DE3420344C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Flügelzellenpumpe dieser Art (US-PS 20 15 124) dienen Entlastungsbohrungen in der Wand der Betriebskammer zum direkten Druckaus­ gleich mit dem Gasauslaß.

Eine andere bekannte Flügelzellenpumpe weist einen Trichterraum zum Sammeln von Verunreinigungen auf, der von der Betriebskammer durch eine mit Löchern zum Durchlassen der Verunreinigungen aus dem Pumpen­ strom versehene Wand getrennt ist (DE-PS 5 81 273).

Schließlich ist eine konventionelle Vakuumpumpe in den Fig. 1 und 2 dargestellt (JP-OS 24 307/1979). In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Gehäuse mit einem Gaseinlaß 1 a, einem Gasauslaß 1 b, einer zylindrischen Innenumfangsfläche 1 c und einer Seitenwand 1 d; Bezugszahl 2 bezeichnet eine drehbar im Gehäuse gelagerte Antriebswelle. Bezugszahl 3 bezeichnet einen auf der Antriebswelle 2 befestigten Rotor mit einem äußeren Umfang 3 a, der exzentrisch im Gehäuse 1 entsprechend der Drehung der Antriebs­ welle 2 rotiert; 3 b bezeichnet Führungsschlitze im Rotor 3 für Flügel 4, von denen jeder an der Schlitzwand 3 b radial bezüglich des Rotors 3 mit einer Seitenwand 4 a im Führungsschlitz 3 b gleitet und nach Drehung des Rotors in Gleitkontakt mit der inneren Umfangswand 1 c des Gehäuses 1 steht, um ein unter Druck stehendes Gas vom Gaseinlaß 1 a zum Gasauslaß 1 b zu fördern. Bezugszahl 5 bezeichnet ein Lager für die Antriebswelle 2; Bezugszahl 8 bezeichnet einen das Lager 5 unterstützenden Lager­ bock, dessen Seitenwand 6 a fest mit dem Gehäuse 1 verbunden ist; die Bezugszahlen 7, 8 und 9 bezeichnen Betriebskammern, welche vom äußeren Umfang 3 a des Rotors 3, von der inneren Umfangswand 1 c und von den Seitenwänden 1 d des Gehäuses 1, der Seitenwand 6 a des Lagerbocks 6 sowie den Flügeln 4 begrenzt sind; Bezugszahl 10 bezeichnet eine Ölzuführöffnung in einem Abschnitt des Gehäuses 1, über die Schmieröl mittels einer Ölpumpe (nicht gezeigt) in das Gehäuse 1 gespeist wird. Bezugszahl 11 bezeichnet eine Öl­ dichtung zum Vermeiden des Leckens von Öl aus dem Gehäuse 1 und Bezugszahl 12 bezeichnet eine aus einem Abschnitt der inneren Umfangswand 1 c des Gehäuses 1 herausgearbeitete Nut.

Wenn bei der oben beschriebenen herkömmlichen Vakuum­ pumpe am Gaseinlaß aufgrund des Pumpenbetriebes ein Zustand hohen Vakuums herrscht, herrscht ein Hochvakuumzustand auch in der Betriebskammer 8. Wenn nun die Betriebskammer 8 zu dem unter Atmosphären­ druck stehendem Gasauslaß 1 b geöffnet wird, ent­ steht eine Rückströmung von Luft enthaltend Schmier­ öl von dem Gasauslaß 1 b zur Betriebskammer 8, was zu Kavitationsschäden, Kavitationsgeräuschen und Schwingungsgeräuschen aufgrund von Druckwellen führt. Zum Überwinden solcher Schwierigkeiten ist bei der konventionellen Vakuumpumpe die Nut 12 in der inneren Umfangswand des Gehäuses 1 vorge­ sehen. Wenn der Flügel 4 über die Nut 12 streicht, wird Luft in die im Hochvakuumzustand befindliche Betriebskammer 8 von dem Gasauslaß 1 b unter Atmo­ sphärendruck über die Betriebskammer 9 und die Nut 12 eingeführt, um den Druck in der Betriebs­ kammer 8 näher an den Atmosphärendruck heranzuführen, bis die Betriebskammer sich vollends zum Gasauslaß 1 b öffnet, wodurch die oben beschriebenen Kavitations­ schäden u. dgl. unterbunden werden.

Da die Luft in die Betriebskammer 8 zu einem Zeit­ punkt vom Luftauslaß 1 b einströmt, wenn der Flügel 4 die Nut 12 überstreicht, wird die Betriebskammer 8 in einem niederen Drehzahlbereich näher an den Atmosphärendruck herangeführt, so daß die Druck­ differenz zwischen der Betriebskammer 8 und dem Gasauslaß 1 b klein wird. Da andererseits die Betriebs­ kammer 7 sich in Hochvakuumzustand befindet, wird ein großer Druck auf den Flügel 4 ausgeübt, welcher die Betriebskammer 7 von der Betriebskammer 8 trennt, was zu einseitigem Verschleiß der mit der Wand des Führungsschlitzes 3 b in Kontakt stehenden Seiten­ fläche 4 a des Flügels 4 führt. Da bei hoher Drehzahl der Flügel 4 die Nut 12 sehr schnell überstreicht, kann nicht eine genügende Luftmenge vom Luftauslaß 1 b in die Betriebskammer 8 einströmen, was zur Folge hat, daß die Kavitationsschäden und andere unerwünschte Erscheinungen nicht ausreichend unter­ bunden werden können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flügelzellen­ pumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß Kavitationsschäden, Ka­ vitationsgeräusche und/oder Schwingungsgeräusche vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1. Bei der Flügel­ zellenpumpe nach der Erfindung wird aufgrund der Verminderung der Druckdifferenz zwischen Gasauslaß und Betriebskammer der Verschleiß der Seitenfläche der Flügeln über den gesamten Drehzahlenbereich unterdrückt bzw. vermindert.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführung einer Vakuumpumpe nach der Erfindung;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Pumpe nach Fig. 3 längs der Linie IV-IV;

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine andere Aus­ führung einer Vakuumpumpe nach der Er­ findung und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung einer Vakuumpumpe nach der Erfindung.

Im folgenden ist die Erfindung zunächst anhand der Fig. 3 und 4 erläutert, welche eine bevorzugte Ausführung nach der Erfindung zeigen.

Bezugszahl 13 bezeichnet eine Verbindungsöffnung kleinen Querschnitts, der mit einer Betriebskammer 8 in Verbindung steht, welche durch die innere Umfangs­ wand 1 c des Gehäuses 1, den äußeren Umfang 3 a des Rotors 3 und Flügel 4 begrenzt wird. Die Verbindungs­ öffnung 13 ist an einer Stelle stromaufwärts und benachbart eines Gasauslasses 1 b angeordnet. Bezugs­ zahl 14 bezeichnet eine Gasspeicherkammer, die einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet ist.

Diese Gasspeicherkammer nimmt Gas bzw. Luft auf und entläßt Gas bzw. Luft zur Betriebskammer 8 über die Verbindungs­ öffnung 13 zur Verringerung der Druckdifferenz zwischen dem Gasauslaß 1 b und der Betriebskammer 8. Im übrigen ist die Pumpe so aufgebaut wie die her­ kömmliche Pumpe, so daß identische oder äquivalente Bauteile zur herkömmlichen Konstruktion mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben sind.

Im folgenden wird der Betrieb der Flügelzellenpumpe nach der Erfindung beschrieben. Wenn der Rotor 3 mittels der Antriebswelle 2 in Pfeilrichtung ange­ trieben wird, wird der Flügel 4 aufgrund der Zentri­ fugalkraft an die innere Umfangswand 1 c des Gehäuses gedrückt und läuft folglich in Gleitkontakt mit der inneren Umfangswand 1 c des Gehäuses um. Als Folge davon bewegt sich eine Betriebskammer 7 von der Ansaugseite mit dem Gaseinlaß 1 a zur Pumpen­ seite mit dem Gasauslaß 1 b unter Bildung von Be­ triebskammern 8 und 9 zugleich mit der Drehung des Rotors 3. Wenn die Betriebskammer gemäß Bezugs­ zahl 7 offen zum Gaseinlaß 1 a ist, fährt die Betriebs­ kammer 7 mit ihrem Expansionshub fort. Wenn die Betriebskammer gemäß Bezugszahl 9 zum Gasauslaß 1 b offen ist, macht die Betriebskammer 9 einen Kom­ pressionshub. Aufgrund der Wiederholung der oben beschriebenen Expansions- und Kompressionshübe wird ein mit dem Gaseinlaß 1 a in Verbindung stehender Vakuumtank (nicht gezeigt) unter Vakuum gesetzt. Aufgrunddessen wird der Gaseinlaß 1 a in einen Vakuum­ zustand gebracht. Wenn der Druck am Gaseinlaß 1 a atmosphärisch ist bzw. nur ein geringfügiger Unter­ druck herrscht, wird der Druck in der Betriebskammer 8 aufgrund des Kompressionshubes höher als Atmosphären­ druck. Wenn die Betriebskammer 8 aufgrund weiterer Drehung des Rotors 3 in Verbindung mit der Gasspeicher­ kammer 14 kommt, strömt Gas bzw. Luft aus der Be­ triebskammer 8 in die Gasspeicherkammer 14 über die Verbindungsöffnung 13, weil der Druck in der Betriebskammer 8 höher als der Druck in der Gas­ speicherkammer 14 ist. Demgemäß werden sowohl die Betriebskammer 8 als auch der Gasauslaß 1 b aufgrund des erniedrigten Druckes in der Betriebskammer 8 auf niedrigeren Druck gebracht, wodurch von einer Druckdifferenz zwischen der Betriebskammer 8 und dem Gasauslaß 1 b erzeugte Schwingungsgeräusche unterdrückt werden. Wenn andererseits das Vakuum am Gaseinlaß 1 a aufgrund der Pumpenwirkung ansteigt, bleibt die Betriebskammer 8 im Hochvakuumzustand selbst bei ihrem Kompressionshub. Wenn bei der Drehung des Rotors die Betriebskammer 8 dann mit der Gasspeicherkammer 14 in Verbindung kommt, wird der Druck in der Gasspeicherkammer 14 höher als der Druck in der Betriebskammer 8 mit dem Ergebnis, daß Gas bzw. Luft aus der Gasspeicherkammer 14 in die Betriebskammer 8 über die Verbindungsöffnung 13 strömt. Demgemäß kommt die Betriebskammer 8 mit dem Gasauslaß 1 b in einen Zustand nicht mehr so hohen Vakuums bzw. erniedrigten Unterdrucks in Verbindung. Dadurch kann eine Rückströmung von Luft enthaltend Schmieröl vom Gasauslaß 1 b in das Gehäuse 1 unterbunden werden, wodurch Kavitations­ schäden, Kavitations- und Schwingungsge­ räusche aufgrund von Druckwellen in befriedigendem Ausmaß unterdrückt werden können. Zu diesem Zeit­ punkt wird Gas dazu veranlaßt, vom Gasauslaß 1 b zur Gasspeicherkammer 14 über die Betriebskammer 9 zu strömen, und wenn nachfolgend die Betriebskammer 8 mit der Gasspeicherkammer 14 in Verbindung kommt, wird das in der Betriebskammer 8 geförderte Gas in der Gasspeicherkammer 14 gespeichert. Selbst wenn der Rotor 3 mit niedriger Drehzahl umläuft, erreicht die von der Gasspeicherkammer 14 in die Betriebskammer 8 einströmende Luft eine solche Menge, daß die Drücke in der Gasspeicherkammer 14 und der Betriebskammer 8 ausgeglichen werden, so daß die Druckdifferenz zwischen der Betriebskammer 8 und der Betriebskammer 7 nicht groß wird. Demge­ mäß wird eine vergleichsweise kleine Kraft auf den die Betriebskammern 7 und 8 trennenden Flügel 4 ausgeübt, so daß einseitiger Verschleiß dieses Flügels vermieden werden kann. Wenn andererseits der Rotor 3 mit hoher Drehzahl umläuft, kann eine ausreichende Gasströmung von der Gasspeicherkammer 14 in die Betriebskammer 8 während des Zeitraumes sichergestellt werden, in welchem die Betriebskammer 8 mit der Gasspeicherkammer 14 in Verbindung steht, bis die Verbindung mit dem Gasauslaß 1 b hergestellt ist. Da auch bei hoher Drehzahl des Rotors eine ausreichende Gasströmung vom Gasauslaß 1 b zur Gas­ speicherkammer 14 aufgrund der Drehung des Flügels 4 während eines Zeitraumes sichergestellt wird, in welchem eine Verbindung zwischen der Gasspeicher­ kammer 14 mit dem Gasauslaß 1 b bis zur Unterbrechung dieser Verbindung besteht, werden günstige Ergebnisse trotz der schnellen Drehung des Rotors erzielt.

Wie oben festgestellt, ist die beschriebene Aus­ führung der Flügelzellenpumpe nach der Erfindung so gestaltet, daß die Verbindungsöffnung 13 im Gehäuse 1 mit kleinem Querschnitt vorgesehen ist und daß die Gasspeicherkammer 14 zum Verringern der Druckdifferenz zwischen dem Gasauslaß 1 b und der Betriebskammer 8 dadurch dient, daß Gas bzw. Luft zwischen der Gasspeicherkammer und der Betriebs­ kammer 8 über die Verbindungsöffnung 13 hin- und hergefördert wird, wodurch ein Verschleiß der Seiten­ wände 4 a der Flügel über den gesamten Drehzahlbereich des Rotors und ferner Kavitationsschäden, Kavitations- und Schwingungsgeräusche aufgrund von Druckwellen unterdrückt werden können. Selbst wenn die Gasspeicherkammer 14 mit der Betriebskammer 8 in Verbindung kommt, finden nicht sehr große Druck­ schwankungen statt, weil das Volumen der Gasspeicher­ kammer 14 begrenzt ist.

Im folgenden wird eine andere Ausführung einer Vakuumpumpe nach der Erfindung anhand von Fig. 5 beschrieben.

In Fig. 5 bezeichnet Bezugszahl 23 eine Verbindungs­ öffnung kleiner Querschnittsfläche mit einem vertikalen Kanal 23 a vorbestimmter Länge und einem unteren Ende 23 b, während Bezugszahl 24 eine einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildete Gasspeicherkammer bezeichnet. Ein Teil dieser Gasspeicherkammer liegt auf höherem Niveau als das untere Ende 23 b der Verbindungsöffnung 23. Die Gasspeicherkammer 24 nimmt über die mit der Betriebskammer 8 kommunizierende Verbindungsöffnung 23 Gas bzw. Luft auf und gibt diese ab. Im übrigen ist der Aufbau der Vakuumpumpe gleich wie bei der herkömmlichen Pumpe, so daß identische oder äquivalente Bauteile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben sind. Die Funktion der Pumpe nach dieser Ausführung ist identisch mit derjenigen nach der anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführung, so daß sich eine detaillierte Beschreibung erübrigt.

Wie oben beschrieben, können auch mit dieser zweiten Ausführung der Verschleiß der Seitenfläche 4 a der Flügel 4 über den gesamten Drehzahlbereich des Rotors 3 ebenso unterdrückt werden wie Kavitations­ schäden, Kavitations- und Schwingungsgeräusche aufgrund von Druckwellen, wie dies auch bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 der Fall ist. Da der Querschnitt des Kanals 23 a klein ist und ein Teil der Gasspeicherkammer 24 auf höherem Niveau als das untere Ende 23 b der Verbindungsöffnung 23 liegt, wird in die Gasspeicherkammer 24 ein­ dringendes Öl aufgrund des Druckunterschiedes zwischen der Betriebskammer 8 und der Gasspeicherkammer 24 in die Betriebskammer 8 gesaugt und über den Gasauslaß zusammen mit Gas bzw. Luft nach außen abgegeben. Aufgrunddessen bleibt die Aufnahmefähigkeit der Gasspeicherkammer 24 stets im wesentlichen gleich, wodurch der Druckunterschied der Drücke in der Betriebskammer 8 und am Gasauslaß 1 b wirksam reduziert werden kann.

Im folgenden wird eine weitere Ausführung einer Flügelzellenpumpe nach der Erfindung anhand der Fig. 6 beschrieben. In Fig. 6 bezeichnen Bezugs­ zahl 33 einen fest mit dem Gehäuse 1 verbundenen Gehäuseansatz, Bezugszahl 34 eine Verbindungsöffnung kleinen Querschnitts im unteren Abschnitt der Seiten­ wand 1 d des Gehäuses 1 und Bezugszahl 35 eine Gas­ speicherkammer, welche durch das Gehäuse 1 und den Gehäuseansatz 33 gebildet ist und oberhalb der Verbindungsöffnung 34 liegt. Die Gasspeicher­ kammer ist betriebsmäßig mit der Betriebskammer 8 verbunden und nimmt daraus Luft auf bzw. gibt diese ab, um die Druckdifferenz zwischen dem Gasauslaß 1 b und der Betriebskammer 8 zu reduzieren. Im übrigen ist der Aufbau dieser Vakuumpumpe gleich wie bei der herkömmlichen Vakuumpumpe, und gleiche oder äquivalente Teile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben. Ferner ist die Funktion der Pumpe nach dieser Ausführung, soweit sie gleich mit denjenigen nach den Ausführungen 3 bis 5 ist, nicht nochmals beschrieben.

Da, wie vorgehend beschrieben, die Vakuumpumpe nach dieser Ausführung eine Verbindungsöffnung 34 im unteren Teil der Seitenwand 1 d des Gehäuses 1 hat, wird die in die Gasspeicherkammer 35 einströmende Schmierölmenge vermindert und selbst dann, wenn Schmieröl eingeströmt ist, über die Betriebskammer 8 durch die Verbindungsöffnung 34 abgesaugt und mit der aus der Gasspeicherkammer 35 abzuführenden Luft über den Auslaß 1 b nach außen abgegeben. Dem­ gemäß bleibt die Aufnahmefähigkeit der Gasspeicher­ kammer 35 im wesentlichen konstant, und der Druck­ unterschied zwischen der Betriebskammer 8 und dem Gasauslaß 1 b kann mit gutem Wirkungsgrad stetig vermindert werden.

Bei den beschriebenen Ausführungen der Vakuumpumpe nach der Erfindung ist die Gasspeicherkammer aus­ nahmslos einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet, wenngleich sie auch in einem vom Gehäuse 1 getrennten Körper ausgebildet sein kann. Wenn weiterhin die Gasspeicherkammer teilweise oder insgesamt aus einem elastischen Werkstoff besteht, verändert sich das Volumen der Gasspeicherkammer entsprechend dem Druck in der Betriebskammer 8, so daß aufgrund der Expansion und der Kontraktion der Gasspeicher­ kammer aufgrund des Druckunterschiedes zwischen der Betriebskammer 8 und der Gasspeicherkammer dieser Druckunterschied mit hoher Wirksamkeit durch Hin- und Herfördern des Gases bzw. der Luft vermindert werden kann. Ferner ist die Gestalt der Gasspeicher­ kammer nicht unveränderlich vorgegeben sondern kann beliebige Gestalt haben, z. B. Rohrgestalt, wenn nur das Volumen ausreichend zum Speichern einer ausreichenden Gas- bzw. Luftmenge bemessen ist.

Wie oben beschrieben, ist die Pumpe nach der Er­ findung so gestaltet, daß eine Verbindungsöffnung mit der Betriebskammer im Gehäuse kommuniziert, wobei über diese Verbindungsöffnung Gas zwischen der Gasspeicherkammer und der Betriebskammer hin- und herströmen kann, um die Druckdifferenz zwischen der Gasspeicherkammer und der Betriebskammer zu reduzieren, worauf das Gas über den Gasauslaß aus der Betriebskammer abgelassen wird. Als Ergebnis läßt sich mit einer erfindungsgemäß gestalteten Vakuumpumpe Verschleiß und Einreissen bzw. Brechen der Seitenfläche der Flügel über den gesamten Dreh­ zahlbereich des Rotors vermindern, und gleichzeitig lassen sich Kavitationsschäden, Kavitations- und Schwingungsgeräusche aufgrund von Druckwellen unterbinden.

Claims (5)

1. Flügelzellenpumpe mit
einem Gehäuse (1) mit einem Gaseinlaß (1 a) und einem Gasauslaß (1 b) und zylindrischer Innen­ wand (1 c);
einem Rotor (3), der in dem Gehäuse (1) exzentrisch gelagert ist;
mehreren Flügeln (4), die im Rotor (3) angeordnet sind und in Gleitkontakt mit der zylindrischen Innenwand (1 c) des Gehäuses bei Drehung des Rotors (3) stehen, um das unter Druck stehende Gas vom Gaseinlaß (1 a) zum Gasauslaß (1 b) zu fördern; und
einer von den Flügeln (4), dem inneren Umfang (1 c) des Gehäuses und dem äußeren Umfang (3 a) des Rotors (3) gebildeten, über eine Entlastungs­ bohrung druckentlasteten Betriebskammer (8), dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasspeicherkammer (14; 24; 35) zum Abgeben von Gas in die Betriebskammer (8) und Aufnehmen von Gas aus der Betriebskammer (8) über eine die Entlastungsbohrung bildende Verbindungsöffnung (13; 23; 34) vorgesehen ist, um die Druckdifferenz zwischen Gasauslaß (1 b) und Betriebskammer (8) zu vermindern.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungs­ öffnung (13; 23; 34) in der Nähe des Gasauslasses (1 b) angeordnet ist und eine kleinere Querschnitt­ fläche als die Querschnittsfläche der Gasspeicher­ kammer (14; 24; 35) hat.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasspeicher­ kammer (14; 24; 35) einstückig mit dem Gehäuse (1) ausgebildet ist.

4. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasspeicherkammer (14; 24; 35) gänzlich oder teilweise aus einem elastischen Werkstoff besteht.

5. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasspeicherkammer (14; 24; 35) insgesamt oder teilweise oberhalb des in die Gasspeicher­ kammer mündenden offenen Endes der Verbindungs­ öffnung (13; 23; 34) angeordnet ist.