EP2431568B1 - Vakuumpumpe mit einer Schmiermittelschleuderstruktur - Google Patents

Vakuumpumpe mit einer Schmiermittelschleuderstruktur Download PDF

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EP2431568B1
EP2431568B1 EP11007001.8A EP11007001A EP2431568B1 EP 2431568 B1 EP2431568 B1 EP 2431568B1 EP 11007001 A EP11007001 A EP 11007001A EP 2431568 B1 EP2431568 B1 EP 2431568B1
Authority
EP
European Patent Office
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plane
outlet
intersection
shaft
vacuum pump
Prior art date
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Active
Application number
EP11007001.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2431568A2 (de
EP2431568A3 (de
Inventor
Gerd Baitinger
Johannes Kümmel
Peter Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2431568A3 publication Critical patent/EP2431568A3/de
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    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/028—Means for improving or restricting lubricant flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum
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    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
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    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/344—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump having a space for receiving a lubricant filling amount, a centrifugal structure arranged on a shaft and an oil return.
  • the vacuum pump according to the invention is based on the observation that part of the lubricant leakage is caused by lubricant foam.
  • This lubricant foam is generated when the pressure in the room drops and gas escaping from the decreased solubility for gases in liquids in the lubricant. This foam then rises into the area of the shaft and from there into the pump chamber.
  • the arrangement of the drain such that the distance to the edge of the centrifugal disc, which is substantially close to the lubricant level is large, prevents foam passes through this flow to the shaft.
  • the lubricant leakage is significantly reduced, especially when using the vacuum pump in systems in which the operating pressure in the pump chamber often changes between atmosphere and vacuum, for example so-called load-lock applications.
  • the distance is chosen so that the spout is either above the rising foam or sufficiently deep in the lubricant fill. The latter prevents lubricant from being sucked through the spout into the area of the shaft.
  • the distance is at least half, advantageously two-thirds, the distance between the shaft axis and intersection plane or the distance between the intersection plane and a lowest point of a housing bounding the space.
  • the Fig. 1 a section through a vacuum pump 1, the housing having a plurality of sections, in particular a gear compartment section 10, a pump chamber section 12 and a distribution space section 14.
  • the housings of the individual sections can be designed separately. Alternatively, a plurality of sections may be arranged together in a housing part.
  • a suction opening 2 provided in the suction chamber section allows the vacuum pump to suck fluid into its suction space.
  • the fluid is ejected through an ejection opening 4, which is likewise provided in the pumping chamber section.
  • the feet 6 are provided as mounting means.
  • the part of the housing forming the suction or discharge opening for example by suitable design of the respective flange, may be designed in such a way that the vacuum pump is mounted thereon.
  • a shaft 30 is arranged, which is rotatably supported by a roller bearing 32 and a drive-side roller bearing 34.
  • a piston 36 is mounted or made integral with her. This causes the pumping effect when the shaft rotates.
  • the rotation of the shaft is effected by a drive 38, for example an asynchronous motor, which may be connected via a magnetic coupling 40 with the shaft.
  • a synchronizing gear 50 is provided in a space provided in the gear compartment section, which interacts with a second synchronizing gear, not visible in this illustration, on a likewise not visible second shaft such that both shafts have the same frequency but opposite directions of rotation move to each other.
  • Synchronous gear and bearings 32 must be supplied with lubricant.
  • a lubricant filling quantity 72 is present in the space 20, into which a centrifugal structure 60 mounted on the shaft is immersed at least during one phase of the rotary movement.
  • lubricant is distributed throughout the space 20 and in particular the synchronizing gears and the roller bearing 32 is supplied. From this it passes through a return 54, which opens into a space 20 to the open outlet 58, the lubricant filling 72 back.
  • a second space 22 is provided, in which a second centrifugal structure 70 dips into a drive-side lubricant filling 74.
  • lubricant is distributed in the second space and fed to the rolling bearing 34. From this it passes through a return 64, which opens into an outlet 68, back to the lubricant filling 74.
  • FIG. 2 In a schematic representation shows Fig. 2 the geometric relationships in space 20 in the direction along the shaft axis.
  • the mounting means 6 define a mounting plane 102 and a perpendicular thereto 100, wherein the vertical corresponds to the direction of gravity.
  • the shaft axis 112 of the shaft 30 is perpendicular to the plane of the drawing and lies in a wave plane 118 whose surface normal coincides with the vertical 100.
  • the synchronizing gears 50 and 52 are engaged with each other so that the rotational movement of the shaft 30 is transmitted to the second shaft 28.
  • the spin structure 60 is arranged on the shaft 30, the spin structure 60 is arranged. In the example shown, it is designed as a rectangular plate whose corners describe a circular path. With respect to the direction of gravity, this circular path has a lowest point 104, by which an intersection plane 106 is defined, on which the direction of gravity is perpendicular.
  • the spin-on structure can be designed as a solid disk, disk segment or the like.
  • the deepest point is below the lubricant surface 76, so that the spinneret dips into the lubricant filling and takes on re-emergence lubricant from this and distributed in space.
  • the space 20 When evacuating the vacuum pump, the space 20 is also evacuated. As a result, the pressure is reached at which gas dissolved in the lubricant escapes from this. As a result, the lubricant foams up, the foam rises with an increasing volume in the direction of the vertical.
  • a plane parallel to the intersection plane outlet level 108 is fixed.
  • the distance 110 between the intersection plane and the outlet plane is chosen to be large, with the outlet plane between the wave plane and the intersection plane lies. Large means that the spout is arranged as far as possible in the foam, preferably outside of the foam. This is limited by the fact that the outlet and the associated return must ensure the return of the lubricant from the area of the shaft. This design ensures that the amount of lubricant reaching the pump chamber along the shaft is considerably reduced.
  • the distance is at least half, advantageously two-thirds, the distance between the intersection plane and the shaft axis of the shaft which carries the centrifugal structure.
  • the angle 122 between a line 120 extending through the outlet and the shaft axis and the outlet plane is at least 10 °.
  • a further development relates to the volumes that result from the intersection plane and the exit plane.
  • a first volume 114 is bounded by the outlet plane, housing 10 and intersection plane 106.
  • a second volume 116 is located, with respect to the vertical, on the side of the intersection plane facing away from the first volume and is bounded by the intersection plane and housing.
  • the first volume 114 is at least twice the second volume 116.
  • the lubricant can foam without ascending into the outlet , so that the lubricant leakage is reduced again. This effect can be improved if the first volume is three times or four times the second volume.
  • the mounting means may comprise additional feet 6 'or the like, which allow a second mounting position, so that an alternative mounting plane 102' results.
  • the position of the outlet is chosen so that the distance between the intersection plane and outlet plane for at least two orientations is large in the above sense.
  • the distance is at least half, advantageously two-thirds, the distance between the shaft axis and intersection plane or the distance between the intersection plane and a lowest point of a housing bounding the space. This is achieved in the example shown, in which the angle 122 is about 45 °.
  • FIG. 3 a shaft 230 having a shaft axis 212 and a synchronizing gear 250 mounted thereon, and a spin structure 260.
  • This dive at least part of its rotational movement under the lubricant surface 216 and thus lubricant with it, which is subsequently detached by centrifugal force and thereby distributed in the space 220.
  • it reaches the synchronizing gear and a rolling bearing 232 which rotatably supports the shaft.
  • a piston ring 276 forms a bottleneck between the shaft and housing and acts as a throttle. In the flow path behind the piston ring a centrifugal edge 274 is provided on the shaft, are centrifuged on the lubricant by centrifugal forces from the shaft.
  • the shaft is surrounded by a catching chamber 270, in which the centrifuged lubricant is collected and supplied to the return 254.
  • the catching chamber has a substantially conical boundary wall 272 at least over part of its circumference. The diameter of the cone increases with increasing distance to the rolling bearing. Centrifugal edge and conical boundary wall are arranged to each other so that centrifuged lubricant hits the boundary wall. This design causes the impinging lubricant to move in a preferred direction along the boundary wall and not be reflected back directly toward the shaft. The lubricant is brought together in the direction of the return. In the flow direction of the catching chamber follows another acting as a throttle piston ring 278th
  • the return 254 comprises a catching chamber outlet 260, which receives the lubricant from the catching chamber. Through this Fangcroauslauf the lubricant enters the next part of the return, the drain chamber 262. With respect to the vertical 200 deepest point of this drain chamber, a drain passage 266 is connected through which lubricant expires from the drain chamber and passes back into the lubricant filling, where leaves the return through the outlet 258. Through this outlet an outlet plane 208 is set, the surface normal is formed by the vertical. The spin structure defines the point of intersection 206 through the lowest point of its orbit, the surface normal of which is also formed by the vertical. The distance 210 between these two planes is chosen to be large.
  • the distance between the planes is at least half, advantageously two-thirds, the distance between the intersection plane and a lowest point of the inner wall of the housing bounding the space 222.
  • the discharge chamber is arranged above the point of intersection, in particular such that it is located above the lubricant surface 216 during operation of the vacuum pump. This has the effect that the foam resulting from the lubricant present in the drainage channel 266 can not rise up into the catching chamber but expands in the drainage chamber.
  • the volume of the return between the shaft and the intersection plane is twice the volume between the outlet and the intersection plane. This can be further improved if three or four times is achieved.
  • the volume of the drain chamber 262 is at least twice the volume of the drain passage 266.
  • the drain chamber may be configured as a recess in the housing which is closed by a chamber lid 264.
  • the drainage channel can be designed inexpensively as a pipe.
  • a further education shows Fig. 4 in a schematic representation.
  • the shaft 230 is surrounded by a catching chamber 270 ', to which in relation to the vertical 200 lower part of a drain chamber 262' is formed. Their cross section decreases in the direction of the intersection plane 206 and reaches above this the smallest Value.
  • the drain chamber is at this point in the flow channel 266 'over, which ends in the outlet 258'. This determines the outlet plane 208, wherein the intersection plane and outlet plane in the aforementioned sense have a large distance 210.
  • a shield 280 is disposed on the lower end of the drain channel relative to the vertical. This shield closes the outlet 258 'such that the drainage channel is closed opaque in the direction of the vertical. As a result, ascending foam can not reach the drainage channel directly in this direction.
  • the outlet is arranged such that it opens in the direction of rotation 218 of the centrifugal structure. This prevents lubricant from flowing through the flow generated by the centrifugal structure into the outlet.
  • FIGS. 5 and 6 provide training that take into account the existence of two returns.
  • the arrangement after Fig. 5 has a first shaft 330 and a second shaft 328.
  • a return 354 allows the return of lubricant from the first shaft to the lubricant fill, a second return 356 from the second shaft.
  • the returns lead to one another at the junction 364, so that the lubricant quantities conducted in both are continued through the common drainage channel 366. This ends in the outlet 358.
  • the volumes of the drainage channel and the return lines are advantageously dimensioned to one another in such a way that lubricant, which is located between the intersection plane 206 and the outlet 358, can foam up in the direction of the vertical 200 without reaching the corrugations.
  • a small lubricant leakage is achieved with few components and thus in a cost effective manner. It may make sense between the intersection plane and the node one Provide drain chamber 362, which provides additional space for expansion of foam. Out of the too Fig. 3 described reasons, it makes sense to arrange the outlet in the aforementioned sense near the bottom of the gear chamber 322.
  • the arrangement after Fig. 6 has a first shaft 330 and a second shaft 328.
  • a return 354 and a second return 356 are provided to return lubricant from the shaft.
  • a drain chamber 362 and a second drain chamber 380 are provided in the recirculation.
  • a connection 382 connects each of the points of intersection of the closest points of the drainage chambers together.
  • the connection has an outlet 358 on the side of the intersection point facing away from the waves. This is in an advantageous development on which, based on the vertical 200, farthest from the point of intersection point is arranged.
  • the outlet is arranged in the aforementioned sense near the bottom of the gear chamber 322.
  • FIGS. Can be combined with one another.
  • the invention has been described on a single-stage vacuum pump, but it is generally applicable to twin-shaft vacuum pumps, even to multi-stage vacuum pumps.
  • Their pistons may have a two- or multi-leaf Wälzkolbenprofil or designed as a claw or screw structure.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Raum zur Aufnahme einer Schmiermittelfüllmenge, einer auf einer Welle angeordneten Schleuderstruktur und einem Ölrücklauf.
  • Es ist bekannt, Wellen von Vakuumpumpen mit einer schmiermittelgeschmierten Wälzlagerung drehbar zu unterstützen und bei einer Mehrzahl von Wellen diese durch ein Getriebe mit Synchronzahnrädem zu synchronisieren, so dass mit den Wellen verbundene Kolben berührungsfrei mit engem Spalt aufeinander abwälzen. Zur ausreichenden Schmiermittelversorgung ist bekannt, ein Schmiermittelreservoir vorzusehen, in welches eine auf einer der Wellen befestigte Schleuderscheibe eintaucht und Schmiermittel aufwirbelt und in dem Raum verteilt, in dem Wälzlager und/oder Synchronzahnräder angeordnet sind.
  • Pumpen mit einer Spritz- bzw. Schleuderscheibe sind beispielsweise aus der WO 2008/142437 A1 , EP 0 224 740 A1 oder DE 19 39 717 A1 bekannt.
  • Es wird nun beobachtet, dass die Schmiermittelmenge im Schmiermittelreservoir mit der Zeit abnimmt, die Verlustmenge daher als Leckage an andere Stellen der Vakuumpumpe gelangen muss, insbesondere in den Schöpfraum.
  • Die Anforderungen an Vakuumpumpen in industriellen Prozessen haben sich gewandelt und verlangen die Reduzierung des Eintrags von Schmiermittel in den Schöpfraum.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumpumpe mit einer Schleuderscheibe vorzustellen, bei der der Eintrag von Schmiermittel in den Schöpfraum verringert ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des ersten Anspruchs. Die davon abhängigen Ansprüche 2 bis 11 geben vorteilhafte Weiterbildungen an.
  • Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe fußt auf der Beobachtung, dass ein Teil der Schmiermittelleckage durch Schmiermittelschaum entsteht. Dieser Schmiermittelschaum wird erzeugt, wenn der Druck im Raum abfällt und durch die verringerte Löslichkeit für Gase in Flüssigkeiten im Schmiermittel gelöstes Gas aus diesem austritt. Dieser Schaum steigt dann bis in den Bereich der Welle und gelangt von dort in den Schöpfraum. Durch die Anordnung des Ablaufes derart, dass der Abstand zum Rand der Schleuderscheibe, welcher im wesentlichen Nahe des Schmiermittelspiegels ist, groß ist, wird verhindert, dass Schaum durch diesen Ablauf zur Welle gelangt. Dadurch wird die Schmiermittelleckage deutlich verringert, insbesondere beim Einsatz der Vakuumpumpe in Systemen, in denen der Betriebsdruck im Schöpfraum oft zwischen Atmosphäre und Vakuum wechselt, beispielsweise so genannte Load-Lock-Anwendungen. Groß meint, dass der Abstand so gewählt ist, dass sich der Auslauf entweder oberhalb des aufsteigenden Schaumes oder ausreichend tief in der Schmiermittelfüllmenge befindet. Durch letzteres wird verhindert, dass Schmiermittel durch den Auslauf in den Bereich der Welle angesaugt wird. Erfindungsgemäß beträgt der Abstand wenigstens die Hälfte, vorteilhaft Zweidrittel, der Distanz zwischen Wellenachse und Schnittpunktebene oder der Distanz zwischen Schnittpunktebene und einem untersten Punkt eines den Raum begrenzenden Gehäuses.
  • Die in den abhängigen Ansprüchen vorgestellten Maßnahmen führen zu einer weiteren Verringerung der Schmiermittelleckage.
  • An Hand von Ausführungsbeispielen und deren Weiterbildungen soll die Erfindung näher erläutert und die Darstellung ihrer Vorteile vertieft werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    Schematischer Teilschnitt entlang der Welle durch eine Vakuumpumpe,
    Fig. 2:
    Schematische Darstellung des Raumes quer zur Welle gemäß erstem Ausführungsbeispiel,
    Fig. 3:
    Teilschnitt längs der Welle mit Ablaufkammer und Fangkammer,
    Fig. 4:
    Schematische Darstellung von Fangkammer und Rücklauf quer zur Welle gemäß Weiterbildung,
    Fig. 5:
    Schematische Darstellung mit zwei Wellen, zwei Rückläufen und gemeinsamem Auslauf in einer ersten Ausführung,
    Fig. 6:
    Schematische Darstellung mit zwei Wellen, zwei Rückläufen und gemeinsamem Auslauf in einer zweiten Ausführung.
  • Für die Darstellung eines ersten Beispiels zeigt die Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vakuumpumpe 1, deren Gehäuse mehrere Abschnitte aufweist, insbesondere einen Getrieberaumabschnitt 10, einen Schöpfraumabschnitt 12 und einen Verteilungsraumabschnitt 14. Die Gehäuse der einzelnen Abschnitte können getrennt ausgeführt sein. Alternativ können mehrer Abschnitte in einem Gehäuseteil zusammen angeordnet sein. Eine im Schöpfraumabschnitt vorgesehene Ansaugöffnung 2 erlaubt der Vakuumpumpe, Fluid in ihren Schöpfraum anzusaugen. Ausgestoßen wird das Fluid durch einen ebenfalls im Schöpfraumabschnitt vorgesehene Ausstoßöffnung 4. Als Montagemittel sind Füße 6 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann der die Ansaug- oder Ausstoßöffnung bildende Teil des Gehäuses, beispielsweise durch geeignete Gestaltung des jeweiligen Flansches, so gestaltet sein, dass hierüber die Montage der Vakuumpumpe erfolgt.
  • Innerhalb der Vakuumpumpe ist eine Welle 30 angeordnet, die von einem Wälzlager 32 und einem antriebsseitigen Wälzlager 34 drehbar unterstützt wird. Auf dem den Schöpfraum durchsetzenden Teil der Welle ist ein Kolben 36 angebracht oder einteilig mit ihr ausgeführt. Dieser bewirkt bei Drehung der Welle den Pumpeffekt. Die Drehung der Welle erfolgt durch einen Antrieb 38, beispielsweise einem Asynchronomotor, der über eine Magnetkupplung 40 mit der Welle verbunden sein kann. Eine solche Anordnung erlaubt die hermetisch dichte Trennung von Umgebung und Pumpeninneraum, insbesondere der Schmiermittel beinhaltenden Gehäuseabschnitte.
  • Am dem Antrieb abgewandten Ende der Welle ist in einem im Getrieberaumabschnitt vorgesehenen Raum 20 ein Synchronzahnrad 50 vorgesehen, welches mit einem in dieser Darstellung nicht sichtbaren zweiten Synchronzahnrad auf einer ebenfalls nicht sichtbaren zweiten Welle derart zusammenwirkt, dass sich beide Wellen mit gleicher Frequenz aber entgegengesetzem Drehsinn zu einander bewegen.
  • Synchronzahnrad und Wälzlager 32 müssen mit Schmiermittel versorgt werden. Hierzu ist im Raum 20 eine Schmiermittelfüllmenge 72 vorhanden, in welche eine auf der Welle angebrachte Schleuderstruktur 60 zumindest während einer Phase der Drehbewegung eintaucht. Hierdurch wird Schmiermittel im ganzen Raum 20 verteilt und insbesondere den Synchronzahnrädern und dem Wälzlager 32 zugeführt. Von diesem gelangt es durch einen Rücklauf 54, der in einen zum Raum 20 geöffneten Auslauf 58 mündet, zur Schmiermittelfüllmenge 72 zurück.
  • Zwischen Antrieb und antriebsseitigem Wälzlager ist ein zweiter Raum 22 vorgesehen, in welchem eine zweite Schleuderstruktur 70 in eine antriebsseitige Schmiermittelfüllmenge 74 eintaucht. Hierdurch wird Schmiermittel im zweiten Raum verteilt und dem Wälzlager 34 zugeführt. Von diesem gelangt es durch einen Rücklauf 64, der in einem Auslauf 68 mündet, zur Schmiermittelfüllmenge 74 zurück.
  • In einer schematischen Darstellung zeigt Fig. 2 die geometrischen Verhältnisse im Raum 20 in Blickrichtung entlang der Wellenachse.
  • Die Montagemittel 6 legen eine Montageebene 102 und eine dazu Senkrechte 100 fest, wobei die Senkrechte der Schwerkraftrichtung entspricht.
  • Die Wellenachse 112 der Welle 30 steht senkrecht auf der Zeichenebene und liegt in einer Wellenebene 118, deren Flächennormale sich mit der Senkrechten 100 deckt. Die Synchronzahnräder 50 und 52 stehen in Eingriff miteinander, so dass die Drehbewegung der Welle 30 auf die zweite Welle 28 übertragen wird. Auf der Welle 30 ist die Schleuderstruktur 60 angeordnet. Sie ist im gezeigten Beispiel als rechteckige Platte ausgeführt, deren Ecken eine Kreisbahn beschreiben. In Bezug auf die Schwerkraftrichtung hat diese Kreisbahn einen tiefsten Punkt 104, durch den eine Schnittpunktebene 106 festgelegt wird, auf die die Schwerkraftrichtung senkrecht steht. Alternativ kann die Schleuderstruktur als Vollscheibe, Scheibensegment oder dergleichen ausgeführt sein. Der tiefste Punkt liegt unterhalb der Schmiermitteloberfläche 76, so dass die Schleuderstruktur in die Schmiermittelfüllmenge eintaucht und beim Wiederauftauchen Schmiermittel aus dieser mitnimmt und im Raum verteilt. Um Verlust an Antriebsleistung zu verringern ist es vorteilhaft, Schnittpunktebene und Schmiermitteloberfläche nahe beieinander anzuordnen, so dass die Schleuderstruktur nur so tief eintaucht, dass genug Schmiermittel von ihr im Raum verteilt wird.
  • Beim Evakuieren der Vakuumpumpe wird der Raum 20 ebenfalls evakuiert. Hierdurch wird der Druck erreicht, bei welchem im Schmiermittel gelöstes Gas aus diesem austritt. Dadurch schäumt das Schmiermittel auf, der Schaum steigt mit einem sich vergrößerenden Volumen in Richtung der Senkrechten auf.
  • Durch den Auslauf 58 ist eine zur Schnittpunktebene parallele Auslaufebene 108 festgelegt. Der Abstand 110 zwischen Schnittpunktebene und Auslaufebene ist groß gewählt, wobei die Auslaufebene zwischen Wellenebene und Schnittpunktebene liegt. Groß bedeutet dabei, dass der Auslauf möglichst weit oben im Schaum, vorzugsweise außerhalb des Schaumes, angeordnet ist. Eingeschränkt wird dies dadurch, dass Auslauf und damit verbundener Rücklauf den Rücklauf des Schmiermittels aus dem Bereich der Welle gewährleisten müssen. Durch diese Gestaltung wird erreicht, dass die entlang der Welle in den Schöpfraum gelangende Menge an Schmiermittel erheblich verringert ist.
  • Nach einer der erfindungsgemäßen Alternativen beträgt der Abstand wenigstens die Hälfte, vorteilhaft Zweidrittel, der Distanz zwischen Schnittpunktebene und der Wellenachse derjenigen Welle, die die Schleuderstruktur trägt.
  • In einer anderen vorteilhaften Ausführung beträgt der Winkel 122 zwischen einer durch den Auslauf und die Wellenachse verlaufenden Geraden 120 und der Auslaufebene wenigstens 10°. Hierdurch wird den vorgenannten Bedingungen entsprochen.
  • Eine Weiterbildung bezieht sich auf die Volumina, die sich aus Schnittpunktebene und Auslaufebene ergeben. Ein erstes Volumen 114 wird von Auslaufebene, Gehäuse 10 und Schnittpunktebene 106 begrenzt. Ein zweites Volumen 116 liegt, bezogen auf die Senkrechte, auf der dem ersten Volumen abgewandten Seite der Schnittpunktebene und wird durch Schnittpunktebene und Gehäuse begrenzt. Von der Überlegung ausgehend, dass das zweite Volumen im Wesentlichen die für den Betrieb der Vakuumpumpe notwendige und je nach Betriebsphase aufschäumende Schmiermittelmenge enthält, beträgt das erste Volumen 114 mindestens das Doppelte des zweiten Volumens 116. So kann das Schmiermittel aufschäumen, ohne in den Auslauf aufzusteigen, so dass die Schmiermittelleckage nochmals verringert wird. Diese Wirkung kann verbessert werden, wenn das erste Volumen das Dreifache oder Vierfache des zweiten Volumens beträgt.
  • Die Montagemittel können zusätzliche Füße 6' oder dergleichen umfassen, die eine zweite Einbaulage ermöglichen, so dass sich eine alternative Montageebene 102' ergibt. Hierdurch ergibt sich eine Mehrzahl von Ausrichtungen der Senkrechten. In diesem Falle wird die Position des Auslaufes so gewählt, dass der Abstand zwischen Schnittpunktebene und Auslaufebene für wenigstens zwei Ausrichtungen groß im vorgenannten Sinne ist. Erfindungsgemäß beträgt der Abstand wenigstens die Hälfte, vorteilhaft Zweidrittel, der Distanz zwischen Wellenachse und Schnittpunktebene oder der Distanz zwischen Schnittpunktebene und einem untersten Punkt eines den Raum begrenzenden Gehäuses. Erreicht wird das im gezeigten Beispiel, in dem der Winkel 122 etwa 45° beträgt.
  • Die vorgenannten Gestaltungsregeln sind analog auf den zweiten Raum 22 und den darin vorgesehenen Auslauf des Rücklaufs 64 in den zweiten Raum anzuwenden. Die nachfolgenden Fig. 3 bis Fig. 6 befassen sich mit Ausführungsbeispielen, bei denen sich der Auslauf unterhalb der Schnittpunktebene und damit im Betrieb unterhalb der Schmiermitteloberfläche befindet. Diese Lösungen werden anhand des Getrieberaumes der Vakuumpumpe nach Fig. 1 erklärt.
  • Es zeigt Fig. 3 eine Welle 230 mit einer Wellenachse 212 und ein darauf befestigtes Synchronzahnrad 250 sowie eine Schleuderstruktur 260. Diese taucht wenigstens auf einem Teil ihrer Drehbewegung unter die Schmiermitteloberfläche 216 und führt so Schmiermittel mit sich, das nachfolgend durch Fliehkraft abgelöst und dadurch im Raum 220 verteilt wird. Insbesondere gelangt es auf das Synchronzahnrad und zu einem Wälzlager 232, welches die Welle drehbar unterstützt.
  • Während des Betriebes der Vakuumpumpe entsteht zumindest zweitweilig ein Druckgefälle derart, dass Fluid durch das Wälzlager in die dem Synchronrad abgewandte Seite entlang der Welle strömt. Diese Strömung ist erwünscht, da hierdurch ein Druckausgleich zwischen dem Raum und dem Schöpfraum bewirkt wird. Jedoch wird Schmiermittel aus dem Wälzlager mitgerissen, was zu Schmiermittelleckage führen kann. Die nachfolgenden Mittel verringern diese erheblich. Ein Kolbenring 276 bildet eine Engstelle zwischen Welle und Gehäuse und wirkt als Drossel. Im Strömungspfad hinter dem Kolbenring ist auf der Welle eine Schleuderkante 274 vorgesehen, an der Schmiermittel durch Fliehkräfte von der Welle abgeschleudert werden. Im Bereich dieser Schleuderkante ist die Welle von einer Fangkammer 270 umgeben, in welcher das abgeschleuderte Schmiermittel aufgefangen und dem Rücklauf 254 zugeführt wird. Die Fangkammer weist wenigstens auf einem Teil ihres Umfanges eine im wesentlichen konische Begrenzungswand 272 auf. Der Durchmesser des Konus nimmt mit steigendem Abstand zum Wälzlager zu. Schleuderkante und konische Begrenzungswand sind so zueinander angeordnet, dass abgeschleudertes Schmiermittel auf die Begrenzungswand trifft. Diese Gestaltung bewirkt, dass sich das auftreffende Schmiermittel entlang der Begrenzungswand in eine Vorzugsrichtung bewegt und nicht direkt in Richtung der Welle zurückreflektiert wird. Das Schmiermittel wird in Richtung des Rücklaufs zusammengeführt. In Strömungsrichtung folgt der Fangkammer ein weiterer als Drossel wirkender Kolbenring 278.
  • Der Rücklauf 254 umfasst einen Fangkammerauslauf 260, welcher das Schmiermittel aus der Fangkammer aufnimmt. Durch diesen Fangkammerauslauf gelangt das Schmiermittel in den nächsten Teil des Rücklaufs, die Ablaufkammer 262. Mit dem bezogen auf die Senkrechte 200 tiefsten Punkt dieser Ablaufkammer ist ein Ablaufkanal 266 verbunden, durch welchen Schmiermittel aus der Ablaufkammer abläuft und zurück in die Schmiermittelfüllmenge gelangt, wobei es den Rücklauf durch den Auslauf 258 verlässt. Durch diesen Auslauf ist eine Auslaufebene 208 festgelegt, deren Flächennormale durch die Senkrechte gebildet wird. Die Schleuderstruktur legt durch den tiefsten Punkt ihres Umlaufes die Schnittpunktebene 206 fest, deren Flächennormale ebenfalls durch die Senkrechte gebildet wird. Der Abstand 210 dieser beiden Ebenen zueinander ist groß gewählt. Dies wird erreicht, indem der Auslauf nahe dem Gehäuseboden 222 des Raumes 220 angeordnet ist. Damit liegt er im Betrieb weit unter der Schmiermitteloberfläche 216. "Großer Abstand" und "weit" sind hier so zu verstehen, dass durch die Position des Ablaufes erreicht wird, dass Schmiermittel, welches im Ablaufkanal steht, bei Evakuieren von Fangkammer und Ablaufkammer nicht bis in die Fangkammer eingesaugt wird, indem die zwischen Schnittpunktebene und Auslaufebene vorhandene Schmiermittelmenge einen Gegendruck aufbaut.
  • Nach einer der erfindungsgemäßen Alternativen beträgt der Abstand der Ebenen wenigstens die Hälfte, vorteilhaft Zweidrittel, der Distanz zwischen Schnittpunktebene und einem untersten Punkt der Innenwand des den Raum begrenzenden Gehäuses 222.
  • Die Ablaufkammer ist oberhalb der Schnittpunktebene angeordnet, insbesondere derart, dass sie sich im Betrieb der Vakuumpumpe oberhalb der Schmiermitteloberfläche 216 befindet. Dies bewirkt, dass der aus dem im Ablaufkanal 266 vorhandenen Schmiermittel entstehende Schaum nicht bis in die Fangkammer aufsteigen kann sondern sich in der Ablaufkammer ausdehnt. In einer vorteilhaften Weiterbildung beträgt das Volumen des Rücklaufes zwischen Welle und Schnittpunktebene das Zweifache des Volumens zwischen Auslauf und Schnittpunktebene. Das kann weiter verbessert werden, wenn das Dreifache oder Vierfache erreicht wird. In einer einfachen Ausführung beträgt das Volumen der Ablaufkammer 262 wenigstens das Zweifache des Volumens des Ablaufkanals 266. Die Ablaufkammer kann als eine Ausnehmung im Gehäuse gestaltet werden, die durch einen Kammerdeckel 264 verschlossen wird. Der Ablaufkanal kann kostengünstig als Rohr gestaltet sein.
  • Eine Weiterbildung zeigt Fig. 4 in einer schematischen Darstellung. Die Welle 230 ist von einer Fangkammer 270' umgeben, an welche im bezogen auf die Senkrechte 200 unteren Teil eine Ablaufkammer 262' angeformt ist. Deren Querschnitt nimmt in Richtung der Schnittpunktebene 206 ab und erreicht oberhalb dieser den kleinsten Wert. Die Ablaufkammer geht an diesem Punkt in den Ablaufkanal 266' über, welcher im Auslauf 258' endet. Dieser legt die Auslaufebene 208 fest, wobei Schnittpunktebene und Auslaufebene im vorgenannten Sinne einen großen Abstand 210 aufweisen. Eine Abschirmung 280 ist am bezogen auf die Senkrechte unteren Ende des Ablaufkanals angeordnet. Diese Abschirmung verschließt den Auslauf 258' derart, dass der Ablaufkanal in Blickrichtung der Senkrechten blickdicht verschlossen ist. Dadurch kann in dieser Richtung aufsteigender Schaum nicht direkt in den Ablaufkanal gelangen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Gedankens ist der Auslauf derart angeordnet, dass er sich in Drehrichtung 218 der Schleuderstruktur öffnet. Hierdurch wird verhindert, dass Schmiermittel durch die von der Schleuderstruktur erzeugte Strömung in den Auslauf hineinströmt.
  • Die schematischen Darstellungen nach Fig. 5 und 6 stellen Weiterbildungen vor, die das Vorhandensein zweier Rückläufe berücksichtigen.
  • Die Anordnung nach Fig. 5 weist eine erste Welle 330 und eine zweite Welle 328 auf. Ein Rücklauf 354 erlaubt die Rückführung von Schmiermittel von der ersten Welle zur Schmiermittelfüllmenge, ein zweiter Rücklauf 356 von der zweiten Welle. Die Rückläufe münden am Knotenpunkt 364 ineinander, so dass die in beiden geführten Schmiermittelmengen durch den gemeinsamen Ablaufkanal 366 weitergeführt werden. Dieser endet im Auslauf 358. Die Volumina des Ablaufkanals und der Rückläufe sind vorteilhaft so zueinander bemessen, dass Schmiermittel, welches zwischen Schnittpunktebene 206 und dem Auslauf 358 steht, in Richtung der Senkrechten 200 aufschäumen kann, ohne dabei die Wellen zu erreichen. Durch diese Anordnung wird eine geringe Schmiermittelleckage mit wenigen Bauteilen und damit in einer kostengünstigen Weise erreicht. Es kann sinnvoll sein, zwischen der Schnittpunktebene und dem Knotenpunkt eine Ablaufkammer 362 vorzusehen, die zusätzlichen Raum zum Ausdehnen von Schaum bietet. Aus den zu Fig. 3 beschriebenen Gründen ist es sinnvoll, den Auslauf im vorgenannten Sinne nahe des Bodens des Getrieberaumes 322 anzuordnen.
  • Die Anordnung nach Fig. 6 weist eine erste Welle 330 und eine zweite Welle 328 auf. Ein Rücklauf 354 und ein zweiter Rücklauf 356 sind vorgesehen, Schmiermittel von der Welle zurück zu führen. Zwischen erster Welle und Schnittpunktebene 206 und zwischen zweiter Welle und Schnittpunktebene sind in den Rückläufen eine Ablaufkammer 362 und eine zweite Ablaufkammer 380 vorgesehen. Eine Verbindung 382 verbindet die jeweils der Schnittpunktebene am dichtesten liegenden Punkte der Ablaufkammern miteinander. Die Verbindung weist auf der den Wellen abgewandten Seite der Schnittpunktebene einen Auslauf 358 auf. Dieser ist in einer vorteilhaften Weiterbildung an dem, bezogen auf die Senkrechte 200, am weitesten von der Schnittpunktebene entfernten Punkt angeordnet ist. Der Auslauf ist im vorgenannten Sinne nahe des Bodens des Getrieberaumes 322 angeordnet.
  • Die Anhand der Fig. beschriebenen Gestaltungsformen können untereinander kombiniert werden. Die Erfindung wurde an einer einstufigen Vakuumpumpe beschrieben, sie ist jedoch generell auf Zweiwellenvakuumpumpen anwendbar, auch auf mehrstufige Vakuumpumpen. Deren Kolben können ein zwei- oder mehrflügeliges Wälzkolbenprofil aufweisen oder auch als Klauen- oder Schraubenstruktur gestaltet sein.

Claims (11)

  1. Vakuumpumpe (1) mit einem Montagemittel (6), welches eine der Schwerkraftrichtung entsprechenden Senkrechte (100; 200) festlegt, welche die Flächennormale einer Montageebene bildet, einer Welle (30; 28; 230; 330; 328) mit einer Wellenachse (112; 212), einem Raum (20, 22; 220), welcher zur Aufnahme einer Schmiermittelfüllmenge (72; 74) dient, einer auf der Welle angeordneten Schleuderstruktur (60, 70; 260) zur Verteilung von Schmiermittel im Raum, einem Ölrücklauf (54; 254; 354; 356), welcher den Rücklauf von Schmiermittel in den Raum erlaubt und einen zu diesem Raum geöffneten Auslauf (58; 258; 258'; 358) aufweist,
    wobei
    - eine in Bezug zur Schwerkraftrichtung unterhalb der Welle angeordnete Auslaufebene (108; 208) den Auslauf beinhaltet und parallel zur Montageebene ist,
    - eine Schnittpunktebene (106; 206) den in Bezug zur Schwerkraftrichtung tiefsten im Betrieb der Schleuderstruktur erreichten Punkt (104) beinhaltet und parallel zur Montageebene ist
    und
    - ein Abstand (110; 210) zwischen Auslaufebene und Schnittpunktebene wenigstens die Hälfte, vorteilhaft Zweidrittel, einer Distanz zwischen Wellenachse und Schnittpunktebene oder einer Distanz zwischen Schnittpunktebene und einem untersten Punkt eines den Raum begrenzenden Gehäuses beträgt.
  2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (122) einer durch Auslauf (58) und Wellenachse (112) verlaufenden Gerade (120) zur Montageebene mehr als 0°, vorzugsweise wenigstens 10°, beträgt.
  3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf zwischen der Schnittpunktebene (106) und einer die Wellenachse beinhaltenden und zur Montageebene parallelen Wellenebene (118) angeordnet ist und ein erstes Volumen (114) mindestens das Doppelte eines zweiten Volumens (116) beträgt, wobei
    - das erste Volumen von einem Gehäuse (10), Auslaufebene (108) und Schnittpunktebene (106) und
    - das zweite Volumen auf der dem ersten Volumen abgewandten Seite der Schnittpunktebene liegt und von Gehäuse (10) und der Schnittpunktebene begrenzt wird.
  4. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Auslaufebene (108; 208) auf der der Welle abgewandten Seite der Schnittpunktebene (106; 206) angeordnet ist und
    - das Volumen des Rücklaufes zwischen der Welle und Schnittpunktebene mindestens das Zweifache des Volumens zwischen Auslauf und Schnittpunktebene beträgt.
  5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Volumen des Rücklaufes zwischen der Welle und der Schnittpunktebene wenigstens teilweise von einer Ablaufkammer (262; 362; 380) und
    - das Volumen zwischen Auslauf und Schnittpunktebene von einem Rohr (266; 266'; 366) gebildet wird.
  6. Vakuumpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf eine Abschirmung (280) umfasst, die den Auslauf abschirmt.
  7. Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung den Auslauf in einer Drehrichtung (218) der Schleuderstruktur öffnet.
  8. Vakuumpumpe nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Welle (28; 328) mit einem zweiten Rücklauf (356) umfasst und Rücklauf und zweiter Rücklauf miteinander verbunden sind und einen gemeinsamen Auslauf (358) besitzen.
  9. Vakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Rücklauf und zweiter Rücklauf in Strömungsrichtung vor dem Auslauf miteinander verbunden sind.
  10. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle von einer Fangkammer (270) umgeben ist.
  11. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Montagemittel eine Mehrzahl von Ausrichtungen der Senkrechten zulässt und der Abstand (110; 210) für wenigstens zwei Ausrichtungen wenigstens die Hälfte, vorteilhaft Zweidrittel, einer Distanz zwischen Wellenachse und Schnittpunktebene oder einer Distanz zwischen Schnittpunktebene und einem untersten Punkt eines den Raum begrenzenden Gehäuses beträgt.
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