DE4325286A1 - Zweistufige Drehschiebervakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehschiebervakuumpumpe mit einer Hochvakuumstufe, mit einer Vorvakuumstufe, mit einem im wesentlichen zylindrischen, Rotor, der Lager- und Ankerabschnit­ te gleichen Durchmessers aufweist, wobei sich ein Lagerab­ schnitt zwischen zwei Ankerabschnitten befindet und die Anker­ abschnitte mit Schieberschlitzen ausgerüstet sind, und mit einem etwa topfförmigen Gehäuse, das die Schöpfräume umschließt und dessen Bodenteil als Lagerstück mit einem Durchtritt für einen Rotorantrieb ausgebildet ist.

Hochvakuumpumpen erfordern eine äußerst präzise Fertigung der einzelnen, die Gasförderung bewirkenden Bauteile. Sind bei­ spielsweise bei einer Drehschiebervakuumpumpe die Spalte zwischen den Schiebern und den zugehörigen Schieberschlitzen im Rotor, die Spalte im Bereich der Ankeranlagen oder - bei einer zweistufigen Drehschiebervakuumpumpe - die Spalte im Abdich­ tungsbereich zwischen der Hochvakuumstufe und der Vorvakuum­ stufe zu groß, dann treten der gewünschten Förderrichtung entgegengerichtete Strömungen (Rückströmungen) auf, die die Pumpeigenschaften - Saugvermögen, Kompression, Enddruckver­ halten usw. - maßgeblich beeinträchtigen.

Aus der DE-A-23 54 039 (Fig. 3) ist eine zweistufige Drehschie­ bervakuumpumpe der eingangs erwähnten Art bekannt. Neben dem zwischen den Ankerabschnitten befindlichen Lagerabschnitt weist der Rotor auf einer seiner beiden Stirnseiten - auf der Seite der Vorvakuumstufe - noch einen weiteren Lagerabschnitt auf. Beide Schieberschlitze müssen deshalb von der anderen Stirn­ seite her - der Hochvakuumseite - in den Rotor gefräst werden. Nachteilig daran ist, daß dazu eine Frässcheibe mit einem relativ großen Radius - größer als die Summe aus den Längen beider Schieber und der Länge des mittleren Lagerabschnittes - verwendet werden muß. Außerdem muß nach dem Fräsen der Schie­ berschlitze zum Zwecke der Herstellung eines betriebsfähigen Rotors in Höhe des mittleren Lagerabschnittes wieder ein Füllstück eingesetzt werden, damit die dichte gegenseitige Trennung der beiden Stufen der Vakuumpumpe sichergestellt ist. Die Herstellung eines Rotors dieser Art ist aufwendig. Das Einfräsen der Schieberschlitze ist wegen der Notwendigkeit, eine Frässcheibe mit relativ großem Durchmesser verwenden zu müssen, nur mit begrenzter Toleranz möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweistufige Drehschiebervakuumpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einfacher und mit größerer Präzision herge­ stellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst. Dadurch, daß es nicht mehr nötig ist, einen zweiten Lagerabschnitt auf einer der beiden Stirnseiten des Rotors vorzusehen, kann jeder Schieberschlitz von seiner zugehörigen Stirnseite her in den Rotorzylinder gefräst werden. Die Herstellung eines Schlitzabschnittes, der nachträglich wieder verfüllt werden muß, ist nicht mehr erfor­ derlich. Frässcheiben mit wesentlich kleineren Radien können eingesetzt und damit wesentlich kleinere Toleranzen der Schlitzabmessungen erzielt werden. Dadurch werden nicht nur die Pumpeigenschaften verbessert; auch die Schiebermontage ist einfacher, da beide Schlitze von ihrer jeweiligen Stirnseite her zugänglich sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 5 erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine Drehschiebervakuumpumpe nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Rotor nach der Erfindung,

Fig. 3 die hochvakuumseitige Stirnseite des Rotors mit Vorsprüngen,

Fig. 4 die vorvakuumseitige Stirnseite des Rotors mit Vorsprüngen und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel für eine Pumpe nach der Erfindung.

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 antriebs­ seitige Anordnung der Hochvakuumstufe ergibt sich der Vorteil, daß nur die kurze Vorvakuumstufe fliegend gelagert ist, während sind die relativ lange Hochvakuumstufe im Kupplungsstück 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 Weile 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.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Welle 36 des Antriebsmotors 4 unmittelbar mit dem Rotor 3 gekoppelt. Im Lagerstück 13 befinden sich, da die Deckelscheibe 59 entfallen kann, zwei Aussparungen 56 mit Dichtungen 55. Ein wellenseitig angeordneter Nocken 40 greift in die Aussparung 38 des Rotors 3. Die Ölpumpe 45, 46 befindet sich in der vorvakuumseitigen Endscheibe 12, die zur Unterbringung des Schöpfraumes 45 der Ölpumpe mit einem Deckel 52 ausgerüstet ist. Mit Vorsprüngen oder Nocken 53 an der vorvakuumseitigen Stirnseite des Rotors 3 (siehe auch Fig. 4) erfolgt der Antrieb des Exzenters 46 der Ölpumpe. Über die Bohrung 51 steht die Ölpumpe 45, 46 mit dem Ölsumpf 20 in Verbindung. Mit dem Auslaß der Ölpumpe 45, 46 verbundene, zu mit Öl zu versorgenden Stellen in der Pumpe 1 führende Kanäle sind nicht dargestellt.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele bestehen aus einem Minimum an Einzelteilen. Dieses wird dadurch erreicht, daß einige Bauteile mehrere Funktionen haben. Die erfindungsgemäße Pumpe wird dadurch einfacher herstellbar und somit kostengün­ stiger.

Claims (18)

1. Drehschiebervakuumpumpe (1) mit einer Hochvakuumstufe (9, 22), mit einer Vorvakuumstufe (8, 21), mit einem im wesentlichen zylindrischen Rotor (3), der Lager- und Ankerabschnitte (11 bzw. 21, 22) gleichen Durchmessers aufweist, wobei sich ein Lagerabschnitt (11) zwischen zwei Ankerabschnitten (21, 22) befindet und die Ankerabschnitte (21, 22) mit Schieberschlitzen (25, 26) ausgerüstet sind, und mit einem etwa topfförmigen Gehäuse (2), in dem sich die Schöpfräume (8, 9) befinden und dessen Bodenteil als Lagerstück (13) mit einem Durchtritt (35) für den Rotor­ antrieb ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der betriebsfähige Rotor (3) einteilig ist, daß beide Anker­ abschnitte (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.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochvakuumstufe (9, 22) dem Lagerstück (13) benachbart ist und daß die Stirnseite des Ankerabschnittes (22) der Hochvakuumstufe (9, 22) mit Mitteln zur formschlüssigen Verbindung des Rotors (3) mit der Antriebswelle (36) eines Motors (4) ausgerüstet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerabschnitt (22) der Hochvakuumstufe (9, 22) mindestens doppelt so lang ist wie der Ankerabschnitt (21) der Vorvakuumstufe (8, 21).

4. Pumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Lagerabschnittes (11) so gewählt ist, 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.

5. Pumpe nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des Ankerabschnittes (22) der Hochva­ kuumstufe (9, 22) mit einer Aussparung (38) für den Eingriff eines Vorsprungs (39, 40) ausgerüstet ist.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (38) länglich ausgebildet ist, sich etwa senkrecht zum Schieberschlitz (26) erstreckt und diesen kreuzt und daß der bezüglich seiner Größe mit der Ausspa­ rung (38) korrespondierende Vorsprung (39, 40) seinerseits eine den Schieber (28) umgreifende Aussparung (41) auf­ weist.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der beide Schöpfräume (8, 9) umfassende Wandungsabschnitt (7) des Gehäuses (2) einteilig ausge­ bildet ist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein die Pumpe (1) abstützender Fuß (57) mit der Endscheibe (13) verbunden ist.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mit einer Ölpumpe (45, 46) ausgerüstet ist und daß ein mit dem Auslaß der Ölpumpe verbundener Kanal (51′, 51′′) im Bereich der einzigen Rotorlagerung (11) mündet.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem im Durchtritt (35) des Lagerstückes (13) befind­ lichen Kupplungsstück (37) ausgerüstet ist, das Rotor (3) und Welle (36) des Antriebsmotors (4) formschlüssig miteinander verbindet, das Lauffläche für mindestens einen Wellendichtring (55) ist und das Träger des Rotors (46) der Ölpumpe (45, 46) ist.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ölpumpe (45, 46) auf der dem Antrieb (4, 36) gegen­ überliegenden Seite in der Endscheibe (12) befindet.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (36) des Antriebsmotors (4) mit der einen Stirnseite des Rotors (3) und der Rotor (46) der Ölpumpe mit der anderen Stirnseite des des Rotors (3) in formschlüssiger Verbindung steht.

13. Pumpe nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchtritt (35, 62) im Lagerstück (13) und/oder in einem Deckel (59) die einzige pumpenseitige Lagerung der Motorwelle (36) bildet.

14. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beide Schöpfräume (8, 9) umfas­ sende Wandungsabschnitt (7) des Gehäuses (2) einteilig ausgebildet ist.

15. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lagerstück (13) und der Gehäuseabschnitt einstückig ausgebildet sind, welche den lagerstückseitigen Schöpfraum (9) umschließt.

16. Pumpe nach Anspruch 2 und einem der übrigen Ansprüche oder nach Anspruch 5 und einem der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotor (3) und Welle (36) eine Feder (50) angeordnet ist, die axial gerichtete Kräfte auf den Rotor (3) und die Welle (36) ausübt.

17. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (50) zwischen Kupplungsstück (3) und Welle (36) befindet.

18. Pumpe nach Anspruch 5 und Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Feder (50) auf dem Vorsprung (43) des Kupplungsstückes (37) und in einer stirnseitigen Sackbohrung (49) in der Welle (36) abstützt.