DE9107219U1 - Vakuumpumpe - Google Patents

Description

23 F 3224 10.06.1991/es/a

Erich Fürgut
ühlandstraße 1
7971 Aitrach

Vakuumpumpe

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse, einem in diesem eingeformten Rotorraum mit unter Zwischenabstand vorgesehenen Druckmittelanschlüssen sowie einem in dem Rotorraum zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen umlaufenden Rotor.

Druckmittelpumpen dieser Art sind in verschiedener Ausführung bekannt. Sie haben ihre größte Bedeutung inzwischen bei Miniaturpumpen und insbesondere in der Vakuumtechnik erlangt. Das wesentliche Problem bei diesen Pumpen liegt in der Feuchtigkeitsempfindlichkeit und dabei in der Reibung an den Stirnflächen zwischen Rotor und Gehäuse. Dadurch können erhebliche Bremsmomente entstehen, die nicht ohne weiteres vom Motor-Drehmoment überwunden werden können.

Die Spalte zwischen den Stirnflächen von Rotor und Pumpengehäuse bzw dem Pumpenstator bleiben bei normaler Luftfeuchtigkeit erhalten. Sie stellen axiale Luftlager dar, wenn die Kraftdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite des Rotors in Grenzen bleibt.

Die Erfindung verfolgt daher die Aufgabe, eine Vakuumpumpe der eingangs definierten Art in solcher Weise weiterzubilden, daß extreme Abbremswirkungen vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen im Rotorraum vorgesehene Druckausgleichsmittel.

Wenn zwischen den Stirnflächen von Rotor und Gehäuse wenigstens annähernd gleiche Drücke herrschen, sind einmal bei gegebener weitgehend identischer Oberflächengestaltung die Druckkräfte auf beiden Seiten des Rotors vergleichmäßigt. Damit besteht eine erste Tendenz, den Motor in der Mitte des Motorraumes zwischen gleichgroßen Spaltweiten zu halten oder in diese Mittelstellung einzubringen. Auch die Tendenz, gerade in einem einzigen Luftspalt die Druckkräfte zu konzentrieren, ist verringert. Daher besteht die Möglichkeit, den Rotor auch bei geringerem Antriebsmoment aus einer Haftung an den Gehäusewandungen zu lösen.

Die Druckausgleichsmittel weisen vorteilhafterweise eine Mehrzahl über die Stirnflächen des Rotors verteilte Durchgangskanäle auf. Es wird also nicht an einer Stelle die Luft zugeführt, was unter Umständen zu einem Schrägstellen und einem Verklemmen des Rotors führen kann, sondern der Druckausgleich wird an einer Mehrzahl Stellen der Rotorfläche vorgenommen .

Vorzugsweise werden bei einem zylindrischen Rotor auf wenigstens einer Stirnseite eine Mitnehmernut für einen im Pumpengehäuse gelagerten Mitnehmer für den Rotor und zum andern Schiebernuten für mit radialer Komponente im Pumpengehäuse verschiebbare Trennschieber vorgesehen, die zwischen sich zwei großflächige Sektoren bilden, wobei in wenigstens zwei Sektoren des Rotors mindestens jeweils eine Rotordurchbrechung angeordnet ist. Diese Durchbrechungen können in großer Zahl vorgesehen und meist zu zweit achsensymmetrisch angeordnet werden.

Sie werden zweckmäßigerweiee auf der vorderen Stirnseite des Rotors erweitert. Auf diese Weise werden dort die Anlageflächen verkleinert, die ja die Bremskräfte durch Größe und Ausbildung der Anlageflächen beeinflussen. Im übrigen kann sich dort ablaufende Feuchtigkeit sammeln und auf großer Fläche bzw im großen Raum verdampfen. Dies insbesondere auch dann, wenn die Rotordurchbrechungen auf der vorderen Stirnseite des Rotors erweitert sind.

Die Zeichnung gibt Ausführungen der Erfindung beispielsweise wieder. Es zeigen:

Fig.l einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Miniatur-Vakuumpumpe nach der Linie I/I in Figur 2 geschnitten,

Fig.2 einen Querschnitt etwa nach der Linie II/II in Figur 1,

Fig.3 eine schematische Darstellung des Rotors im Rotorraum des Pumpengehäuses,

Fig.4 eine Abwandlung von Figur 3 bei vergrößertem Druck auf die Rückseite des Rotors,

Fig.5 eine Stirnansicht einer ersten Ausführung des Rotors,

Fig.6 einen Schnitt nach der Linie VI/VI in Figur 5,

Fig.7 eine der Figur 5 entsprechende Ansicht eines abgewandelten Rotors mit Parallelführungen der Trennschieber,

Fig.8 einen Schnitt durch diesen Rotor nach der Linie VIII/VIII,

Fig.9 ein Strömungsbild am Rotor nach den Figuren 5 und 6 und

Fig.10 ein entsprechendes Strömungsbild für eine Ausführung nach den Figuren 7 und 8.

In der Zeichnung ist mit (1) der Pumpenmotor bezeichnet, der fest oder lösbar mit dem Pumpenkopf (2) verbunden ist, der ein Pumpengehäuse (3) mit Frontdeckel (4), Motordeckel (5) und Gehäusemantel (6) aufweist. In der Regel ist der Motor (1) auf den Motordeckel (5) aufgeklebt. Er kann aber auch lösbar, etwa mittels Zentralgewinde oder einzelner Schrauben angeschlossen werden. Die Motorwelle (7) ragt durch einen Zentrierring (8) des Motordeckels hindurch zum Frontdeckel (4) hin in den Rotorraum (17) vor. Sie ist zu ihrem freien Ende hin von einer Schraubenfeder (10) umschlungen, deren rückseitiges Ende zu einem schleifenformigen Mitnehmer (11) ausgebildet ist, der in eine Mitnehmernut (12) in der Rückseite des zylindrischen Rotors (13) greift. Bei dem Mitnehmer kann es sich auch um ein Kunststoff-Formteil handeln, das auf eine abgeflachte Motorwelle aufgesteckt oder auch auf der Welle aufgeklebt wird.

Der Rotor (13) ist in bekannter Weise exzentrisch im Pumpengehäuse (3) zwischen den Stirnflächen (41) und (61) der Dekkel (4,5) gelagert und trägt in zwei gegenüberliegenden radialen Schiebernuten (14) zwei in diesen durch die Abstützung an der Innenwandung (16) in Kontakt mit dem Gehäusemantel (6) gehaltene Trennschieber (15). Die Förderleistung richtet sich nach dem so erzielten Pumpenhub in der Größe der doppelten Exzentrität 2e.

Im Frontdeckel (4) sind an zwei Stellen gleicher Auslenkung mit Nippeln (18) versehene Anschlüsse (19,20) vorgesehen. In welcher Richtung gefördert wird, bestimmt die Drehrichtung des Rotors (13) derart, daß sich in der Antriebsrichtung die Schraubenfeder (10) um die Welle (7) schließt, während sie sich in der entgegengesetzten Richtung aufweitet und die Kupplung zur Bindung an den Rotor aufhebt.

Die dargestellte Flügelzellenpumpe fördert, wie von der Drehrichtung vorgegeben, Luft oder andere Gase vom jeweiligen Sauganschluß (19) zum Druckanschluß (20). Zwischen den Trennschiebern (15) ergeben sich dabei zwei gegeneinander abgedichtete Zellen. Diese sind bei der Drehung des Rotors gemäß Pfeil (21), während sie sich vergrößern, mit dem Sauganschluß (19) und wenn sie sich verkleinern mit dem Druckanschluß (20) des Frontdeckels (4) verbunden.

Die Flüssigkeitströpfchen, z.B. aus Kondensat, verteilen sich auf den zusammenwirkenden relativ glatten Flächen von Rotor (13) und Pumpengehäuse (3) unter Bildung eines Flüssigkeitfilmes (25, Fig.4). Die vorher vorhandenen Luftspalten (28,29) werden aufgefüllt und damit der axiale Kräfteausgleich unterbunden, wie er in Figur 3 für den normalen Betrieb dargestellt ist. Die auf der Rotor-Vorderseite (21) befindliche Luft wird auf die Rotor-Rückseite (22) verdrängt. Damit steigt am hinteren Luftspalt (29) der Gasdruck schnell an, mit der Folge, daß der Rotor (13) nach vorn gepreßt wird. Dadurch steigt wieder das Drehmoment schlagartig an und kann leicht zum Blockieren des Rotors führen.

Um dem abzuhelfen, ist ein Druckausgleich zwischen der Vorderseite (21) und der Rückseite (22) des Rotors (13) durchgeführt, wie dies die Figuren 6 bis 11 zeigen. Zudem können durch unterschiedliche Gestaltung und Anordnung der Anschlußquerschnitte die Reibflächen verkleinert werden, was zweckmässigerweise durch Aufbohrungen (23) an der Rotor-Vorderseite (21) erfolgt. Der dort vorgesehene vergrößerte Durchlaßquerschnitt wirkt dabei als Kraftverstärker und trägt dazu bei, das Kräfteverhältnis auf Vorder- und Rückseite (21, 22) zu bewahren oder in gewünschter Weise zu verändern.

Die tröpfchenweise eindringende Feuchtigkeit verdampft dann infolge der Reibungswärme oder der durch die Gasdynamik ent-

stehenden Wärme, auch der Motorwärme, wenn sich der Rotor weiter dreht und keine weitere Flüssigkeit mehr nachläuft.

In Figur 3 hat der untere Trennschieber (15) gerade seine äußere Endstellung erreicht, der obere seine innere Endstellung. Damit ist auch das augenblickliche Förderminimum erreicht .

Bei der Ausführung von Rotor (13) und Trennschieber (15) nach den Figuren 5 und 6 ist in allen vier durch die Mitnehmernut (12) und die Schiebernuten (14) vorgegebenen Sektoren (26) jeweils eine Durchgangsbohrung (24) angebracht. Zum Ausgleich der unterschiedlichen Reibungskräfte zwischen der Vorderseite (21) und der Rückseite (22) des Rotors dienen die Aufbohrungen (23), deren Durchmesser hier etwa um 150% größer ist als der Durchmesser der Durchgangbohrungen (24). Im übrigen ist durch die Aufbohrungen (23) die gesamte Reibungsfläche der Vorderseite (21) gegenüber der Rückseite (22) verkleinert.

Bei den Figuren 8 und 9 ist dagegen die im Durchmesser größere Aufbohrung (23) gegenüber der hier nicht durchgehend ausgeführten kleineren Bohrung (24) quer versetzt, was den Luftstrom kaum beeinflußt, aber ein Überschneiden der Durchbrüche mit der Mitnehmernut (12) vermeidet.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Radial-Schieberkonstruktion mit am Rotorumfang nach außen geöffneten Schiebernuten (14). Dagegen zeigen die Figuren 7 und 8 Tangential-Schieberausführungen, die sich parallel zueinander und zur Mitnehmernut (12) auf beiden Seiten etwa der lotrechten Mittelebene (30) in entgegengesetzter Richtung erstrecken. Dabei kann man auf einer Seite die Mitte des Rotors im Bereich der Mitnehmernut (12) weitgehend freihalten und Aufbohrungen (23) und Durchgangsbohrungen (24) etwa quer zur Mitnehmernut (12) versetzen, um

Durchgangsbohrungen ganz außerhalb der Mitnehmernut anordnen zu können. Die so erreichte Doppelführung auf Breitßpurbaßis ermöglicht eine zuverlässige und reibungsarme Führung der
Trennschieber (15) im Rotor und damit eine störungsarme
Funktion. Die Trennschieber (15) können unter der Einwirkung von Federn oder Gasdruckkräften stehen, die in gleicher Richtung wirken wie die Fliehkräfte. Notwendig ist dies jedoch
nur in Extremfällen.

Wie Figur 9 erkennen läßt, ergibt sich ein Strömungsbild mit zwei äußeren Schleifen (31) und eine Mittelströmung durch
eine Durchgangsbohrung (24), wobei auf den beiden Stirnseiten des Rotors Ausgleichströmungen (32) entstehen.

Diese Ausgleichströmungen (32) verschwinden jedoch, wenn die Druckverhältnisse zwischen den beiden Stirnseiten in vorgegebener Weise verändert werden. So läßt sich auch ein nahezu optimaler verlustarmer Antrieb des Rotors erreichen. Beide
Rotorausführungen R (Radial) und T (Tangential) sind auch
mit einer achsenzentrischen Durchgangbohrung (33) versehen,
in welche die Motorwelle vorragen kann. Auch die Querschnittfläche dieser Bohrung (33) kann jedoch zur Änderung der
Flächenanteile beider Stirnseiten des Rotors (13) herangezogen werden.

Claims (5)

23 F 5224 10.06.1991/es/a Erich Fürgut Uhlandstraße 1 7971 Aitrach Vakuumpumpe Schutzansprüche

1. Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse (3), einem in diesem eingeformten Rotorraum mit unter Zwischenabstand vorgesehenen Druckmittelanschlüssen sowie einem in dem Rotorraum (17) zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen (41,61) umlaufenden Rotor, gekennzeichnet durch zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen (41,61) im Rotorraum (17) vorgesehene Druckausgleichsmittel (23,24).

2. Vakuumpumpe nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsmittel eine Mehrzahl über die Stirnflächen des Rotors (13) verteilte Durchgangskanäle (24) aufweisen.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2 mit einem rotationssymmetrischen Rotor (13), der auf wenigstens einer Stirnseite eine Mitnahmenut (12) für einen im Pumpengehäuse (3) gelagerten Mitnehmer (11) für den Rotor (13) und zum andern Schiebernuten (14) für mit radialer Komponente im Pumpengehäuse (3) verschiebbare Trennschieber (15) aufweist, die zwischen sich zwei großflächige Sektoren (26) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens zwei Sektoren (26) des Rotors mindestens jeweils eine Rotordurchbrechung (Durchgangsbohrung 24) angeordnet ist.

4. Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotordurchbrechung (Durchgangsbohrung 24) auf der vorderen Stirnseite (21) des Rotors erweitert ist.

5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotordurchbrechungen (24) durch Bohrungen gebildet sind, die von Aussenkungen (Aufbohrungen 23) in der Vorderseite
des Rotors (13) ausgehen.