DE3906584C2

DE3906584C2 -

Info

Publication number: DE3906584C2
Application number: DE19893906584
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 5100 Aachen De Haas; Kaspar 5170 Juelich De Derichs
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1992-10-08
Also published as: DE3906584A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wälzkolben-Vakuumpumpe mit einem Antrieb und einem Gehäuse, wobei in dem Gehäuse zwei Wälzkolben parallel zueinander und drehbeweglich gelagert sind und der eine Wälzkolben von der Antriebsseite her angetrieben ist und auf der der Antriebsseite gegenüberliegenden Seite auf den Antriebswellen der Wälzkolben je ein Zahnrad zum Antreiben des anderen Wälzkolbens und zum Synchronisieren beider Wälzkolben vorgesehen ist.The invention relates to a Roots vacuum pump a drive and a housing, being in the housing two roots parallel to each other and rotatable are stored and the one Roots from the drive side is driven here and on the drive side opposite side on the drive shafts of the Roots one gear wheel each to drive the other Roots and is provided for synchronizing the two roots.

In vielen Bereichen der Technik werden Vakuumpumpen ein gesetzt. Als Beispiele sind hier die Bereiche Experimen tier- und Versuchstechnik, Beschleunigerbau, Beschich tungstechnik, Halbleiterindustrie, Werkstoffherstellung, Schweiß- und Löttechnik sowie die chemische Verfahrens technik zu nennen.Vacuum pumps are used in many areas of technology set. Examples are the areas of experiments animal and experimental technology, accelerator construction, coating technology, semiconductor industry, material production, Welding and soldering technology as well as the chemical process to call technology.

Die Qualität eines Vakuums wird einmal nach dem erreich baren Unterdruck und zum anderen nach der Zusammensetzung und Menge der im evakuierten Behälter verbleibenden Gase und Dämpfe beurteilt. Diese Qualitätsmerkmale werden in gleicher Weise von der Größe und der Ausführung des Be hälters sowie von dem Konstruktionsprinzip, der techni schen Ausführung und der Pumpleistung des Vakuumsystems bestimmt. The quality of a vacuum is reached once after negative vacuum and secondly according to the composition and the amount of gases remaining in the evacuated container and vapors judged. These quality features are in same way of the size and design of the Be halters as well as the construction principle, the techni execution and the pumping capacity of the vacuum system certainly.

Die Auslegung des Vakuumpumpsystems und der einzelnen Va kuumpumpen richtet sich dabei ganz nach den Erfordernis sen des jeweiligen Einsatzfalles. In jedem Falle werden aber als erste Stufe Pumpen benötigt, die gegen den At mosphärendruck arbeiten. Diese Art Pumpen werden meist als Vorpumpen oder Grobvakuumpumpen bezeichnet, mit denen ein Grobvakuum bis etwa 1 mbar erzeugt werden kann. Daran schließt sich ein Bereich bis zu einem Druck von etwa 10^-3 mbar an, der als Feinvakuum bezeichnet wird. Bis zu diesen Drücken sind die anfallenden Gasmengen so hoch, daß überwiegend mechanische Pumpen eingesetzt werden.The design of the vacuum pump system and the individual vacuum pumps is based entirely on the requirements of the respective application. In any case, pumps that work against atmospheric pressure are required as the first stage. These types of pumps are usually referred to as backing pumps or rough vacuum pumps, with which a rough vacuum up to approximately 1 mbar can be generated. This is followed by a range up to a pressure of approximately 10 ^-3 mbar, which is referred to as a fine vacuum. Up to these pressures, the gas quantities are so high that mechanical pumps are predominantly used.

An diesen Druckbereich schließen sich der Hochvakuumbe reich mit einem Druck bis etwa 10^-7 mbar und der Ultra hochvakuumbereich mit einem Druck von weniger als 10^-7 bar an, in denen die in Gewichten ausdrückbaren Gasmengen nicht mehr im Vordergrund der Betrachtung stehen.This pressure range is followed by the high vacuum range with a pressure of up to 10 ^-7 mbar and the ultra high vacuum range with a pressure of less than 10 ^-7 bar, in which the gas quantities that can be expressed in weights are no longer in the foreground.

Zur Beurteilung von Vakuumpumpen für die Bereiche des Grobvakuums, des Feinvakuums und für die Anfänge des Hochvakuumbereiches werden in erster Linie die nach Gas- oder Dampfart aufgeschlüsselten Leistungsdaten bezüglich Kompressionsverhältnissen, Saugleistungen und Arbeits drücken an Saug- und Auspuffstutzen herangezogen. Sobald aber eine Pumpe, und das ist der häufigste Einsatzfall, im Bereich der molekularen Gasströmung arbeitet, wandern Gase und Dämpfe auch entgegen der Strömungsrichtung aus der Pumpe in den Behälter zurück. Dies hat nur dann keine nachteiligen Auswirkungen, wenn es sich um die gleichen Gase und Dämpfe wie die abgepumpten handelt. Wenn jedoch zur Erzeugung eines Vakuums eine Pumpe mit einem Ölbad-Schöpfraum, beispielsweise eine nasse Schieberpumpe benutzt wird oder wenn Lagerringe und Zahnräder bei spielsweise einer Wälzkolbenpumpe naß geschmiert werden, wandert eine gewisse Menge an Öldämpfen und deren Frak tionen entgegen der Hauptströmungsrichtung in die Rich tung des abzupumpenden Behälters.To assess vacuum pumps for the areas of Coarse vacuum, fine vacuum and for the beginnings of High vacuum range are primarily those according to gas or steam type broken down performance data regarding Compression ratios, suction power and work press on the intake and exhaust ports. As soon as but a pump, and that's the most common use, works in the field of molecular gas flow Gases and vapors also emanate from the direction of flow the pump back into the container. Only then does this have none adverse effects if they are the same Gases and vapors act like the pumped out. But when to create a vacuum with a pump Oil bath scoop, for example a wet slide pump is used or if bearing rings and gears for example a Roots pump can be lubricated wet, migrates a certain amount of oil vapors and their frac tion against the main flow direction in the Rich tion of the container to be pumped out.

In einigen Fällen stört das ungewollte Eindringen von Öl dämpfen in den Behälter sicherlich nicht. In den Fällen, in denen Öldämpfe im abzupumpenden Behälter erheblich stören oder sogar unakzeptabel sind, was mit zunehmenden Anforderungen an die erreichbaren Vakuumqualitäten immer häufiger zutrifft, gibt es nur die folgenden zwei Wege:
Der eine Weg besteht darin, die rückströmenden Öldämpfe auszufiltern, wobei die Saugleistung beträchtlich vermin dert wird. Als Beispiel ist hier der Einsatz von Zeolith- Filtern oder von mit Stickstoff gekühlten Baffles zu nen nen. Dabei ist jedoch zu beachten, daß eine derartige Filterung nur mit einer den physikalischen Gesetzmäßig keiten entsprechenden Effizienz durchführbar ist, so daß eine gewisse, wenn vielleicht auch kleine, Ölrückströmung nicht unterdrückt werden kann.
Der andere Weg besteht darin, Vakuumpumpen einzusetzen, die überhaupt keine Öldämpfe abgeben können. Derzeit sind als völlig ölfreie Pumpen trockenlaufende Schieberpumpen, Sorptionspumpen und Membranpumpen im Einsatz.In some cases, the unwanted penetration of oil vapors into the container certainly does not interfere. In cases where oil vapors in the container to be pumped up are considerably disruptive or even unacceptable, which is becoming more and more the case with increasing demands on the vacuum qualities that can be achieved, there are only two ways:
One way is to filter out the returning oil vapors, with the suction power being considerably reduced. One example is the use of zeolite filters or nitrogen-cooled baffles. It should be noted, however, that such filtering can only be carried out with an efficiency corresponding to the laws of physics, so that a certain, if small, oil backflow cannot be suppressed.
The other way is to use vacuum pumps that cannot give off oil vapors at all. Dry-running slide pumps, sorption pumps and diaphragm pumps are currently in use as completely oil-free pumps.

Wegen der enormen Reibungswärme, die beim Gleiten der Schieber auf der Gehäusewand entsteht, kann die trocken laufende Schieberpumpe nur mit genügendem Durchsatz von Gasen, die die Wärme abführen, betrieben werden. In dem Bereich, in dem die Ölrückströmung eine Rolle spielt, sind diese Pumpen deshalb nicht einsetzbar.Because of the enormous frictional heat, which when sliding the Slider on the housing wall arises, which can dry running slide pump only with sufficient throughput of Gases that dissipate the heat are operated. By doing Area where oil backflow plays a role therefore these pumps cannot be used.

Bei Sorptionspumpen werden die abzupumpenden Gase physi kalisch adsorbiert. Entsprechend den Gesetzmäßigkeiten der Adsorption arbeiten diese Pumpen bis zu einem Druck von etwa 10^-3 mbar mit einer befriedigenden Saugleistung. Der Nachteil dieser Pumpen besteht jedoch hauptsächlich darin, daß nur eine begrenzte Gasmenge adsorbiert werden kann. Danach muß jedes Mal eine Regenerierung der Adsorptionsbetten durchgeführt werden. Bei Membranpumpen wird durch Verbiegung von Membranen eine Volumenverdrängung erzeugt, die bei geeigneter Ventilsteuerung einen Pumpvorgang erlaubt. Diese Art Pumpen sind völlig ölfrei, ähnlich den Membrankompressoren. Der Nachteil besteht in dem hohen technischen Aufwand, den Membranpumpen erfor dern. Außerdem ist die Lebensdauer dieser Membranpumpen durch die in der Membrane erzeugten Spannungen begrenzt.In sorption pumps, the gases to be pumped out are physically adsorbed. In accordance with the laws of adsorption, these pumps operate with a satisfactory suction power up to a pressure of approximately 10 ^-3 mbar. The main disadvantage of these pumps is that only a limited amount of gas can be adsorbed. Thereafter, the adsorption beds must be regenerated each time. In diaphragm pumps, bending diaphragms results in volume displacement, which, with suitable valve control, allows pumping. These types of pumps are completely oil-free, similar to membrane compressors. The disadvantage is the high technical effort that diaphragm pumps require. In addition, the life of these diaphragm pumps is limited by the stresses generated in the diaphragm.

Aus Wutz, Adam, Walcher: Theorie und Praxis der Vakuumtechnik, 3. Aufl., Braunschweig 1986, S. 532 läßt sich unter 14.4.5 "Schmieren im Vakuum" entnehmen, daß die üblichen Schmiermittel nur bei Drücken größer als 10^-2 mbar verwendbar sind und daß im Bereich höheren Vakuums nur Trockenschmierstoffe in Frage kommen. Das bedeutet, daß mit höherem Vakuum betriebene Wälzkolbenpumpen im Pumpenraum völlig trocken laufen, die Zahnräder und Lager jedoch mit üblichen Schmiermitteln geschmiert sind.From Wutz, Adam, Walcher: Theory and Practice of Vacuum Technology, 3rd ed., Braunschweig 1986, p. 532 it can be seen under 14.4.5 "Lubrication in Vacuum" that the usual lubricants only at pressures greater than 10 ^-2 mbar can be used and that only dry lubricants can be used in the higher vacuum range. This means that Roots pumps operated with a higher vacuum run completely dry in the pump room, but the gears and bearings are lubricated with common lubricants.

Das ergibt sich aus der Veröffentlichung VDI-Bildungswerk "Mechanische Vakuumpumpen und ihr Einsatz in der chemischen Industrie", Dr.-Ing. H. U. Stein, Köln, unter 2.2.4, Seite 13, Absatz 2, wonach die dort beschriebene Kolbenwälzpumpe im Pumpenraum völlig trocken läuft und nur Zahnräder und Lager geschmiert werden. Bei diesen Wälzkolbenpumpen mit völlig trockenem Pumpenraum befinden sich seitlich zum Pumpenraum Ölräume, die Abdichtungen erfordern, um ein Eindringen von Öl in den trockenen Pumpenraum weitgehend zu verhindern.This results from the publication VDI-Bildungswerk "Mechanical vacuum pumps and their use in chemical Industry ", Dr.-Ing. H. U. Stein, Cologne, under 2.2.4, page 13, paragraph 2, after which the one described there Piston roller pump in the pump room completely dry runs and only gears and bearings are lubricated. At these Roots pumps with a completely dry pump chamber There are oil compartments on the side of the pump compartment, the seals require oil to penetrate into the largely prevent dry pump room.

Das bedeutet, daß es bisher keine ölfreie Pumpe gibt, die einen geringen Enddruck und eine hohe und kontinuierliche Saugleistung bei einem akzeptablen technischen Aufwand aufweist.This means that there is no oil-free pump yet a low final pressure and a high and continuous Suction power with an acceptable technical effort having.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzkol benpumpe der einleitend genannten Art zu schaffen, die vollkommen ölfrei ist und bei einem annehmbaren techni schen Aufwand sowie einer hohen Lebensdauer eine hohe und kontinuierliche Saugleistung aufweist.The invention has for its object a Wälzkol to create ben pump of the type mentioned in the introduction is completely oil-free and with an acceptable technology high effort and a long service life a high and has continuous suction power.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Lager der Wälzkolben und die Zahnräder mit einem Film aus Trockenschmierstoffen beschichtet sind und trocken laufen.To achieve this object, the invention provides that the bearings of the roots and the gears with one Film of dry lubricants are coated and run dry.

Auf diese Weise gelangt man zu einer Wälzkolbenpumpe, bei der sichergestellt ist, daß Öldämpfe und deren Fraktionen nicht entgegen der Hauptströmungsrichtung in die Richtung des abzupumpenden Behälters wandern. Gleichzeitig ist ge währleistet, daß die Pumpe bei einem annehmbaren Aufwand und bei einer hohen Lebensdauer eine hohe und kontinuier liche Saugleistung aufweist.In this way you get to a Roots pump, at which ensures that oil vapors and their fractions not in the opposite direction of the main flow of the container to be pumped out. At the same time it is ge ensures that the pump at an acceptable cost and with a long service life a high and continuous has suction power.

In dieser Wälzkolbenpumpe laufen die Lager und die Zahn räder mit einer Trockenschmierung, so daß diese Pumpe keine nassen Schmiermittel enthält und somit auch keine Öldämpfe abgeben kann.The bearings and the tooth run in this Roots pump wheels with dry lubrication so that this pump does not contain wet lubricants and therefore does not contain any Can give off oil vapors.

Hinzu kommt, daß wegen des Verzichts einer Ölschmierung für die Lager der Wälzkolben und für die Zahnräder auch entsprechende Abdichtungen des Pumpenraumes gegenüber den Räumen, in denen die Lager und die Zahnräder untergebracht sind, entfallen können.In addition, because of the lack of oil lubrication for the bearings of the roots and for the gears too appropriate seals of the pump room against the Rooms where the bearings and gears are housed are eliminated.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können als Lager Kugellager vorgesehen sein, deren Kugelkäfige aus Werkstoffen bestehen, die beim Reiben Trockenschmierstoffe abgeben. - Hierdurch ist eine ständig gute Schmierung gewährleistet. In a further embodiment of the invention can be used as a bearing Ball bearings are provided, the ball cages of which are made of materials consist of dry lubricants when rubbed submit. - This ensures constant good lubrication guaranteed.

Zweckmäßig sind zwischen den tragenden Kugeln der Kugel lager weitere Kugeln als Distanzhalter vorgesehen, die Schmierstoffe enthalten und diese beim Rollen und Reiben abgeben. - Auch durch diese Maßnahme ist eine ständige gute Schmierung gewährleistet.Are expedient between the supporting balls of the ball stock additional balls provided as spacers, the Contain lubricants and these when rolling and rubbing submit. - This measure is also permanent good lubrication guaranteed.

Außerdem können die Zahnräder aus Verbundwerkstoffen be stehen, die Trockenschmierstoffe enthalten.In addition, the gears can be made of composite materials stand that contain dry lubricants.

Die Zahnradflanken und die Lager können mit WS, MoS₂, Weichmetallen, PTFE oder deren Kombinationen beschichtet sein.The gear flanks and the bearings can be made with WS, MoS₂, Soft metals, PTFE or their combinations coated be.

Zweckmäßig bestehen die Lager und die Zahnräder aus porösen mit Festschmierstoffen getränkten Grundkörpern, insbesondere aus Molybdän-Kupfer-Verbundwerkstoffen oder Wolfram-Kup fer-Verbundwerkstoffen oder aus Materialien auf der Basis von Kohlefasern.The bearings and the gears are suitably made of porous Solid lubricants soaked base bodies, in particular Made of molybdenum-copper composite materials or tungsten-copper fer composite materials or based on materials of carbon fibers.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles des näheren er läutert. Die in der Zeichnung dargestellte Wälzkolbenpum pe 1 hat einen Antrieb 2 und ein Gehäuse 3. In dem Gehäu se 3 sind zwei Wälzkolben 4 und 5 parallel zueinander und drehbeweglich gelagert.The invention is based on an embodiment shown in the drawing of the closer he explains. The Roots pump 1 shown in the drawing has a drive 2 and a housing 3 . In the hous se 3 are two roots 4 and 5 parallel to each other and rotatably mounted.

Der Wälzkolben 4 ist von dem Antrieb 2 über eine An triebswelle 6 angetrieben und in einem Lager 7 gelagert. Des weiteren ist auf der der Antriebsseite 8 gegenüber liegenden Seite 9 die Antriebswelle 10 des Wälzkolbens 4 in einem Lager 11 gelagert. Auf einem Wellenfortsatz 12 ist ein Zahnrad 13 befestigt, das mit einem auf einem Wellenfortsatz 14 der Antriebswelle 15 des Wälzkolbens 5 vorgesehenen Zahnrad 16 kämmt. In der gleichen Weise wie der Wälzkolben 4 ist auch der Wälzkolben 5 in Lagern 17 und 18 drehbeweglich gelagert.The roots 4 is driven by the drive 2 via a drive shaft 6 and stored in a bearing 7 . Furthermore, the drive shaft 10 of the Roots piston 4 is mounted in a bearing 11 on the side 9 opposite the drive side 8 . On a shaft extension 12 , a gear 13 is attached, which meshes with a gear 16 provided on a shaft extension 14 of the drive shaft 15 of the Roots 5 . In the same way as the roots 4 , the roots 5 is rotatably supported in bearings 17 and 18 .

Das Lager 7 besteht aus zwei Schrägkugellagern 19, 20, die in X-Anordnung eingebaut sind, und ist durch einen Ring 21 axial fixiert.The bearing 7 consists of two angular contact ball bearings 19 , 20 , which are installed in an X arrangement, and is axially fixed by a ring 21 .

In der gleichen Weise wie das Lager 7 ist auch das Lager 18 ausgebildet. Beide Lager 7 und 18 sind als Festlager ausgeführt.The bearing 18 is designed in the same way as the bearing 7 . Both bearings 7 and 18 are designed as fixed bearings.

Auf der der Antriebsseite 8 gegenüberliegenden Seite 9 ist der Kolben 4 in einem aus zwei Schrägkugellagern 22 und 23 bestehenden Lager 11 drehbeweglich gelagert. Auch diese beiden Schrägkugellager sind in X-Anordnung ange bracht. Die beiden Lager 11 und 17 sind als Loslager aus gebildet.On the drive side 8 opposite side 9 of the piston 4 is rotatably mounted in a two-row angular contact ball bearings 22 and 23 bearing. 11 These two angular contact ball bearings are introduced in an X arrangement. The two bearings 11 and 17 are formed as a floating bearing.

Beim Betrieb der Wälzkolbenpumpe 1 wird mittels des An triebes 2 über die Antriebswelle 6 der Wälzkolben 4 und mit diesem das auf der gleichen Welle sitzende Zahnrad 13 angetrieben. Das Zahnrad 13 kämmt mit dem Zahnrad 16 und treibt dieses mit der gleichen Drehzahl an. Dadurch wird über die Antriebswelle 15 der Wälzkolben 5 mit der glei chen Drehzahl wie der Wälzkolben 4 angetrieben. Durch die beiden miteinander kämmenden Zahnräder 13 und 16 ist si chergestellt, daß beide Wälzkolben 4 und 5 synchron lau fen.During operation of the Roots pump 1 is driven by means of the drive 2 via the drive shaft 6 of the Roots 4 and with this the gear 13 seated on the same shaft. The gear 13 meshes with the gear 16 and drives it at the same speed. As a result, the roots 5 are driven via the drive shaft 15 at the same speed as the roots 4 . The two meshing gears 13 and 16 ensure that both roots 4 and 5 run synchronously.

Als Lager 7, 11, 17, 18 für die Wälzkolben 4, 5 werden zweck mäßig demontierbare Schrägkugellager eingesetzt, damit ein stabiler ungeteilter Käfig und viele Kugeln einge setzt werden können. Das Auslegungsprinzip der Lager ba siert darauf, daß der Käfig genügend Trockenschmierstoff enthält, der während der Lagerdrehung auf die im Käfig reibenden Kugeln und von diesen auf die Laufbahnen über tragen wird. Somit ist eine stetige Erneuerung der Schmierfilme solange sichergestellt, bis der Käfig ver schlissen ist. Da die Käfiggeometrie kaum Einfluß auf die Laufgenauigkeit der Lager hat, kann ein großer Abtrag von Käfigmaterial zugelassen werden.As bearings 7 , 11 , 17 , 18 for the roots 4 , 5 , appropriately removable angular contact ball bearings are used so that a stable undivided cage and many balls can be inserted. The design principle of the bearings is based on the fact that the cage contains enough dry lubricant that will be transferred to the balls in the cage during the rotation of the bearing and from these to the raceways. This ensures a constant renewal of the lubricating films until the cage is worn out. Since the cage geometry has little influence on the running accuracy of the bearings, a large amount of cage material can be removed.

Außer Schrägkugellagern sind auch andere Lagerformen, beispielsweise Rillenkugellager, Vierpunktlager, Rollen lager möglich, wenn Abstriche an der Lebensdauer der La ger akzeptiert werden.In addition to angular contact ball bearings, there are other types of bearings, for example deep groove ball bearings, four point bearings, rollers bearings possible if the life of the La be accepted.

Bei der Auslegung der trocken laufenden Lagerung ist darauf zu achten, daß keine thermisch bedingten Verspan nungen auftreten, da diese die Lebensdauer der Lagerung erheblich verkürzen können. In dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel sind deshalb die auf einer Seite befindli chen Lager 7 und 18 als Festlager und die auf der anderen Seite 9 angeordneten Lager 11 und 17 als Loslager ausge führt. Durch die Gestaltung der Lagerung in Form von dop pelten Schrägkugellagern wird zum einen eine erheblich größere Tragzahl und damit eine längere Lebensdauer er reicht, zum anderen erlaubt es diese Anordnung, Fest- und Loslagerungen vorzusehen, was normalerweise bei einzeln angeordneten Schrägkugellagern nicht möglich ist.When designing the dry running bearing, it must be ensured that no thermally induced tension occurs, as this can significantly shorten the service life of the bearing. In the illustrated exemplary embodiment, the bearings 7 and 18 located on one side are therefore fixed bearings and the bearings 11 and 17 arranged on the other side 9 as floating bearings. Due to the design of the storage in the form of double angular contact ball bearings, on the one hand a significantly higher load rating and thus a longer service life is sufficient, on the other hand, this arrangement allows fixed and floating bearings to be provided, which is normally not possible with individually arranged angular contact ball bearings.

Die X-Anordnung der Schrägkugellager 17, 20 bzw. 21, 23 ist zudem wenig empfindlich für geometrische Fehler in den Lagersitzen, die sich bei montierten Wälzkolben 4, 5 als Winkelfehler bemerkbar machen.The X arrangement of the angular contact ball bearings 17 , 20 and 21 , 23 is also not very sensitive to geometric errors in the bearing seats, which are noticeable as angular errors when the roots 4 , 5 are mounted.

Als Lagerstahl werden bevorzugt nichtrostende Wälzlager werkstoffe eingesetzt. Dabei muß der Wälzlagerwerkstoff bezüglich seines thermischen Ausdehnungsverhaltens dem Werkstoff der Wälzkolbenwelle 10, 15 angepaßt werden. Da die Wälzkolben 4, 5 meist aus Grauguß bestehen, sollte der Lagerwerkstoff in diesen Fällen ferritisch-martensitisch sein.Stainless bearing materials are preferably used as bearing steel. The rolling bearing material must be adapted to the material of the Roots shaft 10 , 15 with regard to its thermal expansion behavior. Since the roots 4 , 5 mostly consist of gray cast iron, the bearing material should be ferritic-martensitic in these cases.

Die Zahnräder 13, 16 sind mit einem sehr geringen Flanken spiel spezifiziert, weil größere Flankenspiele auch grö ßere Spalte zwischen den Wälzkolben 4, 5 bedingen würden. Größere Spalte haben aber eine verminderte Kompression zur Folge, so daß eine Vergrößerung des Flankenspiels die Qualität der Pumpe reduzieren würde. In einer herkömmli chen Wälzkolbenpumpe bereitet dieses geringe Flankenspiel keinerlei Probleme, auch nicht im Dauerbetrieb, da die Zahnräder 13, 16 und das Gehäuse 1 stets auf etwa dem gleichen Temperaturniveau liegen. Ursache dafür ist bei den bekannten Pumpen der Wärmetransport durch das Ölbad, das die in den Zahnrädern 13, 16 erzeugte Wärme ohne nen nenswerten Zeitverzug und größeren Temperaturgradient auf das Gehäuse 1 überträgt. Sobald die Zahnräder 13, 16 trocken und zudem noch im Vakuum laufen, kann die in den Zahnrädern 13, 16 erzeugte Reibungswärme nur noch über Strahlung und über Wärmeleitung entlang der Wälzkolben 4, 5 abfließen. Das bedeutet, daß die Zahnräder 13, 16 ein Temperaturniveau annehmen, das erheblich über dem des Ge häuses 1 liegt. The gears 13 , 16 are specified with a very small flank play, because larger flank clearances would also require larger gaps between the roots 4 , 5 . Larger gaps, however, result in reduced compression, so that increasing the backlash would reduce the quality of the pump. In a conventional Roots pump, this slight backlash causes no problems, not even in continuous operation, since the gears 13 , 16 and the housing 1 are always at approximately the same temperature level. The reason for this in the known pumps is the heat transfer through the oil bath, which transfers the heat generated in the gearwheels 13 , 16 to the housing 1 without any noteworthy time delay and greater temperature gradient. As soon as the gears 13 , 16 run dry and also still in a vacuum, the frictional heat generated in the gears 13 , 16 can only flow away via radiation and heat conduction along the roots 4 , 5 . This means that the gears 13 , 16 assume a temperature level which is considerably higher than that of the housing 1 Ge.

Die in der Zeichnung dargestellte Wälzkolbenpumpe trägt diesem Sachverhalt dadurch Rechnung, daß die Zahnräder 13, 16 aus einem Werkstoff gefertigt sind, der einen we sentlich kleineren thermischen Ausdehungskoeffizienten hat als der des Gehäuses. Bei einem Gehäuse aus Stahl bieten sich als Werkstoffe, die die notwendige Härte und ein gutes Reibungs- und Verschleißverhalten mit einem ge ringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten koppeln und die zudem noch ausreichend gut spanend bearbeitet werden können, Molybdän und seine Legierungen oder Verbundwerk stoffe auf Molybdänbasis an. Wenn die gefertigten Stück zahlen solcher Pumpen groß genug sind, sind auch Werk stoffe auf Wolframbasis denkbar.The Roots pump shown in the drawing takes this fact into account in that the gears 13 , 16 are made of a material that has a significantly smaller thermal expansion coefficient than that of the housing. For a housing made of steel, molybdenum and its alloys or composite materials based on molybdenum are suitable as materials that combine the necessary hardness and good friction and wear behavior with a low thermal expansion coefficient and that can also be machined sufficiently well. If the number of such pumps manufactured is large enough, tungsten-based materials are also conceivable.

Für den Fall, daß das Pumpengehäuse 3 aus einer Leichtme tallegierung hergestellt ist, können auch Zahnräder 13, 16 aus ferritisch-martensitischem Stahl wegen ihrer dann vergleichsweise geringen Wärmedehnung verwendet werden. In den Fällen, in denen die Anforderungen an das Vakuum nicht sehr hoch sind, ist es auch möglich, die in den Zahnrädern 13, 16 und Lagern 7, 11, 17, 18 erzeugte Wärme durch Anströmen mit sauberem Gas abzuführen. Dieses Gas wirkt dann ähnlich einem Gasbalast am Saugstutzen.In the event that the pump housing 3 is made of a light alloy, alloy wheels 13 , 16 made of ferritic-martensitic steel can also be used because of their then comparatively low thermal expansion. In cases where the demands on the vacuum are not very high, it is also possible to remove the heat generated in the gearwheels 13 , 16 and bearings 7 , 11 , 17 , 18 by inflowing them with clean gas. This gas then acts like a gas ballast on the suction nozzle.

Zur Schmierung werden Beschichtungen mit vakuumtauglichen Trockenschmierstoffen, wie beispielsweise WS, MoS₂, Weichmetalle, PTFE oder deren Kombinationen, auf die Zahnradflanken aufgebracht. Aus Molybdän können z. B. Schichten aus festhaftendem MoS₂ durch einfache Umwand lung im H₂S Autoklaven erzeugt werden.For lubrication, coatings with vacuum-compatible dry lubricants, such as WS, MoS ₂ , soft metals, PTFE or their combinations, are applied to the gear flanks. Molybdenum z. B. Layers of firmly adhering MoS ₂ can be generated by simple conversion in an H ₂ S autoclave.

Als zusätzliches Schmierstoffreservoir kann der Zahnrad werkstoff selbst gebraucht werden, wenn er als mehr oder weniger poröser Grundkörper mit Festschmierstoffen ge tränkt ist. Als Beispiel hierfür sind Molybdän- Kupfer- Verbundwerkstoffe oder Materialien auf der Basis von Koh lefasern zu nennen.The gear wheel can be used as an additional lubricant reservoir material itself if needed as more or less porous body with solid lubricants is soaked. Examples of this are molybdenum copper Composites or materials based on Koh to call fiber.

Im Versuch ist inzwischen an der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Wälzkolbenpumpe nachgewiesen worden, daß vollkommene Ölfreiheit mit hoher Saugleistung, mit geringem Mehraufwand gegenüber einer herkömmlichen Wälz kolbenpumpe und mit einer hohen Lebensdauer kombinierbar ist.The experiment is meanwhile on the one described above Roots pump according to the invention have been detected, that complete freedom from oil with high suction power, with little additional effort compared to a conventional roller piston pump and can be combined with a long service life is.

Claims

1. Roots pump with a drive and a housing, wherein two roots are rotatably mounted in the housing parallel to each other and rotatably and the one root is driven from the drive side and on the side opposite the drive side on the drive shafts of the roots each a gear for driving the other roots and for synchronizing the two roots, characterized in that bearings ( 7 , 11 , 17 , 18 ) of the roots ( 4 , 5 ) and the gears ( 13 , 16 ) are coated with a film of dry lubricants and run dry.

2. Pump according to claim 1, characterized in that as Bearings ball bearings are provided whose ball cages consist of materials that dry lubricants when rubbing submit.

3. Pump according to claim 2, characterized in that between the supporting balls of the ball bearings Balls are provided as spacers, the lubricants included and deliver them when rolling and rubbing.

4. Pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the gear wheels ( 13 , 16 ) consist of composite materials which contain dry lubricants.

5. Pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the gear flanks and the bearings ( 7 , 11 , 17 , 18 ) are coated with WS, MoS₂, soft metals, PTFE or combinations thereof.

6. Pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that the gears ( 13, 16 ) consist of a porous base body impregnated with solid lubricants, in particular made of molybdenum-copper materials or materials based on carbon fibers.