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Wälzkolbenpumpe zur Vakuumerzeugung Die Erfindung betrifft eine Wälzkolbenpumpe
zur Vakuumerzeugung mit einem Voreinlaß von gekühltem Fördermedium, welches aus
dem Auslaßraum über ein Kühlelement in den Pumpenschöpfraum zurückgeführt wird Wälzkolbenpumpen
werden in verschiedenen Ausführungsformen als ölfreie Hochvakuumpumpen.benutzt,
Da das Fördermedium innerhalb der Wälzkolbenpumpe nicht vorverdichtet wird sondern
mit dem wandernden Förderrawn bis zum Pumpenauslaß gelangt, treten durch Rückströmungen
von der Druckseite in den Förderraum Pulsationen des Fördermediums ein die zu einer
unerwünschten Wärme- und Geräuscherzeugung führen Bei den in einem umgebenden Vakuumraum
wärmeisolierten Rotoren sind de Möglichkeiten zur Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung
stark eingeschränkt,und es besteht die Gefahr, daß die Rotoren, insbesondere an
ihren Stirnseiten , gegen die Gehäusewand festlaufen, Die auftretende Wärmeerzeugung
in der Wälzkolbenpumpe begrenzt somit das Verdlchtungsverhältnis vor allem bei hohen
Ausstoßdrücken, d.h. wenn der Auslaß der Wälzkolbenpumpe gegen atmosphären Druck
arbeitet.
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Zur Kühlung von Wälzkolbenpumpen sind sowohl innengekühlte Rotoren
als auch Lamellenkühler bekannt, die an den Drehkreis der Rotoren im Auslaßbereich
heranreichen0 Derartige Lamellenkühler bedeuten jedoch bei guter Wirksamkeit eine
nachteiligeQuerschnittsverringerung, die im Vakuumgebiet eine Drosselung der Gasströmung
hervorruft Eine solche Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisse vermeidet zwar
die Innenkühlung der Rotoren jedoch ergeben sich hierbei
schwierige
konstruktive Probleme der Abdichtung des Kühlflüssigkeitskreislaufs und Bauteile
mit hohem Fertigungsaufwand; Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung auss eine
Wälzkolbenpumpe zur Vakuumerzeugung zu schaffen, welche bei einfachem und betriebssicherem
Gesamtaufbau durch eine wirkungsvolle Kühlung im Auslaßbereich höhere Verdichtungsverhältnisse
ermöglicht und die insbesondere bei hohen Ausstoßdrücken und gegen atmosphären Druck
arbeiten kann.
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Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Kühlelement
in einer unmittelbar mit dem Pumpenschöpfraum verbundenen Kühlkammer derart angeordnet
ist daß zwischen dem Kühlvolumen der Kühlkammer und dem Schöpfraum ein möglichst
geringer ungekühlter Totraum verbleibt Eine solche Ausbildung der Kühlung vermeidet
dicht an den Drehkreis der Rotoren herangeführte Kühllamellen und ermöglicht einen
Kompaktaufbau, bei dem die Kühlkammer beispielsweise vorteilhaft direkt an das Pumpengehäuse
angesetzt ist oder mit diesem einen integralen Teil bildet. Wesentlich ist dabei
die Verringerung des ungekühlten Totraums, doh. des Verbindungsraumes zwischen der
mit Kühlelement bestückten Kühlkammer und dem Pumpenschöpfraum Die weitgehende Vermeidung
dieses Totraumes schließt auch zusätzlichepulsationen ungekühlten Gases zwischen
der Kühlkammer und dem Schöpfraum aus.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß
die Kühlkammer als eine Ausnehmung eines doppelwandigen Auslaßstutzens gebildet
ist Es erscheint ferner vorteilhaft, dieKühlkammer in einem vom Pumpengehäuse abtrennbaren
Teil des Auslaßstutzens, beispielsweise in einem Ansatzteil dieses Stutzens anzuordnen.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform kann die Kühlkammer ein hohlzylinderförmiger
Teilraum des Auslaßstutzens sein, in dem das Kühlelement in Form einer Rippenrohrwendel
angeordnet
ist. Dabei mündet die hohlzylinderförmige Kühlkammer einseitig in den Auslaßraum
im Bereich des Anschlußflansches. Hierdurch wird ohne grundsätzliche Änderung der
üblichen Bauform ein genügendes Volumen der Kühlkammer und eine gute Wirksamkeit
des Kühlelementes gesichert.
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Es kann ferner zweckmäßig sein, daß zur Verlängerung des Drehkolbenweges
über den die Kühlkammer mit dem Pumpenschöpfraum in Verbindung steht, symmetrisch
an die Kolbenbahnen heranreichende Wandteile des Pumpengehäuses vorgesehen sind.
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Derartige Formgestaltungen der Gehäusewand) folgend dem Drehkreis
der Rotoren, sind an sich bereits bekannt, jedoch wird durch die Anwendung dieser
bekannten Maßnahme in VErbindung mit eineddicht am Pumpenschöpfraum angeordneten
Kühlkammer eine wesentliche Verbesserung der Kühlwirkung und damit des möglichen
Einsatzbereiches der Wälzkolbenpumpe erreicht. Dabei kann es vorteilhaft sein, daß
der Querschnitt des länglichen Gasaustritts im Pumpengehäuse wenigstens annähernd
dem Kreisquerschnitt des Auslasses im Auslaßstutzen entspricht. Dadurch wird eine
gleichmäßige Strömung vom Gasaustritt über den Auslaß gewährleistet.
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Die gleiche Maßnahme kann auch im Bereich des Einlasses getroffen
werden, jedoch erscheint hier ihre Wirkung weniger ausgeprägt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
im Auslaßraum zusätzlich zu dem Kühlelement ein weiteres Kühlelement angeordnet
ist. Dadurch läßt sich dic Gesamtkühlwirkung, vor allem im Hinblick auf den geringen
Teil des Fördermediums, verbessern, welcher weiterhin zwischen dem Pumpenschöpfraum
und dem Auslaßraum pulsiert.
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Durch die Anwendung der Merkmale der Erfindung wird eine in der Fertigung
einfach und kostengünstig herstellbare Wälzkolbenpumpe geschaffen. Die Druckdifferenzen
zwischen Ansaug- und Auslaßseite von etwa 600 Torr und ein Arbeiten
gegen
atmosphären Druck zuläßt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung schematisch dargestellt, aus dem sich weitere Erfindungsmerkmale ergeben.
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In der gezeigten Längsschnittdarstellung einer Wälzkolbenpumpe erkennt
man ein Pumpengehäuse 1 mit einem Einlaßstutzen 2 und einem Auslaßstutzen 3. In
dem Pumpengehäuse 1 sind zwei in ihrem Querschnitt doppelt symmetrische Rotoren
3, 4 mit bekannten Antriebselementen drehbar gelagert Zum Gasauslaß aus einem Pumpenschöpfraum
5 ist ein sich parallel zur Drehachsenrichtung der Rotoren erstreckender Gasauslaß
6 vorgesehen, welcher in einem Auslaßraum 7 mündet, der seinerseits nach der Seite
des Anschlußflansches 8 hin offen ist.
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Der Auslaßstutzen 3 ist in der Weise doppelwandig gestaltet, daß ein
symmetrisch liegender hohlzylinderförmiger Teilraum entsteht, welcher eine Kühlkammer
9 bildet. Die hohlzylinderförmige Kühlkammer 9 ist über mehrere auf einer Kreislinie
angeordnete Aussparungen z,B. 10, 11, mit dem Pumpenschöpfraum 5 verbunden, In der
hohlzylinderförmigen Kühlkammer 9 befindet sich als Kühlelement eine Rippenrohrwendel
12, die über entsprechende Anschlüsse mit einem Kühlmedium beispielsweise mit Kühlwasser
gespeist werden kann. Im Auslaßraum 7 ist als zusätzliches Kühlelement eine Kühlspirale
13 vorgesehen, Die hohlzylinderförmige Kühlkammer 9 mündet im Bereich des Anschlußflansches
8 einseitig in den Auslaßraum 7 Zur Verlängerung des DrehkolbenwegesX über den die
Kühlkammer 9 mit dem Pumpenschöpfraum in Verbindung steht, sind am Pumpengehäuse
symmetrisch angeordnete, an die Kolbenbahn heranreichende Wandteile 14, 15; 16,
l7vorgesehen Die Lage dieser Wandteile 14 bis 17 ist dabei so gewählt, daß
eine
Verbindung zwischen dem Pumpenschöpfraum 5 und der Kühlkammer 9 über die Aussparungen
10, 11 erst dann hergestellt werden kann, wenn das Schöpfvolumen von der Ansaugseite
durch die Kantenlinie der Drehkolben abgesperrt ist. Solange der ohne Volumenverringerung
wandernde Pumpenschöpfraum noch nicht mit der Kühlkammer in Verbindung steht, herrscht
im Pumpenschöpfraum ein der Ansaugseite entsprechender Druckwert, während in der
Kühlkammer der Druckwert der Auslaßseite vorliegt. Gelangt nunmehr der Pumpenschöpfraum
durch das Passieren der Kantenlinien der Rotoren über den Offnungsbereich der Aussparungen
10>11 mit der Kühlkammer in Verbindung, so strömt gekühltes Gas entgegen der
Ausstoßrichtung der Wälzkolbenpumpe in deren Pumpenschöpfraum ein. Damit wird einer
durch die pulsierenden Verdichtungen hervorgerufenen Erwärmung im Auslaßbereich
der Drehkolbenbahnen wirkungsvoll begegnet.