EP2431613A2 - Wellendichtung für eine Vakuumpumpe - Google Patents

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EP2431613A2
EP2431613A2 EP11007002A EP11007002A EP2431613A2 EP 2431613 A2 EP2431613 A2 EP 2431613A2 EP 11007002 A EP11007002 A EP 11007002A EP 11007002 A EP11007002 A EP 11007002A EP 2431613 A2 EP2431613 A2 EP 2431613A2
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EP
European Patent Office
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vacuum pump
lubricant
chamber
shaft
space
Prior art date
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EP11007002A
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English (en)
French (fr)
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EP2431613A3 (de
EP2431613B1 (de
Inventor
Gerd Baitinger
Johannes Kümmel
Peter Huber
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Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Publication date
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Publication of EP2431613A3 publication Critical patent/EP2431613A3/de
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    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/005—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F04C29/0064—Magnetic couplings

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump according to the preamble of claim 1.
  • Vacuum pumps with two separate from each other by a wall spaces, with a wave passes through this wall, are common. As a rule, both spaces are at least temporarily at different absolute pressures.
  • a provided in the second space bearings for supporting the shaft requires a lubricant supply in the second room.
  • a sealing arrangement is required to hold lubricant in the second space and to prevent the passage into the first space.
  • a known in the prior art solution provides to arrange a plurality of piston rings in the gap between the shaft and wall, wherein in the operating state, the piston rings are no longer in contact with the shaft. This results in a labyrinthine seal arrangement, which is inexpensive to manufacture due to the fast assembly and low component count.
  • Another positive feature of this seal arrangement is the possibility of pressure equalization between the first and second spaces.
  • the labyrinth acts only as a throttle.
  • the disadvantage of this arrangement is that small amounts of lubricant get into the first room.
  • the lubricant leakage that is to say the quantity of lubricant entering the first space, is significantly reduced by a device with a catch groove opened towards the shaft, whose radial boundary surface is designed such that lubricant impinging in the radial direction is deflected and brought together in a preferential direction.
  • Lubricant is not only thrown off the shaft and collected in this device.
  • the lubricant is quickly calmed and led away from the sealing area. Uncontrolled flying around and atomizing into droplets, which would intensify the lubricant mist easily carried in the gas stream, is prevented.
  • the lubricant leakage is significantly lower, the required additional costs in the production are low.
  • the development according to claim 2 presents a substantially conical surface, is brought together in the radial direction impinging lubricant along the cone.
  • the merging is effected and promoted on the one hand by the velocity component along the lateral surface of the cone and the flow direction of the gas flowing through the device.
  • this geometry is easy to produce.
  • the development according to claim 4 leads by a provided between catch groove and roller collecting chamber to a reduced lubricant leakage. Through the collection chamber, a volume is provided in which collected from the rolling bearing lubricant is collected and prevented from migrating in the direction of catching groove.
  • a step on the boundary wall in the direction of the catch groove reduces the creep of the lubricant into the gap between the wall and the shaft, which in turn reduces the lubricant leakage.
  • the drainage chamber is advantageously further developed by a drainage channel extending under the surface of the lubricant according to claim 7. Through the drain passage, the amount of lubricant is reduced, which can form in the drain chamber rising lubricant foam.
  • the development according to claim 9 proposes to provide a filter in this ventilation channel and thereby reduce the amount of lubricant in the supplied via the ventilation duct fluid.
  • FIG. 1 A section through an exemplary vacuum pump is in Fig. 1 shown.
  • the vacuum pump 1 has a housing 2. Within the housing, a pumping chamber 4 is provided, in which pistons 24 and 26 are arranged. These are mounted on shafts 10 and 18 and are rotated by them. The interaction of the rotating pistons creates the pumping action. The rotation is effected by a motor 30, which introduces a torque into the shaft 10. This introduction can be made directly or via a magnetic coupling 28 shown in the figure, which allows as an advantage a simple and tight separation of the pump interior and the environment.
  • the shafts 10 and 18 are rotatably supported on both sides of the pistons of rolling bearings 12 and 22.
  • a wall 8 supports roller bearings 12 and separates the pump chamber from a gear chamber 6.
  • lubricant which serves for the lubrication of the rolling bearings and the synchronizing gears 14 and 16.
  • the synchronizing gears ensure that driving force is transmitted from the shaft 10 to the shaft 18 and that the pistons roll off each other without contact.
  • the lubricant forms a liquid reservoir in terms of gravity lower part of the gear chamber. In this liquid reservoir, the surface of which is below roller bearings and synchronizing gears, a centrifugal disc 20 immersed, which stirs up the lubricant, thereby distributed in the gear compartment and thus brings to synchronizing gears and bearings.
  • a centrifugal disc 20 ' which dips analogous to the centrifugal disc 20 in a lubricant reservoir and distributes this lubricant, in particular the rolling bearings feeds.
  • the suction chamber 4 now forms the first space, while the second space can be formed by both the gear chamber 6 and the lubricant distribution chamber 32.
  • the area of one of the roller bearings 12 shows Fig. 2 in section along the line I-I '. It is advantageous to design the areas with the other rolling bearings according to the example of the solution presented in this area.
  • the shaft 10 has a shaft axis 38.
  • the direction of gravity is located vertically downwards in the drawing. Therefore, the area shown in the drawing below this shaft axis is also below the shaft axis with respect to gravity.
  • the wall 8 separates the first space 4 from the second space 6.
  • the shaft passes through an opening in the wall and extends from the first room to the second room.
  • a rolling bearing 12 is provided which rotatably supports the shaft.
  • lubricant is present, which forms a liquid reservoir with a lubricant surface 100 in the lower part of the second space.
  • the centrifugal disc shown in the first figure dips into this lubricant and distributes it during rotation of the shaft in the second space. As a result, rolling bearing and gear lubricant is supplied.
  • a collection chamber 70 On the side facing the first space of the rolling bearing a collection chamber 70 is provided. Lubricant, which exits the rolling bearing, first passes into this collection chamber and passes through a collection chamber outlet 76 back into the liquid reservoir.
  • the boundary wall 72 of the collection chamber located in the direction of the catching groove 50 has a step 74 narrowing the collection chamber. This reduces the amount of lubricant reaching the shaft from the collecting chamber, since on the one hand the proportion of the moving boundary surfaces of the collecting chamber is reduced. On the other hand, the step reduces the boundary surface from which lubricant can reach the shaft.
  • the collecting chamber can cooperate with a centrifugal edge 102 provided on the shaft, which is arranged with respect to the shaft axis between the step and roller bearing.
  • the catching groove 50 On the side facing away from the rolling bearing of the collecting chamber is the catching groove 50. Between catching groove and collecting chamber can be provided at least one throttle, which is formed for example by a piston ring 44.
  • the catching groove surrounds the shaft and has a radial boundary surface designed in such a way that lubricant, which essentially strikes from the radial direction, is deflected and brought together in a preferred direction.
  • the radial direction refers here to the shaft axis 38 perpendicular directions.
  • this type of design is achieved by a radial boundary surface 52, which in the three-dimensional substantially forms a cone surrounding the shaft whose axis of rotation can coincide with the shaft axis. In the section shown this means that the cutting line is not parallel to the shaft axis.
  • the larger diameter of the cone is directed in the direction of the first space 4.
  • the boundary surface 54 facing away from the rolling bearing of the catching groove may have a shoulder 56 which widens the catching groove in the direction of the shaft.
  • the shoulder has a substantially conical shape, this second cone widens in the direction of the first space. This creates an acute angle at the edge 108, from which lubricant is particularly easily detached.
  • a third centrifugal edge 106 can cooperate on the shaft, in which it is arranged with respect to the shaft axis at the level of the second cone.
  • Lubricant is thrown off the shaft in this design, strikes the second cone, travels along it to the edge 108 and detaches therefrom to reach the shaft between the spinning edges 106 and 104. Thus, the amount of lubricant that can get into the gap between wall and shaft is effectively reduced.
  • piston rings 40 and 42 may be provided, which throttle the gas flow through this, but preferably not permanently contacting seal.
  • a blocking gas groove 90 into which gas is introduced via a blocking gas channel 92, which prevents the entry of process gas from the first space into the second space.
  • the catch groove is provided with a catch groove channel 60, which is arranged such that lubricant is discharged from the catch groove in the direction of the lubricant supply.
  • a drain chamber 62 is provided between Fangnutkanal and lubricant supply, in which the running out of the catching lubricant is first collected.
  • This drainage chamber has its own housing. Alternatively, it may be at least partially a recess in the wall 8. It can also form together with the Fangnutkanal a single design element.
  • a drain channel 64 returns the lubricant to the lubricant supply.
  • the mouth of the drainage channel is located below the lubricant surface 100, preferably near the bottom in the calmed area of the lubricant supply.
  • the volume of the drainage channel is significantly smaller than the volume of the drainage chamber.
  • the volume ratios are such that no foam reaches the catch groove 50 during the foaming of the pump during pumping down of the vacuum pump to pressures below 50 mbar.
  • the drain chamber is disposed completely over the lubricant surface 100. Their bottom and the mouth of the drain channel are designed so that the lubricant can drain completely from the drain chamber, for example by the mouth is provided at the lowest point of the drain chamber.
  • a ventilation channel 80 passes through the gas from the second chamber 6 in the catch groove 50. This allows the pressure balance between the first and second space.
  • the first space is the pump chamber and the second space is a gear room. Due to the pressure equalization, the gear chamber pressure is brought into the pressure range of the pump chamber. Due to the then small pressure difference, flow of lubricant-laden fluid from the second to the first space is comparatively greatly reduced. This is positive for the reduced leakage of lubricant in the Pumping space into it and for the achievement of the lowest possible final pressure of the vacuum pump.
  • a filter 82 in the ventilation channel, which filters out lubricant occurring as mist from the gas.
  • the pore size of the filter is adapted to the droplet size of the lubricant.
  • the inlet of the filter is shielded by a shield 84 such that lubricant from the slinger can not be thrown directly onto the filter.
  • the conductance of the flow path with aeration channel and filter is large compared to the conductance of the flow path through the rolling bearing, in particular, it is about ten times. This ensures that preferably filtered gas passes without the addition of lubricant in the region of the catching groove.
  • the invention has been shown with reference to a single-stage Roots vacuum pump.
  • the vacuum pump can also be designed in multiple stages with a plurality of successively arranged on the shafts 10 and 18 pistons, which cooperate in several pump chambers. There is no need to use a Roots profile. Also claw profiles, screw profiles and the like can be used with the presented arrangement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem ersten Raum (4), einem zweiten Raum (6, 32), einer zwischen den Räumen angeordneten Wand (8), einer Welle (10), die eine in der Wand angeordnete Öffnung durchsetzt, und einem im zweiten Raum angeordneten und die Welle unterstützenden Wälzlager (12, 22), wobei zwischen erstem und zweiten Raum ein zur Welle hin geöffnete Fangnut (50) angeordnet ist, welche eine derart gestaltete radiale Begrenzungsfläche (52) aufweist, dass aus im Wesentlichen radialer Richtung auftreffendes Schmiermittel umgelenkt und in einer Vorzugsrichtung zusammengeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Vakuumpumpen mit zwei durch eine Wand voneinander getrennten Räumen, wobei ein Welle diese Wand durchsetzt, sind häufig anzutreffen. In der Regel befinden sich beide Räume wenigstens zeitweilig auf unterschiedlichen Absolutdrücken. Ein im zweiten Raum vorgesehenes Wälzlager zur Lagerung der Welle bedingt eine Schmiermittelversorgung im zweiten Raum.
  • In dem Bereich, in dem die Welle die Wand durchsetzt, ist in aller Regel eine Dichtungsanordnung erforderlich, um Schmiermittel im zweiten Raum zu halten und den Durchtritt in den ersten Raum zu unterbinden.
  • Eine im Stand der Technik bekannte Lösung sieht vor, im Spalt zwischen Welle und Wand eine Mehrzahl von Kolbenringen anzuordnen, wobei im Betriebszustand die Kolbenringe nicht mehr in Kontakt mit der Welle stehen. Hierdurch ergibt sich eine labyrinthartige Dichtungsanordnung, die aufgrund der schnellen Montage und geringen Bauteilzahl kostengünstig herzustellen ist. Ein weitere positive Eigenschaft dieser Dichtungsanordnung ist die Möglichkeit der Druckangleichung zwischen erstem und zweiten Raum. Hierbei wirkt das Labyrinth lediglich als Drossel. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass geringe Mengen an Schmiermittel in den ersten Raum gelangen.
  • Heutige Vakuumsysteme, d.h. Anordnungen aus Vakuumpumpen, Vakuumkammern, Rohrleitungen, Substrattransportvorrichtungen und dergleichen, sollen in ihrem Prozessbereich in steigendem Maße frei von Schmiermittel sein. Dies bedeutet, dass die an sich vorteilhafte und oben beschriebene Lösung in manchen Anwendungsfällen eine zu große Schmiermittelmenge in den ersten Raum gelangen lässt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumpumpe mit geringerer Schmiermittelleckage vorzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Schmiermittelleckage, das heißt die in den ersten Raum gelangende Schmiermittelmenge, wird deutlich verringert durch eine Vorrichtung mit einer zur Welle hin geöffneten Fangnut, deren radiale Begrenzungsfläche derart gestaltet ist, dass in radialer Richtung auftreffendes Schmiermittel umgelenkt und in einer Vorzugsrichtung zusammengeführt wird. Schmiermittel wird in dieser Vorrichtung nicht nur von der Welle abgeschleudert und aufgefangen. Durch das Umlenken und Zusammenführen in einer Vorzugsrichtung wird das Schmiermittel schnell beruhigt und aus dem Dichtungsbereich weggeführt. Unkontrolliertes Umherfliegen und Zerstäuben zu Tröpfchen, welche den leicht im Gasstrom mitführbaren Schmiermittelnebel verstärken würde, wird verhindert. Gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung ist die Schmiermittelleckage deutlich geringer, die erforderlichen Mehrkosten bei der Herstellung sind gering.
  • Die Weiterbildung nach Anspruch 2 stellt eine im Wesentlichen konische Fläche vor, bei der aus radialer Richtung auftreffendes Schmiermittel entlang des Konus zusammengeführt wird. Die Zusammenführung wird dabei einerseits durch die Geschwindigkeitskomponente entlang der Mantelfläche des Konus und der Strömungsrichtung des durch die Vorrichtung strömenden Gases bewirkt und gefördert. Zudem ist diese Geometrie leicht herstellbar.
  • Dies gilt auch für die Weiterbildung nach Anspruch 3, die einen Absatz auf der dem Wälzlager abgewandten Begrenzungsfläche der Fangnut vorstellt. An diesem Absatz löst sich Schmiermittel von der Fangnutwandung ab, so dass ein Weiterkriechen in Richtung erstem Raum verhindert wird. Daher ist diese Weiterbildung noch besser in Bezug auf Schmiermittelleckage. Diese Vorteile können weiter vertieft werden, wenn der Absatz einen spitzen Winkel aufweist.
  • Die Weiterbildung nach Anspruch 4 führt durch eine zwischen Fangnut und Wälzlager vorgesehene Sammelkammer zu einer verringerten Schmiermittelleckage. Durch die Sammelkammer wird ein Volumen bereitgestellt, in welchem aus dem Wälzlager austretendes Schmiermittel aufgefangen und an der Wanderung in Richtung Fangnut gehindert wird.
  • Dieser Gedanken wird durch die Merkmale von Anspruch 5 weiterentwickelt. Eine Stufe auf der in Richtung Fangnut gelegenen Begrenzungswand verringert das Kriechen des Schmiermittels in den Spalt zwischen Wand und Welle und damit wiederum die Schmiermittelleckage.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Schmiermittelleckage durch eine Ablaufkammer nach Anspruch 6 zu verringern, die im Schmiermittelpfad zwischen Fangnut und einem Schmiermittelreservoir angeordnet ist. Beim Entgasen des Schmiermittels entsteht ein Schmiermittelschaum, der aufgrund der Ablaufkammer nicht in die Fangnut aufsteigen kann.
  • Die Ablaufkammer wird vorteilhaft durch einen unter die Oberfläche des Schmiermittels reichenden Ablaufkanal nach Anspruch 7 weitergebildet. Durch den Ablaufkanal wird die Menge des Schmiermittels reduziert, welche in die Ablaufkammer aufsteigenden Schmiermittelschaum bilden kann.
  • Um einen zeitlich schnelleren Druckausgleich als im Stand der Technik zwischen erstem und zweitem Raum bewerkstelligen zu können, ist es vorteilhaft, einen Belüftungskanal nach Anspruch 8 vorzusehen. Dieser führt Fluid aus dem zweiten Raum am Wälzlager vorbei in Richtung erstem Raum und kann daher mit einem deutlich höheren Leitwert als das Wälzlager Fluid transportieren.
  • Die Weiterbildung nach Anspruch 9 schlägt vor, in diesem Belüftungskanal einen Filter vorzusehen und dadurch die Schmiermittelmenge im über den Belüftungskanal zugeführten Fluid herabzusetzen.
  • Besonders ausgeprägt sind die Vorteile bei einer Vakuumpumpe nach Anspruch 10. Während des Evakuierens von Atmosphäre bis zum Arbeitsdruck wird bei einer solchen Vakuumpumpe das Druckniveau durchschritten, in welchem im Schmiermittel gelöstes Gas aus diesem austritt und dadurch einen Schmiermittelschaum bildet. Die Vorrichtung verhält sich besonders gut darin, den beim Austreten des Gases entstehenden Schmiermittelschaum nicht in den ersten Raum gelangen zu lassen. Bei einer Zweiwellenvakuumpumpe kommt hinzu, dass zusätzlich zu den die Welle unterstützenden Wälzlagern auch Synchronzahnräder eingesetzt werden und somit die benötigte Gesamtmenge an Schmiermittel besonders hoch ist.
  • An Hand eines Ausführungsbeispiels und seiner Weiterbildungen soll die Erfindung näher erläutert und die Darstellung ihrer Vorteile vertieft werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1: Schnitt durch eine Wälzkolbenvakuumpumpe,
    • Fig. 2: Schnitt durch entlang der Linie I-I'.
  • Einen Schnitt durch eine beispielhafte Vakuumpumpe ist in Fig. 1 gezeigt. Die Vakuumpumpe 1 besitzt ein Gehäuse 2. Innerhalb des Gehäuses ist ein Schöpfraum 4 vorgesehen, in welchem Kolben 24 und 26 angeordnet sind. Diese sind auf Wellen 10 und 18 angebracht und werden von diesen in Drehung versetzt. Das Zusammenwirken der sich drehenden Kolben erzeugt die Pumpwirkung. Die Drehung wird bewirkt durch einen Motor 30, welcher ein Drehmoment in die Welle 10 einleitet. Diese Einleitung kann direkt oder über eine in der Figur dargestellte Magnetkupplung 28 erfolgen, welche als Vorteil eine einfache und dichte Trennung von Pumpeninnenraum und Umgebung gestattet.
  • Die Wellen 10 und 18 werden auf beiden Seiten der Kolben von Wälzlagern 12 und 22 drehbar unterstützt. Eine Wand 8 stützt Wälzlager 12 und trennt den Schöpfraum von einem Getrieberaum 6 ab. In dem Getriebenraum befindet sich Schmiermittel, welches der Schmierung der Wälzlager und der Synchronzahnräder 14 und 16 dient. Die Synchronzahnräder sorgen dafür, dass Antriebskraft von der Welle 10 auf die Welle 18 übertragen wird und dass die Kolben berührungsfrei aufeinander abwälzen. Das Schmiermittel bildet einen Flüssigkeitsvorrat im in Bezug auf die Schwerkraft unteren Teil des Getrieberaumes. In diesen Flüssigkeitsvorrat, dessen Oberfläche sich unterhalb von Wälzlager und Synchronzahnrädern befindet, taucht eine Schleuderscheibe 20 ein, die das Schmiermittel aufwirbelt, dadurch im Getrieberaum verteilt und so zu Synchronzahnrädern und Wälzlagern bringt.
  • Auf der dem Getrieberaum gegenüberliegenden Seite des Schöpfraums befindet sich eine weitere Wand 8'. Diese trennt den Schöpfraum von einem Schmiermittelverteilungsraum 32 ab und trägt die Wälzlager 22. In diesem Schmiermittelverteilungsraum befindet sich auf einer der Wellen, im Beispiel auf Welle 18, eine Schleuderscheibe 20', die analog der Schleuderscheibe 20 in einen Schmiermittelvorrat eintaucht und dieses Schmiermittel verteilt, insbesondere den Wälzlagern zuführt.
  • Der Schöpfraum 4 bildet nun den ersten Raum, während der zweite Raum sowohl vom Getrieberaum 6 als auch vom Schmiermittelverteilungsraum 32 gebildet werden kann.
  • Die widersprüchliche Anforderung an diese Vakuumpumpe ist nun, einerseits Getrieberaum 6 und Schmiermittelverteilungsraum 32 über den Schöpfraum 4, dem ersten Raum, zu evakuieren, andererseits dabei keine unzulässige Menge an Schmiermittel aus einem der beiden zweiten Räume in den Schöpfraum gelangen zu lassen.
  • Den Bereich eines der Wälzlager 12 zeigt Fig. 2 im Schnitt entlang der Linie I-I'. Es ist vorteilhaft, die Bereiche mit den weiteren Wälzlagern nach dem Beispiel der in diesem Bereich vorgestellten Lösung zu gestalten.
  • Die Welle 10 besitzt eine Wellenachse 38. Die Schwerkraftrichtung ist in der Zeichnung senkrecht nach unten gelegen. Daher befindet sich der in der Zeichnung unterhalb dieser Wellenachse dargestellte Bereich auch bezogen auf die Schwerkraft unterhalb der Wellenachse.
  • Die Wand 8 trennt den ersten Raum 4 vom zweiten Raum 6 ab. Die Welle durchsetzt eine Öffnung in der Wand und erstreckt sich vom ersten Raum bis in den zweiten Raum. Dort ist ein Wälzlager 12 vorgesehen, welches die Welle drehbar unterstützt. Zur Schmierung des Wälzlagers ist Schmiermittel vorhanden, welches im unteren Teil des zweiten Raumes einen Flüssigkeitsvorrat mit einer Schmiermitteloberfläche 100 bildet. Die in der ersten Abbildung gezeigte Schleuderscheibe taucht in dieses Schmiermittel ein und verteilt es bei Drehung der Welle im zweiten Raum. Hierdurch wird Wälzlager und Getriebe Schmiermittel zugeführt.
  • Auf der dem ersten Raum zugewandten Seite der Wälzlagers ist eine Sammelkammer 70 vorgesehen. Schmiermittel, welches aus dem Wälzlager austritt, gelangt zunächst in dieser Sammelkammer und läuft durch einen Sammelkammerablauf 76 zurück in den Flüssigkeitsvorrat. Die in Richtung der Fangnut 50 gelegene Begrenzungswand 72 der Sammelkammer weist eine die Sammelkammer verengende Stufe 74 auf. Diese reduziert die Menge des aus der Sammelkammer auf die Welle gelangenden Schmiermittels, da zum einen der Anteil der sich bewegenden Begrenzungsflächen der Sammelkammer verkleinert wird. Zum anderen verkleinert die Stufe diejenige Begrenzungsfläche, von der aus Schmiermittel auf die Welle gelangen kann. Die Sammelkammer kann mit einer auf der Welle vorgesehenen Schleuderkante 102 zusammenwirken, welche bezogen auf die Wellenachse zwischen Stufe und Wälzlager angeordnet ist.
  • Auf der dem Wälzlager abgewandten Seite der Sammelkammer befindet sich die Fangnut 50. Zwischen Fangnut und Sammelkammer kann wenigstens eine Drossel vorgesehen sein, die beispielsweise durch einen Kolbenring 44 gebildet wird.
  • Die Fangnut umgibt die Welle und weist eine derart gestaltete radiale Begrenzungsfläche auf, dass im Wesentlichen aus radialer Richtung auftreffendes Schmiermittel umgelenkt und in einer Vorzugsrichtung zusammengeführt wird. Die radiale Richtung bezeichnet hier die zur Wellenachse 38 senkrechten Richtungen. Im gezeigten Beispiel wird diese Art der Gestaltung durch eine radiale Begrenzungsfläche 52 erreicht, welche im dreidimensionalen im Wesentlichen einen die Welle umgebenden Konus bildet, dessen Rotationsachse mit der Wellenachse zusammenfallen kann. Im gezeigten Schnitt bedeutet das, dass die Schnittlinie nicht parallel zur Wellenachse ist. Vorzugsweise ist der größere Durchmesser des Konus in Richtung des ersten Raumes 4 gerichtet. Hierdurch wird bewirkt, dass von der Welle abgeschleudertes Schmiermittel nicht senkrecht sondern in einem Winkel auf die radiale Begrenzungsfläche auftrifft. Es hat damit eine Geschwindigkeitskomponente die zur Begrenzungsfläche parallel ist, wodurch das Schmiermittel sowohl umgelenkt als auch in einer Vorzugsrichtung zusammengeführt wird. Dieser Vorteil wird verstärkt, wenn auf der Welle eine zweite Schleuderkante 104 vorgesehen ist, die sich bezogen auf die Wellenachse auf Höhe der Begrenzungsfläche befindet.
  • In einer vorteilhaften Ausführung kann die dem Wälzlager abgewandte Begrenzungsfläche 54 der Fangnut einen die Fangnut in Richtung Welle aufweitenden Absatz 56 aufweisen. Dieser Absatz reduziert die Menge an Schmiermittel, die entlang der dem Wälzlager abgewandten Begrenzungsfläche in den Spalt zwischen Wand und Welle gelangen kann. Vorzugsweise besitzt der Absatz eine im wesentlichen konische Gestalt, wobei sich dieser zweite Konus in Richtung des ersten Raumes weitet. Hierdurch entsteht ein spitzer Winkel an der Kante 108, von welchem sich Schmiermittel besonders leicht ablöst. Mit diesem zweiten Konus kann eine dritte Schleuderkante 106 auf der Welle zusammenwirken, in dem diese bezogen auf die Wellenachse auf Höhe des zweiten Konus angeordnet ist. Schmiermittel wird bei dieser Gestaltung von der Welle abgeschleudert, trifft auf den zweiten Konus, läuft entlang diesem zur Kante 108 und löst sich dort derart ab, dass es die Welle zwischen den Schleuderkanten 106 und 104 erreicht. Somit wird wirkungsvoll die Menge an Schmiermittel reduziert, die in den Spalt zwischen Wand und Welle gelangen kann.
  • In diesem Spalt können weitere Kolbenringe 40 und 42 vorgesehen sein, welche den Gasfluss durch diesen drosseln, vorzugsweise jedoch nicht dauerhaft berührend abdichten. Zwischen den Kolbenringen 40 und 42 kann eine Sperrgasnut 90 vorhanden sein, in die über einen Sperrgaskanal 92 Gas eingelassen wird, welches den Eintritt von Prozessgas aus dem ersten Raum in den zweiten Raum verhindert.
  • Die Fangnut ist mit einem Fangnutkanal 60 versehen, welche derart angeordnet ist, dass Schmiermittel aus der Fangnut in Richtung des Schmiermittelvorrats abgeführt wird. Vorzugsweise ist zwischen Fangnutkanal und Schmiermittelvorrat eine Ablaufkammer 62 vorgesehen, in der das aus der Fangnut ablaufende Schmiermittel zunächst aufgefangen wird. Diese Ablaufkammer besitzt ein eigenes Gehäuse. Alternativ kann sie wenigstens teilweise eine Ausnehmung in der Wand 8 sein. Sie kann außerdem zusammen mit dem Fangnutkanal ein einziges Gestaltungselement bilden. Von der Ablaufkammer führt ein Ablaufkanal 64 das Schmiermittel in den Schmiermittelvorrat zurück. Die Mündung des Ablaufkanals befindet sich dabei unterhalb der Schmiermitteloberfläche 100, vorzugsweise nahe des Bodens im beruhigten Bereich des Schmiermittelvorrats. Vorzugsweise ist das Volumen des Ablaufkanals deutlich kleiner als das Volumen der Ablaufkammer. Insbesondere sind die Volumenverhältnisse derart bemessen, das beim Aufschäumen von Schmiermittel während des Abpumpens der Vakuumpumpe auf Drücke unterhalb von 50 mbar kein Schaum bis in die Fangnut 50 gelangt. Die Ablaufkammer ist vollständig über der Schmiermitteloberfläche 100 angeordnet. Ihr Boden und die Mündung des Ablaufkanals sind derart gestaltet, dass das Schmiermittel vollständig aus der Ablaufkammer ablaufen kann, beispielsweise indem die Mündung am tiefsten Punkt der Ablaufkammer vorgesehen ist.
  • Es ist vorteilhaft, einen Belüftungskanal 80 vorzusehen, durch den Gas aus dem zweiten Raum 6 in die Fangnut 50 gelangt. Dies ermöglicht den Druckausgleich zwischen erstem und zweitem Raum. Im Falle der Vakuumpumpe ist der erste Raum der Schöpfraum und der zweite Raum ein Getrieberaum. Durch den Druckausgleich wird der Getrieberaumdruck in den Druckbereich des Schöpfraumes gebracht. Aufgrund des dann geringen Druckunterschieds wird Strömung von schmiermittelbeladenem Fluid aus dem zweiten in den ersten Raum vergleichsweise stark reduziert. Das ist positiv für die verringerte Leckage von Schmiermittel in den Schöpfraum hinein und für das Erreichen eines tiefstmöglichen Enddrucks der Vakuumpumpe.
  • Es ist vorteilhaft, in dem Belüftungskanal einen Filter 82 anzuordnen, der als Nebel auftretendes Schmiermittel aus dem Gas herausfiltert. Die Porengröße des Filters ist dabei an die Tröpfchengröße des Schmiermittels angepasst. Der Einlass des Filters ist durch eine Abschirmung 84 derart abgeschirmt, dass Schmiermittel von der Schleuderscheibe nicht direkt auf den Filter geschleudert werden kann.
  • Der Leitwert des Strömungspfades mit Belüftungskanal und Filter ist groß gegenüber dem Leitwert des Strömungspfades durch das Wälzlager, insbesondere beträgt er etwa das Zehnfache. Hierdurch wird erreicht, das vorzugsweise gefiltertes Gas ohne Beimengung von Schmiermittel in den Bereich der Fangnut gelangt.
  • Die Erfindung wurde anhand einer einstufigen Wälzkolbenvakuumpumpe gezeigt. Die Vakuumpumpe kann jedoch auch mehrstufig ausgeführt sein mit einer Mehrzahl an hintereinander auf den Wellen 10 und 18 angeordneten Kolben, die in mehreren Schöpfräumen zusammenwirken. Es muss kein Wälzkolbenprofil zur Anwendung gelangen. Auch Klauenprofile, Schraubenprofile und dergleichen können mit der vorgestellten Anordnung verwendet werden.

Claims (10)

  1. Vakuumpumpe mit einem ersten Raum (4), einem zweiten Raum (6, 32), einer zwischen den Räumen angeordneten Wand (8), einer Welle (10), die eine in der Wand angeordnete Öffnung durchsetzt, und einem im zweiten Raum angeordneten und die Welle unterstützenden Wälzlager (12, 22), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erstem und zweiten Raum ein zur Welle hin geöffnete Fangnut (50) angeordnet ist, welche eine derart gestaltete radiale Begrenzungsfläche (52) aufweist, dass aus im Wesentlichen radialer Richtung auftreffendes Schmiermittel umgelenkt und in einer Vorzugsrichtung zusammengeführt wird.
  2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der radialen Begrenzungsfläche (52) zur Wellenachse mit steigender Entfernung vom Wälzlager (12, 22) zunimmt.
  3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Wälzlager (12, 22) abgewandte Begrenzungsfläche (54) der Fangnut einen die Fangnut in Richtung Welle aufweitenden Absatz (56) aufweist.
  4. Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Fangnut zugewandten Seite des Wälzlagers eine Sammelkammer (70) angeordnet ist.
  5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung Fangnut gelegene Begrenzungswand (72) der Sammelkammer eine die Sammelkammer verengende Stufe (74) aufweist.
  6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangnut (50) mit einer Ablaufkammer (62) verbunden ist, so dass eine Flüssigkeit aus der Fangnut in die Ablaufkammer abfließen kann.
  7. Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufkammer (62) mit einem Ablaufkanal (64) verbunden ist, dessen Volumen kleiner als das Volumen der Ablaufkammer ist.
  8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangnut (50) mit einem Belüftungskanal (80) verbunden ist.
  9. Vakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Belüftungskanal (80) ein Filter (82) angeordnet ist, welcher geeignet ist, Schmiermittelnebel aus einem durch ihn hindurchtretenden Fluid zu entfernen.
  10. Zweiwellenvakuumpumpe (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei der erste Raum einen Schöpfraum und der zweite Raum einen Getrieberaum der Vakuumpumpe bilden.
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