DE4325285A1 - Ölgedichtete Vakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ölgedichtete Vakuumpumpe mit einem Schöpfraum, mit einem darin drehbar angeordneten Rotor, mit einem den Schöpfraum antriebsseitig begrenzenden Lagerstück und mit einem Durchtritt im Lagerstück, in welchem sich ein Kupplungsstück zur formschlüssigen Verbindung des Rotors mit der Welle eines Antriebsmotors sowie ein Dichtring zur Abdichtung des Kupplungsstückes gegenüber dem Durchtritt in der Endscheibe befinden.

Eine Vakuumpumpe dieser Art ist aus der DE-A-23 54 039 bekannt. Das bei dieser vorbekannten Pumpe eingesetzte Kupplungsstück ist topfförmig ausgebildet. Die Welle des Antriebsmotors greift in den Innenraum des Kupplungsstückes hinein und steht mit diesem über radiale Nocken in formschlüssiger Verbindung. Diese Lösung setzen eine Fertigung des Kupplungsstückes mit sehr kleinen Toleranzen sowie eine präzise zentrische Montage der Antriebswelle bzw. des Antriebsmotors voraus, damit die Dicht­ wirkung und die Lebensdauer der auf dem Kupplungsstück laufen­ den Wellendichtringe durch eine nicht zentrische Rotation des Kupplungsstückes vermieden wird. Außerdem ist die vorbekannte Vakuumpumpe nicht mit einer Ölpumpe ausgerüstet. Die Wirkung der Strömung von Öl aus dem Ölsumpf zu den mit Schmiermitteln zu versorgenden Stellen (Schöpfräume, Lagerbohrung usw.) beruht darauf, daß im Bereich dieser Stellen während des Normalbe­ triebs der Vakuumpumpe ein Unterdruck herrscht. Dieser Ansaug­ effekt ist jedoch nicht vorhanden, wenn die Vakuumpumpe mit einem Ansaugdruck von etwa 1000 mbar (Atmosphärendruck) be­ trieben wird. Dieses ist z. B. der Fall, wenn der zu evakuie­ rende Rezipient defekt ist. Werden derartige Defekte nicht sofort festgestellt, besteht die Gefahr, daß gravierende Schäden in der Vakuumpumpe infolge eines Schmiermittelmangels auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ölgedichtete Vakuumpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaf­ fen, deren Kupplungsbauteil ohne Beeinträchtigung der Dichtheit in der Endscheibe einfacher zu fertigen und zu montieren ist. Außerdem soll die Pumpe mit einer kostengünstig zu fertigenden Ölpumpe ausgerüstet werden.

Durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche wird diese Aufgabe gelöst.

Das erfindungsgemäß gestaltete Kuppungsstück hat neben den vorbekannten Funktionen (Kupplung, Lauffläche für einen Wel­ lendichtring) zusätzlich noch die Funktion, Träger und Antrieb eines Rotors für eine Ölpumpe zu sein. Die insgesamt zu ferti­ gende Anzahl der Einzelteile wird dadurch reduziert. Außerdem ist das Kupplungsstück selbst einfacher zu fertigen, da es eine zentrische Sackbohrung nicht mehr benötigt. Der exakte zentri­ sche Lauf des Kupplungsstückes ist durch die jeweils stirnsei­ tig angeordneten formschlüssigen Verbindungen zum Rotor bzw. zur Welle des Antriebsmotors kaum mehr beeinträchtigt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Fig. 1 bis 5 erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine Drehschiebervakuumpumpe nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Rotor nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Stirnseite des Rotors mit Vorsprüngen,

Fig. 4 eine Ölpumpe, bei der der Rotor Bestandteil des Kupplungsstückes ist und

Fig. 5 eine Ölpumpe mit einem Rotor, der mit dem Kupplungs­ stück formschlüssig in Verbindung steht.

Die dargestellte Pumpe 1 umfaßt im wesentlichen die Baugruppen Gehäuse 2, Rotor 3 und Antriebsmotor 4.

Das Gehäuse 2 hat im wesentlichen die Form eines Topfes mit einer äußeren Wandung 5, mit dem Deckel 6, mit einem Innenteil 7 mit den Schöpfräumen 8, 9 sowie der Lagerbohrung 11, mit der Endscheibe 12 und dem Lagerstück 13, welche die Schöpfräume 8, 9 stirnseitig abschließen. Die Achse der Lagerbohrung 11 ist mit 14 bezeichnet. Exzentrisch dazu liegen die Achsen 15 und 16 der Schöpfräume 8, 9. Zwischen äußerer Wandung 5 und Innenteil 7 befindet sich der Ölraum 17, der während des Betriebs der Pumpe teilweise mit Öl gefüllt ist. Zur Kontrolle des Ölstandes sind im Deckel 6 zwei Ölaugen 18, 19 (maximaler, minimaler Ölstand) vorgesehen. Öleinfüll- und Ölablaßstutzen sind nicht dargestellt.

Innerhalb des Innenteils 7 befindet sich der Rotor 3, der in den Fig. 2 und 3 nochmals dargestellt ist. Er ist einteilig ausgebildet und weist zwei stirnseitig angeordnete Ankerab­ schnitte 21, 22 und einen zwischen den Ankerabschnitten 21, 22 befindlichen Lagerabschnitt 23 auf. Lagerabschnitt 23 und die Ankerabschnitte 21, 22 haben einen identischen Durchmesser. Die Ankerabschnitte 21, 22 sind mit Schlitzen 25, 26 für Schieber 27, 28 ausgerüstet. Diese sind jeweils von der zugehörigen Stirnseite des Rotors her eingefräst, so daß in einfacher Weise exakte Schlitzabmessungen erreicht werden können. Der Lagerab­ schnitt 23 liegt zwischen den Ankerabschnitten 21, 22. Lager­ abschnitt 23 und Lagerbohrung 11 bilden die einzige Lagerung des Rotors. Diese Lagerung muß eine ausreichende axiale Länge haben, damit ein Taumeln des Rotors vermieden wird. Die Länge der Lagerung ist zweckmäßig so zu wählen, daß bei maximal möglicher Schrägstellung des Rotors 3 aufgrund des Lagerspiels in der Lagerbohrung 11 der Rotor 3 immer noch schwimmt, d. h., daß er nicht gleichzeitig an seinen beiden Stirnseiten anläuft.

Der Ankerabschnitt 22 und der zugehörige Schöpfraum 9 sind länger ausgebildet als der Ankerabschnitt 21 mit dem Schöpfraum 8. Ankerabschnitt 22 und Schöpfraum 9 bilden die Hochvakuum­ stufe. Während des Betriebs steht der Einlaß der Hochvakuum­ stufe 9, 22 mit dem Ansaugstutzen 30 in Verbindung. Der Auslaß der Hochvakuumstufe 9, 22 und der Einlaß der Vorvakuumstufe 8, 21 stehen über die Gehäusebohrung 31 mit ihrer Achse 32 in Verbindung, die sich parallel zu den Achsen 15, 16 der Schöpf­ räume 8, 9 erstreckt. Der Auslaß der Vorvakuumstufe 8, 21 mündet in den Ölraum 17, der den Ölsumpf 20 umfaßt. Dort beruhigen sich die ölhaltigen Gase und verlassen die Pumpe 1 durch den Auslaßstutzen 33. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen der beiden Pumpenstufen in Fig. 1 nicht dargestellt. Das Gehäuse 2 der Pumpe ist zweckmäßig ebenfalls aus möglichst wenig Teilen aufgebaut. Zumindest die die beiden Schöpfräume 8, 9 und den Ölraum 17 umfassenden Wandungsabschnitte 5, 7 sollten einstückig ausgebildet sein.

Koaxial mit der Achse 14 der Lagerbohrung 11 ist das Lagerstück 13 mit einer Bohrung 35 für einen Rotorantrieb ausgerüstet. Dieses kann unmittelbar die Welle 36 des Antriebsmotors 4 sein. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der freien Stirnseite der Antriebswelle 4 und dem Rotor 3 ein Kupplungsstück 37 vorgesehen. Die Kupplung des Rotors 3 mit dem Kupplungsstück 37 sowie des Kupplungsstückes 37 mit der Antriebswelle 36 erfolgt formschlüssig über Vor­ sprünge und korrespondierende Aussparungen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 3 auf seiner dem Kupplungs­ stück 37 zugewandten Stirnseite mit einer länglichen Aussparung 38 ausgerüstet, die sich senkrecht zum Schieberschlitz 26 er­ streckt (siehe auch Fig. 2). Mit einem länglichen Vorsprung 39 greift das Kupplungsstück 37 in die Aussparung 38 ein. Der Vorsprung 39 des Kupplungsstückes 37 ist seinerseits mit der Aussparung 41 ausgerüstet, welche den Schieber 28 umgreift. Eine entsprechende Verbindung besteht zwischen der Antriebs­ welle 36 mit ihrer länglichen Aussparung 42 und dem Kupplungs­ stück 37 mit dem korrespondierenden Vorsprung 43.

Die Aussparungen 38, 42 und die Vorsprünge 39, 43 können auch vertauscht sein. Fig. 3 zeigt eine weitere Lösung, bei der die antriebsseitige Stirnseite des Rotors 3 mit einem im Durchmes­ ser reduzierten Ansatz 44 ausgerüstet ist. Dadurch entsteht neben dem vom Schieber eingenommenen Raum ein Schlitz, in den ein länglicher Vorsprung am Kupplungsstück 37 oder an der Welle 36 eingreifen kann.

Bei vielen, insbesondere größeren zweistufigen Vakuumpumpen soll die Hochvakuumstufe 9, 22 ein größeres Saugvermögen als die Vorvakuumstufe haben. Um dieses bei identischem Durchmesser der Ankerabschnitte erreichen zu können, ist muß die axiale Länge der Hochvakuumstufe größer als die Länge der Vorvakuum­ stufe sein, z. B. mindestens doppelt so groß. Durch die antriebs­ seitige Anordnung der Hochvakuumstufe ergibt sich der Vorteil, daß nur die kurze Vorvakuumstufe fliegend gelagert ist, während sind die relativ lange Hochvakuumstufe im Kupplungsstück 37 bzw. - wenn dieses nicht vorhanden ist - in der Welle 36 abstützt.

Die Pumpe nach Fig. 1 ist schließlich noch mit einer Ölpumpe ausgerüstet. Diese besteht aus dem in das Lagerstück 13 von der Motorseite her eingelassenen Schöpfraum 45 mit dem darin rotierenden Exzenter 46. Dem Exzenter liegt ein Sperrschieber 47 an, der unter dem Druck der Spiralfeder 48 steht.

Über eine Bohrung 51 steht der Einlaß der Ölpumpe 45, 46 mit dem Ölsumpf 20 in Verbindung. Alle Stellen der Pumpe 1, die Öl benötigen, stehen mit dem Auslaß der Ölpumpe 45, 46 in Verbin­ dung. Als Beispiel ist eine Bohrung 51′ dargestellt, die über eine Querbohrung 51′′ in den Lagerabschnitt 11 im Innenteil 7 der Pumpe 1 mündet und die dort befindliche Lagerung mit Schmieröl versorgt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Exzenter 46 der Ölpumpe Bestandteil des Kupplungsstückes 37. Er ist entweder fest oder formschlüssig - axial verschieblich auf dem Vorsprung 42 angeordnet - mit dem Kupplungsstück 37 verbunden. Insgesamt bildet die beschriebene Lösung die Möglichkeit auf eine sepa­ rate pumpenseitige Lagerung der Motorwelle 36 zu verzichten. Das Lagerstück 13 und - falls vorhanden - das Kupplungsstück 37 können diese Funktion übernehmen. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, im Bereich der dargestellten Stirnseite der Welle 36 Lageranstellkräfte für das im Bereich der nicht dargestell­ ten Stirnseite der Welle 36 vorhandene Lager zu erzeugen. Dazu ist die dargestellte Stirnseite mit einer zentralen Sackbohrung 49 versehen, in der sich die Druckfeder 50 befindet. Die Druckfeder 50 stützt sich auf dem Vorsprung 43 des Kupplungs­ stückes 37 sowie in der Sackbohrung 49 ab und erzeugt einander entgegengerichtete Kräfte auf die Welle 37 (Anstellkräfte für das nicht dargestellte Lager der Welle 36) und das Kupplungs­ stück 37. Insbesondere bei axial verschieblichem Exzenter 46 wirken sich diese Kräfte auch auf den Rotor 3 aus, dessen vorvakuumseitige Stirnseite damit gegen die Endscheibe 12 gedrückt wird. Diese Kraft reduziert den aufgrund des Spiels vorhandenen Spalt zwischen Rotorstirnseite und Endscheibe 12, so daß eine maßgebliche Verbesserung des Kompressionsvermögens und damit ein besserer Enddruck erzielt werden können. Dieser Vorteil der Dichtheit im Bereich der Vorvakuumstufe ergibt sich unabhängig von den vorhandenen Toleranzen und kann deshalb ohne besondere Erhöhung des Fertigungsaufwandes erzielt werden.

Das Kupplungsstück 37 bildet außerdem noch die Lauffläche für einen Dichtring 55, der sich in einer ringförmigen Aussparung 56 im Lagerstück 13 befindet, und zwar auf der dem Schöpfraum 9 zugewandten Seite des Lagerstücks 13. Ist der Rotor 3 unmit­ telbar mit der Antriebswelle 36 gekoppelt, dann kann das Lagerstück 13 mit einer weiteren - motorseitigen - Aussparung für einen Dichtring ausgerüstet sein. Schließlich hat das Lagerstück 13 noch die Funktion, die Pumpe 1 über den am Lagerstück 13 angeschraubten Fuß 57 abzustützen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ölpumpe 45, 46 ist das Lagerstück 13 auf seiner dem Motor 4 zugewandten Seite mit einer kreisförmigen Aussparung 58 ausgerüstet, in der sich eine Scheibe 59 befindet. Diese wird vom Gehäuse 61 des Antriebsmotors 4 in ihrer Position gehalten. Sie ist mit einer zentralen Bohrung 62 ausgerüstet, die von der Welle 36 des Antriebsmotors 4 durchsetzt ist. Die Welle 36 bildet die Lauffläche für einen zweiten Wellendichtring 63, der sich in einer motorseitigen Aussparung 64 der Scheibe 59 befindet. Außerdem hat die Scheibe 59 die Aufgabe, den Schöpfraum 45 der Ölpumpe 45, 46 zu begrenzen. Schließlich kann die Scheibe 59 - allein oder zusammen mit dem Lagerstück 13 - ebenfalls die einzige pumpenseitige Lagerung der Motorwelle 36 bilden.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Endscheibe 13 in Höhe der Ölpumpe 45, 46. Der exzentrisch zur Achse des Kupplungsstückes 37 angeordnete Rotor 46 rotiert im Schöpfraum 45. Der Rotor 46 und das Kupplungsstück 37 sind einstückig ausgebildet. Der dem Rotor 46 anliegende Sperrschieber 47 definiert einen Ansaug­ raum, der mit der Bohrung 51 in Verbindung steht. Die Leitung 51′ bildet den Auslaß der Ölpumpe.

Fig. 5 zeigt drei verschiedene Ansichten eines Kupplungsstüc­ kes 37, bei dem der Rotor 46 ein separates Bauteil ist. Es ist formschlüssig mit dem Kupplungsstück 37 verbunden, indem es mit einem länglichen, dem Vorsprung 43 angepaßten Durchtritt 65 ausgerüstet ist. Der Vorsprung 43 ist um die axiale Ausdehnung des Rotors 46 länger ausgebildet und bildet den Mitnehmer für den Rotor. Dadurch lädt sich die Toleranzkette unterbrechen, d. h., sich auf den Lauf des Rotors 46 auswirkende Toleranzen können besser ausgeglichen werden. Außerdem behindert der Exzenter 46 nicht die Auswirkung der Kraft der Feder 50 (Fig. 1) auf den Rotor 3 und damit die gewünschte Reduzierung des Spaltes zwischen Endscheibe 12 und Rotor 3.

Der Rotor 46 nach Fig. 5 unterscheidet sich vom Rotor 46 nach Fig. 4 noch dadurch, daß er oval (Polygon mit zwei Ecken) ist. Pro Umdrehung der Welle 36 hat eine Ölpumpe mit einem derarti­ gen Rotor zwei Pumpphasen. Auch polygone Profile mit drei und mehr Ecken können eingesetzt werden.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele bestehen aus einem Minimum an Einzelteilen. Dieses wird dadurch erreicht, daß einige Bauteile mehrere Funktionen haben. Die erfindungsgemäße Pumpe wird dadurch einfacher herstellbar und somit kostengün­ stiger.

Claims (14)

1. Ölgedichtete Vakuumpumpe (1) mit einem Schöpfraum (8, 9), mit einem darin drehbar angeordneten Rotor 3, mit einem den Schöpfraum antriebsseitig begrenzenden Lagerstück (13) und mit einem Durchtritt (35) im Lagerstück (13), in welchem sich ein Kupplungsstück (37) zur formschlüssigen Verbindung des Rotors (3) mit der Welle (36) eines An­ triebsmotors (4) sowie ein Dichtring (55) zur Abdichtung des Kupplungsstückes gegenüber dem Durchtritt (35) im Lagerstück (13) befinden, dadurch gekennzeichnet, daß der Herstellung formschlüssiger Verbindungen zwischen Rotor (3) und Kupplungsstück (37) bzw. Kupplungsstück (37) und Welle (36) dienende Verbindungen jeweils stirnseitig angeordnet sind und daß das Kupplungsstück (37) Träger eines Rotors (46) für eine Ölpumpe (45, 46) ist, dessen Schöpfraum (45) in der Endscheibe (13) ausgebildet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsstück (37) und der Rotor (46) der Ölpumpe (45, 46) einstückig ausgebildet sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsstück (37) und der Rotor (46) der Ölpumpe (45, 46) separate Bauteile sind, die während des Betriebs formschlüssig miteinander gekoppelt sind.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine formschlüssige Verbindung des Kupplungsstückes (37) mit dem Rotor (3) oder der Welle (36) gleichzeitig die form­ schlüssige Verbindung zwischen Kupplungsstück (37) und Rotor (46) bildet.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölpumpe (45, 46) antriebsseitig angeordnet ist, daß das Kupplungsstück (37) mit einem Vorsprung (43) ausgerüstet ist und daß der Vorsprung (43) formschlüssig sowohl mit dem Rotor (46) der Ölpumpe (45, 46) als auch mit der Welle (36) des Antriebsmotors (4) in Verbindung steht.

6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des Rotors (3) mit einer Aussparung (38) für den Eingriff eines Vorsprungs (39) des Kupplungsstückes (37) ausgerüstet ist.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (38) länglich ausgebildet ist, sich etwa senkrecht zum Schieberschlitz (26) im Rotor (3) erstreckt und diesen kreuzt und daß der bezüglich seiner Größe mit der Aussparung (38) korrespondierende Antriebsnocken (39) des Kupplungsstückes (37) eine den Schieber (28) umgrei­ fende Aussparung (41) aufweist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stirnseite des Rotors (3) mit Vorsprün­ gen (44) für die Herstellung einer formschlüssigen Ver­ bindung mit dem Kupplungsstück (37) aufweist.

9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (51) der Ölpumpe (45, 46) über einen Kanal (51) mit dem Ölsumpf (20) der Pumpe in Verbindung steht.

10. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß antriebsseitig eine den Schöpfraum (45) der Ölpumpe (45, 46) begrenzende Scheibe (59) vorge­ sehen ist, deren Durchtritt (62) für die Welle (36) mit einer Aussparung (64) für einen zweiten Wellendichtring (63) ausgerüstet ist.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Endscheibe (13) mit einer Aussparung (58) für die End­ scheibe (59) ausgerüstet ist und daß die Scheibe (59) vom Gehäuse (61) des Antriebsmotors (4) in ihrer Betriebspo­ sition gehalten wird.

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Rotor (3) und Welle (36) eine Feder (50) angeordnet ist, die axial gerichtete Kräfte auf den Rotor (3) und die Welle (36) ausübt.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (50) zwischen Kupplungsstück (3) und Welle (36) befindet.

14. Pumpe nach Anspruch 5 und Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Feder (50) auf dem Vorsprung (43) des Kupplungsstückes (37) und in einer stirnseitigen Sackbohrung (49) in der Welle (36) abstützt.