CH665512A5

CH665512A5 - OIL-SEALED ROTARY VALVE VACUUM PUMP WITH DRIVE MOTOR IN A HOUSING.

Info

Publication number: CH665512A5
Application number: CH4704/84A
Authority: CH
Inventors: Ludwig Fabel; Roland Fischer; Baldur Schmidt
Original assignee: Pfeiffer Vakuumtechnik
Priority date: 1983-11-07
Filing date: 1984-10-01
Publication date: 1988-05-13
Also published as: IT8423207A0; FR2554517B1; NL192553C; IT8423207A1; NL192553B; DE3340198A1; NL8403372A; GB2151091A; FR2554517A1; JPS60180483A; IT1178574B; GB8427034D0; GB2151091B; DE3340198C2

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft eine ölgedichtete Drehschiebervakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, bei der zur Optimierung des Antriebsmotors der Anlaufkondensator nach Überschreiten des Kippmomentes abgeschaltet wird. The invention relates to an oil-sealed rotary vane vacuum pump according to the preamble of claim 1, in which the starting capacitor is switched off after the overturning torque has been exceeded in order to optimize the drive motor.

In der DE-OS 2 620 375 wird eine Drehschiebervakuumpumpe beschrieben, die mit Öl abgedichtet ist und durch einen direkt gekuppelten Antriebsmotor angetrieben wird. Dabei sind das Pumpsystem und der elektrische Antriebsmotor in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, welches soweit mit Öl gefüllt ist, dass beide Aggregate im Öl laufen. Zur Überwachung der Drehzahl ist auf der Pumpenwelle zusätzlich ein elektrischer Generator angebracht. DE-OS 2 620 375 describes a rotary vane vacuum pump which is sealed with oil and is driven by a directly coupled drive motor. The pump system and the electric drive motor are housed in a common housing, which is filled with oil to such an extent that both units run in the oil. An electric generator is also installed on the pump shaft to monitor the speed.

Für den Hochlauf der Pumpe wird allein schon zur Beschleunigung der rotierenden Teile ein höheres Drehmoment benötigt als dies für den Betrieb bei Nenndrehzahl der Fall ist. Wenn aber das Pumpsystem und der Antriebsmotor wie im hier beschriebenen Falle völlig von Öl überdeckt sind und somit alle rotierenden Teile im Öl laufen, ist ein beträchtliches zusätzliches Drehmoment für den Hochlauf notwendig, um die Zähigkeit des Öles zu überwinden. To start up the pump, a higher torque is required to accelerate the rotating parts than is the case for operation at nominal speed. However, if the pump system and the drive motor are completely covered by oil, as in the case described here, and thus all rotating parts run in the oil, considerable additional torque is required for the run-up in order to overcome the viscosity of the oil.

Dies macht sich noch verstärkt im kalten Zustand bemerkbar, wenn die Zähigkeit des Öles besonders gross ist. Einen Antriebsmotor, insbesondere einen Wechselstrommotor, nur für die kurze Zeitspanne des Hochlaufes auszulegen, würde eine starke Überdimensionierung, bezogen auf den Dauerbetrieb der Pumpe, bedeuten. Neben den Nachteilen einer räumlich ungünstigeren Bauweise, höheren Kosten, gesteigertem Energieverbrauch und grösserer Lärmbelästigung tritt hierbei besonders das Problem einer zu grossen Wärmeentwicklung auf. Mit Rücksicht auf das verwendete Öl darf eine bestimmte Temperatur (z.B.: 100°C) nicht überschritten werden. This is particularly noticeable when it is cold, when the toughness of the oil is particularly high. To design a drive motor, in particular an AC motor, only for the short period of time for startup would mean a large oversize, based on the continuous operation of the pump. In addition to the disadvantages of a spatially less favorable design, higher costs, increased energy consumption and greater noise pollution, the problem of excessive heat development occurs in particular. With regard to the oil used, a certain temperature (e.g. 100 ° C) must not be exceeded.

Um das Drehmoment eines Wechselstrommotors, der für den Dauerbetrieb ausgelegt ist, während der Hochlaufzeit der Pumpe zu erhöhen, kann man einen zusätzlichen Anlaufkondensator dem Betriebskondensator parallel schalten (s. AEG-Telefunken-Handbücher 4 «Einphasenmotoren»). Nach Überschreitung des Kippmonentes des Antriebsmotors, das dem höchsten Drehmoment entspricht, das dieser kurzzeitig aufbringen kann, wird der Anlaufkondensator wieder abgeschaltet, um eine Überhitzung des Motors zu vermeiden. In order to increase the torque of an AC motor, which is designed for continuous operation, during the run-up time of the pump, an additional starting capacitor can be connected in parallel with the operating capacitor (see AEG-Telefunken manuals 4 «Single-phase motors»). After the tilting torque of the drive motor has been exceeded, which corresponds to the highest torque that it can briefly generate, the starting capacitor is switched off again in order to prevent the motor from overheating.

Die Abschaltung des Anlaufkondensators geschieht nach dem seitherigen Stand der Technik entweder durch Fliehkraftschalter, Stromrelais oderr Zeitrelais. According to the state of the art since then, the starting capacitor is switched off either by centrifugal switches, current relays or timing relays.

Um einen universellen Einsatz der Drehschiebervakuumpumpen zu gewährleisten, müssen diese für unterschiedliche Netzspannungen und -frequenzen geeignet sein. Diese Forderung und durch die Bauweise der Drehschiebervakuumpumpe bedingte Tatsachen führen jedoch bei Verwendung einer der drei gebräuchlichen Abschaltelemente zu folgenden Nachteilen: To ensure universal use of the rotary vane vacuum pumps, they must be suitable for different mains voltages and frequencies. However, this requirement and the facts resulting from the design of the rotary vane vacuum pump lead to the following disadvantages when using one of the three common shutdown elements:

Fliehkraftschalter: Centrifugal switch:

Die Verwendung von Fliehkraftschaltern, die unter Öl laufen, führt zu einigen Problemen. Zum Beispiel tritt eine Isolation der Kontakte durch das Öl auf; weiterhin wird es schwierig, die bewegten Teile in dem Öl, bedingt durch dessen Zähigkeit, exakt zu schalten. Beim Einbau von Fliehkraftschaltern vergrössert sich der Motor in seiner Baulänge, was neben ungünstigeren räumlichen Verhältnissen auch negative Auswirkungen auf die Laufruhe hat. The use of centrifugal switches that run under oil creates some problems. For example, the contacts are isolated by the oil; furthermore, it becomes difficult to precisely switch the moving parts in the oil due to its toughness. When centrifugal switches are installed, the length of the motor increases, which in addition to less favorable spatial conditions also has negative effects on smooth running.

Ein weiterer Nachteil von Fliehkraftschaltern ist, dass sie, wenn sie auf eine bestimmte Drehzahl eingestellt sind, bei dieser Drehzahl schalten, unabhängig davon, mit welcher Frequenz der Motor betrieben wird. Das Kippmoment des Motors und somit der Zeitunkt, zu dem der Anlaufkondensator abgeschaltet werden soll, ist jedoch von der Frequenz, mit der der Motor betrieben wird, abhängig. Another disadvantage of centrifugal switches is that when they are set to a certain speed, they switch at this speed, regardless of the frequency with which the motor is operated. The stall torque of the motor and therefore the point in time at which the starting capacitor is to be switched off depends on the frequency with which the motor is operated.

Stromrelais: Current relay:

Die Verwendung von Stromrelais hat den Nachteil, dass für jede Spannung und Frequenz ein anderer Typ verwendet werden muss, um den Zeitpunkt des Schaltens genau einhalten zu können. The use of current relays has the disadvantage that a different type has to be used for each voltage and frequency in order to be able to precisely keep to the time of switching.

Zeitrelais: Time relay:

Bei Zeitrelais treten die gleichen Nachteile wie bei Stromrelais auf, da sie ebenfalls von Spannung und Frequenz abhängig sind. Ein zusätzlicher Nachteil hierbei ist, dass die Zeit fest vorgegeben ist, d.h. wenn sich die Hochlaufzeit durch irgendwelche Randbedingungen ändert, z.B. durch Temperaturänderung, kann der Schaltpunkt nicht optimal eingehalten werden. Zum Beispiel kommt es bei verspätetem Abschalten des Anlaufkondensators zur Überhitzung der Wicklung. The same disadvantages occur with timing relays as with current relays, since they also depend on voltage and frequency. An additional disadvantage here is that the time is fixed, i.e. if the start-up time changes due to any boundary conditions, e.g. the switching point cannot be optimally maintained due to a change in temperature. For example, if the starting capacitor is switched off too late, the winding will overheat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bei allen Betriebszuständen optimal ausgelegten Einphasenantrieb für ölgedichtete Drehschiebervakuumpumpen mit integriertem Antriebsmotor vorzustellen. Dabei war zu berücksichtigen, dass sich Pumpsystem und Antriebsmotor in einem gemeinsamen Gehäuse befinden und von Öl überdeckt sind. The object of the invention is to present a single-phase drive for oil-sealed rotary vane vacuum pumps with an integrated drive motor that is optimally designed in all operating states. It had to be taken into account that the pump system and drive motor are in a common housing and are covered by oil.

Weiterhin sollte eine minimale Baugrösse und eine möglichst geringe Leistungsaufnahme angestrebt werden. Die Pumpe soll für unterschiedliche Betriebsbedingungen (z.B. verschiedene Netzspannung und -frequenz, verschiedene Umgebungstemperaturen) einsatzbereit sein. Furthermore, a minimal size and the lowest possible power consumption should be aimed for. The pump should be ready for use in different operating conditions (e.g. different mains voltage and frequency, different ambient temperatures).

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The object of the invention is achieved by the characterizing features of claim 1.

Zur Erhöhung des Anlaufmomentes eines Wechselstrommotors wird parallel zum Betriebskondensator ein Anlaufkondensator geschaltet. Hat die Pumpe eine Drehzahl erreicht, bei der das Kippmoment des Motors überschritten ist, wird der Anlaufkondensator abgeschaltet. Das Signal zur Abschaltung (in Form einer Frequenz oder einer Spannung) wird von einem Generator geliefert, der sich auf der Pumpenwelle befindet. Die Steuerung besteht aus einem Netzteil, einem Elektronikteil und aus einem Leistungsteil. Das Netzteil ist so ausgelegt, dass alle Funktionen der Elektronik in den Bereichen von 90 V bis 130 V und von 180 V bis 360 V sicher geschaltet werden, wobei der Trafo im ersten Fall primärseitig umgeschaltet wird. Dies gilt auch für die Netzfrequenz 50 Hz und 60 Hz, wobei die Umschaltung automatisch oder von Hand erfolgen kann. Läuft der Motor hoch, so gibt der auf der Pumpenwelle sitzende Generator eine etwa sinusförmige Spannung ab, deren Frequenz von der Drehzahl der Pumpenwelle abhängig ist. Die Generatorspannung To increase the starting torque of an AC motor, a starting capacitor is connected in parallel to the operating capacitor. If the pump has reached a speed at which the stall torque of the motor is exceeded, the starting capacitor is switched off. The signal to switch off (in the form of a frequency or a voltage) is supplied by a generator which is located on the pump shaft. The control consists of a power supply, an electronic part and a power part. The power supply unit is designed so that all functions of the electronics in the ranges from 90 V to 130 V and from 180 V to 360 V are switched safely, with the transformer being switched on the primary side in the first case. This also applies to the mains frequency 50 Hz and 60 Hz, whereby the switchover can take place automatically or manually. When the engine is running, the generator on the pump shaft emits an approximately sinusoidal voltage, the frequency of which depends on the speed of the pump shaft. The generator voltage

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

665 512 665 512

und -frequenz werden von der Elektronik so verarbeitet, dass bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl der Pumpenwelle, bei der das Kippmoment des Antriebsmotors überschritten ist, ein Signal zum Abschalten des Anlaufkondensators geliefert wird, unabhängig von der Netzfrequenz. Die Elektronik ist so ausgelegt, dass bei Änderung der Netzfrequenz die Drehzahl, bei der die Abschaltung erfolgen soll, dem zu der jeweiligen Netzfrequenz gehörenden Kippmoment automatisch oder manuell zugeordnet werden kann. Das Signal kann sowohl durch die Generatorfrequenz als auch durch die Generatorspannung gesteuert werden. The frequency and frequency are processed by the electronics in such a way that when a certain speed of the pump shaft is reached, at which the tilting torque of the drive motor is exceeded, a signal for switching off the starting capacitor is delivered, regardless of the mains frequency. The electronics are designed so that when the mains frequency changes, the speed at which the shutdown is to take place can be assigned automatically or manually to the overturning moment associated with the respective mains frequency. The signal can be controlled both by the generator frequency and by the generator voltage.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass der Anlaufkondensator durch Signale des Generators, der sich auf der Pumpenwelle befindet, bei einer dem Kippmoment des Motors zugeordneten Drehzahl sicher abgeschaltet werden kann, und zwar unabhängig von der Netzspannung, der Netzfrequenz und von andere äusseren Betriebsbedingungen, wie z.B. Temperatin:. Dabei werden optimale Baugrösse und Betriebsdaten der Pumpe erreicht. Der Motor kann für den Dauerbetrieb ausgelegt werden und muss nicht für die ein wesentlich höheres Drehmoment erfordernde kurze Hochlaufzeit ausgelegt werden. The advantages achieved by the invention are that the starting capacitor can be safely switched off by signals from the generator, which is located on the pump shaft, at a speed assigned to the tilting moment of the motor, regardless of the mains voltage, the mains frequency and other external factors Operating conditions, such as Temperatin: The optimal size and operating data of the pump are achieved. The motor can be designed for continuous operation and does not have to be designed for the short ramp-up time that requires a much higher torque.

Anhand der folgenden Abbildung soll die Erfindung näher erläutert werden. The invention is to be explained in more detail with reference to the following figure.

Der Rotor der Drehschiebervakuumpumpe 1, der Antriebsmotor 2 und der Generator 3 sind auf einer gemeinsamen Welle 5 angeordnet. Im Klemmenkasten 4 des Antriebsmotors 2 sind die Wicklungsenden des Antriebsmotors 2 und des Generators 3 sowie die Anschlüsse der Kondensatorabschaltelektronik 5 elektrisch verbunden. The rotor of the rotary vane vacuum pump 1, the drive motor 2 and the generator 3 are arranged on a common shaft 5. In the terminal box 4 of the drive motor 2, the winding ends of the drive motor 2 and the generator 3 and the connections of the capacitor shutdown electronics 5 are electrically connected.

Legt man die entsprechende Netzspannung 6 im Klemmen-lo kästen 4 an, beginnt der Hochlauf des Antriebsmotors 2. Um das erforderliche hohe Anlaufmoment beim Antriebsmotor 2 zu erreichen, sind der Auflaufkondensator 7 und Betriebskondensator 8 in der Hochlaufphase durch die Kondensatorschaltelektronik 5 parallel geschaltet. Bei Erreichen einer dem Kippmo-15 ment des Antriebsmotors zugeordneten Drehzahl gibt der Generator 3 eine bestimmte Spannung bzw. Frequenz ab, welche von der Kondensatorabschaltelektronik 5 so verarbeitet wird, dass dies die Abschaltung des Anlaufkondensators 7 zur Folge hat. Dies geschieht, indem das Leistungsrelais 9 von der Kondensa-20 torabschalt-Elektronik 5 betätigt wird, und der Relaiskontakt 10 den Stromkreis öffnet, d.h. der Anlaufkondensator 7 wird abgeschaltet. If you apply the corresponding mains voltage 6 in the terminal box 4, the drive motor 2 starts up. In order to achieve the required high starting torque for the drive motor 2, the run-up capacitor 7 and the operating capacitor 8 are connected in parallel by the capacitor switching electronics 5 in the start-up phase. When a speed assigned to the tilting moment of the drive motor is reached, the generator 3 emits a certain voltage or frequency, which is processed by the capacitor cut-off electronics 5 in such a way that the starting capacitor 7 is switched off. This is done by the power relay 9 being actuated by the capacitor 20 gate cut-off electronics 5 and the relay contact 10 opening the circuit, i.e. the starting capacitor 7 is switched off.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

665 512

1.Oil-sealed rotary vane vacuum pump, in which the pump system and the electric AC drive motor are in one housing and are covered with oil and in which an electrical generator is attached to the pump shaft in addition to the drive motor, characterized in that the signals which this generator generated depending on the speed of the pump shaft, control an automatic shutdown, which in turn switches off a starting capacitor when a speed is reached at which the tilting torque of the drive motor is exceeded.

2. Oil-sealed rotary vane vacuum pump according to claim 1, characterized in that the frequency generated by the generator is used as a signal for controlling the automatic switch-off.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Oil-sealed rotary vane vacuum pump according to claim 1, characterized in that the voltage generated by the generator is used as a signal for controlling the automatic switch-off.