DE19633651A1

DE19633651A1 - Dry vacuum machine with shaft passage

Info

Publication number: DE19633651A1
Application number: DE19633651A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Bez; Hans-J Burghard; Juergen Meyer
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 1998-02-26
Also published as: WO1998007988A1; EP0920590A1

Abstract

The invention concerns a dry vacuum machine (1), in particular a rotary piston vacuum pump, with an oil-free passage for a shaft (6) through a partition wall (5) which separates the suction chamber (3) of the vacuum machine (1) from an outer chamber (8), the passage comprising a shaft-sealing ring (11) whose lip (12) faces the shaft (6). According to the invention, in order to improve the discharge of the heat generated, the shaft (6) is provided at the level of the sealing ring lip (12) with a bush (15, 21) which projects into the outer chamber (8) where it is provided with cooling surfaces (16, 23).

Description

Die Erfindung betrifft eine trockene Vakuummaschine, insbesondere Rotationskolbenvakuumpumpe, mit den Merkma len des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a dry vacuum machine, in particular rotary piston vacuum pump, with the characteristics len of the preamble of claim 1.

Beim Betrieb von Rotationskolbenvakuumpumpen ist die Entstehung von Wärme im Schöpfraum und im Bereich der Wellendichtringe unvermeidbar. Bei Rotationskolbenpum pen, bei denen im Schöpfraum Öl vorhanden ist, ist das Problem der Abführung der Wärme in einfacher Weise be herrschbar. Das in aller Regel im Kreislauf geführte Öl hat neben anderen Aufgaben die Wirkung, daß die im Schöpfraum rotierenden, kreisenden oder sich hin und her bewegenden Kolben geschmiert werden und daß die während des Betriebs der Maschine entstehende Wärme abgeführt wird.When operating rotary piston vacuum pumps, the Generation of heat in the scooping area and in the area of the Shaft seals inevitable. With rotary piston pump pen with oil in the scooping chamber is that Problem of heat dissipation in a simple manner rulable. The oil that is usually circulated has the effect, among other things, that the im Bucket rotating, orbiting or reciprocating moving pistons are lubricated and that during heat generated during operation of the machine is dissipated becomes.

Der Einsatz von Vakuumpumpen erfolgt immer häufiger in technischen Gebieten, zum Beispiel in der Halbleiter technik, die die Erzeugung eines absolut kohlenwasser stoffreien Vakuums fordern. Nur ölfreie Hoch- und Vorva kuumpumpen können verwendet werden. Bei diesen Pumpen müssen Mittel eingesetzt werden, die die Schmier- und Kühlfunktionen des Öls übernehmen. Auf eine Ölschmierung im Schöpfraum einer Rotationskolbenpumpe kann zum Bei spiel verzichtet werden, wenn sich der Kolben berüh rungsfrei im Schöpfraum dreht. Allerdings ist die Abfüh rung der Wärme, die sowohl im Kolben als auch im Bereich der Wellendichtringe entsteht, besonders schwierig, da das im Schöpfraum vorhandene Vakuum für den sich berüh rungsfrei drehenden Kolben die Wirkung einer besonders guten Wärmeisolierung hat.Vacuum pumps are increasingly used in technical fields, for example in the semiconductor technology that produces an absolutely hydrocarbon demand vacuum free of substances. Oil-free Hoch- and Vorva only Kuumpumpen can be used. With these pumps Means must be used that the lubricating and Take over the cooling functions of the oil. For oil lubrication in the suction chamber of a rotary piston pump can be used play can be dispensed with if the piston touches rotates smoothly in the However, the lead is tion of heat, both in the piston and in the area the shaft seals are particularly difficult because the vacuum in the scoop for which you touch The piston acts smoothly with the effect of a special has good thermal insulation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuummaschine der eingangs erwähnten Art mit ver besserten Mitteln zur Wärmeabfuhr auszurüsten. Eine spe zielle Aufgabe besteht darin, die im Bereich der Wellen durchführung entstehende Wärme derart abzuführen, daß sie auf den Wärmehaushalt des Kolbens keinen Einfluß hat.The present invention is based on the object a vacuum machine of the type mentioned with ver equip better means for heat dissipation. A special The main task is that in the field of waves dissipate heat generated in such a way that they have no influence on the heat balance of the piston Has.

Erfindungsgemäß wird die allgemeine Aufgabe dadurch ge löst, daß die Welle in Höhe der Dichtringlippe mit einer Buchse ausgerüstet ist, die in den äußeren Raum hinein ragt und dort mit Kühlflächen ausgerüstet ist. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß sowohl die im Kon taktbereich zwischen Dichtlippe und Laufbuchse entste hende Wärme als auch die vom Kolben über die Welle auf die Buchse übergehende Wärme in Richtung der Kühlflächen abgeführt wird. Die Kühlflächen können als Ringscheibe oder als Schaufelrad ausgebildet sein, so daß sie in folge ihrer Drehung einen intensiven Kontakt mit der im äußeren Raum vorhandenen Atmosphäre haben.According to the invention the general task is ge triggers that the shaft at the level of the sealing ring lip with a Jack is equipped, which in the outer space protrudes and is equipped with cooling surfaces. By these measures are achieved that both in the Kon area between the sealing lip and the liner heat as well as that from the piston over the shaft the socket transferring heat towards the cooling surfaces is dissipated. The cooling surfaces can be used as an annular disc or be designed as a paddle wheel so that they in follow their rotation an intensive contact with the im outside space existing atmosphere.

Die geschilderte Lösung setzt voraus, daß zwischen der Buchse und der Welle ein guter thermischer Kontakt be steht, damit auch die im Schöpfraum bzw. im Kolben ent stehende Wärme zu den Kühlflächen geführt werden kann. Ist allerdings die Reibungswärme, die im Bereich des Wellendichtringes entsteht, so hoch, daß sie über die Buchse und über die Welle die Temperatur des Kolbens noch erhöhen würde, dann ist es zweckmäßig, zwischen der Laufbuchse und der Welle eine thermische Isolierung vor zusehen. Diese Isolierung bewirkt, daß im Bereich der Dichtlippe des Wellendichtringes entstehende Wärme nicht mehr von der Buchse auf die Welle übergeht, den Kolben also nicht erreichen kann. Zu einer Temperaturerhöhung des Kolbens trägt die im Bereich des Wellendichtringes entstehende Wärme nicht bei.The solution described assumes that between the Socket and the shaft a good thermal contact be stands, so that also ent in the scoop or in the piston standing heat can be conducted to the cooling surfaces. However, is the frictional heat in the area of Shaft seal is created so high that it over the Bush and over the shaft the temperature of the piston would increase, then it is appropriate to choose between the The bushing and the shaft are thermally insulated watch. This insulation causes that in the area of Sealing lip of the shaft sealing ring does not generate heat more from the bush to the shaft, the piston so can't reach. To an increase in temperature the piston carries in the area of the shaft sealing ring heat generated.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs beispielen erläutert werden. Es zeigen:Further advantages and details of the invention will be explained with reference to the embodiment examples shown in FIGS. 1 and 2. Show it:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine trockene Vakuummaschine, bei der sowohl die im Kolben als auch im Bereich des Wellendichtringes entstehende Wärme nach außen geführt wird und Fig. 1 shows a partial section through a dry vacuum machine, in which both the heat generated in the piston and in the area of the shaft sealing ring is conducted to the outside and

Fig. 2, eine Maschine, bei der nur im Bereich des Wellendichtringes entstehende Wärme nach außen geführt wird. Fig. 2, a machine in which heat generated only in the area of the shaft sealing ring is conducted to the outside.

Die Figuren zeigen jeweils einen Teilschnitt durch eine Rotationskolbenvakuumpumpe 1 mit einem Kolben 2, der während des Betriebs im Schöpfraum 3, gebildet vom Schöpfraumgehäuse 4 mit der Trennwand 5, rotiert. Die Welle 6 des Kolbens 2 ist durch eine Öffnung 7 in der Trennwand 5 nach außen (äußerer Raum 8) geführt. Wellenlagerungen sind im einzelnen nicht dargestellt. Die nach außen geführte Welle 6 dann zum Beispiel mit einem Antriebsmotor gekoppelt sein.The figures each show a partial section through a rotary piston vacuum pump 1 with a piston 2 which rotates during operation in the pump chamber 3 , formed by the pump chamber housing 4 with the partition 5 . The shaft 6 of the piston 2 is guided through an opening 7 in the partition 5 to the outside (outer space 8 ). Shaft bearings are not shown in detail. The outwardly guided shaft 6 can then be coupled, for example, to a drive motor.

In der Öffnung 7 der Trennwand 5 befindet sich ein Wel lendichtring 11 üblicher Bauart, dessen Lippe 12 der Welle 6 zugewandt ist. Ein gehäusefester, die Welle 6 umgebender Ring 13 bildet zusammen mit dem Innenraum des Wellendichtringes 11 einen Hohlraum 14, der mit einem der Schmierung der Wellendichtringlippe 12 dienenden Schmierfett gefüllt ist. Der Ring 13 und die Öffnung des Wellendichtringes 11 sind dem Schöpfraum 3 zugewandt. In the opening 7 of the partition 5 there is a Wel sealing ring 11 of conventional design, the lip 12 of which faces the shaft 6 . A housing-fixed ring 13 surrounding the shaft 6 forms, together with the interior of the shaft sealing ring 11, a cavity 14 which is filled with a lubricating grease which lubricates the shaft sealing ring lip 12 . The ring 13 and the opening of the shaft sealing ring 11 face the pump chamber 3 .

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 befindet sich in Höhe des Wellendichtringes 11 eine Buchse 15, die sich gemeinsam mit der Welle 6 nach außen erstreckt. Dort ist sie mit Schaufeln 16 ausgerüstet, die gemeinsam mit der Buchse 15 bzw. der Welle 6 rotieren. Die Buchse 15 hat unmittelbaren thermischen Kontakt mit der Welle 6 und mit einer der Lippe 12 des Wellendichtrings zugeordneten Laufschicht 17, so daß sowohl im Kolben 2 entstehende und über die Welle 6 zur Buchse 15 gelangende Wärme als auch im Bereich der Laufschicht 17 entstehende Wärme zu den Schaufeln 16 nach außen abgeführt wird.In the embodiment according to FIG. 1 there is a bushing 15 at the level of the shaft sealing ring 11 , which extends together with the shaft 6 to the outside. There it is equipped with blades 16 which rotate together with the bushing 15 or the shaft 6 . The bushing 15 has direct thermal contact with the shaft 6 and with a running layer 17 assigned to the lip 12 of the shaft sealing ring, so that heat which arises both in the piston 2 and reaches the bushing 15 via the shaft 6 and also in the region of the running layer 17 the blades 16 is discharged to the outside.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine Buchse 21 vorgesehen, die gegenüber der Welle 6 wärmeisoliert ist. Dieses wird erreicht durch eine rohrabschnittförmige Isolierschicht 22, die sich zwischen Buchse 21 und Welle 6 befindet.In the embodiment according to FIG. 2, a bushing 21 is provided which is thermally insulated from the shaft 6 . This is achieved by means of an insulating layer 22 in the form of a tubular section, which is located between the bushing 21 and the shaft 6 .

Infolge der Isolierschicht 22 wird erreicht, daß ein Wärmeübergang zwischen Welle 6 und Buchse 21 nicht stattfindet. Im Bereich der Lippe 12 des Wellendicht ringes bzw. der Laufschicht 17 entstehende Wärme kann also nicht zum Kolben 2 gelangen. Nur die im Bereich der Dichtlippe 12 des Wellendichtringes 11 entstehende Wärme wird nach außen abgeführt. Anstelle der Schaufeln 16 nach Fig. 1 trägt die Buchse 21 eine Kreisringscheibe 23, welche die gewünschten Kühlflächen bildet.As a result of the insulating layer 22 , heat transfer between shaft 6 and bushing 21 does not take place. In the area of the lip 12 of the shaft sealing ring or the running layer 17 , heat generated cannot reach the piston 2 . Only the heat generated in the area of the sealing lip 12 of the shaft sealing ring 11 is dissipated to the outside. Instead of the blades 16 according to FIG. 1, the bushing 21 carries an annular disk 23 , which forms the desired cooling surfaces.

Die Buchsen 15 und 21 sowie die Schaufeln 16 bzw. die Kreisringscheibe 23 müssen aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehen, zum Beispiel Aluminium oder Kupfer. Als Werkstoff für die Isolierschicht 22 kommt Kunststoff oder Aluminium-Oxid (Al₂O₃) in Frage. Die Laufschicht 17 für die Lippe 12 des Wellendichtringes 11 sollte re lativ dünn und hart ausgebildet sein und außerdem aus gut wärmeleitendem Werkstoff, zum Beispiel gehärtetes Aluminium oder Chrom, bestehen. The bushes 15 and 21 as well as the blades 16 and the annular disk 23 must be made of a good heat-conducting material, for example aluminum or copper. Plastic or aluminum oxide (Al₂O₃) comes into question as the material for the insulating layer 22 . The running layer 17 for the lip 12 of the shaft sealing ring 11 should be relatively thin and hard and should also be made of a good heat-conducting material, for example hardened aluminum or chrome.

In Höhe der Buchse 15 bzw. 21 ist die Welle 6 mit einer Ringnut 25 ausgerüstet. Sie dient der Aufnahme eines Dichtringes 26, der der Abdichtung des Schöpfraumes 3 nach außen dient.At the height of the bushing 15 and 21 , the shaft 6 is equipped with an annular groove 25 . It serves to receive a sealing ring 26 , which serves to seal the scoop chamber 3 to the outside.

Claims

1. Dry vacuum machine ( 1 ), in particular Rotati onskolbenvakuumpumpe, with an oil-free passage of a shaft ( 6 ) through a partition ( 5 ) that separates the pumping chamber ( 3 ) of the vacuum machine ( 1 ) from an outer space ( 8 ), wherein the implementation egg NEN shaft seal ( 11 ), the lip ( 12 ) of the shaft ( 6 ) facing, characterized in that the shaft ( 6 ) at the level of the sealing ring lip ( 12 ) with a socket ( 15 , 21 ) is, which protrudes into the outer space ( 8 ) and there is equipped with cooling surfaces ( 16 , 23 ).

2. Machine according to claim 1, characterized in that a thermal insulation ( 22 ) is present between the bushing ( 21 ) and the shaft ( 6 ).

3. Machine according to claim 1, characterized in that the insulating layer ( 22 ) consists of aluminum oxide (Al₂ O₃).

4. Machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the bushing ( 15 , 21 ) is equipped with an annular disc forming the cooling surfaces ( 23 ).

5. Machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the bushing ( 15 , 21 ) is equipped with a paddle wheel ( 16 ) forming the cooling surfaces.

6. Machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bushing ( 15 , 21 ) and the components forming the cooling surfaces ( 16 , 23 ) consist of a good heat-conducting material (Al, Cu or the like).

7. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the bushing ( 15 , 21 ) in the region of the sealing ring lip ( 12 ) is equipped with a running layer ( 17 ) made of a hard, good heat-conducting material (Al hardened, chrome or the like).

8. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft sealing ring ( 11 ) is grease-lubricated.

9. Machine according to claim 8, characterized in that there is a grease reservoir in the cavity ( 14 ) of the shaft sealing ring ( 11 ).

10. Machine according to claim 8 or 9, characterized in that the open side of the shaft sealing ring ( 11 ) is assigned a housing-fixed ring ( 13 ).

11. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that a seal ( 26 ) is present between the shaft ( 6 ) and the socket ( 15 ) or the thermal insulation ( 22 ).