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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehschieber Vakuumpumpe.
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HINTERGRUND
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Drehschieber Vakuumpumpen sind mechanische Pumpen, insbesondere positive Verdrängerpumpen, die im Allgemeinen verwendet werden, um niedrige Vakuum Bedingungen zu erzielen, in einem Druckbereich von atmosphärischem Druck bis ungefähr 10–1 Pa.
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Gemäß dem Stand der Technik enthalten Drehschieber Vakuumpumpen im Allgemeinen ein Gehäuse, das einen Gas Einlass Anschluss oder Ansauganschluss und einen Gas Auslass Anschluss oder Ausströmanschluss hat und in dem ein Stator aufgenommen ist, der eine zylindrische Kammer definiert; ein zylindrischer Rotor ist exzentrisch innerhalb der Statorkammer angeordnet, welcher Rotor mit federbelasteten radialen Schiebern ausgerüstet ist, welche mit der Wand der Statorkammer zusammenwirken, zum Pumpen eines Gases von dem Gas Einlass Anschluss zu dem Gas Auslass Anschluss. Das Pumpengehäuse ist mit Öl gefüllt, so dass der Stator in einem Ölbad eintaucht, welches die Funktion eines Herunterkühlens und Schmierens der Pumpe hat und sie von der äußeren Umgebung isoliert.
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Pumpen solcher Art sind beispielsweise bekannt aus dem
US Patent Nr. 6019585 "Ölgedichtete Drehschieber Vakuumpumpe mit einer Ölversorgung" und der
GB Patentanmeldung Nr. 2151091 A "Elektrischer Antrieb für eine ölgedichtete Drehkolben Vakuumpumpe".
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Gemäß dem Stand der Technik ist ein Antriebsmotor, nämlich ein elektrischer Motor, durch eine Wellenverbindung mit der Pumpe wirkend verbunden, um die Rotationswelle des Pumpen Rotors in eine Rotation anzutreiben.
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Ausführlicher ist der elektrische Motor außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet und er ist mit dem Pumpengehäuse durch einen Schnittstellenflansch verbunden, wobei eine Öl dynamische Dichtung auf dem Vakuumpumpengehäuse bei dem Schnittstellenflansch bereitgestellt wird, um das Öl daran zu hindern, von dem Ölbad zu der äußeren Umgebung auszutreten.
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Allerdings ist so eine bekannte Lösung nicht frei von Nachteilen, da es schwierig ist, bei jedem Betriebszustand der Vakuumpumpe, einschließlich einem Fehlerzustand, eine vollständige Dichtigkeit bei der Öl dynamischen Dichtung zu garantieren.
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In dieser Hinsicht soll angemerkt werden, dass die Öl dynamische Dichtung einer Abnutzung ausgesetzt ist, was das Risiko eines Dichtigkeitsverlusts der Dichtung selbst erhöht.
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Ferner ist der elektrische Motor im Allgemeinen auskragend bzw. auslegerartig auf dem Pumpengehäuse, was zu einer ungleichen Masseverteilung führen kann, was wiederum zu hohen mechanischen Belastungen bei der Wellenverbindung zwischen dem elektrischen Motor und der Vakuumpumpe führen kann.
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Daher besteht ein Bedarf zum Beseitigen der oben genannten Nachteile mittels dem Bereitstellen einer Drehschieber Vakuumpumpe, welche es ermöglicht, das Austreten von Öl in jedem Betriebszustand der Vakuumpumpe vollständig zu vermeiden.
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Es besteht ebenfalls ein Bedarf zum Bereitstellen einer Drehschieber Vakuumpumpe, in welcher die mechanischen Belastungen bei der Wellenverbindung zwischen der Vakuumpumpe und dem elektrischen Motor, welcher die Pumpe antreibt, signifikant reduziert werden können.
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Es besteht ebenfalls ein Bedarf zum Bereitstellen einer Drehschieber Pumpe, die eine einfache, preiswerte und standsichere Struktur hat, mit einer reduzierten Anzahl von rotierenden Teilen und mit einem reduziertem Lärmschall.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Um die vorhergehenden Probleme ganz oder teilweise zu beseitigen, und/oder andere Probleme, die von Fachmännern beobachtet sein mögen, stellt die vorliegende Offenbarung Verfahren, Prozesse, Systeme, eine Vorrichtung, Instrumente und/oder Geräte bereit, wie sie beispielhaft in Implementierungen beschrieben sind, welche unten dargelegt sind.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Drehschieber Vakuumpumpe ein Pumpengehäuse, das einen Gas Einlass oder Ansauganschluss und einen Gas Auslass oder Ausströmanschluss hat, einen Stator, welcher innerhalb des Pumpengehäuses bereitgestellt ist und eine zylindrische Statorkammer definiert, und einen zylindrischen Rotor auf, welcher exzentrisch in der Statorkammer angeordnet ist, rotierbar um eine Pumpen Rotor Welle, und mit radial beweglichen radialen Schiebern ausgerüstet ist, die mit der Wand der Statorkammer zusammenwirken, zum Pumpen eines Gases von dem Gas Einlass Anschluss zu dem Gas Auslass Anschluss, wobei das Pumpengehäuse mit solch einer Menge von Öl gefüllt ist, dass der Stator in einem Ölbad eintaucht, das als Kühl- und Schmierfluid wirkt, wobei ferner ein Motor zum Antreiben der Pumpe bereitgestellt ist, wobei der Motor innerhalb eines Motorgehäuses angeordnet ist, das in einer Fluidverbindung mit dem Pumpengehäuse ist, wodurch der Motor in dem Ölbad eintaucht.
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In einigen Ausführungsformen sind das Motorgehäuse und das Pumpengehäuse als ein einzelnes oder einziges, gemeinsames Gehäuse ausgebildet, in welchem sowohl die Vakuumpumpe als auch ihr Motor aufgenommen sind.
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Indem der Motor in dem Ölbad eintaucht, wird keine Dichtung mehr zwischen der Pumpe und ihrem Motor benötigt.
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In Hinsicht auf vorherige Lösungen, wo komplizierte Dichtungssysteme erforderlich sind, um das Öl daran zu hindern, aus dem Ölbad auszutreten, ist in der Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das Bereitstellen von dichten Gehäusen für die Vakuumpumpe und den Motor oder eines einzigen dichten Gehäuses für sowohl die Vakuumpumpe als auch den Motor ausreichend, um zu garantieren, dass jeder Öl Austritt verhindert wird.
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Ferner kann, im Gegensatz zu vorherigen Lösungen, wobei der Motor im Allgemeinen mittels eines Luftstroms gekühlt wird, in der vorliegenden Lösung das Öl als Kühlfluid für sowohl die Vakuumpumpe als auch für den Motor wirken, was zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung führen kann.
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Vorteilhafterweise kann mittels Platzierens des Motors innerhalb des Pumpengehäuses eine kompaktere Anordnung erzielt werden, was einen geringen Platzbedarf zum Installieren der Vakuumpumpe ermöglicht.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Drehschieber Vakuumpumpe ein Pumpengehäuse, das einen Einlass oder Ansauganschluss und einen Auslass oder Ausströmanschluss hat, einen Stator, welcher innerhalb des Gehäuses bereitgestellt ist und eine zylindrische Statorkammer definiert, und einen zylindrischen Rotor auf, welcher exzentrisch in der Statorkammer angeordnet ist, rotierbar um eine Pumpen Rotor Welle, und mit radial beweglichen radialen Schiebern ausgerüstet ist, welche mit der Wand der Statorkammer zusammenwirken, zum Pumpen eines Gases von dem Pumpen Einlass Anschluss zu dem Pumpen Auslass Anschluss, wobei das Gehäuse mit solch einer Menge von Öl gefüllt ist, dass der Stator in einem Ölbad eintaucht, das als Kühl- und Schmierfluid wirkt, wobei ferner ein Motor zum Antreiben der Pumpe bereitgestellt ist, wobei der Motor einen Stator und einen Rotor aufweist, welcher um eine Motor Rotor Welle rotierbar ist, wobei die Motor Rotor Welle und die Pumpen Rotor Welle als eine einzige, monolithische oder einstückige Pumpen Welle ausgebildet ist, die Stützen hat, so wie Hülsen (sleeves) oder Lager (bearings), welche an beiden ihrer entgegengesetzten Enden angeordnet sind.
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Es ist offensichtlich, dass solch eine Anordnung einfach ausgeführt sein kann, wenn sowohl die Pumpe als auch ihr Motor in einem gemeinsamen Raum angeordnet sind, d.h. in zwei verbundenen Gehäusen oder alternativ in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse.
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Indem die Pumpen Welle bei ihren entgegengesetzten Enden gestützt ist und kein Teil darauf auskragt bzw. auslegerartig vorgesehen ist, kann eine bessere und gleichmäßigere Gewichtsverteilung erzielt werden als in vorherigen Lösungen, wobei dadurch die mechanischen Belastungen, welche auf die Pumpen Welle selbst wirken, signifikant reduziert werden.
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Gemäß einigen Ausführungsformen sind der Motor Rotor und der Pumpen Rotor als ein einziges, monolithisches oder einstückiges Stück zusammen mit der Pumpen Welle ausgebildet, was zu einer signifikanten Reduzierung der Anzahl von rotierenden Teilen in der Vakuumpumpe führt und die Herstellung der Vakuumpumpe einfacher und preiswerter und ihren Betrieb zuverlässiger macht.
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Andere Geräte, eine Vorrichtung, Systeme, Verfahren und Vorteile der Erfindung sind oder werden dem Fachmann auf ein Prüfen der folgenden Figuren und der ausführlichen Beschreibung hin ersichtlich. Es ist beabsichtigt, dass alle solchen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile innerhalb dieser Beschreibung enthalten sind, innerhalb des Gültigkeitsbereichs der Erfindung sind, und mittels der beigefügten Ansprüche geschützt sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung kann mittels einem Bezug auf die folgenden Figuren besser verstanden werden. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendiger maßstabsgetreu, stattdessen liegt der Schwerpunkt auf dem Darstellen der Prinzipien der Erfindung. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern durchgehend korrespondierende Teile der verschiedenen Ansichten.
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1 ist eine perspektivische schematische Ansicht einer Drehschieber Vakuumpumpe gemäß dem Stand der Technik;
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht der Vakuumpumpe, welche in 1 gezeigt ist;
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3 ist ein schematischer Querschnitt einer Drehschieber Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf 1 und 2 ist schematisch eine Drehschieber Vakuumpumpe 100 gemäß dem Stand der Technik gezeigt.
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Die Vakuumpumpe 100 weist ein externes Gehäuse 102 auf, in welchem ein Gas Einlass Anschluss 102a und ein Gas Auslass Anschluss 102b definiert sind. Ein internes Gehäuse oder ein Stator 104, welcher eine zylindrische Kammer 106 definiert, ist dicht innerhalb des externen Gehäuses 102 angeordnet. In der Kammer 106 ist ein zylindrischer Rotor 108 aufgenommen, der eine Achse hat, welche parallel zu der Achse der Kammer 106 ist, aber relativ zu der Kammerachse exzentrisch angeordnet ist.
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Abhängig von verschiedenen Anwendungen und Pumpanforderungen, kann der Rotor 108 ein einstufiger Rotor oder ein zweistufiger Rotor sein, so wie in dem Beispiel in den 1 und 2 gezeigt. In dem Fall weist der Rotor 108 eine erste Rotorstufe 108a bei niedrigerem Druck und eine zweite Rotorstufe 108b bei höherem Druck auf. Gemäß einer bekannten Anordnung ist jede Rotorstufe 108a und 108b mit einem oder mehr radial beweglichem radialen Schieber ausgerüstet, der auf dem Rotor 108 montiert ist und gegen die Wand der Kammer 106 gehalten wird, beispielsweise mittels Zentrifugalkräften, Federn oder einem Druck eines Fluids, das von der Rotorachse in die radiale Richtung zugeführt wird.
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In den meisten herkömmlichen Ausgestaltungen von Drehschieber Vakuumpumpen, welche einen zweistufigen Rotor haben, ist die zweite Rotorstufe ausgekragt bzw. auslegerartig ausgebildet.
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Das externe Gehäuse 102 ist mit solch einer Menge von Öl (Öl Anschluss (oil plug) 112 wird in 1 gezeigt) gefüllt, dass der Stator 104 in einem Ölbad 110 eintaucht, welches als Kühl- und Schmierfluid wirkt. In bekannter Weise ist die Pumpe 100 in der Tat so hergestellt, dass eine bestimmte Menge von Öl in die Statorkammer 106 hinein eindringen kann und einen dünnen Film bilden kann, der die Dichtigkeit zwischen den Rotor Schiebern und der Wand der Kammer 106 sichert.
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Ein Motor, und insbesondere ein elektrischer Motor 114, ist extern zu dem Gehäuse 102 angeordnet und darauf ausgekragt, wobei dieser Motor 114 den Rotor 108 der Pumpe 100 in eine Rotation antreibt.
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Ausführlicher ist die Welle 116 des Rotors des Motors 114 mit der Welle 118 des Rotors 108 der Pumpe 100 verbunden, zum Antreiben des letzteren in die Rotation um seine Achse.
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Der Motor 114 ist mit der Pumpe 100 durch einen Verbindungsflansch 120 verbunden und eine Öl dynamische Dichtung 122 ist auf dem Pumpengehäuse 102 bei der Wellenverbindung zwischen der Motor Rotor Welle 116 und der Pumpen Rotor Welle 118 bereitgestellt, um das Öl daran zu hindern, aus dem Gehäuse 102 auszutreten.
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In 2 ist auch ein mechanisches Kühlgebläse 124 zum Kühlen der Pumpe 100 gezeigt, wobei das Kühlgebläse 124 mittels einer Hülse 126 auch auf der Motor Welle 116 montiert ist.
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Die Nachteile der Anordnung, welche in 1 und 2 gezeigt ist, sind offensichtlich.
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Zuerst hat der Verbindungsflansch 120 eine komplizierte Struktur und die Öl dynamische Dichtung 122 ist nicht eingerichtet, um eine perfekte Dichtigkeit des Ölbads in jedem Betriebszustand zu garantieren.
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Weiterhin ist die Öl dynamische Dichtung 122 einer Abnutzung ausgesetzt, was das Risiko eines Dichtigkeitsverlusts davon erhöht.
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Ferner sind sowohl die zweite Rotorstufe 108b des Pumpen Rotors und des Motors 114 auf der Pumpen Rotor Welle ausgekragt bzw. auslegerartig ausgebildet, was bewirkt, dass relevante mechanische Belastungen auf dieser Welle auftreten, besonders wenn die Gewichtsverteilung auf diese Welle nicht gleichmäßig und symmetrisch ist.
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Weiterhin sind etliche rotierende Teile auf der Pumpen Welle bereitgestellt und darauf verbunden, was die Struktur der Pumpe komplex macht und ihren Betrieb einem hohen Fehlerrisiko aussetzt.
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Um sich jetzt 3 zuzuwenden, ist dort eine Drehschieber Vakuumpumpe 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt.
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Die Vakuumpumpe 10 weist ein Pumpengehäuse auf, in welchem ein Gas Einlass Anschluss 12a und ein Gas Auslass Anschluss 12b definiert sind. Ein Stator 14, welcher eine zylindrische Kammer 16 definiert, ist innerhalb des Pumpengehäuses 12 angeordnet. In der Kammer 16 ist ein zylindrischer Rotor 18 aufgenommen, welcher eine Achse hat, die parallel zu der Achse der Kammer 16 ist, aber exzentrisch relativ zu der Kammerachse angeordnet ist, wobei der Rotor 18 rotierbar um eine Pumpen Rotor Welle ist.
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In der beispielhaften Ausführungsform, welche in 3 gezeigt ist, weist der Rotor 18 eine erste Rotorstufe 18a bei niedrigerem Druck und eine zweite Rotorstufe 18b bei höherem Druck auf, wobei jede Rotorstufe 18a und 18b in bekannter Weise mit einem oder mehreren radial beweglichen radialen Schiebern 22 ausgerüstet ist, die auf dem Rotor 18 montiert sind und gegen die Wand der Kammer 16 gehalten werden, beispielsweise mittels Zentrifugalkräften, Federn oder einem Druck von Fluid, welches von der Rotorachse in die radiale Richtung zugeführt wird. Radiale Schieber 22 der Rotorstufen 18a, 18b wirken mit der inneren Wand der Statorkammer 16 zusammen, zum Pumpen eines Gases von dem Gas Einlass Anschluss 12a zu dem Gas Auslass Anschluss 12b.
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Das externe Gehäuse 12 ist mit solch einer Menge von Öl gefüllt, dass der Stator 14 in einem Ölbad 20 eintaucht, das als Kühl- und Schmierfluid wirkt: in bekannter Weise kann eine bestimmte Menge von Öl von dem Ölbad 20 in die Statorkammer 16 hinein eindringen und einen dünnen Film bilden, welcher die Dichtigkeit zwischen den Rotor Schiebern 22 und der inneren Wand der Kammer 16 sichert.
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In dieser Hinsicht kann eine Öl Pumpe 21 optional für eine erzwungene Öl Zirkulation bereitgestellt sein.
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Die Pumpe 10 ist mit einem Motor 24 ausgerüstet zum Antreiben des Rotors 18 der Pumpe 10 in die Rotation. Der Motor 24 ist bevorzugt ein elektrischer Motor und besonders bevorzugt ein asynchroner elektrischer Motor.
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Wie in 3 gezeigt, kann in dieser Hinsicht der Motor 24 mit einem Behälter 25 verbunden sein, welcher die elektrischen Komponenten zum Antreiben und Steuern des Motorbetriebs enthält.
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Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der Motor 24 innerhalb eines Motorgehäuses, das in Fluidverbindung mit dem Pumpengehäuse ist, wodurch der Motor 24 in das Ölbad 20 eintaucht.
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Genauer sind in der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, das Pumpengehäuse und das Motorgehäuse als ein einziges, gemeinsames Gehäuse 12 ausgebildet, in welchem sowohl die Pumpe 10 als auch den Motor 24 aufgenommen sind.
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Entsprechend ist keine komplizierte Verbindung oder Dichtungssystem zwischen der Pumpe und ihrem Motor mehr erforderlich. Weiterhin ist die resultierende Gesamt-Struktur kompakter als bei bekannten Drehschieber Vakuumpumpen, was sich in vielen Anwendungen als sehr vorteilhaft herausstellt, wo es wenig verfügbaren Raum zum Unterbringen der Vakuumpumpe gibt.
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In bekannter Weise enthält der Motor 24 einen stationären Stator 29 und einen Rotor 30, welcher rotierbar um eine Motor Rotor Welle ist. Indem sowohl die Pumpe 10 als auch der Pumpen Motor 24 innerhalb desselben Gehäuses 12 angeordnet sind, kann die Pumpen Rotor Welle und die Motor Rotor Welle als ein einziges, monolithisches oder einstückiges Stück hergestellt sein, d.h. eine einzige, monolithische oder einstückige Pumpen Welle 26, welche bei beiden ihrer entgegengesetzten Enden 26a, 26b mittels Stützen 28 gestützt sein können, so wie Hülsen oder Lager.
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Aufgrund dieser Anordnung kann eine laufruhigere oder glattere und gleichmäßigere Gewichtsverteilung entlang der Pumpen Welle 26 erzielt werden, wobei dadurch die mechanischen Belastungen signifikant reduziert werden, die auf die Pumpen Welle selbst wirken.
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Gemäß einer Ausführungsform können der Pumpen Rotor 18 und der Motor Rotor 30 als ein einziges monolithisches oder einstückiges Stück zusammen mit der Pumpen Welle 26 hergestellt sein, so dass keine Verbindung zwischen solchen Rotoren und der Welle erforderlich ist und die Anzahl von rotierenden Teilen der Drehschieber Vakuumpumpe signifikant reduziert ist.
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Da der Motor 24 in dem Ölbad 20 eintaucht, wirkt das Öl als ein Kühlfluid sowohl für die Pumpe 10 als auch für den Motor 24. Das kann vorteilhafterweise zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung zwischen der Pumpe 10 und ihrem Motor 24 führen.
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Das Ölbad 20 kann wiederum mittels allen konventionellen Kühltechniken gekühlt werden, einschließlich Wasserkühlung und Luftkühlung.
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Beispielsweise wird in der beispielhaften dargestellten Ausführungsform das Öl unter Verwendung eines Gebläses mittels der Luftkühlung gekühlt. Insbesondere wird ein magnetisches Gebläse 32 zum Kühlen des Ölbads verwendet, um jede mechanische Verbindung auf der Pumpen Welle 26 vollständig zu eliminieren, wie in 3 gezeigt.
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Das magnetische Gebläse 32 ist nicht auf die Pumpen Welle 26 montiert; Im Gegensatz dazu hat es seine eigene Gebläse Welle 34, welche koaxial mit der Pumpen Welle 26 angeordnet ist. Mittels einfachen Verwendens eines Paars von zusammenwirkenden Magneten 36, wobei der erste dieser Magnete auf der Pumpen Welle 26 bereitgestellt ist und der zweite auf dem Gebläse 32 bereitgestellt ist, wobei das Gebläse 32 in die Rotation angetrieben werden kann, ohne das Erfordernis für irgendeine mechanische Verbindung mit der Pumpen Welle 26.
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Es ist aus der obigen Beschreibung offensichtlich, dass die Drehschieber Vakuumpumpe gemäß der Erfindung eine einfache und kompakte Struktur hat, und dass ein Öl Austreten bzw. Ölleckagen von dem Ölbad effizient verhindert werden kann, ohne das Erfordernis für irgendein kompliziertes Dichtungssystem. Weiterhin kann aufgrund der Anordnung der Erfindung die Anzahl von rotierenden mechanischen Teilen signifikant reduziert werden und eine gleichmäßigere Gewichtsverteilung auf die Pumpen Welle erzielt werden, wobei dadurch die mechanischen Belastungen reduziert werden, welche auf diese Welle wirken, und wobei folglich das Fehlerrisiko reduziert wird.
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Es ist ebenfalls offensichtlich, dass die oben erwähnte beispielhafte Ausführungsform für ein besseres Verständnis der Erfindung aufgeführt ist und nicht zum Beschränken des Schutzbereichs der Erfindung selbst, und dass, ausgehend von der oben erwähnten Offenbarung, viele Varianten und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung fallen.
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Es wird verstanden werden, dass verschiedene Aspekte oder Details der Erfindung geändert werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Ferner ist die vorangehende Beschreibung nur für den Zweck der Veranschaulichung und nicht für den Zweck der Beschränkung – die Erfindung ist mittels der Ansprüche definiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6019585 [0004]
- GB 2151091 A [0004]
