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Segment - Rotationsverdrängerpumpe
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Die Erfindung betrifft eine Segment - Rotationsverdrängerpumpe für
Fluide die vorzugsweise als Vakuumpumpe einzusetzen ist.
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Es sind Pumpen insbesondere Verdrängervakuumpumpen verschiedener Systeme
Hubkolbenpumpen Drehschieber- und Sperrschieberpumpen bekannt, die alle auf der
Druckseite einen schädlichen Raum aufweisen, der sich besonders beim Evakuieren
gegen den Atmosphärendruck nachteilig auswirkt und das Kompressionsverhältnis verschlechtert.
Die zur Vermeidung dieses Nachteiles angewendeten Maßnahmen, meist ölüberdeckte
Ventile, sind unbefriedigend. Andere zur Förderung von Gasen eingesetzte Verdrängerpumpen,
zum Beispiel Wälzkolbenpumpen, erreichen bei Förderung gegen Atmosphärendruck nur
geringe Kompressionsverhältnisse und benötigten, um ihre volle Wirksamkeit zu entfalten,
eine Vorpumpe, die geeignet ist gegen den Atmosphärendruck zu fördern.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Verdrängerpumpe
anzugeben, die bei hohem Kompressionsverhältnis ohne schädlichem Raum direkt gegen
Atmosphärendruck fördert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich in einem
zylinderförmigen Gehäuse, welches eine Einlaß- und Auslaßöffnung besitzt, zwei oder
mehrere Segmentkolben mit ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit so bewegen, daß
sich zwischen denselben Pumpzellen auf der dem Einlaß gegenüberliegenden Seite öffnen
und auf der Auslaßseite wieder schliessen. Auf diese Weise wird das Gas vom Einlaß
zum Auslaß gefördert und gleichzeitig auf den Wege dorthin komprimiert. Die Segmentkolben
sind mit ihrer Mantelfläche gut in das Gehäuse
eingepaßt, sodaß
lange enge Spalte entstehen die ein Rückströmen des zu fördernden Mediums verhindern.
Die Dichtwirkung dieser Spalte kann durch einen Schmiermittelfilm erhöht werden.
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Die Pumpe wird durch eine exzentrisch zur Gehäuseachse gelagerte Welle
angetrieben. Diese Welle ist mit radialen Hebeln oder,Antriebsscheiben versehen,
die mit senkrecht dazu stehenden An triebszapfen bestückt sind. Die Zapfen laufen
in auf den Stirnseiten der Segmentkolben eingefräßten radialen Nuten und übertragen
die Drehbewegung der Welle auf die Segmentkolben. Da nun die Antriebszapfen durch
die exzentrische Anordnung der Antriebswelle zum Gehäuse ihren radialen Abstand
bei der Drehung der Antriebs scheibe ändern, erfahren die Segmentkolben unterschiedliche
Winkelgeschwindigkeiten.
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Die radialen Flächen, welche die Segmentkolben begrenzen,bilden zueinander
einen Winkel. Bei entsprechender Abstimmung dieses Winkels und der Exzentrizität
zueinander erreicht der Winkel zwischen zwei einander gegenüberliegenden Flächen
der Segmentkolben auf der einen Seite des Gehäuses ein Maximum und wird auf der
um 1800 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses zu Null.
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Die Einlaß- und die Auslaßöffnung sind so dimensioniert und auf den
Umfang des Gehäuses verteilt, daß die Kante des Segmentkolbens, die den Einlaß gegen
die Pumpzelle absperrt, die absperrende Einlaßkante im Augenblick der größten Öffnung
der Pumpzelle passiert, während die Absperrkante des Auslasses in.
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dem Moment von der Pumpzelle passiert wird, wenn ihre Größe zu Null
geworden ist.
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In folgendem soll die Erfindung an Hand einer in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsform näher erläutert werden.
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In den Zeichnungen zeigt: Figur 1 einen Längsschnitt durch die Pumpe,in
welchem die Auslaßöffnung dargestellt ist,die Einlaßöffnung jedoch nicht erscheint.
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Figur 2 Einen Querschnitt durch die Pumpe nach der Linie A-A in Fig.
1 mit der Stellung der Kolben wie in Fig. 1 dargestellt.
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Figur 3 Ein Querschnitt durch die Pumpe nach der Linie A-A der Fig.
1 mit veränderter Stellung der Segmentkolben und zwar so, daß die eine Pumpzelle
im größten Öffnungszustand und die andere Pumpzelle geschlossen ist.
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Das Pumpgehäuse 28 ist durch die Gehäusedeckel 31 und 29 nach außen
abgeschlossen und hat einen zylindrischen Innenraum. Exzentrisch zu diesen Innenzylinder
läuft die Antriebsachse 5 der Pumpe geführt durch die Lager 27 und 26 und nach außen
durch eine Lippendichtung 37 abgedichtet. Auf der Antriebsachse befestigt sind zwei
Antriebsscheiben 6 und 14. Die Antriebsscheibe 6 ist fest mit der Achse verbunden,
die Antriebsscheibe 14 durch Passfeder 15 und Achsialsicherungsring 16 lösbar angebracht.
Die Antriebsscheiben tragen je einen Mitnehmerzapfen 17 bzw. 18 und diese wieder
Nutensteine 19 bzw. 20. Der Segmentkolben 4 ist fest mit einer Hohlwelle 1 verbunden
und diese wiederum mit einer Mitnehmerplatte 2 und einer Abdeckplatte 21. Die Abdeckplatte
21 ist durch das Kugellager 23 im Gehäuse geführt. Der Nutenstein 19 gleitet in
der radialen Nut 3 der Abdeckplatte 2.
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Der Segmentkolben 8 ist fest mit der unteren Abdeckplatte 7 verbunden,
diese ist mit dem Zwischenring 11 verschraubt, welcher sich über das Kugellager
9 gegen die Hohlwelle 1 abstützt. Der Zwischenring 11 die Antriebsscheibe 12 und
der Abschlußdeckel 24 sind fest miteinander verbunden und werden im Gehäusedeckel
29 über das Kugellager 25 geführt. In der Antriebsscheibe 12 befindet sich eine
radiale Nut 13, in welcher der Gleitstein 20 sich bewegen kann. Jeweils eine radiale
Fläche der Segmentkolben 4 und 8 kann mit einer gummielastischen Platte 47 bzw.
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46 belegt werden, um eine vollständige Schließung der Pumpzellen zu
gewährleisten.
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Wenn die Welle 5 umläuft,verändern die Gleitsteine t9 und 20 ihren
radialen Abstand zur Gehäuseachse und beschleunigen oder verzögern die Winkelgeschwindigkeit
des jeweils von ihnen bewegten Segmentkolbens. Auf diese Weise werden die zwischen
den Segmentkolben befindlichen Pumpzellen geöffnet bzw. geschlossen.
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Wenn der Segmentkolben 4 (siehe Fig. 2 und 3) mit seiner in Drehrichtung
hinteren Kante 56 die vordere Kante 57 der Ansaugöffnung 58 passiert hat, kann das
zu fördernde Medium in die dann schon fast ganz geöffnete Pumpzelle 59 einströmen.
Bis zu dem Moment, an dem die Vorderkante 60 des Segmentkolbens 8 die Hinterkante
61 der Ansaugöffnung passiert, hat sich die Pumpzelle 59 ganz geöffnet, und es hat
ein Druckausgleich zwischen der Ansaugseite 58 und der Pumpzelle 59 stattgefunden.
Die in der Pumpzelle 59 eingeschlossene Menge des zu fördernden Mediums wird nun
in Richtung Auspfuffseite gefördert und gleichzeitig komprimiert, weil das Volumen
der Pumpzelle 59 kleiner wird. Der Druck in der Pumpzelle erhöht sich, und das Medium
strömt in den Auspfuffkanal 62, wenn die Hinterkante 56 des Kolbens 4 die Vorderkante
63 der Auspfufföffnung passiert hat.
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Wenn die Vorderkante 60 des Segmentkolbens 8 die hintere Kante 64,
der Auspfufföffnung 62 erreicht, ist die Pumpzelle 59 ganz geschlossen und die gesamte
Menge des in der Pumpzelle geförderten Mediums in den Auspfuff 62 ausgestossen.
Das Gleiche wiederholt sich mit der anderen Pumpzelle, so daß pro Umdrehung der
Pumpwelle zwei Fördervorgänge durchgeführt werden. Wenn ein inkompressibeles Medium
gefördert werden soll, muß die Ausppufföffnung so verlegt werden, daß ein Ausströmen
des Mediums schon ab Beginn des Schließvorgangs der Pumpzelle möglich ist.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden an
Stelle von Gleitsteinen und Führungsnuten Kurbeltriebe verwendet. Diese Ausführung
ist in den Figuren 4 - 6 schematisch dargestellt. Es zeigt:
Figur
4 Einen Längsschnitt durch die Pumpe.
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Figur 5 Einen Querschnitt durch die Pumpe nach der Linie B-B in Fig.
4 mit der Stellung der Kolben wie in Fig. 4 dargestellt.
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Figur 6 Ein Querschnitt durch die Pumpe nach der Linie B-B der Fig.
4 jedoch mit veränderter Stellung der Segmentkolben und zwar so, daß die eine Pumpzelle
im größten Öffnungszustand und die andere Pumpzelle geschlossen ist.
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Die Arbeitsweise ist wie folgt: Auf der exzentrisch zu dem Gehäuse
48 gelagerten Antriebswelle 49 ist eine Antriebs scheibe 50 angebracht. Die oberen
Zapfen zweier Kurbeln 51 und 52 sind in der Antriebs scheibe 50 drehbar gelagert
während die unteren Zapfen der Kurbeln 51 und 52 jeweils in einem der beiden Segmentkolben
53 und 54 drehbar geführt sind. Die gegmentkolben 53 und 54 sind auf einem gehäusefesten
Zapfen 55 gelagert, sodaß sie frei umlaufen können. Auch hier werden den Segmentkolben
53 und 54 dadurch, daß die Antriebswelle 49 exzentrisch zum Gehäuse gelagert ist,
unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten mitgeteilt mit dem Effekt, daß sich die
Pumpzellen entsprechend öffnen und schließen.