DE3617889A1 - Mechanische pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine ölfreie mechanische Pumpe und insbesondere eine mechanische Pumpe mit mindestens zwei Stufen, die jeweils ineinander abwälzende Rotoren in einer Pumpkammer enthalten.

Ein Problem bei solchen mechanischen Pumpen entsteht aus den bedeutsamen Gasdruck-Unterschieden, die zwischen benachbarten Stufen auftreten können.

In einem solchen Fall ist es sehr wahrscheinlich, daß ein beträchtliches Rücklecken gepumpten Gases zwischen den Stufen erfolgt; insbesondere tritt solches erhöhtes Rücklecken durch den Ringspalt zwischen den Antriebswellen und der Bohrung in der inneren Teilwand zwischen benachbarten Pumpkammern auf.

Das Rücklecken von Gas durch solche Spalte in der inneren Teilwand oder an anderen Stellen ergibt in seiner Auswirkung eine Gas-Gegenströmung vom Pumpenauslaß zum Pumpeneinlaß, und erhöht wirksam das rückzupumpende Gasvolumen und setzt die volumetrische Wirksamkeit der Pumpe oder das erzielbare Vakuum bedeutsam herab.

In der GB-A-21 11 126 des gleichen Anmelders ist eine mechanische Vakuumpumpe mit einer Vielzahl von jeweils ineinander abwälzenden Rotoren enthaltenden Stufen beschrieben, die jeweils in unabhängigen Pumpenkammern angeordnet sind. Diese Pumpe zeichnet sich dadurch aus, daß keine Innenschmierung vorhanden ist und daß mindestens zwei benachbarte Stufen am Auslaßende der Pumpe Klauentyp-Wälzrotore haben.

Die relativ hohe erzeugte Gas-Komprimierung ergibt zusammen mit der Abwesenheit von Innenschmierung an dem Innen-Ringspalt eine weitere Erhöhung des Auftretens von Rücklecken.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die schädliche Auswirkung solchen Rückleckens auf das erzielbare Vakuum insbesondere bei trockenen mechanischen Pumpen zu reduzieren.

Dazu schafft die Erfindung eine mechanische Pumpe mit mindestens zwei Stufen mit jeweils in einer Pumpenkammer angeordneten Wälzrotoren, wobei die Rotore an Wellen angebracht sind, die durch die eine Kammer von der angrenzenden abteilenden Wände hindurch reichen, die sich dadurch auszeichnet, daß Leitungsmittel vorgesehen sind, um in den Ringraum zwischen einer Welle und einem Wellenlager in einer Teilwand in einem relativ hohem Druckbereich der Pumpe eindringendes Gas zu einem relativ niedrigeren Druckbereich der Pumpe abzuleiten.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Leitungsmittel angeordnet zur Übertragung von Gas von dem Ringspalt im höheren Druckbereich einer Pumpenkammer zu einem niedrigeren Druckbereich der gleichen Kammer.

Die Erfindung ergibt in diesem Fall besondere Vorteile, wenn sie in mechanischen Pumpen der in der genannten GB-A-21 11 126 beschriebenen Art angewendet wird, bei denen zwei benachbarte Pumpenstufen am Auslaßende der Pumpe jeweils ineinander abwälzende Klauentyp-Rotore besitzen, die in umgekehrter Ausrichtung angebracht sind.

Vorteilhafterweise umfassen die Leitungsmittel einen Ringkanal, der an und idealerweise in der Zwischenstufen-Teilwand vorgesehen ist, wobei der Kanal die Welle ganz oder teilweise umgibt und mit einem Bereich relativ niedrigeren Druckes der Pumpe in Verbindung steht.

Vorzugsweise steht die Leitung in einer Pumpenstufe mit einem gleichartigen Ringkanal in Verbindung, der in einer Teilwand in einem Bereich relativ niedrigeren Druckes der gleichen Stufe und dem Einlaß der Stufe in Verbindung steht. So wird irgendwelches ausleckendes Gas, statt die Einlaßseite der vorherigen Stufe zu erreichen, zurück zur Einlaßseite der Stufe,von der es kam, kurzgeschlossen.

]£> Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Seiten-Schnittansicht einer trockenen mechanischen Vakuumpumpe mit drei Kammern, die jeweils zwei ineinander abwälzende Rotore enthalten, und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der in der Pumpe in Fig. enthaltenen Rotore.

In Fig. 1 enthält die mechanische Pumpe 1 ein Pumpengehäuse 2, durch das zwei parallele Antriebswellen 3 hindurchtreten. Die Wellen 3 stützen drei Paare 4, 5 und 6 von Rotoren drehfest ab. Die Rotore 4, 5 und 6, wie sie deutlicher in Fig. 2 ersichtlich sind, sind jeweils in komplementären, ineinander abwälzenden Paaren

tandemartig an den jeweiligen Wellen 3 angeordnet. Das Pumpengehäuse 2 ist in der in Fig. 1 gezeigten Weise durch Teilwände 8 und in drei voneinander getrennte und unabhängige Pumpenkammern 10, und 12 unterteilt, wobei in jederKammer ein Paar ineinander abwälzender Rotore zum Gaspumpen angeordnet sind.

An einem Ende des Pumpengehäuses trägt jede Welle 3 ein Verbindungszahnrad 13, während am anderen Ende des Gehäuses eine Welle aus dem Gehäuse hervorsteht und zur Antriebsverbindung mit einem Motor mit einer (nicht dargestellten) bekannten Kupplung ausgerüstet ist.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist eines der Rotorpaare 8 ein Roots-Rotorpaar, wie es dem Fachmann bekannt ist, das die erste Einlaßoder Hochvakuum-Stufe der Mehrstufenpumpe 1 bildet.

Das Profil der Roots-Rotoren 4 ist so ausgelegt, daß es minimalen Rücktrag des gepumpten Gasvolumens ergibt. Damit ist gemeint, daß die Profile der zusammenwirkenden Rotore 4 so ausgelegt sind, daß während ihres Betriebs das an der Auslaßseite der Rotore gefangene Gasvolumen, das zur Einlaßseite der Rotore zurückgetragen wird, auf ein praktisches Minimum begrenzt ist. Jedes von der Auslaßzur Einlaß-Seite der Kammer 10 zurückgetragene Gas neigt dazu, sich zu entspannen und so die volumetrische Wirksamkeit der Pumpe zu reduzieren.

Aus der Pumpenkammer 10 ausgeblasenes Gas tritt in den Einlaß der Pumpenkammer 11 ein, mittels entsprechender Leitungen, die in der Wand 9 vorgesehen sind, welche die Teilwand zwischen den Pumpenkammerη 10 und 11 bildet, und die zu einer Einlaßöffnung in der Kammer 11 führen.

Die Rotore 5 in der Pumpenkammer 11 sind vom Wälz-Klauentyp, der gleichfalls dem Fachmann wohl bekannt ist. In die Mitteldruckkammer 11 an der Einlaßöffnung 54 eintretendes Gas wird zu der Auslaßöffnung 22 gepumpt, die in der die Pumpenkammer 11 und 12 trennenden Teilwand 8 ausgebildet ist, und die gleichzeitig als Einlaßöffnung der Pumpenkammer 12 wirkt. Es ist in der Zeichnung nicht dargegestellt, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Pumpenkammern die Form von gekrümmten Schlitzen besitzen.

In die mit relativ hohem Druck arbeitende Pumpenkammer 12 eintretendes Gas wird durch die ineinander wälzenden Rotore 6 zur Auslaßöffnung 14 der Kammer gepumpt und vorzugweise, jedoch nicht notwendigerweise, über ein Rückschlagventil 16 zur Umgebung, das die Pumpwirksamkeit erhöht, wie es in der GB-A-21 11 126 beschrieben ist.

Wenn die dargestellte Pumpe eine "trockene" Pumpe ist, d.h. eine Pumpe, die keine Fluid-Innenschmierung enthält, neigt durch die ineinander abwälzenden Rotore 6 der Pumpenkammer 12 komprimiertes Gas dazu, in die Pumpenkammer 11 zurückzulecken, und zwar vorzugsweise durch die Ringspalte zwischen den Wellen 3 und den Bohrungen in den Teilwänden 8 und 9.

Derartiges Rücklecken von Gas wirkt in besonderer Weise auf die volumetrische Pumpenwirksamkeit zurück, da infolge der umgekehrten Ausrichtung der Rotorpaare 5 und 6 dieses Gas sich in die Einlaßseite der Pumpenkammer 11 hineindehnt.

Um die Auswirkungen dieses Rückleckens zu verringern, ist die Teilwand 8, wie in Fig. 1 dargestellt, in den Bereich der Wellenlagerung mit in Umfangsrichtung durchlaufenden Kanälen 51 versehen. Die Kanäle 51 stehen miteinander über eine Leitung oder Bohrung 52 in Verbindung, die gleichfalls in der Teilwand angeordnet ist, und mit der Übertragöffnung 22.

Beim Betrieb der Pumpe, wenn Gas von dem Niederdruck- zum Höherdruck-Ende durch die Pumpenkammern 10, 11 und 12 gepumpt wird, wird durch die Rotore 6 beim Auslaßende der Kammer 12, wo der höchste Druck herrscht, komprexniertes Gas dazu neigen, in die Pumpenkammer 11 durch den Ringspalt in der Teilwand 8 zurückzulecken, und insbesondere durch den am oberen Ende der Zeichnung gezeigten Spalt, der dem Auslaß 14 am nächsten liegt.

Statt in die Einlaßseite der Pumpenkammer 11 hineinzulecken, wird solches Rückleckgas durch den Kanal 51 gefangen, wird durch die Leitung oder Bohrung 52 und den damit zusammenwirkenden Kanal hindurchfließen und in die Übertragungsöffnung 22 zum Wieder-Abpumpen in Kammer 12 eintreten. Die Auswirkungen der Gasableitung durch die Kanäle 51 und die Leitung 52 bestehen darin, daß zurückgelecktes Gas nur durch die Pumpenkammer 12 zurück kommt, statt durch beide Pumpenkammern 11 und 12, so daß der Verlust an volumetrischer Pumpenwirksamkeit sehr reduziert wird.

Es ist einzusehen, daß, obwohl die Erfindung mit Bezug auf Kanäle 51 in den Wellendichtungen zwischen den Pumpenkammern 11 und 12 beschrieben wurde, sie gleich gut auf andere benachbarte Pumpenkammern und in der Tat auf andere Bereiche der Pumpe angewendet werden kann, immer dann, wenn ein Rücklecken einen Verlust von Pumpenwirksamkeit ergibt. Es ist gleichfalls einzusehen, daß, auch wenn die Erfindung mit Bezug auf eine trockene Vakuumpumpe beschrieben wurde, sie gleichfalls auf andere Vakuum- oder andere

mechanische Pumpen anwendbar ist mit Vorkehrungen für Innenschmierung, bei denen die Schmierung nicht zur Verhinderung von Rücklecken von Gas ausreicht.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Mechanische Pumpe mit mindestens zwei Stufen, die jeweils ineinander abwälzende Rotore innerhalb einer Pumpenkammer enthalten, wobei die Rotore (4, 5, 6) an durch Teilwände (8, 9) zwischen den benachbarten Kammern hindurchtretenden und dort trocken gelagerten ICollen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet , daß Leitungsmittel (51, 52; 22) vorgesehen sind, um in die Ringdichtung zwischen einer Welle (3) und dem Wellenlager an einem Bereich relativ höheren Druckes der Pumpe eintretendes Gas zu einem Bereich relativ niedrigeren Druckes der Pumpe zu übertragen.

2. Mechanische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Leitungsmittel (51, 52) zum Übertragen von Gas von der Wellendichtung im Bereich höheren Druckes der Pumpenkammer zu einem Bereich niedrigeren Druckes der gleichen Kammer (12) ausgelegt sind.

3. Mechanische Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsmittel (51, 52) zum Übertragen von Gas von der Wellendichtung im Bereich höheren Druckes eine Pumpenkammer (12) zu der oder in die Gaseinlaßöffnung (22) für diese Kammer (12) ausgelegt sind.

4. Mechanische Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungsmittel zum Übertragen von Gas von der Dichtung beim Bereich niedrigeren Druckes einer Pumpenkammer (12) zu der oder in die Gaseinlaßöffnung (22) für die betreffende Kammer (12) ausgelegt sind.

5. Mechanische Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungsmittel (51, 52) angeordnet sind, um eine Verbindung zwischen den Wellendichtungen jeweils in den Bereichen höheren und niedrigeren Druckes der Pumpenkammer zu erzeugen.

6. Mechanische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungsmittel einen in einer Pumpenkammer-Teilwand (8) vorgesehenen Ringkanal (51) enthalten, der innerhalb einer Pumpenkammer-Teilwand (8) vorgesehen ist und mindestens teilweise die Welle (3) umgibt.

7. Mechanische Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (51) die Welle (3) vollständig umgibt.

8. Mechanische Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Leitungsmittel eine, in der Teilwand (8) vorgesehene und mit dem die Welle (3) umgebenden Ringkanal (51) in Verbindung stehende weitere Bohrung (52) einschließen.

9. Mechanische Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die weitere Bohrung (52) die die

Schaftdichtungen umgebenden Ringkanäle(51) in dem Bereich höheren bzw. niedrigeren Druck der Pumpenkammer (12) miteinander verbindet.

10. Mechanische Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die weitere Bohrung (52) eine Verbindung mit der Einlaßöffnung (22) der Pumpenkammer (12) herstellt.

11. Mechanische Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungsmittel in der Pumpenkainraer(12)am Auslaßende (14) der Pumpe vorgesehen sind.

12. Mechanische Pumpe nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Pumpenkammer (12) am Auslaßende der Pumpe (10) Rotore des Wälzklauen Typs (6) enthält.

13. Mechanische Pumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Pumpenkammer (12) am Auslaßende der Pumpe (10) Gas über ein Rückschlagventil (16) abgibt.