie in 2 gezeigt ist, gleichförmig belastet, und drücken die Schraubenrotoren 3, 4 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Axialkraft Fa, so dass die Axialkräfte Fa, die auf die Lager 10 lasten, aufgehoben werden.
Der gleiche Förderdruck wirkt gleichzeitig in die entgegengesetzten Richtungen auf die Schraubenrotoren 3, 4 und die Ausgleichskolben 13, 14, so dass die Axialkräfte auf die Schraubenrotoren 3, 4 aufgehoben werden und die Lebensdauer der Lager 10 stark verlängert wird.
Da die Rollenlager 20 keine Axialkräfte, wie oben erläutert, absorbieren können, werden die Rollenlager 20 nicht mit Axialkräften Fa belastet, und die Schrägkugellager 10 werden mit den gesamten Axialkräften Fa belastet.
Wenn Luft durch Druck transportiert wird, ist es erforderlich, dass die Luft, die zu dem ersten Einlassventil 32 geleitet wird, durch die Kühlvorrichtung 35 für die transportierende Luft gekühlt wird. Dadurch werden die Ausgleichskolben 13, 14 gekühlt (Einlassseite wird gekühlt). Wenn die Pumpe als eine Vakuumpumpe verwendet wird, wird das erste Einlassventil 32 geschlossen.
Definiert man Da als den Außendurchmesser des Schraubenrotors 3, 4, Db als den Fußdurchmesser des Schraubenrotors, Pd als den Förderdruck und Fa als den Axialdruck, ist die Axialkraft Fa(Da² – Db²)Pd·π/4. Die Schraubenrotoren 3, 4 werden mit wechselnden Lasten (wiederholte Last mit der gleichen Positiv-Negativ-Amplitude) als Radiallasten in einer Radialrichtung beansprucht. Die Last ist weitaus kleiner als die zuvor erwähnten Axialkräfte, so dass die Last kein zu lösendes Problem ist.
Die Drosselstelle 31 ist zwischen dem ersten Einlassventil 32 und dem Druckbeaufschlagungseinlass 15 angeordnet. Zum Verhindern eines Drucks, der über eine Anforderung ansteigt, ist eine Druckdrosselstelle unter Berücksichtigung der Lebensdauer des Lagers 10 und des Abfallens des Wirkungsgrads durch einen Austritt über einen Spalt geschaffen, da ein Austritt durch einen Spalt von den Ausgleichskolben 13, 14 durch einen Druck in dem Druckbeaufschlagungsbereich 16 erhöht wird.
Im Allgemeinen ist die Austrittsrate über einen Spalt durch folgende Formel gegeben: G = 0,000313·V·F·{P1/(Z + 1,5)U1·60}0'5.
Hierbei ist G: die Austrittsrate über einen Spalt, P₁: der Druck an Hochdruckseite in MPa (kg/cm²ab), U₁: das spezifische Volumen RT/P₁ in m³, R: Gaskonstante = 8,31 kJ/(kmol K) (29,27 kgfm/kgfK), Z: Drosselstufenanzahl der Labyrinthdichtung, F: mittlere Spaltfläche der Drosselstelle, V: Strömungskoeffizient, wenn Pc: kritischer Druck in MPa (kg/cm²), Pc = 0,85 P₁/(Z + 1,5)^0,5 größer ist als P₀: Druck an Niedrigdruckseite 0,1014 MPa (1,033 Kg/cm²ab).
Somit stellt die Drosselstelle 31 den Druck P₁ an der Hochdruckseite (Seite des Druckbeaufschlagungsbereichs) ein und steuert die Austrittsrate über den Spalt, um eine Verringerung des volumetrischen Wirkungsgrads zu verhindern. Obwohl das Einlassventil 32 die gleiche Funktion statt der Drosselstelle 31 ausführen kann, kann das Einlassventil 32 nur so betrieben werden, dass es vollständig öffnet oder vollständig schließt durch vorheriges Drosseln mit der Drosselstelle 31, so dass die Arbeitsweise (Steuerung) einfach sein kann.
Es wird angenommen, dass die Lebensdauer des Lagers 10 Lh = 30000 Stunden oder mehr gegenüber dem Förderdruck von 0,2 MPa (2 kg/cm²G) oder weniger beträgt. Wenn der Förderdruck Pd mehr als 0,2 MPa (2 kg/cm²G) ist, z.B. Pd = 0,34 MPa (3,5 kg/cm²G) ist, kann die Lebensdauer Lh = 30000 Stunden erreicht werden, um P₁ = 0,34 – 0,2 = 0,14 MPa (3,5 – 2 = 1,5 kg/cm²) festzusetzen. Für den festgesetzten Druck des Druckbeaufschlagungsbereichs 16 P₁ = 0,34 MPa (3,5 kg/cm²G) ist die Lebensdauer durch Lh = ∞ (nahezu keine Aussicht, dass es kaputt geht) vorgegeben. Im Gegensatz dazu wird die Austrittsrate durch einen Spalt G aus den Ausgleichskolben 13, 14 erhöht, und der Volumenwirkungsgrad der Vakuumpumpe 1 (Kompressor) wird verringert.
Zum Erhöhen des Volumenwirkungsgrads müssen die Spalten zwischen den Außenflächen der Ausgleichskolben 13, 14 und der Innenfläche des Gehäuses 2 und die Spalten zwischen den jeweiligen Ausgleichskolben 13, 14 verengt werden, um so den Austritt über die Spalten zu verringern. Um die Spalten zu verringern, kann Gusseisen mit Kugelgraphit, z.B. Nobinite-Gusseisen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient etwa 1/5 verglichen mit dem von normalem Eisen ist, wirksam als ein Material für den Ausgleichskolben und das Gehäuse verwendet werden. Das Material kann auch für den Schraubenrotor verwendet werden.
Wenn die Vakuumpumpe 1 zum Absaugen durch Vakuum verwendet wird, wird in 3 das erste Einlassventil 32 geschlossen und das zweite Einlassventil 37 wird geöffnet. Die Einlassöffnung 11 des Gehäuses 2 ist mit einem Tank verbunden, der Gas auf der Auslassseite und ein Lösungsmittel (Flüssigkeit) aufnimmt. Die Einlassöffnung 11 kann vollständig durch ein Einlassventil (nicht gezeigt) verschlossen werden. Das erste und zweite Einlassventil 32, 37 kann elektrisch geschaltet werden.
Ein Paar der Schraubenrotoren 3, 4 wird durch den Motor 22 in dem Fall gedreht, wenn die Pumpe als Kompressor betrieben wird, und Pulver kann in einen Abscheidertank angesaugt werden.
Nachdem ein Teil des Gases, das zu der Auslassöffnung 12 in 3 gefördert wird, zu der Kühlvorrichtung 35 für die transportierende Luft geleitet wird und gekühlt wird, wird der Teil des Gases durch den Filter 34 gefiltert, der an einer Zwischenposition des Rohrs 33 angeordnet ist, und durch das Rückschlagventil 36 von dem zweiten Einlassventil 37 zu der Kühlluft-Einlassöffnung 38 in den Einlassbereich 17 nahe der Förderseite (180 Grad gegenüberliegende Seite zu der Auslassöffnung 12) geleitet. Dadurch werden der Einlassbereich 17 und die Schraubenrotoren 3, 4 gekühlt, und die Kompression des Lösemittels in dem Einlassbereich 17 wird beschleunigt, so dass die Ansaugkraft durch die Schraubenrotoren 3, 4 erhöht wird und die Pumpe in hohem Maße als Vakuumpumpe beansprucht wird.
Die Schraubenrotoren 3, 4 sind mit einer rechtsgängig spiralförmigen Antriebsseite 3 versehen, die direkt mit dem Motor 22 (3) verbunden ist, und mit einer linksgängig spiralförmig angetriebenen Seite 4 versehen, die über das Steuerzahnrad 8 gedreht wird, wie in 1 gezeigt ist. Die jeweiligen Schraubenrotoren 3, 4, die symmetrisch durch Umkehren der gleichen Form in einer 180 Grad Drehung ausgebildet sind, sind gleitend miteinander in Eingriff. Die jeweiligen Schraubenrotoren 3, 4 schließen einen Fußbereich 28 (2), einen asymmetrischen spiralförmigen Zahn 42 außerhalb des Fußbereichs 28 und die Wellen 6, 7 innerhalb des Fußbereichs 28 ein.
4 zeigt eine Schnittansicht in einer Richtung senkrecht zu der Achse von einem in Eingriff stehenden Paar von Schraubenrotoren 3, 4. Jeder spiralförmige Zahn 42 weist einen Bogenbereich 43 auf, der ein Viertelkreis eines kleinen Durchmessers einer Außenfläche des Fußbereichs 28 (2) ist, und weist eine archimedische Spiralkurve 44 auf, die in ein Ende des bogenförmigen Bereichs 43 übergeht, und weist eine Epitrochoide-Kurve 45 auf, die in das andere Ende des bogenförmigen Bereichs 43 übergeht und weist einen großen bogenförmigen Bereich 46 der Außenfläche des spiralförmigen Zahns auf. Auslaufende Enden der archimedischen Spiralkurve 44 und der Epitrochoide-Kurve 45 gehen gleichförmig in den großen Bogenbereich 46 über. Das Zeichen 47 in 4 zeigt einen Drehmittelpunkt.
Das Paar der Schraubenrotoren 3, 4 dreht in entgegengesetzte Richtungen zueinander, wie durch Pfeile in dem Gehäuse 2 gezeigt ist. Gas wird mit dem gleichen Volumen ohne Kompression zu einer vorbestimmten Position bewegt. Das Gas wird komprimiert, während sich die Schraubenrotoren drehen aus einer Position, wo die Auslassöffnung 12a (1), die an der Trennwand 19 des Seitengehäuses 9 angeordnet ist, durch eine Endfläche des Schraubenrotors 4 verschlossen ist, zu einer Position kurz bevor die Auslassöffnung 12a durch eine halbe Drehung geöffnet ist und abgelassen, gerade dann, wenn die Auslassöffnung 12a geöffnet ist. Eine detaillierte Erläuterung ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. S63-36085 gezeigt.
Die Ausgleichskolben 13, 14 (1) gemäß dieser Erfindung können für eine Vakuumpumpe verwendet werden unter Verwendung von anderen Schraubenrotoren, als der Schraubenrotor, der die oben erläuterten Kurven aufweist. Nicht nur eine Vielzahl von Ausgleichskolben 13, 14, sondern auch ein Ausgleichskolben 13, 14 kann ermöglicht werden, wenn das Dichtvermögen gut genug ist. Die Vielzahl der Ausgleichskolben kann als ein Teil integriert werden. Die Anzahl der Plattenhauptkörper 25b (2) kann zwei, drei oder mehr sein. Als Labyrinthdichtung können vier Plattenhauptkörper geeignet sein.
Bei der zuvor erläuterten Ausführungsform drehen sich die Schraubenrotoren 3, 4, die Wellen 6, 7 und die Ausgleichskolben 13, 14 als ein integrierter Teil mit der gleichen Drehzahl. Die Ausgleichskolben 13, 14 können drehbar durch Drucklager gelagert sein, um von den Wellen 6, 7 getrennt zu sein. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Ausgleichskolben 13, 14 an die Endflächen 28a der Schraubenrotoren 3, 4 ohne Spalt und ohne Spiel in einer Axialrichtung anstoßen.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Zustands bei der Verwendung der zuvor erläuterten Vakuumpumpe. In 5 stellt das Zeichen 1 die Vakuumpumpe dar, die Zeichen 51 und 52 stellen Schalldämpfer dar, das Zeichen 53 stellt den Abscheidertank und das Zeichen 54 eine Zellradschleuse (Drehschieber) dar, die Zeichen 55 bis 58 stellen Ventile dar, die Zeichen 59, 60 stellen Rohre dar, das Zeichen 61 stellt einen Ansaugschlauch und das Zeichen 62 ein angesaugtes Gut, wie z.B. Pulver, dar.
Ein erstes Ventil 55 ist an einem Ansaugseite-Rohr 59a angeordnet, das einen Schalldämpfer 51 mit der Einlassöffnung der Vakuumpumpe 1 verbindet. Ein zweites Ventil ist an einem Rohr 60 angeordnet, das den Tank 53 mit dem Ansaugseite-Rohr 59a verbindet. Ein drittes Ventil 57 ist an einen Mittelbereich eines Rohrs angeordnet, der ein Förderseite-Rohr 59b der Vakuumpumpe 1 mit dem Schalldämpfer 52 verbindet. Ein viertes Ventil 58 ist zwischen dem Tank 43 und der Zellradschleuse (Drehschieber) 54 angeordnet.
Zum Ansaugen, zum Öffnen des zweiten Ventils 56 und des dritten Ventils 57 und Schließen des ersten Ventils 55 auf der entgegengesetzten Seite zu einer Richtung des Drucktransports (Richtung entlang eines Pfeils A) und dem vierten Ventil 58 unter dem Tank, betätigt ein Arbeiter die Vakuumpumpe 1, um das angesaugte Gut 62 mit dem Ansaugschlauch 61 in den Tank 53 anzusaugen.
Für einen Drucktransport (Lufttransport) eines angesaugten Guts 62', bei dem im Gegensatz dazu das zweite und dritte Ventil 56, 57 geschlossen wird, und das erste und vierte Ventil 55, 58 geöffnet wird, fällt das angesaugte Gut 62' in dem Tank 53 mit einem konstanten Volumen in ein Basisrohr 59. Die Pumpe arbeitet nun als Verdichter und liefert Förderluft mit Förderdruck.
Wirkungen der Erfindung
Wenn gemäß Anspruch 1 dieser Erfindung die Pumpe als Kompressor verwendet wird, heben die Ausgleichskolben die große Schubkraft auf, die auf das Lager der Schraubenrotoren lasten. Dadurch kann die Last auf das Lager verringert werden und die Lebensdauer des Lagers kann stark verlängert werden. Somit kann die Vakuumpumpe als ein Kompressor ohne Probleme verwendet werden, der einen Förderdruck von 0,2 bis 0,34 MPa (2 bis 3,5 kg/cm²G) hat. Daher kann die Rohrleitung für das lufttransportierte Pulver oder die lufttransportierten Partikel hinsichtlich der Größe verringert werden. Ein hochdichter Transport für einen Langstreckentransport und Massentransport kann allein durch die Vakuumpumpe ohne einen Kompressor ausgeführt werden. Dabei wird ein Austritt von Druck aus dem Druckbeaufschlagungsbereich an der Seite der Ausgleichskolben zu dem Einlassbereich auf der Seite der Schraubenrotoren auf eine äußerst kleine Menge gesteuert, so dass die Verringerung des Kompressionswirkungsgrads auf der Seite des Schraubenrotors verhindert werden kann.
Gemäß Anspruch 2 dieser Erfindung sind Bereiche, die mit dem Druck des Ausgleichskolbens und des Schraubenrotors belastet werden, gleich, so dass die Schubkräfte auf den Ausgleichskolben und den Schraubenrotor im Wert gleich sind (entgegengesetzte Richtungen der Kräfte). Dadurch wird eine Schubkraft, die auf das Lager lastet, auf sichere Weise aufgehoben und die Lebensdauer des Lagers wird auf eine sicherere Weise verbessert.
Gemäß Anspruch 3 dieser Erfindung wird eine Abnutzung des Lagers durch die Ausgleichskolben verhindert, wie oben erläutert, wenn die Pumpe als Kompressor verwendet wird. Wenn die Pumpe als Vakuumpumpe verwendet wird, wird die Auslassöffnungsseite durch Kühlluft von der Kühlvorrichtung gekühlt, so dass das Vakuumsaugen des Pulvers auf Si chere Weise ausgeführt werden kann, und die Schraubenrotoren werden so gekühlt, dass ein Berühren der Schraubenrotoren mit dem Gehäuse durch die Wärmeausdehnung der Schraubenrotoren verhindert wird.
Gemäß Anspruch 4 dieser Erfindung kann ein Umschalten zwischen Kompressor und Vakuumpumpe einfach ausgeführt werden durch Betätigen jeweiliger Einlassventile, die geöffnet oder geschlossen werden. Die Kontaktnahme/das Blockieren der Ausgleichskolben und des Gehäuses durch Wärmeausdehnung der Ausgleichskolben wird durch Kühlen der Ausgleichskolben verhindert.
Gemäß Anspruch 5 dieser Erfindung wird verhindert, dass Druck in den Druckbeaufschlagungsbereich sich über die Anforderung hinaus erhöht. Dadurch wird eine Erhöhung des Austritts aus dem Ausgleichskolben in den Einlassbereich und ein Absinken des volumetrischen Wirkungsgrads der Vakuumpumpe verhindert. Dadurch kann ein Aufheben der Schubkraft durch die Ausgleichskolben sicher bewirkt werden und ein Absinken des Kompressionswirkungsgrads durch die Schraubenrotoren kann verhindert werden.

Claims

Vakuumpumpe (1), die Gas in einer Richtung einer Rotorachse durch Drehen eines Paares von Schraubenrotoren (3, 4) mit einem Querschnitt senkrecht zu der Rotorachse, der mit einer Epitrochoide-Kurve, einer Kreisbogenkurve und einer archimedischen Spiralkurve ausgebildet ist, komprimiert und fördert, wobei die Schraubenrotoren (3, 4), die einander in Eingriff stehen, drehbar in einem Gehäuse (2) gelagert werden, gekennzeichnet durch Ausgleichskolben (13, 14), die jeweils auf Wellen (6, 7) der Schraubenrotoren (3, 4) an der Einlassseite des Gehäuses (2) angeordnet sind, wobei die Ausgleichskolben (13, 14) einen Einlassbereich (17) im Bereich der Schraubenrotoren (3, 4) und einen Druckbeaufschlagungsbereich (16) im Bereich der Ausgleichskolben (13, 14) trennen, wobei eine Schubkraft der Schraubenrotoren (3, 4) in einem Druckbeaufschlagungszustand durch Wirkung eines Förderdrucks in dem Druckbeaufschlagungsbereich (16) aufgehoben wird, und jeder Ausgleichskolben (13, 14) eine Vielzahl von Platten (25) und Zwischenräumen zwischen den jeweiligen Platten (25) aufweist, und wobei die Platten (25) des einen Ausgleichskolbens drehbar in die Zwischenräume des anderen Ausgleichskolbens eingreifen.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei ein Abstand H zwischen den Achsen der Wellen (6, 7) definiert ist durch H = (D₁ + D₂)/2 = (Da + Db)/2, wobei D₁ als ein Außendurchmesser des Ausgleichskolbens, D₂ als ein Fußdurchmesser des Ausgleichskolbens, Da als ein Außendurchmesser des Schraubenrotors und Db als ein Fußdurchmesser des Schraubenrotors definiert ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pumpe als ein Kompressor verwendet wird, wenn der Förderdruck auf den Ausgleichskolben wirkt, und Luft der Förderseite nach Durchströmen einer Kühlvorrichtung (35) als Kühlluft zu einer Stelle nahe der Förderseite des Aufnahmeabschnitts (17) im Bereich des Schraubenrotors angesaugt wird, wenn die Pumpe als eine Vakuumpumpe verwendet wird.
Vakuumpumpe nach Anspruch 3, wobei eine Auslassöffnung des Gehäuses (2) mit der Kühlvorrichtung (35) verbunden ist, und wobei die Kühlvorrichtung (35) mittels eines ersten Einlassventils (32) mit dem Druckbeaufschlagungsbereich (16) und mittels eines zweiten Einlassventils (36) mit einer Position nahe der Förderseite verbunden ist und wobei beide Einlassventile ausgewählt geschlossen oder geöffnet werden, um die Pumpe als Kompressor oder als Vakuumpumpe arbeiten zu lassen.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Drosselstelle (31) an einer Einlassöffnung des Druckbeaufschlagungsbereichs (16) angeordnet ist, und wobei der Förderdruck durch die Drosselstelle (31) auf den Druckbeaufschlagungsbereich (16) wirkt.