DE3147824C2 - Mehrstufige Drehkolben-Vakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Drehkolben-Vakuum­ pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine größere öl­ freie Hochvakuumpumpe. Ölfreie Vakuumpumpen sind in manchen Industriezweigen, beispielsweise in der nahrungsmittelver­ arbeitenden Industrie von Bedeutung, wo geförderte Luft oder Gase frei von Öl und Verunreinigungen sein müssen.

Eine mehrstufige Drehkolben-Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der GB-PS 1 571 880 bekannt. Auch dort handelt es sich um eine trockenlaufende, also ölfreie Vakuumpumpe. In der ersten der mindestens zwei Pumpstufen finden Roots-Drehkolben Anwendung, und in der letzten Pump­ stufe findet ein Drehkolbenpaar Anwendung, bei dem der eine Drehkolben zwei vorspringende Nasen und der andere Drehkolben dazu komplementäre Einbuchtungen hat. Die Nasen des einen Drehkolbens, in welchem der Auslaß untergebracht ist, sind mit Rückschlagventilen ausgebildet.

Bei der bekannten Vakuumpumpe ist der Aufbau der pumpenaus­ laßseitigen Pumpstufe mit zwei verschiedenen komplementären Drehkolben sehr aufwendig und daher nicht wünschenswert. Auch führen Rückschlagventile in den Drehkolben bei Einsatz in staubiger und aggressiver Umgebung zu Problemen und vor­ schnellem Verschleiß.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer trockenlaufenden, einfach aufgebauten Hochvakuumpumpe mit verbesserter Leistung.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patent­ anspruch 1 angegebene Anordnung gelöst.

Klauenprofil-Drehkolben, wie sie gemäß der Erfindung in der auslaßseitigen Pumpstufe eingesetzt werden, sind an sich bekannt. Im Gegensatz zu Roots-Kolben, die praktisch keinen Totraum, aber nur ein geringes erreichbares Druckverhältnis haben, haben Klauenprofil-Drehkolben bekanntermaßen einen verhältnismäßig großen Totraum und ein schlechtes Verhältnis von Schöpfraum zu Totraum. Folgerichtig verwendet die oben erwähnte GB-PS 1 571 880 in der letzten Pumpstufe keine Klauenprofil-Drehkolben, sondern besondere Drehkolben mit im wesentlichen keinen Totraum.

Andererseits ist aus der DE-OS 20 07 880 eine Klauenprofil- Drehkolbenpumpe bekannt, die unter anderem auch als Vakuum­ pumpe verwendet werden kann und sich durch eine besondere, bei den beiden Drehkolben des Kolbenpaars unterschiedliche Gestaltung der Kolbenprofile auszeichnet, die zu einer wesentlichen Totraumverringerung führen. Der Pumpkammereinlaß ist, wie bei Klauenprofil-Drehkolbenpumpen üblich, in der Mitte des Gehäuseumfangs angeordnet. Dies hat aber den Nach­ teil, bei einer Wiederexpansion des komprimierten Totraum­ volumens diese Wiederexpansion direkt in den Kammereinlaß erfolgt und den Zustrom des Fördermediums behindert.

Die erfindungsgemäße Lösung macht von einem einfachen Klauen­ profil-Drehkolbenpaar in der auslaßseitigen Pumpstufe Anwen­ dung, wobei ein guter Pumpenwirkungsgrad durch die relative Anordnung der Drehkolben und des Kammereinlasses in solcher Weise erreicht wird, daß keine direkte Wiederexpansion des Kompressions-Restvolumens in den Einlaß stattfinden kann.

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

Fig. 1 im Axialschnitt eine vierstufige mechanische Pumpe nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die er­ findungsgemäße Pumpe im Pumpenauslaßbereich und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Pumpe im Eintrittsstufenbereich.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte mechanische Pumpe 21 nach der Erfindung eignet sich für Hochvakuum­ anwendungen und weist ein Pumpengehäuse 22 auf, durch welches 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 tandemartig auf den beiden Wellen 23 angeordnet. Eine der beiden Wellen 23 ist über eine Kupplung 26 mittels eines nicht dargestellten Motors antreibbar. Angrenzend an die Kupplung 26 der einen Welle sind beide Wellen 23 mit gleich großen 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 ge­ pumpten Mediums wird mittels eines Rückschlagventils 33A 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 Totraumvolumen minimal ist. Mit Totraumvolumen ist dasjenige Gasvolumen gemeint, das auf der Druckseite der Drehkolben eingeschlossen und wieder zur Saugseite zurück mitgenommen wird. Dieses Totraumvolumen wird auf einem praktisch möglichen Minimum gehalten, was wichtig ist, da von der Druckseite zur Saugseite der Drehkolben zu­ rückgeführte Umlaufmengen des zu fördernden Mediums auf der Saugseite expandieren und den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe reduzieren.

Die den Pumpenauslässen 32A und 32B nächst­ gelegenen Drehkolben 34D haben jeweils ein klauenförmiges Profil. Gleiches gilt für die in der benachbarten Kammer befindlichen Drehkolben 34C. Durch das gegen­ seitige Zusammenwirken der klauenartigen Profile mit den Einlässen 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 an­ treibt, wird die andere Welle 23 über die Zahnräder 27 damit synchron angetrieben, so daß auch die verschiedenen Drehkolbenpaare 34A bis 34D jeweils synchron ange­ trieben 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 Strö­ mungsverlauf ist in Fig. 1 durch Pfeile angegeben.

Wenn die Pumpe 21 als Hochvakuumpumpe Anwendung findet, liegt das Hubvolumen der Drehkolben 34D haupt­ sächlich 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.

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 33A verhindern eine Wiederexpansion der in die Auslässe geförderten Gase in den Hubraum.

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. 1 bis 3 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.

Claims (3)

1. Mehrstufige Drehkolben-Vakuumpumpe, deren mindestens zwei Pumpstufen jeweils durch ein Drehkolbenpaar (34A bis 34D) gebildet sind, wobei die Drehkolbenpaare in aufeinanderfol­ genden, untereinander verbundenen (36, 37, 38) Pumpenkammern eines Pumpengehäuses (22) mit einem Einlaß (31) und einem Auslaß (32A, 32B,) untergebracht und in Tandemanordnung auf zwei parallelen Wellen (23) angeordnet sind, und wobei die Drehkolben (34A, 34B) als Roots-Kolben ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolben (34D) der auslaßseitigen Pumpstufe als Klauenprofil-Drehkolben ausgebildet sind und daß durch das gegenseitige Zusammenwirken der klauenartigen Profile dieser Drehkolben mit dem Kammereinlaß eine direkte Wiederexpansion des Kompressionsvolumens in den Kammereinlaß dadurch verhindert wird, daß dieser erst nach der Wiederexpansion geöffnet wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Pumpstufen in vier aufeinanderfolgenden und durch Trennwände (28, 29, 30) unterteilten Kammern des Pumpengehäuses (22) vorgesehen sind, und daß die Drehkolbenpaare (34A, 34B) der beiden ersten Pumpstufen als Roots-Kolben und die Dreh­ kolbenpaare (34C, 34D) der beiden letzten Pumpstufen als Klauenpofil-Drehkolben ausgebildet sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Pumpenauslaß zwei mit gegenseitigem Abstand aufeinander­ folgende Einzelauslässe (32A, 32B) mit jeweils einem Rück­ schlagventil gebildet ist.