Flüssigkeitsringgaspumpe

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringgaspumpe mit einer oder mehreren Stufen, die jeweils einen Arbeitsraum, ein darin exzentrisch gelagertes Flügelrad, den Arbeitsraum beidseitig axial begrenzende flache Steuerscheiben und sich daran anschließende Kanäle oder Kammern für die Zu- und Abführung des Fördergases zu dem und von dem Arbeitsraum aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheiben identisch miteinander mit gleichen Saug- und Drucköffnungen ausgebildet sind und nicht benötigte Öffnungen auf der vom Flügelrad abgewandten Seite zugedeckt sind.

In Flüssigkeitsringgaspumpen läuft ein Flügelrad innerhalb eines exzentrisch kreisenden Flüssigkeitsrings um. Während des Umlaufs taucht der Flüssigkeitsring mehr oder weniger weit in die zwischen den Flügeln des Flügelrads gebildeten Zellen ein. Dadurch wird das freie Volumen in den Flügelradzellen wechselnd vergrößert und verkleinert. In demjenigen Umlaufbereich, in welchem sich das Zellenvolumen vergrößert, befindet sich stirnseitig in einer Steuerscheibe die Saugöffnung, durch die das zu fördernde Gas in die Zellen eingesaugt wird. Im Endbereich desjenigen Umlaufteils, in welchem sich die Kompression vollzieht, befindet sich die Drucköffnung, durch die das komprimierte Gas in den Druckraum der Pumpe ausgeschoben wird.

Flüssigkeitsringgaspumpen werden sowohl als Vakuumpumpe, wo das Fördergas von einem Unterdruck auf etwa Atmosphärendruck verdichtet wird, als auch als Kompressor eingesetzt, bei denen das Fördergas von Atmosphärendruck auf einen Überdruck verdichtet wird. Flüssigkeitsringgaspumpen gibt es als einstufige und mehrstufige Ausführungen. Einstufige Flüssigkeitsringgaspumpen können aufgrund des geringeren Verdichtungsverhältnisses als Vakuumpumpe im oberen Grobvakuum bzw. als Kompressor eingesetzt werden. Zweistufige Maschinen haben ihren Vorzugseinsatzbereich als Vakuumpumpe im unteren Druckbereich des Vakuums.

Die Arbeitsräume, in denen das Flügelrad rotiert und sich der Flüssigkeitsring ausbildet, sind axial einseitig oder beidseitig von einer Steuerscheibe begrenzt. Bei mehrstufigen Flüssigkeitsringpumpen sind diese Arbeitsräume mit Flügelrad und Steuerscheiben in entsprechender Anzahl axial hintereinander angeordnet.

Traditionell besteht eine Flüssigkeitsringgaspumpe aus einer Vielzahl von Bauteilen, die bei der Pumpenmontage in axialer Richtung aneinander angeordnet werden. Die Auflageflächen der einzelnen Bauteile sind gleichzeitig Dichtflächen der Maschine vom Pumpeninneren zur Umgebung. Axial nach außen schließen an die Steuerscheiben die äußeren Gehäuse an, in denen Kanäle oder Kammern für die Führung der Gas- und Flüssigkeitsströme enthalten sind. Auch zwischen den Steuerscheiben und den äußeren Gehäusen sind wieder abzudichtende Flächen.

Die Steuerscheiben weisen Öffnungen auf, die das Zu- und Ausströmen des Fördergases vom äußeren Verdichtergehäuse in bzw. aus dem Arbeitsraum gewährleisten. Je nach Stufenzahl und Bauform der Flüssigkeitsringgaspumpe sind in diesen Steuerscheiben ein oder zwei Öffnungen für das Einströmen (Saugöffnung) bzw. Ausströmen (Drucköffnung)des Fördermediums vorgesehen. Aufgrund der Kompression des Gases in jeder Flüssigkeitsringstufe ist die Drucköffnung im allgemeinen kleiner als die Saugöffnung ausgeführt. Auf den erreichbaren Ansaugvolumenstrom und den Wirkungsgrad haben die genaue Position und die geometrischen Konturen der Öffnungen großen Einfluß. Deshalb unterscheiden sich in der Praxis auch die Form und Größe von Saug- und Drucköffnung.

Bei dieser klassischen Pumpenkonstruktion sind die Steuerscheiben konstruktiv unterschiedlich ausgeführt. So hat zum Beispiel bei der zweistufigen Pumpe jede der vier Steuerscheiben eine andere Geometrie. Die beiden axial äußeren Steuerscheiben haben je eine Saug- und Drucköffnung; die mittlere Steuerscheibe der ersten Stufe hat nur die Drucköffnung, und die mittlere Steuerscheibe der zweiten Stufe hat nur die Saugöffnung. Da konventionell die Steuerscheiben als Gußteile ausgeführt werden, sind sogar die beiden äußeren Steuerscheiben konstruktiv verschieden, weil die Öffnungen und die Zentrierungen zum Gehäuse spiegelbildlich angeordnet sind. Der Nachteil dieser herkömmlichen Pumpenkonstruktion ist die große Zahl unterschiedlicher Bauteile, die eine hohe Komplexität in der Produktion, der Rohteilbeschaffung, der Teilebearbeitung und der Lagerhaltung verursachen. Hohe Stück- und Verarbeitungskosten sind die Folge.

Bereits bekannt sind erste Ansätze, die Steuerscheiben als ebene Scheiben mit konstanter Dicke einfacher zu gestalten (EP 0 678 674 A2). Dadurch ist es möglich, symmetrische Steuerscheiben als ein einheitliches Bauteil auszuführen. In der Herstellung können diese Steuerscheiben aus ebenen Blechen gestanzt oder mit Lasertechnologie bearbeitet werden. Zusätzlich ist es häufig erforderlich, die angrenzenden Strömungskanäle in den benachbarten Gehäuseteilen so anzupassen, daß optimale Strömungsverhältnisse erreicht werden. So ist beim genannten Stand der Technik die Ausströmung aus dem Arbeitsraum im Druckschlitz gestuft ausgeführt, wodurch näherungsweise ein gekrümmter Strömungskanal modelliert wird.

Durchgängig einheitliche Steuerscheiben, die als ebene Bauteile ausgeführt sind, sind bisher nur bei einstufigen Flüssigkeitsringgaspumpen eingesetzt worden, da diese bei einheitlicher Gestaltung immer eine Saugöffnung und eine Drucköffnung besitzen. Für mehrstufige Pumpen, bei denen die mittleren Steuerscheiben jeweils nur eine Öffnung haben dürfen, wären mindestens drei verschiedene Ausführungen der Steuerscheiben notwendig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Flüssigkeitsgasringpumpe, bei der die Anzahl unterschiedlicher Steuerscheiben verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Steuerscheiben identisch miteinander mit gleichen Saug- und Drucköffnungen ausgebildet sind und nicht benötigte Öffnungen auf der vom Flügelrand abgewandten Seite zugedeckt sind.

Die Erfindung kann für einstufige, insbesondere aber für mehrstufige Flüssigkeitsringgaspumpen verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsringgaspumpe weist nur Steuerscheiben in identischer geometrischer Ausführung auf. Möglich wird dies dadurch, daß die nicht benötigten Öffnungen auf der vom Flügelrad abgewandten Seite durch benachbarte Bauteile abgedeckt werden. Dabei ist es nicht notwendig, daß in der Steuerscheibe der verbleibende offene Raum der nicht benötigten Öffnung ausgefüllt werden muß, obwohl man meinen würde, daß durch diesen zusätzlichen Raum, in dem sich auch zu pumpendes Gas befindet, der Wirkungsgrad verschlechtert wird. Erstaunlicherweise funktioniert aber die erfindungsgemäße Flüssigkeitsringgaspumpe mit den gleichen Leistungsdaten wie eine Flüssigkeitsringgaspumpe ohne die entsprechenden offenen Räume in den Steuerscheiben, da sich der jeweils außen abgedeckten Öffnung im Arbeitsraum axial gegenüber die Öffnung zu den zugehörigen Strömungskanälen befindet. In dieser Position des Flügelrads liegen während des Verdichtungsvorgangs in den benachbarten Flügelradzellen gleiche Drücke vor, wodurch praktisch keine Rückströmungen auftreten. Auch experimentell wurde nachgewiesen, daß es keinen negativen Einfluß auf den Ansaugvolumenstrom der Flüssigkeitsringgaspumpe gibt.

Auch bei einstufigen Pumpen mit diagonaler Durchströmung, bei denen saug- bzw. druckseitig jeweils nur eine Öffnung benutzt wird, kann die Erfindung verwendet werden, wenn die jeweils nicht benutzte Saug- oder Drucköffnung abgedeckt wird. Erfindungsgemäß können daher komplette Flüssigkeitsringgaspumpenbaureihen, bestehend aus ein- und mehrstufigen Maschinen sowie aus Verdichterstufen mit unterschiedlichen axialen Längen an allen Stellen mit den gleichen einheitlichen Steuerscheiben ausgerüstet werden. Durch die Erfindung wird eine bedeutende Reduzierung der Anzahl unterschiedlicher Bauteile erzielt. Dadurch entstehen markante Einsparungen im Fertigungsund Montageprozeß. Die Herstellungskosten einer derartigen Flüssigkeitsringgaspumpe sind daher deutlich geringer.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Steuerscheiben weitere für die Funktion des Verdichters erforderliche Öffnungen (Bohrungen) enthalten können, zum Beispiel für die Flüssigkeit, die wahlweise offen oder abgedeckt sind.

Bei einstufiger Bauweise der Pumpe, bei der die äußeren Steuerscheiben beidseitig sowohl die Saugöffnung als auch die Drucköffnung benötigen, sind die Saug- und Drucköffnungen unabgedeckt.

Zweckmäßigerweise sind die einheitlichen Steuerscheiben ebene Platten und weisen eine Saugöffnung und eine Drucköffnung auf. Die einheitlichen Steuerscheiben können aber auch Gußteile sein und dann ebenfalls eine Saugöffnung und eine Drucköffnung enthalten.

Wird die Steuerscheibe durch Stanzen, Laserbrennen oder Wasserstrahlschneiden erzeugt, ist in vielen Fällen keine weitere Bearbeitung erforderlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1

im Querschnitt eine Flüssigkeitsringgaspumpe des Standes der Technik;

Figur 2

eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringgaspumpe;

Figur 3

eine zweite Form einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringgaspumpe; und

Figur 4

eine erfindungsgemäße Steuerscheibe in Draufsicht.

Figur 1 zeigt eine konventionelle zweistufige Flüssigkeitsringgaspumpe. Diese weist zwei Flügelräder 2 auf, die in zwei Arbeitsräumen 8 angeordnet sind und von einer Welle 9 getragen werden. Axial werden die Arbeitsräume 8 durch Steuerscheiben 3, 4 begrenzt. Wie man sieht, werden vier unterschiedliche Steuerscheiben benötigt.

Figur 2 zeigt in ähnlicher Darstellung eine erfindungsgemäße Pumpe, bei denen die Steuerscheiben 3, 4 mit den Saugöffnungen 6 und Drucköffnungen 7 identische miteinander ausgebildet sind. Durch eine Zwischenwand 10 ist dabei die Drucköffnung 7 der inneren Steuerscheibe 4 der linken (zweiten) Stufe und die Saugöffnung 6 der inneren Steuerscheibe 4 der rechten (ersten) Stufe abgedeckt. Die Drucköffnung der inneren Steuerscheibe 4 der rechten Stufe steht durch einen Kanal 11 mit der Saugöffnung der inneren Steuerscheibe 4 der linken Stufe in Verbindung. Mit 12 sind weitere für die Funktion der Pumpe erforderliche Öffnungen bezeichnet.

Figur 3 zeigt eine einstufige Pumpe, bei der die beiden Steuerscheiben 3 mit der Saugöffnung 6 und der Drucköffnung 7 identisch ausgebildet sind.

In Figur 4 ist schließlich in Draufsicht eine Steuerscheibe 3, 4 mit der Saugöffnung 6 und der Drucköffnung 7 gezeigt.