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Title:
DRY COMPRESSING ORBITING SPINDLE PUMP FOR CONVEYING GASES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/053929
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a dry compressing orbiting spindle pump comprising a stationary, therefore non-rotating during operation, outer threaded spindle that is provided as a fixed spindle (1) and comprising a rotating orbiting rotor (2) that is eccentrically arranged with regard to said fixed spindle (1). The inventive orbiting spindle pump serves to convey, from the inlet area (7) to the outlet area (9), the volumes contained in the working chambers, said chambers being sealed between the fixed spindle (1) and the orbiting rotor (2) and being formed by the threads thereof, whereby the gas inlet (9) to the inlet area (7) is effected by the fixed spindle (1). Said orbiting spindle pump is configured as a vacuum pump such that the orbiting rotor (2) contactlessly surrounds the fixed spindle (1) in the area of the working chambers, and such that the fixed spindle (1) and the orbiting rotor (2) are cooled in order to dissipate heat arising during the compression of the conveying medium. It is thus possible to attain the high number of revolutions required for a vacuum operation by virtue of the non-contactivity due to the fact that the consequential large heat build-up can be compensated for by the cooling.

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Inventors:
BLENS STEPHAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2000/001614
Publication Date:
September 14, 2000
Filing Date:
February 26, 2000
Export Citation:
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Assignee:
BUSCH SA ATEL (CH)
BLENS STEPHAN (DE)
International Classes:
F04C18/107; (IPC1-7): F04C18/107
Domestic Patent References:
WO1987006654A11987-11-05
WO1987006654A11987-11-05
Foreign References:
DE3902902A11990-08-02
DE4014170A11991-11-07
Attorney, Agent or Firm:
MAUCHER, BÖRJES & KOLLEGEN (Dreikönigstrasse 13 Freiburg, DE)
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Claims:
A n s p r ü c h e
1. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe als Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung von Gasen mit einerEinlaßöff nung (9) und einer Auslaßöffnung (10), wobei eine ortsfeste Außengewindespindel als Fixspindel (1) von einem auf einem Exzenter (3) umlaufenden Orbitrotor (2) als Innenge windespindel derart umschlossen ist, daß sich zwischen Fixspindel (1) und Orbitrotor (2) abgeschlossene Arbeits kammern über Zahnlückenräumen bilden, deren Volumina bei Drehung von Exzenter (3) und Orbitrotor (2) vom Einlaßraum (7) zum Auslaßraum (8) transportiert werden, wobei der Gaseinlaß (9) zum statisch dichten Einlaßraum (7) durch die Fixspindel (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Orbitspindelpumpe dadurch als Vakuumpumpe ausgebildet ist, daß der Orbitrotor (2) die Fixspindel (1) im Bereich der Arbeitskammern berührungslos umfaßt und daß zum Abführen von bei der Verdichtung des Fördermediums entstehender Wärme die Fixspindel (1) und der Orbitrotor (2) gekühlt sind.
2. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wärmeabführung aus der Fixspindel (1) ein integrierter Kühlmitteldurchfluß (18) vorgesehen ist und das Kühlmittel vorzugsweise Wasser ist.
3. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wärmeabführung aus dem Orbitrotor (2) dessen Außenoberfläche, insbesondere eine Außenverrippung (20) des Orbitrotors (2), vorgesehen ist, wobei gegebenenfalls ein Lüfter (19) zur Verbesserung der Luftströmung und damit des Wärmeabtransports vorgesehen sein kann.
4. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfreiheit zwischen Fixspindel (1) und Orbitrotor (2) durch ein Synchronisations getriebe (4,5) außerhalb des Pumpenarbeitsraumes ständig erzeugt wird.
5. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (3A) mit erhöhter Drehzahl angetrieben wird, mindestens mit einer Antriebs drehzahl von 3000 min'.
6. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Fixspindel (1) und dem Orbitrotor (2) mehrere einzeln abgeschlossene Schöpf arbeitskammern hintereinander geschaltet sind, wobei das einlaßoder saugseitige Schöpfkammervolumen vorzugsweise größer als das auslaßseitige Schöpfkammervolumen ist.
7. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixspindel (1) eingängig und der Orbitrotor (2) zweigängig ausgeführt sind.
8. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der stirnseitig kreisförmige Durchmesser der Fixspindel (1) und/oder die Steigung des Fixspindelgewindes in Auslaßachsrichtung abnehmen.
9. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Orbitspindelpumpe (1) vollständigtrockenlaufendist, indem für die Lagerung (12,14) und die Synchronisationsverzahnung (4,5) eine einmalige, werkseitig vornehmbare Lebensdauer fettschmierung vorgesehen ist und die Lagerung (12,14) insbesondere als Hybridlagerung, also Keramikkugeln in Stahlringen, ausgeführt ist.
10. Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorrotor eines Elektroantriebes direkt auf dem Exzenter (3) zwischen den Lagern (14.1A und 14.2B) befestigt ist.
Description:
Trockenverdichtende Orbitspindelpumpe zur Förderung von Gasen Die Erfindung betrifft eine trockenverdichtende Orbitspindelpumpe als Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung von Gasen mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, wobei eine ortsfeste Außengewindespindel als Fixspindel von einem auf einem Exzenter umlaufenden Orbitrotor als Innengewindespindel derart umschlossen ist, daß sich zwischen Fixspindel und Orbitrotor abgeschlosseneArbeitskammernüberZahnlückenräumenbilden, deren Volumina bei Drehung von Exzenter und Orbitrotor vom Einlaßraum zum Auslaßraum transportiert werden, wobei der Gaseinlaß zum statisch dichten Einlaßraum durch die Fixspindel erfolgt.

Eine vergleichbar aufgebaute, jedoch zur Förderung von Flüssig- keiten dienende Pumpe, nämlich eine Tauchpumpe, ist aus DE 39 02 902 A1 bekannt. Diese Pumpe arbeitet mit einer Berührung zwischen den beiden relativ zueinander rotierenden Verdrängerkör- pern, was bei Flüssigkeitspumpen aufgrund einer gewissen Schmierwirkung des Mediums auch funktioniert, bei einer zur Gasförderung dienenden Orbitspindelpumpe als Verdrängermaschine aber zu hoher Reibung und entsprechend hohem Verschleiß führt.

Ferner sorgt das flüssige Fördermedium ständig für einen ausreichenden Abtransport der in den mechanischen Bauelementen entstehenden Wärme, was bei einer Gasförderung mit einer Pumpe gemäß DE 39 02 902 A1 bei deutlich höherer Drehzahl nicht im erforderlichen Umfang möglich wäre.

Analoges gilt für die durch DE 40 14 170 A1 bekanntgewordene Moineau-Pumpe.

Aus der US-A-2 765 114 ist ein Kompressor anderer Gattung bekannt, bei welchem die im Inneren befindliche, konisch gestaltete Spindel keine Fixspindel ist, sondern rotiert, während ein äußerer Stator

aus federndem oder gummiartigem Werkstoff vorhanden ist. Somit ist auch in diesem Falle die Abfuhr von entstehender Wärme kaum möglich und auch nicht vorgesehen.

Aus WO 87/06654 ist eine vergleichbare Orbitspindelpumpe als Verdrängermaschine für kompressible Medien bekannt, bei welcher es nicht möglich ist, daß der Gaseinlaß zum Einlaßraum durch die Fixspindel erfolgt, weil diese durch Lagerungsmittel so gehalten ist, daß für einen inneren Durchlaß für das Medium kein Platz vorhanden ist. Darüber hinaus sind keine Vorkehrungen für eine Abfuhr von durch die Kompression entstehender Wärme vorhanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Orbitspindelpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine möglichst einfache und robuste sowie preiswerte und kompakte Bauweise erlaubt und bei einflutiger Arbeitsweise als Vakuumpumpe, also zur Erzeugung von Unterdrücken, geeignet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Orbitspindelpumpe dadurch als Vakuumpumpe ausgebildet ist, daß der Orbitrotor die Fixspindel im Bereich der Arbeitskammern berührungslos umfaßt und daß zum Abführen von bei der Verdichtung des Fördermediums entstehender Wärme die Fixspindel und der Orbitrotor gekühlt sind.

Durch die Kombination dieser Maßnahmen können vakuumspezifisch hohe Kompressionsverhältnisse erreicht werden, da einerseits Reibung zwischen dem Orbitrotor und der Fixspindel vermieden und andererseits bei der Kompression entstehende Wärme durch die Kühlung der Fixspindel und des Orbitrotors abgeführt wird. Die <BR> <BR> <BR> bei der Verdichtung des Fördermediums entstehende Wärmemenge kann also dadurch abgeführt werden, daß sowohl die Fixspindel als auch der Orbitrotor definiert gekühlt werden. Entsprechend hohe Drehzahlen, wie sie für den volumetrischen Wirkungsgrad von Vakuumpumpen günstiger sind, können nun endlich erreicht werden.

Zweckmäßig ist es, wenn für die Wärmeabführung aus der Fixspindel ein integrierter Kühlmitteldurchfluß vorgesehen ist und das Kühlmittel vorzugsweise Wasser ist. Somit kann die Verdichtungs- wärme aus der Fixspindel aufgenommen und beispielsweise über außenliegende Kühlrohre oder einen direkt angeschlossenen Wärmetauscher wieder abgegeben werden.

Für die Wärmeabführung aus dem Orbitrotor kann dessen Außenober- fläche, insbesondere eine Außenverrippung des Orbitrotors, <BR> <BR> <BR> <BR> vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls ein Lüfter zur Verbesserung der Luftströme und damit des Wärmeabtransportes vorgesehen sein kann. Die Verdichtungswärme aus dem Orbitrotor kann also direkt an dessen Außenseite oder äußerer Verrippung abgeführt werden.

Ein Lüfter in radialer und/oder axialer Bauart kann dabei die Luftströmung und damit den Wärmeabtransport verbessern.

Die ortsfeste Gewindespindel, vorstehend und nachfolgend auch als"Fixspindel"bezeichnet, wird von einem auf einem Exzenter umlaufenden Orbitrotor, wie bereits erwähnt, derart umschlossen, <BR> <BR> <BR> <BR> daß sich zwischen der Fixspindel und dem Orbitrotor abgeschlossene Arbeitskammern über die bekannten Zahnlückenräume bilden, deren Volumina bei der Drehung von Exzenter und Orbitrotor vom Einlaß zum Auslaß transportiert werden, wobei Berührungslosigkeit zwischen diesen Teilen vorgesehen ist. Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Berührungsfreiheit zwischen Fixspindel und Orbitrotor durch ein Synchronisationsgetriebe außerhalb des Pumpenarbeits- raumes ständig erzeugt wird. Dabei kann die Fixspindel ein außenverzahnten Spindelgewinde mit einer Gangzahl n haben, wobei die Gangzahl der Fixspindel zum Beispiel zu n = 1 gewählt werden kann, das heißt die Fixspindel kann eingängig, der Orbitrotor hingegen zweigängig ausgeführt sein. Damit ergeben sich im Stirnschnitt der Fixspindel kreisförmige Profilkonturen, deren Mittelpunkte stets auf dem Wälzkreis des außenverzahnten Synchronisationszahnrades liegen, dessen Wälzkreisradius genau

so groß wie die Exzentrizität als Abstand zwischen der fest- stehenden Achse und der umlaufenden Achse ist.

Der Orbitrotor hat ein innenverzahntes Spindelgewinde mit einer Gangzahl, die gegenuber der Fixspindel vorzugsweise um den Wert 1 höher liegt, so daß bei Gestaltung der Profilkonturverläufe über die hinlänglich bekannten Rollkurven die bekannten abgeschlossenen Arbeitskammern entstehen, deren Hintereinanderschaltung vakuumspezifisch hohe Kompressionswerte ermöglicht, wenn für die erfindungsgemäße Wärmeabfuhr gesorgt wird.

Wird die Gangzahldifferenz zwischen Fixspindel-Gewinde und Orbitspindel-Gewinde größer als 1 gewählt, ist zusätzlich noch das bekannte Einlegeteil zwischen den beiden Spindelgewinden <BR> <BR> <BR> <BR> erforderlich, sodaßwiederabgeschlosseneArbeitsräumeentstehen.

Dieses Einlegeteil kann für einige Anwendungen günstiger sein, in der überwiegenden Mehrheit der Applikationen wird jedoch die genannte Gangzahldifferenz von 1 wegen des geringen Aufwandes die günstigere Lösung sein, wobei die zweigängige Ausführung der Orbitrotorspindel ein optimaler Kompromiß bezüglich einfacher Herstellbarkeit und guten Kompressionseigenschaften bezüglich Schöpfkammervolumen zur inneren Gasrückströmung darstellen kann.

Die schon erwähnte berührungslose Abwälzung zwischen der Fixspindel und dem Orbitrotor kann mit einem definierten Flankenabstandswert, auch als"Spiel"bezeichnet, erfolgen. Der Wert dieses Spieles liegt bei kalter Maschine bzw. Orbit- spindelpumpe vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1mm und 0,2mm.

Aufgrund der berührungslosen Arbeitsweise und der Kühlung kann <BR> <BR> <BR> <BR> der Exzenter mit erhöhter Drehzahl angetrieben werden, mindestens mit einer Antriebsdrehzahl von 3000 min-'. Dies trägt dazu bei, den Forderungen der Vakuumtechnik zu genügen.

Zwischen der Fixspindel und dem Orbitrotor können mehrere einzeln

abgeschlossene Schöpfarbeitskammern hintereinander geschaltet sein, wobei das einlaß-oder saugseitige Schöpfkammervolumen vorzugsweise größer als das auslaßseitige Schöpfkammervolumen ist. Durch diese Maßnahme ist eine Reduzierung des Energiebedarfes und damit auch eine Senkung der auftretenden Verdichtungs- temperaturen möglich, da sich durch die Veränderung der Schöpfkammervolumina eine"innere Verdichtung"erreichen läßt, indem sich die Radien der Stirnschnittkreise und/oder die Steigung des Spindelgewindes vom Einlaß zum Auslaß verringern. Der stirnseitig kreisförmige Durchmesser der Fixspindel und/oder die Steigung des Fixspindelgewindes können also in Auslaßrichtung abnehmen. Das Verhältnis vom einlaßseitigen zum auslaßseitigen Schöpfkammervolumen kann dabei in einem Bereich zwischen 2 und 8 liegen. Diese Änderung des Schöpfkammervolumens erfolgt in Rotorlängsachsrichtung und kann sowohl kontinuierlich als auch sprunghaft erfolgen. Zur Erreichung der gewünschten, vakuumspezi- fisch recht hohen Kompressionsverhältnisse dient dabei die Maßnahme, mehrere abgeschlossene Arbeitskammern hintereinander- zuschalten, wobei ihre Anzahl im wesentlichen von dem gewünschten Kompressionsvermögen abhängt und größer als 2, für eine gute Vakuumpumpe vorzugsweise im Bereich zwischen 3 und 7 liegt.

Günstig für den angestrebten Zweck ist es, wenn die Orbit- spindelpumpe vollständig trockenlaufend ist, indem für die Lagerung und die Synchronisationsverzahnung eine einmalige, werkseitig vornehmbare Lebensdauerfettschmierung vorgesehen ist und die Lagerung insbesondere als Hybridlagerung, also Keramikku- geln in Stahlringen, ausgeführt ist. Für einen vollständigen Trockenlauf wird also auf Ölschmierung verzichtet. Die Syn- chronisationsverzahnung weist dabei im Flankeneingriff keine Umfangsgeschwindigkeit auf, so daß die geschwindigkeitsrelevante Zahnflankenbelastung nur noch von den Gleitanteilen des Eingriffs bestimmt wird. Diese können gezielt reduziert werden, indem die Berührung der beiden Zahnflanken auf die unmittelbare Nähe des

Wälzkreises beschränkt wird. Die damit verbundene Reduzierung der Profilüberdeckung wird durch eine entsprechende Sprung- überdeckung wieder kompensiert, so daß der Gesamtüberdeckungsgrad eine sichere Synchronisation der beiden Zahnräder des Syn- chronisationsgetriebes ermöglicht. Die notwendige Einstellung der Synchronisation zwischen Fixspindel und Orbitspindel für die Gewährleistung der Berührungsfreiheit im Pumpenarbeitsraum kann dabei vorteilhafterweise am außenverzahnten Zahnrad erfolgen, dessen gehäusefeste Positionierung mit anschließender Fixierung dieerforderlicheFlankenspieleinstellungzwischenderortsfesten Fixspindel und dem umlaufenden Orbitrotor sicher und einfach sowie ständig exakt ermöglicht.

Durch die Fettschmierung entsteht der weitere Vorteil, daß die Position der Orbitspindelpumpe völlig frei gewählt werden kann, also sowohl senkrechte als auch waagerechte Aufstellungen möglich sind, bei denen also die Längsachse der Fixspindel senkrecht oder horizontal oder auch schräg verläuft.

Schließlich sei noch erwähnt, daß der Motorrotor eines Elektro- motors direkt auf dem Exzenter zwischen den Lagern befestigt sein könnte, um den Drehantrieb zu bewirken.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungnäherbeschrieben. Es zeigt in zum Teil schematisierter Darstellung : Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Orbit- spindelpumpe, Fig. 2 eine vereinfachte Form der Abstützung des Orbit- spindelrotors,

Fig. 3 einen Querschnitt der Abstützung des Orbitspindelrotors gemäß Fig. 2 sowie Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Orbitspindelpumpe, bei welcher der Antriebsmotor unmittelbar auf die Antriebswelle bzw. den Exzenter montiert ist.

Eine trockenverdichtende Orbitspindelpumpe dient als Verdränger- maschine zur Förderung und Verdichtung von Gasen und weist eine Einlaßöffnung 9 und eine Auslaßöffnung 10 auf. Dabei ist eine ortsfeste Gewindespindel mit Außengewinde als Fixspindel 1 bezeichnet und vorgesehen und von einem im Betrieb umlaufenden Orbitrotor 2 als Innengewindespindel derart umschlossen, daß zwischen der Fixspindel 1 und dem Orbitrotor 2 abgeschlossene Arbeitskammern über Zahnlückenräumen gebildet sind, deren Volumina bei der Drehung eines Exzenters 3 und des Orbitrotors 2 vom Einlaß 9 zum Auslaß 10 transportiert werden. <BR> <BR> <P>DerEinlaß9 fürdasFördermediumerfolgtdabeiimAusführungsbei- spiel durch die Fixspindel 1, so daß für die angestrebte Erzeugung oder Anwendung für ein Vakuum saugseitig weder eine Schöp- fraumwellenabdichtung noch eine Lagerung vorhanden sind, weil gleichzeitig der die Fixspindel 1 umfassende Orbitrotor 2 im Einlaßraum 7 komplett geschlossen ausgeführt ist.

Die Orbitspindelpumpe des Ausführungsbeispieles ist dabei dadurch als Vakuumpumpe ausgebildet, daß der Orbitrotor 2 die Fixspindel 1 im Bereich der Arbeitskammern berührungslos umfaßt und daß zum Abführen von bei der Verdichtung des Fördermediums entstehender Wärme die Fixspindel 1 und der Orbitrotor 2 in noch zu be- schreibender Weise gekühlt sind.

Im Ausführungsbeispiel erhält die gestellfeste Fixspindel 1 ein

integriertes Kühlsystem 18i, das durch einen schneckenförmig an der Innenseite der Fixspindel 1 verlaufenden Kanal gebildet sein kann und von einem Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, durchströmt werden kann. Dadurch kann die Verdichtungswärme aus der Fixspindel <BR> <BR> <BR> aufgenommenundbeispielsweiseüber außenliegendeNühlrohre18ab oder einen nicht näher dargestellten, direkt angeschlossenen Wärmetauscher wieder abgegeben werden.

Für die Wärmeabführung aus dem Orbitrotor 2 ist dessen Außenober- fläche, im Ausführungsbeispiel eine Außenverrippung 20 des Orbitrotors 2 vorgesehen. Die Verdichtungswärme aus dem Orbitrotor wird also direkt über die äußere Verrippung 20 des Orbitrotors abgeführt, wobei zusätzlich ein Lüfter 19 in radialer und/oder axialer Bauart die Luftströmung und dadurch den Wärmeabtransport verbessern kann.

Für das berührungslose Abwälzen zwischen der Fixspindel 1 und dem Orbitrotor 2 im Pumpenarbeitsraum sorgt dabei ein Syn- chronisationsgetriebe 4 und 5. Die Fixspindel 1 hat ein außenverzahntes Spindelgewinde mit einer Gangzahl n, wobei diese Gangzahl vorzugsweise mit"1"gewählt wird. Damit ergeben sich im Stirnschnitt der Fixspindel 1 kreisförmige Profilkonturen, deren Mittelpunkte stets exakt auf dem Wälzkreis des außen- verzahnten Synchronisationszahnrades 5 liegen, dessen Wälz- kreisradius so groß wie die Exzentrizität e als Abstand zwischen der feststehenden Achse AO-BO und der umlaufenden Achse AR-BR gemäß Figur 1 ist.

Der Orbitrotor 2 hat ein innenverzahntes Spindelgewinde mit einer Gangzahl, die gegenüber der Gangzahl der Fixspindel 1 um den Wert "1"höher liegt, im Ausführungsbeispiel mit einer eingängigen Fixspindel 1 also"2"beträgt, so daß bei Gestaltung der Profilkonturverläufe über die an sich bekannten Rollkurven die zuvor genannten abgeschlossenen Arbeitskammern entstehen, deren

Hintereinanderschaltung die vakuumspezifisch hohen Kompressions- werte ermöglicht.

Damit mit dieser trockenverdichtenden Orbitspindelpumpe die Anforderungen an ein gutes Vakuum erfüllt werden können, kann der Exzenter 3a und damit der Orbitrotor 2 mit erhöhter Drehzahl angetrieben werden, beispielsweise mindestens mit einer Antriebsdrehzahl von 3000 min-'.

Zwischen der Fixspindel 1 und dem Orbitrotor 2 sind mehrere einzeln abgeschlossene Schöpf-Arbeitskammern, wie bereits erwähnt, hintereinandergeschaltet. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß zur Reduzierung des Eigenbedarfes und damit auch zur Senkung der auftretenden Verdichtungstemperaturen die bekannte"innere Verdichtung"vorgesehen ist, indem das einlaßseitige Volumen der Arbeitskammer größer als das auslaßseitige Volumen der Arbeits- kammern ausgeführt wird, indem sich die Radien der Stirnschnitt- kreise und/oder die Steigung des Spindelgewindes vom Einlaß zum Auslaß verringern.

Die Reduzierung der Stirnschnittradien ist in Figur 1 beispielhaft dargestellt. Dieses Verhältnis vom einlaßseitigen zum aus- laßseitigen Schöpfkammervolumen beziehungsweise Arbeits- kammervolumen liegt vorzugsweise im Wertebereich zwischen 2 und 8. Die Änderung des Schöpfkammervolumens erfolgt in Rotorlängs- achsrichtung und kann sowohl kontinuierlich als auch sprunghaft erfolgen. Dabei werden an diesen Stellen der Schöpfkammervolumen- änderung am Orbitrotor die hinlänglich bekannten Überblas-bzw.

Bypassventile vorgesehen, um den bei höheren Ansaugdrücken entstehenden Überdruck in der Schöpfkammer abzubauen und somit die Antriebsleistung bei höheren Ansaugdrücken gering zu halten.

Durch diese Maßnahme reduziert sich der Energiebedarf deutlich und liegt unterhalb des Leistungswertes beispielsweise von bekannten Drehschieberpumpen.

Zur Erreichung der gewünschten, vakuumspezifisch recht hohen Kompressionsverhältnisse werden mehrere abgeschlossene Arbeits- kammern hintereinandergeschaltet, deren Anzahl im wesentlichen von den gewünschten Kompressionsvermögen abhängt und größer als 2 sein sollte. Für den Betrieb als Vakuumpumpe beträgt dieser Wert zweckmäßigerweise zwischen 3 und 7.

Der Antrieb der trockenverdichteten Orbitspindelpumpe erfolgt zweckmäßigerweise am Exzenter 3a beispielsweise über einen Riementrieb 11, so daß gleichzeitig die gewünschte Drehzahl- erhöhung erreicht wird.

Es ist aber auch möglich und für viele Anwendungen sinnvoll, den Antriebselektromotor 25 gemäß Fig. 4 unmittelbar auf den Exzenter 3a zu setzen, indem der Motorrotor 26 eines solchen Elektroantrie- bes direkt auf dem Exzenter 3 zwischen den Lagern 14.1 und 14.2 auf der Seite A befestigt ist, während der Motorstator 27 sich direkt im Gehäuse 6 befindet. Dabei umfaßt der Exzenter 3a weiterhin die um die Exzentrizität e versetzte Orbitspindel- lagerung 12A. Zur Realisierung höherer Drehzahlen sollte der Antriebsmotor mit einem Frequenzumrichter betrieben werden, wodurch gleichzeitig noch ein Überlastschutz entsteht.

Dabei sind in Fig. 4 die zur Kühlung des Rotors dienenden Maßnahmen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, der Einfachheit halber nicht erneut gezeichnet, aber bei der Verwirklichung dieses Ausführungsbeispieles vorgesehen.

Um bei der Parameterauswahl zur Spindelgeometrie (Exzentrizität, Steigungswerte, RadienderStirnschnittkreise, LängeundDrehzahl) möglichst ungebunden zu sein, ist es vorteilhaft, wenn der Orbitrotor möglichst beidseitig abgestützt werden kann, also zusätzlich noch auf der Auslaßseite B, wobei günstigerweise jede dortige Lagerung und die damit verbundene notwendige Schöpf-

raumwellenabdichtung in der Vakuumtechnik ohne große Druckdiffe- renz erfolgt, weil gegen Atmosphäre ausgeschoben wird. Dabei gibt es die Möglichkeit über eine klassische Doppellagerung mit einem zweiten Exzenter 3B, wie es beispielhaft in Figur 1 dargestellt ist. Dabei kann abhängig von den Reibwerten und den Hebelverhält- nissen am Exzenter jedoch die Gefahr des Klemmens nach dem Prinzip der Pendellagerung nicht ausgeschlossen werden. Daher wird gemäß Fig. 2 und Fig. 3 für diese zusätzliche auslaßseitige Orbitrotor- abstützung Orbitabstützung 22 mit dem Radius R vorzusehen, die von einer am umlaufenden Orbitrotor 2 festen Führungsbahn 21 ähnlich einem runden Längsloch mit der Länge der vierfachen Exzentrizität und jeweils kreisförmigen Endhalbkreisen mit etwa dem Radius R umfaßt wird. Diese Gestaltung entspricht verzahnungs- technisch genau der Abwälzung im Pumpenarbeitsraum zwischen der Fixspindel und dem Orbitrotor zum Transport des Fördermediums mit dem einzigen Unterschied, daß gegenüber der berührungslosen Abwälzung im Schöpfraum bei dieser auslaßseitigen Orbitrotor- abstützung eine Berührung erfolgt und zwar günstigerweise derartig, daß die bei der Abwälzung der Rollkurven zwischen der Führungsbahn21undderortsfestenorbitabstützung22auftretende n Wälzanteile der Bewegung für den abstützenden Kontakt in der Führungsbuchse 23 genutzt werden, so daß der Verschleiß der beiden Kontaktflächen minimiert wird, wohingegen durch die Gleitanteile der Rotorbewegungen zueinander ein gewisses Freischaben der <BR> <BR> <BR> <BR> Kontaktflächenerfolgt. DieseStützlagerungdesOrbitrotorssollte mehrstufig mit entsprechendem Winkelversatz zueinander ausgeführt werden, um die auftretenden Belastungen aus den verschiedenen Richtungen besser auffangen zu können. Gleichzeitig kann diese Hintereinanderschaltung in beschränktem Ausmaß auch noch über die dadurch entstehende Pumpwirkung als gewisse Schöpf raumwellen- abdichtung ausgeführt werden, denn grundsätzlich sind die auftretenden Druckdifferenzen sehr günstig.

Für die Orbitrotorabstützung kann aufgrund der freien Gestaltungs-

möglichkeiten auf der Antriebsseite A kann die dortige Orbit- abstützung hinreichend steif ausgeführt werden, insbesondere wenn der Antriebsmotor (wie bereits erwähnt) zwischen die Exzenter- lagerung 14.1 und 14.2 gesetzt wird, so daß günstigerweise auslaßseitig auf jede Orbitabstützung völlig verzichtet werden kann. Durch diese fliegende Orbitlagerung werden die anderen Merkmale, wie beispielsweise die Wärmeabführung, nicht beein- trächtigt, hingegen wird gleichzeitig die Anzahl der Schöp- fraumwellenabdichtungen vorteilhafterweise auf nur eine Abdichtung <BR> <BR> <BR> <BR> 15reduziert, dienebendervölligfehlendenArbeitsdruckdifferenz günstigerweise noch einen langen Abdichtweg zum Auslaß aufweist und somit gut geschützt werden kann.

Die voraussichtlich günstigste Lösung ergibt sich gleichwohl aus folgender Kombination : Auf der Antriebsseite wird mit dem direkt auf dem Exzenter 3A montierten Antriebsmotor bereits eine hinreichend steife und stabile Abstützung der Orbitrotorspindel erreicht.

Für kritische Anwendungen, beispielsweise bei der Förderung toxischer Gase, ist der Auslaß und das Pumpengehäuse 6 derartig zu gestalten, daß es nach außen hermetisch dicht ist, also alle in der Fig. 1 dargestellten Gehäuseöffnungen sind zu verschließen, so daß der gesamte Raum zwischen Orbitrotor 2 und Gehäuse 6 mit dem Auslaßgas geflutet ist. Der Wärmeabtransport kann dann, wie beschrieben, beispielsweise über einen separaten Wärmetauscher erfolgen oder über eine Verrippung des Gehäuses.

Desweiteren ist für einen ruhigen und vibrationsarmen Lauf der Orbitspindelpumpe bei den angestrebten höherenDrehzahlen (mind.

3000 min-'un deutlich höher) für die umlaufenden Elemente des Exzenters und hauptsächlich für den Orbitrotor ein sorgfältiger Massenausgleich vorzusehen, beispielsweise in Form der in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellten Ausgleichsmassen 16 und 17. Dabei kann

durch geschickte Materialauswahl der Aufwand zum Massenausgleich deutlich gesenkt werden, indem der Werkstoff dieser Ausgleichs- massen eine höhere Dichte aufweist als das auszugleichende Gewicht. Beispielsweise ist bei der Materialwahl für den Orbitrotor wegen der erforderlich guten Wärmeleiteigenschaft ein Aluminiumwerkstoff günstig, so daß die Ausgleichsmassen vorteilhafterweise in Stahl auszuführen sind und bei einer vernünftig hohen Entfernung von der Drehachse entsprechend klein gestaltet werden können sowie durch äußere Anbringung auch ebenenweise gut positionierbar sind. Damit ist ein ruhiger und vibrationsarmer Lauf der Orbitspindelpumpe bei den angestrebten höheren Drehzahlen sicher erreichbar.

Desweiteren kann für die Orbitspindelpumpe ein vollständiger <BR> <BR> <BR> Trockenlauf er r eicht werden, indem durch Verzicht aufölschmierung die Lagerung und Synchronisationsverzahnung mit einer Lebensdauer- fettschmierung versehen werden. Die Synchronisationsverzahnung weist bei dieser Orbitspindelpumpe im Flankeneingriff keine Umfangsgeschwindigkeit auf, so daß die geschwindigkeitsrelevante <BR> <BR> <BR> <BR> Zahnflankenbelastung nur noch von den Gleitanteilen des Eingriffs bestimmt wird. Diese Gleitanteile im Flankenkontakt können nun gezielt reduziert werden, indem die Berührung der beiden Zahnflanken auf die unmittelbare Nähe des Wälzkreises beschränkt wird. Die damit verbundene Reduzierung der Profilüberdeckung wird durch eine entsprechende Sprungüberdeckung wieder kompensiert, so daß der Gesamtüberdeckungsgrad eine sichere Synchronisation der beiden Zahnräder 4 und 5 ermöglicht. Die notwendige Einstellung der Synchronisation zwischen Fixspindel und Orbitspindel für die Gewährleistung der Berührungsfreiheit im Pumpenarbeitsraum erfolgt günstigerweise am außenverzahnten Zahnrad 5, dessen gehäusefeste Positionierung mit anschließender Fixierung die erforderliche Flankenspieleinstellung zwischen der ortsfesten Fixspindel und dem umlaufenden Orbitrotor sicher und einfach sowie ständig exakt gewährleistet.

Durch die Fettschmierung entsteht desweiteren noch der Vorteil, daß die Position der Orbirspindelpumpe völlig frei gewählt werden kann, also sowohl senkrechte als auch waagerechte Aufstellungen sind möglich, wobei für die schwierigeren Anwendungen der problemlose Abtransport von Partikeln und/oder Flüssigkeiten zu berücksichtigen ist.

Die trockenverdichtende Orbitspindelpumpe mit einer ortsfesten, im Betrieb also nicht rotierenden Außengewindespindel als Fixspindel 1 und einem demgegenüber exzentrisch angeordneten und umlaufenden Orbitrotor 2 dient dazu, zwischen Fixspindel 1 und Orbitrotor 2 aufgrund von deren Gewinden gebildeten abge- schlossenen Arbeitskammern deren Volumina vom Einlaßraum 7 zum Auslaßraum 9 zu transportieren, wobei der Gaseinlaß 9 zu dem Einlaßraum 7 durch die Fixspindel 1 erfolgt. Diese Orbit- spindelpumpe ist dadurch als Vakuumpumpe ausgebildet, daß der Orbitrotor 2 die Fixspindel 1 im Bereich der Arbeitskammern berührungslos umfaßt und daß zum Abführen von der bei der Verdichtung des Fördermediums entstehenden Wärme die Fixspindel 1 und der Orbitrotor 2 gekühlt sind. Somit sind die für einen Vakuumbetrieb erforderlichen hohen Drehzahlen aufgrund der Berührungslosigkeit möglich, weil die damit einhergehende große Wärmeentwicklung durch die Kühlung kompensiert werden kann.

Ansprüche