DE69003256T2

DE69003256T2 - Gaede'sche Vakuumpumpe.

Info

Publication number: DE69003256T2
Application number: DE90100362T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Frindel; Luc Mathieu
Original assignee: Nokia Inc
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2010-01-10
Also published as: FR2641582B1; EP0378163B1; EP0378163A2; US5011368A; DE69003256D1; ATE94620T1; FR2641582A1; ES2045570T3; EP0378163A3; JPH02227598A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit Gaede- Kanal, die einen Stator und einen Rotor aufweist, der im Inneren des Stators in Drehung versetzt wird, wobei der Stator einen Ansaugeinlaß und einen Druckauslaß besitzt.
Pumpen dieses Typs sind unter dem Namen Holweck-Pumpe oder Gaedekanalpumpe bekannt. Bei diesen Pumpen besitzt der Rotor die Form einer Kreisscheibe oder eines Kreiszylinders oder auch eines Kegels, wobei seine 0berfläche mit mindestens einer Spiralnut versehen ist, während die 0berfläche des Stators, die der Nut gegenüberliegt, glatt ausgebildet ist. Häufig ist jedoch umgekehrt die 0berfläche des Rotors glatt ausgebildet und diejenige des Stators mit Nuten versehen. Manchmal befinden sich solche Nuten auch in beiden einander gegenüberliegenden 0berflächen. Die Nuten besitzen im allgemeinen eine Tiefe, die vom Einlaß her zum Auslaß abnimmt.
Um hohe Wirkungsgrade zu erzielen, besteht ein Interesse daran, den Spalt zwischen Rotor und Stator so weit wie möglich zu verringern, was bedingt, daß der Rotor und der Stator mit sehr hoher Präzision hergestellt werden müssen. Nun ist es aber schwer, bei den bekannten Pumpen eine sehr hohe Formgenauigkeit zu erzielen.
Das deutsche Dokument DE-C-912 007 beschreibt eine Pumpe des obigen Typs, die aber einen kugelförmigen Rotor besitzt. Dies ist durchaus von Vorteil, weil die kugeligen Oberflächen durch Bearbeitung mit dem Fräser oder der Schleifscheibe oder durch Gießen mit sehr großer Präzision von mehr als einem Tausendstel Millimeter hergestellt werden können, so daß der Spalt verringert wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Pumpe durch Erhöhen ihres Kompressionsverhältnisses zu verbessern.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vakuumpumpe mit Gaede-Kanal, die einen Stator und einen Kotor aufweist, der im Inneren des Stators in Drehung versetzt wird, wobei der Stator einen Ansaugeinlaß und einen Druckauslaß besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor in seinem aktiven Abschnitt zwischen Einlaß und Auslaß aus zwei halbkugelförmigen Abschnitten besteht, die durch einen zylindrischen Mittelabschnitt verbunden sind, und in einem Hohlraum des Rotors angeordnet ist, der ebenfalls zwei halbkugelförmige Hohlräume aufweist, die durch einen dem zylindrischen Abschnitt des Rotors entsprechenden Zwischenabschnitt verbunden sind, durch den der Gaseinlaß erfolgt, wobei der Mittelpunkt jedes halbkugelförmigen Abschnittes des Rotors relativ zum Mittelpunkt des entsprechenden halbkugelförmigen Hohlraumes des Stators versetzt ist, derart, daß der radiale Spalt ja am Einlaß in Höhe des Großkreises der Halbkugeln größer als der radiale Spalt jr am Auslaß ist, der für jede Halbkugel in der Nähe der Kuppe der Halbkugel liegt, und wobei die Drehachse des Rotors mit der durch die Mittelpunkte der beiden Großkreise der halbkugelförmigen Hohlräume des Stators verlaufenden Achse zusammenfällt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vakuumpumpe mit Gaede-Kanal, die einen Stator und einen Rotor aufweist, der im Inneren des Stators in Drehung versetzt wird, wobei der Stator einen Ansaugeinlaß und einen Druckauslaß besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor in seinem aktiven Abschnitt zwischen Einlaß und Auslaß eine halbkugelige Form besitzt und im Inneren eines ebenfalls halbkugeligen Hohlraumes des Stators angeordnet ist, wobei die Achse Δ des Rotors mit der Achse des halbkugeligen Hohlraumes des Stators zusammenfällt und der Einlaß an der Seite des Großkreises des halbkugeligen Rotors durch den radialen Spalt ja zwischen Rotor und Stator erfolgt, während der Auslaß an der Seite der Kuppe des halbkugeligen Rotors erfolgt, wobei ein Justierzwischenstück den Rotor axial relativ zum Stator so einstellt, daß der radiale Spalt jr am Auslaß kleiner als der radiale Spalt ja am Einlaß ist.
Vorteilhafterweise weist das Zwischenstück Mittel zum axialen Einstellen auf, derart, daß der axiale Spalt jr zwischen Stator und Rotor am Auslaß durch axiale Versetzung des Rotors relativ zum Stator eingestellt wird.
Das Zwischenstück ist beispielsweise drehbeweglich und weist schräge Rampen auf, die mit Kugeln zusammenwirken.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Axialschnittes durch eine Vakuumpumpe gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Detail einer besonderen Anordnung; und
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 1 enthält eine Vakuumpumpe gemäß der Erfindung einen Stator 1 und einen Rotor 2. Der Rotor 2 besitzt eine Welle 3, mit der er im Stator 1 über Lager 4 und 5 getragen wird. Der Rotor 2 wird durch einen Motor 6 in Drehung versetzt, der im Inneren des Stators durch Backen 7 und 8 gehalten wird. Der aktive Abschnitt des Rotors besitzt eine halbkugelige Form 9 und befindet sich im Inneren eines ebenfalls halbkugeligen Hohlraumes 10 des Stators. Die Achse Δ des Rotors fällt mit der Achse des halbkugeligen Hohlraumes des Stators zusammen.
In die Oberfläche des Rotors ist eine Spiralnut 11 eingearbeitet, deren Tiefe vom Einlaß 12 neben dem Großkreis der Halbkugel zum Auslaß 13 neben der Kuppe der Halbkugel abnimmt. Die in Fig. 1 dargestellte Pumpe ist nur in ihrem grundsätzlichen Aufbau dargestellt. In Wirklichkeit gibt es mehrere Spiralnuten 11. Die Nuten können im übrigen, statt am Rotor, auch im Statorhohlraum oder sogar sowohl am Rotor, als auch am Stator vorgesehen sein. Wie die Figur zeigt, ist der Mittelpunkt 0' relativ zum Mittelpunkt 0 des halbkugeligen Hohlraumes des Stators axial versetzt, derart, daß der radiale Spalt ja am Einlaß größer als der radiale Spalt jr am Auslaß ist. Die genaue relative Einstellung der Spalte jr und ja erfolgt mit Hilfe eines Zwischenstücks 14. Dieses ermöglicht es, das Kompressionsverhältnis entsprechend der Formel K x R² / r² zu verbessern, wobei R und r die Rotorradien am Einlaß bzw. am Auslaß bezeichnen und K eine Konstante ist, die von Parametern, wie insbesondere dem Verhältnis jr/ja, abhängt. K steigt mit der Verkleinerung des Verhältnisses jr/ja an. Beispielsweise kann dem Spalt ja der Wert 0,1 bis 0,2 mm, und dem Spalt jr der Wert von etwa 1/100 mm erteilt werden. Dadurch wird das Kompressionsverhältnis, im Vergleich zu einer Kugelpumpe mit konstantem Spalt, erheblich verbessert.
Der Wert von K kann auch durch die Verringerung der Tiefe der Spiralnuten 11 vom Einlaß zum Auslaß vergrößert werden.
Eine dynamische Dichtung mit Nut 15 dichtet den Stator 10 und die Welle 3 des Rotors 2 hinter dem Auslaß 13 und vor dem ersten Lager 4 dynamisch ab. Eine Öffnung 16 ist vor der dynamischen Dichtung angebracht.
Fig. 2 betrifft ein Detail und zeigt eine Ausführungsform, bei der das Zwischenstück 14 einstellbar ist, wodurch eine Veränderung des Spalts jr am Auslaß ermöglicht wird. In diesem Falle weist das Zwischenstück 14 schräge Rampen 17 auf, die mit Kugeln 18 in einem Käfig 19 zusammenwirken. Die Drehung des Zwischenstücks zu seiner Einstellung erfolgt durch einen Motor 20.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Rotor 2 verdoppelt ist und daher aus zwei halbkugeligen Abschnitten 21 und 22 besteht, die durch einen zylindrischen Mittelabschnitt 30 verbunden sind. Es handelt sich hier um eine Doppelpumpe, bei der der Mittelabschnitt 30 die Funktion der Versetzung der Mittelpunkte der beiden halbkugeligen Abschnitte 21 und 22 des Rotors relativ zu den beiden halbkugeligen Hohlräumen 31, 32 des Stators erfüllt. Die Achse Δ des Rotors fällt mit der die Mittelpunkte 0 und 0&sub1; der beiden Großkreise der halbkugeligen Hohlräume des Stators verbindenden Achse zusammen. Die halbkugeligen Hohlräume 31 und 32 sind durch einen Zwischenabschnitt 33 miteinander verbunden, der einen Ringeinlaß bildet. Der Einlaß 23 befindet sich in der Mitte, so daß sich die Strömung nach rechts und nach links verteilt. Die Auslässe 24 und 25 der beiden Abschnitte vereinigen sich bei 26. Diese Anordnung ermöglicht ungefähr die Verdoppelung des Durchsatzes der Pumpe.
Um Anhaltspunkte zu geben, kann man für eine Pumpe entsprechend Fig. 1 folgende Zahlenwerte angeben: das Kompressionsverhältnis variiert ungefähr zwischen 25 und 300 je nach dem Wert des Verhältnisses ja/jr.
Bei Rotoren, deren großer Durchmesser zwischen 100 und 300 mm liegt, bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 24000 U/min, beträgt der Durchsatz zwischen 0,3 l/s und 2,7 l/s.
Um das Kompressionsverhältnis zu erhöhen, kann man eine Pumpe bequem aus zwei Kompressionsstufen oder aus mehr als zwei Stufen aufbauen.
Bei einer zweistufigen Pumpe kann das Kompressionsverhältnis 9.10&sup4; erreichen.
Zur Steigerung des Durchsatzes kann man auch den Rotor mit einem vorgeschalteten Schaufelrad ausrüsten.
Die Pumpe besitzt weiter die üblichen Vorteile der trocken laufenden Pumpen.

Claims

1. Vakuumpumpe mit Gaede-Kanal, die einen Stator (1) und einen Rotor (2) aufweist, der im Inneren des Stators in Drehung versetzt wird, wobei der Stator einen Ansaugeinlaß (12) und einen Druckauslaß (13) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor in seinem aktiven Abschnitt zwischen Einlaß und Auslaß aus zwei halbkugelförmigen Abschnitten (21, 22) besteht, die durch einen zylindrischen Mittelabschnitt (30) verbunden sind, und in einem Hohlraum des Rotors angeordnet ist, der ebenfalls zwei halbkugelförmige Hohlräume (31, 32) aufweist, die durch einen entsprechenden, dem zylindrischen Abschnitt des Rotors entsprechenden Zwischenabschnitt verbunden sind, durch den der Einlaß erfolgt, wobei der Mittelpunkt jedes halbkugelförmigen Abschnittes des Rotors relativ zum Mittelpunkt des entsprechenden halbkugelförmigen Hohlraumes des Stators versetzt ist, derart, daß der radiale Spalt ja am Einlaß in Höhe des Großkreises der Halbkugeln größer als der radiale Spalt jr am Auslaß ist, der für jede Halbkugel in der Nähe der Kuppe der Halbkugel liegt, und wobei die Drehachse Δ des Rotors mit der durch die Mittelpunkte (0, 0&sub1;) der beiden Großkreise der halbkugelförmigen Hohlräume des Stators verlaufenden Achse zusammenfällt.

2. Vakuumpumpe mit Gaede-Kanal, die einen Stator (1) und einen Rotor (2) aufweist, der im Inneren des Stators in Drehung versetzt wird, wobei der Stator einen Ansaugeinlaß (12) und einen Druckauslaß (13) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor in seinem aktiven Abschnitt zwischen Einlaß und Auslaß eine halbkugelige Form (9) besitzt und im Inneren eines ebenfalls halbkugeligen Hohlraumes (10) des Stators angeordnet ist, wobei die Achse Δ des Rotors mit der Achse des halbkugeligen Hohlraumes des Stators zusammenfällt, und der Einlaß an der Seite des Großkreises des halbkugeligen Rotors durch den radiale Spalt ja zwischen dem Rotor und dem Stator erfolgt, während der Auslaß an der Seite der Kuppe des halbkugeligen Rotors erfolgt, wobei ein Justierzwischenstück (14) den Rotor (2) axial relativ zum Stator (1) so einstellt, daß der radiale Spalt jr am Auslaß kleiner als der radiale Spalt ja am Einlaß ist.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (14) Mittel (17, 18, 19) zum axialen Einstellen aufweist, derart, daß der axiale Spalt jr zwischen Stator und Rotor am Auslaß durch axiale Versetzung des Rotors relativ zum Stator eingestellt wird.

4. Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück drehbeweglich ist und schräge Kampen (17) aufweist, die mit Kugeln (18) zusammenwirken.