Vakuumpumpe Vorliegende Erfindung betrifft eine Va kuumpumpe mit Drehkolben zur Erzeugung des Endvakuums. Unter den mechanisch för dernden Vakuumpumpen haben sich Drehkol- benpiimpen bzw. Drehschieberpumpen ganz besonders bewährt, weil sie gestatten, einen rotierenden Antrieb zu verwenden, während Pumpen mit hin und her gehenden Kolben bei motorischem Antrieb Pleuelstangen oder komplizierte Getriebe erfordern. Die üblichen Vakuumpumpen gestatten, mit einer Piunp- stufe ein Vakuum von etwa 10-2 mm 1-Ig her zustellen.
Bei zweistufiger Ausführung wer den Endvakuas bis 10-4 mm Hg erreicht. Bei den bisher gebräuchlichen Drehschieber- bzw. andern Drehkolbenpilmpen fiel die Saug geschwindigkeit meist schon lange vor Errei chen des Endvakuums sehr stark ab.
Zur Erziehmg noch höherer Vakuas wer den bekanntlich die mechanisch arbeitenden Vorvakuumpumpen mit Diffusionspumpen zusammengeschaltet, wobei darauf zu achten ist, dass jede Diffusionspiunpe zu ihrem Be trieb ein bestimmtes Vorvakuum benötigt, das von der Vorvakuumpumpe aufrechterhalten werden muss, weil andernfalls die Punnpwir- kung der Diffusionspumpe zusammenbricht.
Die erforderlichen Vorvakuas liegen bei etwa l0-1 mm Hg. Die Saugleistung der Diffu sionspumpen ist, solange der Druck in dem zu. evakuierenden Rezipienten noch nahe der obern Grenze ihres Arbeitsbereiches liegt, sehr stark vom Vorvakuumdruck abhängig, den die Vorpumpe erzielen kann.
Es stellt sich beim Pumpvorgang ein solcher Gleich- gewiehtsdruck ein, dass die gegen den Vor vakiumdruck von der hochvakuumseitigen Diffusionspumpe aus dem Rezipienten geför derten Gasmenge gerade gleich ist der Gas menge, die aus dem Vorvakuum durch die mechanische Vorvakuumpumpe oder Pumpen kombination entsprechend der Saugleistung bei diesem Gleichgewichtsdruck abgesaugt werden kann.
Je niedriger der Druck, den die mecha nische Vorpumpe aufrechtzuerhalten imstande ist, desto grösser ist gemäss der Saugleistungs charakteristik der Diffusionspumpen in Ab hängigkeit von der Vorvakuum-Saugleistung deren Arbeitsbereich, und desto besser kann die Leistungsfähigkeit der Diffusionspumpe ausgenützt werden. Es ist daher ein Bedarf ,in mechanisch fördernden Vorvakuumpum- pen vorhanden, die bei geringen Drucken grosse Sauggeschwindigkeiten aufweisen.
Einer Erhöhung der Sauggeschwindigkeit der bisher üblichen mechanischen Pumpen typen ist durch Reibung und Fliehkräfte eine Grenze gesetzt. Die Drehkolben- bzw. Dreh schieberpumpen mit Ölschmierung arbeiten derzeit mit Tourenzahlen bis etwa 1000 U/Min. Bei dieser Rotationsgeschwindigkeit ist bereits eine sorgfältige Auswuchtung der exzentrisch umlaufenden Drehkolben und eine gute Küh lung zur Abführung der erzeugten Reibungs wärme erforderlich.
Um gute Saugwirkungen zu erreichen, ist es darüber hinaus notwendig, d.ass die Spalte zwischen Drehkolben bzw. Schieber und Gehäuse so gering als möglich gehalten wird. Auch diese engen Toleranzen machen den Bau von noch grösseren und . schneller laufenden Pumpen bisher bekannter Typen mit Ölschmierung zu kostspielig.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist bereits vorgeschlagen worden, das bisher schon als Verdiehter, z. B. für Verbrennungs motoren, verwendete, schnell laufende Roots- gebläse als Vakuiunpumpe einzusetzen.
Solche Rootsgebläse besitzen zwei in einem Gehäuse umlaufende, ineinandergreifende, sich nicht direkt berührende, lemniskatenförmige Dreh kolben, welche durch ein Präzisionsgetriebe miteinander gekoppelt sind und die trocken laufen und deshalb mit sehr hohen Touren zahlen bsstrieben werden können. Diese nicht- rotationssymmetrischen Drehkolben können nicht auf einfache Weise auf üblichen Dreh bänken hergestellt werden,
sondern erfordern den Einsatz von Abwälzfräsverfahren oder Kopierfräsverfahren.
Ausserdem ist, wie schon erwähnt, der Ein satz von Präzisionsgetrieben höchster Touren zahlen erforderlich, um die Bewegung der ineinandergreifenden, lemniskatenförmigen Zwillingskolben, die in jedem Augenblick die Abdichtung des Ansaugraumes der Pumpe gegen den Kompressionsraum gewährleisten müssen; zu steuern. Das Rootsgebläse lässt sich als Vakuumpiunpe nicht gegen Atmosphären druck verwenden, sondern erfordert zu seinem Betrieb eine vorgeschaltete weitere Vakuum, piunpe bisheriger Konstruktion.
Schliesslich bedingen die Zwillingskolben des Rootsgeblä- ses eine komplizierte, nichtrotationssymme- trische Gehäuseform. Alle diese vorgenannten Faktoren ergeben hohe Herstellungskosten, weshalb sich dieses Gebläse in der Vakuum technik bisher nicht durchsetzen konnte. Vorliegende Erfindung hat sich zur Auf gabe gestellt, eine mechanisch fördernde Piunp.e zu schaffen, die die vorhin genannten Schwierigkeiten des Rootsgebläses vermeidet.
Diese Pumpe weist einen kreisrunden Dreh- kolben auf, der mit der kreiszylindrischen Innenfläche eines hohlzylindrischen Gehäuses zusammenarbeitet, so dass diese beiden Teile der Pumpe leicht mit höchster Präzision auf gewöhnlichen Drehbänken hergestellt werden können. Da bei dieser Pumpe keine Zwillings kolben Verwendung finden, istein Präzisions-_ getriebe zum synchronen Antrieb -zweier Kol ben nicht erforderlich.
Die Verwendung eines kreisrunden Kolbens ermöglicht zusammen mit einer geeignet ausgestalteten Dichtungs klappe, welche den Ansaugraum und den l.Compressionsrauun der Pumpe trennt, \ die weitestgehende Vermeidung jeglichen toten Raumes, wodurch die Drehkolbenpumpe zur Erzeugung höchster Vakuas und zum Arbei ten gegen Atmosphärendruck geeignet wird.
Sie wird vorzugsweise ohne reibende Dich tungsmittel zwischen Kolben und den Wän den des Pumpgehäuses betrieben, so dass@dank der Vermeidung zu grosser Reibungswärme höchste Tourenzahlen möglich sind, ohne die Nachteile des Rootsgebläses in Kauf nehmen zu müssen.
Die erfindtuigsgemässe Vakuumpumpe, die ein hohlzylindrisches Gehäuse mit kreisrun dem Innenraum besitzt, in welchem ein kreis runder Drehkolben exzentrisch tunläuft, der das gewünschte Endvakuum erzeugt und wäh rend des Umlaufes ständig längs einer Mantel linie die kreiszylindrische Innenseite des Ge häuses nahezu berührt, kennzeiehnet sich da durch, dass zur Unterteilung des vom zylindri schen Gehäuse und vom Drehkolben bestimm ten Pumpenraumes in wenigstens einen An saugraum und einen Kompressionsraunn eine in eine Ausnehmung des zylindrischen Ge häuses versenkbare,
drehbar gelagerte Dich tungsklappe vorgesehen ist, welche sich wäh rend des Umlaufes des Drehkolbens stets nahezu an diesen anlegt.
Ein Beispiel der erfindungsgemässen Va kuumpumpe wird an Hand der beigefügten Figurennäher erläutert.
Fig.1a stellt einen Schnitt senkrecht zur Drehachse der Pumpe dar und zeigt die prin zipielle Arbeitsweise. Fig.1b zeigt dieselbe Pampe wie Fig.1a, jedoch in einer andern Bewegungsphase des 1'umpvorganges.
Fig. 2 stellt einen Längsschnitt durch die Pumpe nach der Linie II-II der Fig. 1b dar. Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstel; lang die Anordnung der Pleuelstange, welche den exzentrisch rotierenden Drehkolben der Pumpe mit der Dichtungsklappe koppelt und dadurch ihre Bewegung steuert.
In Fig. 1 bedeutet 1 ein dickwandiges, kreisrundes, hohlzylindrisches Pumpgehäuse. In diesem Gehäuse wird ein kreiszylindrischer Pumpendrehkolben 2 mittels einer Antriebs welle 3 in exzentrische Rotation versetzt. Die in bezug auf die Achse des Kolbens exzentri sche Antriebsdrehachse ist mit 3' bezeichnet, die geometrische Achse des Pumpenkolbens mit 4.
Der Innendurchmesser des Pumpgehäu- ses einerseits, der Durchmesser. des zylindri schen Drehkolbens anderseits und der die Ex zentrizität bestimmende Abstand zwischen den Achsen 3' und 4 sind so bemessen, dass der Pumpenkolben und die Innenseite des Pump gehäuses während der Rotation stets entlang einer Zylindermantellinie einen engen Dich tungsspalt bilden. Dieser Spalt dichtet wäh rend des Umlaufes Ansaug- und Kompres sionsraum der Pumpe gegeneinander ab.
Die zweite zur Bildung von getrennten Pump kammern, nämlich wenigstens einer Ansaug kammer 6 und einer Kompressionskammer 7 erforderliche Abdichtungsstelle wird durch eine bewegliche Dichtungsklappe 5 gebildet. Das abzupumpende Gas wird über eine mit Flanschen versehene Leitung 11 zugeführt und tritt durch denn Boden der Dichtungs klappe hindurch in den Ansaugraum der Pumpe ein, was durch Pfeile in Fig. la an gedeutet ist. Das im Kompressionsraum 7 der Pumpe befindliche Gas wird dagegen durch einen Kanal 13 des Gehäuses 1 ausgestossen und gelangt durch einen Rohrstutzen 14 in das Vorvaluium oder in die freie Atmosphäre.
Im Falle, dass der Ausstoss direkt gegen Atmosphärendruck erfolgt, ist es zweckmässig, ein Ausstossventil 8 vorzusehen, das sich im iner erst dann öffnet, wenn in der Kompres- sionskammer 7 Atmosphärendruck _ erreicht wird. Das Ventil 8 kann etwa durch ein leich tes Federblatt, das mittels einer Schraube 9 am Gehäuse festgehalten ist, gebildet werden. Die Anordnung eines solchen Ventils 8 bringt den Vorteil, dass der -Druck in der Kömpres- sionskammer nur während eines kurzen Au genblicks, in dem gerade der Gasausstoss er folgt, auf Atmosphärendruck sich befindet, und dass daher die Abdichtungsstellen zwi schen Ansaugraum und Kompressionsraum auch nur während dieser kurzen Zeitspanne gegenüber dem vollen Atmosphärendruck ab dichten müssen.
Die Druckverhältnisse in der Kompressionskammer und damit zugleich die Riickströmverluste während des Saugvorgan ges werden durch die Grösse des Totraumes, der im wesentlichen durch den Ausstosskanal. 13 gegeben ist, bestimmt. Letzere sind um so grösser, je höher der Druckunterschied zwi schen Ansaugseite und Kompressionsseite der Pumpe ist und je länger dieser die Rück- strömverlusteverursachende Druckunterschied auf die Dichtiulgsspalte einwirkt.
Die Rück- st.römverluste wirken sich auch auf den über haupt erreichbaren Kompressionsfaktor aus und bestimmen damit den bei einem gegebenen Vorvakuumdruck erreichbaren hochv akiium- seitigen Druck.
Die Dichtungsklappe 5 ist mittels einer Welle 15 drehbar angeordnet. Die Welle 15 liegt in einer schlitzförmigen, achsenparallelen Ausnehmung 15' des Pumpengehäuses. Der Bewegungsmechanismus der Dichtungsklappe wird an Hand der Fig. 3 weiter unten genauer erläutert.
Bei der Stellung der Fig.la, die das Ansaugen des abzupumpenden Gases durch die Leitung 11 und das gleichzeitige Komprimieren des im Kompressionsraum 7 eingeschlossenen Gases zeigt, tritt die Dich tungsklappe 5, die in einen achsenparallelen Schlitz 12 des Pumpengehäuses zurückwei- ehen kann, teilweise aus dem Schlitz 12 her aus und schmiegt sich an den rotierenden Kolben 2 unter Bildung einer Abdichtungs stelle 16 an.
Eine weitere Abdichtungsstelle wird zwischen dem aufgebogenen Endteil der Klappe 5 und der druckseitigen Begrenzungs- fläche des Schlitzes 12 des Pumpgehäuses bei 16' gebildet. Hiedurch wird verhindert, dass während des Ansaughubes der Pumpe Gas vom Kompressionsraum 7 in den Ansaug stutzen 11 übertritt.
Die Steuerung der Dichtungsklappe er folgt mittels einer Pleuelstange 41 (in Fig.1 gestrichelt eingetragen), welche die geometri sche Achse 4 des Pumpendrehkolbens mit der Krümmimgsmittelpunktachse 10 der abgerun deten Dichtungskante starr verbindet, so dass der Abstand zwischen den beiden genannten Achsen in jedem Augenblick des Kolben umlaufes gleich bleibt, derart, dass die Dich tungskante in jedem Augenblick mit dem Drehkolben wenigstens längs einer Zylinder, mantellinie einen engen Dichtungsspalt bildet,
ohne dass sich Dichtungsklappe und Drehkol ben ummittelbar berühren können. Während bei den bisher bekannten Vakuumpumpen die Abdichtung stets durch Dichtungsmittel, die die engen Spalte zwischen den Dichtungsflä chen schliessen, etwa mittels Ölschmierung vorgenommen wurde, läuft die gezeigte Pumpe vorzugsweise ohne Schmier- oder andere flüs sige Dichtungsmittel, so dass die Entstehung ,ran Reibangswärme weitestgehend vermieden wird.
Die Pleuelstange greift an seitlich ausser halb des Gehäuses an der Verlängerung der Achse 10 angebrachten Wellenzapfen (in Fig.1 als gestrichelter Kreis ersichtlich) der Dichtungsklappe an lind bewegt diese im Rhythmus der Kolbenrotation hin und her. Mit ihrem andern Ende ist die Pleuelstange 41 mit einem ausserhalb des Gehäuses an der Welle 3 in der Verlängerung der Achse 4 angebrachten Zapfen 43 (in Fig. 1 durch einen gestrichelten Kreis um die Achse 4 herum angedeutet) verbunden, so dass ein fester Abstand zwischen den beiden Achsen 4 und 10 sich ergibt.
Weiters ist aus Fig.1 ein Keil 18' zu er sehen, welcher dazu dient, bei der Montage den exzentrisch umlaufenden Drehkolben 2 auf die Welle 3 aufzukeilen. 17, 18, 19, 20 und 21. bezeichnen die Bolzen, welche dazu dienen, die Gehäuse-Endplatten 30-31, welche gleich- zeitig als Lagerschalen fungieren, festzuhal ten. 22 und 23 stellen Flansche dar, mit Hilfe deren die Rohrstücke 11 bzw. 14 an das Ge häuse der Pumpe aufgeflanscht sind.
In Fig. 2, die einen Schnitt nach der Linie 11-II der Fig. 1b darstellt, zeigt weitere Ein zelheiten der erfindungsgemässen Vakuum pumpe. Die schon vorhin beschriebenen Teile sind auch aus Fig.2 ersichtlich. Das ring zylindrische Pumpgehäuse 1 wird durch die beiden Endplatten 30 und 31. zu beiden Sei ten abgeschlossen. Im Gehäuse 1 wird der zylindrische Drehkolben 2 durch die Welle 3 in exzentrische Rotation versetzt. Der Antrieb der Welle 3 erfolgt durch einen Motor ausser halb der Pumpe.
Die Fig. 2 zeigt gerade die Kolbenstellung der Fig.1b. Der Schnittlinie der Fig.1b folgend, ist daher in Fig.2 der Schnitt 25 durch den Pumpenraum ersichtlich, weiters die Schnittfläche 26 durch das Pump gehäuse bis zum Schlitz für die Welle 15 der Dichtungsklappe 5.
Die Schnittflächen der auf die Welle 15 aufgepressten Dichtungs klappe sind in Fig. 2 mit 27 bezeichnet. Ent sprechend der durch Pfeile angedeuteten An sicht des Schnittes nach der Schnittlinie II-II der Fig.1b zeigt Fig.2 weiters die Öffnung 28 des Rohres 11 und den Durchschnitt durch den Flansch 23 und die Ansicht des Ansaug stutzens 11. mit Planschplatte 29'.
Die Endplatten 30 und 31 tragen Kugel lager 32 und 33 für die Welle 3 und die Ring dichtZmg 40. Die Kugellager werden durch Spannringe 32' bzw. 33' auf der Welle 3 im Lagergehäuse festgehalten. Die ringförmige Abschlussplatte 39 mit Ringdichtung 38 dient zur Abdichtung des Lagers 32.
Welle 15 wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich, von Kugellagern 34 und 35 geführt, die in Ausnehmungen der Endplatten 30 und 31 un tergebracht sind. Das Kugellager 34 wird durch eine auf die Gehäuseendplatte 30 auf geflanschte Platte 36 mit zylindrischem Fort satz 37 im Lagergehäuse festgehalten und ab gedichtet.
Die Welle 15 ist mit Dichtungsklappe 5 starr verbunden. In Fig. 3 ist die Dichtungs klappe 5 mit Welle 15 und Pleuelstange 41. vergrössert dargestellt. Die Dichtungsklappe besitzt die Form einer Schachtel mit Öffnung 47 im Boden. Derjenige .Teil der Klappe, der die dichtende Kante 44 bildet, wird v an Sei denwänden 48 getragen, die mit der Welle 15 starr verbunden sind.
Bei der fertigmontier ten Vakuumpumpe liegt die Welle 15 in der achsenparallelen, schlitzförmigen Ausneh- m.ung 15' des Pumpgehäuses, während der freie, mit der dichtenden Kante versehene Teil der Dichtungsklappe sich in einer zwei ten schlitzförmigen, achsenparallelen Ausneh- mung 12 des Pumpgehäuses befindet und dort hin und her bewegt wird.
Zwischen den beiden Ausnehmungen 12 -und 15' des Gehäuses bleibt der Teil 1' der Gehäusewand stehen, der zwi schen die beiden tragenden Seitenwände 48 der Dichtungsklappe ragt.
Wie schon oben ausgeführt, muss der An griffspunkt der Pleuelstange 41 in der Achse 10 liegen. Da die Achse 10 die Krümmimgs- mittelpimktsachse der gekrümmten Dich tungskante 44 darstellt und anderseits die .Achse 4, mit der die Pleuelstange an ihrem andern Ende verbunden ist, die geometrische Achse des Drehkolbens 2 bildet, ist der Ab stand während des Pumpvorganges stets gleich der Summe aus Kolbenradius + Krüm- m.ungsradius der Dichtungskante + Spiel.
Zur Einstellung des Abstandes zwischen den Dichtungsflächen kann die Pleuelstange sogar in ihrer Länge veränderlich ausgebildet wer den.
Damit der Angriffspunkt der Pleuelstange 41 stets in der Verlängerung der Achse 10 liegt, ist ausserhalb des eigentlichen Pump gehäuses mit der Welle 15 ein Arm 49 starr v erblinden. An der Stelle 50 des Armes 49, die von der gestrichelt gezeichneten Achse 10 durchstossen wird, ist die Pleuelstange 41 gelenkig verbunden. Das andere Ende 46 der Pleuelstange ist mit dem Wellenzapfen 43 (Fig.2) ebenfalls gelenkig mittels eines Ku gellagers 42 verbunden.
Damit bei eventuell hohen Drucken des komprimierten Gases im Totraum der Aus stossseite der Pumpe das durch den Dich tungsspalt hindurchdrückende Gas die Dich- tungskläppe nicht nach oben abbiegt oder sie bei sehr hohen Tourenzahlen durch Flieh kräfte abgebogen wird, wird ihre Bewegung nach aussen zweckmässigerweise durch einen Anschlag begrenzt. Dies kann auf eifache l.NTeise durch geeignete Formung des Flansches 23 geschehen, wie aus Fig.1b hervorgeht.
Fig. 2 zeigt die Pleuelstange 41 teilweise im Schnitt,. teilweise in Ansicht. Das, obere Ende 51 der Pleuelstange ist auch in Fig.2 ersichtlich, ebenso der Arm 49, der die Welle 15 antreibt.
Ein geschlossener Gehäusedeckel 52, der an die Endplatte 31 dicht anschliesst, tun- gibt den. Antriebsmechanismus 41, 42, 43, 49 und 51.
Die Vorteile der erläuterten erfindungs gemässen Vakuumpumpe gegenüber Vakuum pumpenbisheriger Konstruktion ersieht man insbesondere aus einer genauen Betrachtung der Fig.1b. Fig. 1b zeigt gerade den Augen blick des Vorbeiganges des Drehkolbens an dem kurzen Stück der Gehäusewand, das zwi schen Ansaugseite und Ausstossseite der Pumpe liegt. Einen Augenblick vorher wurde gerade der Ausstoss des Gases durch die Öff- nung'13 beendet, und einen Augenblick nach-. her wird der neue Ansaughub beginnen.
Es ist ersichtlich, dass praktisch der tote Raum unter dem Ausstossventil sehr klein gehalten werden kann. Der tote Raum auf der Ausstossseite wird durch jenes Volumen gebildet, das in dem Augenblick, wo die Gasausstossöffnung 13 verschlossen wird und der Ausstosshub be endet ist, abgesperrt wird. Das in diesem toten Raum befindliche Gas bewirkt beim nachfol genden Kompressionshub einen Druckanstieg im Kompressionsraum.
Dieser schädliche Tot- rauin ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Pumpe direkt gegen Atmosphären druck arbeiten soll, weil das vom schädlichen Totraum der Ausstossseite ziun Totraum der Ansaugseite im Moment des Erreichens des obern Totpunktes überströmende Gas schon zu Beginn eines jeden Ansaughubes.auf der An saugseite einen bestimmten Gasdruck bewirkt.
Der schädliche tote Raum auf der Ausstoss seite ist bei der erläuterten- erfiriditngsgemä,-. ssen Piunpe äusserst gering. Er wird durch den engen Spalt entlang der Innenwand des Pumpgehäuses zwischen - der Ausstossöffnung i3 und der Dichtungsklappe 5 und den Raum unter dem Ausstossventil 8 gebildet und ist also praktisch zu vernachlässigen.
Bei Vakuumpumpen ist aber nach dem oben Dargelegten auch der Totraum auf der Ansaugseite der Pumpe zu beachten. Dieser. Totraum wird bekanntlich durch dasjenige gaserfüllte Volumen in der Ansaugkammer der Pumpe gebildet, das schon zu Beginn eines jeden Ansaughubes unerwünschterweise dort vorhanden ist und das verhindert, dass jeder Ansaughub gewissermassen mit einem absoluten Torricellischen Vakuum begonnen werden kann.
Dieser tote Raum hat die unan genehme Folge, das Endvakuum zu begren zen bzw. den Pumpvorgang vor Erreichen des Endvakuums empfindlich zu verlangsamen, indem, wie gerade erwähnt, das von der Druckseite ausströmende Gas diesen Totraum erfüllt und einen zusätzlichen Gasballast zu dem abzupiunpenden Gas darstellt.
Auch die ser Totraum ist bei der erläuterten erfin dungsgemässen Pumpe nur ein schmaler Spalt, also äusserst gering, wie die Betrachtung der Fig.1b unter Beachtung der Bewegungsrich- tung des Kolbens ergibt.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Dichtungsklappe 5 bei der bestimmten Stellung des Drehkolbens, bei der der Ansaughub beginnt, längs eines Mantel- flächenstückes - der Zylinderoberfläche des Drehkolbens sich eng an diesen anschmiegt, so dass ein entsprechend langer, enger und flächenförmiger Dichtungsspalt entsteht.
Weil die toten Räume bei der erläuterten erfin dungsgemässen Vakuumpumpe äusserst gering sind, ergibt sich auch beim Arbeiten gegen Atmosphärendruck ein günstiges Kompres sionsverhältnis, das heisst ein niedriges End- vakuum und entsprechend hohe Saugleistung bei niedrigen Drucken.
Der erwähnte lange, flächenförmige Dich tungsspalt ergibt ein hohes Kompressionsver hältnis, da nur wenig Gas von der Druck seite auf die Saugseite der Pumpe ziu-ückströ- men kann. Selbst wenn direkt gegen Atmo- sphärendruck gepumpt wird, besteht in der Kompressionskammer der Atmosphärendruck, renn ein Ausstossventil 8 vorgesehen ist, nur einen kurzen Augenblick lang, so dass das druckabhängige Rückströmen von Gas aus der Kompressionskammer durch die Dichtungs spalte in die Ansaugseite der Pumpe sehr gering ist.
Um eine hohe Förderleistung und ein gutes Kompressionsverhältnis zu erreichen, ist es zweckmässig, die Pumpe mit möglichst hoher Tourenzahl laufen zu lassen. Bei einem Modell der erläuterten erfindungsgemässen Pumpe wurden Tourenzahlen von 3000 bis 7.0 000 U/Min. verwendet. Um so hohe Touren zahlen zu ermöglichen, ist es zweckmässig, die beweglichen Teile, nämlich den Kolben und die Dichtungsklappe, aus leichten Baumateria lien, vorzugsweise aus Aluminium, Titan oder Kunststoffen, anzufertigen. Um den exzen trisch laufenden Pumpenkolben auszuwuch ten, können; wie es aueh sonst beim Gebläse bau mit exzentrisch rotierenden Kolben üblich ist, Schwermetallstäbe, z.
B. Wolframstäbe, in Bohrungen des massiven Kolbens eingelegt werden, oder es kann der Drehkolben als Hohl körper mit entsprechender Masseverteilung ausgebildet werden. Die Kastenform der Dich- tilngsklappe gestattet, diese aus dünnem. Blech oder sogar aus Kunststoffen anzuferti gen. Zur Verstärkung können ausser den in Fig. 3 dargestellten Seitenwänden 48 noch weitere Querrippen vorgesehen sein.
Beim Betrieb wird die im Seitengehäuse 52 und in den Lagergehäusen der Kugellager eingeschlossene Luft durch die Lager hin durch abgesaugt, so dass Kugellager und Ge= triebe unter Vorvakuum arbeiten. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, das Seiten gehäuse 52 und die Lagergehäuse durch ge eignete Bohrungen mit der Vorvakuumseite der Pumpe zu verbinden, so dass sich beim Beginn des Pumpens der Gleichgewichts zustand schneller einstellt.
Gemäss den Figuren und gemäss der obi gen Beschreibung liegen die Kennzeichen der beispielsweise angeführten Konstruktion einer erfindungsgemässen Vakuumpumpe darin, dass die Dichtungsklappe bzw. ihr freier Endteil in einem Längsschlitz des zylindrischen Pump gehäuses um eine der Zylinderachse parallele Achse drehbar angeordnet ist, und dass die drehbar gelagerte Dichtungsklappe bei Vor übergang des Drehkolbens vollständig in den Schlitz des Zylindergehäuses zurückweichen kann, wobei die Diehtungsfläche der Dich tungsklappe sich der zylindrischen Innenseite des Pumpgehäuses angleicht.
Beim Ansaugen erfolgt die Zufuhr des abzupumpenden Gases durch denselben Schlitz in der Wand des Pumpgehäuses, in dem auch die drehbare Dichtungsklappe eingebaut ist. Die Dich tungsfläche der Dichtumgsklap.pe ist vorzugs weise so ausgebildet, dass die Zufuhr des abzu pumpenden Gases bei Vorübergang des Dreh kolbens an dem Dichtungsklappenschlitz des Pumpgehäuses nicht nur durch den vorbei laufenden.
Kolben, sondern durch die Dich tungsklappe selbst abgesperrt wird. Ausser der Diehtungsfläche, welche sich an den Dreh kolben bei Vorübergang an diesen anschmiegt, besitzt die Dichtungsklappe noch eine weitere Dichtungsfläche, welche mit derjenigen Wand des Dichtungsklappenschlitzes, die der Druck seite der Pumpe zu gelegen ist, einen engen, flächenförmig sich erstreckenden Dichtungs spalt bildet, derart, dass das abzupumpende Glas daran gehindert wird, von der Druckseite der Pumpe in den Saugstutzen zurückzuströ men.
Speziell weist die Dichtungsklappe eine Dichtungskante mit kreiszylindrischer Krüm- inung auf, und die Krümmungsmittelpinkts- aehse der Dichtungskante ist mit der zentra len Längsachse des zylindrischen Drehkolbens ausserhalb der Puunpkammer durch eine Pleuelstange derart starr verbunden, dass der .Abstand zwischen beiden Achsen während der Drehbewegung des Pumpkolbens unverändert beibehalten wird.
Es ist ohne Änderung der bestehenden Konstruktion möglich, die Pumpe auch mit Ölschmierung laufen zu lassen. Man erhält durch diese Massnahme infolge der geringeren Leckverhiste ein besseres Verdichtungsver hältnis, aber natürlich auch eine grössere Rei bungswärme.
Es ist aber möglich, zwei ver- schieden grosse Pumpen gemeinsam zu betrei ben, wobei eine grössere, ohne flüssiges Dich- tungsmittel zwischen Drehkolben und Innen seite des Pumpgehäuses als Gebläse laufende Pumpe mit einer kleineren, mit einem Dich tungsmittel arbeitenden, umlaufenden Pumpe auf einer gemeinsamen Welle zusammen arbeitet, wobei die grössere, als Gebläse arbeitende Pumpe vakuumseitig liegt, wäh rend die kleinere,
mit Dichtungsmittel ar beitende Pumpe atmosphärenseitig liegt und die Grösse der Einzelpumpen und die für beide Pumpen gleiche Tourenzahl so bemessen werden,
dass bei der für die mit Dichtungs mittel laufenden kleineren Pumpe infolge Rei bungswärme gerade optimal zulässigen Tou- renzahl die Pumpgeschwindigkeit der Nieder druckpumpe mit der Pumpgesehwindigkeit der atmosphärenseitigen Pumpe korrespondiert. Man erhält hiedurch auf kleinem Raum eine zweistufige hochleistungsfähige Väkiiumpiunpe mit hoher Förderleistung und besonders gutem Endvakuum. Eine .erfindungsgemässe Pumpe dieser Bauart kann bei einer Bauhöhe von nur 20 cm
und bei Tourenzahlen von 3-10 000 U/Min. Sauggeschwindigkeiten von 20 bis 50 m3/h bei einem Endvakuum .von besser als 10-2 mm I-Ig erreichen. Für den Betrieb einer solchen Pumpe kommt man mit wesentlich geringeren Motorenleistungen aus, als für bis her übliche Pumpen gleicher Leistung erfor derlich waren.
Ziu Erreichung noch tieferer Vakuas kann auch eine drei- oder mehrstufige Bauart mit in der Grösse abgestuften Förderräumen verwendet- werden.
Die Betriebstemperatur der atmosphären- seitigen Pumpe wird zweckmässigerweise ver hältnismässig hoch gewählt, um die Kondensa tion von Dämpfen in der Pumpe zu verhin dern. "Bei einer Betriebstemperatur von über 100 C kann reiner Wasserdampf gegen Atmo sphärendruck abgepumpt werden, ohne dass die Gefahr einer Kondensation im Innern der Pumpe besteht. Da die dichtenden Flächen der Innenseite des Pumpgehäuses, des Kol bens und der Dichtungsklappe sich gegensei tig nicht berühren, brauchen die etwa verwen- deten flüssigen Dichtungsmittel keine Schmier eigenschaften aufzuweisen.
Dies gestattet, ge gen hohe Temperaturen beständige und einen niedrigen Dampfdruck aufweisende Dich tungsflüssigkeiten, z. B. Silikone, anzuwenden.
Man kann also die atmosphärenseitige Pumpe mit höchsten Tourenzahlen, wie sie für das auf der gleichen Welle sitzende, ohne Dichtungsmittel betriebene Gebläse verwen det werden, laufen lassen, wobei die infolge Verwendung eines Dichtungsmittels in der atmosphärenseitigen Stufe entstehende Rei bungswärme nicht nur kein Nachteil ist, son dern, wie schon erwähnt, die Kondensation Fron Dämpfen vorteilhafterweise verhindert. Infolge der hohen Tourenzahlen bekommt man somit höchste Förderleistungen auf kleinstem Raum.
Beim Absaugen grösserer Dampfmengen mit mehrstufigen Vakuumpumpen gemäss Er findung kann es auch zweckmässig sein, zwi schen die einzelnen Pumpstufen Kondensato ren zur Kondensation der abgesaugten Dämpfe vorzusehen, um die jeweils nachfolgende Stufe weitestgehend zu entlasten.
Da für PLunpenkolben und PLunpen- gehäuse erfindungsgemäss ausschliesslich rota- tionssymmetrische (kreisrunde) Teile erfor derlich sind, können diese mit grösster Prä zision unter Einhaltung sehr enger Toleran zen hergestellt werden.
Dadurch ist es wie derum möglich, eine gute gegenseitige Abdich tung des Kompressionsraumes der Pumpe ge genüber dem AnsaugraLun sicherzustellen, ohne dass die beweglichen Teile aneinander reiben,' wodurch die Pumpe für Vakuum bereiche auch mit höheren Drucken verwendet werden kann: Die erfindungsgemässe Vakuum pumpe hat mannigfaltige Anwendungsmög lichkeiten.
Immer, wenn man die- Saugleistung einer Diffusionspumpe voll ausnützen möchte, braucht man eine leistungsfähige Vorvakuum- pumpe. Für grössere Anlagen, etwa für Va- kuumschmelz- und -giessanlagen sind mecha- nische Vakiiumpuuupen bisher üblicher Bau art bei entsprechender Leistungsfähigkeit sehr kostspielig.
Hier stellt eine entsprechend ausgebildete erfindungsgemässe Vakuumptustpe mit hoher Sauggeschwindigkeit eine geeignete Lösung dar. Insbesondere eine zweistufige Pumpen kombination, wie sie im vorhergehenden be schrieben wurde, ist sehr geeignet, da sie di rekt gegen die Atmosphäre arbeiten kann.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist dann gegeben, wenn bei einem VakuLunverfah- ren ein Druck von 10-i bis 10-3 mm Hg bei gleichzeitiger grosser Saugleistung benötigt wird. In diesem Falle kann bei Verwendung einer entsprechenden erfindungsgemässen Pumpe auf eine Diffusionspumpe ganz ver zichtet werden.
Wenn es bei einer Vakuumanlage darauf ankommt, izi raschem Wechsel die Pumpe an- und abzustellen und daher die langen Anheiz- zeitenfür grössereDiffusionspumpenvermieden werden sollen, dann bietet eine entsprechend ausgebildete erfindungsgemässe Pumpe maxi male Betriebsbereitschaft.
Dieser Fall ist ins- besondere bei Elektronenmikroskopen und sonstigen elektronischen Vakuumgeräten der Fall, wo Belüftung und Entlüftung zwischen den einzelnen Bildaufnahmen und dem Ob jektwechsel rasch aufeinanderfolgen. In elek tronischen Vakuumgeräten ist es überdies sehr oft wichtig, auch geringste Spuren von Öl- dämpfen, die aus öldiffusionspiunpen stam men können, peinlichst zu vermeiden. Auch hier stellt sich ein entsprechend ausgebildetes erfindungsgemässes Vakuumgebläse als beson ders geeignete Lösung dar.
Bei diesen An lagen spielt nicht nur die Saugleistung im Druckbereich zwischen 10-i bis 10-3 Torr, sondern auch die Zeit, die zur Evakuierung der _ Anlage bei jedem Arbeitszyklas vom Atmosphärendruck bis zum Arbeitsvakuum aufgewendet werden muss, eine wesentliche Rolle.
Da die dabei erforderlichen Vakuum behälter heute bereits Voluminas in der Grö ssenordnung von 10 bis 100 m3 besitzen, wer den Vorpumpen mit sehr hoher Saugleistung benötigt, die in ihrer Ausbildung als Kolben- oder Ölrotationspumpen nur mit geringer Hub- bzw. Rotationsgeschwindigkeit gebaut werden können. Der Schöpfraum solcher Pum pen muss dementsprechend gross gewählt wer- den, wodurch diese Pumpen in ihrer Anschaf fung sehr kostspielig sind.
Dadurch, dass es mit einer entsprechenden erfindungsgemässen Pumpe nun möglich ist, mit hoher Drehzahl auch gegen Atmosphärendruck zu arbeiten, ergeben sich viel kleinere Abmessungen und geringere Herstellungskosten auch bei dieser Aufgabenstellung. Es wurde daher ein ent scheidender Schritt 'zur Lösung auch dieser Aufgabe beigetragen, indem erstmals ein Weg gezeigt wird, wie eine Pumpe mit hoher Dreh zahl für hohe Saugleistungen für diesen Ar beitsbereich hergestellt werden kann.
Bei zweistufigen Ausführungen der erfin dungsgemässen Vakuumpiunpe, wie sie oben beschrieben wurde, ist es zweckmässig, im Überströmkanal zwischen den beiden Pumpen. ein mit der freien Atmosphäre in Verbindung stehendes Überdruckventil vorzusehen, um eine Kompression über Atmosphärendruck hinaus im Überströmkanal während der An fangsphase des Evakuierungsvorganges, wäh rend der von der vakuumseitigen Pumpe noch grössere Luftmengen aus dem Rezipienten ge fördert werden, zu vermeiden.
Weiters kann et zweckmässig sein, bei zweistufigen Piunpen- anordnimgen nicht nur die direkt gegen den Atmosphärendruck arbeitende kleinere Pumpe mit einem Ausstossventil zti versehen, wie es in den Fig. la und 1b durch 8 gezeigt ist, Song lern auch die vakuumseitige Gebläsestufe. Ein solches Ausstossventil der vakuumseitigen Pumpe kann analog wie das Ausstossventil 8 der atmosphärenseitigen Stufe so gesteuert werden,
dass die Verbindung zwischen Über- strömkanal und Kompressionskammer der va- kuumseitigen Pumpe nur während eines kur zen Augenblickes, der zum Überströmen des durch den Kompressionshub komprimierten Gases genügt, geöffnet ist, während dieses Ventil während derjenigen Phasen des Pump vorganges geschlossen bleibt, während deren im Überströmkanal ein höherer Druck als un ter dem Ausstossventil der vakuumseitigen Pumpe zustande kommt, das heisst,
solange der Kompressionshub nicht genügend verdichtet hat und während des auf den Ausstoss des Gases folgenden Ansaughubes. Die Steuerung des Ausstossventils der vakuumseitigen PLUnpe kann ähnlich, @ wie schon für die einstufige Pumpe oben beschrieben, entweder durch den Druck zu beiden Seiten des Ventils selbst er folgen, indem etwa das Ventil als leichtes federndes Blatt ausgeführt wird,
oder sie kann auch zwangläufig durch mechanische Kupp- lang mit dem Antriebsmechanismus der Pumpe erfolgen. Wird auch die vakuumseitige Pumpe mit einem solchen Ausstossventil ver sehen, dann ergibt sich eine weitere Verbes serung des Endvakuums mindestens um den Faktor 2-4, da durch die Ventilwirkung die Zeiten, während derer höhere Gasdrücke auf die Dichtungsspalte zwischen Ansaugraiuu lind Kompressionsraum der vakuumseitigen Pumpe wirken können, wesentlich verkürzt werden.
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Bei Pumpen, die zur Erreichung eines be sonders tiefen Endvakuluns bestimmt sind, kann es anderseits wieder zweckmässig sein, das Ausstossventil zwischen hochvaku.,imseiti- ger Pumpätufe und überströmkanal zur nach- i:olgenden Stufe nach Erreichen eines be stimmten Unterdruckes dauernd geöffnet zu halten, um die Strömungswiderstände für das abzupumpende Gas, die bei sehr niedrigen Drucken besonders gross werden, möglichst ge ring zu halten.
Sind beim Pumpvorgang ein mal so niedrige Drucke erreicht, dass die mitt lere freie Weglänge bedeutend grösser ist als. die Abstände von Wand zu Wand innerhalb der Räume, in denen das Gas strömt, dann ist wegen des nunmehr sehr hohen Strömungs widerstandes die Gefahr des Überströmens von Gas über die Dichtungsspalte sehr ver mindert, so dass es keinen Nachteil mehr bringt, wenn nach Erreichen solcher niedri ger Drucke das Ausstossventil der hoch- vakuumseitigen Pumpe ausser Betrieb gesetzt wird.
Es ist daher zweckmässig, eine Vorrich tung vorzusehen, welche bewirkt, dass das Ausstossventil der hoehvakuumseitigen Pumpe nach Erreichen eines bestimmten Unterdruk- kes im Rezipienten zwecks Minderung des Strömungswiderstandes dauernd geöffnet bleibt. Diese Vorrichtung kann durch mecha nische Kopplung mit einem Druckmessinstrü- meist auf bekannte Art gesteuert sein oder gegebenenfalls von Hand aus betätigt werden.