DE3621600A1 - Pumpe zum transport gasfoermiger medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Transport gasförmiger Medien, insbes. in einem Unterdrucksystem, mit einem schnell­ laufenden elektrischen Antriebsmotor für ein Radialverdich­ terrad, das auf einem aus einem Gehäuse des Antriebsmotors austretenden freien Ende einer Antriebswelle angeordnet ist, wobei im Bereich des Durchtritts des freien Endes der An­ triebswelle durch das Gehäuse eine Dichtung vorgesehen ist.

In der Gasfördertechnik müssen oftmals vergleichsweise große Gasmengen pro Zeiteinheit gefördert werden. Als Förderelement nimmt man hierzu in aller Regel Radialturbinenräder, wobei Drehzahlen im Bereich von 18 000 bis 25 000 U/min ver­ gleichsweise gut beherrschbar sind. Wenn die Leistung sol­ cher bekannter Gasförderpumpen bei Vorgabe beengter Raumver­ hältnisse gesteigert werden soll, bleibt als konstruktiver Ausweg nur eine weitere Anhebung der Drehzahl, da gemäß Vor­ aussetzung die Abmessungen des Radialverdichterrades nicht nennenswert vergrößert werden können. Dies gilt insbesondere im Falle von Förderpumpen für Lasergas von Lasergeräten oder Lasern.

Bisher sind keine Förderpumpen für gasförmige Medien bekannt, die im Langzeitbetrieb mit Drehzahlen von etwa 90 000 bis etwa 180 000 U/min einsetzbar sind und die die weitere For­ derung erfüllten daß zuverlässig vermieden werden muß, daß Öl aus dem Schmiermittelsystem der Pumpe in das Gasfördersystem eindringt, wobei dieses insbesondere auch noch ein Unterdruck­ system sein kann.

Schleifspindeln von Metallbarbeitungsmaschinen können an sich elektromotorisch mit Drehzahlen von 90 000 bis 180 000 U/min angetrieben werden. Diese Spindeln können aber praktisch un­ gehindert allseitig mit Schmiermittel versorgt werden. Sie arbeiten teilweise sogar in einem Ölnebel. Dies ist der Grund, warum sie in Gasfördersystemen der oben beschriebenen Art, bei welchen es auf quasi absolute Reinhaltung des zu fördernden Gases ankommt, nicht zur Anwendung gelangen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Pumpe zur Förderung gasförmiger Medien der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Langzeitbetrieb praktisch wartungsfrei betrieben werden kann und die zuverlässig eine Reinhaltung des zu fördernden Gases vom Schmiermittel der Pumpe gewährleistet.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Dichtung eine Spaltringdichtung aufweist, die im Bereich eines Radialschwingungen der Welle aufnehmenden Dämpfungs­ systems angeordnet ist, das seinerseits an einer Gleitring­ dichtung vorgesehen ist, die mit einem auf der Welle ange­ ordneten Gegenring zusammenwirkt, daß freier Raum zwischen Spaltringdichtung und Dämpfungssystem vorgesehen ist, der mit einem Druck beaufschlagt ist, der niedriger als der Druck im Gasfördersystem ist und daß der Gegenring in ein Schmiersystem der Pumpe integriert ist.

Mit einem derart ausgebildeten erfindungsgemäßen Dichtungs- und Dämpfungssystem wird das angestrebte Ziel voll erreicht. Obwohl grundsätzlich eine Spaltringdichtung vorgesehen wird, die notwendig ist, um die insbesondere beim Durchlaufen der kritischen Drehzahlen auftretenden Radialschwingungen der Antriebswelle aufzunehmen, und die dementsprechend Spiel be­ züglich der Welle aufweist, kommt es doch aufgrund der geschilderten weiteren erfindungsgemäßen Maßnahme nicht zu einer Verunreinigung des Fördermediums mit dem Schmiermittel der Gaspumpe. Andererseits ist diese Spaltringdichtung durch die Beistellung eines gesonderten Dichtungssystems ausreichend, um diese Radialschwingungen aufzunehmen. Hierdurch wird eine extrem hohe Lebensdauer der erfindungs­ gemäßen Gasförderpumpe gewährleistet.

Da die Spaltringdichtung bei hoher Drehzahl dazu neigt, sich axial zu bewegen, ist es vorteilhaft, wenn sie mittels einer Scheibenfeder in Richtung auf das Dämpfungssystem vorge­ spannt ist.

Zweckmäßigerweise wird als Dämpfungssystem ein Metallfalten­ balg eingesetzt, der von einem Dämpfungsglied umgeben ist. Um eine laufende Schmierung des Gleitringes zu gewährlei­ sten, wird nach der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, den Gegenring mit Ausnehmungen zu versehen, die eine Verbindung zwischen einem Ölzufuhrkanal, den Wellenlagern und dem Inne­ ren der Welle herstellen.

Der freie Raum zwischen Spaltringdichtung und Dämpfungs­ system wird nach der Erfindung durch die Gleitringdichtung abgedichtet, indem der Gleitring unter Vorspannung durch den Metallfaltenbalg dichtend an dem mit der Motorachsenwelle rotierenden Gegenring anliegt.

Aus baulichen Gründen ist es vorteilhaft, daß die Spaltring­ dichtung in einer Andruckplatte gelagert ist, die eine auf die Spaltringdichtung wirkende Feder aufweist.

Um eventuelle Ölspuren im freien Raum abzusaugen und dort einen niedrigeren Unterdruck zu halten als im Unterdruck­ system, weist das Lagergehäuse der Gleitringdichtung einen Absaugkanal auf, an den eine separate Vakuumeinrichtung an­ schließbar ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie an Hand der schematischen Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt einer Gaspumpe nach der Erfindung und

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt des Dichtungs- und Dämpfungssystems der erfindungsgemäßen Gaspumpe nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine als Baueinheit ausgebildete Pumpe oder Gaspumpe 1 mit einem in einem Gehäuse 2 untergebrachten Elektromotor 3, der auf einem freien Ende seiner Antriebs­ welle 4 ein Verdichterrad in Form eines Radialverdichter­ rades 5 trägt. Der Motor läuft oberhalb der kritischen Dreh­ zahl mit mindestens 42 000 U/min und fördert wegen der hohen Drehzahl große Gasmengen, die größer als 1000 m³/Stunde sein können.

Der Motor 3 weist einen Rotor 6 und einen Stator 7 auf. Seine Antriebswelle 4 ist in Kugellagern 8 gelagert und ge­ führt. Die Kugellager können auch als Gleitlager ausgebildet sein. Unterhalb des Verdichterrades 5 ist ein Dichtungs- und Dämpfungssystem 9 angeordnet, das durch eine nicht darge­ stellte Vakuumpumpe unter Unterdruck steht und in einem La­ gerdeckel 10 gelagert ist. Die Gaspumpe 1 wird über den Lagerdeckel 10 an einem gasführenden Unterdrucksystem ab­ dichtend befestigt.

Das untere Ende des Gehäuses ist durch einen Längenaus­ gleichskörper 11 öldicht abgeschlossen. Über den rohr­ förmigen Ansatz 12 wird das Elektroanschlußkabel für den Elektromotor 3 zugeführt.

Aus Fig. 2 ist das Dichtungs- und Dämpfungssystem 9 näher zu erkennen. Es besteht aus einer gepanzerten Spaltringdich­ tung 13, die mit der Oberfläche 14 der Achsenwelle 4 des Motors 3 zusammenwirkt. Die Oberfläche 14 der Achsenwelle ist außerdem mit der Oberfläche 15 der Spaltringdichtung 13 paßgenau abgestimmt. Eine Feder 16 verhindert eine axiale Bewegung der Spaltringdichtung 13. Sie ist in einer Andruck­ platte 17 gehalten, die im Lagerdeckel 10 untergebracht und mittels O-Ringen 18 abgedichtet ist. Die Spaltring­ dichtung 13 hat zur Achsenwelle ein minimales Spiel und kann sich den radialen Schwingungen der Motorwelle an­ passen.

An die Andruckplatte 17 schließt sich ein Lagergehäuse 19 an, das eine Gleitringdichtung 20 aufweist, die in einem Gleitringkörper 21 gelagert ist. Im Lagergehäuse 19 sitzt außerdem ein Balgträger 22 mit einem Metallfaltenbalg 23, der seinerseits an dem Gleitringkörper 21 anliegt und an seinem Umfang mit einem Dämpfungsglied 24 versehen ist. Der freie Raum 25, auch als Isolierraum bezeichnet, zwischen Spaltringdichtung 13 und Gleitringdichtung 20 wird über einen Absaugkanal 26 unter einem Vakuum gehalten, das größer ist als das Vakuum in dem Unterdrucksystem im Bereich des Radialverdichterrades, wodurch beim Absaugen des Schmiermit­ tels auch Gas aus dem Unterdrucksystem abgezogen werden kann. Die Gleitringdichtung 20 dichtet den Isolierraum 25 durch Zusammenwirken mit dem Gegenring 27 ab. Der Gegenring 27 ist auf der Motorenwelle 4 preßsatt aufgesetzt. Durch das Dämpfungsglied 24 werden Radialschwingungen der Achsenwelle aufgefangen. Das Lagergehäuse 19 ist durch einen weiteren O- Ring 28 im Motorengehäuse 19 abgedichtet. Die Spaltringdi­ chtung 13 und der Gleitring 20 sind beispielsweise aus gebrannten Graphitringen hergestellt.

Der Gegenring 27 weist außerdem Schmiermittelzuführbohrungen 29 auf, durch die das unter Hochdruck, z. B. mindestens 40 bar, stehende Schmiermittel zur Schmierung der Achsen­ welle und der Lager 8 eingespritzt wird. Das Schmiermittel verteilt sich als Ölnebel auf die Lager und wird an­ schließend durch Druckluft über einen Zuführkanal 30 im Ge­ häuse 2 und den Rückführkanal 31 zu einem nicht dargestell­ ten Kühlaggregat geführt und danach getrennt im Kreislauf wieder zugeführt. Im freien Isolierraum 25 auftretendes Öl wird über den Absaugkanal 26 abgesaugt. Die Gaspumpe wird außerdem durch eine übliche Wasserkühlung im Achswellenbe­ reich gekühlt.

Das im Bereich des Radialverdichterrades 5 angeordnete Dich­ tungs- und Dämpfungssystem 9 verhindert, daß das für die Schmierung der Gaspumpe erforderliche Schmiermittel in das Unterdrucksystem des Transportgases gelangen kann. Durch den Metallfaltenbalg mit Dämpfungsglied wird erreicht, daß die Achsenwelle des mit hoher Drehzahl laufenden Elektromotors nach der Anlaufphase ruhig und vibrationsfrei läuft, so daß auf ein Unterdrucksystem keine nachteiligen Vibrations­ schwingungen übertragen werden, wenn die Gaspumpe nach der Erfindung in das Unterdrucksystem eingebaut wird. Das Dicht- und Dämpfungssystem kann als Baueinheit ausgeführt sein und ist deshalb komplett austauschbar. Die Gleitringdichtung 20 mit dem Metallfaltenbalg dichtet bei der hohen Drehzahl des Motors den Isolierraum 25 sicher ab. Die Gaspumpe gewährleistet deshalb einen wartungsarmen und störungsfreien Langzeitbetrieb.

Claims (9)

1. Pumpe zum Transport gasförmiger Medien, insbes. in ei­ nem Unterdrucksystem, mit einem schnellaufenden elek­ trischen Antriebsmotor für ein Verdichterrad, das auf einem aus einem Gehäuse des Antriebsmotors austretenden freien Ende einer Antriebswelle angeordnet ist, wobei im Bereich des Durchtritt des freien Endes der Antriebs­ welle durch das Gehäuse eine Dichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung eine Spalt­ ringdichtung (13) aufweist, die im Bereich eines Radial­ schwingungen der Welle aufnehmenden Dämpfungssystems (9) angeordnet ist, das seinerseits mit einer Gleitringdich­ tung (20) vorgesehen ist, die an einem auf der Welle (4) angeordneten Gegenring (27) zusammenwirkt, daß freier Raum zwischen Spaltringdichtung (13) und Dämpfungssystem (9) vorgesehen ist, der mit einem Druck beaufschlagt ist, der niedriger als der Druck im Gasfördersystem ist und daß der Gegenring (27) in ein Schmiersystem der Pumpe inte­ griert ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltringdichtung mittels einer Scheibenfeder (16) in Richtung auf das Dämpfungssystem vorgespannt ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungssystem ein Metallfaltenbalg (9) ist, der von einem Dämpfungsglied (24) umgeben ist.

4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenring (27) mit Ausnehmungen (29) versehen ist, die eine Verbindung zwischen einem Ölzufuhrkanal, den Wellen­ lagern und dem Inneren der Welle (4) herstellen.

5. Pumpe nach Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gleitring (2) unter Vorspannung durch den Metallfaltenbalg (9) dichtend an den mit der Motorachsen­ welle rotierenden Gegenring (27) anliegt und den freien Raum (25) abdichtet.

6. Pumpe nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltringdichtung (13) in einer Andruckplatte (17) gelagert ist, die eine auf die Spaltringdichtung (13) wirkende Feder (16) aufweist.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lagergehäuse (19) der Gleitringdichtung (20, 27) einen Absaugkanal (26) aufweist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verdichterrad im Radialverdichterrad (5) ist.

9. Verwendung der Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 8 als Gas­ förderpumpe in einen Gaslaser.