EP1851433A1 - Einwellige vakuum-verdrängerpumpe - Google Patents

Einwellige vakuum-verdrängerpumpe

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EP1851433A1
EP1851433A1 EP06707865A EP06707865A EP1851433A1 EP 1851433 A1 EP1851433 A1 EP 1851433A1 EP 06707865 A EP06707865 A EP 06707865A EP 06707865 A EP06707865 A EP 06707865A EP 1851433 A1 EP1851433 A1 EP 1851433A1
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EP
European Patent Office
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pump
shaft
positive displacement
displacement pump
motor rotor
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Withdrawn
Application number
EP06707865A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael HÖLZEMER
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Leybold GmbH
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Leybold Vacuum GmbH filed Critical Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C25/00—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids
    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/06—Combinations of two or more pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C23/005—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of dissimilar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/16—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows

Definitions

  • the invention relates to a single-shaft vacuum positive displacement pump with two or more successively connected pump stages and a drive motor.
  • the object of the invention is to provide a simplified single-shaft vacuum positive displacement pump.
  • the drive motor is arranged axially between the two pump stages, wherein a single common shaft carries the two pump rotors and the motor rotor, the vacuum positive displacement pump thus has only a single cinstuckige wave, resulting in a number of design advantages.
  • two common shaft bearings can be used for the storage of the drive motor rotor and the two axially adjacent pump rotors. In this way, the number of shaft bearings can be reduced to a few bearings.
  • the entire positive displacement pump comes with two shaft bearings. Due to the single-shaft design, a clutch is avoided, which further simplifies the structure. As a result, a simple, compact design and inexpensive producible two-stage positive displacement pump is provided.
  • further pump stages can each be connected axially, facing away from the drive motor.
  • the gas connection between the two pump stages is formed by the motor rotor-stator gap.
  • a gap is inevitable between the engine rotor and the engine. This gap serves as a connecting line between the two pump stages, ie between the fore-vacuum stage and the high-vacuum stage.
  • a separate connection between the two Pump stages no longer need to be provided. This is the
  • Connecting line is to be additionally provided only with greater pumping speed.
  • the gap between the motor rotor and the motor stator is cylindrical, d. H. the motor rotor is on the outside and the motor stator inside each cylindrical.
  • the motor rotor has a helical pumping groove.
  • the helical and rotating pumping groove improves the gas transport axially through the motor rotor-stator gap from the high-vacuum stage to the pre-vacuum stage.
  • the motor rotor acts as a lubricant pump, which pumps the lubricant from the upstream to the downstream pump stage
  • the pumping groove is suitable for wet vacuum displacement pumps, d. h, in the case of displacement pumps lubricated with a flowing lubricant, also to transport the liquid lubricant from the high vacuum stage to the fore-vacuum stage. In this way can be dispensed with a separate lubricant pump.
  • the drive motor and in particular the motor rotor is cooled, so that a separate engine cooling u U can be omitted.
  • a single stator housing surrounds the shaft, wherein the stator housing is shaft seal free.
  • the stator housing thus surrounds both pump stages and the motor rotor and possibly forms the stator of the pump stages and the drive motor.
  • the stator housing is surrounded by a lubricant housing.
  • the stator housing is spaced in the lubricant housing so that the lubricant is stored between the stator housing and the lubricant housing and can flow from the outlet to a lubricant pump.
  • both pump stages are designed as gate valves or rotary valve - pump stages.
  • multi-stage rotor stages can be provided, or claw-pump stages or other types of pump stages.
  • the figure shows a single-shaft vacuum positive displacement pump according to the invention with two rotary valve pump stages in longitudinal section.
  • the figure shows a vacuum displacement pump 10 with two pump stages 12,14, which are each designed as rotary valve pump stages and a drive motor 16 which is arranged axially between the two pump stages 12,14.
  • the inlet side pumping stage 14 is. connected to a gas inlet 18 and forms the high vacuum stage.
  • the downstream pump stage 12, viewed in the gas flow direction, is the pre-vacuum stage, which pumps into a gas outlet 20 against atmospheric pressure.
  • the two pump stages 12, 14 each have a pump rotor 13, 15 and the drive motor 16 has a motor rotor 17.
  • the pump rotors 13, 15 and the motor rotor 17 are fixedly mounted on a common one-piece shaft 22.
  • the motor rotor 17 is permanently energized.
  • the gas connection between the two pump stages 12,14 is formed by a cylindrical gap 24, the inside of the motor rotor 17 and outside of a motor stator 28 is limited.
  • the motor rotor 17 has a helical groove 30, which is embedded in the cylindrical outer side of the motor rotor 17.
  • the gas connection can also be realized via an external channel, z. B. if larger pumping speeds make this necessary.
  • the shaft 22 is held by two shaft bearings 32,34, which are designed as rolling bearings. As a shaft bearing and plain bearings or gas bearings come into question.
  • the pump protors 13, 15 are cantilevered, so that the shaft 21 is held solely by the two shaft bearings 32, 34.
  • the two pump stages 12,14 and the drive motor 16 are held including the shaft 22 and completely surrounded by a stator housing 40.
  • the stator housing 40 has no Wellenend ⁇ chtungen on.
  • the stator housing 40 in turn is arranged in a Schnnierstoffgephinuse 41, which serves to receive and transport the lubricant from the fore-vacuum side to the high-vacuum side.
  • a gear pump 44 is arranged, which pumps the liquid lubricant 46 via a channel 48 into the motor rotor-stator gap 24. Via a corresponding inlet, a small proportion of the lubricant delivered by the gear pump 44 passes directly into the working space of the high-vacuum pump stage 14. The mixture of the gas and lubricant leaving the high-vacuum pump stage 14 is pumped through the helical pumping groove 30 to the pre-vacuum pump stage 12 , whereby the motor rotor 17 and the motor stator 28 are lubricated and cooled.
  • An oil separator 50 connects to the pumping chamber outlet of the fore-vacuum pumping stage 12 and separates the downwardly dripping lubricant and the gas evacuated from the atmosphere.
  • the lubricant flows - p

Abstract

Eine einwellige Vakuum-Verdrängerpumpe (10) weist zwei Pumpenstufen (12, 14) mit jeweils einem Pumpenrotor (13, 15) und einem Antriebsmotor (16) auf. Der Antriebsmotor (16) ist axial zwischen den beiden Pumpenstufen (12, 14) angeordnet, wobei die Welle (22) die Pumpenrotore (13, 15) und den Motorrotor (17) trägt.

Description

Einwellige Vaku u m -Verdrä n gerpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine einwellige Vakuum-Verdrängerpumpe mit zwei oder mehreren hintereinander geschalteten Pumpenstufen und einem Antriebsmotor.
Herkömmliche einwellige Vakuum-Verdrängerpumpen mit zwei Pumpenstufen sind beispielsweise als zweistufige Sperrschieber- oder Drehschieber-Pumpen ausgestaltet. Üblicherweise sind die beiden Pumpenstufen axial hintereinander liegend angeordnet, wobei der Antriebsmotor an einem Längsende einer der beiden Pumpenstufen angeordnet ist und die gemeinsame Welle der beiden Pumpenstufen antreibt. Sowohl der Antriebsmotor als auch die beiden Pumpenstufen sind in eigenen Gehäusen angeordnet, so dass die Welle eine Vielzahl von Gehäuse-Öffnungen durchdringt. Für die Wellenlagerung sind in dem Antriebsmotor mindestens zwei und im Bereich der beiden Pumpenstufen in der Regel drei Wellenlager vorgesehen,
Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfachte einwellige Vakuum- Verdrängerpumpe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Bei der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe ist der Antriebsmotor axial zwischen den beiden Pumpenstufen angeordnet, wobei eine einzige gemeinsame Welle die beiden Pumpenrotore und den Motorrotor trägt, Die Vakuum- Verdrängerpumpe weist also nur noch eine einzige cinstuckige Welle auf, woraus sich eine Reihe von konstruktiven Vorteilen ergibt. Insbesondere können für die Lagerung des Antriebsmotor-Rotors und der beiden axial angrenzenden Pumpenrotore zwei gemeinsame Wellenlager genutzt werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der Wellenlager auf wenige Lager reduziert werden. Bei fliegender Lagerung der beiden Pumpenrotore kommt die gesamte Verdrängerpumpe mit zwei Wellenlagern aus. Durch die einwellige Konstruktion wird eine Kupplung vermieden, was den Aufbau weiter vereinfacht. Hierdurch wird eine einfache, kompakt aufgebaute und preiswert herstellbare zweistufige Verdrängerpumpe zur Verfügung gestellt. An die beiden an den Antriebsmotor angrenzenden Pumpenstufen können sich antriebsmotorabgewandt axial jeweils weitere Pumpenstufen anschließen.
Vorzugsweise wird die Gasverbindung zwischen den beiden Pumpenstufen von dem Motorrotor-Stator-Spalt gebildet. Zwischen dem Motorrotor und dem Motor ist ein Spalt unvermeidbar. Dieser Spalt dient als Verbindungsleitung zwischen den beiden Pumpenstufen, also zwischen der Vorvakuumstufe und der Hochvakuumstufe. Eine gesonderte Verbindungsleitung zwischen den beiden Pumpenstufen braucht nicht mehr vorgesehen werden. Hierdurch ist die
Konstruktion einfach und die Herstellung preiswert Eine gesonderte
Verbindungsleitung ist lediglich bei größerem Saugvermögen zusätzlich vorzusehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Spalt zwischen dem Motorrotor und dem Motorstator zylindrisch, d. h. ist der Motorrotor außenseitig und der Motorstator innenseitig jeweils zylindrisch ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Motorrotor eine schraubenförmige Pumpnut auf. Durch die schraubenförmige und rotierende Pumpnut wird der Gastransport axial durch den Motorrotor-Stator-Spalt von der Hochvakuumstufe zu der Vorvakuum stufe verbessert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wirkt der Motorrotor als Schmiermittelpumpe, die das Schmiermittel von der vorgeordneten zu der nachgeordneten Pumpenstufe pumpt Die Pumpnut ist dazu geeignet, bei nassen Vakuum-Verdrängerpumpen, d. h, bei mit einem fließenden Schmiermittel geschmierten Verdrängerpumpen, auch das flüssige Schmiermittel von der Hochvakuumstufe zu der Vorvakuumstufe zu transportieren. Auf diese Weise kann auf eine gesonderte Schmiermittelpumpe verzichtet werden. Durch das Schmiermittel wird gleichzeitig der Antriebsmotor und insbesondere der Motorrotor gekühlt, so dass eine gesonderte Motorkuhlung u U entfallen kann.
Vorzugsweise umgibt ein einziges Statorgehäuse die Welle, wobei das Statorgehäuse wellendichtungsfrei ist. Das Statorgehäuse umgibt also beide Pumpenstufen und den Motor-Rotor und bildet ggf. die Statore der Pumpenstufen und des Antriebsmotors. Durch Vermeidung jeder Wellendichtung werden alle hiermit verbundenen Probleme und Kosten vermieden. Insbesondere unerwünschter Öl- und Gasaustritt können auf diese Weise weitgehend vermieden werden. - A -
Vorzugsweise ist das Statorgehäuse von einem Schmiermittelgehäuse umgeben. Das Statorgehäuse liegt beabstandet in dem Schmiermittelgehäuse, so dass das Schmiermittel zwischen dem Statorgehäuse und dem Schmiermittelgehäuse gelagert wird und vom Auslass zu einer Schmiermittelpumpe fließen kann.
Vorzugsweise sind beide Pumpenstufen als Sperrschieber- oder Drehschieber-- Pumpenstufen ausgebildet. Hier können auch mehrstufige Rotorstufen vorgesehen werden, oder Klauen-Pumpenstufen oder andere Arten von Pumpenstufen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße einwellige Vakuum-Verdrängerpumpe mit zwei Drehschieber-Pumpenstufen im Längsschnitt.
Die Figur zeigt eine Vakuum-Verdrängerpumpe 10 mit zwei Pumpenstufen 12,14, die jeweils als Drehschieber-Pumpenstufen ausgebildet sind und einem Antriebsmotor 16, der axial zwischen den beiden Pumpenstufen 12,14 angeordnet ist. Die einlassseitige Pumpenstufe 14 ist. mit einem Gaseinlass 18 verbunden und bildet die Hochvakuum-Stufe. Die in Gasströmungsrichtung betrachtet nachgeordnete Pumpenstufe 12 ist die Vorvakuum-Stufe, die in einen Gasauslass 20 gegen Atmosphärendruck abpumpt. Die beiden Pumpenstufen 12,14 weisen jeweils einen Pumpenrotor 13,15 und der Antriebsmotor 16 einen Motorrotor 17 auf, Die Pumpenrotore 13,15 und der Motorrotor 17 sind auf einer gemeinsamen einstuckigen Welle 22 fest montiert. Der Motorrotor 17 ist permanent erregt.
Die Gasverbindung zwischen den beiden Pumpenstufen 12,14 wird von einem zylinderförmigen Spalt 24 gebildet, der innenseitig von dem Motorrotor 17 und außenseitig von einem Motorstator 28 begrenzt ist. Der Motorrotor 17 weist eine schraubenförmige Nut 30 auf, die in die zylinderförmige Außenseite des Motorrotors 17 eingelassen ist. Die Gasverbindung kann auch über einen externen Kanal realisiert werden, z. B. wenn größere Saugvermögen dies erforderlich machen.
Die Welle 22 wird von zwei Wellenlagern 32,34 gehalten, die als Wälzlager ausgebildet sind. Als Wellenlager kommen auch Gleitlager oder Gaslager in Frage . Die Pumprotore 13,15 sind fliegend gelagert, so dass die Welle 21 alleine von den zwei Wellenlagern 32,34 gehalten wird.
Die beiden Pumpenstufen 12,14 sowie der Antriebs motor 16 werden einschließlich der Welle 22 gehalten und vollständig umgeben von einem Statorgehäuse 40. Das Statorgehäuse 40 weist keine Wellendϊchtungen auf. Das Statorgehäuse 40 wiederum ist in einem Schnniermittelgehäuse 41 angeordnet, das der Aufnahme und dem Transport des Schmiermittels von der Vorvakuum- Seite zur Hochvakuum-Seite dient.
Am hochvakuumseitϊgen Ende der Welle 22 ist eine Zahnradpumpe 44 angeordnet, die das flussige Schmiermittel 46 über einen Kanal 48 in den Motorrotor-Stator-Spalt 24 pumpt. Über einen entsprechenden Einlass gelangt ein geringer Anteil des von der Zahnradpumpe 44 geförderten Schmiermittels direkt in den Arbeitsraum der Hochvakuum-Pumpenstufe 14. Das Gemisch des aus der Hochvakuum-Pumpenstufe 14 austretenden Gases und Schmiermittels wird durch die schraubenförmige Pumpnut 30 zur Vorvakuum-Pumpenstufe 12 gepumpt, wodurch der Motorrotor 17 und der Motorstator 28 geschmiert und gekühlt werden.
An den Pumpkammerauslass der Vorvakuum-Pumpenstufe 12 schließt sich ein Ölabscheider 50 an, der das nach unten abtropfende Schmiermittel und das gegen Atmosphäre abgepumpte Gas voneinander trennt Das Schmiermittel fließt - S
zwischen dem Schmierimittelgehäuse 41 und dem Statorgehäuse 40 wieder zurück zu der Zahnradpumpe 44,

Claims

Patentansprüche
1. Einwellige Vakuum-Verdrängerpumpe (10) mit zwei Pumpenstufen (12,14) und einem Antrϊebsmotor ( 16),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Antriebsmotor (16) axial zwischen den beiden Pumpenstufen (12,14) angeordnet ist und die Welle (22) zwei Pumpenrotore (13,15) der Pumpenstufen (12,14) und den Motorrotor (17) trägt.
2. Einwelligc Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasverbindung zwischen den beiden Pumpenstufen (12,14) von einem Motorrotor-Stator-Spalt (24) gebildet wird.
3. Einwellige Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor-Stator-Spalt (24) zylindrisch ist.
4. Eϊnwellϊge Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (17) eine schraubenförmige Pumpnut (30) aufweist.
5. Einwellige Verdrängerpumpe ( 10) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Statorgehäuse die Welle (22) umgibt, wobei das Statorgehäuse wellendichtungsfrei ist.
6. Einwellige Verdrängerpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Wälzlager (32,34) zwischen dem Motorrotor (17) und den Pumprotoren ( 13,15) vorgesehen sind.
7. Einwellige Verdrängerpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (40) von einem Schmiermittelgehäuse (41) umgeben ist.
8. Einwellige Verdrängerpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (17) als Schmiermittelpumpe wirkt, die ein Schmiermittel von der Hochvakuum-Pumpcnstufe (14) zu der nachgeordneten Vorvakuum-Pumpenstufe ( 12) pumpt.
9. Einwellige Verdrängerpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Pumpenstufen (12,14) als Sperrschieber- oder Drehschieber-Pumpenstufen ausgebildet sind.
EP06707865A 2005-02-26 2006-01-27 Einwellige vakuum-verdrängerpumpe Withdrawn EP1851433A1 (de)

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