DE3147824A1

DE3147824A1 - "mechanische pumpe"

Info

Publication number: DE3147824A1
Application number: DE19813147824
Authority: DE
Inventors: Henryk Crawley West Sussex Wycliffe
Original assignee: BOC Ltd Great Britain
Current assignee: BOC Ltd Great Britain
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1982-06-24
Anticipated expiration: 2001-12-04
Also published as: FR2495701B1; JPH0433997B2; GB2088957A; FR2495701A1; DE3147824C2; GB2088957B; JPS57146093A

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine große ölfreie Hochvakuumpumpe.

In manchen Industriezweigen, beispielsweise in der nahrungsmittelverarbeitenden Industrie, ist es wichtig, daß mittels mechanischer Pumpen oder Verdichter geförderte Luft oder andere Gase frei von öl und Verunreinigungsteilchen sind.

Bei einer bekannten Drehkolbenpumpe sind zwei miteinander zusammenwirkende, dynamisch ausgewuchtete Drehkolben mit komplementären Profilen vorgesehen, die in einer im Pumpengehäuse gebildeten Pumpenkammer jeweils auf einer von zwei parallelen Wellen angeordnet sind. Die beiden Wellen sind zur Synchronisation der Drehbewegungen der beiden Rotoren über Zahnräder miteinander gekuppelt. Im Betrieb wird eine der beiden

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Wellen von einem Motor angetrieben, wobei die Zahnräder sicherstellen, daß die beiden Wellen und die beiden darauf angeordneten Rotoren synchron laufen und das zu fördernde Medium von einem Pumpeneinlaß zu einem Pumpenauslaß pumpen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Pumpe der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit welcher ohne Verwendung eines Schmiermittels in der Pumpenkammer ein Hochvakuum erreicht werden kann, wobei die Pumpe das geförderte Medium mindestens auf Atmosphärendruck verdichten soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Ein Ausführungsbexspiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 als verglexchsbeispxel eine

bekannte mechanische Pumpe in perspektivischer aufgeschnittener Darstellung,

im Axialschnitt eine vierstufige mechanische Pumpe nach der Erfindung,

einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Pumpe im Pumpenauslaßbereich·, und

25	Fig.	2

30	Fig.	3

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Fig. 4 einen Querschnitt durch die

erfindungsgemäße Pumpe im Eintrittsstufenbereich.

In Fig. 1 ist eine bekannte mechanische Pumpe 1 mit einer Pumpenkammer 2 dargestellt, durch welche zwei parallele Wellen 3 hindurchverlaufen, von denen nur eine sichtbar ist. Auf jeder Welle 3 ist ein Drehkolben 4 angeordnet. Die beiden Drehkolben 4 haben komplementäre Profile, die gestrichelt eingezeichnet sind und etwa die Form einer Acht haben. Die beiden Wellen 3 tragen auf ihrem in der Zeichnung rechten Ende gleichgroße Zahnräder 7> und die eine Welle 3 steht mit ihrem in der Darstellung linken Ende über eine Strömungskupplung 6 mit einem Motor 5 in Antriebsverbindung.

Wenn im Betrieb der Motor 5 die eine Welle 3 über die Strömungskupplung 6 antreibt, wird die zweite Welle damit synchron über die beiden Zahnräder 7 ebenfalls angetrieben. Die beiden Drehkolben 4 sind derart profiliert, daß ein durch einen Einlaß 8 in die Pumpenkammer 2 angesaugtes, zu förderndes Medium zu einem nicht dargestellten Auslaß der Pumpenkammer gepumpt wird.

Diese bekannte mechanische Pumpe hat sich bestens bewährt und findet in chemischen Anlagen, öfen, Windkanälen, Raumsimulatoren, zur Grobevakuierung großer Räume, in der Verpackungsindustrie und als Vorvakuumpumpe für Diffusions- und öldampfstrahlpumpen weitverbreitete Anwendung.

Die in den Big. 2 bis 4 dargestellte mechanische Pumpe 21 nach der Erfindung eignet sich für Hochvakuumanwendungen und ähnelt der bekannten Pumpe nach Fig.

insoweit, als sie ebenfalls ein Pumpengehäuse 22 aufweist, durch welche zwei parallele Wellen 23 (nur eine sichtbar) hindurchverlaufen. Jede Welle 23 trägt vier Drehkolben 34A, 34b, 34C und 34D. Die Drehkolben 34A bis 34D sind in komplementären Paaren angeordnet, und diese Drehkolbenpaare sind ihrerseits tandemätftig auf den beiden Wellen 2 3 angeordnet. Eine der beiden Wellen ist über eine Kupplung 26 mittels eines nicht dargestellten Motors nicht antreibbar. Angrenzend an die Kupplung der einen Welle sind beide Wellen 23 mit gleichgroßen Zahnrädern 27 versehen, die miteinander in Eingriff stehen.

Das Pumpengehäuse 22 ist durch Trennwände 28, 29 und 30 in vier axial auseinanderliegende Kammern unterteilt, die jeweils ein Drehkolbenpaar aufnehmen.

Ferner weist das Pumpengehäuse 22 einen Einlaß 31 auf, der unmittelbar in die das Drehkolbenpaar 34A aufnehmenden Kammern führt, und die das Drehkolbenpaar 34D aufnehmende Kammer ist mit zwei Auslässen 32A und 32B versehen. Der Förderstrom des durch den Auslaß 32A gepumpten Mediums wird mittels eines Rückschlagventils 22A gesteuert, und der durch den Auslaß 32B gepumpte Förderstrom des Mediums wird durch ein ähnliches, nicht dargestelltes Rückschlagventil gesteuert.

Ferner sind Kanäle 36, 37 und 38 vorgesehen, durch welche das geförderte Medium aus der jeweils vorhergehenden Pumpenkammer in die jeweils nächstfolgende Pumpenkammer gelangt.

Die Drehkolbenprofile der Drehkolbenpaare 34A und 34b sind so ausgebildet, daß das "Umlaufvolumen" minimal ist. Mit Umlaufvolumen ist dasjenige Gasvolumen gemeint, das auf der Druckseite der Drehkolben eingeschlossen und wieder zur Saugseite zurück mitgenom-

men wird. Dieses Umlaufvolumen wird auf einem praktisch möglichen Minimum gehalten, was wichtig ist, da von der Druckseite zur Saugseite der Drehkolben zurückgeführte Umlaufmengen des zu fördernden Mediums auf der Saugseite expandieren und den volumetrisehen Wirkungsgrad der Pumpe reduzieren.

Die den Pumpenauslassen 32A und 32B nächstgelegenen Drehkolben 34D haben jeweils ein klauenförmiges Profil. Gleiches gilt für die in der benachbarten Kammer befindlichen Drehkolben 34C. Durch das gegenseitige Zusammenwirken der klauenartigen Profile mit den Einlassen der betreffenden Kammern wird eine direkte Wiederexpansion des Kompressionsvolumens in den Einlaß verhindert, was ein erreichbares Druckverhältnis über einer Kammer im Bereich von 30 : 1 ermöglicht.

Wenn im Betrieb der Motor die eine Welle 23 antreibt, wird die andere Welle 23 über die Zahnräder 27 damit synchron angetrieben, so daß auch die verschiedenen Drehkolbenpaare 3^A bis 3^D jeweils synchron angetrieben werden. Das zu fördernde Medium tritt durch den Einlaß 31 in die erste Kammer ein und wird nacheinander durch die Kanäle 36» 37 und 38 von Kammer zu Kammer weitergefördert, bis es schließlich durch die Auslässe 32A und 32B aus der letzten Kammer austritt. Der Strömungsverlauf ist in Fig. 2 durch Pfeile angegeben.

Wenn die Pumpe 21 als Hochvakuumpumpe Anwendung findet, liegt das Hubvolumen der Drehkolben 34 D hauptsächlich auf niedrigem Druck, und die durch die Auslässe 32A und 32B austretenden Gase haben das Bestreben, wieder in das Hubvolumen einzutreten, falls sie daran nicht gehindert werden. Würde man das Gas durch die Auslasse 32A und 32B oder durch Wiederexpansion aus dem Korn-

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-ν-

pressionsvolumen der Drehkolben 34d wieder in den Hubraum eintreten lassen, würde dasselbe Gas wiederholt verdichtet werden, was unnötigen Energieverbrauch, einen Temperaturanstieg der Pumpe, eine Steigerung des Pumpengeräusches und eine Beschränkung des erreichbaren Vakuums bedeuten würde.

Folglich haben die Drehkolben 34D ein klauenartiges Profil, das mit dem Einlaß der betreffenden Kammer derart zusammenwirkt, daß eine Wiederexpansion des Kompressionsvolumens in den Einlaß verhindert wird, und die Einwegventile, beispielsweise 33A, verhindern eine Wiederexpansion der in die Auslässe geförderten Gase in den Hub raum.

Wie bereits erwähnt, sind zwei mit gegenseitigem Abstand auseinanderliegende Auslässe 32A und 32B vorgesehen und so positioniert, daß eine Vorverdichtung vermieden wird, die ebenfalls Energie verbrauchen würde und auftritt, wenn die Ventile nur durch die Geometrie oder Bewegung der Drehkolben 34D und nicht durch den Druck der geförderten Gase betätigt werden. Daraus folgt, daß eines der Rückschlagventile durch den Druck des geförderten Gases betätigt wird.

Es ist einzusehen, daß die mit Bezug auf die Fig. 2 bis 4 beschriebene Pumpe das Herstellen eines Hochvakuums ermöglicht, obwohl sie als einfaches Aggregat konstruiert ist. Eine derartige Pumpe kann ein Hochvakuum (gut unterhalb 0,1 mbar) ohne Verwendung von Schmiermitteln in den Pumpenkammern erzeugen. Sie ermöglicht die Aufrechterhaltung hoher Pumpleistungen auch bei niedrigen Drücken und kann das gepumpte Medium bis mindestens auf Atmosphärendruck verdichten.

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Obwohl gemäß der obigen Beschreibung nur die Drehkolbenpaare 3^A und J4B hinsichtlich eines minimalen Umlaufvolumens ausgebildet sind, können je nach Anwendungszweck der Pumpe auch die Drehkolben J4D ein im Hinblick auf ein minimales Umlaufvolumen ausgebildetes Kolbenprofil haben.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

Mechanische Pumpe mit einem Pumpengehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß für das zu fördernde Medium hat, weiter mit zwei parallelen Wellen, die durch das Pumpengehäuse hindurchverlaufen, und mit Mitteln zum synchronen Antrieb der beiden Wellen, gekennzeichnet durch mindestens zwei Drehkolbenpaare in Tandemanordnung, wobei das einlaßseitige Drehkolbenpaar und das auslaßseitige Drehkolbenpaar unterschiedliche Kolbenprofile haben und der Auslaß (32A) des Pumpengehäuses (22) mit einem Rückschlagventil (33A) versehen ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (22) durch Trennwände (28, 29, 30) in vier Kammern unterteilt ist, die jeweils ein Drehkolbenpaar (3²JA, 3¹JB, 34C und 34D) aufnehmen und durch Kanäle (36, 37, 38) zur Weiterförderung des Mediums von einer Kammer in die jeweils nächste Kammer miteinander verbunden sind.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dem Einlaß (31) des Pumpengehäuses (22) nächsten Drehkolbenpaare (34A und 34B) jeweils solche Profile haben, daß der jeweils von der Druckseite zur Saugseite der betreffenden Kammer wieder zurückgeführte Teil des Fördervolumens minimal ist, und daß die beiden dem Pumpenauslaß (32A) nächsten Drehkolbenpaare (34C, jeweils klauenartige Kolbenprofile haben.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (22) einen mit Abstand von dem genannten Auslaß· (32A) angeordneten weiteren Auslaß (32B) aufweist, der ebenfalls mit einem Rückschlag-

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ventil ausgestattet ist, wobei das Rückschlagventil des weiteren Pumpenauslasses (32B) jeweils durch den Druck des geförderten Mediums betätigt wird.