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TECHNISCHER
BEREICH DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mehrstufen-Vakuumtrockenpumpen,
wie beispielsweise Mehrstufenpumpen des Typs Roots, des Typs Claw
oder des Roots-Claw-Mischtyps,
wie im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben. Eine derartige Pumpe
ist aus Dokument EP-A-1020645 bekannt.
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Solche
Mehrstufen-Vakuumtrockenpumpen bestehend aus mehreren in Reihe angeordneten Druckstufen.
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In 1 und 2 wurde
eine Mehrstufen-Trockenpumpe des Roots-Typs gemäß einer bekannten Ausführung dargestellt. 2 veranschaulicht
in der Perspektivansicht einen Längsschnitt
des Stators einer solchen Roots-Pumpe. Man unterscheidet im Stator 1 zwischen
einem Eingang für
gepumpte Gase 2 und einem Ausgang für geförderte Gase 3, fünf aufeinander
folgende Druckkammern 4, 5, 6, 7 beziehungsweise 8.
Benachbarte Kammern werden durch eine Querwand 9, 10, 11 beziehungsweise 12 getrennt,
die jeweils von zwei Öffnungen
durchbohrt sind, wie beispielsweise die Öffnungen 13 und 14 der Querwand 12 für die Durchführung der
Wellen von zwei parallelen Rotoren, die mechanisch aneinander gekoppelt
und hier nicht dargestellt sind, und Druckkeulen vom Typ Roots tragen.
Benachbarte Kammern sind über
eine Gasdurchführungsleitung
wie beispielsweise die Gasdurchführungsleitung 15 miteinander
verbunden, welche die Förderung
der ersten Druckkammer 4 mit der Ansaugung der zweiten Druckkammer 5 verbindet.
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Die
Rotorkeulen, die in die Druckkammern 4–8 eindringen, haben
einen größeren Durchmesser als
die Rotorwellen, welche die Öffnungen 13 und 14 durchqueren.
Es ist also nicht möglich,
einen ganzen Rotor durch einfache Axialverschiebung axial in den Stator 1 einzupassen.
Es ist also auch nicht möglich, die
Bearbeitung eines Stators 1 aus einem Stück ins Auge
zu fassen, um die Hohlräume
auszuführen,
die die Druckkammern 4–8 bilden.
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Um
gleichzeitig die maschinelle Bearbeitung und die Montage zu ermöglichen
und eine gute Dichtheit zu gewährleisten,
bestehen die Statoren der bekannten Vakuum-Trockenpumpen im Allgemeinen aus der
axialen Verbindung mehrerer Statorelemente 16, 17, 18, 19 beziehungsweise 20,
die entsprechend ihren jeweiligen Stirnwänden zusammengefügt sind, wie
beispielsweise die Stirnwand 21 des Statorelements 16,
mit Zwischenschaltung der jeweiligen Dichtungsringe 22, 23, 24, 25 und 26,
die axial zusammengedrückt
werden und jede Druckkammer 4–8 gegen die Außenatmosphäre isolieren.
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Eine
solche Struktur einer Trockenpumpe vom Typ Roots oder Claw erfordert
ein getrenntes Bearbeiten jedes Statorelements 16–20,
dann die Durchführung
einer langwierigen und schwierigen Montagearbeit, die darin besteht,
die beiden Rotorwellen in einem Traggestell anzupassen, die Positionierung
der Keulen der letzten Druckkammer 8 zu regeln, das letzte
Statorelement 20 mit dem Dichtungsring 26 zu positionieren,
die Keulen der vorletzten Druckkammer 7 anzupassen, das
vorletzte Statorelement 19 mit dem Dichtungsring 25 heranzuführen und
so weiter bis zum ersten Statorelement 16. Da bekanntermaßen das
Spiel zwischen den Rotorkeulen und den Statorwänden sehr gering ist, um eine Dichtheit
jeder Druckstufe der Vakuumpumpe zu gewährleisten, kann man verstehen,
dass diese Montage besonders langwierig und schwierig ist, und man veranschlagt,
dass für
diesen Arbeitsgang an einer Fünf-Stufen-Vakuumtrockenpumpe
mehrere Arbeitsstunden erforderlich sind.
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Ein
weiteres Problem in diesen bekannten Mehrstufen-Vakuumtrockenpumpen
ist die Schwierigkeit der Ausrichtung der Statorelemente hintereinander,
wobei beobachtet werden kann, dass die Gefahr besteht, dass sich
die Fehler zwischen dem ersten Statorelement 16 und dem
letzten Statorelement 20 kumulieren, so dass es schwierig
ist, bei einer Serienfertigung das Spiel zwischen den Rotoren und dem
Stator zu beherrschen.
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Die
Dokumente
EP 0 476 631
A und
JP 03 145594
A beschreiben Vakuumpumpenstrukturen, die einen Stator
aus zwei Halbschalen besitzen, die radial gemäß einer Längsmontagefläche zusammengebaut
sind, die im Allgemeinen parallel zu den Achsen der Rotoren ist,
wobei der Stator an seinen Enden durch zwei axial eingesetzte Endeinsätze dicht verschlossen
wird. Diese Dokumente sagen nichts über den Nutzen einer solchen
Statorstruktur mit zwei Halbschalen aus und beschreiben nicht die
Mittel, um eine Dichtheit zwischen Stator und Rotor zu gewährleisten.
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Die
Schwierigkeit besteht in der Tat darin, dass man zum einen die periphere
radiale Dichtheit in der Längsmontagefläche der
beiden Halbschalen gewährleisten
muss, um das Durchtreten der Gase zwischen der Außenatmosphäre und den
Innenhohlräumen
der Pumpe zu verhindern, und gleichzeitig die axiale Enddichtheit
zwischen den Halbschalen und den Endeinsätzen gewährleisten muss.
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Herkömmlicherweise
kann man sich vorstellen, dass die axiale Enddichtheit sichergestellt
wird durch Dichtungsringe wie diejenigen, die in 1 und 2 in
einer bekannten Pumpe illustriert werden, und dass die periphere
radiale Dichtheit durch Längsdichtungen
gewährleistet
wird, die zwischen den Halbschalen zusammengedrückt werden. Aber der Hauptnachteil
dieser Lösung
liegt darin, dass zwischen den Längsdichtungen,
die die periphere radiale Dichtheit gewährleisten, und den Dichtungsringen, welche
die axiale Enddichtheit gewährleisten,
Leckverlustwege bestehen. Die Dichtheit ist also nicht zufrieden
stellend.
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DARLEGUNG DER ERFINDUNG
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Das
Problem, das von der vorliegenden Erfindung angegangen wird, besteht
darin, eine neue Struktur für
Mehrstufen-Vakuumtrockenpumpen zu konzipieren, die es erlaubt, die
Anzahl der bei der Montage zusammen zu fügenden Teile wesentlich zu senken,
die Montage zu erleichtern und deren Dauer zu verringern, und dabei
gleichzeitig eine zufrieden stellende Dichtheit zwischen den Innenhohlräumen der
Vakuumpumpe und der Außenatmosphäre zu gewährleisten,
um jegliches Risiko der Verunreinigung der gepumpten Gase durch
die Außenatmosphäre und jegliches
Risiko der Verunreinigung der Außenatmosphäre durch die gepumpten Gase
zu vermeiden.
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Die
Lösung
gemäß der Erfindung
besteht darin, eine durchgehende Dichtung aus einem Stück vorzusehen,
die gleichzeitig die beiden Abdichtungsarten in einer Struktur mit
Stator aus zwei Halbschalen gewährleistet.
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So
sieht die Erfindung zwecks Erreichung dieser Ziele sowie weiterer
Zielsetzungen eine Mehrstufen-Vakuumtrockenpumpe vor, die aus mehreren in
Reihe angeordneten Druckstufen besteht, wobei die Pumpe mindestens
einen Rotor hat, der drehbar in einem Stator angebracht wird, der
an seinen Enden durch zwei Endeinsätze dicht verschlossen wird; außerdem:
- – wird
der Stator durch radiale Montage von zwei Halbschalen gemäß einer
Längsmontagefläche hergestellt,
wobei jede Druckstufe somit in zwei entsprechenden Anteilen jeder
Halbschale enthalten ist, wobei die beiden Halbschalen nach dem
Zusammenbau sämtliche
Druckstufen einschließen;
- – gewährleistet
eine durchgehende Dichtung aus einem Stück gleichzeitig die periphere
radiale Dichtheit in der Längsmontagefläche der
Halbschalen und stellt die axiale Enddichtheit zwischen den Halbschalen
und den Endeinsätzen
sicher, um die Druckstufen gegenüber
der Außenatmosphäre zu isolieren.
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Gemäß einer
günstigen
Ausführungsart
beinhaltet die Dichtung zwei ringförmige Endteile, die im Allgemeinen
parallel zueinander sind und die über zwei Längsträger verbunden sind, die im
Allgemeinen senkrecht zu ihnen stehen.
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Bei
dieser Dichtungsstruktur werden die Längsträger der Dichtung im montierten
Zustand seitlich zwischen den beiden Halbschalen in der Längsmontagefläche zusammengedrückt, während die
beiden ringförmigen
Endteile zwischen zum einen den beiden Halbschalen und zum anderen
den jeweiligen Endeinsätzen
zusammengedrückt
werden.
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Um
eine einwandfreie Kompression des ersten ringförmigen Endteils der Dichtung
zu gewährleisten,
kann man vorteilhafterweise vorsehen, dass ein erster Endeinsatz
eine axiale Nase enthält,
die angelegt wurde, um eine entsprechende axiale Aussparung des
ersten Endes des Statorgehäuses
zu belegen, das von den beiden zusammengefügten Halbschalen gebildet wird.
Auf diese Art und Weise wird der erste ringförmige Endteil der Dichtung
radial durch die zwei Halbschalen auf der axialen Nase zusammengedrückt.
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Vorzugsweise
enthält
die axiale Nase eine periphere ringförmige Rille, um diesen ersten
ringförmigen
Endteil der Dichtung aufzunehmen.
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Zwecks
Erleichterung der Positionierung der Dichtung und Gewährleistung
einer einwandfreien Kompression der Längsträger enthält mindestens eine der Halbschalen
in ihrer Längsmontagefläche zwei
Längsrillen,
um die Längsträger der
Dichtung aufzunehmen.
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Der
zweite ringförmige
Endteil der Dichtung kann durch den zweiten Endeinsatz einfach axial
zusammengedrückt
werden gegen die Stirnseiten der beiden Halbschalen.
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Vorzugsweise
beinhalten die beiden Halbschalen an ihren Stirnseiten des zweiten
Endes Rillen, die angelegt wurden, um diesen zweiten ringförmigen Endteil
der Dichtung aufzunehmen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Gegenstände,
Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden
Beschreibung von besonderen Ausführungsarten
ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erfolgt, wobei:
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1 eine
explodierte Perspektivansicht einer bekannten Statorstruktur einer
Mehrstufen-Vakuumtrockenpumpe ist;
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2 eine
Perspektivansicht im Längsschnitt
der Pumpe aus 1 ist, nach Montage des Stators;
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3 eine
Perspektivansicht ist, die eine erste Statorhalbschale veranschaulicht
und ein erstes Vakuumtrockenpumpenendstück gemäß einer Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
explodierte Perspektivansicht ist, die die erste Statorhalbschale
und das erste Endstück
nach Montage mit Einfügung
einer Dichtung gemäß der Erfindung
zeigt, und ebenfalls die zweite Statorhalbschale und das zweite
Endstück
vor dem Zusammenbau zeigt;
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5 und 6 in
der Perspektive gemäß zwei unterschiedlichen
Winkeln eine Statorhalbschale mit Dichtung in der Ausführungsart
der 3 und 4 darstellen;
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7 eine
Seitenansicht ist, die die Innenseite der Statorhalbschale aus den
vorangehenden Figuren mit der eingesetzten Dichtung zeigt;
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8 ein
Querschnitt der Halbschale und der Dichtung aus 7 gemäß der Schnittebene
A-A ist, mit den eingebauten Rotoren;
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9 eine
Perspektivansicht der Dichtung gemäß einer Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung ist; und
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10 ein
Querschnitt der Dichtung aus 9 ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
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Bei
der Ausführungsart
der 3 bis 10 ist die Mehrstufen-Vakuumtrockenpumpe
eine Pumpe mit fünf
Stufen, bei der man die üblichen
Strukturelemente einer bekannten Pumpe aus den 1 und 2 wieder
findet, die mit den gleichen Zahlenbezeichnungen gekennzeichnet
sind. So findet man den Eingang für die gepumpten Gase 2,
einen auf den Figuren nicht zu sehenden Ausgang für geförderte Gase,
die aufeinander folgenden Druckkammern 4, 5, 6, 7 und 8,
die Querwände 9, 10, 11 und 12 zur Trennung
der Druckkammern, die Öffnungen 13 und 14 zur
Durchführung
der Rotorwellen, und die Gasdurchführungsleitung 15 zwischen
zwei aufeinander folgenden Druckkammern. In 8 hat man
ebenfalls die beiden Rotoren 51 und 52 dargestellt.
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Gemäß der Erfindung
besteht der Stator aus zwei Halbschalen 101 beziehungsweise 102,
die entsprechend einer Längsmontagefläche 30 zusammengefügt werden.
Vorzugsweise ist die Längsmontagefläche 30 plan
und enthält
die jeweiligen Achsen I-I und II-II (3) der zwei
gekoppelten Rotorwellen.
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Auf
diese Art und Weise ist nach der radialen Montage der Halbschalen 101 und 102 jede
Druckstufe der Pumpe, beispielsweise die erste Druckstufe, welche
aus der ersten Druckkammer 4 und den Rotorkeulen, die sie
enthält,
besteht, in zwei entsprechenden Anteilen jeder Halbschale 101 und 102 enthalten.
Mit anderen Worten: nach dem Zusammenbau schließen die beiden Halbschalen 101 und 102 sämtliche
Druckstufen der Pumpe ein.
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Das
so durch die zusammengefügten
Halbschalen 101 und 102 gebildete Stator-Hauptgehäuse wird
an seinen Enden durch zwei Endeinsätze, d.h. ein erstes Endstück 31 beziehungsweise
ein zweites Endstück 32,
dicht verschlossen.
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Gemäß der Erfindung
wird die Dichtheit zwischen der Außenatmosphäre und den Innenhohlräumen der
Vakuumpumpe durch eine durchgehende Dichtung 33 aus einem
Stück bewerkstelligt.
Bei der in den Figuren veranschaulichten Ausführungsart und besser zu sehen
in 9 und 10, enthält die Dichtung 33 zwei
ringförmige
Endteile 34 und 35, die im Allgemeinen parallel
zueinander sind und mit zwei Längsträgern 36 und 37 verbunden
sind, die im Allgemeinen senkrecht zu ihnen stehen. Bei dieser Ausführungsart,
die an die zuvor beschriebene allgemeine Statorstruktur angepasst
ist, sind die Längsträger 36 und 37 der
Dichtung 33 im Allgemeinen parallel zueinander und werden
mit den ringförmigen
Endteilen 34 und 35 gemäß jeweiligen Verbindungsbereichen 38, 39, 40 und 41 verbunden,
und zwar jeweils paarweise genau entgegengesetzt.
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Wie
man auf 9 erkennen kann, ist bei dieser
Ausführungsart
der erste ringförmige
Endteil 34 im Allgemeinen rund und von kleinerem Durchmesser
als der ringförmige
Endteil 35, der eine längliche
Form hat, um dem Platzbedarf der gekoppelten Rotoren zu folgen,
die senkrecht gegeneinander verschoben sind. Die Längsträger 36 und 37 werden
axial unmittelbar an die jeweiligen oberen und unteren Bereiche
des zweiten ringförmigen
Endteils 35 angeschlossen, während sie radial über Bögen 42 und 43 an
den ersten ringförmigen
Endteil 34 angeschlossen werden.
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Bei
der Ausführungsart
aus 10 hat die Dichtung 33 einen etwa runden
Querschnitt, der auf dem Schnitt der Längsträger 36 und 37 zu
sehen ist. Man kann jedoch Dichtungen verwenden, die anders geformte
Querschnitte haben, beispielsweise quadratisch, rechteckig, usw.
Die Dichtungen können aus
Elastomer oder jedwedem anderen geeigneten Material sein, wie einem
Metall des Typs Kupfer, Aluminium oder Indium.
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Wenn
man speziell die 3 und 4 betrachtet,
sieht man, dass der erste Endeinsatz 31 eine axiale Nase 44 beinhaltet,
die angelegt wurde, um eine entsprechende axiale Aussparung 45 des ersten
Endes des Stators zu belegen. Die axiale Nase 44 enthält eine
periphere ringförmige
Rille 46, um den ersten ringförmigen Endteil 34 der
Dichtung 33 aufzunehmen. Auf diese Art und Weise wird der erste
ringförmige
Endteil 34 der Dichtung 33 in der zusammengebauten
Position radial durch die beiden Halbschalen 101 und 102 auf
der axialen Nase 44 des ersten Endeinsatzes zusammengedrückt. Die ringförmige Rille 46 kann
einen rechteckigen Querschnitt von geringerer Tiefe als der Durchmesser
der Dichtung 33 haben.
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Mindestens
eine der Halbschalen 101 und 102, beispielsweise
die Halbschale 101, enthält in ihrer Längsmontagefläche 30 zwei
Längsrillen 47 und 48 (3),
um die Längsträger 36 beziehungsweise 37 der
Dichtung 33 aufzunehmen, wie man es in den 4 bis 6 sieht.
Auf diese Art und Weise werden die Längsträger 36 und 37 der
Dichtung 33 seitlich zwischen den beiden Halbschalen 101 und 102 in der
Längsmontagefläche 30 zusammengedrückt. Die Längsrillen 47 und 48 können einen
rechteckigen Querschnitt haben mit einer Tiefe, die kleiner ist
als der Durchmesser der Dichtung 33.
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Wie
man anhand 4 und 7 verstehen kann,
wird der zweite ringförmige
Endteil 35 der Dichtung 33 durch den zweiten Endeinsatz 32 des
Stators gegen die zwei Halbschalen 101 und 102 axial
zusammengedrückt.
Bei der dargestellten Ausführung enthalten
die beiden Halbschalen 101 und 102 an ihren Stirnseiten
des zweiten Endes wie beispielsweise die Stirnseite 49 der
ersten Halbschale 101 (3) Rillen,
wie z.B. die Rille 50, die angelegt wurden, um den zweiten
ringförmigen
Endteil 35 der Dichtung 33 aufzunehmen. Die Rillen,
wie beispielsweise die Rille 50, können einen rechteckigen Querschnitt
mit einer Tiefe haben, die kleiner ist als der Durchmesser der Dichtung 33.
Die Rillen, wie beispielsweise die Rille 50, werden miteinander
verbunden, um eine durchgehende Rille zu bilden und werden gleichzeitig
mit ihrem Verbindungspunkt zu den Längsrillen 47 und 48 der
Längsmontagefläche 30 verbunden.
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Für die Montage
einer Pumpe gemäß der Erfindung
passt man die Dichtung 33 an, indem man ihren ersten ringförmigen Endteil 34 in
die ringförmige Rille 46 der
axialen Nase 44 vom erstem Endeinsatz 31 hineinpasst,
dann wird seitlich die erste Halbschale 101 gegen die axiale
Nase 44 angesetzt. Die Längsträger 36 und 37 der
Dichtung 33 werden in die Längsrillen 47 und 48 gesteckt
und eine erste Hälfte des
zweiten ringförmigen
Endteils 35 der Dichtung 33 wird in die Rille 50 gesteckt.
Man kann dann die Rotoren einbauen, und die Keulen der Rotoren leicht
in den Druckkammern 4–8 positionieren.
Anschließend kann
man die zweite Halbschale 102 gleichzeitig gegen die axiale
Nase 44 und gegen die Längsmontagefläche 30 anpassen,
indem die zweite Hälfte
vom zweiten ringförmigen
Endteil 35 der Dichtung 33 in die entsprechende
Stirnrille der zweiten Halbschale 102 eingefügt wird.
Schließlich
kann man den zweiten Endeinsatz 32 axial gegen die Stirnseiten
wie die Seite 49 der Halbschalen 101 und 102 heranführen.
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Die
Montage einer solchen Pumpe erfolgt viel schneller als die Montage
der im Allgemeinen verwendeten bekannten Pumpen. Gleichzeitig wird die
Dichtheit auf sehr effektive und zufrieden stellende Weise gewährleistet.
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Die
Erfindung gilt insbesondere für
den Aufbau einer Mehrstufen-Vorvakuumpumpe vom Typ Roots oder vom
Typ Claw oder vom Typ Roots-Claw.