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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spiral-Vakuumpumpe, und insbesondere
eine Spiral-Vakuumpumpe, bei der eine feststehende Windung einer
feststehenden Spirale in Eingriff mit einer umlaufenden Windung
einer umlaufenden Spirale ist, die drehbar an einem exzentrischen
Abschnitt einer Antriebswelle in einem Gehäuse angebracht ist, wobei die
umlaufende Spirale durch die Antriebswelle mit einer gewissen Exzentrizität in Drehung
versetzt wird, so dass ein durch den Außenumfang des Gehäuses angesaugtes
Gas zur Mitte hin komprimiert und ausgestoßen wird.
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Die
Spiral-Vakuumpumpe ist bekannt. Bei der Spiral-Vakuumpumpe ist die
Einsatzzeit zu lang, und die Temperaturen des exzentrischen Abschnitts der
Antriebswelle sowie des Lagers und der Dichtung zu deren Halterung
sind erhöht,
was eine Beschädigung
am Lager und an der Dichtung verursacht, so dass sie schwierig zu
verwenden sind.
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Folglich
ist es bei der Spiral-Vakuumpumpe zur Erhöhung der Lebensdauer sehr wichtig,
keine übermäßig hohe
Temperatur am exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle zu erhalten,
selbst wenn die Einsatzzeit zu lang ist.
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Um
die Anforderung zu erfüllen,
sind unter Fachleuten folgende Maßnahmen bekannt:
- (1) Luft oder Stickstoff mit niedriger Temperatur oder Raumtemperatur
wird in einen Kompressionsbereich der Spiral-Vakuumpumpe eingeleitet und
kühlt den
Bereich, während
gleichzeitig ein toxisches Gas im Kompressionsbereich verdünnt wird.
- (2) Ein axial in der Antriebswelle ausgebildetes Entlüftungsloch
ermöglicht
es, dass Luft oder Stickstoff bei niedriger Temperatur oder Raumtemperatur
auf das Lager abgeblasen und in den Kompressionsbereich geleitet
wird. Nach Kühlung des
Bereichs wird es ausgestoßen.
- (3) Der exzentrische Abschnitt der Antriebswelle ist hohl, und
Luft mit niedriger Temperatur oder Raumtemperatur wird in den exzentrischen
Abschnitt eingeleitet, um ihn zu kühlen.
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In
der
JP 63-105294 A ist
offenbart, dass ein inertes Gas wie z. B. N
2 von
außen
wie bei der oben genannten Maßnahme
(1) eingeleitet wird, und in
5 dieser
Druckschrift ist der Gasströmungsweg im
exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle dargestellt, wie er der
obigen Maßnahme
(3) entspricht.
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Bei
den technischen Maßnahmen
gibt es aber Probleme. Um Luft oder Stickstoff mit niedriger Temperatur
oder Raumtemperatur in den Kompressionsbereich einzuleiten, ist
es notwendig, darin einen Einleitungsweg vorzusehen, und es müssen auch Einrichtungen
im Außenbereich
vorgesehen werden, um das Gas bereitzustellen. So wird seine Konstruktion
kompliziert und größer, was
die Kosten steigert.
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Wenn
sich die Antriebswelle dreht, wird die Luft oder der Stickstoff,
die sich auf einer niedrigen Temperatur oder Raumtemperatur befinden,
durch das Entlüftungsloch
der Antriebswelle eingeleitet, um die Lager zu kühlen, aber wenn die Antriebswelle
anhält,
läuft ein
toxisches Gas oder ein Verunreinigungen enthaltendes Gas im Kompressionsbereich
zurück
und wird nach außen über das
Entlüftungsloch ausgestoßen, was
eine Umweltverschmutzung verursacht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts
der Nachteile des Stands der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung,
eine Spiral-Vakuumpumpe bereitzustellen, bei der Außenluft in
eine Kompressionskammer zwischen einer umlaufenden Spirale und feststehenden
Spiralen eingeleitet wird, um Lager zu kühlen, damit die Lebensdauer während des
Betriebs erhöht
wird, während
ein toxisches Gas in der Kompressionskammer nicht nach außen entweicht,
wenn die Pumpe nicht in Betrieb ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus
der nun folgenden Beschreibung mit Bezug auf eine Ausführungsform,
wie sie in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt ist.
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1 ist
eine vertikale, geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform
einer Spiral-Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine auseinandergezogene, vertikale Schnittansicht einer in Zapfenkurbelbauweise vorgesehenen
Selbstdrehungs-Verhinderungsvorrichtung; und
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3 ist
eine vergrößerte vertikale
Schnittansicht eines Rückschlagventils.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 ist
eine vertikale, geschnittene Seitenansicht einer Spiral-Vakuumpumpe der vorliegenden Erfindung,
bei der eine umlaufende Spirale in Drehung versetzt wird, um ein
durch den Außenumfang angesaugtes
Gas zu einem Kompressionsbereich zu befördern, der zwischen der umlaufenden
Spirale und einer feststehenden Spirale gebildet ist, wobei das
Gas nach der Kompression nahe der Mitte ausgestoßen bzw. abgeleitet wird.
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Bezugszahl 1 bezeichnet
eine Umhausung, die eine dicht verschlossene, scheibenförmige Kompressionskammer 2 hat
und ein Gehäuse 3 sowie
einen Deckel 4 und eine Ansaugbohrung 1a an seinem Umfang
aufweist. Das Gehäuse 3 und
der Deckel 4 haben befestigte Endplatten 3a und 4a,
die die Kompressionskammer 2 umgeben. Die befestigten Endplatten 3a und 4a haben
spiralförmige,
feststehende Windungen 3b und 4b, die die feststehenden
Spiralen 3c bzw. 4c bilden.
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In
der Kompressionskammer 2 zwischen den befestigten Endplatten 3a und 4a wird
eine umlaufende Spirale 5 um eine Achse der Kompressionskammer 2 in
Drehung versetzt. Die umlaufende Spirale 5 hat umlaufende
Windungen 5b, 5b, die in die feststehenden Spiralen 3c, 4c mit
einer Abweichung von 180° eingreifen,
und ist drehbar an einem exzentrischen Abschnitt 8a einer
Antriebswelle 8 mit Lagern 6, 7 an der
Mitte des Gehäuses 1 angebracht.
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Die
umlaufende Endplatte 5a ist mit der feststehenden Endplatte 3a über drei
bekannte, in Zapfenkurbelbauweise vorgesehene Selbstdrehungs-Verhinderungsvorrichtungen
(in 1 nicht gezeigt) verbunden. Wenn sich die Antriebswelle 8 dreht,
läuft die
umlaufende Platte 5a exzentrisch in der Kompressionskammer 2 um,
wodurch die Größe eines
dicht verschlossenen Raums zwischen den feststehenden Windungen 3b, 4b und
der umlaufenden Windung 5b verändert wird, die miteinander
in Eingriff sind.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist bei der in Zapfenkurbelbauweise
vorgesehenen Selbstdrehungs-Verhinderungsvorrichtung eine Hauptwelle 11a einer Zapfenkurbel 11 drehbar
in die feststehende Endplatte 3a mit einem Kugellager 12 eingesetzt,
und eine Kurbelwelle 11b ist in eine Lagerboh rung 13 mit
einem Lager 14 näher
am Außenumfang
der umlaufenden Platte 5 eingesetzt.
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Es
ist eine Durchgangsbohrung 16 ausgebildet, die mit der
Kompressionskammer 2 in Verbindung steht und am äußeren Ende
durch einen Stopfen 15 nahe der Mitte des Gehäuses 4 verschlossen ist.
Eine Ableitungsbohrung 17 verläuft radial von der Durchgangsbohrung 16 zum
Außenumfang
des Gehäuses 4.
An der Ableitungsbohrung 17 ist ein Ableitungsanschlussstück 18 angesetzt.
Die Antriebswelle 8 wird durch einen Motor (nicht gezeigt)
gedreht, und näher
an den äußeren Enden
des Gehäuses 3 bzw. des
Deckels 4 sind Kühllüfter 19, 20 angebracht. Kühllamellen 3d, 4d stehen
von der Außenfläche des Gehäuses 3 bzw.
des Deckels 4 vor.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung verläuft ein
Entlüftungsloch 21,
das an einem Ende mit der Außenluft
in Verbindung steht, entlang der Mitte der Antriebswelle 8 und
steht in Verbindung mit einer Ventilbohrung 22 in der Mitte
des verdickten, exzentrischen Abschnitts 8a der Antriebswelle 8.
Die Ventilbohrung 22 verläuft radial vom Entlüftungsloch 21 zur Außenumfangsfläche des
exzentrischen Abschnitts 8a.
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Die
umlaufende Endplatte 5a hat eine Ableitungsbohrung 24,
die vom äußeren Ende
des Entlüftungslochs 21 über einen
Verbindungspfad 24a radial verläuft und über Auslässe 23 kleineren Durchmessers
in einen Niederdruckbereich in der Mitte des Radius' der Kompressionskammer 2 mündet, die
zwischen den feststehenden Windungen 3b, 4b und
der umlaufenden Windung 5b gebildet ist.
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In
der Ventilbohrung 22 sitzt ein Rückschlagventil 25,
das radial nach außen
mündet,
aber nicht nach innen.
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Das
Rückschlagventil 25 ist
in 3 gezeigt.
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Ein
Ventilsitz 22a kleineren Durchmessers ist am inneren Ende
radial von der Ventilbohrung 22 ausgebildet, und ein Abschnitt 22b größeren Durchmessers
ist am äußeren Ende
gebildet. Eine Ventilscheibe 26 hat einen konischen Abschnitt
am unteren Ende, und einen zylindrischen Abschnitt, der an der Außenumfangsfläche mehrere
vertikale Nuten 26a hat. Der konische Abschnitt der Ventilscheibe 26 sitzt auf
dem Ventilsitz 22a auf, wenn die Ventilbohrung 22 vom
Rückschlagventil 25 verschlossen
ist. Eine Tragplatte 27, die eine Ableitungsöffnung 27a hat,
ist am Abschnitt 22b größeren Durchmessers
vorgesehen.
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Eine
Ventilachse 28 erstreckt sich vertikal von der Mitte der
Ventilscheibe 26 in die Tragplatte 27, und die
Ventilachse 28 ist von einer Druckfeder 29 zwischen
der Ventilscheibe 26 und der Tragplatte 27 umgeben.
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Während die
Stärke
bzw. Festigkeit der Druckfeder 29 des Rückschlagventils 25 dazu
gedacht ist, die später
zu beschreibende Aufgabe zu erfüllen,
ist bei der Spiral-Vakuumpumpe die Ansaugbohrung 1a mit
einem dicht verschlossenen Behälter (nicht
gezeigt) verbunden, um in ihm den Druck herabzusetzen bzw. ihn leerzupumpen,
wenn die Ventilscheibe 26 geschlossen ist. Der dicht verschlossene Behälter enthält ein toxisches
Gas wie zum Beispiel HCl. Die Antriebswelle 8 wird angetrieben,
wobei das Entlüftungsloch 21 der
Antriebswelle 8 mit der Außenluft in Verbindung steht.
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Bei
einer Drehung der Antriebswelle 8 wird die drehbar daran
angebrachte, umlaufende Spirale 5 mit einer gewissen Exzentrizität in Drehung
versetzt, während
sie mit den feststehenden Spiralen 3c, 4c in Eingriff
ist. Dementsprechend wird in dem mit der Ansaugbohrung 1a verbundenen,
dicht verschlossenen Behälter
nach und nach der Druck herabgesetzt und er wird leergepumpt, so
dass das toxische Gas in die Kompressionskammer 2 in der
Spiral-Vakuumpumpe gesaugt wird.
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Wenn
die Drehzahl der Antriebswelle 8 einen bestimmten Wert überschreitet,
unterliegt die Ventilscheibe 26 des Rückschlagventils 25 der
dadurch erzeugten Zentrifugalkraft und wird radial gegen die Druckfeder 29 bewegt,
um aufzumachen.
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Dabei
ist die Kompressionskammer 2 in der Spiral-Vakuumpumpe
unter Druck gesetzt, hat aber immer einen niedrigeren Druck als
Atmosphärendruck.
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Wenn
sich die Ventilscheibe 26 durch die Zentrifugalkraft vom
Ventilsitz 22a wegbewegen kann, strömt Luft, die von außen über das
Entlüftungsloch 21 in
die Ventilbohrung 22 gelangt ist, durch die Nuten 26a der
Ventilscheibe 26 und die Öffnung 27a der Tragplatte 27 in
die Ableitungsbohrung 24. Schließlich wird die Luft durch die
Auslässe 23 in die
Kompressionskammer zwischen den feststehenden und umlaufenden Spiralen 3c, 4c, 5 gesaugt.
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Folglich
werden der exzentrische Abschnitt 8a der Antriebswelle 8 sowie
die Lager 9, 10 und die Dichtung um diese herum
durch die Luft gekühlt,
die von außen
durch die Auslässe 23 hineingelangt,
wodurch die Lebensdauer verlängert
wird.
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Wenn
der Betrieb stoppt, wird das Rückschlagventil 25 automatisch
geschlossen, wodurch verhindert wird, das das toxische Gas in der
Kompressionskammer 2 nach außen abgeleitet wird. So wird
die Umgebung nicht durch das toxische Gas kontaminiert.
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Die
feststehenden sowie umlaufenden Spiralen sind in den Ausführungsformen
zweiseitig ausgebildet, wobei die vorliegende Erfindung aber auch
auf eine einseitige Spirale angewandt werden kann.
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Die
vorstehende Beschreibung betrifft nur Ausführungsformen der Erfindung.
Verschiedene Änderungen
und Modifikationen können
von einem Fachmann vorgenommen werden, ohne den Umfang der Ansprüche zu verlassen.