EP2431613B1 - Vakuumpumpe mit wellendichtung - Google Patents

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EP2431613B1
EP2431613B1 EP11007002.6A EP11007002A EP2431613B1 EP 2431613 B1 EP2431613 B1 EP 2431613B1 EP 11007002 A EP11007002 A EP 11007002A EP 2431613 B1 EP2431613 B1 EP 2431613B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vacuum pump
lubricant
shaft
space
accordance
Prior art date
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Active
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EP11007002.6A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2431613A2 (de
EP2431613A3 (de
Inventor
Gerd Baitinger
Johannes Kümmel
Peter Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum GmbH filed Critical Pfeiffer Vacuum GmbH
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Publication of EP2431613A3 publication Critical patent/EP2431613A3/de
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Publication of EP2431613B1 publication Critical patent/EP2431613B1/de
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/021—Control systems for the circulation of the lubricant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C17/00—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing
    • F01C17/02—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing of toothed-gearing type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C2240/30—Casings or housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2240/809—Lubricant sump
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    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/005—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F04C29/0064—Magnetic couplings

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump according to the preamble of claim 1, as for example from the EP 1 476 661 B1 is known.
  • Vacuum pumps with two rooms separated by a wall, with a shaft passing through this wall, are common. As a rule, both rooms are at least temporarily at different absolute pressures.
  • a rolling bearing provided in the second room for supporting the shaft requires a lubricant supply in the second room.
  • a sealing arrangement is generally required in order to keep lubricant in the second room and to prevent the passage into the first room.
  • a solution known in the prior art provides for a plurality of piston rings to be arranged in the gap between the shaft and the wall, the piston rings no longer being in contact with the shaft in the operating state.
  • Another positive feature of this sealing arrangement is the possibility of pressure equalization between the first and second space.
  • the labyrinth only acts as a throttle.
  • the disadvantage of this arrangement is that small amounts of lubricant get into the first space.
  • the lubricant leakage i.e. the amount of lubricant entering the first space, is significantly reduced by a device with a catch groove open towards the shaft, the radial boundary surface of which is designed in such a way that lubricant impinging in the radial direction is deflected and brought together in a preferred direction.
  • lubricant thrown off the shaft does not strike the radial boundary surface perpendicularly, but at an angle. Lubricant is not only thrown off the shaft and collected in this device.
  • the lubricant is quickly calmed down and removed from the sealing area. Uncontrolled flying around and atomizing into droplets, which would increase the lubricant mist that can easily be carried in the gas flow, is prevented.
  • the lubricant leakage is significantly lower, the additional costs required for the manufacture are low.
  • the development according to claim 2 presents an essentially conical surface in which lubricant impinging from the radial direction is brought together along the cone.
  • the merging is effected and promoted on the one hand by the speed component along the lateral surface of the cone and the direction of flow of the gas flowing through the device. This geometry is also easy to manufacture.
  • the development according to claim 4 leads to a reduced lubricant leakage through a collecting chamber provided between the catch groove and the rolling bearing.
  • the collecting chamber provides a volume in which lubricant emerging from the roller bearing is collected and prevented from moving in the direction of the catch groove.
  • a step on the boundary wall in the direction of the catch groove reduces the creeping of the lubricant into the gap between the wall and the shaft and thus in turn the lubricant leakage.
  • the drain chamber is advantageously further developed by a drain channel extending below the surface of the lubricant.
  • the amount of lubricant that can form lubricant foam rising into the drain chamber is reduced by the drain channel.
  • the development according to claim 9 proposes to provide a filter in this ventilation channel and thereby reduce the amount of lubricant in the fluid supplied via the ventilation channel.
  • a vacuum pump according to claim 10
  • the advantages of a vacuum pump according to claim 10 are particularly pronounced.
  • the pressure level is exceeded in such a vacuum pump at which gas dissolved in the lubricant emerges from it and thereby forms a lubricant foam.
  • the device behaves particularly well in preventing the lubricant foam formed when the gas escapes from entering the first space.
  • synchronous gears are also used, and the total amount of lubricant required is therefore particularly high.
  • FIG. 1 A section through an exemplary vacuum pump is shown in Fig. 1 shown.
  • the vacuum pump 1 has a housing 2. Inside the housing, a scoop chamber 4 is provided, in which pistons 24 and 26 are arranged. These are mounted on shafts 10 and 18 and are rotated by them. The interaction of the rotating pistons creates the pumping action. The rotation is effected by a motor 30, which introduces a torque into the shaft 10. This introduction can take place directly or via a magnetic coupling 28 shown in the figure, which advantageously allows simple and tight separation of the pump interior and the surroundings.
  • the shafts 10 and 18 are rotatably supported on both sides of the pistons by roller bearings 12 and 22.
  • a wall 8 supports roller bearings 12 and separates the pumping chamber from a gear chamber 6.
  • lubricant which is used to lubricate the roller bearings and the synchronous gears 14 and 16.
  • the synchronous gears ensure that driving force is transmitted from the shaft 10 to the shaft 18 and that the pistons roll onto one another without contact.
  • the lubricant forms a liquid supply in the lower part of the transmission space in relation to gravity.
  • a centrifugal disc 20 is immersed, which swirls up the lubricant, thereby distributing it in the gear chamber and thus bringing it to synchronous gearwheels and roller bearings.
  • a centrifugal disc 20 ′ which, like the centrifugal disc 20, is immersed in a lubricant supply and distributes this lubricant, feeds the rolling bearings in particular.
  • the scoop space 4 now forms the first space, while the second space can be formed both by the gear space 6 and by the lubricant distribution space 32.
  • the area of one of the roller bearings 12 shows Fig. 2 on average along the line I-I '. It is advantageous to design the areas with the further rolling bearings according to the example of the solution presented in this area.
  • the shaft 10 has a shaft axis 38.
  • the direction of gravity is located vertically downwards in the drawing. Therefore, the area shown in the drawing below this shaft axis is also below the shaft axis in relation to gravity.
  • the wall 8 separates the first room 4 from the second room 6.
  • the wave penetrates an opening in the wall and extends from the first room to the second room.
  • a roller bearing 12 is provided there, which rotatably supports the shaft.
  • lubricant is present, which forms a liquid supply with a lubricant surface 100 in the lower part of the second space.
  • the centrifugal disc shown in the first figure dips into this lubricant and distributes it in the second space when the shaft rotates. As a result, lubricant is supplied to rolling bearings and gearboxes.
  • a collecting chamber 70 is provided on the side of the rolling bearing facing the first space. Lubricant which emerges from the rolling bearing first arrives in this collecting chamber and runs back through a collecting chamber outlet 76 into the liquid supply.
  • the boundary wall 72 of the collecting chamber located in the direction of the catch groove 50 has a step 74 narrowing the collecting chamber. This reduces the amount of lubricant coming from the collecting chamber onto the shaft because, on the one hand, the proportion of the moving boundary surfaces of the collecting chamber is reduced. On the other hand, the step reduces the boundary surface from which lubricant can get onto the shaft.
  • the collecting chamber can interact with a centrifugal edge 102 provided on the shaft, which is arranged between the step and the roller bearing with respect to the shaft axis.
  • the catch groove 50 is located on the side of the collecting chamber facing away from the roller bearing. At least one throttle can be provided between the catch groove and the collecting chamber, which is formed, for example, by a piston ring 44.
  • the catch groove surrounds the shaft and has a radial boundary surface designed in such a way that lubricant essentially coming from the radial direction is deflected and brought together in a preferred direction, lubricant thrown off the shaft not impinging on the radial boundary surface at an angle, but at an angle.
  • the radial direction here denotes the directions perpendicular to the shaft axis 38.
  • this type of design is achieved by a radial boundary surface 52, which in three dimensions essentially forms a cone surrounding the shaft, the axis of rotation of which can coincide with the shaft axis. In the section shown, this means that the section line is not parallel to the shaft axis.
  • the larger diameter of the cone is preferably directed in the direction of the first space 4. This has the effect that lubricant thrown off the shaft is not vertical but strikes the radial boundary surface at an angle. It therefore has a speed component that is parallel to the boundary surface, as a result of which the lubricant is both deflected and brought together in a preferred direction. This advantage is increased if a second centrifugal edge 104 is provided on the shaft, which is located at the level of the boundary surface with respect to the shaft axis.
  • the limiting surface 54 of the catch groove facing away from the rolling bearing can have a shoulder 56 that widens the catch groove in the direction of the shaft. This paragraph reduces the amount of lubricant that can get into the gap between the wall and the shaft along the boundary surface facing away from the rolling bearing.
  • the shoulder preferably has an essentially conical shape, this second cone widening in the direction of the first space. This creates an acute angle at the edge 108, from which lubricant is particularly easily detached. With this second cone, a third centrifugal edge 106 on the shaft can interact by being arranged at the level of the second cone with respect to the shaft axis.
  • lubricant is thrown off the shaft, strikes the second cone, runs along this to the edge 108 and detaches there in such a way that it reaches the shaft between the centrifugal edges 106 and 104. This effectively reduces the amount of lubricant that can get into the gap between the wall and the shaft.
  • piston rings 40 and 42 can be provided, which restrict the gas flow through it, but preferably do not seal it permanently. Between the piston rings 40 and 42 there can be a sealing gas groove 90 into which gas is admitted via a sealing gas channel 92, which prevents the entry of process gas from the first space into the second space.
  • the catch groove is provided with a catch groove channel 60 which is arranged such that lubricant is discharged from the catch groove in the direction of the lubricant supply.
  • a drain chamber 62 is preferably provided between the catch groove channel and the lubricant supply, in which the lubricant draining from the catch groove is initially collected.
  • This drain chamber has its own housing. Alternatively, it can be at least partially a recess in the wall 8. It can also form a single design element together with the catch groove channel.
  • a drain channel 64 leads the lubricant back into the lubricant supply from the drain chamber.
  • the mouth of the drain channel is located below the lubricant surface 100, preferably near the floor in the calmed area of the lubricant supply.
  • the volume of the drain channel is preferably significantly smaller than the volume of the drain chamber.
  • the volume ratios are dimensioned such that when foaming lubricant while the vacuum pump is being pumped down to pressures below 50 mbar, no foam reaches the catch groove 50.
  • the drain chamber is located entirely over the lubricant surface 100. Its bottom and the mouth of the drain channel are designed in such a way that the lubricant can drain completely from the drain chamber, for example by providing the mouth at the lowest point of the drain chamber.
  • a ventilation duct 80 through which gas from the second space 6 enters the catch groove 50.
  • This enables pressure equalization between the first and second room.
  • the first room is the scooping room and the second room is a gear room.
  • the gear chamber pressure is brought into the pressure area of the scoop chamber. Due to the then small pressure difference, the flow of lubricant-laden fluid from the second into the first space is comparatively greatly reduced. This is positive for the reduced leakage of lubricant in the Into the scooping chamber and for reaching the lowest possible final pressure of the vacuum pump.
  • a filter 82 in the ventilation duct, which filters out lubricant that occurs as a mist from the gas.
  • the pore size of the filter is adapted to the droplet size of the lubricant.
  • the inlet of the filter is shielded by a shield 84 such that lubricant cannot be thrown directly onto the filter from the centrifugal disc.
  • the conductance of the flow path with ventilation channel and filter is large compared to the conductance of the flow path through the roller bearing, in particular it is approximately ten times. This ensures that preferably filtered gas reaches the catch groove without the addition of lubricant.
  • the invention has been shown using a single-stage Roots vacuum pump.
  • the vacuum pump can also be designed in several stages with a plurality of pistons arranged one behind the other on the shafts 10 and 18, which cooperate in a number of delivery spaces.
  • No Roots profile has to be used.
  • Claw profiles, screw profiles and the like can also be used with the arrangement presented.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der EP 1 476 661 B1 bekannt ist.
  • Vakuumpumpen mit zwei durch eine Wand voneinander getrennten Räumen, wobei ein Welle diese Wand durchsetzt, sind häufig anzutreffen. In der Regel befinden sich beide Räume wenigstens zeitweilig auf unterschiedlichen Absolutdrücken. Ein im zweiten Raum vorgesehenes Wälzlager zur Lagerung der Welle bedingt eine Schmiermittelversorgung im zweiten Raum.
  • In dem Bereich, in dem die Welle die Wand durchsetzt, ist in aller Regel eine Dichtungsanordnung erforderlich, um Schmiermittel im zweiten Raum zu halten und den Durchtritt in den ersten Raum zu unterbinden.
  • Eine im Stand der Technik bekannte Lösung sieht vor, im Spalt zwischen Welle und Wand eine Mehrzahl von Kolbenringen anzuordnen, wobei im Betriebszustand die Kolbenringe nicht mehr in Kontakt mit der Welle stehen. Hierdurch ergibt sich eine labyrinthartige Dichtungsanordnung, die aufgrund der schnellen Montage und geringen Bauteilzahl kostengünstig herzustellen ist. Ein weitere positive Eigenschaft dieser Dichtungsanordnung ist die Möglichkeit der Druckangleichung zwischen erstem und zweiten Raum. Hierbei wirkt das Labyrinth lediglich als Drossel. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass geringe Mengen an Schmiermittel in den ersten Raum gelangen.
  • Heutige Vakuumsysteme, d.h. Anordnungen aus Vakuumpumpen, Vakuumkammern, Rohrleitungen, Substrattransportvorrichtungen und dergleichen, sollen in ihrem Prozessbereich in steigendem Maße frei von Schmiermittel sein. Dies bedeutet, dass die an sich vorteilhafte und oben beschriebene Lösung in manchen Anwendungsfällen eine zu große Schmiermittelmenge in den ersten Raum gelangen lässt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumpumpe mit geringerer Schmiermittelleckage vorzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Schmiermittelleckage, das heißt die in den ersten Raum gelangende Schmiermittelmenge, wird deutlich verringert durch eine Vorrichtung mit einer zur Welle hin geöffneten Fangnut, deren radiale Begrenzungsfläche derart gestaltet ist, dass in radialer Richtung auftreffendes Schmiermittel umgelenkt und in einer Vorzugsrichtung zusammengeführt wird. Erfindungsgemäß trifft von der Welle abgeschleudertes Schmiermittel nicht senkrecht, sondern in einem Winkel auf die radiale Begrenzungsfläche auf. Schmiermittel wird in dieser Vorrichtung nicht nur von der Welle abgeschleudert und aufgefangen. Durch das Umlenken und Zusammenführen in einer Vorzugsrichtung wird das Schmiermittel schnell beruhigt und aus dem Dichtungsbereich weggeführt. Unkontrolliertes Umherfliegen und Zerstäuben zu Tröpfchen, welche den leicht im Gasstrom mitführbaren Schmiermittelnebel verstärken würde, wird verhindert. Gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung ist die Schmiermittelleckage deutlich geringer, die erforderlichen Mehrkosten bei der Herstellung sind gering.
  • Die Weiterbildung nach Anspruch 2 stellt eine im Wesentlichen konische Fläche vor, bei der aus radialer Richtung auftreffendes Schmiermittel entlang des Konus zusammengeführt wird. Die Zusammenführung wird dabei einerseits durch die Geschwindigkeitskomponente entlang der Mantelfläche des Konus und der Strömungsrichtung des durch die Vorrichtung strömenden Gases bewirkt und gefördert. Zudem ist diese Geometrie leicht herstellbar.
  • Dies gilt auch für die Weiterbildung nach Anspruch 3, die einen Absatz auf der dem Wälzlager abgewandten Begrenzungsfläche der Fangnut vorstellt. An diesem Absatz löst sich Schmiermittel von der Fangnutwandung ab, so dass ein Weiterkriechen in Richtung erstem Raum verhindert wird. Daher ist diese Weiterbildung noch besser in Bezug auf Schmiermittelleckage. Diese Vorteile können weiter vertieft werden, wenn der Absatz einen spitzen Winkel aufweist.
  • Die Weiterbildung nach Anspruch 4 führt durch eine zwischen Fangnut und Wälzlager vorgesehene Sammelkammer zu einer verringerten Schmiermittelleckage. Durch die Sammelkammer wird ein Volumen bereitgestellt, in welchem aus dem Wälzlager austretendes Schmiermittel aufgefangen und an der Wanderung in Richtung Fangnut gehindert wird.
  • Dieser Gedanken wird durch die Merkmale von Anspruch 5 weiterentwickelt. Eine Stufe auf der in Richtung Fangnut gelegenen Begrenzungswand verringert das Kriechen des Schmiermittels in den Spalt zwischen Wand und Welle und damit wiederum die Schmiermittelleckage.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Schmiermittelleckage durch eine Ablaufkammer nach Anspruch 6 zu verringern, die im Schmiermittelpfad zwischen Fangnut und einem Schmiermittelreservoir angeordnet ist. Beim Entgasen des Schmiermittels entsteht ein Schmiermittelschaum, der aufgrund der Ablaufkammer nicht in die Fangnut aufsteigen kann.
  • Die Ablaufkammer wird vorteilhaft durch einen unter die Oberfläche des Schmiermittels reichenden Ablaufkanal nach Anspruch 7 weitergebildet. Durch den Ablaufkanal wird die Menge des Schmiermittels reduziert, welche in die Ablaufkammer aufsteigenden Schmiermittelschaum bilden kann.
  • Um einen zeitlich schnelleren Druckausgleich als im Stand der Technik zwischen erstem und zweitem Raum bewerkstelligen zu können, ist es vorteilhaft, einen Belüftungskanal nach Anspruch 8 vorzusehen. Dieser führt Fluid aus dem zweiten Raum am Wälzlager vorbei in Richtung erstem Raum und kann daher mit einem deutlich höheren Leitwert als das Wälzlager Fluid transportieren.
  • Die Weiterbildung nach Anspruch 9 schlägt vor, in diesem Belüftungskanal einen Filter vorzusehen und dadurch die Schmiermittelmenge im über den Belüftungskanal zugeführten Fluid herabzusetzen.
  • Besonders ausgeprägt sind die Vorteile bei einer Vakuumpumpe nach Anspruch 10. Während des Evakuierens von Atmosphäre bis zum Arbeitsdruck wird bei einer solchen Vakuumpumpe das Druckniveau durchschritten, in welchem im Schmiermittel gelöstes Gas aus diesem austritt und dadurch einen Schmiermittelschaum bildet. Die Vorrichtung verhält sich besonders gut darin, den beim Austreten des Gases entstehenden Schmiermittelschaum nicht in den ersten Raum gelangen zu lassen. Bei einer Zweiwellenvakuumpumpe kommt hinzu, dass zusätzlich zu den die Welle unterstützenden Wälzlagern auch Synchronzahnräder eingesetzt werden und somit die benötigte Gesamtmenge an Schmiermittel besonders hoch ist.
  • An Hand eines Ausführungsbeispiels und seiner Weiterbildungen soll die Erfindung näher erläutert und die Darstellung ihrer Vorteile vertieft werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    Schnitt durch eine Wälzkolbenvakuumpumpe,
    Fig. 2:
    Schnitt durch entlang der Linie I-I'.
  • Einen Schnitt durch eine beispielhafte Vakuumpumpe ist in Fig. 1 gezeigt. Die Vakuumpumpe 1 besitzt ein Gehäuse 2. Innerhalb des Gehäuses ist ein Schöpfraum 4 vorgesehen, in welchem Kolben 24 und 26 angeordnet sind. Diese sind auf Wellen 10 und 18 angebracht und werden von diesen in Drehung versetzt. Das Zusammenwirken der sich drehenden Kolben erzeugt die Pumpwirkung. Die Drehung wird bewirkt durch einen Motor 30, welcher ein Drehmoment in die Welle 10 einleitet. Diese Einleitung kann direkt oder über eine in der Figur dargestellte Magnetkupplung 28 erfolgen, welche als Vorteil eine einfache und dichte Trennung von Pumpeninnenraum und Umgebung gestattet.
  • Die Wellen 10 und 18 werden auf beiden Seiten der Kolben von Wälzlagern 12 und 22 drehbar unterstützt. Eine Wand 8 stützt Wälzlager 12 und trennt den Schöpfraum von einem Getrieberaum 6 ab. In dem Getriebenraum befindet sich Schmiermittel, welches der Schmierung der Wälzlager und der Synchronzahnräder 14 und 16 dient. Die Synchronzahnräder sorgen dafür, dass Antriebskraft von der Welle 10 auf die Welle 18 übertragen wird und dass die Kolben berührungsfrei aufeinander abwälzen. Das Schmiermittel bildet einen Flüssigkeitsvorrat im in Bezug auf die Schwerkraft unteren Teil des Getrieberaumes. In diesen Flüssigkeitsvorrat, dessen Oberfläche sich unterhalb von Wälzlager und Synchronzahnrädern befindet, taucht eine Schleuderscheibe 20 ein, die das Schmiermittel aufwirbelt, dadurch im Getrieberaum verteilt und so zu Synchronzahnrädern und Wälzlagern bringt.
  • Auf der dem Getrieberaum gegenüberliegenden Seite des Schöpfraums befindet sich eine weitere Wand 8'. Diese trennt den Schöpfraum von einem Schmiermittelverteilungsraum 32 ab und trägt die Wälzlager 22. In diesem Schmiermittelverteilungsraum befindet sich auf einer der Wellen, im Beispiel auf Welle 18, eine Schleuderscheibe 20', die analog der Schleuderscheibe 20 in einen Schmiermittelvorrat eintaucht und dieses Schmiermittel verteilt, insbesondere den Wälzlagern zuführt.
  • Der Schöpfraum 4 bildet nun den ersten Raum, während der zweite Raum sowohl vom Getrieberaum 6 als auch vom Schmiermittelverteilungsraum 32 gebildet werden kann.
  • Die widersprüchliche Anforderung an diese Vakuumpumpe ist nun, einerseits Getrieberaum 6 und Schmiermittelverteilungsraum 32 über den Schöpfraum 4, dem ersten Raum, zu evakuieren, andererseits dabei keine unzulässige Menge an Schmiermittel aus einem der beiden zweiten Räume in den Schöpfraum gelangen zu lassen.
  • Den Bereich eines der Wälzlager 12 zeigt Fig. 2 im Schnitt entlang der Linie I-I'. Es ist vorteilhaft, die Bereiche mit den weiteren Wälzlagern nach dem Beispiel der in diesem Bereich vorgestellten Lösung zu gestalten.
  • Die Welle 10 besitzt eine Wellenachse 38. Die Schwerkraftrichtung ist in der Zeichnung senkrecht nach unten gelegen. Daher befindet sich der in der Zeichnung unterhalb dieser Wellenachse dargestellte Bereich auch bezogen auf die Schwerkraft unterhalb der Wellenachse.
  • Die Wand 8 trennt den ersten Raum 4 vom zweiten Raum 6 ab. Die Welle durchsetzt eine Öffnung in der Wand und erstreckt sich vom ersten Raum bis in den zweiten Raum. Dort ist ein Wälzlager 12 vorgesehen, welches die Welle drehbar unterstützt. Zur Schmierung des Wälzlagers ist Schmiermittel vorhanden, welches im unteren Teil des zweiten Raumes einen Flüssigkeitsvorrat mit einer Schmiermitteloberfläche 100 bildet. Die in der ersten Abbildung gezeigte Schleuderscheibe taucht in dieses Schmiermittel ein und verteilt es bei Drehung der Welle im zweiten Raum. Hierdurch wird Wälzlager und Getriebe Schmiermittel zugeführt.
  • Auf der dem ersten Raum zugewandten Seite der Wälzlagers ist eine Sammelkammer 70 vorgesehen. Schmiermittel, welches aus dem Wälzlager austritt, gelangt zunächst in dieser Sammelkammer und läuft durch einen Sammelkammerablauf 76 zurück in den Flüssigkeitsvorrat. Die in Richtung der Fangnut 50 gelegene Begrenzungswand 72 der Sammelkammer weist eine die Sammelkammer verengende Stufe 74 auf. Diese reduziert die Menge des aus der Sammelkammer auf die Welle gelangenden Schmiermittels, da zum einen der Anteil der sich bewegenden Begrenzungsflächen der Sammelkammer verkleinert wird. Zum anderen verkleinert die Stufe diejenige Begrenzungsfläche, von der aus Schmiermittel auf die Welle gelangen kann. Die Sammelkammer kann mit einer auf der Welle vorgesehenen Schleuderkante 102 zusammenwirken, welche bezogen auf die Wellenachse zwischen Stufe und Wälzlager angeordnet ist.
  • Auf der dem Wälzlager abgewandten Seite der Sammelkammer befindet sich die Fangnut 50. Zwischen Fangnut und Sammelkammer kann wenigstens eine Drossel vorgesehen sein, die beispielsweise durch einen Kolbenring 44 gebildet wird.
  • Die Fangnut umgibt die Welle und weist eine derart gestaltete radiale Begrenzungsfläche auf, dass im Wesentlichen aus radialer Richtung auftreffendes Schmiermittel umgelenkt und in einer Vorzugsrichtung zusammengeführt wird, wobei von der Welle abgeschleudertes Schmiermittel nicht senkrecht, sondern in einem Winkel auf die radiale Begrenzungsfläche auftrifft. Die radiale Richtung bezeichnet hier die zur Wellenachse 38 senkrechten Richtungen. Im gezeigten Beispiel wird diese Art der Gestaltung durch eine radiale Begrenzungsfläche 52 erreicht, welche im dreidimensionalen im Wesentlichen einen die Welle umgebenden Konus bildet, dessen Rotationsachse mit der Wellenachse zusammenfallen kann. Im gezeigten Schnitt bedeutet das, dass die Schnittlinie nicht parallel zur Wellenachse ist. Vorzugsweise ist der größere Durchmesser des Konus in Richtung des ersten Raumes 4 gerichtet. Hierdurch wird bewirkt, dass von der Welle abgeschleudertes Schmiermittel nicht senkrecht sondern in einem Winkel auf die radiale Begrenzungsfläche auftrifft. Es hat damit eine Geschwindigkeitskomponente die zur Begrenzungsfläche parallel ist, wodurch das Schmiermittel sowohl umgelenkt als auch in einer Vorzugsrichtung zusammengeführt wird. Dieser Vorteil wird verstärkt, wenn auf der Welle eine zweite Schleuderkante 104 vorgesehen ist, die sich bezogen auf die Wellenachse auf Höhe der Begrenzungsfläche befindet.
  • In einer vorteilhaften Ausführung kann die dem Wälzlager abgewandte Begrenzungsfläche 54 der Fangnut einen die Fangnut in Richtung Welle aufweitenden Absatz 56 aufweisen. Dieser Absatz reduziert die Menge an Schmiermittel, die entlang der dem Wälzlager abgewandten Begrenzungsfläche in den Spalt zwischen Wand und Welle gelangen kann. Vorzugsweise besitzt der Absatz eine im wesentlichen konische Gestalt, wobei sich dieser zweite Konus in Richtung des ersten Raumes weitet. Hierdurch entsteht ein spitzer Winkel an der Kante 108, von welchem sich Schmiermittel besonders leicht ablöst. Mit diesem zweiten Konus kann eine dritte Schleuderkante 106 auf der Welle zusammenwirken, in dem diese bezogen auf die Wellenachse auf Höhe des zweiten Konus angeordnet ist. Schmiermittel wird bei dieser Gestaltung von der Welle abgeschleudert, trifft auf den zweiten Konus, läuft entlang diesem zur Kante 108 und löst sich dort derart ab, dass es die Welle zwischen den Schleuderkanten 106 und 104 erreicht. Somit wird wirkungsvoll die Menge an Schmiermittel reduziert, die in den Spalt zwischen Wand und Welle gelangen kann.
  • In diesem Spalt können weitere Kolbenringe 40 und 42 vorgesehen sein, welche den Gasfluss durch diesen drosseln, vorzugsweise jedoch nicht dauerhaft berührend abdichten. Zwischen den Kolbenringen 40 und 42 kann eine Sperrgasnut 90 vorhanden sein, in die über einen Sperrgaskanal 92 Gas eingelassen wird, welches den Eintritt von Prozessgas aus dem ersten Raum in den zweiten Raum verhindert.
  • Die Fangnut ist mit einem Fangnutkanal 60 versehen, welche derart angeordnet ist, dass Schmiermittel aus der Fangnut in Richtung des Schmiermittelvorrats abgeführt wird. Vorzugsweise ist zwischen Fangnutkanal und Schmiermittelvorrat eine Ablaufkammer 62 vorgesehen, in der das aus der Fangnut ablaufende Schmiermittel zunächst aufgefangen wird. Diese Ablaufkammer besitzt ein eigenes Gehäuse. Alternativ kann sie wenigstens teilweise eine Ausnehmung in der Wand 8 sein. Sie kann außerdem zusammen mit dem Fangnutkanal ein einziges Gestaltungselement bilden. Von der Ablaufkammer führt ein Ablaufkanal 64 das Schmiermittel in den Schmiermittelvorrat zurück. Die Mündung des Ablaufkanals befindet sich dabei unterhalb der Schmiermitteloberfläche 100, vorzugsweise nahe des Bodens im beruhigten Bereich des Schmiermittelvorrats. Vorzugsweise ist das Volumen des Ablaufkanals deutlich kleiner als das Volumen der Ablaufkammer. Insbesondere sind die Volumenverhältnisse derart bemessen, das beim Aufschäumen von Schmiermittel während des Abpumpens der Vakuumpumpe auf Drücke unterhalb von 50 mbar kein Schaum bis in die Fangnut 50 gelangt. Die Ablaufkammer ist vollständig über der Schmiermitteloberfläche 100 angeordnet. Ihr Boden und die Mündung des Ablaufkanals sind derart gestaltet, dass das Schmiermittel vollständig aus der Ablaufkammer ablaufen kann, beispielsweise indem die Mündung am tiefsten Punkt der Ablaufkammer vorgesehen ist.
  • Es ist vorteilhaft, einen Belüftungskanal 80 vorzusehen, durch den Gas aus dem zweiten Raum 6 in die Fangnut 50 gelangt. Dies ermöglicht den Druckausgleich zwischen erstem und zweitem Raum. Im Falle der Vakuumpumpe ist der erste Raum der Schöpfraum und der zweite Raum ein Getrieberaum. Durch den Druckausgleich wird der Getrieberaumdruck in den Druckbereich des Schöpfraumes gebracht. Aufgrund des dann geringen Druckunterschieds wird Strömung von schmiermittelbeladenem Fluid aus dem zweiten in den ersten Raum vergleichsweise stark reduziert. Das ist positiv für die verringerte Leckage von Schmiermittel in den Schöpfraum hinein und für das Erreichen eines tiefstmöglichen Enddrucks der Vakuumpumpe.
  • Es ist vorteilhaft, in dem Belüftungskanal einen Filter 82 anzuordnen, der als Nebel auftretendes Schmiermittel aus dem Gas herausfiltert. Die Porengröße des Filters ist dabei an die Tröpfchengröße des Schmiermittels angepasst. Der Einlass des Filters ist durch eine Abschirmung 84 derart abgeschirmt, dass Schmiermittel von der Schleuderscheibe nicht direkt auf den Filter geschleudert werden kann.
  • Der Leitwert des Strömungspfades mit Belüftungskanal und Filter ist groß gegenüber dem Leitwert des Strömungspfades durch das Wälzlager, insbesondere beträgt er etwa das Zehnfache. Hierdurch wird erreicht, das vorzugsweise gefiltertes Gas ohne Beimengung von Schmiermittel in den Bereich der Fangnut gelangt.
  • Die Erfindung wurde anhand einer einstufigen Wälzkolbenvakuumpumpe gezeigt. Die Vakuumpumpe kann jedoch auch mehrstufig ausgeführt sein mit einer Mehrzahl an hintereinander auf den Wellen 10 und 18 angeordneten Kolben, die in mehreren Schöpfräumen zusammenwirken. Es muss kein Wälzkolbenprofil zur Anwendung gelangen. Auch Klauenprofile, Schraubenprofile und dergleichen können mit der vorgestellten Anordnung verwendet werden.

Claims (10)

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