DE2225327A1 - Vacuum pump - Google Patents
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Description
Bei den bisher üblichen mechanischen Pumpen zur Erzeugung eines Primärvakuums wie bei den Flügelpumpen oder Schwingkolbenpumpen ergeben sich in den aktiven Pumpteilen Reibungsbereiche, welche geschmiert werden müssen. Durch den zwischen den aktiven Pumpteilen infolgedessen vorhandenen Ölfilm erreichen diese herkömmlichen mechanischen Pumpen eine hohe Druckleistung, da der Ölfilm praktisch jedes Spiel zwischen den aktiven Teilen ausschaltet und dadurch seitliche und radiale Leckverluste des Pumpmediums stark herabsetzt. Außerdem wird durch dieses öl die durch die Pumparbeit sowie durch die mechanische Reibung entstehende Wärme sehr gut in der Masse der Pumpe verteilt, wodurchIn the mechanical pumps used up to now to generate a primary vacuum, such as in the case of vane pumps or oscillating piston pumps there are friction areas in the active pumping parts that have to be lubricated. By between the active pumping parts as a result of the existing oil film, these conventional mechanical pumps achieve a high pressure performance because of the Oil film virtually eliminates any play between the active parts and thereby greatly reduces lateral and radial leakage losses of the pump medium. In addition, this oil is the The heat generated by the pumping work and the mechanical friction is very well distributed in the mass of the pump, whereby
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unterschiedliche Dixatationen vermieden werden können, welche zu einem Pressen der verschiedenen Organe führen würden.different dixatations can be avoided which would lead to a pressing of the various organs.
Leider sind diese Pumpen Jedoch nach außen hin nicht einwandfrei dicht und die Schmierung der Reibungsbereiche verursacht eine Verschmutzung des Pumpmediums und der Pumpräume. Trotz vieler Versuche, hier eine Besserung durchzuführen, ergeben sich bei vielen Anwendungen derartiger Pumpen schwerwiegende Nachteile.Unfortunately, these pumps are not perfectly sealed to the outside and the lubrication of the friction areas causes a Contamination of the pump medium and the pump rooms. Despite many attempts to improve this, result in many applications of such pumps have serious disadvantages.
Um diese Nachteile ein für alle Mal zu verhinern, wurden bereits volumetrische Vakuumpumpen vorgeschlagen, bei denen die aktiven Teile sich genau und zwangsläufig aufeinander kreisförmig translatorisch abwälzen, ohne daß eine Reibung auftritt und eine Schmierung erforderlich ist, sodaß der Innenraum des Pumpbereiches sowohl nach außen hin wie gegenüber den geschmierten Pumpenorganen völlig abgedichtet ist. Derartige Pumpen sind vor allem in der französischen Zusatzpatentschrift 93 0^8 vom 29· September 1967 des Anmelders beschrieben.In order to prevent these disadvantages once and for all, volumetric vacuum pumps have already been proposed in which the active parts roll precisely and inevitably in a circular translatory manner on one another, without friction occurring and lubrication being required, so that the interior of the pumping area both to the outside how it is completely sealed against the lubricated pump organs. Such pumps are described above all in the French additional patent specification 93 0 ^ 8 of September 29, 1967 by the applicant.
Um den Leistungen der herkömmlichen mechanischen Pumpen zur Erzeugung eines Primärvakuums nahezukommen, müssen die in dieser Zusatzpatentschrift beschriebenen Vakuumpumpen folgende Bedingungen erfüllen:In order to come close to the performance of conventional mechanical pumps for generating a primary vacuum, the pumps in this The vacuum pumps described in the additional patent specification meet the following conditions:
1. Eine einwandfreie sehr wirkungsvolle Ausbildung der aktiven Pumporgane;1. A perfect, very effective training of the active pumping organs;
2. Ein sehr geringes und stets gleichbleibendes Seiten- und Radialspiel zwischen den wirksamen Pumpflächen, was erfordert:2. A very small and always constant side and radial play between the effective pumping surfaces, what requires:
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eine hohe Genauigkeit in der kinematischen Funktion ohne jegliche Durchbiegung oder Verformung aufgrund der aus der Bewegung und den Druckwirkungen entstehenden Kräfte;high accuracy in the kinematic function without any deflection or deformation due to the forces arising from the movement and the pressure effects;
Ausschaltung jeglicher unterschiedlicher Dilatation infolge der durch die Pumparbeit und die mechanische Bewegung erzeugten Erwärmung, die zwangsläufig eine Veränderung des Spieles zwischen den wirksamen Pumpflächen zur Folge hätte.Elimination of any different dilation due to the pumping work and the mechanical Movement generated warming, which inevitably changes the play between the effective pumping surfaces would result.
Eine derartige Pumpe besteht im wesentlichen aus einem feststehenden Gehäuse mit einer feststehenden Scheibe mit-einem spiralförmigen Band an wenigstens einer Seite, einer dieser feststehenden Scheibe gegenüberliegenden, im Gehäuse abgestützten beweglichen Scheibe mit ebenfalls wenigstens einem spiralförmigen Band mit gleicher Winkelamplitude im Eingriff mit dem,Band der feststehenden Scheibe, mit einer aus wenigstens drei synchron laufenden, eine kreisförmige Translationsbewegung der beweglichen Scheibe im Gehäuse erzeugenden Kurbeltrieben gleicher Exzentrizität bestehenden Abstützung der beweglichen Scheibe im Gehäuse, mit Antriebsorganen für die bewegliche Scheibe, wobei zwischen den spiralförmigen Bändern der beiden Scheiben unabhängig von der jeweiligen Stellung der beweglichen Scheibe ein nur geringes, aber konstantes Spiel vorhanden ist, und mit wenigstens einem einerseits am Gehäuse und andererseits an der beweglichen Scheibe befestigten Abdichtbalg. Such a pump consists essentially of a stationary one Housing with a stationary disc with a spiral band on at least one side, one of these stationary disk opposite, supported in the housing movable disk also with at least one helical band of equal angular amplitude in engagement with the band of the fixed disc, with one of at least three synchronously running crank drives producing a circular translational movement of the movable disc in the housing same eccentricity existing support of the movable disc in the housing, with drive elements for the movable disc, being between the spiral bands of the two discs regardless of the respective position of the movable disc only a small, but constant game is available, and with at least one on the one hand on the housing and on the other hand, sealing bellows attached to the movable disc.
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Bei derartigen Vakuumpumpen, insbesondere bei einer derartigen Vakuumpumpe mit einem einzigen beweglichen Spiralband, wie es in der bereits genannten Patentschrift beschrieben wird, besitzt die dieses bewegliche Spiralband tragende bewegliche Scheibe an ihrer Außenseite ein Mittelorgan in Form einer Hülse zur Verbindung mit den drei Kurbeltrieben, welches vom Abdichtbalg umschlossen wird, während die feststehende Scheibe mit ihrem in das bewegliche Spiralband eingreifenden feststehenden Spiralband einen Teil des feststehenden Gehäuses bildet.In such vacuum pumps, in particular in such a vacuum pump with a single movable spiral belt, as in the aforementioned patent, has the movable disc carrying this movable spiral belt on its outside a central organ in the form of a sleeve for connection to the three crank mechanisms, which is from the sealing bellows is enclosed, while the stationary disk with its stationary spiral belt engaging in the movable spiral belt forms part of the fixed housing.
Der Anmelder konnte nun feststellen, daß diese Anordnung sehr gute Resultate ergibt, so lange das konstante Spiel, welches zwischen den Spiralbändern der beiden Scheiben vorgesehen ist, nicht sehr klein ist, was den Anwendungsbereichen einer derartigen Pumpe entspricht, bei denen die Anforderungen an den gewünschten Unterdruck nicht sehr hoch sind. Eine derartige Anordnung ist jedoch insofern nachteilig, als sie das Risiko ungelegener Kontakte in sich birgt, wenn das konstante Spiel zur Erzielung einer hohen Saugleistung sehr klein gewählt werden muß.The applicant has now found that this arrangement gives very good results as long as the constant play, which is provided between the spiral bands of the two discs, is not very small, which corresponds to the areas of application of such a pump in which the requirements on the desired negative pressure are not very high. However, such an arrangement is disadvantageous in that it increases the risk contains inconvenient contacts if the constant play is chosen to be very small in order to achieve a high suction power must become.
Dieser Nachteil rührt wahrscheinlich daher, daß die der beweglichen Scheibe seitens der Kurbeltriebe erteilte Bewegung über ein Zentralorgan erfolgt, welches Schläge verursachen kann, deren Amplitude, die eventuell im Mittelpunkt noch gering iöt, zum Rande der Scheibe hin zunimmt und damit das Risiko ungelegener Kontakte mit sich bringt.This disadvantage is probably due to that of the movable The movement given to the disc by the crank drives is carried out via a central organ, which can cause blows, whose amplitude, which may still be small in the center, increases towards the edge of the disk and thus the risk is more inconvenient Brings contacts.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Vakuumpumpe der vorgenannten Art, welche vollkommen trocken mit genau kreisförmiger Translationsbewegung arbeitet und unbedingt dicht ist, in der Weise auszubilden, daß sich bei einfacher und robuster Konstruktion eine hohe Genauigkeit im Betrieb und ausgezeichnete Leistungen ergeben, ohne daß die Gefahr einer Verschmutzung, von Leckverlusten oder einer übermäßigen Erwärmung oder eines Pestfressens durch Pehlkontakte bei einwandfreien Ansaug- und Auslaßbedingungen entsteht.The invention has therefore set itself the task of a vacuum pump of the aforementioned type, which works completely dry with a precisely circular translational movement and absolutely tight is to be trained in such a way that with a simple and robust construction, a high level of accuracy in operation and give excellent performance without the risk of contamination, leakage or excessive heating or plague eating caused by faulty contacts with perfect suction and discharge conditions.
Gekennzeichnet ist eine derartige Vakuumpumpe gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß die bewegliche Scheibe an ihrem Rande direkt mit den drei Kurbeltrieben verbunden ist, während ein feststehender Mittelschaft die feststehende Scheibe mit einem feststehenden Unterteil des Gehäuses verbindet und von einem Abdichtbalg umgeben ist, dessen eines Ende mit der beweglichen Scheibe und dessen anderes Ende mit dem Unterteil verbunden ist.Such a vacuum pump according to the invention is identified essentially in that the movable disc is connected at its edge directly to the three crank mechanisms, while a fixed central shaft connects the fixed disc to a fixed lower part of the housing and is surrounded by a sealing bellows, one end of which with the movable disc and the other end with the lower part connected is.
Durch diese Anordnung wird in der Bewegungsübertragung jedes zentrale Zwischenorgan ausgeschaltet, durch welches Schläge verursacht werden könnten, welche sich zum Rande hin verstärken. Demgegenüber wird die äußerste Genauigkeit, welche bereits durch die Anordnung der Kurbeltriebe im Randbereich der beweglichen Scheibe verwirklicht wird, nur noch verstärkt, je näher man der Mitte kommt. Auf diese Weise wird eine sehr genaue Bewegung erreicht, welche ein sehr geringes Spiel zwischen den Spiralbändern ermöglicht, ohne daß eine Berührungsgefahr entsteht, sodaß die Pumpe infolgedessen eine hohe Saugleistung ergeben kann.This arrangement eliminates every central intermediate organ in the transmission of motion, which causes blows could be caused, which intensify towards the edge. In contrast, the utmost accuracy, which is already realized by the arrangement of the crank drives in the edge area of the movable disc, only reinforced, the closer you get to the center. In this way a very precise movement is achieved with very little play between allows the spiral belts without the risk of contact, so that the pump has a high suction power as a result can result.
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Dieses Resultat wird insbesondere dadurch erreicht, daß ein feststehendes Gehäuse vorgesehen wird, welches vorzugsweise aus einem einzigen Teil besteht, dessen Mittelteil von dem Abdichtbalg umschlossen ist und dessen Wandteil drei Ausnehmungen aufweist, in denen die Antriebswellen einwandfrei gelagert sind. Diese Anordnung ergibt ein sehr steifes Aggregat, wodurch jegliche Verformungen oder Durchbiegungen infolge der Druckwirkung im mittleren Abgabebereich des feststehenden Spiralbandes verhindert werden und wodurch ein sehr genauer Ablauf der kreisförmigen Translationsbewegung ermöglicht wird, die durch die drei Kurbeltriebe erzeugt wird, welche sich infolge ihrer einwandfreien Lagerung nicht durchbiegen können.This result is achieved in particular in that a stationary housing is provided, which is preferably consists of a single part, the middle part of which is enclosed by the sealing bellows and the wall part of which has three recesses has, in which the drive shafts are properly stored. This arrangement results in a very stiff unit, as a result of which any deformations or deflections as a result of the pressure effect in the central delivery area of the fixed spiral belt can be prevented and whereby a very precise sequence of the circular translational movement is made possible is generated by the three crank mechanisms, which cannot bend due to their perfect storage.
Die Ansaug- und Abgabebedingungen für das Pumpmedium werden im übrigen noch dadurch verbessert, daß ein feststehender Mittelschaft vorgesehen wird, welcher von dem Abdichtbalg umgeben ist und das feststehende Spiralband trägt. Insbesondere kann für das Ansaugen auf einfache Weise der Ringraum zwischen dem feststehenden Mittelschaft und dem ihn umgebenden Abdichtbalg vorgesehen werden, während eine Abgabeleitung mit ihrem Ventil ohne Schwierigkeiten in der Achse dieses feststehenden Mittelschaftes ausgebildet werden kann. Besonders günstig ist eine senkrechte Anordnung, da hierdurch die Reinigung und die Abfuhr jeglicher Flüssigkeit erleichtert wird, welche innerhalb der Spiralbänder kondensierfähige Dämpfe verursachen könnte.The suction and delivery conditions for the pump medium are also improved by the fact that a fixed central shaft is provided, which is surrounded by the sealing bellows and carries the fixed spiral band. In particular, can for the suction in a simple manner the annular space between the fixed central shaft and the sealing bellows surrounding it be provided, while a delivery line with its valve without difficulty in the axis of this fixed central shaft can be trained. A vertical arrangement is particularly favorable, since it facilitates cleaning and removal any liquid that could cause condensable vapors within the spiral belts is relieved.
Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, welche jede unterschiedliche Dilatation ausschalten, welche das Betriebsspiel zwischen den aktiven Teilen der Pumpe verändern könnten.According to a further special feature of the invention, devices are provided which switch off any different dilation, which could change the operating clearance between the active parts of the pump.
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Zu diesem Zweck sind vorzugsweise das Gehäuse, die aktiven Pumporgane und die mechanischen Bewegungsübertragerorgane aus Werkstoffen hergestellt, welche den gleichen Dilatationskoeffizienten und die gleiche Wärmeleitfähigkeit besitzen. Außerdem ist vorgesehen, daß bei Inbetriebsetzung der Pumpe Einrichtungen wirksam werden, mittels welcher ein Kühlmedium^ derart in Umlauf gebracht wird, daß die durch die Pumparbeit und die mechanische Bewegung erzeugten Wärmeenergien gleichmäßig auf das Gehäuse, die aktiven Pumporgane und die Bewegungsübertragerorgane verteilt werden. Unter diesen Bedingungen bleibt das Punktionsspiel der Pumpe konstant, und zwar sowohl im Betrieb wie bei jeder Inbetriebnahme, selbst wenn diese Inbetriebnahme bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen erfolgt.For this purpose, the housing, the active pumping elements and the mechanical movement transmission elements are preferably made Made of materials that have the same coefficient of expansion and the same thermal conductivity. It is also provided that when the pump is put into operation, devices by means of which a cooling medium ^ is brought into circulation in such a way that the thermal energies generated by the pumping work and the mechanical movement are uniform be distributed to the housing, the active pumping organs and the motion transmission organs. Under these conditions the puncture play of the pump remains constant, both during operation and every time it is started up, even if this is done Commissioning takes place at different ambient temperatures.
Es leuchtet ein, daß bei einer derartigen Pumpe, bei welcher die aktiven Pumporgane ohne gegenseitige Reibung zusammenwirken, die erzeugte Wärmeenergie unter der bleibt, welche in einer herkömmlichen Pumpe, beispielsweise einer Flügelpumpe, erzeugt wird, bei welcher die Reibung eine sehr starke Erwärmung verursacht, die noch durch die thermodynamisehe Pumpwirkung verstärkt wird. Infolgedessen kann die erfindungsgemäße Pumpe mit hohen Drehzahlen arbeiten, was einen der Faktoren zur Leistungssteigerung bildet.It is clear that with such a pump, in which the active pumping elements cooperate without mutual friction, the thermal energy generated remains below that which is generated in a conventional pump, for example a vane pump in which the friction causes a very strong heating, which is intensified by the thermodynamic pumping effect will. As a result, the pump according to the invention can operate at high speeds, which is one of the factors for increasing performance forms.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die Vakuumpumpe ein einziges wirksames Pumporgan mit einem einzigen Spiralband auf der feststehenden Scheibe und einem einzigen Spiralband auf der beweglichen Scheibe.In one embodiment of the invention, the vacuum pump has a single effective pumping element with a single spiral band on the fixed disc and a single spiral band the moving disc.
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Eine Variante der Erfindung, durch welche eine höhere Saugleistung erzielbar ist, besitzt zwei wirksame Pumporgane, wobei die bewegliche Scheibe aus zwei Teilen besteht, deren Spiralbänder mit einigem Abstand einander gegenüberliegen und zwischen denen die feststehende Scheibe mit jeweils einem Spiralband auf jeder Seite derart angeordnet ist, daß ihre Spiralbänder mit den Spiralbändern der zweiteiligen beweglichen Scheibe zusammenwirken, während die zweiteilige Scheibe mit einem einzigen Antriebsmechanismus verbunden ist und der gesamte wirksame Bereich der Pumpe gegenüber der Außenluft durch einen einzigen Abdichtbalg abgedichtet ist.A variant of the invention, through which a higher suction power is achievable, has two effective pumping elements, the movable disc consists of two parts, the spiral bands facing each other with some distance and between which the fixed disc with a spiral band each side is arranged in such a way that its spiral bands cooperate with the spiral bands of the two-part movable disc, while the two-part disc is connected to a single drive mechanism and the entire effective Area of the pump is sealed from the outside air by a single sealing bellows.
Bei dieser Anordnung besitzen die beiden Spiralbänder, durch welche das Pumpmedium zunächst hindurchgeht, keinen Mittelwulst, durch welchen das Medium eine Zentrifugalwirkung erhält, wodurch bei den geringen Drücken die Pumpleistung der gesamten Pumpe verbessert wird. Diese Spiralbänder unterliegen praktisch keinerlei Erwärmung, da sie nur bei niedrigen Drücken arbeiten.With this arrangement, the two spiral belts through which the pump medium initially passes do not have a central bead. through which the medium receives a centrifugal effect, whereby at the low pressures the pumping capacity of the entire Pump is improved. These spiral belts are practically not subject to any heating, as they only work at low pressures.
Man kann feststellen, daß die Konstruktion mit einem feststehenden Mittelschaft eine äußerst einfache Ausbildung dieser Ausführung mit zwei feststehenden Spiralbändern für die einzige Antriebseinrichtung bei einem einzigen Abdichtbalg ergibt.One can see that the construction with a fixed Central shaft an extremely simple design of this version with two fixed spiral bands for the only one Drive device results in a single sealing bellows.
Ein Pumpentyp mit einem einzigen Spiralbandpaar kann, wie festgestellt wurde, unter direkter Abgabe eines Atmosphärendruckes von 760 Torr einen Grenzwert für das Vakuum erzeugen, welcher nahe bei 1/100 Torr, gemessen nach MAC-LEQD, liegt. Unter den gleichen Bedingungen erreicht der Grenzwert für das Vakuum beiA type of pump with a single pair of spiral belts can, as has been found, generate a limit value for the vacuum which is close to 1/100 Torr, measured according to MAC-LEQD, with direct delivery of an atmospheric pressure of 760 Torr. Under the same conditions, the limit value for the vacuum is reached at
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einem Pumpentyp mit zwei Spiralbandpaaren einen Wert, der unter 1/1000 Torr liegt. Derartige Resultate wurden beispielsweise mit einer Pumpe erreicht, welche einen Durchsatz von 60 mr/h besaß, mit einer Tourenzahl von 1460 t/min lief und ein Funktionsspiel von 8/100 mm hatte,a type of pump with two pairs of spiral belts has a value that is less than 1/1000 Torr. Such results were for example achieved with a pump, which had a throughput of 60 mr / h, ran with a number of revolutions of 1460 t / min and had a functional play of 8/100 mm,
Bei einer anderen Variante, insbesondere bei einer sehr kleinen Ausführung, wird in einem einzigen Aggregat eine Trockenpumpe der üblichen Art, beispielsweise eine Membranpumpe oder dergl., mit einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einem Spiralbandpaar mit oder ohne Mittelwulst kombiniert.In another variant, especially in the case of a very small version, a dry pump is used in a single unit of the usual type, for example a diaphragm pump or the like, with a vacuum pump according to the invention with a pair of spiral belts combined with or without a central bead.
Die Membranpumpe ist druckseitig direkt -mit der freien Luft verbunden, während sie saugseitig an die zentrale Abgabe der Spiralbänder angeschlossen ist, deren am Rande befindlicher Saugbereich mit dem Raum verbunden ist, welcher leergepumpt werden soll. Die Arbeit des zweiten aktiven Pumporganes, welches durch das Spiralbänderpaar gebildet wird die direkt aus dem leerzupumpenden Raum ansaugen, ermöglicht eine bedeutende Verbesserung des Vakuumgrenzwertes in diesem Raum. Dieses Resultat wird dadurch erreicht, daß die Saugleistung, d.h. die Wirksamkeit dieses Spiralbandpaares, stark von dem Niveau der tiefen Drücke ansteigt, welche die einzige Membranpumpe zu erreichen gestattet, indem ein erstes vorläufiges Vakuum mit einem Wert von einigen Torr erzeugt wird. Diese Leistungssteigerung resultiert von der Verstärkung des Widerstandes gegenüber Leckverlusten durch das Punktionsspiel der Spiralbänder entsprechend dem sinkenden Druck.The diaphragm pump is on the pressure side directly with the free air connected, while it is connected on the suction side to the central delivery of the spiral bands, the one located on the edge Suction area is connected to the room that is to be pumped dry. The work of the second active pumping organ, which is formed by the pair of spiral bands that suck in directly from the space to be pumped out, enables a significant Improvement of the vacuum limit in this room. This result is achieved in that the suction power, i.e. the The effectiveness of this pair of spiral belts rises sharply from the level of the low pressures to which the only diaphragm pump applies can be achieved by creating a first preliminary vacuum with a value of a few Torr. This increase in performance results from the strengthening of the resistance to leakage losses through the puncture play of the spiral bands according to the falling pressure.
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Infolge der geringen Leistung, die einmal erforderlich ist, um diese Pumpen mit geringem Volumen anzutreiben, und infolge der bedeutenden Arbeit seitens der Membranpumpe zur Erzielung des vorläufigen Vakuums wird die sich aus der thermodynamisehen Pumpwirkung des Spiralbandpaares ergebende Wärmemenge vernachlässigbar. Auf diese Weise läßt sich die Steifheit des Ganzen ohne weiteres beibehalten und jegliche unterschiedliche Dilatation während des Betriebes vermeiden. Ein einfaeherVentilator, welcher vom Pumpenantrieb gleichzeitig angetrieben wird und in das ganze Aggregat eingebaut ist, ermöglicht die erforderliche Kühlung und die Stabilisierung der Temperaturen der mechanischen Organe und des Innenteiles des Gehäuses.Due to the low power that is required once, to drive these low volume pumps, and due to the significant work on the part of the diaphragm pump to achieve this the preliminary vacuum will result from the thermodynamic The amount of heat resulting from the pumping action of the spiral belt pair is negligible. In this way the stiffness of the whole can be reduced easily maintained and avoid any differential dilation during operation. A simple fan which is driven by the pump drive at the same time and is built into the entire unit, enables the required Cooling and stabilization of the temperatures of the mechanical organs and the inner part of the housing.
Ein derartiger Betrieb ohne umlaufende Kühlflüssigkeit im Kontakt mit den Spiralbändern ermöglicht Anordnungen, welche sowohl zu einer Verkleinerung des Ganzen wie zu einer hohen Betriebssicherheit führen. Insbesondere ist die Außenseite der beweglichen Scheibe direkt mit dem beweglichen Ende des Abdichtbalges verbunden, während eine Abdichtglocke am Rande der Innenfläche dieser gleichen beweglichen Scheibe befestigt ist. Diese Glocke, welche keinerlei Mittelöffnung aufweist, deckt die gesamte feststehende Scheibe mit ihrem Spiralband ab, welche ihrerseits am Ende des vom Abdichtbalg umschlossenen Mittelschaftes befestigt ist.Such an operation without circulating coolant in the Contact with the spiral ribbons enables arrangements which result in both a downsizing of the whole and a high one Operational safety lead. In particular, the outside of the movable disc is directly connected to the movable end of the sealing bellows connected, while a sealing bell is attached to the edge of the inner surface of this same movable disc. These Bell, which has no central opening, covers the entire fixed disk with its spiral band, which is in turn attached to the end of the central shaft enclosed by the sealing bellows.
Diese Ausführung ist besonders insofern beachtenswert, als die Dilatationen, welche infolge einer zufälligen Erwärmung entstehen könnten, in Richtung eines Anwachsens der lateralen Funktionsspiele auswirken. So neigt jede Dilatation des Mittel-This design is particularly noteworthy as the dilatations that arise as a result of accidental heating could have an effect in the direction of an increase in the lateral functional play. Every dilation of the central
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schaftes dazu, das feststehende Spiralband vom beweglichen Spiralband in Achsrichtung der Pumpe fortzudrücken. Auf diese Weise erreicht man eine bedeutende Punktionssicherheit bei Spiralbändern, welche ohne direkte Flüssigkeitskühlung arbeiten können.shaft to it, the fixed spiral band from the movable one To push the spiral band away in the axial direction of the pump. To this In this way, a significant puncture safety is achieved with spiral bands that work without direct liquid cooling can.
Es ergibt sich daher, daß die letztgenannte Variante insbesondere für derartige Anwendungen von Nutzen sind, in denen der Einsatz der verformbaren Membrane mit dem Pumpmedium und mit der Qualität des zu erzielenden Vakuums vereinbar ist, sodaß sich eine einfache und nur wenig Platz in Anspruch nehmende Lösung für . Vakuumpumpen ergibt, deren Durchsatz nur gering zu sein braucht und beispielsweise bei etwa 15 r/h liegt.It therefore follows that the last-mentioned variant is particularly useful for such applications in which the use the deformable membrane is compatible with the pump medium and the quality of the vacuum to be achieved, so that a simple and space-consuming solution for. Vacuum pumps results whose throughput need only be low and is, for example, about 15 r / h.
Diese Kombination einer Membranpumpe mit der einen oder anderen Art von Spiralbändern ermöglicht beispielsweise für Luft bei einem Funktionsspiel von etwa 6/100 mm und einer Drehzahl von l460 t/min einen Vakuumgrenzwert von 1/1000 Torr gemessen nach der Methode von MAC-LEOD.This combination of a diaphragm pump with one or the other type of spiral belt allows for example for air a functional play of about 6/100 mm and a speed of 1460 t / min measured a vacuum limit value of 1/1000 Torr the MAC-LEOD method.
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Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigen:Below are some embodiments of the invention explained in detail with reference to the accompanying drawings; show it:
Figur 1 einen senkrechten Schnitt längs der Linie I-I der Fig. 2 durch eine Vakuumpumpe mit einem einzigen Paar spiralförmiger Bänder;Figure 1 is a vertical section along the line I-I of Fig. 2 through a vacuum pump with a single pair of spiral belts;
Figur 2 einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie H-II, wobei die spiralförmigen Bänder unmittelbar vor dem Ende des Saugtaktes dargestellt sind;Figure 2 is a section through Figure 1 along the line H-II, the spiral bands immediately before The end of the suction cycle are shown;
Figur 2a eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung der spiralförmigen Bänder unmittelbar am Ende der Verdrängung und im Augenblick des vollen Ansaugens;2a shows a representation of the spiral-shaped one corresponding to FIG Ligaments immediately at the end of displacement and at the moment of full suction;
Figur 3 eine sch^matische Darstellung der Vakuumpumpe gemäß den Figuren 1 bis 2a mit Darstellung eines ölkreislaufes zur Kühlung und zum Temperaturausgleich der wirksamen Pumpenteile sowie zur Schmierung der Bewegungsübertragerteile;FIG. 3 shows a schematic representation of the vacuum pump according to FIG Figures 1 to 2a showing an oil circuit for cooling and temperature equalization of the effective pump parts as well as for lubrication of the Motion transmitter parts;
Figur 4 einen Vertikalschnitt durch eine Abwandlung einer Vakuumpumpe mit zwei Paaren spiralförmiger Bänder längs einer Linie IV-IV aus Fig. 5 in anderer Winkelposition;Figure 4 is a vertical section through a modification of a Vacuum pump with two pairs of spiral belts along a line IV-IV of Fig. 5 in another Angular position;
Figur 5 einen Horizontalschnitt durch Fig. 4 längs der Linie V-V;FIG. 5 shows a horizontal section through FIG. 4 along the line V-V;
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Figur 6 eine weitere.Variante der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einem Paar spiralförmiger Bänder und einer-Membranpumpe als Schnitt durch Pig. 7 längs der Linie VI-VI; undFIG. 6 shows a further variant of the vacuum pump according to the invention with a pair of spiral belts and a diaphragm pump as a cut through Pig. 7 along the line VI-VI; and
Figur 7 einen Schnitt durch Fig. 6 längs der Linie VII-VII, wobei die spiralförmigen Bänder sich in ihrer unmittelbar dem Ende des Saugtaktes und des halben Verdrängertaktes entsprechenden Position befinden.FIG. 7 shows a section through FIG. 6 along the line VII-VII, the spiral bands in their the position corresponding to the end of the suction cycle and half of the displacement cycle are located immediately.
Die in den Figuren 1, 2, 2a und J dargestelle erfindungsgemäße ' Vakuumpumpe mit kreisförmiger Translationsbewegung der schmierungslos unter völliger Abdichtung sich bewegenden wirksamen Teile besitzt ein feststehendes Gehäuse 10 mit einer feststehenden Scheibe 13'* welche an ihrer einen Seite ein spiralförmiges Band IJ trägt. Dieser feststehenden Scheibe 13* liegt eine bewegliche Scheibe 2J' gegenüber, welche ein spiralförmiges Band 2j5 mit der gleichen Winkelamplitude wie das Band IJ der feststehenden Scheibe Ij' aufweist und mit diesem in Eingriff steht. Zur Verbindung der beweglichen Scheibe 2J1 mit dem Gehäuse 10 und zu ihrer Abstützung ist ein Mechanismus vorgesehen, welcher aus wenigstens drei Kurbeltrieben 20 gleicher Exzentrizität E besteht, die synchrom miteinander gekuppelt sind, um eine kreisförmige Translationsbewegung der beweglichen Scheibe 2 J1 gegenüber dem feststehenden Gehäuse 10 während des Betriebes der Pumpe zu erzeugen.The illustrated in Figures 1, 2, 2a and J 'vacuum pump according to the invention with circular translational movement of the lubrication-free and completely sealed moving parts has a fixed housing 10 with a fixed disc 13' * which carries a spiral band IJ on one side. Opposite this fixed disc 13 * is a movable disc 2J 'which has a spiral band 2j5 with the same angular amplitude as the band IJ of the fixed disc Ij' and is in engagement therewith. To connect the movable disc 2J 1 to the housing 10 and to support it, a mechanism is provided which consists of at least three crank drives 20 of the same eccentricity E, which are synchromically coupled to one another to achieve a circular translational movement of the movable disc 2 J 1 with respect to the stationary one Housing 10 to generate during operation of the pump.
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Pur den eigentlichen Antrieb der beweglichen Scheibe 25 sind Antriebsorgane 19 vorgesehen, welche ihr die Bewegung erteilen und welche nachstehend im einzelnen zu beschreiben sein werden. Zwischen den spiralförmigen Bändern Ij5 und 25 ist ein geringes konstantes Spiel vorgesehen, welches auch unabhängig von der jeweiligen Position der beweglichen Scheibe 25* konstant bleibt. Ein Abdichtbalg 11 ist mit seinem einen Ende 28 an der beweglichen Scheibe 25' und mit seinem anderen Ende 50 an einem Unterteil 10" des"feststehenden Gehäuses 10 befestigt.Pur the actual drive of the movable disc 25 are Drive members 19 are provided, which give it the movement and which are to be described in detail below. There is a little between the spiral bands Ij5 and 25 constant play is provided, which remains constant regardless of the respective position of the movable disc 25 *. A sealing bellows 11 is at its one end 28 on the movable disc 25 'and at its other end 50 on one Lower part 10 "of the" fixed housing 10 is attached.
Die bewegliche Scheibe 25' ist direkt an ihrem Rande mit drei Kurbeltrieben 20 verbunden, während ein feststehender Mittelschaft 10' die feststehende Scheibe 15' mit dem feststehenden Unterteil"10" des Gehäuses 10 verbindet und vom Abdichtbalg umgeben ist.The movable disc 25 'is directly on its edge with three Crank drives 20 connected, while a fixed central shaft 10 'the fixed disc 15' with the fixed The lower part "10" of the housing 10 connects and is surrounded by the sealing bellows.
Dieser aus Metall bestehende Abdichtbalg 11, welcher die einwandfreie Abdichtung des Systems verwirklicht, ist gegen jede durch den Betrieb erfolgende oder zufällig eintretende Torsionswirkung durch die Kinematik des Antriebssystems mit drei synchronisierten Kurbeltrieben 20 geschützt.This sealing bellows 11 made of metal, which is the flawless Sealing of the system realized is against any torsional effect occurring during operation or accidentally protected by the kinematics of the drive system with three synchronized crank drives 20.
Infolgedessen ist unter Beobachtung der die Länge des Abdichtbalges mit der Betriebsexzentrizität verbindenden Geraden die Lebensdauer dieses Organes bei einer Vakuumpumpe praktisch unbegrenzt.As a result, the length of the sealing bellows is under observation with the straight lines connecting the operating eccentricity, the service life of this organ in a vacuum pump is practically possible unlimited.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Pumpe insbesondere.ein einziges Paar spiralförmiger Bänder 15 undIn the illustrated embodiment, the pump has in particular.a single pair of spiral ribbons 15 and
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Sie besitzt eine Achse A. Ihr feststehendes Gehäuse 10 ist einteilig und setzt sich aus dem Mittelteil oder dem Hohlschaft 10', dem Unterteil 10" und einem Wandteil 10'" zusammen. Letzteres umgibt den Abdichtbalg 11, welcher seinerseits den Hohlschaft 10' umgibt.It has an axis A. Its fixed housing 10 is in one piece and is composed of the central part or the hollow shaft 10 ', the lower part 10 "and a wall part 10'". The latter surrounds the sealing bellows 11, which in turn surrounds the hollow shaft 10 '.
Das Wandteil 10'" besitzt drei um 120° zueinander versetzte Aussparungen 12; Auf dem Mittelschaft 10' des Gehäuses 10 ist die feststehende Scheibe 10' durch Schraubbolzen 14 unter Einfügung einer statischen Abdichtung 15 festgeschraubt. Die drei in der Vertikalachse der Aussparungen 12 liegenden Gehäuseteile sind derart bearbeitet, daß sie Führungslager 16 und 17 sowie einen Axialanschlag 18 aufnehmen, die zur unbedingten Ausrichtung einer jeden der drei Wellen 19 dienen, deren Kurbeltriebe 20 ein Übertragerteil 21 über Kugellager^ 22 mit einer Exzentrizität E antreiben.The wall part 10 '"has three offset from one another by 120 ° Recesses 12; On the central shaft 10 'of the housing 10 is the fixed disk 10 'by screw bolts 14 with insertion a static seal 15 screwed tight. The three Housing parts lying in the vertical axis of the recesses 12 are machined in such a way that they have guide bearings 16 and 17 as well as an axial stop 18, which serve for the unconditional alignment of each of the three shafts 19, their crank mechanisms 20 a transmission part 21 via ball bearings ^ 22 with a Drive eccentricity E.
Die das spiralförmige Band 23 aufweisende bewegliche Scheibe 23' ist mit dem Übertragerteil 21 durch eine Reihe von Schraubbolzen 24 fest verbunden. Die bewegliche Scheibe 2J1 besitzt an ihrer Oberseite Verstärkungsrippen 25,. um Verformungen infolge der Druckeinwirkung zu verhindern.The movable disk 23 ′ having the spiral band 23 is firmly connected to the transmission part 21 by a series of screw bolts 24. The movable disk 2J 1 has reinforcing ribs 25 on its upper side. to prevent deformations due to pressure.
Auf den Wellen 19 sind Ausgleichsmassen 26 und auf den Kurbeln 20 weitere Ausgleichsmassen 27 verkeilt. Diese verschiedenen Massen sind derart berechnet und angeordnet,- daß eine einwandfreie statische und dynamische Auswuchtung der Organe bei der kreisförmigen Translationsbewegung verwirklicht ist.There are balancing weights 26 on the shafts 19 and on the cranks 20 further balancing masses 27 wedged. These different Masses are calculated and arranged in such a way - that a correct static and dynamic balancing of the organs in the circular translational movement is realized.
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An seinem oberen Ende ist der Abdichtbalg 11 mit einer Glocke 28 verschweißt, die über Schraubbolzen 2k mit dem Übertragerteil 21 verschraubt ist und dadurch eine statische Dichtung zusammendrückt, welche auf diese Weise die Abdichtung zwischen dieser Glocke 28 und dem spiralförmigen beweglichen Band 23 gewährleistet.At its upper end, the sealing bellows 11 is welded to a bell 28, which is screwed to the transmission part 21 via screw bolts 2k and thereby compresses a static seal, which in this way ensures the seal between this bell 28 and the spiral-shaped movable band 23.
Mit seinem unteren Ende ist der Abdichtbalg,11 an einer Ringscheibe 30 angeschweißt, die ihrerseits über Senkkopfschrauben 51 unter Einfügung einer statischen Dichtung 52 mit dem Gehäuse verschraubt ist.The sealing bellows 11 are attached to an annular disk with its lower end 30 welded on, which in turn uses countersunk screws 51 with the insertion of a static seal 52 with the housing is screwed.
In Figur 1 ist außerdem die Ansaugleitung 33 der Pumpe dargestellt, welche mit dem Gehäuse 10 verbunden ist, sowie die Druckleitung 35* welche ein Ventil Jk besitzt und Teil eines Organes 36 ist. Dieses Organ durchläuft den Mittelschaft 10f des Gehäuses 10 und ist mit diesem unter Einfügung von Dichtungen 37 und 38 fest verbunden, wobei diese Dichtungen den Abfluß von Kühlöl nach außen verhindern sollen. Wie die Figur zeigt, sind die Leitung 35, das Ventil 3^ und das Organ 36 koaxial zur Achse A der Pumpe angeordnet.In addition, FIG. 1 shows the suction line 33 of the pump, which is connected to the housing 10, and the pressure line 35 * which has a valve Jk and is part of an organ 36. This organ runs through the central shaft 10 f of the housing 10 and is firmly connected to this with the insertion of seals 37 and 38, these seals being intended to prevent the outflow of cooling oil to the outside. As the figure shows, the line 35, the valve 3 ^ and the member 36 are arranged coaxially to the axis A of the pump.
Der leerzupumpende Raum wird an die Ansaugleitung 33 des Gehäuses 10 angeschlossen. Bei Inbetriebnahme der Pumpe wird das zu pumpende gasförmige Medium infolge der kreisförmig translatorisch erfolgenden Abwälzbewegung des beweglichen spiralförmigen Bandes 23 gegenüber dem feststehenden spiralförmigen Band I3 kontinuierlich und progressiv komprimiert. Dadurch wird dieses gasförmige Medium in den Ringraum gesaugt, welcher durch dieThe space to be pumped out is connected to the suction line 33 of the housing 10 connected. When the pump is started up, the gaseous medium to be pumped becomes translational as a result of the circular shape occurring rolling motion of the movable spiral Band 23 opposite the fixed spiral band I3 continuously and progressively compressed. As a result, this gaseous medium is sucked into the annular space, which through the
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Innenwandung des Abdichtbalges 11 und der Glocke 28 und die Außenwandung des Mittelschaftes 10! des Gehäuses 10 sowie durch das feststehende spiralförmige Band 13 begrenzt wird, während anschließend das gleiche gasförmige Medium durch das Ventil 34- und die Leitung 35 abgegeben wird.Inner wall of the sealing bellows 11 and the bell 28 and the outer wall of the central shaft 10 ! of the housing 10 and is limited by the fixed spiral band 13, while then the same gaseous medium is discharged through the valve 34 and the line 35.
Die Punktionsweise der beiden spiralförmigen Bänder 13 und 23 entspricht einer mehrstufigen Pumpe und wird nachstehend anhand der Figuren 2 und 2a im einzelnen beschrieben, welche unterschiedlichen Stellungen dieser Teile entsprechen.The way in which the two spiral bands 13 and 23 are punctured corresponds to a multi-stage pump and is explained below of Figures 2 and 2a described in detail which correspond to the different positions of these parts.
Jede Drehung des spiralförmigen Bandes, die durch einen Ablauf von 36O0 bestimmt wird, entspricht einer Kompressionsstufe.Each rotation of the spiral band, which is determined by a sequence of 360 0 , corresponds to a compression level.
Bei jedem kreisförmigen Translationstakt wird durch die Bewegung ,jeder der Kontaktstellen (bei geringem Spiel) in jeder Stufe eine eigene progressive Kompression verwirklicht, wobei die eingeschlossenen Volumen ständig voneinander getrennt bleiben, und zwar durch so viel Trennwände, wie die Pumpe Stufen aufweist.With each circular translation stroke, the movement causes each of the contact points (with little play) in each step realizes its own progressive compression, whereby the enclosed volumes remain permanently separated from each other, and through as many partitions as the pump has steps.
Insbesondere sieht man aus Figur 2, daß die spiralförmigen Bänder I3 und 23 in einer Position dargestellt sind, welche dem Ende des Ansaugtaktes vorhergeht. Wenn die Position der spiralförmigen Bänder diesem Ende des Ansaugtaktes entspricht, unterliegen die beiden eingeschlossenen Volumen V^ nach einem ersten kreisförmigen Translationstakt einer ersten Kompression, welche sie auf die beiden Volumen V2 reduziert. Diese werden nach einem zweiten Takt zum zweiten Mal komprimiert und zu einem Volumen V, vereinigt, welches während des dritten Taktes dem EnddruckIn particular, it can be seen from Figure 2 that the spiral bands I3 and 23 are shown in a position which precedes the end of the intake stroke. If the position of the spiral bands corresponds to this end of the intake stroke, the two enclosed volumes V ^ are subject to a first compression after a first circular translation stroke, which reduces them to the two volumes V 2. These are compressed for the second time after a second cycle and combined to form a volume V, which is the final pressure during the third cycle
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unterworfen wird, um bei geringem Verlust durch das Ventil ~5k im Ganzen ausgestoßen zu werden, wobei die spiralförmigen Bänder sich dann in einer Position unmittelbar vor dem Ende des Ausstoßtaktes und am Ende des Ansaugtaktes befinden, wie dies in Figur 2a dargestellt ist.is subjected in order to be expelled as a whole with little loss through the valve ~ 5k , the spiral-shaped bands then being in a position immediately before the end of the exhaust stroke and at the end of the intake stroke, as shown in FIG. 2a.
Die dicken Wülste am Innenende eines jeden spiralförmigen Bandes 15 und 25 ermöglichen außer der Ausbildung einer nach außen offenen Höhlung 4j5 bezw. 45 zur Abkühlung infolge ihrer dicken Ausbildung die Reduzierung radialer und lateraler Leckstellen in dem Bereich, in welchem die Kompression am stärksten ist. Für eine gleiche Funktionsexzentrizität E ist auch das gemeinsame Volumen der Endkompression V^. (Fig.2) umso größer, je größer die beiden Wülste sind, zwischen denen das Volumen eingeschlossen ist, wodurch ganz besonders die Wahl einer optimalen Abmessung für die Auslaßöffnung J>k erleichtert wird.The thick beads at the inner end of each spiral band 15 and 25 allow apart from the formation of an outwardly open cavity 4j5 respectively. 45 for cooling due to their thick design, the reduction of radial and lateral leakage points in the area in which the compression is strongest. For an equal functional eccentricity E, the common volume of the final compression is also V ^. (FIG. 2), the larger the two bulges are, between which the volume is enclosed, whereby the choice of an optimal dimension for the outlet opening J> k is particularly facilitated.
Man kann feststellen, daß jeder Raum der Pumpe, in welchem das Vakuum erzeugt wird, vollkommen von der äußeren Umgebung und gleichzeitig von einem Kühlkreislauf abgetrennt ist, der außerdem zur Schmierung dient und nachstehend anhand der Figur 3 erläutert werden soll, in welcher der öldurchlauf schematisch dargestellt ist.It can be seen that every room of the pump in which the vacuum is created is completely affected by the external environment and is at the same time separated from a cooling circuit, which is also used for lubrication and below with reference to FIG should be explained in which the oil flow is shown schematically.
Im unteren Teil einer Ummantelung 39* welche die gesamte Pumpe, ohne mit dieser funktionell in Verbindung zu stehen, -umgibt, befindet sich ein ölreservoir, in welchem eine Pumpe 40 eingetraucht ist, die von einer der Wellen 19 angetrieben wird. Das in den Ringraum 41 zwischen der Außenwandung des Teiles 36In the lower part of a casing 39 * which contains the entire pump, without being functionally connected to it, there is an oil reservoir in which a pump 40 is immersed which is driven by one of the shafts 19. That in the annular space 41 between the outer wall of the part 36
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und der Innenwandung des Mittelschaftes 10' hineingepumpte öl gelangt in eine Höhlung 42 in der Scheibe mit dem feststehenden Spiralband 15 und steigt von dieser in die im zentralen Wulst dieses feststehenden Spiralbandes 13 ausgebildete Höhlung 43. Von dort aus durchfließt sie die Rohrleitung 44 und wird in die Erweiterung 45 im zentralen Wulst des beweglichen Spiralbandes 23 eingespritzt. Infolge der Bewegung wird das öl nach Benetzung der Außenseite des Spiralbandes 23 energisch längs der Ummantelung 39 fortgeschleudert. Auf diese Weise wird der gesamte mechanische Teil durch Projektion geschmiert und der größte Teil des Öles rieselt längs der Ummantelung 39 herab, um nach Abkühlung in das die Pumpe 40 umgebende Ölreservoir zurückzugelangen. and oil pumped into the inner wall of the central shaft 10 ' enters a cavity 42 in the disk with the fixed spiral band 15 and rises from this into the central bead this fixed spiral belt 13 formed cavity 43. From there it flows through the pipeline 44 and becomes the extension 45 in the central bead of the movable spiral belt 23 injected. As a result of the movement, after wetting the outside of the spiral belt 23, the oil is energetically along the casing 39 thrown away. This way the whole mechanical part lubricated by projection and most of the oil trickles down along the casing 39 to after Cooling to return to the oil reservoir surrounding the pump 40.
Man kann feststellen, daß man, wenn die Pumpe groß genug ist, die Höhlungen 43 und 45 ganz oder teilweise bis in die Spiralbänder verlängern kann.It can be seen that, if the pump is large enough, the cavities 43 and 45 are wholly or partially up to the spiral bands can extend.
Man wird verstehen, daß infolge der intensiven Zirkulation des Kühlöles, insbesondere in den unmittelbar an der Außenseite der Mittelbereiche der Spiralbänder liegenden Höhlungen 43 und 44, in denen die Auswirkung des Enddruckes die größte Wärmeentwicklung erzeugt, und durch die anschließende Zirkulation dieses Öles sowohl im Innenraum des Mittelschaftes.10' wie an der Außenseite der Scheiben 13* und 23' dieser Spiralbänder 13 und 23 sowie des gesamten Gehäuses 10 ein Temperaturausgleich in allen Organen der Pumpe erzielt wird, die innerhalb der an der Funktion der Pumpe völlig unbeteiligten Ummantelung 39 angeordnet sind.It will be understood that as a result of the intense circulation of the Cooling oil, in particular in the cavities 43 and 44 located directly on the outside of the central areas of the spiral bands, in which the effect of the final pressure generates the greatest heat development, and through the subsequent circulation this Oil both in the interior of the middle shaft.10 'and on the outside of the disks 13 * and 23' of these spiral bands 13 and 23 and the entire housing 10, a temperature equalization is achieved in all organs of the pump, which is within the on the Function of the pump completely uninvolved casing 39 are arranged.
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Auf diese Weiee wird jede unterschiedliche Dilatation zwischen diesen gleichen Organen vermieden, sodaß in allen Drehzahlbereichen das gleiche Funktionsspiel zwischen den Spiralbändern beibehalten werden kann. Dieses Resultat bildet einen ausschlaggebenden Paktor bezüglich der Betriebssicherheit und der Beständigkeit der ausgezeichneten industriellen Leistungen, welche durch diese Geräte erzielt werden.In this way, any different dilation between these same organs avoided, so in all speed ranges the same functional play between the spiral bands can be maintained. This result is a crucial one Factor in terms of operational safety and durability of excellent industrial performances, which are achieved by these devices.
Der in den Zeichnungen nicht dargestellte Pumpenantrieb erfolgt entweder direkt oder indirekt über eine der drei senkrechten Wellen 19, welche zu diesem Zweck aus der Ummantelung herai sgeführt sind.The pump drive, not shown in the drawings, takes place either directly or indirectly via one of the three vertical ones Shafts 19, which for this purpose are brought out of the casing are.
Eine zweite Welle 19 kann direkt das Organ 40 antreiben, welches das Kühlmedium in Umlauf bringen soll. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß für kleine Pumpen mit einem Pumpvolumen von 10 bis 15 nr/h als Kühlmedium Luft verwendet werden kann, welches mittels eines Zentrifugalventilators durch zu diesem Zweck vorgesehene Durchlässe hindurchgeblasen wird. Außer der Verwendung von öl, welches einmal zur Kühlung der Spiralbänder und gleichzeitig zur Schmierung des mechanischen Teiles dient, kann man, wenn zur Schmierung Fett verwendet wird, die Kühlung an einen Wasserzulauf anschließen, wobei das bewegliche Spiralband in diesem Fall an seiner Oberseite eine abgedichtete Aushöhlung aufweist, die über zwei Schläuche einmal mit dem Einlauf des feststehenden Spiralbandes und zum anderen mit dem Ablauf verbunden ist.A second shaft 19 can directly drive the element 40 which is to circulate the cooling medium. In this context, it should be noted that for small pumps with a pump volume of 10 to 15 nr / h, air can be used as the cooling medium, which is blown through passages provided for this purpose by means of a centrifugal fan. In addition to the use of oil, which is used to cool the spiral belts and at the same time to lubricate the mechanical part, if grease is used for lubrication, the cooling can be connected to a water inlet, with the movable spiral belt in this case being sealed at its top Has cavity, which is connected to the inlet of the fixed spiral belt on the one hand and the drain on the other hand via two hoses.
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Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Anordnung der vorbeschriebenen Ausführung analog, jedoch besitzt diese Pumpe zwei wirksame Pumporgane mit jeweils einen Paar Spiralbänder.In the modified embodiment shown in FIGS the arrangement of the embodiment described above is analogous to the invention, but this pump has two effective pumping organs each with a pair of spiral bands.
50 ist die Konstruktion der in Figur 4 dargestellten Vakuumpumpe der Ausführung gemäß Figur 1■sehr ähnlich, sie enthält jedoch einmal ein erstes Paar Spiralbänder 46 und 47 ohne zentrale Wulst (Fig.5) und zum anderen ein zweites Paar Spiralbänder 13 und 23 mit nach außen hin offenen mittleren Hohlwülsten, analog dem Paar Spiralbänder der Ausführung gemäß Figur 1 bis 3, wobei ein Schnitt durch Figur 4 längs der Linie a-a der Winkelstellung aus Figur 2 entspricht.50 is the construction of the vacuum pump shown in FIG very similar to the embodiment according to FIG. 1, it contains but once a first pair of spiral bands 46 and 47 without a central one Bead (Fig. 5) and on the other hand a second pair of spiral bands 13 and 23 with outwardly open central hollow beads, analogous to the pair of spiral belts of the embodiment according to 1 to 3, a section through FIG. 4 along the line a-a corresponding to the angular position from FIG.
Bei der Pumpe gemäß der Figuren 4 und 5 wird das begrenzte Primärvakuum dadurch verbessert, daß das zu pumpende Medium in das erste Paar Spiralbänder 46 und 47 ohne Mittelwulst geleitet wird. Dabei wird das Medium duroh die öffnung 33 über die Innenbereiche 48 und 49 angesaugt und durch die Randbereiche 50 undIn the case of the pump according to FIGS. 4 and 5, this is limited Primary vacuum improved in that the medium to be pumped is conducted into the first pair of spiral belts 46 and 47 without a central bead will. In doing so, the medium is through the opening 33 via the inner areas 48 and 49 sucked in and through the edge areas 50 and
51 abgeführt, welche direkt in die Ansaugbereiche der beiden Spiralbänder 13 und 23 mit einem Mittelwulst einmünden, welche wie bei der Ausführung gemäß 1 und 2 das Medium direkt in's Freie abführen.51 discharged, which directly into the suction areas of the two Spiral bands 13 and 23 open with a central bead, which as in the embodiment according to 1 and 2, the medium is directly in Free discharge.
Die beiden Spiralbänder 46 und 47 haben ein erzeugtes Volumen, welches dem der Spiralbänder 13 und 23 sehr nahe ausgewählt ist. Bei Pumpbeginn wird das durch die Leitung 33 angesaugte Volumen in den Spiralbändern 46 und 47 von innen nach außen gedrückt, wobei wie bei den Spiralbändern 13 und 23 eine konstante Trennung zwischen den eingeschlossenen Volumen und den Ansaug- undThe two spiral bands 46 and 47 have a generated volume, which is selected to be very close to that of the spiral bands 13 and 23. At the start of pumping, the volume sucked in through the line 33 is pressed in the spiral bands 46 and 47 from the inside to the outside, as with the spiral belts 13 and 23, a constant separation between the enclosed volume and the suction and
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Ausstoßbereichen erfolgt. Die unbedingte Gleichheit der durch jedes der Paare Spiralbänder erzeugten Volumen bedingt, daß praktisch in jeder Anfangspumpphase die Kompression infolge der Wirkung der Spiralbänder 46 und 47 sehr gering bleibt und infolgedessen ihre Erwärmung vernachlässigt werden kann.Ejection areas takes place. The unconditional equality of the volumes generated by each of the pairs of spiral bands implies that practically in every initial pumping phase the compression due to the action of the spiral bands 46 and 47 remains very low and consequently their warming can be neglected.
Während jedoch der Ansaugdruck in den Bereichen 48 und 49 klein wird, d.h. nahe bei 1 Torr liegt, beginnt die Leistung der Spiralbänder 46 und 47 zu wachsen, wodurch die gesamte Pumpe ein Grenzvakuum von 1/1000 Torr erreichen kann, was daher rührt, daß der Widerstand gegenüber Verlusten durch das Punktionsspiel entsprechend dem abnehmenden Druck stark anwächst.However, while the suction pressure in areas 48 and 49 is small is, i.e. is close to 1 Torr, the performance of the Spiral bands 46 and 47 grow, making the entire pump a limit vacuum of 1/1000 Torr, which is due to the fact that the resistance to losses due to the puncture play increases sharply according to the decreasing pressure.
Die Leistungen der Pumpe gemäß Figur 4 und 5 ergeben sich daraus, daß die Moleküle des zu pumpenden Mediums bei niedrigen Drücken beschleunigt werden, wobei diese Beschleunigung einmal von der volumetrischen Wirkung herrührt und zum anderen von der Zentrifugalwirkung, die durch das Abwälzen in kreisförmiger Translationsbewegung des beweglichen Spiralbandes 46 auf dem feststehenden Spiralband 47 erzeugt wird. Die beiden Spiralbänder 46 und 47 erzeugen praktisch keinerlei Erwärmung, da sie nur bei geringen Drücken wirksam werden, sodaß sie gute Resultate bei einem Funktionsspiel ergeben können, welches größer ist als bei den Spiralbändern 13 und 23.The performance of the pump according to Figures 4 and 5 result from the fact that the molecules of the medium to be pumped at low Pressures are accelerated, this acceleration originating from the volumetric effect on the one hand and from the on the other Centrifugal action caused by the rolling in circular translational motion of the movable spiral belt 46 on the fixed spiral belt 47 is generated. The two spiral bands 46 and 47 produce practically no heating, since they are only effective at low pressures, so that they give good results can result in a functional play which is greater than in the case of the spiral belts 13 and 23.
Wie Figur 4 zeigt, wird die Abwälzung des beweglichen Spiralbandes 23 in kreisförmiger Translationsbewegung auf dem feststehenden Spiralband 13 durch die gleiche mechanische Einrichtung hervorgerufen, wie sie in Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben wurde. Dieses feststehende Spiralband I3 gehört zu einemAs Figure 4 shows, the rolling of the movable spiral belt 23 in circular translational motion on the stationary Spiral belt 13 by the same mechanical device caused, as described with reference to FIGS. 1 and 2. This fixed spiral belt I3 belongs to one
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Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, Theaterplatz 3Andrejewski, Honke & Gesthuysen, patent attorneys, 4300 Essen, Theaterplatz 3
gleichen scheibenförmigen Teil IJ1, in dessen unterem Teil das zweite feststehende Spiralband 47~ausgearbeitet ist, in welches das zweite bewegliche Spiralband 46 eingreift. Die beiden Scheiben 23* und 26' der beweglichen Spiralbänder 23 und 46 sind durch das Ringstück 52 verbunden, welches die Glocke 28 der Figur 1 ersetzt und fest zwischen dem Übertragerteil 21 und der Scheibe 46' des zweiten beweglichen Spiralbandes 46 eingespannt ist.The same disk-shaped part IJ 1 , in the lower part of which the second fixed spiral band 47 'is worked out, in which the second movable spiral band 46 engages. The two disks 23 * and 26 'of the movable spiral belts 23 and 46 are connected by the ring piece 52, which replaces the bell 28 of FIG.
Die anderen Einrichtungen dieser Konstruktion wie die Kühlung, die statischen Abdichtungen usw. sind praktisch in der gleichen Weise ausgebildet wie bei der Konstruktion gemäß den Figuren 1 und 2.The other facilities of this construction such as cooling, static seals, etc. are practically the same Designed in the same way as in the construction according to FIGS. 1 and 2.
Man kann dabei die bei dieser Konstruktion erzielte Einfachheit feststellen, da die beiden Spiralbandpaare mit einer einzigen Steuereinrichtung und einem einzigen Abdichtbalg arbeiten.One can see the simplicity achieved in this construction notice that the two spiral band pairs with a single Control device and a single Abdichtbalg work.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt, wobei es sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, um eine Kleinausführung handelt. Dieses einwandfrei trocken arbeitende Pumpaggregat besteht aus einer Membranpumpe P, welche das Medium über die Leitung 53 an die Atmosphäre abgibt und über die Leitung 54 und den Kanal 35 im Ringraum zwischen dem Innenraum des Abdichtbalges 11 und dem Mittelschaft 10' des Gehäuses 1,0 ansaugt. In diesen Ringraum mündet die Ausläßöffnung 34 des feststehenden Spiralbandes 13 und des beweglichen Spiralbandes 23, deren Saugwirkung durch die Glocke 28 begrenzt wird. Dieser Ansaugraum ist über die imAnother variant of the vacuum pump according to the invention is shown in Figures 6 and 7, it is in particular, if not exclusively, a small version. This perfectly dry-working pump unit consists of a membrane pump P, which supplies the medium via line 53 releases the atmosphere and via line 54 and channel 35 sucks in the annular space between the interior of the sealing bellows 11 and the central shaft 10 'of the housing 1.0. In this annulus the outlet opening 34 of the fixed spiral belt 13 opens and the movable spiral belt 23, the suction effect of which is limited by the bell 28. This suction space is about the im
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Inneren des Mittelschaftes 10' und des Teiles 14 ausgebildete Leitung 33 mit dem leerzupumpenden Raum verbunden. Dabei dient das Teil 14 zur Befestigung des feststehenden Spiralbandes 13 auf dem Mittelschaft 10'.Inside the central shaft 10 'and the part 14 formed line 33 connected to the space to be pumped empty. It serves the part 14 for fastening the fixed spiral belt 13 on the central shaft 10 '.
Die Membranpumpe P, deren Pumpenleistung durch die wechselnde Verformung einer elastischen Wandung erreicht wird, die einer exzentrischen Einwirkung seitens der Antriebswelle unterliegt, ist ein trocken arbeitendes völlig dichtes Organ, dessen Konstruktion an sich bekannt ist und daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden braucht. Seine besten Leistungen zur Erzeugung eines Vakuums liegen bei einem Grenzdruck von einigen Torr.The membrane pump P, whose pump output is due to the changing Deformation of an elastic wall is achieved, which is subject to an eccentric action on the part of the drive shaft, is a dry working, completely dense organ, the structure of which is known per se and therefore not in detail needs to be described. Its best performances for creating a vacuum are at a limit pressure of a few Torr.
Die in den Figuren 6 und 7 dargestellten Spiralbänder 13 und 2J sind insofern besonders ausgebildet, als sie unterschiedliche Wülste aufweisen. Auf diese Weise kann man dank dieser speziellen Ausbildung ohne weiteres für diese Kleinkonstruktion ein Spiralbandpaar vorsehen, welches praktisch genauso arbeitet wie die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Spiralbänder. In Figur 7 ist tatsächlich zu sehen, daß am Ende der Kompression das gesamte angesaugte Volumen bei geringstem Verlust infolge des Funktionsspieles völlig durch die öffnung y\ ausgestoßen ist. Dank ihres dicken Wulstes kann das feststehende Spiralband IJ ohne weiteres unter Einfügung der statischen Dichtung 15 auf dem Mittelschaft 10' fixiert werden, indem ein Teil 14 mit einem Gewinde 14' in den Mittelschaft 10' eingeschraubt wird und mit seinem glatten Teil als Zentrierung auf dem Mittelschaft 10' dient. Dieses Teil 14 ist hohl ausgebildet und verlängert dieThe spiral bands 13 and 2J shown in FIGS. 6 and 7 are specially designed in that they have different beads. In this way, thanks to this special design, a pair of spiral belts can easily be provided for this small construction, which works practically in the same way as the spiral belts shown in FIGS. In FIG. 7 it can actually be seen that at the end of the compression the entire volume sucked in is completely expelled through the opening y \ with the slightest loss due to the functional play. Thanks to its thick bead, the fixed spiral band IJ can be easily fixed with the insertion of the static seal 15 on the central shaft 10 'by screwing a part 14 with a thread 14' into the central shaft 10 'and with its smooth part as a centering on the Center shaft 10 'is used. This part 14 is hollow and extends the
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Bohrung des Mittelschaftes 101, sodaß auf diese Weise wieder die Leitung 33 entsteht, welche den Ansaugraum der Spiralbänder mit dem leerzupumpenden Raum verbindet.Bore of the central shaft 10 1 , so that in this way the line 33 is created again, which connects the suction space of the spiral belts with the space to be pumped empty.
Wie bereits weiter oben erwähnt, kann man bei der gleichen Anordnung die beiden Spiralbänder, mit unterschiedlichen Wülsten 13 und 23 durch zwei Spiralbänder ohne Wulst ersetztn, die den gleichen Verlauf besitzen wie er für die Spiralbänder 46 und in Figur 5 dargestellt ist. Man kann feststellen, daß bei der Anordnung gemäß Figur 6 und 7 diese wulstlosen Spiralbänder am Rande ansaugen und zum Mittelbereich hin ausstoßen.As already mentioned above, one can use the same arrangement the two spiral bands, with different beads 13 and 23 replaced by two spiral bands without a bead, which the have the same course as is shown for the spiral bands 46 and in FIG. It can be seen that the Arrangement according to FIGS. 6 and 7 suck in these beadless spiral bands at the edge and eject them towards the central area.
Die Glocke 28 ist unter Einfügung der statischen Dichtung 29 mittels Schraubbolzen 24, welche auf die drei Ringsegmente 26 wirken, fest gegen die Innenfläche der Scheibe 23 gepresst. Das an das Ende des Abdichtbalges 11 angeschweißte Anschlußstück ist seinerseits unter Einfügung der statischen Dichtung 29' mittels Schrauben 58 auf der Außenfläche der Scheibe 23' des Beweglichen Spiralbandes 23 aufgeschraubt. Am feststehenden Ende ist der Abdichtbalg 11 mit einem Ring 30 verschweißt, der seinerseits auf dem Gehäuse unter Einfügung der statischen Dichtung mittels Schrauben 3I festgeschraubt ist.The bell 28 is inserted with the static seal 29 by means of screw bolts 24 which are attached to the three ring segments 26 act, firmly pressed against the inner surface of the disk 23. The connection piece welded to the end of the sealing bellows 11 is in turn with the insertion of the static seal 29 'means Screws 58 screwed onto the outer surface of the disk 23 'of the movable spiral belt 23. At the fixed end is the sealing bellows 11 is welded to a ring 30, which in turn is screwed onto the housing with the insertion of the static seal by means of screws 3I.
Die Scheibe 23', welche geringe Abmessungen besitzt, weist drei Jeweils um 120° gegeneinander versetzte Verlängerungen 23" zur Aufnahme der Kugellager 22 auf, in denen die Exzenter 20 der Wellen I9 umlaufen. Die drei Exzenter 20 treiben infolgedessen das bewegliche Spiralband 23, 23', 23" direkt in zwangsläufiger kreisförmiger Translationgsbewegüng mit einer Exzentrizität E an.The disc 23 ', which is small in size, has three In each case by 120 ° offset from one another extensions 23 "for receiving the ball bearings 22, in which the eccentrics 20 of the Waves I9 run around. As a result, the three eccentrics 20 drive the movable spiral belt 23, 23 ', 23 "directly in a positive direction circular translation movement with an eccentricity E.
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Bei dieser Konstruktion erlaubt der Fortfall der direkten Kühlung des aus den Spiralbändern bestehenden wirksamen Pumpenteiles Anordnungen zu treffen, welche einmal auf eine Verringerung der Abmessungen und zum anderen auf eine Betriebssicherheit bei einer Dilatation infolge zufälliger Erwärmung hinlaufen, wobei das Gehäuse 10 vorzugsweise zweiteilig ausgebildet ist, um eine leichte Montage und Einstellung der verschiedenen Organe zu ermöglichen.With this construction, the elimination of the direct cooling of the effective pump part consisting of the spiral bands allows To make arrangements which on the one hand to a reduction of the dimensions and on the other hand to an operational safety in the event of a dilatation as a result of accidental heating, the housing 10 preferably being formed in two parts is to allow easy assembly and adjustment of the various organs.
Zu diesem Zweck besitzt das Gehäuse 10 ein erstes aus dem Mittelschaft 101, dem Unterteil und seiner Randverlängerung 10" bestehendes einstückiges Teil sowie ein zweites Teil 10IH, welches auf der bearbeiteten Fläche des Randteiles 10" mittels Schrauben 59 ausgerichtet und befestigt ist (Fig.7).For this purpose, the housing 10 has a first one- piece part consisting of the central shaft 10 1, the lower part and its edge extension 10 ", as well as a second part 10 IH , which is aligned and fastened on the machined surface of the edge part 10" by means of screws 59 (Fig .7).
Dieses zweite Gehäuseteil 10m weist drei zylindrische, jeweils um 120° zueinander versetzte'Ausnehmungen auf, die Schrägkugellager 16 und 17 aufnehmen, welche zur Führung und als Widerlager für die zwangsweise Ausrichtung jeder der Wellen I9 dienen, auf denen einmal die Exzenter 20 für den Antrieb des beweglichen Spiralbandes 23 und zum anderen die Massen 26 und 27 aufgekeilt sind, welche zur statischen und dynamischen Auswuchtung des beweglichen Teiles dienen.This second housing part 10 m has three cylindrical, each offset by 120 ° to each other'Ausnehmungen, the angular contact ball bearings 16 and 17, which serve for guidance and as an abutment for the forced alignment of each of the shafts I9, on which the eccentric 20 for the Drive of the movable spiral belt 23 and on the other hand the masses 26 and 27 are keyed, which are used for static and dynamic balancing of the movable part.
Der Antrieb kann auf die in den Figuren 6 und 7 dargestellte Weise erfolgen, und zwar durch direkte Kupplung einer der Wellen 19 mit einem Elektromotor 55» wobei eine zweite Welle I9 gleichzeitig direkt die Membranpumpe P antreibt. Am Ende der dritten Welle 19 kann man einen kleinen Ventilator anordnen, der in denThe drive can take place in the manner shown in FIGS. 6 and 7, namely by direct coupling of one of the shafts 19 with an electric motor 55 »with a second shaft I9 at the same time directly drives the diaphragm pump P. At the end of the third shaft 19 you can arrange a small fan that is in the
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Figuren allerdings nicht dargestellt ist und dazu dient, falls erforderlich, die Temperatur des mechanischen Teiles und der Gehäuseteile 10" und 10,!" zu senken und zu stabilisieren.Figures, however, is not shown and serves, if necessary, the temperature of the mechanical part and the Housing parts 10 "and 10 ,!" to lower and stabilize.
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Bei dieser Pumpe sind am Saugende und am Druckende der Membranpumpe Ventile eingesetzt und man kann bei der Montage der Spiralbänder 15 und 2;5 ein zusätzliches Druckventil 34 vorsehen. With this pump, the diaphragm pump is at the suction end and at the pressure end Valves are used and an additional pressure valve 34 can be provided when assembling the spiral belts 15 and 2; 5.
Diese verschiedenen erfindungsgemäßen unbedingt trockenen und dichten Vakuumpumpen finden ihre Anwendung insbesondere auf dem Gebiete der Atomtechnik, bei der Herstellung elektronischer Röhren und Bauteile, in Laboratorien und ganz allgemein in den Fällen, in denen bei höchster Sicherheit ein Vakuum ohne jegliche Verschmutzung erzeugt werden muß.These various inventive necessarily dry and Sealed vacuum pumps are used in particular in the field of atomic technology, in the manufacture of electronic devices Tubes and components, in laboratories and in general in those cases in which a vacuum without any can be found with the highest level of safety Pollution must be generated.
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