DE3420652C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialejektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Er wird vor allem als Vakuumpumpe im Bereich bis zu etwa 0,5 bar, aber auch bis etwa 0,15 bar eingesetzt.

Radialejektoren üblicher Bauart, wie sie z. B. in der US-PS 12 96 567 und der US-PS 15 63 752 beschrieben sind, bestehen mindestens aus zwei Teilen, welche eine Düse bilden, und zwei weiteren Teilen, welchen einen Diffusor bilden. Alle diese Teile sind verstellbar an einem Gehäuse gelagert. Nachteilig ist, daß eine Vielzahl von Teilen mit sehr hoher Präzision hergestellt und dann mit sehr engen Toleranzen im Hinblick auf die gegenseitige Lage ebenso wie die Winkelgenauigkeit zusammengebaut werden muß, um einen Radialejektor mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten. Wenn Unstimmigkeiten auftreten, können Korrekturen durch Verstellung der einstellbaren Teile vorgenommen werden; dies erfordert jedoch Handarbeit, welche die Herstellungskosten erhöht.

Ein weiterer Nachteil der vorstehend erwähnten Bauart besteht darin, daß der Wirkungsgrad in hohem Maße abhängig ist von einem bestimmten, eng begrenzten Druckbereich. Auf beiden Seiten dieses Bereichs verschlechtert sich die Charakteristik der Pumpe rapide. Dies macht sich in der Praxis sehr negativ bemerkbar, weil das Druckverhältnis der Verdichter in Werkstätten, Fabriken u. dgl. nach oben und unten stark variiert.

Es ist auch bereits durch die US-PS 16 61 960 ein sehr einfach aufgebauter Radialejektor bekannt, welcher nur aus zwei einstückigen Blöcken besteht, zwischen deren gegeneinander weisenden Endflächen mit Hilfe ringförmiger Abstandsmittel ein flacher Strömungskanal gebildet ist. Durch einen im Zentrum mündenden axialen Druckkanal wird das Treibmittel zugeführt. Dieses strömt dann radial zu wenigstens einem im Peripheriebereich gelegenen Auslaßkanal. In den radialen Strömungskanal mündet außerdem in einem bestimmten Radialabstand zum Druckkanal wenigstens ein Saugkanal, an den eine Vakuumleitung anschließbar ist. Der Saugkanal und der Auslaßkanal sind in dem einen der beiden Blöcke angebracht, während der Druckkanal in dem anderen Block angeordnet ist. Der Strömungskanal hat über seine gesamte radiale Erstreckung eine konstante Weite. Die Mündungsöffnungen der genannten Kanäle befinden sich unmittelbar in den gegeneinander weisenden Endflächen der Blöcke.

Bei dem zuletzt erwähnten bekannten Radialejektor ist somit der den rotationssymmetrischen Strömungskanal erzeugende Querschnitt symmetrisch mit Bezug auf die Mittelebene zwischen den Endflächen der beiden Blöcke. Selbst wenn durch Profilierung der Endflächen ein für eine Verbesserung des Wirkungsgrads erforderlicher Diffusor erzeugt würde, wäre daher auch dieser symmetrisch gestaltet.

Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit minimalem zusätzlichen Fertigungsaufwand eine Verbesserung des Wirkungsgrades zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Aufgrund der Tatsache, daß alle wesentlichen Teile wie die Düse, die Mischzone und der Diffusor in nur einer der beiden Endflächen der einstückigen Blöcke ausgeformt sind, was sich in einem einzigen Arbeitsgang auf einer numerisch gesteuerten Drehmaschine durchführen läßt, können hohe Genauigkeit und gute Wiederholungseigenschaften bei der Herstellung einer großen Anzahl von Pumpen erhalten werden. Da die erfindungsgemäße Pumpe keinerlei Teile enthält, die zum Ausgleich von Unstimmigkeiten in Hinblick auf die Eigenschaften der Pumpe beim Zusammenbau eingestellt werden müssen, wie dies in Verbindung mit herkömmlichen Pumpen aus verschiedenen Teilen der Fall ist, besteht keine Gefahr gegenseitiger Verschiebungen der verschiedenen Teile der Pumpe nach einer bestimmten Betriebszeit, die zu Schwankungen der Eigenschaften der Pumpe führen. Das Profil der Düse und des Diffusors ist eindeutig und genau in eine Endfläche eingearbeitet, die vollständig frei liegt, wenn die beiden Blöcke der Pumpe voneinander getrennt werden, und die in dieser Weise bearbeitete Oberfläche enthält eine Vielzahl von Kegelflächen, die sich leicht durch Messung ihrer einzelnen Winkel und Lagen längs einer diagonal verlaufenden Bezugslinie überprüfen lassen.

Die Erfindung wird nachstehend in ihren Einzelheiten in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radialejektor-Pumpe wiedergibt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt der Pumpe,

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt durch einen der beiden Blöcke der Pumpe in größerem Maßstab,

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des erzeugten Vakuums für eine herkömmliche Pumpe und eine erfindungsgemäße Pumpe in Abhängigkeit vom Druck des Arbeitsmediums und

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der zur Erzielung eines bestimmten Vakuumwertes in einem geschlossenen Gefäß bei einer herkömmlichen Pumpe und einer erfindungsgemäßen Pumpe erforderlichen Zeit.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 besteht die Ejektorpumpe aus zwei zylindrischen Teilen, einem Überdruckblock 1 und einem Unterdruckblock 2, die durch (nicht gezeigte) Schrauben miteinander verbunden sind. Block 1 hat einen zentralen Kanal 3, der an eine Druckluftquelle anschließbar ist und über einen verengten Kanalabschnitt 5 an der ebenen Endfläche 4 des Blocks 1 endet. Block 2 hat eine Endfläche 6 entsprechend der Endfläche 4, die jedoch profiliert ist und eine Ringnut 7 enthält, die koaxial zum Kanal 5 verläuft und eine Düsenoberfläche 21 umschließt.

Im Block 2 befindet sich eine Ausnehmung 8 zum Anschluß an eine Vakuumleitung. Im Boden der Ausnehmung 8 sind einige Bohrungen 9 zur Verbindung der Ausnehmung 8 mit der Ringnut 7 vorgesehen.

Um die Blöcke 1 und 2 radial und axial gegeneinander auszurichten, hat der Block 2 einen ringförmigen Vorsprung 10, der mit engem Spiel von einem sich um den Umfang des Block 1 erstreckenden Vorsprung 11 aufgenommen wird. Der Vorsprung 11 ist etwas flacher als der Vorsprung 10 ausgebildet, dessen Endfläche mit großer Genauigkeit hergestellt ist, weil der Vorsprung 10 gegen die Endfläche 4 des Blocks 1 zur Anlage kommt und dadurch die Weite des Ringspaltes 12 bestimmt, der zwischen den Endflächen 4 und 6 gebildet ist.

Entlang des genannten Ringspalts 12 befindet sich innerhalb des Blocks 1 eine Anzahl axial gerichteter Auslaßkanäle 13.

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab das Profil der Endfläche 6. Der von der Ringnut 7 umschlossene kreisförmige Mittelteil 21 hat einen Durchmesser D₁, und die Ringnut 7 hat eine radiale Breite D₂. Außerhalb der Ringnut 7 hat die Endfläche 6 eine kegelige Zone Z₁ mit einem Kegelwinkel α1, nach welchem ab einem Durchmesser D₃ eine kegelige Zone Z₂ mit einem Kegelwinkel α2 anschließt, auf welche ab einem Durchmesser D₄ eine nicht-kegelige Zone Z₀ und schließlich von einem Durchmesser D₅ ab eine wiederum kegelige Zone Z₃ mit einem negativen Kegelwinkel α3 anschließen. Die Kegelzone Z₃ endet an einem Durchmesser D₆. Es gibt zwei Abmessungen von extrem hoher Bedeutung, die eine Toleranz von ±1/100 mm haben; dies sind die Spaltweite h₀ an dem Mittelteil 21 und die Spaltenweite h₁ an der Zone Z₀.

Die nachstehende Tabelle zeigt zwei vorteilhafte Entwürfe von Ejektorpumpen nach der Erfindung mit den Symbolen nach Fig. 2 (h₁-D₆ in mm).

Fig. 3 zeigt eine Kurve a, welche das Ausmaß des Vakuums in Prozent wiedergibt, das mit einer herkömmlichen Ejektorpumpe bei verschiedenen Drücken des Arbeitsmediums erhalten wird.

Wie in diesem Diagramm zu erkennen ist, zeigt die Kurve a, daß das Vakuum schnell absinkt, sobald der Druck des Arbeitsmediums gegenüber einem optimalen Druckwert geändert wird, insbesondere wenn der Druck vermindert wird.

Ein beträchtlich höheres Vakuum wird gemäß Kurve b mit einer Pumpe gemäß der Erfindung, besonders bei niedrigen Drücken des Arbeitsmediums erhalten.

Fig. 4 zeigt eine Kurve a, welche die zur Erzielung von 75% Vakuum in einem geschlossenen Gefäß von 10 l mit einer herkömmlichen Pumpe erforderliche Zeit wiedergibt. Die erforderliche Zeit steigt schnell mit abnehmendem Druck des Arbeitsmediums schnell an.

Fig. 4 zeigt ferner die entsprechende Kurve b für eine gemäß der Erfindung ausgebildete Ejektorpumpe. Wie ersichtlich, ist es augenscheinlich, daß eine beträchtliche Verbesserung bei geringeren Drücken des Arbeitsmediums erzielt wird.

In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, den Auslaßkanal 13 im Block 2 anzuordnen oder radial nach auswärts in beiden Blöcken zu richten.

Weiterhin kann das Arbeitsmedium durch eine Rohrleitung eingeführt werden, die in einem axial gerichteten Kanal in der Mitte der Endfläche 6, beispielsweise in der Mitte der Fläche 21 in Fig. 2 endet.

Ferner kann die Ringnut 7 mit konvergierendem und/oder nach auswärts geneigtem Querschnitt, in Strömungsrichtung betrachtet, ausgeführt sein, wodurch sich die Strömungsverluste vermindern lassen.

Claims (4)

1. Radialejektor mit einem aus zwei einstückigen Blöcken bestehenden Gehäuse, in welchem zwischen zwei Endflächen der Blöcke mit Hilfe ringförmiger Abstandsmittel ein von diesen umschlossener flacher Strömungskanal gebildet ist, dem im Zentrum durch einen axial einmündenden Druckkanal ein Treibmedium zuführbar ist, das radial zu wenigstens einem im Peripheriebereich des Strömungskanals gelegenen Auslaßkanal strömt, wobei in den Strömungskanal in einem bestimmten Radialabstand zu der Einmündung des Druckkanals wenigstens ein Saugkanal einmündet, an den eine Vakuumleitung anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkanal (9) in eine Ringnut (7) mündet, die in die Endfläche eines der Blöcke eingearbeitet ist und die die Mittelachse des Druckkanals (5) konzentrisch umschließt, und daß eine der Endflächen durch geradlinige Erzeugende zur Mittelachse rotationssymmetrisch derart profiliert ist, daß ein Strömungskanal gebildet ist, der in Strömungsrichtung gesehen von der Ringnut (7) eine Düse und hinter der Ringnut (7) einen Diffusor bildet, wobei an der Ringnut (7) die Weite des Diffusorspaltes größer ist als die Weite (h₀) des Düsenspaltes.

2. Radialejektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Diffusor zunächst in Gestalt von wenigstens zwei Kegelflächen (z₁, z₂) mit Kegelwinkeln α₁ und α₂ zu einer konstanten Diffusorspaltweite (h₁) verengt, wo­ bei

• - die konstante Diffusorspaltweite (h₁) das 0,84 bis 0,97fache der Düsenspaltweite (h₀) an der Ringnut (7) ist,
• - der Winkel α₁ der an die Ringnut (7) anschließenden ersten Kegelfläche (z₁) 8° bis einschließlich 15° und der Winkel α₂ der zweiten Kegelfläche (z₂) 4° bis einschließlich 8° ist, mit einem Verhältnis α₁/α₂ zwischen 1,25 und 3,25, und
• - die radiale Breite jeder Kegelfläche (z₁, z₂) wenigstens halb so groß ist wie die kleinste Breite der Ringnut (7) und im Verhältnis zu dieser die radiale Breite des Diffusorspalts konstanter Weite (h₁) das 0,8fache und der radiale Abstand zwischen der Außenkante der Düse und der Außenkante der äußeren Kegelfläche (z₂) höchstens das 4,9fache be­ trägt.

3. Radialejektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der Düse vom Zentrum zur radial äußersten Kante des Düsenspaltes längs einer Kegelfläche mit einem Kegelwinkel von nicht mehr als 4° zunimmt.

4. Radialejektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Diffusors hinter dem Abschnitt (z₀) konstanter Weite (h₁) radial nach auswärts längs einer Kegeloberfläche mit einem Kegelwinkel von 2° bis 6° zunimmt.