EP0198936B1

EP0198936B1 - Mehrstufige Vakuumpumpe

Info

Publication number: EP0198936B1
Application number: EP85104947A
Authority: EP
Inventors: Hanns-Peter Dr. Berges
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1985-04-24
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1989-11-15
Also published as: EP0198936A1; DE3574274D1; JPS61283781A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige, mit einem Fluid gedichtete Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, das mindestens zwei Gehäuseringe, zwei stirnseitige Gehäusedeckel und mindestens eine Trennscheibe zur Bildung von Schöpfräumen aufweist, und einem Rotorsystem, das mindestens zwei gemeinsam auf einer Welle angeordnete Rotoren sowie Lagerungen für das Rotorsystem umfaßt, wobei das Rotorsystem in zwei stirnseitig angeordneten Lagern gehaltert bzw. gelagert ist.
Eine zwei- oder mehrstufige Vakuumpumpe besteht praktisch aus zwei oder mehreren einstufigen Vakuumpumpen, die entweder nebeneinander (mit zueinander parallelen Drehachsen) oder hintereinander (mit einer gemeinsamen Welle bzw. Drehachse) angeordnet sind. Auf eine mehrstufige Rotationskolbenvakuumpumpe der zuletzt genannten Gattung bezieht sich die vorliegende Erfindung.
Ublicherweise ist die den Rotoren zugeordnete, gemeinsame Welle in den Stirnseiten des Gehäuses in Wälz- oder Gleitlagern gehaltert, während die Lagerung des Rotorsystemes in der Trennwand oder Trennscheibe in der Regel als Gleitlager ausgebildet ist. Die Trennscheibe hat außerdem noch die Funktion, die während des Betriebs unter verschiedenen Drücken stehenden Schöpfräume möglichst vollständig gegeneinander abzudichten.
Mit dem Zwischenlager in der Trennscheibe sind einige technische Probleme verbunden, welche zunächst darauf beruhen, daß das Zwischenlager ein drittes Lager für das Rotorsystem ist und somit eine Überbestimmung darstellt. Es ist bekannt, die nachteiligen Folgen dieser Überbestimmung dadurch zu vermeiden, daß im Zuge der Montage einer mehrstufigen Vakuumpumpe das Rotorsystem zunächst in den Lagerdeckeln gehaltert wird und danach eine Justage der Trennscheibe erfolgt. Diese Montage ist kompliziert und aufwendig. Ein weiterer Nachteil vorbekannter mehrstufiger Vakuumpumpen dieser Art besteht darin, daß drei Stellen der Vakuumpumpe mit in Bezug auf die Schmierfähigkeit hohen Ansprüchen genügenden Schmierstoffen versorgt werden müssen.
Um die Schwierigkeiten der Montage des Zwischenlagers zu reduzieren, ist es bekannt (DE-OS-3 129 232), die dem Rotorsystem gemeinsame Welle im Bereich des Zwischenlagers zu trennen und dort eine Kupplungsanordnung vorzusehen. An dieser Lösung ist nachteilig, daß praktisch zwei Lager im Bereich der Trennscheibe angeordnet werden müssen, so daß die axiale Ausdehnung der Trennscheibe und des bzw. der Zwischenlager relativ groß wird.
Bei kleineren Vakuumpumpen (DE-OS-2 354 039) ist es bekannt, eine der beiden Stufen einer zweistufigen Vakuumpumpe fliegend zu lagern, so daß auf eine der beiden stirnseitigen Lagerungen verzichtet werden kann. Die Überbestimmungsprobleme sind bei dieser Lösung nicht mehr vorhanden; ein mit hochwertigen Schmierstoffen zu versorgendes Lager in der Zwischenwand ist jedoch immer noch vorhanden. Außerdem ist eine derartige Anordnung für größere Pumpen (oberhalb von 100 m³/h) nicht geeignet, da auf ein stirnseitiges Lager nur im Bereich der Hochvakuumstufe verzichtet werden kann. Bei größeren Vakuumpumpen ist aber gerade die Hochvakuumstufe größer und damit schwerer auszubilden als die Vorvakuumstufe, so daß insbesondere die Hochvakuumstufe eine stirnseitige Lagerung benötigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrstufige Rotationskolbenvakuumpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Lager-, Dicht- und Schmierprobleme erheblich reduziert sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Durchführung des Rotorsystems durch die Trennscheibe als an sich bekannte berührungsfreie Spalt- und/oder Labyrinthdichtung ausgebildet ist, daß die Räume, in denen sich die Lagerungen des Rotorsystems befinden, durch Dichtringe und/oder durch Spalt-oder Labyrinthdichtungen von den jeweiligen Schöpfräumen getrennt sind und daß zur Versorgung der Spalt- und Labyrinthdichtungen das, in einem von den Lagerräumen unabhängigen Kreislauf geführte, Dichtmittel der Vakuumpumpe dient. Die Maßnahme des völligen Verzichts einer Zwischenlagerung hat zunächst den Vorteil, daß Überbestimmungsprobleme nicht mehr vorhanden sind. Weiterhin ist es nicht erforderlich, die Dichtung im Bereich der Trennwand mit hochwertigen Schmierstoffen zu versorgen, das heißt, es besteht die Möglichkeit, die Schmierung der stirnseitigen Lagerungen von der Versorgung der Dichtung in der Trennscheibe mit einem Dichtmittel zu separieren. Dieser Vorteil wird besonders bedeutsam, wenn die Vakuumpumpe mit einem Dichtmittel betrieben werden muß, welches dem Prozeß, der innerhalb des zu evakuierenden Rezipienten abläuft, angepaßt werden muß. Solche Dichtmittel können zum Beispiel im Prozeß anfallende Substanzen, wie Dioctylphtalat (DOP) sein, die keine hochwertigen Schmiereigenschaften haben, zur Versorgung einer Spalt- oder Labyrinthdichtung aber ausreichen. Die Lagerung des Rotorsystemes in den Stirndeckeln können davon unabhängig mit hochwertigen Schmierstoffen, zum Beispiel Schmierfetten, versorgt werden. Zweckmäßig ist es, wenn der Durchmesser des Vorvakuum-Rotors kleiner oder gleich dem Durchmesser des rotorseitigen Teils der Spalt- oder Labyrinthdichtung ist. Eine vollständige Montage". des Rotors außerhalb des Gehäuses und damit eine Minimierung der Rundlauffehler wird dadurch ermöglicht.
Bei zweistufigen Schraubenkompressoren, wie sie in· der US-A-3 265 292 und den DE-A's-1 628 395 sowie 1 811 285 offenbart sind, ist es zwar an sich bekannt, zwischen den Förderräumen der beiden Stufen Labyrinthdichtungen vorzusehen; die Trennung der Dichtmittelversorgung der Labyrinthdichtungen von der Schmiermittelversorgung der Lagerungen in den stirnseitigen Gehäusedeckeln ist jedoch in diesen sich nicht auf Vakuumpumpen beziehenden Druckschriften nicht offenbart.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.
Die Figur zeigt eine zweistufige Vakuumpumpe 1 in Drehschieberbauart mit einer Vorvakuum(VV)-Stufe 2 und einer Hochvakuum(HV)-Stufe 3. Das Gehäuse der Vakuumpumpe 1 umfaßt den VVseitigen Gehäusedeckel 4, der bei diesem Ausführungsbeispiel aus dem Lagerring 5 der Scheibe 6 und dem Abschlußdeckel 7 besteht. An den W-Lagerdeckel 4 schließt sich der W-Gehäusering 8 an, der den Schöpfraum 9 bildet. Den Abschluß des Schöpfraumes 9 zur HV-Seite hin bildet die Zwischenwand oder Trennscheibe 11 an die sich HV-seitig der HV-Gehäusering 12 anschließt und den HV-Schöpfraum 13 bildet. Den Abschluß der HV-Seite bzw. des HV-Schöpfraumes 13 nach außen bildet der Lagerdeckel 14.
Das Rotorsystem umfaßt den W-Rotor 15 und den HV-Rotor 16, die auf einer gemeinsamen Welle 17 angeordnet sind. Die Welle 17 ist in den Lagerdeckeln 4 und 14 mittels der Lagerungen 18 und 19 drehbar gehaltert. Auf der HV-Seite ist die Welle 17 über die Kupplung 21 mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden. Die Lagerung 18 auf der VV-Seite befindet sich im Lagerring 5. Die Welle 17 erstreckt sich noch bis in die Scheibe 6, in der eine Förderpumpe 22 für das Dichtmittel der dargestellten zweistufigen Pumpe 1 untergebracht sind. Mittels der Radialdichtung 23 in der Scheibe 6 ist die Förderpumpe 22 von der Lagerung 18 der Welle 17 getrennt.
Als Ausführungsbeispiel ist eine zweistufige Drehschiebervakuumpumpe gewählt worden. Der den W-Rotor durchsetzende Schlitz für einen Schieber ist gestrichelt dargestellt und mit 10 bezeichnet. Der Einsatz der Erfindung ist jedoch auch bei anderen Typen von zweistufigen Vakuumpumpen mit auf einer Welle hintereinanderliegenden Rotoren (zum Beispiel Sperrschieberpumpen) oder auch bei zweistufigen Zweiwellenpumpen, bei denen auf jeder Welle zwei Rotoren hintereinander angeordnet sind (Rootspumpe, Northey-Pumpe) erfolgen.
Entsprechend der erfindungsgemäßen Idee ist das Rotorsystem in der Trennscheibe 11 nicht mehr gelagert. Da jedoch eine Trennung der Schöpfräume 9 und 13 für die Funktion der Vakuumpumpe wichtig ist, ist im Bereich der Trennscheibe 11 eine Labyrinthdichtung 25 vorgesehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt diese zwei Nuten 26 und 27. Mehrere Nuten oder auch eine einfache Spaltdichtung sind möglich. Die Spaltweite ist abhängig von der Größe der Teile, deren Werkstoffe und mögliche Temperaturen während des Betriebs, um Wärmedehnungen der Teile zuzulassen; ferner muß das mögliche Spiel der Lager 18, 19 berücksichtigt werden. Es ergeben sich Spaltweiten in der Größenordnung von einigen Hundertstel Millimeter.
Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß an dieser Stelle nicht nur auf ein Lager, sondern auch auf eine Versorgung dieses Lagers mit hochwertigen Schmierstoffen verzichtet werden kann. Das Dichtungsmittel der Pumpe, das häufig nicht sehr gute Schmiereigenschaften hat, reicht aus, um die Labyrinth- oder Spaltdichtung 25 abzudichten.
Die Lagerungen 18 und 19 können mit einem separaten Schmiermittel - vorzugsweise Schmierfett - versorgt sein. Eine Trennung der Lagerräume von den Schöpfräumen 9 und 13 ist dazu erforderlich. Diese Trennung kann durch Radialdichtringe 28, 29 und/oder auch durch Labyrinth- oder Spaltdichtungen verwirklicht werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Lagerraum des W-seitigen Lagers 18 durch den Radialdichtring 28 vom Schöpfraum 9 getrennt. Hochvakuumseitig ist eine Kombination, bestehend aus der Labyrinthdichtung 31 und dem Radialdichtring 29, gewählt worden. Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist in der Trennscheibe 6 die bereits erwähnte Förderpumpe für das Dichtmittel der Pumpe auf. Die Pumpe saugt das Dichtmittel aus dem Sumpf 32 durch den Kanal 33 und drückt es in den Kanal 34, und zwar mit einem Druck von größer 1 bar. Das Dichtmittel dient in an sich bekannter Weise der Versorgung der Schöpfräume 9 und 13 und gelangt danach in den Pumpensumpf 32 zurück.
Zusätzlich sind bei der erfindungsgemäß ausgebildeten zweistufigen Pumpe die vorhandenen Labyrinthdichtungen 25 und 31 mit dem Dichtmittel zu versorgen. Dies geschieht in bezug auf die Labyrinthdichtung 25 mit Hilfe der Bohrung 36, die vom Kanal 34 ausgeht und auf der VV-Seite der Labyrinthdichtung 25 mündet. Dadurch wird in der Labyrinthdichtung 25 ein Film erzeugt, so daß es möglich ist, die Durchbrechung in der Trennwand 11, welche keine Lagerfunktion hat, zwischen HV und W-Stufe abzudichten. Zur Versorgung der Labyrinthdichtung 31 dient die Bohrung 37 die von dem Kanal 34 zum druckseitigen Ende der Labyrinthdichtung 31 führt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, den die Labyrinth-oder Spaltdichtungen 25, 31 von der VV- bzw. Druckseite in Richtung HV-Stufe durchströmenden Dichtmittelfilm vor dem Eintritt in den Schöpfraum 13 der HV-Stufe zu entgasen. Das geschieht durch die Entgasungskanäle 41 und 42, die HV-seitig in die Labyrinthdichtungen 25 und 31 - vorzugsweise in Höhe der der HV-Seite am nächsten gelegenen Nut - münden. Die Kanäle 41 und 42 stellen eine Verbindung dieser Bereiche der Labyrinthdichtungen 25 und 31 mit dem Raum 43 her, der seinerseits mit der Saugseite der Vorvakuumstufe 2 in Verbindung steht, also ein Zwischenvakuum aufweist. Die Entgasung sorgt dafür, daß keine unzulässige Beeinträchtigung des erreichten Enddruckes der HV-Stufe eintritt.
Die wesentliche, der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht in dem Verzicht auf ein Zwischenlager im Bereich der Trennwand 11. Bei größeren Pumpen setzt dieser Verzicht voraus, daß das Rotorsystem in beiden Lagerdeckeln 4 und 14 gelagert ist. Bei kleineren zweistufigen Vakuumpumpen besteht die Möglichkeit, das gesamte Rotorsystem einseitig und damit fliegend zu lagern, so daß ebenfalls auf eine Zwischenlagerung im Bereich der Trennwand 11 verzichtet werden kann.

Claims

1. Mehrstufige, mit einem Fluid gedichtete Vakuumpumpe mit einem Gehäuse und einer Trennscheibe (11) zur Bildung von zwei Schöpfräumen sowie mit einem Rotorsystem, das zwei gemeinsam auf einer Welle angeordnete Rotoren und Lagerungen für das Rotorsystem umfaßt, wobei das Rotorsystem in zwei stirnseitig angeordneten Lagern (18, 19) gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung des Rotorsystemes durch die Trennscheibe (11) als an sich bekannte berührungsfreie Spalt- und/oder Labyrinthdichtung (25) ausgebildet ist, daß die Räume, in denen sich die Lagerungen (18, 19) des Rotorsystems befinden, durch Dichtringe (28, 29) und/oder durch Spalt- oder Labyrinthdichtungen (31) von den jeweiligen Schöpfräumen (9, 13) getrennt sind und daß, zur Versorgung der Spalt-oder Labyrinthdichtungen (25, 31), das in einem von den Lagerräumen unabhängigen Kreislauf geführte Dichtmittel der Vakuumpumpe dient.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Dichtmittelpumpe (22) ausgerüstet ist, mit der das Dichtmittel der Vakuumpumpe im Kreislauf gefördert wird und daß eine druckseitige Leitung (34) des Dichtmittelkreislaufes über eine Bohrung (36) mit der Vorvakuumseite der Labyrinthdichtung (25) in Verbindung steht.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Trennung von Lagerräumen in den Lagerdeckeln (4 oder 14) dienenden Labyrinth- oder Spaltdichtungen druckseitig mit dem druckseitigen Kanal (34) des Dichtmittelkreislaufes in Verbindung stehen.

4. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den hochvakuumseitigen Teil der Spalt- oder Labyrinthdichtungen (25, 31) eine Bohrung (41, 42) mündet, deren andere Seite mit einem Raum (43) verbunden ist, der mit der Saugseite der Vorvakuumstufe (2) in Verbindung steht.

5. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Vorvakuum-Rotors (15) kleiner oder gleich dem Durchmesser des rotorseitigen Teiles der Spalt- oder Labyrinthdichtung (25) ist.