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Dokumentenidentifikation DE4439724A1 15.05.1996
Titel Trockenverdichtende Zweiwellen-Verdrängermaschine
Anmelder Leybold AG, 50968 Köln, DE
Erfinder Behling, Manfred, 50968 Köln, DE;
Burghard, Hans-Josef, 50937 Köln, DE;
Frings, Heinz, 50996 Köln, DE;
Ronthaler, Karl-Heinz, 53909 Zülpich, DE;
Bahnen, Rudolf, Dr., 52159 Roetgen, DE
Vertreter Leineweber, J., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 50859 Köln
DE-Anmeldedatum 09.11.1994
DE-Aktenzeichen 4439724
Offenlegungstag 15.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1996
IPC-Hauptklasse F04C 23/00
IPC-Nebenklasse F04C 25/02   F04C 18/08   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine trockenverdichtende Zweiwellen-Verdrängermaschine (1) mit mindestens zwei Druckstufen, welche jeweils einen Schöpfraum und ein Rotorpaar umfassen, mit deren Hilfe in jeder Druckstufe durch ihren Einlaß eintretendes Gas zu ihrem Auslaß gefördert und dabei auf einen höheren Druck gebracht wird; um eine Maschine dieser Art derart zu gestalten, daß sie für die Erzeugung unterschiedlicher Druckniveaus geeignet ist, wird vorgeschlagen, daß mindestens zwei Druckstufen der Verdrängermaschine (1) so ausgebildet sind, daß sie unabhängig voneinander - sei es gleichzeitig oder einzeln - als Verdrängermaschine einsetzbar sind und daß der Einlaß sowie der Auslaß einer jeden als unabhängige Verdrängermaschine einsetzbaren Druckstufe von außen zugänglich sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine trockenverdichtende Zweiwellen- Verdrängermaschine mit mindestens zwei Druckstufen, welche jeweils einen Schöpfraum und ein Rotorpaar umfassen, mit deren Hilfe in jeder Druckstufe durch ihren Einlaß eintretendes Gas zu ihrem Auslaß gefördert und dabei auf einen höheren Druck gebracht wird.

Zu den trockenverdichtende Zweiwellen-Verdrängermaschinen gehören Wälzkolbenpumpen (vgl. EU-A-0 472 751) und Klauenpumpen (vgl. EU-A-0 290 663). In den Schöpfräumen der einzelnen Stufen derartiger Maschinen befinden sich jeweils zwei Rotoren, die sich gegeneinander und gegenüber der Schöpfraumwandung berührungsfrei drehen. Maschinen dieser Art können deshalb "trocken", das heißt, ohne Öl in ihren Schopfräumen, betrieben werden. Die geförderten Gase werden nicht mit Kohlenwasserstoffen belastet; auch das von einer Zweiwellenvakuumpumpe der hier betroffenen Art erzeugte Vakuum ist frei von entgegen der Förderrichtung diffundierenden Kohlenwasserstoffmolekülen.

In modernen Produktionsanlagen werden immer häufiger Drücke unterschiedlicher Höhe benötigt, sei es zum Trocknen (Überdruck und Unterdruck), Transportieren großflächiger Gegenstände (Grobvakuum), Steuern usw. Kontaminationen mit Kohlenwasserstoffmolekülen sind dabei in der Regel unerwünscht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine trockenverdichtende Zweiwellen-Verdrängermaschine derart zu gestalten, daß sie für die Erzeugung unterschiedlicher "trockener" Druckniveaus geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens zwei Druckstufen der Verdrängermaschine so ausgebildet sind, daß sie unabhängig voneinander - sei es gleichzeitig oder einzeln - als Verdrängermaschine einsetzbar sind und daß der Einlaß sowie der Auslaß einer jeden als unabhängige Verdrängermaschine einsetzbaren Druckstufe von außen zugänglich sind. Mit einer Maschine dieser Art können unabhängig voneinander mehrere Druckniveaus erzeugt werden, je nach dem, welche der verschiedenen Einlässe und Auslässe verwendet werden. Nur ein Antriebsmotor und ein Getriebe sind erforderlich. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, mehrere Druckstufen hintereinander oder parallel geschaltet zu betreiben.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen von Verdrängermaschinen nach der Erfindung und

Fig. 3 und 4 Schnitte durch Klauenpumpen nach der Erfindung.

Die Zweiwellen-Verdrängermaschine 1 nach Fig. 1 weist zwei Stufen 2, 3 auf, die jeweils mit einem von außen zugänglichen Einlaß 4 bzw. 6 und Auslaß 5 bzw. 7 ausgerüstet sind.

Ihre Wellen sind mit 8 und 9 bezeichnet. Eine der Wellen ist mit dem Antriebsmotor 11 gekuppelt. Ein Synchrongetriebe ist nicht dargestellt. Wellenlager sind mit 12, Wellendichtungen mit 13 bezeichnet. Da beide Stufen 2, 3 jeweils mit einem Einlaß und einem Auslaß ausgerüstet sind, sind folgende Betriebsweisen möglich:

  • - Beide Stufen 2, 3 unabhängig voneinander, gleichzeitig oder einzeln;
  • - beide Stufen 2, 3 parallel zueinander geschaltet;
  • - beide Stufen 2, 3 hintereinandergeschaltet.


Die Verdrängermaschine 1 nach Fig. 2 weist insgesamt fünf Stufen 21 bis 25 auf. Ihre Einlässe sind mit 31 bis 35, ihre Auslässe mit 41 bis 45 bezeichnet. Der Antriebsmotor 11 befindet sich zwischen der dritten Stufe 23 und der vierten Stufe 24. In Höhe des Antriebsmotors 11 ist durch eine Linie 14 angedeutet, daß die Maschine 1 einen Vakuumabschnitt 15 (links von der Linie 14) und einen Überdruckabschnitt 16 (rechts von der Linie 14) umfaßt. Der Auslaß 43 der Stufe 23 und der Einlaß 34 der Stufe 24 befinden sich auf Atmosphärendruck (p&sub7; bzw. p&sub8;).

Bei den Stufen 21, 22, 23 im Vakuumabschnitt 15 handelt es sich um Vakuumpumpstufen. Werden sie einzeln eingesetzt, dann erzeugt jede Stufe das ihren Eigenschaften entsprechende Vakuum (Drücke p&sub1;, p&sub3;, p&sub5;). Ihre Auslässe 41, 42, 43 münden in die Atmosphäre. Bei diesem Anwendungsfall entsprechen deshalb die Druckwerte p&sub2;, p&sub4; und p&sub6; den Atmosphärendruck.

Es besteht auch die Möglichkeit, zwei oder mehrere Stufen parallel oder hintereinanderzuschalten. Eine Hintereinanderschaltung der Stufen 22 und 23 ist in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie 17 angedeutet, die den Auslaß 42 der Stufe 22 mit dem Einlaß 33 der Stufe 23 verbindet.

Bei den Stufen 24, 25 im Überdruckabschnitt 16 handelt es sich um Kompressorstufen, welche ebenfalls einzeln bzw. parallel- oder hintereinandergeschaltet betrieben werden können. Eine weitere Alternative ist im Zusammenhang mit der Stufe 24 dargestellt. Sie ist mit zwei Auslässen 44 und 44&min; ausgerüstet, die mit unterschiedlichen Stellen des Schöpfraumes in Verbindung stehen, so daß unterschiedliche Drücke p&sub8;, p&min;&sub8; erzeugt werden.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine als Klauenpumpe ausgebildete Verdrängermaschine 1. Sie weist zwei Stufen 51 und 52 auf, die jeweils die Schöpfräume 53, 54 und die darin befindlichen, auf den Wellen 8, 9 befestigten Kolben 55, 56 bzw. 57, 58 umfassen. Jede der Stufen 51, 52 ist jeweils mit einem Einlaß 61 bzw. 62 und mit einem Auslaß 63 bzw. 64 ausgerüstet, so daß unterschiedliche, den Eigenschaften (Länge, Größe der Dichtspalte usw.) der Pumpstufen entsprechende Drücke - im Falle der Verwendung als Vakuumpumpstufen einlaßseitig Drücke unterhalb des Atmosphärendruckes, im Falle der Verwendung als Kompressorstufen auslaßseitig Drücke oberhalb des Atmosphärendruckes - erzeugt werden können.

Fig. 3 zeigt noch, daß sich auf einer Stirnseite der Maschine 1 ein Seitenraum 18 mit Getrieberädern 19 befindet, welche eine synchrone Bewegung der Rotoren gewährleisten. Da der Seitenraum 18 üblicherweise Öl enthält, sind Radialwellendichtringe 20 zur Abdichtung des Seitenraumes 18 vorgesehen. Die Welle 8 ist aus der dem Seitenraum 18 gegenüberliegenden Stirnseite der Maschine 1 herausgeführt und mit dem nicht dargestellten Antriebsmotor gekoppelt. Wellenlager und Dichtungen sind wieder mit 12, Wellendichtungen mit 13 bezeichnet.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Verdrängermaschine 1, ebenfalls als Klauenpumpe ausgebildet. Beispielsweise kann eine der beiden Stufen 51, 52 in dieser Weise ausgebildet sein. Auf den Wellen 8, 9 sind die Klauenrotoren 71, 72 befestigt. Mit seiner Aussparung steuert der einlaßseitige Rotor 71 in bekannter Weise die in der Stirnwand des Schöpfraumes 73 befindliche Einlaßöffnung 74, die mit dem Einlaß 75 in Verbindung steht. Der auslaßseitige Rotor 72 steuert zwei Auslaßöffnungen 76 und 77, die jeweils mit den Auslässen 78 und 79 in Verbindung stehen. Bezüglich der analog zu Fig. 2, Stufe 24 Drücke p&sub7; (Einlaßdruck) sowie p&sub8; und p&min;&sub8; (Auslaßdrücke) gilt allgemein

p&sub7; < p&min;&sub8; < p&sub8;

mit p&sub7; = Atmosphärendruck.

Zur gegenseitigen Abdichtung der einzelnen Stufen der Verdrängermaschine 1 und zur Abdichtung der Stufen nach außen sind die Wellendichtungen 13 zweckmäßig als Spalt- oder Labyrinthdichtungen ausgebildet. Ausführungsbeispiele für Dichtungen dieser Art sind in Fig. 3 dargestellt. Sie bestehen aus sich mit der Welle drehenden Buchsen 26, welche gleichzeitig die Funktion haben, die Rotoren 55 bis 58 in ihre Lage zu fixieren. Ihre Außenseite bildet zusammen mit den sie umgebenden Gehäuseteilen die Spalt- oder Labyrinthdichtung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Buchsen auf ihre Außenseiten mit Kunststoff beschichtet (Schicht 27) sind, der eine Schaumstoffstruktur hat und wenn abgeschnittene Blasen der Kunststoffschicht den Dichtspalt begrenzen. Dadurch entsteht eine besonders wirksame, labyrinthartige Wellendichtung. Dichtungen dieser Art sind in der EU-A-493 315 beschrieben.

Die Rotoren einer erfindungsgemäß gestalteten Verdrängermaschine bestehen zweckmäßig aus Kunststoff oder sind zumindest kunststoffbeschichtet. Wegen der auftretenden Fliehkräfte können die verwendeten Kunststoffe mit einer Verstärkung (z. B. einem Streckgitter) versehen werden. Als Kunststoffe werden zweckmäßig Polyamide oder Polyamidimide eingesetzt, die mit geeigneten Füllstoffen (Graphitfasern, Gasfasern und/oder Mineralstoffe) versetzt werden. Einzelheiten dazu sind in der EU-A-391 182 beschrieben.


Anspruch[de]
  1. 1. Trockenverdichtende Zweiwellen-Verdrängermaschine mit mindestens zwei Druckstufen, welche jeweils einen Schöpfraum und ein Rotorpaar umfassen, mit deren Hilfe in jeder Druckstufe durch ihren Einlaß eintretendes Gas zu ihrem Auslaß gefördert und dabei auf einen höheren Druck gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Druckstufen der Verdrängermaschine so ausgebildet sind, daß sie unabhängig voneinander - sei es gleichzeitig oder einzeln - als Verdrängermaschine einsetzbar sind und daß der Einlaß sowie der Auslaß einer jeden als unabhängige Verdrängermaschine einsetzbaren Druckstufe von außen zugänglich sind.
  2. 2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen Überdruck erzeugende Stufen sind.
  3. 3. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. Druckstufen Unterdruck erzeugende Stufen sind.
  4. 4. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Überdruckabschnitt (16) mit Überdruck erzeugenden Stufen und einen Vakuumabschnitt (15) mit Unterdruck erzeugenden Stufen umfaßt.
  5. 5. Verdrängermaschine nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Überdruck erzeugende Stufe mit zwei Auslässen ausgerüstet ist.
  6. 6. Verdrängermaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor zwischen dem Vakuumabschnitt (15) und dem Überdruckabschnitt (16) angeordnet ist.
  7. 7. Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie vom Klauentyp ist.
  8. 8. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie vom Wälzkolbentyp ist.
  9. 9. Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des Wellendurchtritts zwischen zwei Stufen und/oder nach außen Wellendichtungen (13) vorgesehen sind.
  10. 10. Verdrängermaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellendichtungen als Spalt- oder Labyrinthdichtungen ausgebildet sind.
  11. 11. Verdrängermaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Wellen rotierende Buchsen Bestandteil der Spalt- oder Labyrinthdichtungen sind.
  12. 12. Verdrängermaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten der Buchsen mit einem Kunststoff beschichtet sind, der eine Schaumstoffstruktur hat.
  13. 13. Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren der Verdrängermaschine aus Kunststoff bestehen oder kunststoffbeschichtet sind.
  14. 14. Verdrängermaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Kunststoff mit einer Verstärkung versehen ist.
  15. 15. Verdrängermaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffe Polyamide oder Polyamidimide, vorzugsweise mit geeigneten Füllstoffen versetzt, verwendet werden.






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