DE3312117A1

DE3312117A1 - Zweiwellen-vakuumpumpe mit innerer verdichtung

Info

Publication number: DE3312117A1
Application number: DE19833312117
Authority: DE
Inventors: Heinz Frings; Hans-Peter Dr. 5000 Köln Kabelitz; Karl-Heinz 5352 Zülpich Ronthaler
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1983-04-02
Filing date: 1983-04-02
Publication date: 1984-10-04
Also published as: GB2137696A; GB8405032D0; GB2137696B; JPS59185889A; US4639199A

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH " Köln-Bayental

Zweiwellen-Vakuumpumpe mit innerer Verdichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweiwellen-Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, mit zwei in dem Gehäuse angeordneten, auf den beiden Wellen gehalterten Rotoren, welche jeweils mindestens einen Vorsprung und mindestens eine Aussparung aufweisen, sowie mit .einer Eintrittsöffnung und einer stirnseitig am Gehäuse angeordneten Austrittsöffnung, welche einem der beiden Kolben zugeordnet ist und derart von ihm gesteuert wird,daß eine Verdichtung der gepumpten Gase eintritt.

Zweiwellen-Pumpen dieser Art sind aus der VDI-Zeitschrift Band 91, Nr. 10, vom 10.5.1949, und aus der EU-PS 9916 bekannt. Um bei der Verwendung einer derartigen Pumpe als Vakuumpumpe relativ hohe Druckdifferenzen bewältigen zu können, muß eine entsprechend hohe innere Verdichtung gewählt werden. Dadurch ist es prinzipiell möglich, mit einer direkt gegen den Atmosphärendruck arbeitenden Pumpe dieser Art Drücke des Feinvakuumbereichs (bis zu 10 mbar) zu errreichen.. Nachteilig daran ist jedoch, daß es bei hohen Ansaugdrücken - z. B. zu Beginn eines Evakuierungsvorganges - zu einer inneren Überverdichtung kommt, die eine hohe Leistungsaufnahme des die Rotoren antreibenden Elektromotors erfordert. Um eine solche Pumpe betriebssicher zu machen, müßte deshalb der Antriebsmotor entsprechend groß ausgelegt sein, was hinsichtlich der Kosten und des Gewichts der Pumpe von Nachteil ist. Wäre nur zu Beginn eines Evakuierungsvorganges eine innere Überverdichtung zu überwinden, dann könnte ein kleinerer Elektromotor verwendet werden, da ein kurzzeitiger Betrieb mit überlast möglich ist, Ein längerer Uberlastbetrieb - z. B. im Falle eines groben

Lecks in der zu evakuierenden Anlage - würde jedoch zur Zerstörung des Elektromotors führen, so daß die kleinere Auslegung des Antriebsmotors aus Gründen der Betriebssicherheit nicht zulässig ist.

Bei einer anderen Gattung von Zweiwellen-Vakuumpumpen, nämlich den Roots- oder Wälzkolbenpumpen, findet eine innere Verdichtung der geförderten Gase nicht statt. Diese Pumpen haben den Nachteil, daß sie ein mit steigenden Drücken kleiner werdendes Kompressionsverhältnis haben.

Unterhalb von 300 mbar kann eine Rootspumpe angesaugte Luft nicht auf Atmosphärendruck verdichten. Deshalb muß eine Vorpumpe (Drehschieberpumpe, Wasserringpumpe) die Verdichtung auf Atmosphärendruck übernehmen. Mit einer derartigen Pumpenkombination können Drücke bis in den — 5 Hochvakuumbereich hinein (bis zu 10 mbar) erreicht werden. Pumpenkombinationen dieser Art sind jedoch aufwendig und teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweiwellen-Pumpe der eingangs genannten Art (mit innerer Verdichtung) zu schaffen, bei der ohne Einbuße an Betriebssicherheit ein in bezug auf den Normalbetrieb der Pumpe überdimensionierter Antriebsmotor nicht mehr erforderlich

ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine weitere mit einem Überdruckventil ausgerüstete Austrittsöffnung vorgesehen ist. Das Überdruckventil kann in einfacher Weise so ausgelegt werden, daß es nicht zu einer inneren Überverdichtung im Verdichtungsraum der Pumpe kommen kann. Eine Überdimensionierung des Antriebsmotors ist deshalb nicht mehr erforderlich. Selbst bei einem Dauerbetrieb der Pumpe bei einem Ansaugdruck von 10Oo mbar tritt eine Überlastung des Antriebsmotors nicht auf.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1,2a bis 2e, 3 und 4 erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Pumpenkörper 1 mit seinem Schöpfraum 2, in dem sich die aufeinander abwälzenden Kolben 3 und 4 befinden. Die Kolben 3 und 4 sind auf den Wellen 5 und 6 gehaltert, die ihrerseits über ein Synchrongetriebe von einem Elektromotor - beide nicht dargestellt - in an sich bekannter Weise angetrieben werden. Die Kolben weisen jeweils einen Vorsprung 7, 8 und eine Aussparung 11, 12 auf. Sie rotieren derart in dem etwa 8-förmigen Schöpfraum 2, daß ständig ein Saugraum und ein davon getrennter Kompressionsraum vorhanden sind. In den Saugraum mündet die beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 peripher angeord- *® nete Ansaugöffnung 13. Die Austrittsöffnung 14 ist stirnseitig angeordnet, und zwar im Bereich des Kreisringes, den die Aussparung 12 des Kolbens 4 auf der Stirnseite mit der Austrittsöffnung 14 beschreibt. Dadurch ist das öffnen und Schließen der Austrittsöffnung.14 mit Hilfe des Kolbens 4

steuerbar. Allein durch die Positionierung der Austrittsöffnung 14 kann der Grad der inneren Verdichtung bestimmt werden.

Mit 15 ist eine weitere Austrittsöffnung bezeichnet, der ein Überdruckventil 16 zugeordnet ist. Dieses Überdruckoder Überströmventil 16 umfaßt die Ventilplatte 17, die unter der Einwirkung der Feder 18 steht. Die Feder 18 ist se bemessen, daß die zusätzliche Austrittsöffnung 15 nur dann geöffnet ist, wenn bei relativ hohen Ansaugdrücken eine

innere Überverdichtung im KompressJDnsraum auftritt, die ohne ein derartiges. Überströmventil - zu einer Überlastung des Antriebsmotors führen würde.

Die Figuren 2a bis 2e zeigen verschiedene Stellungen der Rotoren 3 und 4 zueinander, so daß die Wirkungsweise der Pumpe erkennbar wird. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Ansaugöffnung 13 - wie auch die Austrittsöffnung 14 - stirnseitig angeordnet und als zur Welle 5 konzentrischer Schlitz ausgebildet. Dieser Schlitz liegt im Bereich des Kreisringes, den die Aussparung 11 des Kolbens 3 auf der Stirnseite beschreibt, so daß die Eintrittsöffnung 13 mit Hilfe dieses Kolbens 3 steuerbar ist.

Fig. 2a zeigt eine Kolbenstellung ,bei der die Eintrittsöffnung 13 geöffnet ist bzw. mit dem Saugraum 19 in Verbindung steht. Nach einer weiteren Drehung der. Kolben um ca. 90° ist die Eintrittsöffnung 13 geschlossen (Fig. 2b). Die Kolben beginnen das angesaugte Gas, dargestellt durch Punkte, zu komprimieren. Aus Fig. 2c ist ersichtlich, daß nach einer weiteren Drehung der Kolben um etwa 90° ein abgeschlossener Druckraum 21 entstanden ist, der vom neu entstehenden Saugraum 19 getrennt ist. In Fig. 2d haben sich die Kolben um weitere 90 gedreht.

Die Ansaugöffnung 13 ist wieder zum Saugraum 19 hin geöffnet. Der Druckraum 21 verkleinert sich. Da die Austrittsöffnung 14 nach wie vor geschlossen ist, tritt eine Verdichtung der Gase im Kompressionsraum 21 ein. Ist diese Verdichtung zu hoch, bevor der Kolben 4 die Austritts-Öffnung 14 öffnet (Fig. 2e), dann öffnet sich das Überströmventil 16. In der Stellung der Kolben nach Fig. 2e öffnet der Kolben 4 die Austrittsöffnung 14, so daß das im Kompressionsraum 21 verdichtete Gas austreten kann. Die Figur 2e ist mit Fig. 2a identisch. Der Zyklus wiederholt sich.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt schematisch die Kombination einer Rootspumpe 23 mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten, generell mit 20 bezeichneten

Zweiwellen-Vakuumpumpe als Vorpumpe. Fig. 3 ist ein Teil-Längsschnitt durch eine solche Pumpenkombxnation.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Pumpenkörper der Rootspumpe 23.

Aus den Figuren 3 und 4 ist ersichtlich, daß die im Schöpfraum 29 des Pumpenkörpers 30 befindlichen beiden Rotoren 24 und 25 der Rootspumpe 23 ebenfalls auf den Viellen 5 und 6 gehaltert sind, die den Rotoren 3 und 4 der Zweiwellen-Vorpumpe zugeordnet sind. Die Wellen 5 und 6 sind in den äußeren Seitenwänden 26 und 27 der beiden Pumpen mittels der Lager 28 und 29 gelagert. Ein Zwischen-Gleitlager 31 befindet sich in der Zwischenwand 3 2 zwischen den beiden Schöpfräumen 2 und 29 der Pumpen 20 und 23. Auf die Seitenwände 26 und 27 sind Kappen 33 und 34 aufgesetzt, welche Ölkammern 35 und 36 bilden. Über Labyrinthdichtungen 37 und 38 sind die Ölkammern 35 und 36 sowie die mit diesem öl versorgten Lagerungen 28 und 29 von den jeweiligen Schöpfräumen 2, 29 der Vakuumpumpen abgetrennt. Beide Pumpentypen sind in der Lage, ohne Dichtmittel zu arbeiten, so daß die Erzeugung kohlenstoff-freier Vacua bis in den Hochvakuumbereich hin möglich ist.

Der zu evakuierende Rezipient ist an dem Flansch 41 angeschlossen, mit dem der Saugstutzen 42 der Rootspumpe ausgerüstet ist. Durch den Ansaugstutzen 42 gelangen die ger förderten Gase in den Schöpfraum 29 der Rootspumpe 23 und werden mittels der Rotoren 24 und 25 durch den Austrittskanal 43 ausgestoßen. In der Zwischenwand 32 ist ein den Austrittskanal 43 der Rootspumpe 23 mit der Eintrittsöffnung 13 der Vorpumpe 20 verbindender Kanal vorgesehen, so daß die diesen Kanal 44 durchströmenden Gase weiter in der Vorpumpe 20 auf Atmosphärendruck verdichtet werden. Sie treten bei ausreichend niedrigen Ansaugdrücken durch die Austrittsöffnung 14 aus, an den sich zunächst ein Leitungsabschnitt 45 und dann der

Auspuffstutzen 46 anschließen. Im Falle einer Uberverdichtung in der Vorpumpe 20 öffnet das Überströmventil 16, das bei diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich gewichtsbelastet arbeitet. Dazu ist die Ventilplatte 17 ausreichend schwer ausgebildet. An die Austrittsöffnung 15 schließt sich ein Kanal 47 an, der ebenfalls in den Auspuffstutzen mündet.

Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Pumpenkombination wird von nur einem Elektromotor angetrieben, der in bekannter Weise über ein Synchrongetriebe mit den Wellen und 6 in Eingriff steht. Die Wellen 5 und 6 müssen deshalb lediglich aus einem der beiden ölkästen (im dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem ölkästen 33) hinausgeführt werden. Weder Getriebe noch Elektromotor sind dargestellt, da es sich um einen an sich bekannten, bei Rootspumpen üblichen Antrieb handelt. Natürlich können Getriebe und Antriebsmotor auch auf der Seite der Vorpumpe 20 angeordnet sein.

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Claims

83.001

LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Zweiwellen-Vakuumpumpe mit innerer Verdichtung

ANSPRÜCHE

Zweiwellen-Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, mit zwei in dem Gehäuse angeordneten, auf den beiden Wellen gehalterten Rotoren, welche jeweils mindestens einen Vorsprung und mindestens eine Aussparung aufweisen, sowie mit einer Eintrittsöffnung und einer stirnseitig am Gehäuse angeordneten Austrittsöffnung, welche einem der beiden Kolben zugeordnet ist und derart von ihm gesteuert wird, daß eine innere Verdichtung der gepumpten Gase eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere mit einem Überdruckventil (16) ausgerüstete Austrittsöffnung (15) vorgesehen ist.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch Ί, dadurch

gekennzeichnet, daß das überdruckventil (16) im peripheren Bereich des den Schöpfraum (2) bildenden Gehäuses (1) angeordnet ist.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die sich an die beiden Austrittsöffnungen (14, 15) anschließenden Kanäle in einen gemeinsamen Austrittsstutzen (45) münden.

4. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (13) peripher angeordnet ist.

5. Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Eintrittsöffnung (13) stirnseitig angeordnet ist.

6. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

5 dadurch gekennzeichnet, daß das

Überdruckventil (16) gewichts- und/oder federbelastet ist

7. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie

10 als Vorvakuumpumpe mit einer Rootspumpe (23) kombiniert ist.

8. Pumpenkombination nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß den Rotoren (24, 25)

15 der Rootspumpe (23) und den Rotoren (3, 4) der Vorpumpe ein gemeinsames Wellenpaar (5, 6) zugeordnet ist.