DE2160582A1 - Verdraengerpumpe mit evolventenfoermigen vorspruengen - Google Patents

Description

• Verdrängerpumpe mit evolventenfOrmigen Vorsprngen Die Erfindung betrifft eine VerdrRngerpumpe, vorzugsweise zur Vakuumerzeugung, bei der zur Bildung der Schöpfkammern zwei mit Vorsprflngen ineinandergreifende, ebene, parallele Scheiben vorhanden sind, wobei die Mittellinien dieser Vorsprünge an beiden Scheiben Kreisevolventen mit gleichem Grundkreis sind, Die Erfindung bezieht sich sowohl auf Pumpen, bei denen eine Scheibe feststeht und die andere eine kreisfrmige Translationsbewe.zung ausfahrt, als auch auf Pumpen, bei denen beide Scheiben reine Rotationsbewegungen ausführen. Ebenso bezieht sie sich auf Pumpen, bei denen zwischen beiden Scheiben Fflhrungselemente angeordnet sind, als auch auf Pumpen, bei denen die Kraftübertragung von einer Scheibe auf die andere ueber die Flanken der VorsorUnge erfolgt.
• Durch die DT-PS 174 074, die DT-OS 1 935 621, die FR-PS 813 559, 980 737 und die BR-PS 868 187 sind bereits derartige volumetrische Maschinen mit evolventenfErmigen Vorsprüngen bekannt, bei welchen beide Scheiben ein sogenanntes leeres Zentrum aufweisen. Bei Vakuumpumpen, welche vorteilhafterweise ein Auspuffventil besitzen, damit bei Betrieb gegen Endvakuum das Zurückströmen von atmosphärischer Luft in die Pumpkammern verhindert wird, entsteht bei leerem Zentrum ein Totraum, wodurch der durch das Auspuffventil erlangte Vorteil teilweise wieder aufgehoben wird, weil die im Totraum verbleibende atmosnhrische Luft ebenfalls in die Pumpkammern zurUckstrdmt, Dies ergibt eine Verschlechterung des Enddrucks, einen erhEhten Leistungsverbrauch und starke Erwärmung durch die zu leistende zusätzliche Kompressionsarbeit. Eventuell eingespritztes Öl vermag diesen Totraum einigermaßen auszufüllen, wird dann jedoch durch die Bewegung der Vorsprünge innerhalb des Totraumes verdrSngt und umgelenkt, so dat sich bezüglich Leistungsverbrauch und ErwArmunz annähernd die gleichen Nachteile erheben wie beim ZurUckstrNmen von atmosphärischer Luft.
• Um diesen Totraum zu verkleinern, beginnen in der BR-PS 868 187 die Vorsprünge möglichst nahe beim Zentrum, wozu die dort verwendeten Mitnehmerelemente am SuReren Umfang angeordnet werden. Dies gibt iedoch keine grundsätzliche Verbesserung, da prinzipiell ein Totraum übrigbleibt.
• Zum gleichen Zweck wurde bereits früher in der FR-PS 814 179 vorgeschlagen, die evolventenförmigen Vorsprünge zum Zentrum hin kreisbogenfrmig weiterzuführen, da bei kreisbogenförmigen Vorsrüngen kein Totraum übrigbleibt, wie es in derselben Patentschrift oder z,B, in der FR-PS 93 048 für kreisbogenförmige VorsDrQnge allein gezeigt wird, Eine Kombination der beiden Vorsprungs arten zur Bildung von Schöpfkammern ist jedoch aus geometrischen Gründen unmöglich.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, durch die besondere Ausbildung der Scheiben einen Totraum im Zentrum der Pumpe zu verhindern und die dadurch entstehenden Nachteile zu vermeiden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß die eine der beiden Scheiben ein vollt Zentrum besitzt, wobei der freie Querschnitt zwischen den Vorsprüngen kreisfdrmiz abgeschlossen ist, daß die andere der beiden Scheiben ein leeres Zentrum besitzt, wobei das innere Ende eines Vorsprunges kreisförmig abgerundet ist, derart, daS die Entfernung zwischen den Mittelpunkten der reweillgen Kreisbögen und Grundkreise bei beiden Scheiben gleich groß istq Der theoretische Totraum ist dabei reich Null.
• Als besonders günstig hat sich erwiesen, das Auspuffventil innerhalb des vollen Zentrums anzuordnen. Dadurch ergeben sich sehr kurze AusDuffkanäle mit grobem Strömungsquerschnitt, wodurch der unvermeidliche Tot raum der Auspuffkanäle und die Drosselverluste auf ein Minimum reduziert werden.
• In Verbindung mit dem vollen Zentrum ist eine einfache und kräftemäßig günstig beansDruchte Lagerung dieser Scheibe möglich. Dazu werden die Lager innerhalb des vollen Zentrums angeordnet, wobei bei Kraftübertrag,unz oder Parallelführung huber die Flanken der Vorsprünge die Wirkungslinie der Kraft zwischen beiden Lagern verläuft.
• Ausführungsbeispiele von erfindungsgemMßen Pumpen werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, Es zeigen: Figur 1 den Querschnitt einer einqGnzizen Scheibe it vollem Zentrum.
• Figur 2 den Querschnitt der Gegenscheibe zu Figur 1 mit leerem Zentrum.
• Figur 3 eine Pumne mit den ein gängigen Scheiben nach den Figuren 1 und 2, wobei beide Scheiben rotierend angeordnet sind, die Kraftübertragung über die Flanken der Vorsprünge erfolgt und die Lager der mitgenommenen Scheibe innerhalb des vollen Zentrums angebracht sind, ent sprechend dem Schnitt IV-IV der Figur 4, Figur 4 einen Schnitt nach III-III der Figur 3.
• Figur 5 eine Pumpe mit zweigängigen rotierenden Scheiben mit Kraftübertragung über die Flanken der Vorsprünge und fliegend gelaerten Scheiben, entsprechend dem SchnittVI-VI der Figur 6, Figur 6 einen Schnitt nach V-V der Figur 5 und Figur 7 und 8 eine Ausführungsform, bei der die inneren Enden des freien Querschnittes bzw, des evolventenförmigen Vorsprunges eine veränderte Form aufweisen.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen getrennt ein einF8nglges Scheiben paar, Scheibe 1 mit vollen Zentrum und Scheibe 2 mit leerem Zentrum haben evolventenförmige Vorsnrilnge 3 bzw. 3' mitgleichen Crundkreisen 4 bzw, 4' und den Nittelnunkten A bzw.
• A'. Der freier Querschnitt 5 der Scheibe 1 begrenzt durch den evolventenförmigen Vorsnrung 3 ist durch den Halbkreis 6 mit dem Mittelpunkt B abgeschlossen, wodurch sich der Vorv sprung 3 zum vollen Zentrum 7 erweitert, Innerhalb des vollen Zentrums 7.befindet sich die Bohrung 8 zur Aufnahme des Ventils oder der Lagerung. Durch exzentrische Anbringung der Bohrung 8 gegenüber dem Grundkreismittelpunkt A kann das volle Zentrum besser ausgenutzt werden, allerdings muR dann die Lagerung außerhalb der Bohrung 8 angebracht werden. Der Auspuffschlitz 9 verbindet den freien Querschnitt 5 mit der Bohrung 8, Dabei ist es am vorteilhaftesten, wenn die Mittellinie des Ausnuffschlitzes durch die Mittelpunkte A und B geht. Der evolventenförmige Vorsprung 3' der Scheibe 2 ist in Richtung Zentrum durch den Halbkreis 6' mit dem MittelDunkt B' abgerundet. Damit beim Zusammenwirken des Scheibenpaares Berührung zwischen den Halbkreisen 6 und 6' und damit ununterbrochene Abdichtung zweier aufeinander folgender Schöpfkammern stattfindet, müssen die Entfernten A-B und A'.-B' gleich groß sein.
• Die Figuren 3 und 4 zeigen das Zusammenwirken der Scheiben 1 und 2 zur Bildung von Schöpfkammern 10, 10' und 11.
• Man erkennt die Abdichtung zwischen den Schöpfkammern 10 und 11 durch Berührung der Halbkreise 6 und 6', Die Schöpfkammern 10 und 10' sind soeben vom Ansaugraum 12 abgeschlossen. Nach 1/4 Umdrehung ist die Schopfkammer 11 vollständig verschwunden, Demnach ist dies eine einstufige Pumpe mit einem Überdeckungswinkelvon 900 oder - was dasselbe bedeutet - eine 1,25-stufige Pumne. Angetrieben wird die Scheibe 2 durch den Motor 13. Die Scheibe 1 wird von der Scheibe 2 mitgenommen durch Kraftübertragung ilber die Flanken. Beide Scheiben rotieren um die Achsen C bzw, C', deren Projektion identisch ist mit den Mittel punkten A bzw. A' der Grundkreise 4 bzw. 4'. Die -Scheibe 2 ist formschlüssig mit der Welle 1-4 des Motors 13 verbunden, wodurch eine gesonderte Lagerung dieser Scheibe entfallt. Die Scheibe 1 mit den fest verbundenen Lagern 15 und 16 ist lose auf die feststehende Achse 17 gesteckt. Die Wirkungslinie der die Mitnahme der Scheibe 1 bewirkenden Kraft P, welche die Vorsprünge 3 und 3' halbiert, verläuft zwischen den beiden Lagern 15 und 16, so daß diese kräftemäßig günstig heansprucht sind und keine Verkantung auftritt, Die Wirkungslinie dieser Kraft P ist außerdem immer eine Tanente an die Grundkreise 4 und 4', wodurch in nieder Stellung der Scheiben ein echtes Drehmoment, mit dem Grundkreisradius als Hebelarm, auftritt Das zu fördernde Gas strömt durch den Ansaugstutzen 18 in den Ansaugraum 12, wird dort von den Vorspringen 3 und 3' der Scheiben 1 und 2 erfaßt, in den Schöpfkammern 10, 10' und 11 weitertransportiert, erreicht dann ilber den Auspuffschlitz 9 den Ringkanal 19 und von dort aus silber die Schlitze 20 und 20' das Ventil 29 mit den federbelasteten Ventilschalen 21 und 21'. Es strömt weiter durch die Bohrung 22 der Achse 17, durch die Querbohrung 23 in den Ausriuffraum 24 und verläßt die-PumDe durch den Auspuffstutzen 25, Die Abdichtung des Ansaugraumes 12 gegenüber der Außenatmosphäre erfolgt durch die Wellendichtung 26, den Ruffdschnurring 27 und den Bund des Lagers 16, Zur Verbesserung der Abdichtung am Bund des Lagers 16 kann anstelle der festen Gegenlauffläche 28 eine unter Vorspannung stehende Gleitringdichtung eingebaut werden. Wegen des verbleibenden Totraumes im Ausnuffschlitz 9 im Ringkanal 19 und den Schlitzen 20 und 20' zur besseren Abdichtung, zur Schmierung und zur Warmeabfuhr wird die Pumpe vorteilhaft mit Öldurchsatz betrieben. Im Gegensatz zu den bereits bekannten Maschinen ohne volles Zentrum wird jedoch das in diesen Toträumen verbleibende nl nicht von der Bewegung der Vorsprünge erfat, so daß die damit verbundenen Nachteile wegfallen. Die notwendigen Öffnungen für den Ulkreislauf und eventuelle Mittel zur Ölabscheidung sind der Einfachheit halber nicht gezeichnet, Aus dem gleichen Grund sind zustzliche Bohrungen oder Austleichsgewichte zum Auswuchten der Scheiben 1 und 2 nicht gezeichnet.
• Die in Figur 5 und 6 darzestellte Pumpe mit einem berdeckungswinkel von 459 und zweigängigen, rotierenden und fliegend gelagerten Scheiben unterscheidet sich, was die Anordnung der Vorsprtinve, die Form und Ausnutzberkeit des vollen Zentrums und die Ventilanordnung betrifft, vorteilhaft von der Pumpe nach Figur 3 und 4.
• Die Vorsprünge 3 und 3a und das volle Zentrum 7 der Scheibe 1 sind tunktsymmetrisch zum Grundkreismittelpunkt A und zur Drehachse C, ebenso die Vorsprünge 3' und 3a' der Scheibe 2 zum Grundkreismittelpunkt A' und zur Drehachse C', d.h., beide Scheiben besitzen keine Unwucht, Das zentrisch sitzende Ventil 29 mit den Ventilschalen 21 und'21' nUtzt den im vollen Zentrum 7 verfügbaren Platz maximal aus, Anstelle eines einzigen Austuffschlitzes 9 sind zwei Auspuffschlitze 9 und 9' mit doppeltem Auspuffquerschnitt vorhanden, Der Totraum verringert sich auf die Auspuffkanäle 9 und 9' und die Ventilschlitze 30 und 30'.
• Das Auspuffventil 29 ist als Ganzes abnehmbar. Es wird durch die elastische Dichtung 31gegen die Grundfläche der Scheibe 2 gedrückt und sorgt somit fr axiale Abdichtung auch bei Axialspiel zwischen beiden Scheiben 1 und 2, Die Führungsbolzen 32 und 32' ragen in die Ausnuffschlitze 9 und 9' und sichern das Ventil 29 gegen Verdrehung, Beide Scheiben 1 und 2 sind auf den rotierenden ellen 33 und 34 fliegend gelagert. Es ist möglich, entweder die Welle 33 oder die Welle 34 allein oder beide Wellen unabhängig voneinander anzutreiben, Wird nur eine Welle angetrieben, dann ist der Antrieb der Welle 34 der Scheibe 2 vorteilhafter, Beim Auftreten von Radialspiel zwischen den Vorsprüngen der Scheiben 1 und 2 ist die angetriebene Scheibe 2 vorlaufend, d.h. zwischen den Halbkreisen 6 bzw. 6a und 6' bzw. 6a' ergibt sich statt Berührung ebenfalls Radialsniel, im umgekehrten Fall jedoch ein Auflaufen der Vorsprünge 3' und 3a' auf das volle Zentrum 7. Bei unabhängigem Antrieb von beiden Wellen verringert sich die Pressung zwischen den Flanken der Vorsnrnge und die Lagerbeansoruchung, da über die Flanken nur noch die Rotation beider Scheiben synchronisiert wird, was insbesondere bei trockenlaufenden Pumpen vortellhaft,lst, Der Strömungsverlauf des zu fördernden Gases und die weitere Abdichtung des Ansaugraumes 12 sind analog den für die Figur 3 und 4 beschriebenen Merkmalen, Zu beachten ist jedoch, daß die Ventilschalen 21 und 21' nicht gleichzeitig, sondern mit einer Phasenverschiebung von 1800 offenen. Anstelle eines Auspuffraumes 24 sind zwei hintereinandergeschaltete Auspuffräume 24 und 24' vorhanden, welche durch Oberstrdm-KanSle 35 und 35' und 36, 36' ml.teinander verbunden sind.
• In Figur 7 und8 ist der freie Querschnitt 5 als Scheibe 1 nicht als Halbkreis sondern als kre.isformige Erweiterung 60' abgeschlossen. Um wieder eine Abdichtung zu erreichen, muß der Vorsprung 3' der Scheibe 2 eine kreisförmige Verdickung 60' aufweisen, welche zugleich die Funktion einer Dichtleiste übernehmen kann. Die Lage der Mittelpunkte B der kreisfErmigen'Erweiterung 60 und B' der kreisförmigen Verdickung 60' ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 nicht verändert. In Figur 7 muß das innere Ende des Vorsprunges 3' entsprechend der vorgesehenen Verdickung 60' genau abschließen, wShrend in Figur 8 ein eventueller.
• Längenfehler des Vorsprunges 3' durch Vorschieben der Dichtleiste 60' ausgeglichen werden kann.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verdrängerpumpe, vorzugsweise zur Vakuumerzeugung, bei der zur Bildung der Schöpfkammern zwei mit Vorsprühgen ineinandergreifende, ebene, parallele Scheiben vorhanden sind, wobei die Mitte der Linien dieser Vorsprilnze.

an beiden Scheiben Kreisevolventen mit gleichem Grundkreis sind, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Scheibe (1) ein volles Zentrum (7) besitzt, wobei der freie Querschnitt zwischen einem Vorsprung (3) durch einen Kreisbogen (6,60) mit Mittelpunkt B abgeschlossen ist, daß die andere Scheibe (2) ein leeres Zentrum besitzt, wobei das innere Ende eines Vorsprunges (3') durch einen Kreisbogen (6;60') mit dem Mittelpunkt B' abgerundet ist, derart, daß die Entfernung zwischen dem Mittelpunkt B des Halbkreises (6,60) und dem Mittelpunkt A des Grundkreises (4) des evolventenförmigen Vorsprunges (3) der Scheibe (1) gleich ist der Entfernung zwischen dem Mittelpunkt B' des Kreisbogens (8',60') und dem Mittelpunkt A' des Grundkreises (4') des evolventenförmigen Vorsprunges (3') der Scheibe (2),

2. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im vollen Zentrum (7) der Scheibe (1) sich eine Bohrung (8) befindet zur Aufnahme eines Auspuffventils und/oder einer Lagerung,

3. Verdrängerpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (8)konzentrisch ist zum Grundkreis (4).

4. Verdrängerpumpe-nach einem der Ansnrfiche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie der Auspufföffnung (9) durch die Mittelnunkte A und B geht.

5, Verdrängerpumpe nach Ansnruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im vollen Zentrum (7) der Scheibe (1) ein Ventil (29) mit VentilSchalen (21) und (21') angeordnet ist.

6. Verdrängerpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (29) durch eine elast-ische Dichtung (1) gegen die Grundfläche der Scheibe (2) gedrVickt wird.

7. Verdrängerpurnne nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (29) durch Führungsbolzen (32) welche in die Auspuffschlitze (9) ragen, gegen Verdrehung gesichert ist,

8, Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager der Scheibe- (1) im vollen Zentrum (7) angeordnet sind.

9, Verdrängepumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) mit einer festen Achse (17) drehbar gelagert ist.

10, Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) fest mit einer Motorwelle (14) verbunden ist,

11, Verdrängerpumpe nach einem der vorherzehenden Ansnrilche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) direkt ancetrieben ist und die Scheibe (1) von der Scheibe (2) mit genommen wird,

12. Verdrängerpumne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,idaR beide Scheiben (1) und (2) unabhängig voneinander angetrieben werden.

13, Verdrängerpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß das Ventil (29) in der festen Achse angeordnet ist.

14. Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet-, daß der freie Querschnitt der mit dem vollen Zentrum versehenen Scheibe in einer kreisförmigen Erweiterung (60) endet un daS das entsprechende Ende des evolventenförmigen Vorsprunges der Gegenscheibe eine kreisförmige Verdickung (60') aufweist,

15. Verdrängerpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des evolventenförmigen Vorsprunges als Dichtleiste ausgebildet ist.