DE4233142A1 - Verfahren zum Betrieb einer Klauenvakuumpumpe und für die Durchführung dieses Betriebsverfahrens geeignete Klauenvakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Klauenvakuumpumpe mit zwei oder mehr Stufen, die jeweils einen Schöpfraum mit einem Klauenrotorpaar und stirnseitig angeordnete Ansaug- bzw. Austrittsöffnungen aufweisen. Außerdem betrifft die Erfindung eine für die Durchführung dieses Betriebsverfahrens geeignete Klauenvakuumpumpe.

Aus der EU-A 365 695 ist eine Klauenvakuumpumpe bekannt. Jeder Rotor der Klauenrotorpaare ist jeweils mit einer Klaue (Zahn) und einer Aussparung ausgerüstet. Sie führen ihre Drehbewegung kämmend und berührungsfrei im Schöpfraum aus. Während der syn­ chronen Bewegung der Rotoren bilden sich zunächst vergrößernde und dann wieder verkleinernde Räume aus, die das auf der Saug­ seite eingeströmte Gas zur Druckseite fördern. Die Klauen haben die Aufgabe, die Saugseite von der Druckseite zu trennen. Die peripheren Oberflächenbereiche der Klauen bilden dazu mit der peripheren Schöpfrauminnenwand die notwendigen Dichtspalte. Während des kämmenden Durchgangs der Klauen-Aussparung-Zonen der Rotoren durch den zentralen Bereich des Schöpfraumes (Durch­ tauchphase) können die Klauen ihre Aufgabe, die Saugseite von der Druckseite zu trennen, nicht erfüllen, da sie sich in dieser Phase nicht mehr in der Nähe der peripheren Schöpfrauminnenwand bewegen. In dieser Phase ist es deshalb erforderlich, daß die Trennung von Ansaug- und Druckseite dadurch sichergestellt ist, daß die Ansaug- oder Austrittsöffnung - oder beide - geschlossen ist/sind. Dieses geschieht in bekannter Weise durch die Rotoren selbst. Die Ansaug- und Austrittsöffnungen sind stirnseitig derart angeordnet und ausgebildet, daß sie mit Hilfe der Ausspa­ rungen in den Rotoren geöffnet bzw. geschlossen werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klauenvakuumpumpe derart zu betreiben und auszubilden, daß ihr Betrieb durch in die Pumpe gelangende Flüssigkeiten - seien es Kondensationen oder aufgrund von Betriebsfehlern der zu evakuie­ renden Anlage in die Pumpe gelangende Flüssigkeiten - nicht gefährdet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Pumpe ohne innere Verdichtung betrieben wird und daß die aus mindestens einer - vorzugsweise allen - Stufe(n) austretenden Gase gekühlt werden. "Ohne innere Verdichtung" bedeutet, daß sich verklei­ nernde, nicht mit der jeweiligen Austrittsöffnung in Verbindung stehende Fördervolumina nicht vorhanden sein dürfen. Für die Ausbildung und Anordnung der jeweiligen Austrittsöffnung heißt das, daß sie sich unmittelbar nach dem Abschluß der Durchtauch­ phase öffnen und bis zum Beginn der nächsten Durchtauchphase ihre Offenstellung beibehalten muß. Der Betrieb einer in dieser Weise betriebenen bzw. ausgebildeten Klauenvakuumpumpe ist selbst dann nicht gefährdet, wenn sich die Schöpfräume vollständig mit Flüssigkeit füllen. Sich verkleinernde, abgeschlossene Fördervo­ lumina, die wegen der Inkompressibilität der Flüssigkeiten zu einem Blockieren der Pumpe führen würden, treten nicht auf.

Bei einer ohne innere Verdichtung betriebenen Klauenvakuumpumpe ist die zu leistende Verdichtungsarbeit größer als bei einer mit innerer Verdichtung betriebenen Pumpe. Dadurch auftretende thermische Probleme werden durch die vorgesehene Kühlung ver­ mieden. Zweckmäßig erfolgt die Kühlung der Gase mit Hilfe einer Kühleinrichtung, die der jeweiligen Austrittsöffnung der Pump­ stufen nachgeordnet ist. Bei in dieser Weise ausgebildeten Klauenpumpen wird das aus einer Stufe ausgeschobene Gas in der sich an die Austrittsöffnung anschließenden Kühleinrichtung gekühlt. Da während des Betriebs der Pumpe - außer in der An­ fahrphase - der Ansaugdruck einer Stufe kleiner ist als der Ausschubdruck, strömt unmittelbar nach dem öffnen der Austritts­ öffnung ein Teil der gekühlten Gase in den Schöpfraum zurück und reduziert die Temperatur der in der nächsten Ausschubphase geförderten Gase.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß eine die beiden Schöpfräume auf einanderfolgender Stufen trennende Scheibe als Kühler ausgebildet ist. Bei dieser Lösung ist der Kühler der Austrittsöffnung der ersten der beiden Stufen unmittelbar nachgeordnet, so daß eine wirksame Kühlung der jeweils zurückströmenden Gasanteile bewirkt wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine zweistufige Klauenvakuum­ pumpe in Höhe einer der beiden Wellen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Rotorpaar in der saugsei­ tigen Stufe oder - bei mehr als zwei Stufen - in einer Zwischenstufe und

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Rotorpaar in der drucksei­ tigen Stufe.

Bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbei­ spielen handelt es sich jeweils um Teile einer Klauenvakuumpumpe 1 mit zwei Wellen 2, 3, auf denen die Rotorpaare 4, 5 bzw. 6, 7 befestigt sind. Die Rotorpaare 4, 5 und 6, 7 sind vom Klauentyp. Sie rotieren in den Schöpfräumen 8, 9, die von mehreren Gehäuse­ teilen 11, 12, 13 gebildet werden. Fig. 1 zeigt, daß das Gehäu­ seteil 11 eine Scheibe ist, in die Abgaskanäle 14, 15 eingelassen sind. Die Scheibe 11 stützt sich auf einem Gehäuseteil 16 ab, in dem die Wellen 2, 3 in den Lagern 17 fliegend gelagert sind und in dem sich der nicht dargestellte Antriebmotor befindet. Die Schöpfräume 8, 9 werden von den topfähnlich gestalteten Gehäuse­ teilen 12, 13 gebildet, die auf die Scheibe 11 aufgesetzt sind. Das Gehäuseteil 12 bildet gleichzeitig die Trennscheibe 18 zwischen den beiden Schöpfräumen 8, 9. Die Wellen 2, 3 durchset­ zen die Scheiben 11 und 18. In Höhe dieser Scheiben sind sie mit Buchsen 21, 22 ausgerüstet, deren Außenseite mit den Scheiben 11, 18 Labyrinthdichtungen bilden. In nicht näher dargestellter Weise werden die einzelnen Gehäuseteile durch Bolzen zusammengehalten.

Der Ansaugkanal 24 durchsetzt das Gehäuseteil 13 und mündet in die stirnseitig angeordnete Ansaugöffnung 25 (Fig. 2). Die sich entlang eines Kreisbogens erstreckende, schlitzförmige Ansaug­ öffnung 25 liegt konzentrisch zur Welle 2 und wird von der Aussparung 26 im Rotor 4 gesteuert. Die sich ebenfalls entlang eines Kreisbogens erstreckende, schlitzförmig ausgebildete und konzentrisch zur Welle 3 angeordnete Austrittsöffnung 27 befindet sich in der Scheibe 18. Ihr Offen- bzw. Schließzustand wird von der Aussparung 28 im Rotor 5 gesteuert. An die Austrittsöffnung 27 schließt sich ein die Scheibe 18 durchsetzender Kanal 29 an, der in die Ansaugöffnung 30 (Fig. 3) der zweiten Stufe mündet. In der Scheibe 11 befinden sich zwei Austrittsöffnungen 31 und 32, an die sich jeweils die Abgaskanäle 14, 15 anschließen.

An die Abgaskanäle 14, 15 schließen sich außerhalb der Pumpe 1 Abgasleitungen 33, 34 an, die in das Gehäuse 35 eines Kühlers 36 münden. Aus einem nicht dargestellten, mit dem Ansaugkanal 24 verbundenen Rezipienten angesaugte und durch die Pumpe 1 geför­ derte Gase verlassen den Kühler 36 durch den Austrittsstutzen 37. In den Mantelbereichen der Gehäuseteile 12, 13 befinden sich Kühlkanäle 38, 39, die während des Betriebes von einem Kühlmittel durchströmt sind. Weitere Kühlkanäle 40 können in den Scheiben 11, 18 vorgesehen sein, wenn diese gleichzeitig die Funktion eines Kühlers haben.

Um das dargestellte Ausführungsbeispiel einer Klauenvakuumpumpe ohne innere Verdichtung betreiben zu können, ist eine besondere Gestaltung und Anordnung der Austrittsöffnungen 27 bzw. 31, 32 erforderlich.

Zur Erläuterung dieser Anordnung in der ersten Stufe (Ansaugstu­ fe, Fig. 2) ist das Klauenrotorpaar 4, 5 in zwei verschiedenen Positionen dargestellt. In ihrer langgestrichelt dargestellten Position haben die Klauen und Aussparungen der Rotoren 4, 5 soeben ihre Durchtauchphase beendet. Die Fortsetzung der Drehbe­ wegung (vgl. Pfeile 41, 42) bewirkt eine Vergrößerung des zwi­ schen den Klauen befindlichen (kleinen) Raumes 43 und eine Verkleinerung des ebenfalls zwischen den Klauen befindlichen (großen) Raumes 44. Der kleine, sich vergrößernde Raum 43 ist der Ansaugraum und wird nach kurzer Fortsetzung der Drehbewegung mit der Ansaugöffnung 25 in Verbindung stehen. Der große, sich verkleinernde Ausschubraum 44 wird unmittelbar nach der Durch­ tauchphase mit der Austrittsöffnung 27 verbunden, damit eine innere Kompression nicht eintritt.

In ihrer in Fig. 2 kurzgestrichelt dargestellten Position beginnen die Klauen und Aussparungen soeben ihre Durchtauchphase. Der Ansaugraum 43′ hat sein größtes Volumen. Die Aussparung 26 hat soeben die Ansaugöffnung 25 geschlossen. Der Ausschubraum 44′ hat sein kleinstes Volumen angenommen. Während der vorhergegan­ genen Verkleinerung des Volumens des Ausschubraumes 44′ war die Austrittsöffnung 27 ständig offen. Eine Kompression der geför­ derten Gase ist nicht eingetreten. In der kurzgestrichelt darge­ stellten Position der Rotoren hat die Aussparung 28 die Austritts­ öffnung 27 soeben geschlossen.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Druckstufe dargestellt. Die Rotoren 6, 7 mit ihren Aussparungen 45, 46 sind wieder in verschiedenen Positionen dargestellt, wobei die kurz- und lang­ gestrichelt dargestellten Positionen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entsprechen. Eine weitere Stellung ist strichpunktiert dargestellt, um einen Unterschied zur Ausführung nach Fig. 2 zu erläutern. Die zweite Stufe (Druckstufe nach Fig. 3) unterschei­ det sich von der in Fig. 2 dargestellten Saugstufe (oder Zwi­ schenstufe bei einer Pumpe mit mehr als zwei Stufen) dadurch, daß zwei Austrittsöffnungen (31, 32) vorgesehen sind. Damit das Ziel "keine innere Kompression" erfüllt bleibt, darf der Abstand der beiden Austrittsöffnungen nicht größer sein als die Weite der Aussparung 46, alles bezogen auf den Kreisbogen, auf dem die Austrittsöffnungen 31, 32 liegen. Dadurch wird erreicht, daß der sich verkleinernde Ausschubraum 44 ständig mit einer der beiden Austrittsöffnungen 31, 32 verbunden ist.

Aufgrund der Tatsache, daß zwei Austrittsöffnungen 31, 32 vor­ handen sind, wird erreicht, daß ein Teil der durch die Aus­ trittsöffnung 32 ausgestoßenen und über die sich anschließenden Kanäle 15, 34 in den Kühler 36 gelangenden Gase (Pfeil 47) über die Kanäle 33, 14 (Pfeil 48) durch die Austrittsöffnung 31 in den Schöpfraum 9 zurückströmt, wenn sich die Austrittsöffnung 31 bei der nächsten Umdrehung des Rotors 7 wieder öffnet. Da die Lei­ tungen 33, 34 derart an das Gehäuse des Kühlers 36 angeschlossen sind, daß der zurückströmende Anteil auch den Kühler selbst durchströmt hat, kann ein Kühlluftkreislaufaufrechterhalten werden, der die aufgrund der erhöhten Verdichtungsarbeit entste­ hende Wärme abführt.

Auch bei der ohne innere Verdichtung betriebenen Saug- oder Zwischenstufe mit den Rotoren 4,5 (Fig. 2) tritt der Effekt des Einströmens von Gasen in den Schöpfraum 8 unmittelbar nach der Öffnung der Austrittsöffnung 27 auf, solange der Ansaugdruck ausreichend niedrig ist. Nur bei hohen Ansaugdrücken in der Anfahrphase ist das nicht der Fall. Durch Kühlung der Zwischen­ scheibe 18 (Kühlkanal 40) mit dem Gasförderkanal 29 kann die entstehende Wärme abgeführt werden. Wird eine Aufteilung der Austrittsöffnung 27 entsprechend Fig. 3 (Austrittsöffnungen 31, 32) vorgenommen, dann wird der Kühleffekt noch verbessert. Zweckmäßig hat der Abgaskanal 29 einen vergrößerten Strömungs­ querschnitt, so daß die Gasverweilzeit und damit die Kühlwirkung ebenfalls größer wird. Durch die Kühlung insbesondere im Kanal 29 entstehendes Kondensat gelangt über die Ansaugöffnung 30 in die sich anschließende Stufe und wird durch diese Stufe ausgefördert.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb einer Klauenvakuumpumpe (1) mit zwei oder mehr Stufen, die jeweils einen Schöpfraum (8, 9) mit einem Klauenrotorpaar (4, 5; 6, 7) und stirnseitig angeord­ nete Ansaug- bzw. Austrittsöffnungen (25, 27; 30, 31, 32) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) ohne innere Verdichtung betrieben wird und daß die aus mindestens einer - vorzugsweise allen - Stufe(n) austretenden Gase gekühlt werden.

2. Klauenvakuumpumpe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei oder mehr Stufen, die jeweils einen Schöpfraum (8, 9) mit einem Klauenrotorpaar (4, 5; 6, 7) und stirnseitig angeordnete Ansaug- bzw. Austrittsöffnungen (25, 27, 30, 31, 32) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Stufe die Austrittsöffnung (27; 31, 32) derart ange­ ordnet und ausgebildet ist, daß sie unmittelbar nach dem Ende einer Durchtauchphase geöffnet und erst mit dem Beginn der nächst folgenden Durchtauchphase geschlossen wird.

3. Klauenvakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Gase mit Hilfe einer Kühleinrichtung (18, 38; 36) erfolgt, die der jeweiligen Austrittsöffnung (27; 31, 32) nachgeordnet ist.

4. Klauenvakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Schöpfräume (8, 9) von zwei aufeinanderfolgen­ den Stufen trennende Scheibe (18) oder/und eine vom druck­ seitigen Auslaßkanal durchsetzte Scheibe (11) als Kühler ausgebildet ist.

5. Klauenvakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Scheibe (18) durchsetzende, die beiden Stufen miteinander verbindende Gasförderkanal (29) zum Zwecke der Erhöhung der Verweilzeit der Gase einen vergrößerten Strö­ mungsquerschnitt hat.

6. Klauenvakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (36) extern angeordnet ist.

7. Klauenvakuumpumpe nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abgasleitung (14, 15; 29; 33, 34, 37), die sich an eine Austrittsöffnung (27; 31, 32) einer Stufe anschließt, mit einem Kühler (36) in Verbindung steht.

8. Klauenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Austrittsöffnungen (31, 32) vor­ handen sind und daß ihr Abstand kleiner ist als die Weite der die Austrittsöffnungen steuernden Aussparung (46).

9. Klauenvakuumpumpe nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich an jede der beiden Austrittsöff­ nungen (31, 32) eine separate Abgasleitung (33, 34) an­ schließt und daß beide Abgasleitungen in das Gehäuse (35) des Kühlers (36) münden.

10. Klauenvakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abgasleitungen (33, 34) derart in das Gehäuse (35) des Kühlers (36) münden, daß durch eine (34) der beiden Abgasleitungen in den Kühler eintretendes und durch die zweite Abgasleitung (33) zum Schöpfraum (8, 9) zurückströ­ mendes Gas den Kühler (36) durchströmt.

11. Klauenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zweistufig ausgebildet ist, daß die die beiden Stufen trennende Scheibe (18) als Kühler für die aus der Saugstufe angeschobenen Gase ausgebildet ist und daß der Druckstufe ein externer Kühler (36) für die aus der Druckstufe ausgeschobenen Gase zugeordnet ist.

12. Klauenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Systeme (Wellen 2, 7; Rotoren 4, 5; 6, 7) fliegend in einem Gehäuse (16) gelagert sind.

13. Klauenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß topfähnlich gestaltete Gehäuseteile (12, 13) die Schöpfräume (8, 9) bilden.

14. Klauenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß neben im Gehäusemantel befindlichen Kühlkanälen (38, 39) weitere Kühlkanäle (40) vorgesehen sind, die sich in Scheiben (11, 18) befinden, die die sich an die Austrittsöffnungen (27; 31, 32) anschließenden Abgaskanäle (29; 14, 15) aufnehmen.