DE1503509A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

Description

r.]pl-!n:-:. R. Beetz U.
,L- Ina. Lamprecht

\.\r^«azi Steinsdorfstr. 10

Dr. Expl.

Commissariat ä 1'Energie Atomique, Paris (Prankreich)

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Vakuumpumpe

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe nach dem Muster einer Molekular-Pumpe, bei der die wesentlichen Organe des eigentlichen Pumpteiles nicht aufeinanderreiben oder -rollen und folglich keinerlei Schmierung benötigen und deren Pumpraum- oder -gehäuse außerdem vollständig gegen die Umgebung abgedichtet ist.

Bekanntermaßen erfordern verschiedene industrielle Arbeitsgänge oder Verfahren, insbesondere im kerntechnischen Bereich, häufig die Zirkulation oder den Transport eines Strömungsmediums ohne die Gefahr einer Verunreinigung oder Verseuchung sowohl des Mediums durch die Atmosphäre außerhalb der Pumpe als auch umgekehrt dieser Atmosphäre durch das Strömungsmedium, dessen Gefährlichkeit erheblich sein kann. Hierzu benutzt man abgedichtete Vorrichtungen unter Ausnutzung technischer Lösungen verschiedener Art und insbesondere unter Verwendung von Stopfbüchsen oder Dichtungspackungen gegebenenfalls zusammen mit einem Druckausgleich-

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system mit einem zwischengeschalteten indifferenten Strömungsmedium. Man kann ebenso auch Pumpen verwenden, bei denen der Rotor und die Wellenlager der Antriebsmaschine vollständig in das zirkulierende Strömungsmedium eingebracht werden, während der Stator von diesem Strömungsmedium durch eine aichte Umhüllung isoliert ist.

Bei der ersten lösung, wo Stopfbüchsen oder Dichtungspackungen trocken laufen, besteht stets eine gewisse Undichtigkeit entweder von der umgebenden Atmosphäre her in Richtung des Pumpenraumes oder in entgegengesetzter Richtung oder auch bisweilen in beiden Richtungen, was unbedingt zu einer Verunreinigung des zu pumpenden Strömungsmediums durch das zwischengeschaltete unter Druck stehende indifferente Strömungsmedium führt. Im zweiten Pail ist es im allgemeinen unmöglich, einen ordentlichen Betrieb der Wälz- oder Gleitlager zn erreichen, wenn sie vollständig in das zirkulierende Strömungsmedium eingebracht sind, insbesondere bei Vakuumpumpen, wo ein sehr geringer Druck herrscht.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diesen Mangeln durch die Konzeption einer Vakuumpumpe besonders einfacher Ausführungsart zu begegnen, bei der die bewegten Teile unter Verwendung konventioneller Wellenlager gelagert werden können, die vom zirkulierenden Strömungsmedium isoliert sind, wobei die Dichtigkeit durch zweckmäßig angeordnete elastische Balgen oder Membranen erreicht wird.

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Die hierfür vorgeschlagene Vakuumpumpe umfaßt ein dichtes Gehäuse oder eine dichte Kammer, die mit einer Saug- und einer Druckleitung für das zu pumpende Strömungsmedium in Verbindung steht, wobei die beiden Leitungen koaxial zueinander und jeweils die eine in der Verlängerung der anderen angeordnet sind j dabei wird die dichte Kammer oder das Gehäuse durch zwei achsparallele identisch gestaltete Teile vorzugsweise kreiszylindrischer Form gebildet, die beiderseits einer durch aie gemeinsame Achse der Saug- und Druckleitungen gehenden übene, die eine Symmetrieebene darstellt, angeordnet sind; und die erfindungsgemäße Vakuumpumpe dieser Art ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß jeder zylindrische Kammerteil einen mit einer senkrecht zur Symmetrieebene orientierten Sperrplatte versehenen beweglichen Teil enthält, der im Innern des entsprechenden zylindrischen Kammerteils zu einer Translationsbewegung längs einer geschlossenen Kurve angeregt wird, wobei die beiden beweglichen Teile synchron und mit inverser Richtung zueinander zwei symmetrische identisch gestaltete Kurven in der Weise durchlaufen, daß ihre beiden Sperrplatten durch ein geringfügiges Plächenspiel getrennt gegeneinander verschoben werden, wobei sie senkrecht zur Symmetrieebene bleiben und beständig die direkte Verbindung zwischen der Saug- und der Druckleitung unterbrechen.

Vorzugsweise sind die geschlossenen Kurvenzüge, längs denen sich die in den zylindrischen Teilen der dichten Kammer enthaltenen beweglichen Teile bewegen, Kreislinien, wobei die

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"inneren Umrisse dieser zylindrischen Kammerteile ein Umhüllende für die bewegten Teile während ihrer Translationsbewegungen bilden. Die Verschiebung oder Bewegung dieser Teile in inverser Richtung zueinander beiderseits der Symmetrieebene kann durch irgendeine angemessene klassische Vorrichtung erreicht werden, beispielsweise mittels zweier Exzenterwellen, die zwei Translationsbewegungen längs eines Kreises mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit durch ihren Antrieb mittels zweier Zahnradübersetzungen de» gleichen Teilkreisdurchmessers ermöglichen.

Neben diesen hauptsächlichen Merkmalen weist eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe noch verschiedene sekundäre Besonderheiten auf, die an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines erläuternd und nicht einschränkend angegebenen Ausführungsbeispiels näher angegeben werden.

Auf den angefügten Zeichnungen zeigt:

Pig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe;

Fig. 2 einen Teil der Mg. 1, mehr schematisch;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1 in verringertem Maßstab;

Fig. 4 bis 8 dienen der Erläuterung der Betriebsweise der Pumpe.

Wie man auf Fig.1 sieht, hat die Pumpe ein festes Gehäuse 1, das durch zwei Anschlußflansche 2 und 3 begrenzt wird, die einander gegenüberstehend und die Verbindung der Pumpe mit

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irgendeinem (nicht gezeigten) Kreislauf angemessener Anwendung ermöglichen. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, daß die axiale Öffnung 4 des Flansches 2 das Ende der Saugleitung für das zu pumpende Strömungsmedium im Innern des Gehäuses 1 "bildet, während die entsprechende Öffnung 5 im Plansch 3 das Ende der Druckleitung für das gleiche Strömungsmedium ist, wobei die beiden Leitungen jeweils die eine der Verlängerung der anderen angeordnet und in der gemeinsamen, die Symmetrieebene für die Pumpe bildenden Ebene zentriert sind, deren Schnitt mit der Zeichnungsebene schematisch durch aie strichpunktierte Linie X-X' angedeutet wird. Das Gehäuse 1 wird im wesentlichen durch zwei identisch gestaltete Teile oder Kammern 6 und 7 gebildet, von vorzugsweise kreiszylindrischer Form, deren Achsen senkrecht zur Zeichnungsebene stehen.

Zum mittleren Bereich des Gehäuses 1 hin sind die beiden zylindrischen Kammern 6 und 7 offen und stehen mit den Enden eier Ansaug- und Druckleitungen in Verbindung; dabei ist die Gesamtheit der vorstehend angegebenen Elemente in der Weise aufgebaut, daß sie zu der durch die Linie X-X¹ angedeuteten Mittelebene vollständig symmetrisch sind.

Im Innern der zylindrischen Kammerteile 6 und 7 sind zwei bewegliche Teile 8 und 9 mit im wesentlichen vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt angeordnet. Wie Pig. 3 ausführlicher zeigt, sind die beiden beweglichen Teile mit einer Welle 10 ■

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(Teil 8) und 11 (Teil 9) fest verbunden, die beiderseits des Gehäuses 1 verlängert sind und durch Indflansche 12 und 13 (Welle 10) sowie H und 15 (Welle 11) abgeschlossen werden. Metallische Balgen 16 und 17 bzw. 18 und 19 sind einerseits mit den entsprechenden Endflanschen und andererseits mit der gegenüberstehenden Wand des Gehäuses 1 in der Y/eise verschweißt bzw. verlötet, daß eine vollständige Abdichtung des Gehäuses gegen die umgebende Atmosphäre erreicht wird.

Mit jedem der beiden beweglichen Teile 8 und 9 ist außerdem durch Schrauben, wie 20, eine senkrecht zur Symmetrieebene orientierte Sperrplatte 21 und 22 fest verbunden, deren gemeinsame Länge gleich dem Radius der entsprechenden zylindrischen Teilkammern 6 und 7 des Gehäuses 1 (Pig.1) ist. Diese Sperrplatten sind gegeneinander verschiebbar, und zwar mit einem möglichst geringen Spiel, das in der Weise zwischen beiden vorgesehen ist, daß während ihrer jeweiligen Bewegung jede Reibung und folglich auch eine daher rUhrende rasche Abnutzung vermieden wird«, Die Breite dieser Sperrplatten ist derart, daß sie sich unabhängig von der Lage der Teile 8 und in den Kammern 6 und 7 stets "überlappen.

Die Funktionsweise der Vakuumpumpe, deren verschiedene Organe vorstehend beschrieben wurden, geht aus den Pig. 4 bis 8 hervorϊ in Pig. 4 werden die beiden beweglichen Teile 8 und 9 im Innern der zylindrischen Kammern 6 und 7 in einer Stellung gezeigt, die man als "untere Totpunktlage" bezeichnen

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kann. Es ist zu bemerken, daß die beiden Teile 8 und 9 für den störungsfreien Durchtritt des zu pumpenden Strömungsmediums vorzugsweise ein leicht abgestumpftes Profil an ihrer Basis haben. Wenn jedoch nicht gewisse Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden» kann bei diesem unteren Totpunkt eine momentane Verbindung zwischen der Saug- und der Druckleitung auftreten. Um eine solche Verbindung oder Undichtigkeit zu verhindern, haben die Wände der festen zylindrischen Kammern 6 und 7 oberhalb der Saug- und Drucköffnungen Übergangs- bzw. Anschlußflächen, deren Radius gleich dem Radius der kreisförmigen Translationsbewegung ist (s.Pig.2).

Bei der angegebenen stellung (Fig.4) schließen die beiden beweglichen Teile 8 und 9 in dem Gehäuse 1 zwischen sich und den Wänden der Kammern 6 und 7 ein gewisses Strömungsmediumsvolumen ab.

Wenn man den beiden beweglichen Teilen,ausgehend von dieser Stellung,eine leichte Translationsbewegung im Sinne der Pfeile vermittelt (Pig.5), zeigt die Anordnung nach einer etwa 15° entsprechenden Bewegung der Teile 8 und 9 längs der Kreisbahn bezogen auf Pig. 4_f wird das vorangehend abgeschlossene Volumen des Strömungsmediums mit der Drucköffnung 5 in Verbindung gebracht, während die direkte Verbindung zwischen dieser öffnung und der Ansaugöffnung 4 durch die leicht gegeneinander verschiebbaren Sperrplatten 21 und 22 verhindert wird. Bei Portsetzung der kreisförmigen Translations-

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bewegung der beweglichen Teile 8 und 9 (s.Fig.6 bis 8)wird das betrachtete Volumen des Strömungsmediums durch die Drucköffnung herausgedrängt, während die Ansaugöffnung mit einem sich vergrößernden Volumen in Verbindung steht, das eine neue Menge des Strömungsmediums, die gleich der vorangehenden ist, ansaugt.

Bei jedem Zyklus der beweglichen Teile, d.h. bei jeder Rückkehr derselben in ihre untere Totpunktlage erreicht man auf diese Weise gleichzeitig eine Verdrängung eines bestimmten Strömungsmediumvolumens, das von den Charakteristiken der Pumpe abhängt, und die Ansaugung eines gleichgroßen Volumens des Strömungsmediums. Ein solcher Zyklus kann daher durch eine Rechteck-Kurve wiedergegeben werden.

Unter den mit der betrachteten Pumpe verbundenen Vorteilen kann man insbesondere diejenigen hervorheben, die sich vom Fehlen von(Schmiermittel-)Filmen auf rotierenden Dichtungen herleiten, und von den Dichtungsbalgen 16,17,18 und 19» die sowohl mit den festen wie auch mit den bewegten Teilen fest verbunden sind, die gegeneinander eine Relativbewegung der Translation und nicht der Rotation ausführen. Außerdem können die bewegten Teile gegenüber den festen Teilen mit einem leichten Spiel angeordnet werden, da zwischen diesen Teilen keinerlei Reibung während des Arbeitpzyklus auftritt: daraus folgt, daß die Teile außerhalb des Pumpengehäuses normal geschmiert werden können und daß nicht die geringste Berührung mit dem zu pumpenden Strömungsmedium möglich ist» ₍

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Selbstverständlich ist die Erfindung in keiner Weise auf die "beschriebene Aus führung sart beschränkt, die lediglich beispielhaft angegeben wurde. Insbesondere ist es möglich, bei einer Variante der erfindungsgemäßen Pumpe lediglich sin in Translationsbewegung längs einer geschlossenen Kurve befindliches bewegtes Teil an Stelle von zwei solchen Teilen vorzusehen, wobei aie Trennung zwischen der ,Saug- und i'rucklei~:ung durch eine "vom Puinpengehause getragene bewegliche Sperrplatte gewährleistet wird, die beständig an dem bevaglichen Organ vermittels einer Feuer oder jedes anderen analogen Mittels anliegt.

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Claims (4)

1. - ίο -

   Patentansprüche

   [Λ* Vakuumpumpe mit einem dichten Gehäuse, das mit einer tfaug-Isituiig und. einer Druckleitung für das zu pumpende otrömungsöödium in Verbindung steht, wobei diese Leitungen koaxial und iis eine in der Verlängerung der anderen angeordnet sind, oil claf) durch zwei achsparallele identisch gestaltete Teile In forüi Ton Kreiszylindern gebildet wird, die beiderseits ei:.ier cliirofe die gemeinsame Achse der Saug- und Druckleitungen ;gelisntien;, ε ine Symmetrieebene bildenden Ebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zylindrische Seil einen mit einer senkrecht zur Symmetrieebene orientierten Sperrplatte versehenen beweglichen Teil enthält, eier au einer Translationsbewegung im Innern des zylindrischen Teils längs einer geschlossenen Kurve angeregt wird, wobei die beiden beweglichen Teile synchron und in inverser Richtung zwei symmetrische identisch gestaltete Kurven in der v/eise durchlaufen, daß ihre durch ein geringes Spiel getrennt gegeneinander verschiebbaren Sperrplatten senkrecht zur Symmetrieebene bleiben und beständig die direkte Verbindung zwischen der Saug- und der Druckleitung unterbrechen.
2. 2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Kurven,längs denen sich die in den zylindrischen 'feilen der dichten Kammer enthaltenen beweglichen Teile in Translation verschieben, Kreise sind, wobei der innere Umriß dieser zylindrischen Teile einer Umhüllende für

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   die bewegten Teile während ihrer Bewegung bildet.
3. 3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der beweglichen Teile in inverser Richtung beiderseits der Symmetrieebene durch eine mechanische Vorrichtung sichergestellt wird, die durch zwei Exzenterwellen gebildet wird, die zwei kreisförmige Translationsbewegungen mit gleicher Winkelgeschwindigkeit durch Antrieb mittels zweier Zahnradübersetzungen desselben Teilkreisdurchmessers ermöglichen.
4. 4. Vakuumpumpe nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch metallische Balgen zur Abdichtung zwischen den Exzenterwellen und dem
   Gehäuse.

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