DE4325284A1 - Gehäuse für eine zweistufige Drehschiebervakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine zweistufige Dreh­ schiebervakuumpumpe mit zwei Schöpfräumen mit jeweils einer Ankeranlage sowie mit einem den Auslaß der Hochvakuumstufe mit dem Einlaß der Vorvakuumstufe verbindenden, im Gehäuse ange­ ordneten Kanal.

Aus der DE-A 23 54 039 ist ein Gehäuse dieser Art bekannt. Die Art und Weise der Verbindung des Einlasses der Vorvakuumstufe mit dem Auslaß der Hochvakuumstufe ist nicht genauer offenbart.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für eine zweistufige Drehschiebervakuumpumpe mit den eingangs erwähnten Merkmalen zu schaffen, bei der die Verbin­ dung zwischen dem Auslaß der Hochvakuumstufe und dem Einlaß der Vorvakuumstufe einfach herstellbar ist und ein möglichst kleines Volumen hat.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Dadurch, daß ein wesentlicher Bestandteil der Verbindungslei­ tung ein sich parallel zu den Schöpfraumachsen erstreckender Kanalabschnitt ist, ist dieser einfach zu fertigen, z. B. durch Bohren. Weiterhin besteht der Vorteil, daß dieser Kanal bei Inspektionsarbeiten auf seiner ganzen Länge einsehbar ist und damit auf Verschmutzungen überprüft werden kann. Die noch erforderlichen Querbohrungen, welche die Verbindung zu den beiden Stufen bilden, können sehr kurz gehalten werden, so daß der u. a. für die Pumpeigenschaften maßgebliche Totraum zwischen der Hochvakuumstufe und der Vorvakuumstufe optimal klein gehalten werden kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vakuumpumpe nach der Erfindung,

Fig. 2 und 3 schematische Querschnitte durch zwei verschiedene Ausführungsformen,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Schöpfraumes nach der Erfindung entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 3 und

Fig. 5 und 6 weitere, schematisch dargestellte Längs­ schnitte.

Die dargestellte Pumpe 1 umfaßt im wesentlichen die Baugruppen Gehäuse 2, Rotor 3 und Antriebsmotor 4.

Das Gehäuse 2 hat im wesentlichen die Form eines Topfes mit einer äußeren Wandung 5, mit dem Deckel 6, mit einem Innenteil 7 mit den Schöpfräumen 8, 9 sowie der Lagerbohrung 11, mit der Endscheibe 12 und dem Lagerstück 13, welche die Schöpfräume 8, 9 stirnseitig abschließen. Die Achse der Lagerbohrung 11 ist mit 14 bezeichnet. Exzentrisch dazu liegen die Achsen 15 und 16 der Schöpfräume 8, 9. Zwischen äußerer Wandung 5 und Innenteil 7 befindet sich der Ölraum 17, der während des Betriebs der Pumpe teilweise mit Öl gefüllt ist. Zur Kontrolle des Ölstandes sind im Deckel 6 zwei Ölaugen 18, 19 (maximaler, minimaler Ölstand) vorgesehen. Öleinfüll- und Ölablaßstutzen sind nicht dargestellt.

Innerhalb des Innenteils 7 befindet sich der Rotor 3, der in den Fig. 2 und 3 nochmals dargestellt ist. Er ist einteilig ausgebildet und weist zwei stirnseitig angeordnete Ankerab­ schnitte 21, 22 und einen zwischen den Ankerabschnitten 21, 22 befindlichen Lagerabschnitt 23 auf. Lagerabschnitt 23 und die Ankerabschnitte 21, 22 haben einen identischen Durchmesser. Die Ankerabschnitte 21, 22 sind mit Schlitzen 25, 26 für Schieber 27, 28 ausgerüstet. Diese sind jeweils von der zugehörigen Stirnseite des Rotors her eingefräst, so daß in einfacher Weise exakte Schlitzabmessungen erreicht werden können. Der Lagerab­ schnitt 23 liegt zwischen den Ankerabschnitten 21, 22. Lager­ abschnitt 23 und Lagerbohrung 11 bilden die einzige Lagerung des Rotors. Diese Lagerung muß eine ausreichende axiale Länge haben, damit ein Taumeln des Rotors vermieden wird. Die Länge der Lagerung ist zweckmäßig so zu wählen, daß bei maximal möglicher Schrägstellung des Rotors 3 aufgrund des Lagerspiels in der Lagerbohrung 11 der Rotor 3 immer noch schwimmt, d. h., daß er nicht gleichzeitig an seinen beiden Stirnseiten anläuft.

Der Ankerabschnitt 22 und der zugehörige Schöpfraum 9 sind länger ausgebildet als der Ankerabschnitt 21 mit dem Schöpfraum 8. Ankerabschnitt 22 und Schöpfraum 9 bilden die Hochvakuum­ stufe. Während des Betriebs steht der Einlaß der Hochvakuum­ stufe 9, 22 mit dem Ansaugstutzen 30 in Verbindung. Der Auslaß der Hochvakuumstufe 9, 22 und der Einlaß der Vorvakuumstufe 8, 21 stehen über die Gehäusebohrung 31 mit ihrer Achse 32 in Verbindung, die sich parallel zu den Achsen 15, 16 der Schöpf­ räume 8,9 erstreckt. Der Auslaß der Vorvakuumstufe 8, 21 mündet in den Ölraum 17, der den Ölsumpf 20 umfaßt. Dort beruhigen sich die ölhaltigen Gase und verlassen die Pumpe 1 durch den Auslaßstutzen 33. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen der beiden Pumpenstufen in Fig. 1 nicht dargestellt. Das Gehäuse 2 der Pumpe ist zweckmäßig ebenfalls aus möglichst wenig Teilen aufgebaut. Zumindest die die beiden Schöpfräume 8, 9 und den Ölraum 17 umfassenden Wandungsabschnitte 5, 7 sollten einstückig ausgebildet sein.

Koaxial mit der Achse 14 der Lagerbohrung 11 ist das Lagerstück 13 mit einer Bohrung 35 für einen Rotorantrieb ausgerüstet. Dieses kann unmittelbar die Welle 36 des Antriebsmotors 4 sein. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der freien Stirnseite der Antriebswelle 4 und dem Rotor 3 ein Kupplungsstück 37 vorgesehen. Die Kupplung des Rotors 3 mit dem Kupplungsstück 37 sowie des Kupplungsstückes 37 mit der Antriebswelle 36 erfolgt formschlüssig über Vor­ sprünge und korrespondierende Aussparungen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 3 auf seiner dem Kupplungs­ stück 37 zugewandten Stirnseite mit einer länglichen Aussparung 38 ausgerüstet, die sich senkrecht zum Schieberschlitz 26 er­ streckt (siehe auch Fig. 2). Mit einem länglichen Vorsprung 39 greift das Kupplungsstück 37 in die Aussparung 38 ein. Der Vorsprung 39 des Kupplungsstückes 37 ist seinerseits mit der Aussparung 41 ausgerüstet, welche den Schieber 28 umgreift. Eine entsprechende Verbindung besteht zwischen der Antriebs­ welle 36 mit ihrer länglichen Aussparung 42 und dem Kupplungs­ stück 37 mit dem korrespondierenden Vorsprung 43.

Die Aussparungen 38, 42 und die Vorsprünge 39, 43 können auch vertauscht sein. Fig. 3 zeigt eine weitere Lösung, bei der die antriebsseitige Stirnseite des Rotors 3 mit einem im Durchmes­ ser reduzierten Ansatz 44 ausgerüstet ist. Dadurch entsteht neben dem vom Schieber eingenommenen Raum ein Schlitz, in den ein länglicher Vorsprung am Kupplungsstück 37 oder an der Welle 36 eingreifen kann.

Bei vielen, insbesondere größeren zweistufigen Vakuumpumpen soll die Hochvakuumstufe 9, 22 ein größeres Saugvermögen als die Vorvakuumstufe haben. Um dieses bei identischem Durchmesser der Ankerabschnitte erreichen zu können, ist muß die axiale Länge der Hochvakuumstufe größer als die Länge der Vorvakuum­ stufe sein, z. B. mindestens doppelt so groß. Durch die an­ triebsseitige Anordnung der Hochvakuumstufe ergibt sich der Vorteil, daß nur die kurze Vorvakuumstufe fliegend gelagert ist, während sind die relativ lange Hochvakuumstufe im Kupp­ lungsstück 37 bzw. - wenn dieses nicht vorhanden ist - in der Welle 36 abstützt.

Die Pumpe nach Fig. 1 ist schließlich noch mit einer Ölpumpe ausgerüstet. Diese besteht aus dem in das Lagerstück 13 von der Motorseite her eingelassenen Schöpfraum 45 mit dem darin rotierenden Exzenter 46. Dem Exzenter liegt ein Sperrschieber 47 an, der unter dem Druck der Spiralfeder 48 steht.

Über eine Bohrung 51 steht der Einlaß der Ölpumpe 45, 46 mit dem Ölsumpf 20 in Verbindung. Alle Stellen der Pumpe 1, die Öl benötigen, stehen mit dem Auslaß der Ölpumpe 45, 46 in Verbin­ dung. Als Beispiel ist eine Bohrung 51′ dargestellt, die über eine Querbohrung 51′′ in den Lagerabschnitt 11 im Innenteil 7 der Pumpe 1 mündet und die dort befindliche Lagerung mit Schmieröl versorgt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Exzenter 46 der Ölpumpe Bestandteil des Kupplungsstückes 37. Er ist entweder fest oder formschlüssig - axial verschieblich auf dem Vorsprung 42 angeordnet - mit dem Kupplungsstück 37 verbunden. Insgesamt bildet die beschriebene Lösung die Möglichkeit auf eine sepa­ rate pumpenseitige Lagerung der Motorwelle 36 zu verzichten. Das Lagerstück 13 und - falls vorhanden - das Kupplungsstück 37 können diese Funktion übernehmen. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, im Bereich der dargestellten Stirnseite der Welle 36 Lageranstellkräfte für das im Bereich der nicht dargestell­ ten Stirnseite der Welle 36 vorhandene Lager zu erzeugen. Dazu ist die dargestellte Stirnseite mit einer zentralen Sackbohrung 49 versehen, in der sich die Druckfeder 50 befindet. Die Druckfeder 50 stützt sich auf dem Vorsprung 43 des Kupplungs­ stückes 37 sowie in der Sackbohrung 49 ab und erzeugt einander entgegengerichtete Kräfte auf die Welle 37 (Anstellkräfte für das nicht dargestellte Lager der Welle 36) und das Kupplungs­ stück 37. Insbesondere bei axial verschieblichem Exzenter 46 wirken sich diese Kräfte auch auf den Rotor 3 aus, dessen vorvakuumseitige Stirnseite damit gegen die Endscheibe 12 gedrückt wird. Diese Kraft reduziert den aufgrund des Spiels vorhandenen Spalt zwischen Rotorstirnseite und Endscheibe 12, so daß eine maßgebliche Verbesserung des Kompressionsvermögens und damit ein besserer Enddruck erzielt werden können. Dieser Vorteil der Dichtheit im Bereich der Vorvakuumstufe ergibt sich unabhängig von den vorhandenen Toleranzen und kann deshalb ohne besondere Erhöhung des Fertigungsaufwandes erzielt werden.

Das Kupplungsstück 37 bildet außerdem noch die Lauffläche für einen Dichtring 55, der sich in einer ringförmigen Aussparung 56 im Lagerstück 13 befindet, und zwar auf der dem Schöpfraum 9 zugewandten Seite des Lagerstücks 13. Ist der Rotor 3 unmit­ telbar mit der Antriebswelle 36 gekoppelt, dann kann das Lagerstück 13 mit einer weiteren - motorseitigen - Aussparung für einen Dichtring ausgerüstet sein. Schließlich hat das Lagerstück 13 noch die Funktion, die Pumpe 1 über den am Lagerstück 13 angeschraubten Fuß 57 abzustützen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ölpumpe 45, 46 ist das Lagerstück 13 auf seiner dem Motor 4 zugewandten Seite mit einer kreisförmigen Aussparung 58 ausgerüstet, in der sich eine Scheibe 59 befindet. Diese wird vom Gehäuse 61 des An­ triebsmotors 4 in ihrer Position gehalten. Sie ist mit einer zentralen Bohrung 62 ausgerüstet, die von der Welle 36 des Antriebsmotors 4 durchsetzt ist. Die Welle 36 bildet die Lauffläche für einen zweiten Wellendichtring 63, der sich in einer motorseitigen Aussparung 64 der Scheibe 59 befindet. Außerdem hat die Scheibe 59 die Aufgabe, den Schöpfraum 45 der Ölpumpe 45, 46 zu begrenzen. Schließlich kann die Scheibe 59 - allein oder zusammen mit dem Lagerstück 13 - ebenfalls die einzige pumpenseitige Lagerung der Motorwelle 36 bilden.

In Fig. 2 sind außerdem der Auslaß 75 der Hochvakuumstufe und der Einlaß 76 der Vorvakuumstufe erkennbar. An den in Dreh­ richtung 74 vor der Ankeranlage 72 gelegenen Auslaß 75 schließt sich eine Bohrung 77 (gestrichelt) an, die den Auslaß 75 mit dem Kanalabschnitt 31 verbindet. Eine entsprechende Bohrung 78 führt vom Kanalabschnitt 31 zum Einlaß 76 der Vorvakuumstufe, die - in bezug auf die Drehrichtung 74 - hinter der Ankeranlage 71 angeordnet ist. Die Bohrungen 77, 78 verlaufen schräg zur Ebene 73.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 ermöglicht bei konzentrisch gelegenen Schöpfräumen 8, 9 und geradem Kanalabschnitt 31 eine Verbindung von Hochvakuumstufe und Vorvakuumstufe mit möglichst kleinen Volumen (Totvolumen).

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist dieses Volumen noch kleiner, da die Bohrungen 77, 78 wesentlich kürzer sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Schöpfräume 8, 9 gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2 jeweils um einen kleinen Betrag versetzt und verdreht. Diese Beträge sind so gewählt, daß der Auslaß 75 der Hochvakuumstufe, der Einlaß 76 der Vorvakuumstufe und die Bohrungen 77, 78, die den Auslaß 75 bzw. den Einlaß 76 mit dem Kanalabschnitt 31 verbinden, axial hintereinander liegen. Die Ankeranlagen 71, 72 liegen jeweils seitlich davon, bei der Hochvakuumstufe in Bezug auf die Drehrichtung 74 hinter dem Auslaß 75, bei der Vorvakuumstufe vor dem Einlaß 76. Bei dieser Ausführungsform liegen die Achsen der Schöpfräume 15, 16 in einer Ebene 79, die sich senkrecht zur Ebene 73 - gebildet durch die Achsen 32 und 14 - erstreckt. Auch die Achsen der Bohrungen 77, 78 liegen in der Ebene 73. Innerhalb dieser Ebene können sie auch geneigt angeordnet sein.

Die Vorteile der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 liegen nicht nur in dem sehr kleinen Totvolumen zwischen den beiden Pumpstufen; wegen des Versatzes der Schöpfräume 8, 9 entfallen komplizierte Gußkanäle, so daß sich insgesamt eine fertigungstechnische Vereinfachung ergibt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen nochmals vereinfacht Schnitte durch Ausführungsbeispiele von Pumpen mit erfindungsgemäß gestalteten Gehäusen. Bei beiden Pumpen sind die Wandung 5 und der Deckel 6 einstückig ausgebildet und bilden eine Haube, die das Innenteil 7, 12 umschließt und gemeinsam damit den Ölraum 17 bildet. Das Gehäuseteil 7 (Pumpen- bzw. Ankerring), das beide Schöpfräume 8, 9 und die Lagerbohrung 11 bildet, ist beim Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 5 einstückig. Fig. 6 zeigt eine Version, bei der das Lagerstück 13 und der Gehäuseabschnitt 7′, der den lagerstückseitigen Schöpfraum 9 umschließt, einstückig ausge­ bildet sind.

Claims (16)

1. Gehäuse (2) für eine zweistufige Drehschiebervakuumpumpe (1) mit zwei Schöpfräumen (8, 9) mit jeweils einer Anker­ anlage (71 bzw. 72) sowie mit einem den Auslaß (75) der Hochvakuumstufe mit dem Einlaß (76) der Vorvakuumstufe verbindenden, im Gehäuse (2) angeordneten Kanal (77, 31, 78), dadurch gekennzeichnet, daß Bestandteil des Kanales (77, 31, 78) ein sich parallel zu den Achsen (15, 16) der Schöpfräume (8, 9) erstreckender Kanalabschnitt (31) ist, der über Bohrungen (77, 78) mit dem Auslaß (75) des Schöpfraumes (9) der Hochvakuumstufe (9, 22) bzw. mit dem Einlaß (76) des Schöpfraumes (8) der Vorvakuumstufe (8, 21) verbunden ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß sich zwischen den Schöpfräumen (8, 9) eine die Krümmung der Ankeranlagen (71, 72) bestimmende Lagerbohrung (11) befindet.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrung (11) die einzige Lagerbohrung im Gehäuse (2) ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfräume (8, 9) konzentrisch zueinander und die Ankeranlagen (71, 72) axial hintereinander in unmittel­ barer Nähe des Kanalabschnittes (31) derart angeordnet sind, daß die Achse (32) des Kanalabschnittes (31) und die Achse (14) der Lagerbohrung (11) eine Ebene (73) bilden, in der auch die Achsen (15, 16) der Schöpfräume (8, 9) liegen.

5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bohrungen (77, 78) schräg zur Ebene (73) erstrecken und in den jeweils seitlich neben der jeweiligen Ankeran­ lage (71 bzw. 72) gelegenen Auslaß (75) der Hochvakuum­ bzw. Einlaß (76) der Vorvakuumstufe münden.

6. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfräume (8, 9) gegenüber einer konzentrischen Anordnung jeweils um einen solchen Betrag verdreht und versetzt sind, daß die Bohrungen (77, 78) in der durch die Achse (32) des Kanalabschnittes (31) und die Achse (14) der Lagerbohrung (11) bestimmten Ebene (73) liegen.

7. Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ankeranlagen (71, 72) jeweils seitlich vom Auslaß (75) der Hochvakuumstufe bzw. Einlaß (76) der Vorvakuumstufe befinden.

8. Gehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (15, 16) der Schöpfräume (8, 9) eine Ebene (79) bilden, die senkrecht zur Ebene (73) liegt, bestimmt durch die Achse (14) der Lagerbohrung (11) und der Achse (32) des Kanalabschnittes (31).

9. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (7), in dem sich die Schöpfräume (8, 9) befinden, einstückig ausgebildet ist.

10. Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (7) zusammen mit einem äußeren, einen Ölraum (17) umfassenden Gehäuseteil (7) zusammen einstückig ausgebildet ist.

11. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein antriebsseitiges Lagerstück (13) vorge­ sehen ist und daß dieses mit dem Gehäuseabschnitt (7′) einstückig ausgebildet ist, das den lagerstückseitigen Schöpfraum (9) umschließt.

12. Gehäuse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuseteil (5, 7) als Haube gestaltet ist.

13. Pumpe mit Rotor (3) und einem Gehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) einstückig ausgebildet ist.

14. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ankerabschnitte (21, 22) des Rotors (3) stirnseitig angeordnet sind, daß der zwischen den Ankerabschnitten (21, 22) befindliche Lagerabschnitt (11) der einzige Lagerabschnitt ist und daß beide Schieberschlitze (25, 26) von ihrer jeweiligen Stirnseite her offen sind.

15. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerabschnitt (22) der Hochvakuumstufe (9, 22) mindestens doppelt so lang ist wie der Ankerabschnitt (21) der Vorvakuumstufe (8, 21).

16. Pumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Lagerabschnittes (11) mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 25%, der Länge des Rotors (3) beträgt.