DE1628418B2

DE1628418B2 - Vakuumpumpe mit spiralrotationskolben

Info

Publication number: DE1628418B2
Application number: DE1967V0034562
Authority: DE
Priority date: 1966-10-06
Filing date: 1967-10-06
Publication date: 1977-07-14
Also published as: FR93048E; DE1628418A1; US3473728A; GB1165435A; CH514787A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit einem aus einem Flansch und einer axial davon abstehenden Spiralrippe gebildeten Rotationskolben in einem mit entsprechend geformten Spiralrippenwanden versehenen Förderraum, wobei der Rotationskolben, durch mehrere Kurbeln gleicher Exzentrizität geführt, im Förderraum eine translatorische Kreisbewegung ausführt.

Bei einer bekannten, allgemein als Verdichter oder Expansionsmotor gedachten, aber prinzipiell auch als Vakuumpumpe verwendbaren Maschine dieser Art (FR-PS 5 70 680) ist der Spiralrotationskolben durch zwei Kurbeltriebe geführt, die einander diametral gegenüberliegen und die ihrerseits außerhalb des Förderraumes synchron angetrieben sind. Im übrigen ist die Anordnung und Auslegung so getroffen, daß der Spiralrotationskolben einerseits, die Spiralwände andererseits sich stets entlang von wandernden Tangenten abstützend berühren. Das führt zu einer kinematisch ungenauen Positionierung des Spiralrotationskolbens. Die Antriebswellen und die Kurbeltriebe sind durch klassische Dichtungen mit Dichtungsringen, Dichtungspackungen od. dgl. abgedichtet und nach außen geführt. Eine derartige Maschine bedarf wegen der Berührung zwischen Spiralrotationskolben und Spiralrippen eines flüssigen Schmiermittels, was nachteilig ist, weil es Verunreinigungen des Vakuums bedingt. Darüber hinaus reduziert die Berührung die Lebensdauer. Endlich ist die Abdichtung nicht befriedigend, was ebenfalls die Qualität des Vakuums reduzieren würde. — Ähnlich liegen die Verhältnisse bei einer anderen bekannten, auch als Verdichter gedachten Maschine mit zwei Spiralrotationskolben (DT-PS 174 074, Fig. 14, 15), die mit Hilfe eines zentralen Kurbeltriebes angetrieben werden und zusammen zugleich den Arbeitsraum einschließen, wobei noch zwei Führungskurbeln vorgesehen sind.

Ferner ist noch eine bekannte Pumpe zu beachten (FR-Zusatz-PS 55 178), bei der nicht ein Spiralrotationskolben, sondern vielmehr ein Rotationskolben in Form eines offenen Ringes vorgesehen ist, der die zugeordneten Kammerwände (fast) berührt und mit Hilfe von drei Kurbeltrieben geführt ist, die um 120° versetzt sind. Hier sind die Kurbeltricbe über ein zusätzliches Getriebe synchronisiert. Zumindest für dieses Getriebe ist eine Schmierung mit flüssigem Schmiermittel erforderlich. Eine besondere Abdichtung des Förderraums vom Getrieberaum ist offensichtlich nicht vorgesehen. Auch ist eine Abdichtung des Förderraums und des Getrieberaums an der Antriebswelle nach

ίο außen in der betreffenden PS nicht gezeigt, aber sie dürfte mittels einer üblichen Wellendichtung erfolgen. Als Pumpe für die Erzeugung eines von Verunreinigungen freien Vakuums, die gegen die Atmosphäre arbeitet, ist eine solche Pumpe wohl kaum einsetzbar.

Grundsätzlich ist es bekannt (GB-PS 9 26 495). bei Maschinen, bei denen ein Rotationskolben, eine translatorische, über einen Kurbeltrieb angetriebene Kreisbewegung ausführt einen Dichtungsbalg zu verwenden, der den Kurbeltrieb umgibt und keine Drehung um die Achse erfährt. Das allein ist keine ausreichende Maßnahme, um aus der gattungsgemäßen Maschine eine für die Erzeugung eines von Verunreinigungen freien Vakuums geeignete Vakuumpumpe zu machen, die gegen die Atmosphäre arbeitet. Darüber hinaus wird der Dichtungsbalg bei der bekannten Maschine immer und ständig in einem kleinen Winkelbereich pendelnd verdreht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Maschine so weiter auszubilden, daß eine vollkommen schmiermittelfreie Arbeitsweise und dabei mit gutem Wirkungsgrad, auch beim Arbeiten gegen die Atmosphäre, möglich ist, wobei der Förderraum vollkommen gegenüber den die Kurbeln und Lager enthaltenden Bereichen der Maschine abgedichtet sein soll. Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Spiralrotationskolben durch drei um 120° zueinander versetzte Kurbeltriebe gegenüber den Förderraumwänden allseits berührungsfrei geführt ist, von denen nur einer von außen angetrieben wird.

und daß der Förderraum durch mindestens einem um ein zum Spiralrotationskolben gehörendes Zapfenteil angeordneten Dichtungsbalg abgedichtet ist.

Die mit den Wänden des Spiralrotationskolbens zusammenwirkenden Außenwände des Förderraums sind nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung durch feststehende Gehäusewände gebildet.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe sind darin zu sehen, daß eine gegenüber den Förderraumwänden allseits berührungsfreie Führung des Spiralrotationskolbens möglich ist, weil der Antrieb in der beschriebenen Weise über drei Kurbeltriebe erfolgt und dabei nur einer dieser Kurbeltriebe von außen angetrieben wird, während die beiden anderen über den Spiralrotationskolben selbst bewegt werden, der seinerseits an diesen Kurbeltrieben seine genaue Bewegungssteuerung erfährt. In dem durch einen Balg vollkommen nach außen abgedichteten Förderraum ist keinerlei Schmiermittel, weder ein flüssiges noch ein fettartiges, erforderlich. Das ist eine unverzichtbare Voraussetzung für hohes Vakuum.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung
F i g. 1 einen Querschnitt durch den Rotationskolben und die zugeordneten Gehäusewände einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe,

F i g. 2 und 3 Querschnitte entsprechend F i g. 1 durch eine zum Teil andere Ausführungsform und in größerer

Darstellung,

Fig.4 entsprechend Fig. 2 und 3 einen Querschnitt durch eine zweistufige Vakuumpumpe und

F i g. 5 einen Längsschnitt durch die Pumpe nach Fig. 4 in Richtung der Pfeile A-A.

Die dargestellten Vakuumpumpen besitzen stets einen aus einem Flansch 1 (vgl. Fig. 5) und einen axial davon abstehenden Spiralrippe 2 gebildeten Rotationskolben, der in einem mit entsprechend geformten Spiralrippenwänden 3 versehenen Förderraum 4 arbeitet. Dabei ist der Rotationskolben durch mehrere Kurbeltriebe 5 gleicher Exzentrizität geführt, die durch Kurbeln gebildet sind. Er vollführt im Förderraum 4 eine translatorische Kreisbewegung.

F i g. I zeigt einen Schnitt durch eine solche Vakuumpumpe, der quer zur Achse der translatorischen Kreisbewegung geführt ist. Dabei wurde angedeutet, wo die Kurbeltriebe 5 mit den Kurbeln angeordnet sind. Man erkennt, daß der Spiralrotationskolbcn durch drei um 120° zueinander versetzte Kurbeltriebe 5 geführt ist. In der Zeichnung wird aus Maßstabsgründen nicht erkennbar, daß diese Führung des Spiralrotationskolbens gegenüber den Förderraumwänden bzw. Spiralrippenwänden 3 a allseits berührungsfrei ist. Von den drei Kurbeltrieben 5 ist nur einer von außen angetrieben.

Die Ausführungsform nach den F i g. 2 und 3 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. I dadurch, daß die gemäß Fig. I um 360° geführte Spiralrippe 2:i des Rotationskolbens durch eine Spiralrippe 2b ersetzt ist, die in der Form einer zweimal um 360° geführten spiralförmigen Evolvente verläuft. Entsprechend ist auch die Spiralwand 3b des Förderraums geformt. Die Vakuumpumpe mit den in den F i g. 2 und 3, ebenso diejenige mit den in Fig. 4 dargestellten Spiralrippcn- und Wänden arbeitet somit zweistufig.

Bei der hinsichtlich der Form des Bewegungsmechanismus' genauer gezeigten Ausführungsform nach den F i g. 4 und 5 ist an den Flansch 1 des Rotationskolbens ein zentraler Verbindungszapfen 7 angeschlossen, welcher umdrehbar in eine zentrale Führungsbuchse 11 eingreift. Die Führungsbuchse Il bzw. ihr Flansch 19 ist über Arme 13 und endseitig in den Armen 13 angeordnete Lager 14 auf dem Kurbelzapfen 6 des Kurbeltriebes 5 gelagert, dessen Kurbelwelle 12 ihrerseits im Gehäusedeckel 19 gelagert ist. Dieser Gehäusedeckel 9 ist auf das den Förderraum 4 aufnehmende, die Spiralwände 3 enthaltende Gehäuseteil aufgesetzt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich sind außer dem in F i g. 5 gezeigten noch zwei weitere Kurbeltriebe vorhanden, durch die der Flansch 19 mit seinen Armen 13 und der Buchse 11 sowie dem damit starr verbundene Spiralrotationskolben 1,2 geführt und in translatorische Kreisbewegung versetzt wird, ohne sich selbst um seine eigene Achse zu drehen. Diese ist gegenüber der Gehäuseachse bzw. Mittelachse der Maschine um die Exzentrizität Eversetzt.

Der dynamische und statische Gewichtsausgleich wird mit Hilfe einer Ausgleichsmasse 16 erreicht, welche über nicht vollständig gezeigte Verbindungsteile und über Kugellager 10 an je einem Exzenter 15 der drei Kurbcltriebe gelagert und gehalten ist sowie damit in eine translatorische Kreisbewegung versetzt wird.

Zwischen dem Gehäusedeckel 9 und dem die Spiralwände 3 sowie den Förderraum 4 enthaltenden Gehäuseteil ist ein Zwischenboden 17 vorhanden, der einen Durchtritt 18 für den sich exzentrisch bewegenden Verbindungszapfen 7 mit der Buchse 11 aufweist. Hier ist ein einziger Dichtungsbalg 8 einerseits am Zwischenboden 17, den Durchtritt 18 umgebend, und andererseits am den Armen 13 zugeordneten Flansch 19 an der Führungsbuchse 11 befestigt. Es ist auch eine Konstruktion möglich, bei der die Kurbeltriebe unmittelbar den Flansch 1 des Spiralrotationskolbens 1, 2 antreiben, wobei für jeden Kurbeltrieb ein dem Balg 8 nach F i g. 5 ähnlicher Balg vorzusehen ist, was aber in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Wie die Fig. 1, 2, 3 und 4 erkennen lassen, erfolgt der Einlaß bei 20 und ist ein zentraler Auslaß bei 21 mit ggf. angeschlossenem Auslaßventil (siehe F i g. 5) vorgesehen.

Die in F i g. I dargestellte Vakuumpumpe ist beim Arbeitstakt des Ansaugens gezeigt. Wie man ferner erkennen kann, ist ein Ansaugabschnitt 22 vorgesehen und bestehen die Spiralrippen 2a bzw. die Spiralrippenwände 3a aus aneinander angesetzten halbkreisförmigen Schalen mit den Mittelpunkten MX, M2 bzw. M3 und M4. Die Fig. 2 läßt erkennen, daß durch die Trennpunktc B4 und Ö5 am Ende des Ansaugtaktes zwei Volumen Vl gerade voneinander getrennt werden. Bei einer ersten translatorischen Kreisbewegung werden diese beiden Volumen Vl progressiv bis auf den unter dem Wert Vl liegenden Wert V komprimiert. Diese progressive Kompression, von welcher F i g. 3 eine Zwischenposition zeigt, wird durch kontinuierliche Verschiebung der Trennpunkte B 4 nach Bi und ß 5 nach B 2 ermöglicht. Während einer zweiten translatorischen Kreisbewegung werden diese beiden Volumen zunächst vereinigt, dann progressiv komprimiert und. wie vorstehend bereits erläutert, durch den Auslaß 21 ausgestoßen. Die F i g. 3 zeigt in diesem Zusammenhang eine Zwischenposition, in welcher gegenüber der Fig. 2 der Rotationskolben um den Winkel ix exzentrisch verstellt ist. In dieser Position wird angesaugt, wobei die beiden Volumen Vl nach F i g. 2 zu V2 geworden sind und die beiden Volumen V der F i g. 2 zu V3 vereinigt sind. Man erkennt ferner, daß die Trennpunkte Bi, B2, B4 und B5 stets die Trennung zwischen den Volumen einer jeden Stufe ebenso wie zwischen den Volumen V2 und dem Einlaß 20 wahrnehmen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumpumpe mit einem aus einem Flansch und einer axial davon abstehenden Spiralrippe gebildeten Rotationskolben in einem mit entsprechend geformten Spiralrippenwänden versehenen Förderraum, wobei der Rotationskolben, durch mehrere Kurbeln gleicher Exzentrizität geführt, im Förderrinne eine translatorische Kreisbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralrotationskolben (1, 2) durch drei um 120" zueinander versetzte Kurbeltriebe (5) gegenüber den Förderraumwänden (3, 17) allseits berührungsfrei geführt ist, von denen nur einer von außen angetrieben wird, und daß der Förderraum (4) durch mindestens einen um ein zum Spiralrotationskolben (1, 2) gehörendes Zapfenteil (7) angeordneten Dichtungsbalg (8) abgedichtet ist.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Wänden des Spiralroiationskolbens (1, 2) zusammenwirkenden Außenwände des Förderraums (4) durch feststehende Gehäusewände (3, 17) gebildet sind.