DE19544994A1 - Mehrwellenvakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrwellenvakuumpumpe nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.

Bei dieser Art von Pumpen rotieren zwei oder mehr Kolben in einem Pum­ pengehäuse. Die gegenläufige Rotation ist ein aufeinander Abwickeln der Kolben ohne gegenseitige Berührung bei gleichzeitiger linien- oder flächen­ förmiger Abdichtung der Saugseite gegenüber der Ausstoßseite. Diese Be­ wegung wird durch Getriebe bewirkt die sich in besonderen vom Schöpf­ raum ab getrennten Getrieberäumen befinden. Zur Obertragung der Dreh­ bewegung auf die Kolben werden die Wellen durch trennende Bauteile zwischen Getriebe- bzw. Lagerräumen und Schöpfraum geführt. Die Ge­ triebe- und Lagerräume sind bis zu einer bestimmten Höhe mit Öl gefüllt, welches in geeigneter Weise den Wellenlagern und den Zahnrädern der Getriebe zugeführt wird. Da eine Vakuumpumpe der hier beschriebenen Art im Schöpfraum ölfrei arbeiten soll, muß vermieden werden, daß Öl oder sonstige Schmierstoffe aus den Getriebe- bzw. Lagerräumen in die Schöpfräume gelangen. Ebenso sollten keine Schadstoffe, die im Schöpf­ raum gefördert werden, in die Getriebe- bzw. Lagerräume gelangen und dort die Schmiermittel verunreinigen oder zersetzen können. Aus diesen Gründen muß dafür gesorgt werden, daß Schöpfräume und Getriebe- bzw. Lagerräume an den Stellen der Wellendurchführungen wirkungsvoll abge­ dichtet sind.

Um diese Abdichtung zu erreichen, werden unterschiedliche Dichtkonzepte an den Wellendurchführungen zwischen den Getriebe- bzw. Lagerräumen und den Schöpfräumen verwendet. Gebräuchliche Dichtungsarten sind Spalt- und Labyrinthdichtungen, Kolbenringabdichtungen sowie die Abdich­ tung mit Radialwellendichtungen. In vielen Fällen besteht die Abdichtung auch aus Kombinationen der genannten Dichtungskonzepte.

Spalt- und Labyrinthdichtungen stellen keine absolute Dichtung dar, haben jedoch den Vorteil, daß sie keinem Verschleiß unterworfen sind. Da bei Spaltabdichtungen aus fertigungstechnischen Gründen die Spalte nicht alle gleich groß sind, können Druckdifferenzen auftreten, welche Aus­ gleichsströmungen zwischen den einzelnen Wellendurchführungen her­ vorrufen. Dieser Effekt tritt verstärkt bei mehrstufigen Pumpen auf, bei denen an den Durchführungen verschiedene Drücke anstehen. Die vorgenannten Ausgleichsströmungen stehen einem optimalen Pump­ verhalten entgegen. Durch sie können Schmiermitteldämpfe in den Schöpfraum, der ölfrei sein sollte, gelangen und ebenso können Dämpfe aus dem Schöpfraum in die Getriebe- bzw. Lagerräume gelangen, wo sie kondensieren, die Schmiermittel verunreinigen oder diese zersetzen kön­ nen.

Kolbenringabdichtungen weisen einen geringen Verschleiß auf, ihre Ab­ dichtung ist aber für viele Anwendungsgebiete unzureichend.

Radialwellendichtringe ergeben eine gute Abdichtung, bringen aber den Nachtell mit sich, daß sie bei Trockenlauf hohem Verschleiß unterworfen sind.

Der Einsatzbereich der Pumpe kann beträchtlich erweitert werden, wenn sie in vertikaler Position betrieben werden kann. In diesem Falle kommen die nachteiligen Eigenschaften der vorgenannten Konstruktionen zum Tell noch stärker zur Wirkung. Außerdem können bei vertikalem Betrieb Flüs­ sigkeiten noch leichter in die Dichtelemente eindringen und so Korrosionen und erhöhten Verschleiß verursachen. Flüssigkeiten und Kondensate wer­ den weder durch Labyrinthe noch durch Kolbenringe wirkungsvoll aufge­ halten.

Das Druckverhältnis zwischen Getriebe- bzw. Lagerräumen und Schöpf­ räumen ist während des Betriebes der Pumpe nicht konstant. Es ist abhän­ gig von Ansaug- und Ausstoßdruck der Pumpe sowie von den betriebsbe­ dingten Temperaturen bzw. Temperaturschwankungen.

Um die Trennwirkung der Abdichtung zu verbessern, werden diese mit prozeßverträglichem Sperrgas beaufschlagt. Der Sperrgasdruck in der Abdichtung muß bei je dem Betriebszustand der Pumpe gleich bzw. größer als der Druck in den Getriebe- bzw. Lagerräumen und in den benachbar­ ten Schöpfräumen sein.

Aufgrund der Tatsache, daß keine der erwähnten Dichtungskonzepte eine absolute Dichtheit gewährleistet, strömt Sperrgas sowohl in die Getriebe­ bzw. Lagerräume als auch in die benachbarten Schöpfräume ein.

Diese Sperrgasleckage beeinträchtigt nicht nur das Betriebsverhalten der Pumpe, sondern stellt auch einen beträchtlichen Betriebskostenfaktor dar. Bei einigen Anwendungen ist sogar ein Trennverfahren zwischen gepumpten Gasen und Sperrgas erforderlich.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Mehrwellenvakuumpumpe mit wirkungsvoller Abdichtung zwischen Getriebe- bzw. Lagerräumen und Schöpfräumen vorzustellen, bei der die vorgenannten Nachtelle vermieden werden. Insbesondere sollen auch Verschmutzungen und die Ansammlung von Flüssigkeiten an den Rändern und in den Ecken der Dichtungen aus­ geschlossen werden. Darüber hinaus wird eine verschleißmindernde Bau­ weise angestrebt, um die Lebensdauer der Bauteile zu erhöhen. Ein weite­ res Ziel der Erfindung ist, die Sperrgasmenge auf ein Minimum zu begren­ zen. Schließlich soll die Pumpe sowohl in waagerechter als auch in senk­ rechter Lage betrieben werden können ohne daß dies einen nachteiligen Einfluß auf die Betriebsweise hat.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentan­ spruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 4 stellen weitere Ausgestaltungen der Erfindung dar.

Durch die Anordnung der beiden Lippendichtungen, so daß die Lippen der einen Dichtung in Richtung Schöpfraum und die Lippen der anderen Dich­ tung in Richtung Getriebe- bzw. Lagerraum weisen, ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Verschmutzungen in den Ecken, Hinterschneidungen und Vertiefungen im unmittelbaren Dichtbereich der Dichtungen durch Ansammeln von Stoffen aus dem Schöpfraum oder aus dem Getriebe­ bzw. Lagerraum werden vermieden, da die genannten kritischen Stellen der Dichtungen diesen Räumen nicht zugewandt sind. Dieser Vorteil macht sich bei senkrechtem Einsatz der Pumpe besonders bemerkbar.

Dadurch, daß die Dichtlippe auf der Seite des Schöpfraumes so angeord­ net ist, daß sie in eine Aussparung am Innendurchmesser des Kolbens ragt und durch die Formgebung dieser Aussparung wird vermieden, daß Räume entstehen, wo sich Flüssigkeiten und Kondensate ansammeln können. Diese werden zusammen mit unvermeidlichem Abrieb von den kritischen Stellen weggefördert.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird es möglich und sinnvoll, einen Gaseinlaß zwischen den beiden Lippendichtungen anzubringen. Beim Betrieb der Pumpe kann durch diesen Gaseinlaß entsprechend dem Anspruch 4 Sperrgas zwischen die beiden Dichtungen geführt werden. Dies hat zur Folge, daß ein kontinuierlicher Strom von Sperr­ gas, welch er in Abhängigkeit vom Druck und/oder Gasmenge gesteuert werden kann, unter den Dichtlippen in Richtung Schöpfraum und in Rich­ tung Getriebe- bzw. Lagerraum fließt. Insbesondere ermöglicht es die erfindungsgemäße Anordnung, den Sperrgasverbrauch auf ein Minimum zu beschränken und so die Nachtelle, die durch das Einströmen von Sperr­ gas in die Getriebe- bzw. Lagerräume und benachbarte Schöpfräume entstehen, weitgehend zu beseitigen. Die den Verschleiß beeinflussende Vorspannung der Dichtlippen wird so verringert, womit auch die Reibung auf ein Minimum reduziert und ein verschleißarmer Lauf der Pumpe garan­ tiert wird. Zusätzlich wird das Eindringen von Stoffen aus dem Schöpfraum in den Getriebe- bzw. Lagerraum und umgekehrt verhindert.

An Hand der Abb. 1 und 2 soll die Erfindung am Beispiel einer Zweiwellenvakuumpumpe näher erläutert werden.

Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Pumpe. Abb. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Abb. 1 mit einer detaillierteren Darstellung der Dichtelemente.

Im Schöpfraum 1 einer Zweiwellenvakuumpumpe rotieren zwei Kolben 2 und 3, welche sich auf den Wellen 4 und 5 befinden. Die Wellen werden in Lagern 6 und 7 geführt. Die Rotationsbewegungen werden durch Getriebe 8, die in Getrieberaum 9 angebracht sind, gesteuert. Zur Übertragung der Rotationsbewegung vom Getriebe 8 auf die Kolben 2 und 3 ist das Lagerschild 10, welch es als Trennwand zwischen Schöpfraum 1 und Getriebe­ bzw. Lagerraum 9 dient, mit Wellendurchführungen 11 und 12 versehen. In diesen Wellendurchführungen befinden sich die erfindungsgemäßen Dicht­ einrichtungen 13 und 14, welche den Schöpfraum 1 vom Getriebe- bzw. Lagerraum 9 trennen.

Abb. 2 zeigt in detaillierter Darstellung die Ausführung einer Dicht­ einrichtung 13. Die Lagerbuchse 15 trägt die beiden Lippendichtungen 16 und 17. Diese sind so angeordnet, daß die Lippe der Dichtung 16 unter die Kolben 2, 3 in den Schöpfraum 1 hineinragt, und die Lippe der Dichtung 17 jener abgewandt ist und dem Lager 6 und somit dem Getriebe- bzw. Lager­ raum 9 zugewandt ist. Eine Verbindungsleitung 18 dient dazu, Sperrgas von außen zwischen die beiden Lippendichtungen zu führen. Dieses Sperr­ gas kann dann zwischen den Lippen und der Laufbuchse 19 nach beiden Seiten in Richtung Schöpfraum und in Richtung Getriebe- bzw. Lagerraum strömen.

Eine Aussparung 20 am Innendurchmesser der Kolben und eine Abschrä­ gung 21 sind auf der der Lippendichtung zu gewandten Seite der Kolben angebracht.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen sind am Beispiel einer Durchfüh­ rung zwischen einem Schöpfraum und einem Getriebe- bzw. Lagerraum beschrieben. Sie werden ebenso bei den übrigen Wellen und deren Durch­ führungen in die entsprechenden Räume angewandt.

Claims (4)

1. Mehrwellenvakuumpumpe zur Förderung von Gasen mit in einem oder mehreren Schöpfräumen rotierenden Kolben (2, 3), welche auf Wellen (4, 5) montiert sind, wobei diese Wellen durch ein Getriebe (8) gesteuert werden, und dieses Getriebe sich in einem Getriebe­ raum (9) befindet, welch er durch ein Lagerschild (10) vom Schöpf­ bzw. Getrieberaum abgetrennt ist, und dieses Lagerschild mit Wellendurchführungen (11, 12) versehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich innerhalb dieser Wellendurchführungen Dicht­ einrichtungen (13) befinden, die so gestaltet sind, daß sie aus jeweils zwei Lippendichtungen (16, 17) bestehen, wobei die Lippe der einen Lippendichtung (16) in Richtung Schöpfraum (1) weist, und die Lippe der anderen Lippendichtung (17) in Richtung Ge­ triebe- bzw. Lagerraum (9) weist.

2. Mehrwellenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtlippen der dem Schöpfraum zu gewandten Lippen­ dichtungen (16) in die in den Kolben (2, 3) vorgesehene Aussparun­ gen (20) ragen.

3. Mehrwellenvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolben auf den den Dichtlippen zugewandten Seiten am Innendurchmesser mit Abschrägungen (21) versehen sind, welche so gestaltet sind, daß Flüssigkeiten und Kondensate vom Dichtbereich weggefördert werden.

4. Verfahren zum Betrieb einer Mehrwellenvakuumpumpe zur Förde­ rung von Gasen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß über eine Verbindungsleitung (18) Sperrgas in den Raum zwischen den Lippendichtungen (16, 17) geführt wird, und dieses Sperrgas zwischen den Lippen und einer Laufbuchse (19) nach beiden Seiten in Richtung Schöpfräume und in Richtung Getriebe- bzw. Lagerräume strömt, und daß der Druck des Sperr­ gases höher ist als der Druck in den Schöpfräumen (1) oder in den Getriebe- bzw. Lagerräumen (9).