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Vakuumpumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe, die
ganz besonders für Aufgaben der Kerntechnik ausgelegt ist. Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe mit hoher Pumpenleistung bei gleichzeitiger vollkommener
Abdichtung der Arbeitsräume gegen die saubere Atmosphäre zu schaffen.
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Es sind bereits Pumpen mit einem Taumeischeibenkolben bekannt, beispielsweise
durch die französische Patentschrift Nr. 1 494 951> in der eine solche, besonders
für Anwendungen auf dem Gebiet der Kerntechnik bestimmte Pumpe beschrieben und dargestellt
ist. Eine derartige Taumelscheibenkolbenpumpe enthält einen konischen "Sitzkörper,
der mit einem Scheibenkolben derart zusammenwirkt, daß dieser Kolben eine Taumelbewegung
gegenüber dem konischen Sitz ausfhhrt, bei der er mit dem Sitz längs einer Erzeugenden
der konischen Sitzfläohe in ständiger Berührung bleibt, die sich mit der Taumelbewegung
in Umfangsrichtung über den Sitz bewegt. Dadurch entstehen zwischen dem Scheibenkolben
und dem konischen Sitz Ansaug- und Ausschubräume mit stetig sich änderndem Volumen,
die mit Ansaug-und
Ausschuböffnungen verbunden sind. Da der Taümelscheibenkoiben
einer derartigen Pumpe keine Drehbewegung sondern nur eine reine Taumelbewegung
ausführt, können zwischen dem Scheibenkolben und dem konischen Sitz Membrandichtungen,
beispielsweise gewellte Bälge, eingebaut werden, die lediglich mit einer konischen
Pendelbewegung beansprucht werden aber nicht mit Drehmomenten.
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Weiterhin sind ebenfalls dicht abschließbare Kreiskolbenpumpen mit
zylindrischem Gehäuse bekannt, in dem ein mit kleinerem Durchmesser als das Gehäuse
ausgeführter zylindrischer Kolben eine Kreisversohiebungsbewegung um die Achse des
Gehäusezylinders ausführt, wobei die zylindrische Innenfläche des Gehäuses und die
zylindrische Mantelfläche des Kolbens dauernd längs einer Erzeugenden in Berührung
bleiben, die mit der Kreisverschiebungsbewegung am Umfang der Gehäuseinnenfläche
wandert, wobei auch hier das Gehäuse mit Ansaug- und Ausschuböffnungen versehen
ist, gegebenenfalls mit geeigneten Ventilen.
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Nun sind in der Vakuumtechnik die Pumpen mit Taumelscheibenkolben
nur als Primärpumpen angewendet worden, weil sie nur ein mäßiges Vakuum herstellen
können, während die Kreiskolbenpumpen das Erzielen wesentlich niedrigerer Drücke
gestatten, so daß sie als Sekundärpumpen verwendbar sind.
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Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, mit der die eingangs gestellte
Aufgabe gelöst wird, ist nun dadurch gekermzeichnet daß sie zumindest zwei auf die
gleiche Welle aufgebaute Einzelpumpen
umfaßt, von denen die erste
einen Taumelscheibenkolben und die zweite einen Kreiskolben aufweist, der exzentrisch
in einem zylindrischen Gehäuse eine Kreis-Translationsbewegung ausführt.
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Man erhält auf diese Weise eine kompakt zusammengebaute Pumpeneinheit,
bei der die beiden unterschiedlichen Pumpenausführungen, die axial unmittelbar hintereinander
auf gegeneinander geneigten bzw. exzentrisch versetzten Abschnitten einer gemeinsamen
Welle gelagert sind, in sehr einfacher Weise auch im Sinne der Förderung des Arbeitsmediums
hintereinander geschaltet werden können, so daß die Kreiskolbenpumpe als erste Stufe
das hohe Vakuum erzeugt und die Taumelscheibenkolbenpumpe als Vorpumpe arbeitet.
Es ist auch ohne weiteres möglich, ohne Abweichung vom grundsätzlichen Erfindungsgedanken
bei entsprechender Ausbildung der Welle zwei Kreiskolbenpumpen hintereinander oder
nebeneinander zu schalten und sie mit einer einzigen Taumelscheibenkolben-Pumpe
zu kombinieren, ebenso eine einzige Kreiskolbenpumpe mit zwei Taumelscheibenkolben-Pumpen.
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In allen diesen Fällen konnen die bewegten Pumpelemente auf eine gemeinsame
Welle aufgebaut werden.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel
beschrieben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist.
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Von den beiden Figuren der Zeichnung zeigt die Fig. 3 einen schematischen
Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe und
Fig. 2
eine teilweise aufgeschnittene, schaubildlich dargestellte Ansicht einer Pumpe ähnlich
Fig. 1.
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Der Pumpensatz der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe wird von einer gemeinsamen
Antriebswelle 1 angetrieben, die mit einem Antriebsmotor 15 gekuppelt ist und durch
die beiden Lager 2 in einem Lagerkörper 3 des Pumpengehäuses 4 geführt ist. Die
im unteren Teil des Gehäuses liegende Taumelscheibenkolbenpumpe hat an dem Gehäuseteil
4 eine konische Fläche 5, relativ zu der ein Scheibenkolben 6 eine Taumelbewegung
ausführen kann, bei der zumindest eine ebene oder konische Fläche 7 des Kolbens
dauernd in Berührung mit der konisohen Fläche 5 bleibt. und zwar längs einer umlaufenden
Erzeugenden beider Flächen.
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Die Taumelbewegung des Scheibenkolbens wird beispielsweise dadurch
erzeugt, daß sich an die zentrische Welle 1 mit der Achse A-B ein geneigter Wellenteil
8 mit der Achse B-C anschließt, der bei der Drehung der Antriebswelle 1 mit seiner
Achse längs der Mantelfläche eines geraden Kegels bewegt wird; auf diesem geneigten
Wellenteil 8 ist eine zylindrische Buchse 9 drehbar gelagert, die mit Flanschen
versehen ist und auf der der Taumelscheibenkolben 6 sitzt.
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Zwei konische Zahnkränze 10 und 11, von denen der erste.
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am Lagerkörper 3 und der zweite an der Buchse 9 sitzt, greifen jeweils
an einer mit der Drehung der Welle umlaufenden Stelle des Umfangs ineinander und
sorgen dafür, daß bei der Drehung der Welle 1 und der schrägen Welle 8 die Buchse
9 und mit ihr
der Scheibenkolben 6 stets nur eine Taumelbewegung,
aber keine Drehbewegung ausführen. Der Kolben 6 bleibt also stets in der gleichen
Umfangswinkellage relativ zum Gehäuse 4, während er die am Umfang umlaurende Kippbewegung
als Taumelbewegung au'sführt, Zwischen dem Scheibenkolben 6 und dem Gehäuse ist
eine Führung und Abdichtung über entsprechende Kugelschalenflächen 12 und 13 vorgesehen,
die an den einander gegenüberliegenden und ineinandergeführten Bauteilen des Kolbens
und des Gehäuses vorgesehen sind; das Zentrum dieser kugeligen Flächen liegt im
gemeinsamen Punkt der Achsen A-B und B-C, d.h. beim Ausführungsbeispiel im Punkt
B.
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Zur Abdichtung ist ein gewellter Dichtungsbalg oder eine Dichtungsmembran
14 zwischen einem unteren Flansch der Buchse 9 und dem Gehäuse 4 vorgesehen, diese
Dichtung umgibt den zentralen Teil des Lagerkörpers 3. Außerdem ist der Taumelseheibenkolben
mit Umfangsdichtungen versehen, die das Kompressions- oder Ansaugeverhältnis verbessern.
Schließlich kann in zweckmäßiger Weise - entsprechend der Darstellung in Fig. 1
- die Taumelscheibenkolben-Pumpe eine zweistufige Pumpe sein; dies ist möglich durch
Verwendung von nach Kugelzonen gekrümmten Dichtungsringen 16 auf den beiden Flächen
des Scheibenkolbens, die in entsprechend geformte Schlitze der anliegenden Gehäuse
teile eingreifen und Jeweils die beiden Stufen der Ansaug- und Druckräume (wie beispielsweise
Druckraum 17 in Fig. 1) voneinander
trennen.
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Die Kreiskolbenpumpe ist im oberen Teil des Pumpengehäuses angeordnet,
sie besteht im vorliegenden Falle aus einem hohlen Kolben 19, dessen zentraler Teil
20 auf einer Verlängerung 21 der zentralen Welle gelagert-ist, wobei die Achse C-D
dieser Wellenverlängerung parallel zur Achse A-B der Antriebswelle 1 ist, aber eine
gewisse, durch die Schräglage des Wellenteils 8 gegebene Exzentrizität hat. Der
Kolben 19 wirkt mit einem zu der Achse A-B der Antriebswelle l koaxialen Zylinderfläche
des Gehäuses zusammen, das eine äußere Zylinderwand 22 und eine innere Zylinderwand
23 aufweist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel ist vorausgesetzt, daß die Kreiskolbenpumpe
zwei seitlich mit a bzw. b bezeichnete Stufen aufweist, so daß der Kolben und die
Zylinderteile Jeweils doppelt vorhanden und durch eine Trennwandanordnung 24 gegeneinander
getrennt sind.
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Wie bei der oben zu be s beschriebenen Taumelscheibenkolben-Pumpe
sind auch bei der Kreiskolbenpumpe Einrichtungen vorgesehen, die eine Drehung des
Kolbens um seine eigene Achse relativ zum Gehäuse verhindern. Als derartige Einrichtungen
können hier ebenfalls konische Zahnkränze 26 und 27 vorgesehen werden, die zwischen
der Buchse 9 und dem zentralen Teil 20 des Kolbens 19 angeordnet sind.
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Die gesamte Pumpe ist selbstverständlich mit in geeigneter
Weise
angeordneten Einlässen und Auslässen sowie gegebenenfalls Ventilen für das Einlassen
oder die Druckseite versehen, die in Fig. 1 aber nicht dargestellt sind; jeder Fachmann
ist in der Lage, aufgrund der Kenntnis der Wirkungsweise der Kreiskolbenpumpen derartige
Einlässe und Auslässe an die richtigen Stellen zu setzen. Zur Abdichtung ist eine
gewellte Membran oder ein Dichtungsbalg 28 zwischen dem oberen Flansch der Buchse
9 und der oberen Innenseite des hohlen Kolbens 19 angeordnet.
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Es sei noch erwähnt, daß das äußere Gehäuse der Pumpenkombination
oder des Pumpensatzes gemäß der Erfindung in mehrere Einzelteile, wie 3, 25, 22,
unterteilt ist, die zusammen-nicht nur den dicht am Antriebsmotor liegenden Teil
sondern auch die beiden Pumpenkörper 25 (primäre, zweistufige Pumpe I) und 22 (sekundäre,
zweistufige Pumpe II) bilden, sowie einen Sockelteil 29. Durch diese Unterteilung
werden der Zusammenbau und das bei Reparaturen notwendige Auseinanderbauen wesentlich
erleichtert.
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In Jedem Fall erhält man gemäß der Erfindung einen Pumpensatz, der
nach der nur sehr schematischen Darstellung in Fig. 2 in der Weise arbeiten kann,
daß das Strömungsmedium zuerst von dem oder den sekundären Pumpeneinheiten II entlang
den Pfeilen fl und f2 angesaugt und gefördert wird, um dann in den oder die primären
Pumpenteile I gebracht zu werden, entsprechend den Pfeilen f3 sowie f4, und daß
das Strömungsmedium schließlich in Richtung des Pfeiles f5 austritt.
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Die erfindungsgemäße Pumpenkombination macht es möglich, ein sehr
hohes Vakuum (oder im umgekehrten Falle gegebenenfalls sehr hohe Drücke) mit Hilfe
einer sehr einfach konstruierten Pumpe zu erzielen. Dabei ist noch darauf hinzuweisen,
daß der mechanische Teil der Pumpe leicht zu schmieren ist und daß die Arbeitsräume
der Pumpen durch die Abdichtungsmembranen oder Balgen 14 und 28 vollständig gegen
Wellendurchführungen und dgl.
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abgeschlossen sind, so daß auch bei toxisch wirkenden Strömungsmedien
keine Verseuchung der Umgegend möglich ist.
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Als selbstverständlich sollte schließlich gelten, daß die Erfindung
durchaus nicht auf die Anwendungsweisen bzw. die Ausführungsformen der einzelnen
Teile der Vakuumpumpe beschränkt sind, wie sie soeben beschrieben wurden und in
der Zeichnung dargestellt sind; die Erfindung umfaßt auch für einen Fachmann naheliegende
Abwandlungen.