DE3244099C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenvakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei vielen Herstellern, z. B. bei der Nahrungsmittelindustrie, ist es wesentlich, daß die Luft und andere Gase, die durch mechanische Pumpen oder Kompressoren zugeliefert werden, öl- und teilchenfrei sind.

Um die Wirksamkeit solcher Pumpen zu verbessern, ist es be­ kannt, mehrstufige Pumpen zu verwenden, die in der Ausgabe­ stufe und der unmittelbar vorangehenden Stufe Rotoren vom ineinandergreifenden "Klauen"-Typ enthalten. Derartige mehrstufige Pumpen besitzen zwischen den Stufen Zwischen­ stufen-Rückschlagventile, die jedoch die Auslegung der Pumpe komplizieren.

Nach der DE-OS 31 47 824 ist eine mehrstufige mechanische Vakuumpumpe bekannt, deren Pumpengehäuse durch Wände ge­ trennte Pumpenkammern aufweist, die jeweils mit Kanälen verbunden sind. Nachteilig sind hierbei die im Gehäuse verlaufenden Verbindungskanäle zwischen den Kammern mit großen Übertragungsvolumen, die ein Zurückdehnen des Gases in das überstrichene Volumen der vorherigen Stufe zulassen.

Ein Drehkolbenmotor nach der FR-PS 8 56 614 besitzt eine Anordnung von zwei Kammern mit je einem Einlaß und Aus­ laß, wobei der jeweilige Auslaß einer Kammer mit dem ent­ sprechenden Einlaß der anderen Kammer mit einem Rohr ver­ bunden ist. Diese gattungsfremde Vorrichtung weist beson­ ders großvolumige Verbindungskanäle zwischen den Kammern auf.

Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Rotationskolbenvakuumpumpe der eingangs genannten Gattung mit hoher Wirksamkeit zu schaffen, die bei geringem Leistungs­ bedarf ein Hochvakuum erzeugt, dabei jedoch relativ einfach ohne Zwischenstufen-Rückschlagventile aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Anordnung der Rotorpaare in benachbarten Stufen oder Teil­ räumen in umgekehrter Ausrichtung eine direkte Gasüber­ tragung von einer Stufe zur nächsten durch einen Verbindungs­ kanal in der die benachbarten Teilräume oder Stufen trennen­ den Teilwand möglich ist, welcher minimales Zwischenstufen­ volumen besitzt. Der Auslaß einer Stufe an einer Seite der Zwischenstufen-Teilwand ist gleichzeitig der Einlaß der nächsten Stufe an der anderen Seite der Teilwand.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind durch die Ansprüche 2 bis 4 gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine mechanische Pumpe,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die erste oder Einlaß­ stufe der mechanischen Pumpe nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Zwischenstufe der me­ chanischen Pumpe nach Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie A-A der Fig. 4,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die End- oder Ausgabestu­ fe der mechanischen Pumpe nach Fig. 1,

Fig. 7 einen Schnitt nach Linie A-A der Fig. 6, und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Beziehung zwischen den Rotoren der Einlaß-, Zwischen- und Ausgabestufen der mechanischen Pumpe nach Fig. 1.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält eine mechanische Pumpe 1 eine Pumpkammer 2, durch welche zwei zueinander parallele Wellen 3 hindurchreichen. Jede Welle 3 stützt drei Rotore 4, 5 und 6 mit ihr drehbar ab. Die Rotore 4, 5 und 6 sind in einander entsprechenden Paaren angeordnet, und die Paare sind tandemartig an ihren jeweiligen Wellen 3 angebracht.

Die Pumpkammer 2 wird durch Teilwände 8 und 9 in drei von­ einander getrennte, jeweils von einem Rotorpaar besetzte Teilräume 10, 11 und 12 unterteilt.

Am in Fig. 1 rechten Ende trägt jede Welle 3 ein zeitbe­ stimmendes Zahnrad 13, und an dem gegenüberliegenden, in Fig. 1 linken Ende ist eine Welle 3 zum Antrieb durch einen Motor über eine Fluidkupplung in bekannter Weise ausgelegt, wobei Motor und Fluidkupplung hier nicht gezeigt sind.

Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, sind die Rotore 4 im Teilraum 10 vom Roots-Typ mit einer etwa einer 8 entspre­ chenden Form, und diese bilden Teil der ersten oder Einlaß­ stufe der mehrstufigen Pumpe 1.

Der Umriß der Rotore 4 stellt sicher, daß sie ein "mini­ males Übertrags"-Volumen besitzen. Damit ist gemeint, daß die Umrisse der zusammenwirkenden Rotore 4 so gestaltet sind, daß während ihres Zusammenwirkens das an der Abgas­ seite der Rotore eingefangene Gas, welches zur Einlaßsei­ te der Rotore zurückgeschleppt wird, das praktisch gering­ ste erreichbare Volumen besitzt. Das ist deswegen wichtig, da beim Überschleppen von Gastaschen von der Abgasseite zur Einlaßseite der Rotore diese Gastaschen sich wieder aus­ dehnen und damit die volumetrische Wirksamkeit der Pumpe reduzieren.

Es ist ein Einlaß 15 zur Pumpenkammer 2 vorgesehen, der in der gezeigten Weise mit dem Teilraum 10 in Verbindung steht, und ein Auslaß 16 von dem Teilraum 10 oder der Ein­ laßstufe ist in der Teilwand 9 vorhanden.

Das in der Eingangsstufe vorgesehene Bypass- oder Umgehungs­ ventil 50 wird nach Bestimmung und Ausführung später be­ sprochen.

Wie die Fig. 4 bis 8 zeigen, sind die Rotore 5 und 6 in den Teilräumen 11 bzw. 12 vom miteinander abgestimmten "Klauen"-Typ. Die Rotore 5 im Teilraum 11 bilden die zwei­ te oder mittlere Stufe der mehrstufigen Pumpe 1, während die Rotore 6 in dem Teilraum 12 die dritte oder Auslaß­ stufe der Pumpe 1 bilden.

Es ist zu sehen, daß die Ausrichtung der Rotore 5 in der Weise geschieht, daß die Spitze 20 jeder Rotorklaue in der Darstellung nach Fig. 4 nach rechts zeigt, während bei den Rotoren 6 die Ausrichtung so getroffen ist, daß die Spitze 21 jeder Rotorklaue nach Darstellung in Fig. 6 nach links zeigt. Das bedeutet, daß die Rotore 6 umgekehrt zu den Rotoren 5 gerichtet sind.

Die Teilwand 8, die die Zwischen- von der Ausgabestufe trennt, enthält einen Verbindungskanal 22 in Form eines gekrümmten Schlitzes, der sowohl den Auslaß aus der Zwischenstufe als auch teilweise den Einlauf zur Ausgabestufe bildet. Dieser Verbindungskanal 22 enthält ein gestuftes Ende 23, und bildet so eine Rille 24 an der in Fig. 5 rechten Seite der Teilwand 8. In gleicher Weise ist der Verbindungskanal 22 an seinem Ende 25 ge­ stuft und bildet eine Rille 26 an der linken Seite der Teilwand 8. Die Rille 26 bildet mit dem Verbindungskanal 22 zusam­ men den Einlaß zur Ausgabestufe.

Ein Auslaß 30 von der Ausgabestufe bildet ebenfalls einen gebogenen oder gekrümmten Schlitz in einer Endwand 31, die zusammen mit der Teilwand 8 den Teilraum 12 bestimmt. Der Auslaß 30 steht über ein Rückschlagventil 33 mit der Auslaßleitung 32 in Verbindung, die von der Pumpe 1 weg führt.

In der Teilwand 8 befindet sich eine Leitung 40, die von einem Einlaß 42 (Fig. 4) zur Ausgabestufe führt. Der Ein­ laß 42 bildet eine Verbindung zur Einführung von Luft­ ballast.

Im Betrieb, wenn ein Motor eine Welle 3 antreibt, werden mittels der die Drehlage bestimmenden Zahnräder 13 beide Wellen 3 synchron angetrieben, und dadurch werden auch die verschiedenen Rotorpaare synchron angetrieben.

Zu pumpendes Fluid tritt durch den Einlaß 15 in die Ein­ laßstufe, in der sie gepumpt wird und über den Auslaß 16 zur Mittelstufe austritt. In der Mittelstufe wird sie weiter gepumpt und tritt über den Verbindungskanal 22 in die End- Ausgabestufe ein, von der sie über den Auslaß 30, das Rückschlagventil 33 und die Ausgangsleitung 32 die Pumpe verläßt.

Wenn die Pumpe 1 im Hochvakuumbetrieb Verwendung findet, befindet sich das überstrichene Volumen der Rotore 6 in der Hauptsache bei sehr geringem Druck, und die aus der Auslaßleitung 32 austretenden Gase besitzen die Tendenz, wieder in das überstrichene Volumen zurückzukehren, wenn sie nicht durch das Rückschlagventil 33 daran gehindert werden.

Der Einlaß 42 erlaubt die Einführung von Ballastluft in das überstrichene Volumen der Auslaßstufe, solange es von dem Einlaß dieser Stufe getrennt ist. Beim Abpumpen von Dampf wird die Ballastluft zusammen mit dem Dampf ver­ dichtet und verhindert so eine Verflüssigung des Dampfes und damit ein Auspumpen des Gemisches aus Luft und Dampf. Dazu kann die Ballastluft auch dazu dienen, die Temperatur heißer Gase an der Auslaßseite des überstrichenen Volumens der Ausgabestufe herabzusetzen.

Das Bypass- oder Umleitventil 50 ist in der ersten Stufe angebracht, um die größere Verdrängungsmenge im Anfangs­ zustand des Pumpens abzuleiten, da diese erste Stufe oft eine größere Abgabe besitzt, als die Zwischen- und die Ausgangsstufen verarbeiten können. Es wird so ein übermäßiger Druckaufbau in der Zwischenstufe vermieden.

Die so beschriebene Pumpe besitzt keine Rückschlagventile in den Teilwänden, die die verschiedenen Teilräume oder Stufen der Pumpe abtrennen. Durch die umgekehrte Ausrich­ tung der beiden Paare von ineinandergreifenden Klauen- Typ-Rotoren wird eine Übertragung des Gases von einer Stufe zur nächsten über eine Übertragungsöffnung in der Zwischen­ stufenteilwand mit minimalem Zwischenstufenvolumen er­ möglicht. Effektiv wird der Ausgang der einen Stufe gleich­ zeitig der Eingang für die nächstfolgende Stufe.

Claims (4)

1. Rotationskolbenvakuumpumpe mit einer Pumpkammer, die einen Einlaß und einen Auslaß besitzt und zum Durchleiten von zu pumpendem Fluid bestimmt ist, wobei sich durch die Pump­ kammer zwei zueinander parallele Wellen erstrecken, von denen jede in Tandemanordnung mindestens zwei Rotore vom ineinandergreifenden Klauen-Typ mit gleichen Anzahlen von Klauen trägt, jeder Rotor ein Teil eines komplementären Rotorpaares bildet, jedes komplementäre Paar einen beson­ deren Teilraum einnimmt und benachbarte Teilräume durch eine Teilwand getrennt sind, und wobei zwischen benach­ barten Teilräumen ein Verbindungskanal gebildet ist für den Durchtritt von Fluid von einem Teilraum in den benach­ barten Teilraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotore des Rotorpaares in einem Teilraum (11 bzw. 12) an ihrer Welle (3) gegenüber den Rotoren des Rotor­ paares in dem benachbarten Teilraum (12 bzw. 11) mit ent­ gegengesetzt gerichteten Klauen (20 bzw. 21) angebracht sind, daß die Rotorpaare so auf der Welle angebracht sind, daß der Auslaß des einen Rotorpaares (5) dem Einlaß des anderen Rotorpaares (6) axial gegenüberliegt, und der Verbindungskanal (22) in der Teilwand (8), die zwei be­ nachbarte Teilräume (11, 12) trennt, ausgebildet ist.

2. Rotationskolbenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verbindungskanal (22) als bogenför­ miger Verbindungsschlitz ausgebildet ist.

3. Rotationskolbenvakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verbindungskanal (22) an seinen beiden Enden stufenartig in eine in der Teilwand (8) vor­ gesehene Rille (24, 26) übergeht, wobei die eine Rille (24) auf der dem einen Teilraum (11) und die andere Rille (26) auf der dem anderen Teilraum (12) zugewandten Seite vorge­ sehen ist.

4. Rotationskolbenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor den mindestens zwei Rotoren (5, 6) vom Klauen-Typ auf den gleichen Wellen (3) noch ein weiteres komplementäres Paar von Rotoren (4) vom Roots-Typ in Tandemanordnung vorgesehen ist, deren Teilraum (10) über einen in der zusätzlichen Teilwand (9) vorgesehenen, ein Bypaß-Ventil (50) enthaltenen Kanal (16) mit dem an­ grenzenden Teilraum (11) verbunden ist.