EP3396171A1

EP3396171A1 - Vacuum device having a shaft seal

Info

Publication number: EP3396171A1
Application number: EP17168193.5A
Authority: EP
Inventors: Christopher Kobus
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: JP2018184955A; JP6778231B2; EP3396171B1

Abstract

Ein Vakuumgerät, insbesondere eine Vakuumpumpe, umfasst einen schmiermittelfreien Raum und einen ein Schmiermittel enthaltenden Raum sowie eine drehbar gelagerte Welle, die zumindest abschnittsweise in den beiden Räumen angeordnet ist. Zwischen den Räumen ist eine Dichtvorrichtung vorgesehen, durch welche die Welle hindurchtritt und welche ein Rotorelement, das mit der Welle drehfest verbunden ist, und ein Statorelement umfasst, das drehfest zwischen den Räumen angeordnet ist. Zwischen dem ersten Statorelement und dem Rotorelement ist ein erster Spalt mit einer Eintrittsöffnung gebildet, welche zu dem das Schmiermittel enthaltenden Raum offen ist. Der erste Spalt weist gegenüberliegend zu der Eintrittsöffnung eine Austrittsöffnung auf, die mit einem Expansionsraum verbunden ist. Der Expansionsraum weist eine größere Querschnittsfläche als der erste Spalt auf und ist durch Wandabschnitte des Rotorelements und des Statorelements gebildet. Der Expansionsraum steht mit einem Schmiermittelsumpf in Verbindung.A vacuum device, in particular a vacuum pump, comprises a lubricant-free space and a space containing a lubricant as well as a rotatably mounted shaft, which is arranged at least in sections in the two spaces. Between the spaces a sealing device is provided, through which the shaft passes and which comprises a rotor element, which is rotatably connected to the shaft, and a stator element, which is arranged rotationally fixed between the spaces. Between the first stator element and the rotor element, a first gap is formed with an inlet opening which is open to the space containing the lubricant. The first gap has opposite to the inlet opening an outlet opening which is connected to an expansion space. The expansion space has a larger cross-sectional area than the first gap and is formed by wall portions of the rotor element and the stator element. The expansion chamber communicates with a lubricant sump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumgerät, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem schmiermittelfreien Raum und einem ein Schmiermittel enthaltenden Raum sowie mit einer drehbar gelagerten Welle, die zumindest abschnittsweise in den beiden Räumen angeordnet ist.The present invention relates to a vacuum device, in particular a vacuum pump, with a lubricant-free space and a space containing a lubricant as well as with a rotatably mounted shaft which is at least partially arranged in the two spaces.

Viele Vakuumgeräte, wie beispielsweise Vakuumpumpen im Vorvakuumbereich einer Vakuumanlage, weisen Lager- und Getriebeteile auf, die mit einem Schmiermittel geschmiert werden. Vakuumpumpen für den Vorvakuumbereich sind beispielsweise einstufige oder mehrstufige Wälzkolbenpumpen, die auch als Rootspumpen bzw. Multi-Stage-Rootspumpen bekannt sind, Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Scrollpumpen oder Drehschieberpumpen.Many vacuum devices, such as vacuum pumps in the pre-vacuum region of a vacuum system, have bearing and gear parts that are lubricated with a lubricant. Vacuum pumps for the fore-vacuum range are, for example, single-stage or multi-stage Roots pumps, which are also known as Roots pumps or multi-stage Roots pumps, screw pumps, claw pumps, scroll pumps or rotary vane pumps.

Im Betrieb des Vakuumgeräts können auch Räume, in denen sich das Schmiermittel befindet, evakuiert werden. Dadurch entsteht eine Strömung eines Gemischs aus Schmiermittel und Gas in Räume des Vakuumgeräts hinein, in denen das Schmiermittel nicht erwünscht ist, beispielsweise in einen Schöpfraum einer Vakuumpumpe. Wenn ein solcher Schöpfraum mit einem Hochvakuumbereich einer Vakuumanlage verbunden ist, kann durch die Strömung des Gemischs aus Schmiermittel und Gas bzw. die Migration des Schmiermittels in den Schöpfraum der Vakuumpumpe eine Kontamination des Hochvakuumbereichs auftreten. Technologische Prozesse oder wissenschaftliche Untersuchungen, die einen schmiermittelfreien Hochvakuumbereich erfordern, können somit durch die Migration des Schmiermittels in den Schöpfraum der Vakuumpumpe empfindlich gestört werden.During operation of the vacuum device, it is also possible to evacuate spaces in which the lubricant is present. This creates a flow of a mixture of lubricant and gas into spaces of the vacuum apparatus, in which the lubricant is not desirable, for example in a pump chamber of a vacuum pump. If such a suction chamber is connected to a high-vacuum region of a vacuum system, contamination of the high-vacuum region can occur due to the flow of the mixture of lubricant and gas or the migration of the lubricant into the suction chamber of the vacuum pump. Technological processes or scientific investigations that require a lubricant-free high-vacuum range can thus be disturbed by the migration of the lubricant into the pump chamber of the vacuum pump.

Außerdem bewirkt die Migration des Schmiermittels eine Verschlechterung der Schmiereigenschaften in den Bereichen, in denen die Welle des Vakuumgeräts gelagert ist. Dadurch wird die Lebensdauer des Vakuumgeräts verkürzt. Im Extremfall kann sogar ein Totalausfall der zu schmierenden Komponente und somit des Vakuumgeräts insgesamt auftreten.In addition, the migration of the lubricant causes a deterioration of the lubricating properties in the areas in which the shaft of the vacuum device is mounted. This shortens the life of the vacuum device. In extreme cases, even a total failure of the component to be lubricated, and thus the vacuum device altogether occur.

Um einen Raum, in dem ein Schmiermittel nicht erwünscht ist, in einem Vakuumgerät von einem Raum mit Schmiermittel zu trennen und die Migration des Schmiermittels zu unterbinden, gelangen häufig Labyrinthdichtungen zum Einsatz. Diese Dichtungen weisen zwischen den beiden Räumen einen Spalt auf, dessen Länge bewusst vergrößert wird, um dadurch den Strömungsweg für das Schmiermittel bzw. für ein Gemisch aus Schmiermittel und Gas zu verlängern. Zuverlässig dichtende Labyrinthdichtungen benötigen daher erheblichen axialen und radialen Bauraum.In order to separate a space in which a lubricant is not desirable in a vacuum device from a space with lubricant and to prevent the migration of the lubricant, often labyrinth seals are used. These seals have a gap between the two spaces, the length of which is deliberately increased, thereby extending the flow path for the lubricant or for a mixture of lubricant and gas. Reliable sealing labyrinth seals therefore require considerable axial and radial space.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Vakuumgerät mit einer kompakten Dichtvorrichtung zu schaffen, bei welchem eine Migration eines Schmiermittels aus einem Raum mit Schmiermittel in einen Raum, in welchem das Vorhandensein eines Schmiermittels nicht erwünscht ist, zuverlässig verhindert wird.An object of the invention is to provide a vacuum apparatus with a compact sealing device in which migration of a lubricant from a space with lubricant into a space in which the presence of a lubricant is not desired is reliably prevented.

Diese Aufgabe wird durch ein Vakuumgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass in diesem zwischen einem schmiermittelfreien Raum und einem ein Schmiermittel enthaltenden Raum, in welchen zumindest abschnittsweise eine drehbar gelagerte Welle angeordnet ist, eine Dichtvorrichtung vorgesehen ist, durch welche die Welle hindurchtritt. Die Dichtvorrichtung umfasst ein Rotorelement, das mit der Welle drehfest verbunden ist, und ein erstes Statorelement, das drehfest zwischen den Räumen angeordnet ist.This object is achieved by a vacuum device having the features of claim 1 and in particular by the fact that in this between a lubricant-free space and a lubricant-containing space in which at least partially a rotatably mounted shaft is disposed, a sealing device is provided through which the Wave passes. The sealing device comprises a rotor element, which is rotatably connected to the shaft, and a first stator element, which is arranged rotationally fixed between the spaces.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem ersten Statorelement und dem Rotorelement ein erster Spalt mit einer Eintrittsöffnung gebildet, welche zu dem das Schmiermittel enthaltenden Raum offen ist. Der erste Spalt weist ferner eine Austrittsöffnung auf, welche der Eintrittsöffnung gegenüberliegt und mit einem ersten Expansionsraum verbunden ist, der eine größere Querschnittsfläche als der erste Spalt aufweist und der durch Wandabschnitte des Rotorelements und des Statorelements gebildet ist.According to the invention, a first gap with an inlet opening is formed between the first stator element and the rotor element, to which the lubricant containing space is open. The first gap further has an outlet opening which is opposite to the inlet opening and is connected to a first expansion space which has a larger cross-sectional area than the first gap and which is formed by wall sections of the rotor element and the stator element.

Der erste Expansionsraum steht ferner mit einem Schmiermittelsumpf in Verbindung. Bei der Verbindung zwischen dem ersten Expansionsraum und dem Schmiermittelsumpf kann es sich um eine unmittelbare Verbindung handeln, wenn der erste Expansionsraum und der Schmiermittelsumpf aneinander angrenzen, oder um eine mittelbare Verbindung, bei welcher zwischen dem ersten Expansionsraum und dem Schmiermittelsumpf weitere Elemente und Räume der Dichtvorrichtung und eventuell Schmiermittelkanäle angeordnet sind. Insgesamt ist die Dichtvorrichtung somit ausgebildet, um ein Schmiermittel, das aus dem das Schmiermittel enthaltenden Raum stammt, abzuscheiden und in den Schmiermittelsumpf abzuleiten. Folglich wirkt die Dichtvorrichtung auch als Schmiermittel-Abscheidevorrichtung.The first expansion space is further associated with a lubricant sump. The connection between the first expansion space and the lubricant sump may be a direct connection when the first expansion space and the lubricant sump adjoin one another, or an indirect connection in which further elements and spaces of the sealing device between the first expansion space and the lubricant sump and possibly lubricant channels are arranged. Overall, the sealing device is thus designed to deposit a lubricant, which originates from the space containing the lubricant, and to divert it into the lubricant sump. Consequently, the sealing device also acts as a lubricant separating device.

In der Dichtvorrichtung des erfindungsgemäßen Vakuumgeräts ist somit ein Übergang vom ersten Spalt zum ersten Expansionsraum vorgesehen, bei welchem die Querschnittsfläche bevorzugt abrupt zunimmt. Dadurch verringert sich gemäß dem Bernoullischen Gesetz die Geschwindigkeit der Moleküle des Schmiermittels, welche durch den ersten Spalt aus dem ein Schmiermittel enthaltenden Raum in den ersten Expansionsraum gelangen. Darüber hinaus treten im ersten Expansionsraum während des Betriebs des Vakuumgeräts lokale Unterdruckbereiche auf, die zu Turbulenzen in der Strömung der Moleküle des Schmiermittels führen.In the sealing device of the vacuum device according to the invention thus a transition from the first gap to the first expansion space is provided, in which the cross-sectional area preferably increases abruptly. Thereby, according to the Bernoulli law, the velocity of the molecules of the lubricant, which pass through the first gap from the space containing a lubricant into the first expansion space, decreases. In addition, in the first expansion space during operation of the vacuum device local vacuum areas occur, which lead to turbulence in the flow of the molecules of the lubricant.

Die Verringerung der Geschwindigkeit der Moleküle des Schmiermittels und die Turbulenzen führen zu einer deutlichen Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für ein Auftreffen der Moleküle des Schmiermittels auf Wandabschnitte des Rotorelements und des Statorelements, die den ersten Expansionsraum bilden. Dadurch wird im Vergleich zu ähnlich kompakten Dichtvorrichtungen aus dem Stand der Technik eine größere Menge an Schmiermittel abgeschieden und in den Schmiermittelsumpf geleitet. Umgekehrt ist die Wahrscheinlichkeit erheblich verringert, dass Moleküle des Schmiermittels durch die Dichtvorrichtung insgesamt hindurch in den schmiermittelfreien Raum gelangen.The reduction in the speed of the molecules of the lubricant and the turbulence result in a significant increase in the probability of impact of the molecules of the lubricant on wall sections of the rotor element and the stator element forming the first expansion space. As a result, a larger amount of lubricant is deposited and passed into the lubricant sump compared to similar compact sealing devices of the prior art. Conversely, the likelihood is significantly reduced that molecules of the lubricant through the sealing device as a whole get into the lubricant-free space.

Aufgrund des Vorhandenseins des ersten Expansionsraums mit im Vergleich zum ersten Spalt vergrößerter Querschnittsfläche ist bei der erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung keine Verlängerung des ersten Spalts erforderlich, um die Dichtwirkung der Dichtvorrichtung zu verbessern. Das Rotorelement und das erste Statorelement, zwischen denen sich der erste Spalt und der erste Expansionsraum befinden, weisen daher im Vergleich zu entsprechenden Dichtvorrichtungen aus dem Stand der Technik eine kleinere Baugröße auf.Due to the presence of the first expansion space with increased compared to the first gap cross-sectional area in the sealing device according to the invention no extension of the first gap is required to improve the sealing effect of the sealing device. The rotor element and the first stator element, between which the first gap and the first expansion space are located, therefore have a smaller size compared to corresponding sealing devices of the prior art.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims, the description and in the drawing.

Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Statorelement und dem Rotorelement ein zweiter Spalt gebildet, dessen Eintrittsöffnung mit dem ersten Expansionsraum in Verbindung steht. Der zweite Spalt weist gegenüberliegend zu der Eintrittsöffnung eine Austrittsöffnung auf, die mit einem zweiten Expansionsraum verbunden ist, der wiederum eine größere Querschnittsfläche als der zweite Spalt aufweist und ebenso wie der erste Expansionsraum durch Wandabschnitte des Rotorelements und des Statorelements gebildet ist.According to one embodiment, a second gap is formed between the first stator element and the rotor element, the inlet opening of which is in communication with the first expansion space. The second gap has, opposite to the inlet opening, an outlet opening which is connected to a second expansion space, which in turn has a larger cross-sectional area than the second gap and, like the first expansion space, is formed by wall sections of the rotor element and the stator element.

Die Dichtvorrichtung verfügt bei dieser Ausführungsform somit entlang des Weges, den Moleküle des Schmiermittels zwischen dem ein Schmiermittel enthaltenden Raum und dem schmiermittelfreien Raum zurücklegen, über zwei Übergänge zwischen jeweils einem Spalt mit einer kleineren Querschnittsfläche und einem Expansionsraum mit größerer Querschnittsfläche. Durch diesen doppelten Übergang zwischen jeweils einem Spalt und einem Expansionsraum und der mit diesem Übergang verbundenen Verringerung der Geschwindigkeit der Moleküle des Schmiermittels wird somit die Wahrscheinlichkeit weiter vergrößert, dass die Gasmoleküle auf Wandabschnitte des Rotorelements oder des Statorelements auftreffen und in den Schmiermittelsumpf abgeleitet werden.The sealing device in this embodiment thus has along the path, the molecules of the lubricant between the lubricant-containing space and the lubricant-free space cover, two transitions between each gap with a smaller cross-sectional area and a Expansion space with a larger cross-sectional area. This double transition between each gap and an expansion space and associated with this transition reduction in the speed of the molecules of the lubricant thus further increases the likelihood that the gas molecules impinge on wall sections of the rotor element or the stator and are discharged into the lubricant sump.

Ferner können zwischen dem ersten Statorelement und dem Rotorelement weitere Spalte und mit diesen verbundene Expansionsräume gebildet sein, so dass insgesamt zwischen dem ersten Statorelement und dem Rotorelement eine "Kaskadierung" jeweils aufeinanderfolgender Spalte und Expansionsräume vorhanden ist. Dadurch wird entsprechend die Wirkung des Übergangs zwischen den jeweiligen Spalten und Expansionsräumen mit deren Anzahl vervielfacht.Furthermore, further gaps and expansion spaces connected to them may be formed between the first stator element and the rotor element, so that a total of "cascading" in each case of successive gaps and expansion spaces is present between the first stator element and the rotor element. As a result, the effect of the transition between the respective columns and expansion spaces is correspondingly multiplied by their number.

Vorzugsweise weist das Rotorelement einen inneren Abschnitt, durch welchen die Welle in einer axialen Richtung hindurchtritt, einen mittleren Abschnitt, der sich in einer bezogen auf die Welle radialen Richtung an den inneren Abschnitt anschließt, und einen äußeren Abschnitt auf, der sich in der radialen Richtung an den mittleren Abschnitt anschließt. Der mittlere Abschnitt weist in der axialen Richtung eine kleinere Erstreckung als der innere und der äußere Abschnitt auf. Mit anderen Worten ist das Rotorelement bei dieser Ausführungsform in der radialen Richtung gesehen im mittleren Abschnitt eingeschnürt.Preferably, the rotor member has an inner portion through which the shaft passes in an axial direction, a central portion adjoining the inner portion in a radial direction with respect to the shaft, and an outer portion extending in the radial direction connects to the middle section. The middle portion has a smaller extent than the inner and outer portions in the axial direction. In other words, in this embodiment, the rotor element is constricted in the central portion as viewed in the radial direction.

Durch diese Einschnürung bzw. kleinere Erstreckung des mittleren Abschnitts in der axialen Richtung weist das Rotorelement eine vergrößerte Oberfläche auf, mit der die Moleküle des Schmiermittels in Kontakt gelangen können. Ferner werden die Moleküle des Schmiermittels aufgrund der Einschnürung an einer Außenfläche des inneren Abschnitts reflektiert, so dass sie in Richtung einer Innenfläche des äußeren Abschnitts umgelenkt werden und auf die Innenfläche des äußeren Abschnitts auftreffen. Dadurch wird wiederum die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Moleküle des Schmiermittels auf Wandabschnitte des Rotorelements auftreffen und in Richtung des Schmiermittelsumpfs geleitet werden.By this constriction or smaller extension of the central portion in the axial direction, the rotor element has an enlarged surface, with which the molecules of the lubricant can come into contact. Further, due to the constriction, the molecules of the lubricant are reflected on an outer surface of the inner portion so as to be deflected toward an inner surface of the outer portion and to hit the inner surface of the outer portion. This in turn increases the likelihood that the Molecules of the lubricant impinge on wall sections of the rotor element and are directed in the direction of the lubricant sump.

Ein innerer Abschnitt des ersten Statorelements ist bevorzugt in der radialen Richtung zwischen dem inneren und dem äußeren Abschnitt des Rotorelements angeordnet. Dabei bilden Wandabschnitte des jeweiligen inneren Abschnitts des ersten Statorelements und des Rotorelements den ersten Spalt. Das erste Statorelement und das Rotorelement weisen somit eine "ineinandergreifende" Anordnung auf. Dies führt zu einer Verlängerung des Weges für die Moleküle des Schmiermittels zwischen dem das Schmiermittel enthaltenden Raum und dem schmiermittelfreien Raum. Dadurch wird wiederum die Abdichtung zwischen diesen beiden Räumen verbessert.An inner portion of the first stator element is preferably disposed in the radial direction between the inner and outer portions of the rotor element. In this case, wall sections of the respective inner section of the first stator element and of the rotor element form the first gap. The first stator element and the rotor element thus have an "interlocking" arrangement. This leads to an extension of the path for the molecules of the lubricant between the lubricant-containing space and the lubricant-free space. This in turn improves the seal between these two spaces.

Der erste Expansionsraum ist insbesondere durch Wandabschnitte des inneren Abschnitts des ersten Statorelements und durch Wandabschnitte des inneren, des mittleren und des äußeren Abschnitts des Rotorelements gebildet. Der erste Expansionsraum weist beispielsweise drei sich bewegende Wandabschnitte auf, die durch das Rotorelement gebildet sind. Durch die Bewegung der Wandabschnitte wird einerseits die Turbulenz im ersten Expansionsraum vergrößert. Andererseits bewegen sich die Moleküle des Schmiermittels insgesamt bevorzugt in radialer Richtung, da sie aufgrund der größeren Fläche des in axialer Richtung weiter außen liegenden äußeren Abschnitts im Vergleich zum inneren Abschnitt des Rotorelements mit größerer Wahrscheinlichkeit auf den äußeren Abschnitt des Rotorelements auftreffen und an diesem anhaften bzw. abgeleitet werden.The first expansion space is formed, in particular, by wall sections of the inner section of the first stator element and by wall sections of the inner, middle and outer sections of the rotor element. The first expansion space has, for example, three moving wall sections, which are formed by the rotor element. By the movement of the wall sections, on the one hand, the turbulence in the first expansion space is increased. On the other hand, the molecules of the lubricant as a whole preferably move in the radial direction, since they are more likely to impact on and adhere to the outer portion of the rotor element due to the larger area of the axially outer portion compared to the inner portion of the rotor member . be derived.

Der mittlere Abschnitt des Rotorelements umfasst vorzugsweise einen inneren, einen mittleren und einen äußeren Teilabschnitt, wobei der mittlere Teilabschnitt in der axialen Richtung eine größere Erstreckung als der innere und der äußere Teilabschnitt aufweist. Der mittlere Abschnitt des Rotorelements, der im Vergleich zum inneren und äußeren Abschnitt des Rotorelements eingeschnürt ist, ist somit in drei weitere Teilabschnitte unterteilt, von denen der mittlere Teilabschnitt im Vergleich zu den beiden weiteren Teilabschnitten in axialer Richtung verbreitert ist. Das Rotorelement weist somit bei dieser Ausführungsform in radialer Richtung gesehen zwei Einschnürungen auf, die sich im Bereich des inneren und des äußeren Teilabschnitts des mittleren Abschnitts befinden.The central portion of the rotor element preferably comprises an inner, a middle and an outer portion, wherein the central portion has a greater extent in the axial direction than the inner and the outer portion. The central portion of the rotor element, which is constricted compared to the inner and outer portions of the rotor element, is thus divided into three further sections, of which the middle section is widened in the axial direction compared to the two other sections. The rotor element thus has in this embodiment in the radial direction two constrictions, which are located in the region of the inner and the outer portion of the central portion.

Durch diese Einschnürungen und eine entsprechende Anordnung von Abschnitten des ersten Statorelements können somit weitere Spalte und Expansionsräume zwischen dem ersten Statorelement und dem Rotorelement gebildet werden. Außerdem ist wiederum der Weg zwischen dem Raum, der das Schmiermittel enthält, und dem schmiermittelfreien Raum durch die zwei Einschnürungen verlängert. Durch die mehreren Spalte und Expansionsräume zwischen dem ersten Statorelement und dem Rotorelement sowie durch die Verlängerung des Weges zwischen den beiden Räumen wird wiederum die Wahrscheinlichkeit vergrößert, dass Moleküle des Schmiermittels auf Wandabschnitte des ersten Statorelements oder des Rotorelements auftreffen, so dass die Abdichtung des schmiermittelfreien Raums gegenüber dem Raum mit Schmiermittel verbessert ist.By means of these constrictions and a corresponding arrangement of sections of the first stator element, further gaps and expansion spaces can thus be formed between the first stator element and the rotor element. In addition, again, the path between the space containing the lubricant and the lubricant-free space is extended by the two constrictions. By the plurality of gaps and expansion spaces between the first stator element and the rotor element and by the extension of the path between the two spaces, in turn, the likelihood is increased that molecules of the lubricant impinge on wall sections of the first stator element or the rotor element, so that the seal of the lubricant-free space is improved with respect to the room with lubricant.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste Statorelement zumindest eine axiale Aussparung auf, innerhalb derer ein sich in axialer Richtung erstreckender Abschnitt des Rotorelements angeordnet ist. Das erste Statorelement und das Rotorelement weisen somit wiederum eine "ineinandergreifende" Anordnung auf, bei welcher der Weg für die Moleküle des Schmiermittels zwischen dem Raum mit Schmiermittel und dem schmiermittelfreien Raum verlängert ist. Dadurch wird wiederum die Abdichtung zwischen den beiden Räumen verbessert, da die Moleküle des Schmiermittels mit größerer Wahrscheinlichkeit auf Wandabschnitte auftreffen.According to a further embodiment, the first stator element has at least one axial recess, within which a section of the rotor element extending in the axial direction is arranged. The first stator element and the rotor element thus again have an "intermeshing" arrangement in which the path for the molecules of the lubricant between the space with lubricant and the lubricant-free space is extended. This in turn improves the seal between the two spaces, as the molecules of the lubricant are more likely to impact wall sections.

Bevorzugt weist das Rotorelement in einer bezogen auf die Welle axialen Richtung zumindest eine Verengung auf, in der ein axialer Vorsprung des Statorelements derart angeordnet ist, dass durch die Verengung des Rotorelements und den axialen Vorsprung des Statorelements der erste und der zweite Spalt sowie der erste und der zweite Expansionsraum gebildet sind. Bei dieser Ausführungsform führt somit das Ineinandergreifen des Rotorelements und des Statorelements zur Ausbildung zweier Spalte und zweier Expansionsräume. Dadurch erhält die Dichtvorrichtung einen kompakten Aufbau, in welchem jedoch zwei Übergänge zwischen einem jeweiligen Spalt und einem Expansionsraum vorgesehen sind. Trotz des kompakten Aufbaus weist die Dichtvorrichtung weiterhin aufgrund der zwei Übergänge zwischen einem jeweiligen Spalt und Expansionsraum den vorstehend beschriebenen Vorteil auf, dass die Wahrscheinlichkeit für das Auftreffen von Molekülen des Schmiermittels auf Wandabschnitte vergrößert ist und dadurch die Abdichtung zwischen dem schmiermittelfreien Raum und dem Raum mit Schmiermittel verbessert wird.Preferably, the rotor element in a direction relative to the shaft axial direction at least one constriction, in which an axial projection of the stator is arranged such that by the constriction of the rotor element and the axial projection of the stator, the first and the second gap and the first and the second expansion space are formed. In this embodiment, thus, the engagement of the rotor element and the stator element leads to the formation of two gaps and two expansion spaces. This gives the sealing device a compact construction, in which, however, two transitions between a respective gap and an expansion space are provided. Despite the compact construction, the sealing device further has the advantage described above, due to the two transitions between a respective gap and expansion space, that the likelihood of impact of molecules of the lubricant on wall sections is increased and thereby the seal between the lubricant-free space and the room with Lubricant is improved.

Das erste Statorelement weist ferner vorzugsweise zumindest eine Abflussöffnung auf, die mit dem Schmiermittelsumpf in Verbindung steht. Die Abflussöffnung ist insbesondere an einem Außenumfang des Statorelements angeordnet. Der erste Expansionsraum, der durch Wandabschnitte sowohl des Rotorelements als auch des Statorelements gebildet ist, steht bei dieser Ausführungsform nur mittelbar mit dem Schmiermittelsumpf in Verbindung. Das Schmiermittel wird somit mittels der Abflussöffnung in Richtung des Schmiermittelsumpfs kanalisiert, wobei insbesondere die Drehbewegung des Rotationselements und die damit verbundene Vorzugsrichtung des Schmiermittels in radialer Richtung ausgenutzt wird.The first stator element further preferably has at least one outflow opening, which communicates with the lubricant sump. The drain opening is arranged in particular on an outer circumference of the stator element. The first expansion space, which is formed by wall sections of both the rotor element and the stator element, in this embodiment is only indirectly connected to the lubricant sump. The lubricant is thus channeled by means of the discharge opening in the direction of the lubricant sump, wherein in particular the rotational movement of the rotary element and the associated preferred direction of the lubricant in the radial direction is utilized.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Dichtvorrichtung ein zweites Statorelement, das an derjenigen Seite des Rotorelements angeordnet ist, die dem schmiermittelfreien Raum zugewandt ist, während das erste Statorelement an der gegenüberliegenden Seite des Rotorelements angeordnet ist, die dem Raum zugewandt ist, der das Schmiermittel enthält. Das Rotorelement ist somit bei dieser Ausführungsform zwischen zwei Statorelementen angeordnet, die jeweils dem schmiermittelfreien Raum und dem Raum mit Schmiermittel zugewandt sind. Mit dem zweiten Statorelement können weitere Spalte und Expansionsräume zwischen Wandabschnitten des Rotorelements und des zweiten Statorelements gebildet werden.According to a further embodiment, the sealing device comprises a second stator element, which is arranged on the side of the rotor element, which faces the lubricant-free space, while the first stator element is arranged on the opposite side of the rotor element, which faces the space containing the lubricant , The rotor element is thus arranged in this embodiment between two stator elements, each the lubricant-free space and the room are facing with lubricant. With the second stator element, further gaps and expansion spaces can be formed between wall sections of the rotor element and of the second stator element.

Durch das zweite Statorelement wird somit die Wahrscheinlichkeit nahezu verdoppelt, dass ein Molekül des Schmiermittels, das aus dem Raum mit Schmiermittel in die Dichtvorrichtung eintritt, auf einen Wandabschnitt des Rotorelements oder des ersten bzw. zweiten Statorelements auftrifft. Ferner wird der Weg, den ein Molekül des Schmiermittels vom Raum mit Schmiermittel bis zum schmiermittelfreien Raum zurücklegen muss, durch das zweite Statorelement erheblich verlängert. Insgesamt verbessert somit das zweite Statorelement zusätzlich die Abdichtung zwischen den beiden Räumen mit Schmiermittel bzw. ohne Schmiermittel.The second stator element thus almost doubles the probability that a molecule of the lubricant, which enters the sealing device from the space with lubricant, impinges on a wall section of the rotor element or of the first or second stator element. Further, the way a molecule of lubricant must travel from the lubricant space to the lubricant-free space is significantly increased by the second stator member. Overall, therefore, the second stator additionally improves the seal between the two spaces with lubricant or without lubricant.

Das erste und das zweite Statorelement sind bevorzugt baugleich. Ferner sind das erste und das zweite Statorelement vorzugsweise bezüglich des Rotorelements symmetrisch aufgebaut und/oder angeordnet. Eine baugleiche und/oder symmetrische Ausführung der beiden Statorelemente vereinfacht deren Herstellung sowie deren Montage am Vakuumgerät.The first and the second stator element are preferably identical. Furthermore, the first and the second stator element are preferably constructed symmetrically and / or arranged with respect to the rotor element. A structurally identical and / or symmetrical design of the two stator elements simplifies their manufacture and their mounting on the vacuum device.

Ferner ist das Rotorelement bevorzugt ebenfalls bezüglich des ersten und des zweiten Statorelements symmetrisch aufgebaut. Das Rotorelement weist somit sowohl in Richtung des ersten als auch des zweiten Statorelements die gleiche Geometrie auf, insbesondere mit den vorstehend beschriebenen Verengungen bzw. Einschnürungen, zwischen denen sich jeweils Abschnitte der beiden Statorelemente befinden. Dadurch wird insbesondere die Anzahl der Spalte und Expansionsräume zwischen dem Rotorelement und den Statorelementen verdoppelt, wodurch die Wirkung der Dichtvorrichtung weiter verbessert wird.Furthermore, the rotor element is preferably also constructed symmetrically with respect to the first and the second stator element. The rotor element thus has the same geometry both in the direction of the first and the second stator element, in particular with the constrictions or constrictions described above, between which respective sections of the two stator elements are located. As a result, in particular the number of gaps and expansion spaces between the rotor element and the stator elements is doubled, whereby the effect of the sealing device is further improved.

Das Vakuumgerät weist insbesondere ein Gehäuse auf, innerhalb dessen das erste und/oder das zweite Statorelement drehfest sowie das Rotorelement drehbar angeordnet sind. Das Gehäuse weist ferner einen Abflusskanal für das Schmiermittel auf, der mit zumindest einer Abflussöffnung des ersten und/oder des zweiten Statorelements und mit dem Schmiermittelsumpf in Verbindung steht. Der Abflusskanal des Gehäuses dient somit zum "Aufsammeln" des Schmiermittels, insbesondere dann, wenn das erste und/oder das zweite Statorelement mehrere Abflussöffnungen aufweisen.The vacuum device has, in particular, a housing within which the first and / or the second stator element are rotationally fixed and the rotor element is rotatably arranged. The housing further has a discharge channel for the lubricant, which communicates with at least one outflow opening of the first and / or the second stator element and with the lubricant sump. The drainage channel of the housing thus serves to "collect" the lubricant, in particular if the first and / or the second stator element have a plurality of outflow openings.

Das erste und/oder das zweite Statorelement und/oder das Rotorelement weisen vorzugsweise Schrägflächen auf, die zum Führen und/oder für das Abtropfen des Schmiermittels vorgesehen sind. Die Schrägflächen können außerdem den Expansionsraum bzw. die Expansionsräume zwischen dem Rotorelement und den beiden Statorelementen vergrößern. Ferner lassen sich die Schrägflächen derart anordnen, dass sie den Transport des Schmiermittels aufgrund der Rotation des Rotorelements in radialer Richtung unterstützen. Außerdem kann zwischen einer Schrägfläche und einer geraden Fläche eine Kante gebildet sein, an welcher das Schmiermittel in eine bevorzugte Richtung abtropft.The first and / or the second stator element and / or the rotor element preferably have inclined surfaces, which are provided for guiding and / or for the dripping of the lubricant. The inclined surfaces may also increase the expansion space and the expansion spaces between the rotor element and the two stator elements. Furthermore, the inclined surfaces can be arranged such that they support the transport of the lubricant due to the rotation of the rotor element in the radial direction. In addition, an edge may be formed between an inclined surface and a straight surface, at which the lubricant drips in a preferred direction.

Die Erfindung wird nachfolgend rein beispielhaft anhand möglicher Ausbildungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Explosionsansicht eines Abschnitts einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vakuumgeräts,
Fig. 2: eine vergrößerte Perspektivansicht einer Dichtvorrichtung des Vakuumgeräts von Fig. 1,
Fig. 3A: eine Vorderansicht auf den Abschnitt des Vakuumgeräts von Fig. 1,
Fig. 3B: eine Schnittansicht entlang der in Fig. 3A dargestellten Linie,
Fig. 3C und 3D: einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 3B, der dort mit A bezeichnet ist,
Fig. 3E: einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 3D, der dort mit B bezeichnet ist,
Fig. 4A: eine Vorderansicht auf einen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vakuumgeräts,
Fig. 4B: eine Schnittansicht entlang der in Fig. 4A dargestellten Linie und
Fig. 4C: einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 4B, der dort mit A bezeichnet ist.

The invention will be explained below purely by way of example with reference to possible embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1: an exploded view of a portion of a first embodiment of a vacuum device according to the invention,
Fig. 2: an enlarged perspective view of a sealing device of the vacuum device of Fig. 1 .
Fig. 3A: a front view of the section of the vacuum device of Fig. 1 .
Fig. 3B: a sectional view along the in Fig. 3A represented line,
3C and 3D: an enlarged section of Fig. 3B which is labeled there A,
Fig. 3E: an enlarged section of Fig. 3D which is denoted by B there,
Fig. 4A: a front view of a portion of a second embodiment of a vacuum device according to the invention,
Fig. 4B: a sectional view along the in Fig. 4A shown line and
Fig. 4C: an enlarged section of Fig. 4B , which is designated there by A.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Vakuumgeräts gezeigt, bei dem es sich beispielsweise um eine Vakuumpumpe handelt, z.B. eine Wälzkolbenpumpe. In einem Gehäuse 11 des Vakuumgeräts ist eine Welle 13 angeordnet, die um eine Wellenachse 14 drehbar ist. Die Welle 13 ist mittels eines Lagers 15 gelagert, das in Fig. 3B schematisch dargestellt ist und das sich in einem ein Schmiermittel enthaltenden Raum 17 innerhalb des Gehäuses 11 befindet.In Fig. 1 a section of a vacuum device is shown, which is, for example, a vacuum pump, eg a Roots pump. In a housing 11 of the vacuum device, a shaft 13 is arranged, which is rotatable about a shaft axis 14. The shaft 13 is supported by means of a bearing 15, which in Fig. 3B is shown schematically and which is located in a lubricant-containing space 17 within the housing 11.

Ferner erstreckt sich die Welle 13 durch einen schmiermittelfreien Raum 19 hindurch, der mit einem nicht dargestellten Schöpfraum des Vakuumgeräts bzw. der Vakuumpumpe in Verbindung steht. Bei Betrieb des Vakuumgeräts bzw. der Vakuumpumpe wird die Welle 13 mittels eines Motors drehend angetrieben, um beispielsweise ein Gas von einem Einlass des Vakuumgeräts bzw. der Vakuumpumpe zu einem Auslass zu fördern. Dadurch werden der Schöpfraum und auch der schmiermittelfreie Raum 19 während des Betriebs des Vakuumgeräts bzw. der Vakuumpumpe evakuiert. Im schmiermittelfreien Raum 19 herrscht folglich ein geringerer Druck als in dem das Schmiermittel enthaltenden Raum 17.Furthermore, the shaft 13 extends through a lubricant-free space 19, which is in communication with a pump chamber, not shown, of the vacuum device or the vacuum pump. When operating the vacuum device or the vacuum pump For example, the shaft 13 is rotationally driven by means of a motor, for example, to supply a gas from an inlet of the vacuum device or the vacuum pump to an outlet. As a result, the pump chamber and also the lubricant-free space 19 are evacuated during the operation of the vacuum device or the vacuum pump. In the lubricant-free space 19 there is consequently a lower pressure than in the space 17 containing the lubricant.

Zur Abdichtung des schmiermittelfreien Raums 19 gegenüber dem Raum 17 mit Schmiermittel ist eine Dichtvorrichtung 21 vorgesehen, durch welche die Welle 13 hindurchtritt und die zwischen den beiden Räumen 17, 19 angeordnet ist. Die Dichtvorrichtung 21 umfasst ein erstes Statorelement 23 und ein zweites Statorelement 25, die drehfest in dem Gehäuse 11 angeordnet sind. Ferner umfasst die Dichtvorrichtung 21 ein Rotorelement 27, das drehfest mit der Welle 13 verbunden ist. Das Rotorelement 27 ist in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Statorelement 23, 25 angeordnet und wird nach der Montage der Dichtvorrichtung 21 von diesen umschlossen. Das erste und das zweite Statorelement 23, 25 sowie das Rotorelement 27 sind ringförmig ausgebildet und bezüglich der Wellenachse 14 zentriert angeordnet (vgl. Fig. 1 bis 3B).To seal the lubricant-free space 19 with respect to the space 17 with lubricant, a sealing device 21 is provided, through which the shaft 13 passes and which is arranged between the two chambers 17, 19. The sealing device 21 comprises a first stator element 23 and a second stator element 25, which are arranged rotationally fixed in the housing 11. Furthermore, the sealing device 21 comprises a rotor element 27 which is non-rotatably connected to the shaft 13. The rotor element 27 is arranged in the axial direction between the first and the second stator element 23, 25 and is enclosed by the assembly of the sealing device 21 of these. The first and the second stator element 23, 25 as well as the rotor element 27 are ring-shaped and centered with respect to the shaft axis 14 (cf. Fig. 1 to 3B ).

Das erste und das zweite Statorelement 23, 25 weisen am Außenumfang mehrere Abflussöffnungen 29 für das Schmiermittel auf, die so dimensioniert und verteilt angeordnet sind, dass zumindest eine Abflussöffnung 29 mit einem Abflusskanal 31 im Gehäuse 11 in Verbindung steht. Dies erleichtert die Montage, da die relative Winkellage der Statorelemente 23, 25 dann nur von untergeordneter Bedeutung ist. Über die Abflussöffnungen 29 des ersten und des zweiten Statorelements 23, 25 gelangt Schmiermittel aus der Dichtvorrichtung 21 in den Abflusskanal 31 und weiter in einen nicht dargestellten Schmiermittelsumpf.The first and the second stator element 23, 25 have on the outer circumference a plurality of outlet openings 29 for the lubricant, which are dimensioned and distributed so that at least one outflow opening 29 communicates with a discharge channel 31 in the housing 11. This facilitates assembly, since the relative angular position of the stator elements 23, 25 then only of minor importance. Via the outflow openings 29 of the first and second stator elements 23, 25, lubricant passes from the sealing device 21 into the discharge channel 31 and further into a lubricant sump (not illustrated).

Wie in Fig. 2, 3B und 3C zu erkennen ist, weist das Rotorelement 27 einen inneren Abschnitt 33 auf, der mit der Welle 13 in Verbindung steht. Im Bereich des inneren Abschnitts 33 weist das Rotorelement 27 in einer axialen Richtung, d.h. parallel zur Wellenachse 14, die größte Erstreckung bzw. Breite auf. In einer radialen Richtung bezogen auf die Wellenachse 14 schließt sich an den inneren Abschnitt 33 des Rotorelements 27 ein mittlerer Abschnitt 35 an, in welchem das Rotorelement 27 in axialer Richtung die geringste Erstreckung bzw. Breite aufweist.As in Fig. 2 . 3B and 3C can be seen, the rotor element 27 has an inner portion 33 which communicates with the shaft 13 in connection. In the area of the inner Section 33, the rotor element 27 in an axial direction, ie parallel to the shaft axis 14, the largest extent or width. In a radial direction with respect to the shaft axis 14, a middle section 35 adjoins the inner section 33 of the rotor element 27, in which the rotor element 27 has the smallest extension or width in the axial direction.

Darüber hinaus umfasst das Rotorelement 27 einen äußeren Abschnitt 37, der im Vergleich zum mittleren Abschnitt 35 in axialer Richtung wiederum eine größere Erstreckung bzw. Breite aufweist, die jedoch geringer ist als die Erstreckung des inneren Abschnitts 33 in axialer Richtung. Der äußere Abschnitt 37 des Rotorelements 27 weist ferner an der Außenseite, d.h. in radialer Richtung gesehen, ein gestuftes Profil auf, das durch Schrägflächen 39 und in radialer Richtung verlaufende Flächen 41 gebildet ist.In addition, the rotor element 27 comprises an outer portion 37, which in comparison to the central portion 35 in the axial direction in turn has a greater extension or width, which is smaller than the extent of the inner portion 33 in the axial direction. The outer portion 37 of the rotor element 27 also has on the outside, i. Seen in the radial direction, a stepped profile, which is formed by inclined surfaces 39 and 41 extending in the radial direction surfaces.

Das erste und das zweite Statorelement 23, 25 weisen jeweils am Innenumfang einen inneren Abschnitt 43 mit einem Vorsprung 45 auf (vgl. Fig. 3C, 3D und 3E), der sich jeweils in axialer Richtung und in Richtung des mittleren Abschnitts 35 des Rotorelements 27 erstreckt. An einem Ende, das dem mittleren Abschnitt 35 des Rotorelements 27 zugewandt ist, weist der Vorsprung 45 des ersten bzw. zweiten Statorelements 23, 25 jeweils einen Fortsatz 47 auf, der sich vom Vorsprung 45 des Statorelements 23, 25 in radialer Richtung nach außen erstreckt. Der innere Abschnitt 43 des ersten und des zweiten Statorelements 23, 25 weist somit eine L-Form auf, die den Vorsprung 45 und den Fortsatz 47 umfasst.The first and the second stator element 23, 25 each have on the inner periphery an inner portion 43 with a projection 45 (see FIG. Fig. 3C . 3D and 3E ), which extends in the axial direction and in the direction of the central portion 35 of the rotor element 27, respectively. At one end, which faces the middle section 35 of the rotor element 27, the projection 45 of the first and second stator elements 23, 25 each have an extension 47 which extends radially outward from the projection 45 of the stator element 23, 25 , The inner portion 43 of the first and second stator elements 23, 25 thus has an L-shape, which includes the projection 45 and the extension 47.

Der Vorsprung 45 und der Fortsatz 47 des jeweiligen Statorelements 23, 25 sind somit im Bereich einer Einschnürung des Rotorelements 27 angeordnet, die durch den mittleren Abschnitt 35 des Rotorelements 27 gebildet ist. Umgekehrt ist auch der äußere Abschnitt 37 des Rotorelements 27 in einer Aussparung 49 des jeweiligen Statorelements 23, 25 angeordnet. Nach der Montage der Dichtvorrichtung 21 bilden somit Wandabschnitte des Rotorelements 27 mit Wandabschnitten des ersten und des zweiten Statorelements 23, 25 eine labyrinthartige Struktur mit unterschiedlich großen Querschnittsflächen.The projection 45 and the extension 47 of the respective stator element 23, 25 are thus arranged in the region of a constriction of the rotor element 27, which is formed by the central portion 35 of the rotor element 27. Conversely, the outer portion 37 of the rotor element 27 in a recess 49 of the respective stator 23, 25 is arranged. After mounting the sealing device 21 thus form wall sections of the rotor element 27 with wall sections of First and second stator 23, 25 a labyrinth-like structure with different sized cross-sectional areas.

Zwischen dem Vorsprung 45 des ersten Statorelements 23 und dem inneren Abschnitt 33 des Rotorelements 27 ist ein erster Spalt 51 gebildet, der eine kleine Querschnittsfläche sowie eine Eintrittsöffnung 53 und eine Austrittsöffnung 55 aufweist. Die Eintrittsöffnung 53 des ersten Spalts 51 ist zu dem das Schmiermittel enthaltenden Raum 17 offen, während die Austrittsöffnung 55 mit einem ersten Expansionsraum 57 verbunden ist.Between the projection 45 of the first stator element 23 and the inner portion 33 of the rotor element 27, a first gap 51 is formed, which has a small cross-sectional area and an inlet opening 53 and an outlet opening 55. The inlet opening 53 of the first gap 51 is open to the lubricant-containing space 17, while the outlet opening 55 is connected to a first expansion space 57.

Der erste Expansionsraum 57 weist eine größere Querschnittsfläche als der erste Spalt 51 auf. Ferner ist der erste Expansionsraum 57 durch einen jeweiligen Wandabschnitt des inneren, mittleren und äußeren Abschnitts 33, 35, 37 des Rotorelements 27 und durch einen Wandabschnitt eines inneren Abschnitts 43 des ersten Statorelements 23 gebildet, wobei dieser Wandabschnitt durch den Vorsprung 45 und den Fortsatz 47 gebildet ist.The first expansion space 57 has a larger cross-sectional area than the first gap 51. Furthermore, the first expansion space 57 is formed by a respective wall section of the inner, middle and outer sections 33, 35, 37 of the rotor element 27 and by a wall section of an inner section 43 of the first stator element 23, this wall section being formed by the projection 45 and the extension 47 is formed.

Da bei Betrieb des Vakuumgeräts bzw. der Vakuumpumpe in dem schmiermittelfreien Raum 19 ein geringerer Druck vorliegt als in dem das Schmiermittel enthaltenden Raum 17, tritt aufgrund der Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen 17, 19 ein Gemisch aus einem Gas und Schmiermittel in die Eintrittsöffnung 53 des ersten Spalts 51 ein, wie dies in Fig. 3E gezeigt ist. Fig. 3E stellt einen Bereich des Rotorelements 27 und des ersten Statorelements 23 vergrößert dar, der in Fig. 3D mit B bezeichnet ist.Since during operation of the vacuum device or the vacuum pump in the lubricant-free space 19 is a lower pressure than in the lubricant containing space 17, occurs due to the pressure difference between the two chambers 17, 19, a mixture of a gas and lubricant in the inlet opening 53 of first gap 51, as shown in FIG Fig. 3E is shown. Fig. 3E represents an area of the rotor element 27 and the first stator element 23 enlarged in Fig. 3D is denoted by B.

Es wurde erkannt, dass innerhalb des ersten Spalts 51 eine nahezu laminare Strömung des Gemischs aus Gas und Schmiermittel vorliegt. Beim Vorbeiströmen von Molekülen des Schmiermittels an Wänden des ersten Spalts 51 setzen sich zwar Moleküle des Schmiermittels an diesen Wänden ab. Aufgrund der nahezu laminaren Strömung des Gemischs aus Schmiermittel und Gas treffen jedoch die Moleküle des Schmiermittels, die sich in einem mittleren Bereich des ersten Spalts 51 zwischen den Wänden bewegen, nicht auf die Wände. Diese Moleküle des Schmiermittels würden folglich weiterhin in den schmiermittelfreien Raum 19 gelangen, wenn die Räume 17, 19 lediglich durch einen Spalt mit konstanter Querschnittsfläche verbunden wären, wie dies im Stand der Technik üblich ist.It has been found that within the first gap 51 there is a nearly laminar flow of the mixture of gas and lubricant. As molecules of the lubricant flow past walls of the first gap 51, molecules of the lubricant settle on these walls. However, due to the nearly laminar flow of the mixture of lubricant and gas meet the Molecules of the lubricant moving in a central region of the first gap 51 between the walls do not hit the walls. These molecules of lubricant would thus continue to enter the lubricant-free space 19 if the spaces 17, 19 were merely connected by a gap of constant cross-sectional area, as is conventional in the art.

Wenn das Gemisch aus Gas und Schmiermittel jedoch bei der erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung 21 aus der Austrittsöffnung 55 des ersten Spalts 51 austritt, verringert sich dessen Geschwindigkeit gemäß dem Bernoullischen Gesetz, da die Querschnittsfläche des ersten Expansionsraums 57 größer als die Querschnittsfläche des ersten Spalts 51 ist. Ferner treten aufgrund lokaler Unterdruckbereiche Turbulenzen im ersten Expansionsraum 57 auf. Dies führt dazu, dass im ersten Expansionsraum 57 die Wahrscheinlichkeit für ein Auftreffen von Molekülen des Schmiermittels auf die Wandabschnitte des Rotorelements 27 bzw. des ersten Statorelements 23 im Vergleich zum ersten Spalt 51 deutlich erhöht ist.However, when the mixture of gas and lubricant in the sealing device 21 according to the invention exits the outlet opening 55 of the first gap 51, its speed decreases according to Bernoulli's law, since the cross-sectional area of the first expansion space 57 is greater than the cross-sectional area of the first gap 51. Furthermore, turbulences occur in the first expansion space 57 due to local vacuum areas. As a result, in the first expansion space 57, the probability of molecules of the lubricant striking the wall sections of the rotor element 27 or of the first stator element 23 is significantly increased compared to the first gap 51.

Zwischen einer Innenfläche des äußeren Abschnitts 37 des Rotorelements 27 und dem Fortsatz 47 am Vorsprung 45 des ersten Statorelements 23 ist ferner ein zweiter Spalt 59 gebildet. Eine Eintrittsöffnung 61 des zweiten Spalts 59 steht mit dem ersten Expansionsraum 57 in Verbindung, während eine Austrittsöffnung 63 des zweiten Spalts 59 mit einem zweiten Expansionsraum 65 verbunden ist. Der zweite Expansionsraum 65 weist wiederum eine größere Querschnittsfläche als der zweite Spalt 59 auf, so dass die Geschwindigkeit des Gemischs aus Gas und Schmiermittel wiederum beim Eintreten in den zweiten Expansionsraum 65 verringert wird. Ferner treten wiederum auch im zweiten Expansionsraum 65 Turbulenzen aufgrund lokaler Unterdruckbereiche auf.Between an inner surface of the outer portion 37 of the rotor element 27 and the extension 47 on the projection 45 of the first stator element 23, a second gap 59 is further formed. An inlet opening 61 of the second gap 59 communicates with the first expansion space 57, while an outlet opening 63 of the second gap 59 is connected to a second expansion space 65. The second expansion space 65 in turn has a larger cross-sectional area than the second gap 59, so that the speed of the mixture of gas and lubricant is again reduced upon entering the second expansion space 65. Furthermore, turbulences due to local negative pressure areas also occur in the second expansion space 65.

Der zweite Expansionsraum 65 ist durch Wandabschnitte des äußeren Abschnitts 37 des Rotorelements 27 und durch gegenüberliegende Wandabschnitte des ersten Statorelements 23 gebildet. Aufgrund der profilierten Außenfläche des äußeren Abschnitts 37 des Rotorelements 27 mit in radialer Richtung verlaufenden Flächen 41 und Schrägflächen 39 weist der zweite Expansionsraum 65 eine innere Struktur mit Verengungen und Erweiterungen auf, die jeweils unterschiedlich große Querschnittsflächen aufweisen. Dadurch wird die Turbulenz innerhalb des zweiten Expansionsraums 65 im Vergleich zum ersten Expansionsraum 57 zusätzlich erhöht. An den zweiten Expansionsraum 65 schließt ferner in radialer Richtung eine der Abflussöffnungen 29 des ersten und des zweiten Statorelements 23, 25 sowie in axialer Richtung ein weiterer Expansionsraum des zweiten Statorelements 25 an.The second expansion space 65 is formed by wall portions of the outer portion 37 of the rotor element 27 and by opposite wall portions of the first stator element 23. Due to the profiled outer surface of the outer Section 37 of the rotor element 27 with radially extending surfaces 41 and inclined surfaces 39, the second expansion space 65 has an inner structure with constrictions and extensions, each having different sized cross-sectional areas. As a result, the turbulence within the second expansion space 65 is additionally increased in comparison to the first expansion space 57. Furthermore, one of the outflow openings 29 of the first and second stator elements 23, 25 and in the axial direction a further expansion space of the second stator element 25 adjoin the second expansion space 65.

Das erste und das zweite Statorelement 23, 25 sind baugleich und lediglich auf unterschiedlichen Seiten des Rotorelements 27 angeordnet. Das erste und das zweite Statorelement 23, 25 sind ferner bezüglich des Rotorelements 27 symmetrisch zueinander angeordnet. Wie man in Fig. 3C und 3D erkennen kann, wiederholt sich somit zwischen dem Rotorelement 27 und dem zweiten Statorelement 25 die Abfolge zweier weiterer Expansionsräume und zweier weiterer Spalte wie zwischen dem Rotorelement 27 und dem ersten Statorelement 23, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Somit müssen die Moleküle der Strömung aus Gas und Schmiermittel, die in die Eintrittsöffnung 53 des ersten Spalts 51 eintreten, auf dem Weg bis zum Eintreten in den schmiermittelfreien Raum einen vergleichsweise langen und labyrinthartigen Weg durchlaufen, innerhalb dessen mehrere Übergänge zwischen einem jeweiligen Spalt mit einer kleinen Querschnittsfläche und einem jeweiligen Expansionsraum mit größerer Querschnittsfläche angeordnet sind.The first and the second stator element 23, 25 are of identical construction and are arranged only on different sides of the rotor element 27. The first and second stator elements 23, 25 are further arranged symmetrically with respect to each other with respect to the rotor element 27. How to get in Fig. 3C and 3D Thus, between the rotor element 27 and the second stator element 25, the sequence of two further expansion spaces and two further gaps as between the rotor element 27 and the first stator element 23 is repeated, but in the reverse order. Thus, the molecules of the flow of gas and lubricant entering the inlet port 53 of the first gap 51 on the way to entering the lubricant-free space must undergo a comparatively long and labyrinthine path, within which multiple transitions between a respective gap with a small cross-sectional area and a respective expansion space having a larger cross-sectional area are arranged.

Im Vergleich zu einem oder mehreren Spalten mit einer konstanten Querschnittsfläche ist somit innerhalb der erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung 21 die Wahrscheinlichkeit deutlich erhöht, dass Moleküle des Schmiermittels auf einen Wandabschnitt des Rotorelements 27 bzw. des ersten oder zweiten Statorelements 23, 25 auftreffen. Die Moleküle des Schmiermittels werden ferner auch durch die Rotationsbewegung des Rotorelements 27 in radialer Richtung nach außen beschleunigt. Dadurch bewegen sie sich entlang der in radialer Richtung verlaufenden Flächen 41, entlang der Schrägflächen 39 des äußeren Abschnitts 37 des Rotorelements 27 und entlang einer Schrägfläche 67 des ersten bzw. zweiten Statorelements 21, 23 zur Abflussöffnung 29 des Statorelements 23, 25 und in den Abflusskanal 31 im Gehäuse 11, der wiederum mit dem nicht dargestellten Schmiermittelsumpf in Verbindung steht. Die erfindungsgemäße Dichtvorrichtung 21 verbessert somit die Trennung von Gas und Schmiermittel, welche aus dem das Schmiermittel enthaltenden Raum 17 in die Dichtvorrichtung 21 eintreten.Compared to one or more columns with a constant cross-sectional area, the probability of molecules of the lubricant striking a wall section of the rotor element 27 or of the first or second stator element 23, 25 is thus significantly increased within the sealing device 21 according to the invention. The molecules of the lubricant are further also by the rotational movement of the rotor element 27 is accelerated outward in the radial direction. As a result, they move along the radially extending surfaces 41, along the inclined surfaces 39 of the outer portion 37 of the rotor member 27 and along an inclined surface 67 of the first and second stator 21, 23 to the discharge opening 29 of the stator 23, 25 and into the discharge channel 31 in the housing 11, which in turn is in communication with the lubricant sump, not shown. The sealing device 21 according to the invention thus improves the separation of gas and lubricant which enter the sealing device 21 from the space 17 containing the lubricant.

In Fig. 4A, 4B und 4C ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vakuumgeräts dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 1 bis Fig. 3E dargestellten Ausführungsform einerseits dadurch, dass der mittlere Abschnitt 35 des Rotorelements 27 in drei Teilabschnitte unterteilt ist, und zwar in einen inneren Teilabschnitt 71, einen mittleren Teilabschnitt 73 und einen äußeren Teilabschnitt 75. Dabei weist der mittlere Teilabschnitt 73 eine größere Erstreckung in axialer Richtung bzw. größere Breite als der innere und äußere Teilabschnitt 71, 75 auf. Da das erste und das zweite Statorelement 23, 25 entsprechende Vorsprünge aufweisen, ist somit insgesamt zwischen dem Rotorelement 27 und dem ersten bzw. zweiten Statorelement 23, 25 eine Struktur mit insgesamt zehn Spalten und zehn Expansionsräumen gebildet.In Figs. 4A, 4B and 4C a second embodiment of the vacuum device according to the invention is shown. This is different from the one in Fig. 1 to Fig. 3E On the one hand represented by the fact that the middle portion 35 of the rotor member 27 is divided into three sections, in an inner portion 71, a central portion 73 and an outer portion 75. In this case, the central portion 73 has a greater extent in the axial direction or greater width than the inner and outer sections 71, 75. Since the first and second stator elements 23, 25 have corresponding projections, a structure with a total of ten columns and ten expansion spaces is thus formed overall between the rotor element 27 and the first and second stator elements 23, 25.

Darüber hinaus weisen die Expansionsräume der zweiten Ausführungsform im Gegensatz zur ersten Ausführungsform zusätzliche Schrägflächen auf, die durch entsprechende Wandabschnitte des ersten bzw. zweiten Statorelements 23, 25 gebildet sind. Aufgrund der größeren Anzahl von Spalten und Expansionsräumen im Vergleich zur ersten Ausführungsform ist somit bei der zweiten Ausführungsform die Wahrscheinlichkeit für das Auftreffen von Molekülen des Schmiermittels auf Wandabschnitte des Rotorelements 27 bzw. des ersten oder zweiten Statorelements 23, 25 weiter erhöht. Dadurch wird die Abdichtung des schmiermittelfreien Raums 19 gegenüber dem das Schmiermittel enthaltenden Raum 17 mit der Dichtvorrichtung 21 gemäß der zweiten Ausführungsform nochmals verbessert.In addition, in contrast to the first embodiment, the expansion spaces of the second embodiment have additional inclined surfaces which are formed by corresponding wall sections of the first and second stator elements 23, 25. Thus, in the second embodiment, due to the larger number of gaps and expansion spaces compared to the first embodiment, the likelihood of impact of molecules of the lubricant on wall portions of the rotor member 27 and the first or second stator element 23, 25 is further increased. This will seal the lubricant-free Room 19 with respect to the lubricant containing space 17 with the sealing device 21 according to the second embodiment again improved.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

1111: Gehäusecasing
1313: Wellewave
1414: Wellenachseshaft axis
1515: Lagercamp
1717: Schmiermittel enthaltender RaumLubricant-containing space
1919: schmiermittelfreier Raumlubricant-free space
2121: Dichtvorrichtungsealing device
2323: erstes Statorelementfirst stator element
2525: zweites Statorelementsecond stator element
2727: Rotorelementrotor member
2929: Abflussöffnung des StatorelementsOutflow opening of the stator element
3131: Abflusskanalspillway
3333: innerer Abschnitt des Rotorelementsinner portion of the rotor element
3535: mittlerer Abschnitt des Rotorelementsmiddle section of the rotor element
3737: äußerer Abschnitt des Rotorelementsouter portion of the rotor element
3939: Schrägfläche des RotorsInclined surface of the rotor
4141: in radialer Richtung verlaufende Fläche des Rotorsin the radial direction extending surface of the rotor
4343: innerer Abschnitt des Statorelementsinner section of the stator element
4545: Vorsprung des StatorelementsProjection of the stator element
4747: Fortsatzextension
4949: Aussparung des StatorelementsRecess of the stator element
5151: erster Spaltfirst gap
5353: Eintrittsöffnung des ersten SpaltsInlet opening of the first gap
5555: Austrittsöffnung des ersten SpaltsOutlet opening of the first gap
5757: erster Expansionsraumfirst expansion area
5959: zweiter Spaltsecond gap
6161: Eintrittsöffnung des zweiten SpaltsInlet opening of the second gap
6363: Austrittsöffnung des zweiten SpaltsOutlet opening of the second gap
6565: zweiter Expansionsraumsecond expansion area
6767: Schrägfläche des StatorsInclined surface of the stator
7171: innerer Teilabschnittinner section
7373: mittlerer Teilabschnittmiddle section
7575: äußerer Teilabschnittouter section

Claims

Vacuum device, in particular a vacuum pump, with a lubricant-free space (19) and a space containing lubricant (17) and with a rotatably mounted shaft (13) which is at least partially arranged in the two spaces (17, 19), wherein between the spaces (17, 19) a sealing device (21) is provided, through which the shaft (13) passes, wherein the sealing device (21) comprises: a rotor element (27) which is non-rotatably connected to the shaft (13),

a first stator element (23), which is arranged in a rotationally fixed manner between the spaces (17, 19),

wherein between the first stator element (25) and the rotor element (27) a first gap (51) is formed with an inlet opening (53) which is open to the space (17) containing the lubricant,

wherein the first gap (51) opposite to the inlet opening (53) has an outlet opening (55) which is connected to a first expansion space (57) having a larger cross-sectional area than the first gap (51) and by wall portions of the rotor element (27) and the first stator element (23) is formed, and

wherein the first expansion space (57) communicates with a lubricant sump.

Vacuum apparatus according to claim 1,
characterized in that
a second gap (59) is formed between the first stator element (23) and the rotor element (27), the inlet opening (61) of which communicates with the first expansion space (57), and the second gap (59) is opposite the inlet opening (61) has an exit opening (63) connected to a second expansion space (57) having a larger cross-sectional area than the second gap (59) and formed by wall sections of the rotor element (27) and the first stator element (23) is.

Vacuum apparatus according to claim 1 or 2,
characterized in that
the rotor element (27) has an inner portion (33) through which the shaft (13) passes in an axial direction, a central portion (35) which faces the inner portion in a radial direction relative to the shaft (13) ( 33), and having an outer portion (37) which adjoins the middle portion (35) in the radial direction, the middle portion (35) having a smaller extent in the axial direction than the inner and outer portions (35). 33, 37).

Vacuum apparatus according to claim 3,
characterized in that
an inner portion (43) of the first stator element (23) is disposed in the radial direction between the inner and outer portions (33, 37) of the rotor element (27) and wall portions of the respective inner portion (43) of the first stator element (23) and the rotor element (27) form the first gap (51).

Vacuum apparatus according to claim 3 or 4,
characterized in that
the first expansion space (57) is formed by wall portions of the inner portion (43) of the first stator element (23) and by wall portions of the inner, middle and outer portions (33, 35, 37) of the rotor element (27).

Vacuum device according to one of claims 3 to 5,
characterized in that
the central portion (35) of the rotor member (37) includes inner, middle and outer portions (71, 73, 75), the central portion (73) being larger in axial direction than the inner and outer portions (71, 75).

Vacuum device according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the first stator element (23) has at least one axial recess (49) within which an axially extending section (37) of the rotor element (27) is arranged.

Vacuum apparatus according to one of claims 2 to 7,
characterized in that
the rotor element (27) has at least one constriction (35) in an axial direction relative to the shaft (13), in which an axial projection (45) of the first stator element (23) is arranged such that through the constriction (35) of the Rotor member (27) and the axial projection (45) of the first stator (23), the first and the second gap (51, 59) and the first and the second expansion space (57, 65) are formed.

Vacuum device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
the first stator element (23) has at least one outflow opening (29) which is in communication with the lubricant sump and which is arranged in particular on an outer circumference of the stator element (23).

Vacuum device according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the sealing device (21) comprises a second stator element (25) arranged on that side of the rotor element (27) which faces the lubricant-free space (19), while the first stator element (23) on the opposite side of the rotor element (27 ), which faces the lubricant-containing space (17).

Vacuum apparatus according to claim 10,
characterized in that
the first and the second stator element (23, 25) are identical.

Vacuum apparatus according to claim 10 or 11,
characterized in that
the first and the second stator element (23, 25) are symmetrically constructed and / or arranged relative to the rotor element (27).

Vacuum apparatus according to one of claims 10 to 12,
characterized in that
the rotor element (27) is constructed symmetrically with respect to the first and second stator elements (23, 25).

Vacuum apparatus according to one of claims 10 to 13,
marked by
a housing (11) within which the first and / or the second stator element (23, 25) rotatably and the rotor element (27) are rotatably arranged and which has a discharge channel (31) for the lubricant, the at least one outflow opening (29) of the first and / or the second stator element (23, 25) and is in communication with the lubricant sump.

Vacuum device according to one of claims 10 to 14,
characterized in that
the rotor element (27) and / or the first and / or the second stator element (23, 25) have inclined surfaces (39, 67) which are provided for guiding and / or for draining off the lubricant.