WO2003071134A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

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WO2003071134A1
WO2003071134A1 PCT/EP2003/001598 EP0301598W WO03071134A1 WO 2003071134 A1 WO2003071134 A1 WO 2003071134A1 EP 0301598 W EP0301598 W EP 0301598W WO 03071134 A1 WO03071134 A1 WO 03071134A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oil
seal
rotor
vacuum pump
bearing
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/001598
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dreifert
Wolfgang Giebmanns
Hans-Rochus Gross
Hartmut Kriehn
Original Assignee
Leybold Vakuum Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold Vakuum Gmbh filed Critical Leybold Vakuum Gmbh
Priority to JP2003570008A priority Critical patent/JP2005517866A/ja
Priority to US10/505,608 priority patent/US7153093B2/en
Priority to EP03702650A priority patent/EP1476661B1/de
Priority to AU2003205775A priority patent/AU2003205775A1/en
Publication of WO2003071134A1 publication Critical patent/WO2003071134A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/008—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids for other than working fluid, i.e. the sealing arrangements are not between working chambers of the machine
    • F04C27/009—Shaft sealings specially adapted for pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2220/00—Application
    • F04C2220/40—Pumps with means for venting areas other than the working chamber, e.g. bearings, gear chambers, shaft seals

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump with at least one rotor shaft, which has a rotor section with a rotor, a bearing section with a bearing and a shaft seal arrangement axially between the rotor section and the bearing section.
  • Vacuum pumps of this type can be designed, inter alia, as screw pumps, side channel compressors and root pumps.
  • the vacuum pumps mentioned have in common that they are dry-compressing vacuum pumps with oil or grease lubricated bearings and / or gears. These pumps are generally used to create a pre-vacuum.
  • the task of the sealing arrangement between the actual rotor and the bearing or gearbox is, on the one hand, to avoid gas passage from the rotor section to the bearing section and, on the other hand, to prevent liquid passage from the bearing section into the rotor section.
  • relatively good sealing contact seals can be used, for example in the form of radial shaft seals, slide rings etc.
  • only non-contact shaft seals can be used, which, however, cannot completely exclude leaks due to the design.
  • a known contactless shaft seal arrangement consists of one or more piston sealing rings as a gas seal and an oil splash ring as an oil seal.
  • a reliable and high sealing effect cannot be achieved with this.
  • the gas compressed in the rotor section should not come into contact with the oil from the bearing section, since the oil may be decomposed thereby and thereby lose its lubricity.
  • the escaping oil, gas or gas mixture can also be toxic or explosive and therefore dangerous.
  • the object of the invention is therefore to improve the shaft seal having a gas seal and an oil seal in a vacuum pump.
  • the shaft seal arrangement is designed such that between the rotor-side gas seal and the bearing-side oil seal a separation chamber is provided which surrounds the rotor shaft and is ventilated by at least one separation chamber ventilation duct.
  • the separation chamber is set to a desired gas pressure through the ventilation duct. This ensures that the pressure drop across the gas seal and that across the oil gasket dropping pressure difference can be set.
  • the separation chamber can be subjected to atmospheric gas pressure or the storage-side gas pressure through the ventilation duct, so that the gas pressure in the separation chamber is not below the storage-side gas pressure. This can prevent the oil from migrating from the bearing side through the oil seal towards the separation chamber.
  • the separation chamber gas pressure can be set higher than the gas pressure on the rotor side of the gas seal, so that explosive and / or toxic gases cannot escape from the rotor section through the gas seal.
  • a shaft seal arrangement is realized, which prevents gas from the rotor section into the bearing section and oil from the bearing section into the rotor section in a simple and reliable manner, even in the case of gas and oil seals which are not completely sealed by design. Only a small amount of production and space is required for the separation chamber, so that a compact and effective shaft seal arrangement is realized with little means.
  • the separation chamber ventilation duct opens into the surrounding atmosphere outside the pump. In this way, there is always atmospheric pressure in the separation chamber and the same gas pressure as in the bearing housing, if this is also vented to the environment. The pressure drop across the oil seal is then practically zero, so that due to the lack of pressure difference, no oil is pressed from the bearing section in the direction of the separation chamber or rotor section.
  • the gas seal and the oil seal are each designed as non-contact seals.
  • the shaft seal arrangement can also be vacuum pumps with high speeds and high rotor shaft diameters are used.
  • the gas seal is preferably designed as a gap seal or as a labyrinth seal, with piston rings or with floating sealing rings.
  • the gas seal is a non-contact throttle seal, which reduces the gas passage to an unavoidable minimum.
  • the labyrinth seal of the gas seal preferably has at least one piston ring which projects into an annular groove of the rotor shaft.
  • the piston ring is biased outwards and therefore fixed and stationary on the housing side.
  • the piston ring protrudes into the rotor shaft annular groove, as a result of which a labyrinth-like gap is formed between the piston ring and the annular groove, which acts as a throttle seal.
  • the gas seal can have a plurality of labyrinth seals of this type arranged axially one behind the other.
  • the oil seal on the rotor shaft preferably has an encircling oil centrifugal ring which projects into an annular centrifugal chamber on the housing side, which is connected to an oil return channel to the bearing housing. This creates an effective non-contact oil seal.
  • radial and / or axial non-conical or conical gaps are formed between the oil slinger and the centrifugal chamber walls on the housing.
  • the oil slinger and the opposite fixed walls are designed so that the incoming oil is thrown outwards while the rotor shaft is rotating and the oil that is not thrown off runs down into the return channel.
  • the oil seal on the axial rotor side of the oil centrifugal ring preferably has at least one annular catch chamber with an oil drain channel which opens into the bearing housing.
  • the oil seal therefore consists of two or more centrifugal or trap chambers with an oil drain channel.
  • the oil drainage channels can be combined in a single channel, but each centrifugal or collecting chamber can also be assigned its own separate oil drainage channel. This eliminates mutual malfunctions in the oil drain, so that the sealing effect of the oil seal is only slightly influenced even in the event of malfunctions in an oil drain channel.
  • Each centrifugal or trap chamber of the oil seal is preferably assigned at least one ventilation duct.
  • the ventilation duct can indeed lead outside to the atmosphere, but should preferably lead back to the bearing housing.
  • the centrifugal chambers can be ventilated via a single common ventilation duct or via at least one separate ventilation duct.
  • the ventilation through the ventilation channels ensures that there is no pressure difference within the oil seal, i.e. between the individual centrifugal chambers. A gas flow and thus an entrainment of oil in the direction of the separation chamber or rotor section is practically impossible. The passage of gases from the separation chamber towards the bearing housing is therefore largely prevented.
  • the separation chamber ventilation duct opens in the vicinity of the lowest point of the separation chamber and has a slope, so that any liquid that may escape can run out of the separation chamber. Even if oil or other liquids come from the bearing section or from the If the rotor section should reach the separation chamber, this could run outwards. This ensures that no liquid can collect in the separation chamber.
  • the bearing is preferably axially capped on the rotor side. As a result, a first barrier for oil or other liquids from the bearing is already realized between the bearing and the shaft seal arrangement.
  • a sealing gas source is connected to the separation chamber ventilation duct, through which a sealing gas is introduced into the separation chamber under excess pressure. This is necessary and useful if toxic and / or explosive gases are conveyed in the rotor section.
  • a sealing gas By feeding the separation gas, a small separation gas flow is generated from the separation chamber in the direction of the rotor section. In this way, the escape of gas from the rotor section can be prevented.
  • air or nitrogen can be used as the sealing gas.
  • a sealing gas line from the sealing gas source to the bearing housing or the bearing section can additionally be provided. This ensures that there is no significant pressure drop across the oil seal.
  • the sealing gas has a pressure of 1.3 bar, for example.
  • the rotor shaft is designed as a flying rotor shaft, which is mounted only on the pressure side of the rotor section, on the suction side of the rotor section.
  • Section of the rotor shaft is designed to be bearing-free. In this way, a bearing in the region of larger negative pressures is avoided, so that the shaft seal arrangement on the suction side of the rotor shaft, which is problematic with large pressure differences, is also avoided.
  • flying rotor shafts have a relatively large shaft diameter. It is only through the present shaft seal arrangement and the provision of a separation chamber between the gas seal and the oil seal that the high peripheral speeds associated with large rotor shaft diameters can be sealed without having to accept an unacceptably large leak.
  • FIG. 2 shows the housing of the screw vacuum pump of FIG. 1 in cross section
  • Fig. 3 is a detail of a longitudinal section along the section line X-III of the pump housing of Fig. 2, and
  • Fig. 4 is a longitudinal section of the pump housing of Fig. 2 along the section line X-IV.
  • the in Figs. 1 to 4 shown vacuum pump 10 is a screw vacuum pump for generating a backing vacuum.
  • the vacuum pump 10 is essentially formed by a housing in which two rotor shafts are rotatably mounted, of which only the main rotor shaft 12 is shown in FIGS. 1-4.
  • the Rotor shaft 12 has a rotor section 14 with a helical rotor 16, a bearing section 18 with two roller bearings 20 and axially between the rotor section 14 and the bearing section 18 a section with a shaft seal arrangement 22. No roller bearing is provided on the rotor-side end 24 of the rotor shaft 12.
  • a gas is sucked in at the flying ends of the rotor sections 14 through a suction line (not shown) in order to generate a vacuum in a recipient connected to the suction line.
  • the sucked-in gas is compressed by the interaction of the rotor 16 shown with a second rotor of a second rotor shaft, not shown, toward the pressure side of the rotor section 14 and is discharged there with an atmospheric pressure via a gas outlet, not shown.
  • bearing section 18 of the rotor shaft 12 two roller bearings are provided for rotatable mounting, of which only the roller bearing 20 on the rotor side is shown. Furthermore, the rotor shaft 12 in the bearing section 18 has a gear 26, via which the rotor shaft 12 is driven.
  • the bearing housing interior 30 formed by the bearing housing 28 contains an oil supply for the lubrication and cooling of the roller bearings 20 and the gearwheel (s) 26.
  • the shaft seal arrangement essentially has three axial sections, namely a gas seal 32 on the rotor side, an oil seal 34 on the bearing side and a separating chamber 36 therebetween.
  • the shaft seal arrangement 22 is surrounded by a seal housing 66.
  • the gas seal 32 is formed by three piston rings 38 which are arranged axially one behind the other.
  • the piston rings 38 are prestressed to the outside and are therefore non-positively connected to the fixed housing.
  • the piston rings 38 each engage in an annular groove 40 of the rotor shaft 12, so that the three piston rings 38 in the annular grooves 40 result in a gap running in a longitudinal section in a meandering manner. In this way, a non-contact labyrinth seal is formed, which ensures a satisfactory gas seal at pressure differences of less than 0.5 bar.
  • the oil seal 34 consists of several parts.
  • the bearing-side section of the oil seal 34 has an oil thrower ring 42 on the rotor shaft side, which has a wave-like profile in longitudinal section.
  • This and the corresponding complementary shape of the housing 44 surrounding the oil slinger 42 ensures that the oil coming from the bearing section 18 is thrown outwards by the rotating oil slinger 42 while the rotor shaft 12 is rotating, and is drained downwards by a corresponding fixed groove, from where it has to drain back through an oil return channel 46 into the bearing housing.
  • the oil centrifuge ring 42 is surrounded on the housing side by an annular centrifugal chamber 48, which serves to receive and discharge the oil that is flung outwards by the oil centrifugal ring 42 through the oil return channel 46.
  • the oil seal 34 has on the oil centrifuge ring 42 on the rotor side axially two annular oil catch chambers 50, 52, to each of which a circumferential annular groove 58 is assigned on the rotor shaft side.
  • the oil centrifuge chamber 48 has a larger volume than the two axially adjoining oil trap chambers 50, 52.
  • Both the circular centrifugal chamber 48 and the likewise annular oil trap chambers 50, 52 each have their own ventilation duct 59 near their highest point, each of which leads into the bearing housing 28 in the axial direction.
  • the three ventilation ducts 59 are arranged offset to one another in the circumferential direction.
  • the two oil trapping chambers 50, 52 each have an oil return channel 54, 56 through which oil that has reached this point can possibly flow back into the bearing housing 28.
  • piston rings can also be inserted into the annular grooves 58 of the rotor shaft 12 in order to prevent oil from creeping further axially in the direction of the rotor, without one or both oil-collecting chambers 50, 52.
  • the annular and relatively large-volume separation chamber 36 between the gas seal 32 and the oil seal 34 has a separation chamber ventilation duct 60 near its highest point, through which the separation chamber is ventilated to the environment or through which it is connected to a sealing gas source.
  • the separation chamber ventilation duct 60 has an axial section on the separation chamber side and then at right angles therefrom a radial section which leads to the outside. There is no pressure difference and no oil is pressed through the oil seal by a pressure difference in the direction of the rotor, since the bearing housing is also vented to the environment or because it is also subjected to the same sealing gas pressure as the separation chamber.
  • a further separation chamber ventilation duct 62 is provided, which has a downward slope and opens into a vertical outlet 64.
  • the separation chamber ventilation duct 62 also serves as a drain for If necessary, 01 reached this far, or for liquids from the rotor section.
  • the provision of the separation chamber 36 ensures in a simple and compact manner that fluids can neither get from the rotor section 14 to the bearing section 18 nor from the bearing section 18 to the rotor section 14.

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Abstract

Die Vakuumpumpe (10) weist mindestens eine Rotorwelle (12) auf, die einen Rotorabschnitt (14) mit einem Rotor (16), einen Lagerabschnitt (18) mit einem Lager (20) und axial zwischen dem Rotorabschnitt (14) und dem Lagerabschnitt (18) eine Wellendichtungsanordnung (22) aufweist. Die Wellendichtungsanordnung (22) weist axial rotorseitig eine Gasdichtung (32) und lagerseitig eine Öldichtung (34) auf. Die Wellendichtungsanordnung (22) weist zwischen der Gasdichtung (32) und der Öldichtung (34) eine die Rotorwelle (12) umgebende Trennkammer auf, die durch mindestens einen Trennkammer-Lüftungskanal (60,62) belüftet wird. Hierdurch wird erreicht, dass die über der Gasdichtung abfallende Druckdifferenz und die über der Öldichtung abfallende Druckdifferenz eingestellt werden können. Durch entsprechende Einstellung kann vermieden werden, dass Öl von der Lagerseite durch die Öldichtung Richtung Trennkammer wandert.

Description

Vakuumpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit mindestens einer Rotorwelle, die einen Rotorabschnitt mit einem Rotor, einen Lagerabschnitt mit einem Lager und axial zwischen dem Rotorabschnitt und dem Lagerabschnitt eine Wellendichtungsanordnung aufweist .
Derartige Vakuumpumpen können u.a. als Schraubenpumpen, Seiten- kanalverdichter, und Rootspumpen ausgebildet sein. Den genannten Vakuumpumpen ist gemeinsam, dass sie trockenverdichtende Vakuumpumpen mit öl- oder fettgeschmierten Lagern und/oder Getrieben sind. Diese Pumpen werden in der Regel zur Erzeugung von Vorvakuum eingesetzt. Die Aufgabe der Dichtungsanordnung zwischen dem eigentlichen Rotor und dem Lager bzw. Getriebe liegt zum einen in der Vermeidung von Gasdurchtritt von dem Rotorabschnitt zu dem Lagerabschnitt und andererseits in der Vermeidung von Flüssigkeitsdurchtritt von dem Lagerabschnitt in den Rotorabschnitt . Bei niedrigen Rotordrehzahlen und geringen Rotorwellendurchmessern können relativ gut dichtende berührende Dichtungen eingesetzt werden, beispielsweise in Form von Radialwellendichtringen, Gleitringen etc. Bei höheren Drehzahlen und größeren Rotorwellendurchmessern können nur berührungsfreie Wellendichtungen eingesetzt werden, die jedoch konstruktionsbedingt Leckagen nicht völlig ausschließen können .
Eine bekannte berührungslose Wellendichtungsanordnung besteht aus einem oder mehreren Kolbendichtringen als Gasdichtung und einem Ölspritzring als Öldichtung. Hiermit lässt sich jedoch keine zuverlässige und hohe Dichtungswirkung erzielen. Das in dem Rotorabschnitt verdichtete Gas soll jedoch nicht mit dem Öl aus dem Lagerabschnitt in Verbindung kommen, da das Öl hierdurch ggf. zersetzt werden und seine Schmierfähigkeit hierdurch verlieren kann. Das austretende Öl, Gas oder Gasgemisch kann auch toxisch oder explosiv und daher gefährlich sein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer Vakuumpumpe die eine Gasdichtung und einer Öldichtung aufweisende Wellendichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist die Wellendichtungsanordnung derart ausgebildet, dass zwischen der rotorseitigen Gasdichtung und der lagerseitigen Öldichtung eine die Rotorwelle umgebende Trennkammer vorgesehen ist, die durch mindestens einen Trennkammer-Lüftungskanal belüftet wird. Durch den Lüftungskanal wird die Trennkammer auf einen gewünschten Gasdruck eingestellt. Hierdurch wird erreicht, dass die über der Gasdichtung abfallende Druckdifferenz und die über der Öl- dichtung abfallende Druckdifferenz eingestellt werden können. So kann die Trennkammer durch den Lüftungskanal beispielsweise mit atmosphärischem Gasdruck oder mit dem lagerseitigen Gasdruck beaufschlagt werden, so dass der Gasdruck in der Trennkammer nicht unter dem lagerseitigen Gasdruck liegt. Hierdurch kann vermieden werden, dass das Öl von der Lagerseite durch die Öldichtung Richtung Trennkammer wandert . Gegenüber dem Gasdruck auf der Rotorseite der Gasdichtung kann der Trennkammer-Gasdruck höher eingestellt sein, so dass explosive und/oder toxische Gase aus dem Rotorabschnitt nicht durch die Gasdichtung entweichen können. Auf diese Weise wird eine Wellendichtungsanordnung realisiert, die auch bei konstruktionsbedingt nicht vollständig dichtenden Gas- und Öldichtungen einen Übertritt von Gas aus dem Rotorabschnitt in den Lagerabschnitt und von Öl aus dem Lagerabschnitt in den Rotorabschnitt auf einfache Weise und zuverlässig verhindert. Für die Trennkammer ist nur ein geringer Herstellungsaufwand und Raumbedarf erforderlich, so dass mit geringen Mitteln eine kompakte und wirkungsvolle Wellendichtungsanordnung realisiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mündet der Trennkammer- Lüf ungskanal außerhalb der Pumpe in die umgebende Atmosphäre. Auf diese Weise herrscht in der Trennkammer stets Atmosphärendruck und der gleiche Gasdruck wie in dem Lagergehäuse, wenn dieses ebenfalls zur Umgebung entlüftet wird. Das Druckgefälle über der Öldichtung ist dann praktisch gleich Null, so dass wegen fehlender Druckdifferenz auch kein Öl von dem Lagerabschnitt in Richtung Trennkammer bzw. Rotorabschnitt gepresst wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Gasdichtung und die Öldichtung jeweils als berührungsfreie Dichtungen ausgebildet. Hierdurch kann die Wellendichtungsanordnung auch in Va- kuumpumpen mit hohen Drehzahlen und hohen Rotorwellendurchmessern eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist die Gasdichtung als Spaltdichtung oder als Labyrinthdichtung, mit Kolbenringen oder mit schwimmenden Dichtringen ausgebildet. Die Gasdichtung ist in jedem Fall eine berührungsfreie Drosseldichtung, durch die der Gasdurchtritt auf ein unvermeidbares Minimum reduziert wird.
Vorzugsweise weist die Labyrinthdichtung der Gasdichtung mindestens einen Kolbenring auf, der in eine Ringnut der Rotorwelle hineinragt. Der Kolbenring ist nach außen vorgespannt und daher gehäuseseitig fixiert und feststehend. Der Kolbenring ragt in die Rotorwellen-Ringnut hinein, wodurch zwischen dem Kolbenring und der Ringnut ein labyrinthartig verlaufender Spalt gebildet wird, der als Drosseldichtung wirkt. Die Gasdichtung kann mehrere axial hintereinander angeordnete derartige Labyrinthdichtungen aufweisen.
Vorzugsweise weist die Öldichtung auf der Rotorwelle einen umlaufenden Ölschleuderring auf, der in eine gehäuseseitige ringförmige Schleuderkammer hineinragt, die an einen Ölrücklauf- kanal zu dem Lagergehäuse angeschlossen ist. Auf diese Weise wird eine effektive berührungsfreie Öldichtung geschaffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwischen dem Ölschleuderring und den gehäuseseitigen Schleuderkammerwänden radiale und/oder axiale nicht -konische oder konische Spalte gebildet. Der Ölschleuderring und die gegenüberliegenden feststehenden Wände sind so ausgebildet, dass das eintretende Öl bei rotierender Rotorwelle nach außen abgeschleudert wird und das nicht abgeschleuderte Öl nach unten in den Rücklaufkanal abläuft . Vorzugsweise weist die Öldichtung axialrotorseitig des Öl- schleuderrings mindestens eine ringförmige Fangkammer mit einem Ölablaufkanal auf, der in das Lagergehäuse mündet. Die Öldichtung besteht also aus zwei oder mehr axial hintereinander- liegenden Schleuder- bzw. Fangkammern mit einem Ölablaufkanal. Die Ölablaufkanäle können in einem einzigen Kanal zusammenge- fasst sein, es kann jedoch auch jeder Schleuder- bzw. Fangkammer ein eigener getrennter Ölablaufkanal zugeordnet sein. Hierdurch werden gegenseitige Störungen beim Ölablauf ausgeschlossen, so dass die Öldichtung auch bei Störungen in einem Ölablaufkanal in ihrer Dichtungswirkung nur geringfügig beeinflusst wird.
Vorzugsweise ist jeder Schleuder- bzw. Fangkammer der Öldichtung mindestens ein Lüftungskanal zugeordnet . Der Lüftungskanal kann zwar nach außen zur Atmosphäre sollte aber vorzugsweise zum Lagergehäuse zurück geführt sein. Die Schleuderkammern können über einen einzigen gemeinsamen Lüftungskanal, oder aber über jeweils mindestens einen eigenen Lüftungskanal belüftet werden. Durch die Belüftung durch die Belüftungskanäle wird sichergestellt, dass sich auch innerhalb der Öldichtung, also zwischen den einzelnen Schleuderkammern keine Druckdifferenz bildet. Eine Gasströmung und damit eine Mitnahme von Öl in Richtung Trennkammer bzw. Rotorabschnitt ist damit praktisch ausgeschlossen. Auch der Übertritt von Gasen aus der Trennkammer in Richtung Lagergehäuse wird daher weitgehend unterbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mündet der Trennkammer- Lüftungskanal in der Nähe vom tiefsten Punkt der Trennkammer und weist ein Gefälle auf, so dass eine eventuell austretende Flüssigkeit aus der Trennkammer ablaufen kann. Selbst wenn Öl oder andere Flüssigkeiten aus dem Lagerabschnitt oder aus dem Rotorabschnitt bis zur Trennkammer gelangen sollten, könnte diese nach außen ablaufen. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich keine Flüssigkeit in der Trennkammer ansammeln kann.
Vorzugsweise ist das Lager axial rotorseitig gedeckelt ausgebildet. Hierdurch wird bereits zwischen dem Lager und der Wellendichtungsanordnung eine erste Barriere für Öl bzw. andere Flüssigkeiten aus dem Lager realisiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist an den Trennkammer- Lüftungskanal eine Sperrgasquelle angeschlossen, durch die unter Überdruck ein Sperrgas in die Trennkammer eingeleitet wird. Dies ist dann erforderlich und sinnvoll wenn in dem Rotorabschnitt giftige und/oder explosive Gase gefördert werden. Durch die Einspeisung des Trenngases wird ein kleiner Trenngasstrom von der Trennkammer in Richtung Rotorabschnitt erzeugt. Auf diese Weise kann der Austritt von Gas aus dem Rotorabschnitt verhindert werden. Als Sperrgas können beispielsweise Luft oder Stickstoff verwendet werden. Durch die Einspeisung von Sperrgas in die Trennkammer wird der Trennkammerdruck gegenüber dem Druck in dem Lagerabschnitt bzw. Lagergehäuse erhöht.
Zur Vermeidung jeder Druckdifferenz zwischen dem Lagerabschnitt und der Trennkammer kann zusätzlich eine Sperrgasleitung von der Sperrgasquelle zu dem Lagergehäuse bzw. dem Lagerabschnitt vorgesehen sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass über der Öldichtung kein nennenswertes Druckgefälle entsteht. Das Sperrgas hat einen Druck von beispielsweise 1,3 bar.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Rotorwelle als fliegende Rotorwelle ausgebildet, die nur an der Druckseite des Rotorabschnittes gelagert ist, an der Saugseite des Rotorab- Schnittes der Rotorwelle jedoch lagerfrei ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein Lager im Bereich größerer Unterdrücke vermieden, so dass auch die bei großen Druckunterschieden problematische Wellendichtungsanordnung auf der Saugseite der Rotorwelle vermieden wird. Fliegende Rotorwellen weisen aus Stabilitätsgründen einen relativ großen Wellendurchmesser auf. Erst durch die vorliegende Wellendichtungsanordnung und das Vorsehen einer Trennkammer zwischen der Gasdichtung und der Öldichtung können die mit großen Rotorwellendurchmessern verbundenen hohen Umfangsgeschwindigkeiten abgedichtet werden, ohne eine unzumutbar große Leckage in Kauf nehmen müssen.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Aus- führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert .
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vakuum-Schraubenpumpe im Längsschnitt,
Fig. 2 das Gehäuse der Schraubenvakuumpumpe der Fig. 1 im Querschnitt ,
Fig. 3 ein Ausschnitt eines Längsschnittes entlang der Schnittlinie X-III des Pumpengehäuses der Fig. 2, und
Fig. 4 einen Längsschnitt des Pumpengehäuses der Fig. 2 entlang der Schnittlinie X-IV.
Die in den Fign. 1 bis 4 dargestellte Vakuumpumpe 10 ist eine Schraubenvakuumpumpe zur Erzeugung eines Vorvakuums. Die Vakuumpumpe 10 wird im Wesentlichen von einem Gehäuse gebildet, in dem zwei Rotorwellen drehbar gelagert sind, von denen in den Figuren 1-4 nur die Hauptrotorwelle 12 dargestellt ist. Die Rotorwelle 12 weist einen Rotorabschnitt 14 mit einem schraubenförmigen Rotor 16, einen Lagerabschnitt 18 mit zwei Wälzlagern 20 und axial zwischen dem Rotorabschnitt 14 und dem Lagerabschnitt 18 einen Abschnitt mit einer Wellendichtungsanordnung 22 auf. An dem rotorseitigen Ende 24 der Rotorwelle 12 ist kein Wälzlager vorgesehen.
Durch die Drehung der schraubenförmigen Rotoren wird an deren fliegenden Enden der Rotorabschnitte 14 ein Gas durch eine nichtdargestellte Ansaugleitung angesaugt, um auf diese Weise in einem an die Ansaugleitung angeschlossenen Rezipienten einen Unterdruck zu erzeugen. Das angesaugte Gas wird durch Zusammenwirken des dargestellten Rotors 16 mit einem zweiten Rotor einer zweiten nicht dargestellten Rotorwelle zur Druckseite des Rotorabschnittes 14 hin verdichtet und dort mit ungefähr atmosphärischem Druck über einen nicht dargestellten Gasauslass abgeführt .
In dem Lagerabschnitt 18 der Rotorwelle 12 sind zur drehbaren Lagerung zwei Wälzlager vorgesehen, von denen nur das rotor- seitige Wälzlager 20 dargestellt ist. Ferner weist die Rotorwelle 12 in dem Lagerabschnitt 18 ein Zahnrad 26 auf, über das die Rotorwelle 12 angetrieben wird. Zur Schmierung und zur Kühlung der Wälzlager 20 und des bzw. der Zahnräder 26 enthält der von dem Lagergehäuse 28 gebildete Lagergehäuseinnenraum 30 einen Ölvorrat .
Die Wellendichtungsanordnung weist im Wesentlichen drei axiale Abschnitte auf, nämlich rotorseitig eine Gasdichtung 32, lager- seitig eine Öldichtung 34 und dazwischen eine Trennkammer 36. Die Wellendichtungsanordnung 22 wird von einem Dichtungsgehäuse 66 umgeben. Die Gasdichtung 32 wird von drei Kolbenringen 38 gebildet, die axial hintereinanderliegend angeordnet sind. Die Kolbenringe 38 sind nach außen vorgespannt und daher kraftschlüssig mit dem feststehenden Gehäuse verbunden. Die Kolbenringe 38 greifen jeweils in eine Ringnut 40 der Rotorwelle 12 ein, so dass sich durch die drei Kolbenringe 38 in den Ringnuten 40 ein im Längsschnitt mäanderartig verlaufender Spalt ergibt. Auf diese Weise ist eine berührungsfreie Labyrinthdichtung gebildet, die bei Druckdifferenzen von weniger als 0,5 bar eine zufriedenstellende Gasabdichtung gewährleistet.
Die Öldichtung 34 besteht aus mehreren Teilen. Der lagerseitige Abschnitt der Öldichtung 34 weist rotorwellenseitig einen Ölschleuderring 42 auf, der im Längsschnitt ein wellenartiges Profil aufweist. Hierdurch und durch entsprechend komplementäre Ausformung des den Ölschleuderring 42 umgebenden Gehäuses 44 wird sichergestellt, dass das Öl aus dem Lagerabschnitt 18 kommend bei rotierender Rotorwelle 12 durch den rotierenden Ölschleuderring 42 nach außen abgeschleudert wird, und durch eine entsprechende feststehende Rinne nach unten abgeleitet wird, von wo aus es durch einen Ölrücklaufkanal 46 zurück in das Lagergehäuse ablaufen muss. Der Ölschleuderring 42 ist gehäuse- seitig von einer ringförmigen Schleuderkammer 48 umgeben, die der Aufnahme und Ableitung des von dem Ölschleuderring 42 nach außen geschleuderten Öles durch den Ölrücklaufkanal 46 dient. Die Öldichtung 34 weist an den Ölschleuderring 42 axial rotor- seitig anschließend zwei ringförmige Öl -Fangkammern 50,52 auf, denen rotorwellenseitig jeweils eine umlaufende Ringnut 58 zugeordnet ist. Die Olschleuderkammer 48 hat ein größeres Volumen als die beiden sich axial anschließenden Öl -Fangkammern 50,52. Sowohl die ringförmig umlaufende Schleuderkammer 48 als auch die ebenfalls ringförmig ausgebildeten Öl -Fangkammern 50,52 weisen in der Nähe ihres höchsten Punkts jeweils einen eigenen Lüf ungskanal 59 auf, der in axialer Richtung jeweils in das Lagergehäuse 28 führt. Die drei Lüftungskanäle 59 sind in Um- fangsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Die beiden Öl- Fangkammern 50,52 weisen in der Nähe ihres tiefsten Punkts jeweils einen Öl-Rücklaufkanal 54,56 auf, durch den bis hierhin gelangtes Öl ggf. in das Lagergehäuse 28 zurückfließen kann. Alternativ können unter Verzicht auf eine oder auch beide Öl- fangkammern 50,52 in die ringförmigen Nuten 58 der Rotorwelle 12 auch Kolbenringe eingesetzt sein, um ein Weiterkriechen von Öl axial in Richtung Rotor zu verhindern.
Die ringförmige und relativ großvolumige Trennkammer 36 zwischen der Gasdichtung 32 und der Öldichtung 34 weist in der Nähe ihres höchsten Punktes einen Trennkammer-Lüftungskanal 60 auf, durch den die Trennkammer zur Umgebung belüftet wird oder durch den sie mit einer Sperrgasquelle verbunden ist. Der Trennkammer-Lüftungskanal 60 weist trennkammerseitig einen axialen Abschnitt und rechtwinklig davon anschließend einen radialen Abschnitt auf, der zur Außenseite führt. Es herrscht keine Druckdifferenz und kein Öl wird durch eine Druckdifferenz in Richtung Rotor durch die Öldichtung gepresst, da auch das Lagergehäuse zur Umgebung belüftet ist bzw. da es ebenfalls mit dem gleichen Sperrgasdruck wie die Trennkammer beaufschlagt wird.
In der Nähe des tiefsten Punkt der Trennkammer 36 ist ein weiterer Trennkammer-Lüftungskanal 62 vorgesehen, der ein Gefälle nach unten aufweist und in einem vertikalen Ablauf 64 mündet. Der Trennkammer-Lüftungskanal 62 dient auch als Ablauf für ge- gebenenfalls bis hierher gelangtes 01, bzw. für Flüssigkeiten aus dem Rotorabschnitt .
Durch das Vorsehen der Trennkammer 36 wird auf einfache und kompakte Weise sichergestellt, dass Fluide weder vom dem Rotorabschnitt 14 zu dem Lagerabschnitt 18 noch von dem Lagerabschnitt 18 zu dem Rotorabschnitt 14 gelangen können.

Claims

PATENANSPRUCHE
1. Vakuumpumpe mit mindestens einer Rotorwelle (12), die einen Rotorabschnitt (14) mit einem Rotor (16) , einen Lagerabschnitt (18) mit einem Lager (20) und axial zwischen dem Rotorabschnitt (14) und dem Lagerabschnitt (18) eine Wellendichtungsanordnung (22) aufweist,
wobei die Wellendichtungsanordnung (22) axial rotorseitig eine Gasdichtung (32) und axial lagerseitig eine Öldichtung (34) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Wellendichtungsanordnung (22) zwischen der Gasdichtung (32) und der Öldichtung (34) eine die Rotorwelle (12) umgebene Trennkammer (36) aufweist, die durch mindestens einen Trennkammer-Lüftungskanal (60,62) belüftet wird.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkammer-Lüftungskanal (60,62) nach außen in die umgebende Atmosphäre geführt ist .
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdichtung (32) und die Öldichtung (34) als berührungsfreie Dichtungen ausgebildet sind.
4. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdichtung (32) als Spaltdichtung oder als Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung mindestens einen Kolbenring (38) aufweist, der in eine Ringnut (40) der Rotorwelle (12) hineinragt.
6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öldichtung (34) an der Rotorwelle (12) einen umlaufenden Ölschleuderring (42) aufweist, der in eine gehäuseseitige ringförmige Schleuderkammer (48) hineinragt, die an einen Ölrücklaufkanal (46) zu dem Lagergehäuse (28) angeschlossen ist.
7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ölschleuderring (42) und den gehäuseseitigen Schleuderkammerwänden radiale oder axiale konische oder nicht-konische Spalte vorgesehen sind.
8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öldichtung (34) axial rotorseitig des Olschleuderringes mindestens eine ringförmige Öl-Fangkammer
(50,52) mit mindestens einem Ölablaufkanal (54,56) in ein das Lager (20) umgebendes Lagergehäuse (28) aufweist.
9. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fang- und Schleuderkammer (48,50,52)
• der Öldichtung (34) mindestens ein Lüftungskanal zugeordnet ist .
10. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (12) fliegend gelagert und an der Saugseite des Rotorabschnittes (14) lagerfrei ausgebildet ist .
11. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkammer-Lüftungskanal (60,62) im Bereich des tiefsten Punktes der Trennkammer (36) mündet und ein Gefälle aufweist, so dass eine Flüssigkeit aus der Trennkammer (36) ablaufen kann.
12. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager axial rotorseitig gedeckelt ausgebildet ist.
13. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sperrgasquelle an dem Trennkammer-Lüftungskanal angeschlossen ist, durch die unter Überdruck ein Sperrgas in die Trennkammer (36) eingeleitet wird.
14. Vakuumpumpe nach Anspruch 13, bei der die Sperrgasquelle an das Lagergehäuse (28) angeschlossen wird, so dass in der Trennkammer (36) und im Lagergehäuse (28) näherungsweise der gleiche Druck herrscht .
15. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öldichtung (34) mindestens einen Kolbenring (38) aufweist, der über ein Druckgefälle aus der Trennkammer (36) zum Lagergehäuse (28) einen Öl-Durchtritt in die Trennkammer (36) verhindert.
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