DE10019106A1 - Schwingkolbenpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schwingkolbenpumpe (1), insbesondere Schwingkolbenvakuumpumpe; um eine Pumpenfamilie dieser Art mit Mitgliedern zu schaffen, die ein unterschiedliches Enddruckverhalten und/oder unterschiedliche Saugvermögen haben, wird vorgeschlagen, dass sie aus mehreren baugleichen Modulen (2) einer Schwingkolbenpumpe besteht, die je nach Kundenbedarf parallel und/oder hintereinander geschaltet sind und die jeweils mit einem Schwingkolbenantrieb ausgerüstet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwingkolbenpumpe, insbesondere Schwingkolbenvakuumpumpe, auf ein Verfah­ ren zum Betrieb einer Pumpe dieser Art sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Pumpenfamilie dieser Art.

Schwingkolbenpumpen sind aus der DE 41 02 710 A1 be­ kannt. Sie weisen einen Kolben auf, der sich in einem Zylinder hin und her bewegt. Dem Antrieb des Kolbens dient ein Linear- oder Schwingkolbenantrieb, der den Kolben umfassende elektromagnetische Mittel aufweist.

Werden Pumpen dieser Art als Vakuumpumpen eingesetzt, können sie bei geeigneter Werkstoffwahl für den Kolben­ mantel und für den Zylinder trocken, d. h. schmiermit­ telfrei, betrieben werden. Bei Kolbenvakuumpumpen, bei denen ein Kurbelwellentrieb als Antrieb für die Kolben vorgesehen ist, wird bereits von diesem Vorteil Ge­ brauch gemacht.

Bei Vakuumpumpen ist es generell üblich, eine nach ei­ nem bestimmten Pumpprinzip arbeitende Pumpe in mehreren Größen - Fördervolumen, ein-, mehrstufig - herzustellen und anzubieten, um den Kundenbedarf nach Pumpen mit un­ terschiedlichen Enddrücken und/oder Saugvermögen decken zu können. Die Entwicklung und Herstellung derartiger Pumpenfamilien ist aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwingkolbenpumpe, insbesondere Schwingkolbenva­ kuumpumpe, zu schaffen, bei der der geschilderte, rela­ tiv hohe Entwicklungs- und Herstellungsaufwand zur Zu­ sammenstellung einer Pumpenfamilie mit einem breiten Saugvermögensbereich und/oder mit unterschiedlichen Enddrücken nicht mehr erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass diese Pumpe, insbesondere Vakdumpumpe, aus mehreren baugleichen, Modulen einer Schwingkolbenpumpe besteht, die je nach Kundenbedarf parallel und/oder hinter­ einander geschaltet sind und die jeweils einen Schwing­ kolbenantrieb aufweisen.

Für eine Pumpe dieser Art ist es erforderlich, nur ein mit Kolben und Linearantrieb ausgerüstetes Modul zu entwickeln und herzustellen. Werden Schwingkolbenpumpen dieser Art mit Enddrücken gewünscht, die kleiner sein sollen als der erreichbare Enddruck des Einzelmoduls, können mehrere dieser Module hintereinander geschaltet werden. Werden Schwingkolbenpumpen mit Saugvermögen ge­ wünscht, die größer sind als das Saugvermögen des Ein­ zelmoduls, können mehrere dieser Module parallel ge­ schaltet verwendet werden. Hat beispielsweise das Ein­ zelmodul ein Saugvermögen von 1,5 m³/h, dann können durch Parallelschaltung von 2, 3 oder 4 Modulen Pumpen mit einem Saugvermögen von 3, 4, 5 oder 6 m³/h herge­ stellt werden. Weitere Vorteile sind:

• - Verwendung von gleichen Teilen für Pumpen mit un­ terschiedlichen Enddrücken und für einen breiten Saugvermögensbereich, wodurch erhöhte Produktions­ stückzahlen und damit eine Kostensenkung erreicht wird;
• - Verwendung in verschiedenen Varianten: Parallel geschaltete Module; hintereinander geschaltete Mo­ dule; z. T. parallel, z. T. hintereinander ge­ schaltete Module;
• - wegen der Vielzahl von glichen Teilen ist die Komplexität zu bevorratender Einzelteile redu­ ziert;
• - es ergeben sich vereinfachte Ersatzteilsysteme so­ wie vereinfachte Wartungsarbeiten;
• - auf die Notwendigkeit, die Linear-Antriebstechno­ logie in anspruchsvolle Geometriebereiche zu ex­ trapolieren, kann verzichtet werden.

Zusammenfassend können mit nur einem Modul Pumpenfami­ lien mit Mitgliedern geschaffen werden, die ein unter­ schiedliches Enddruckverhalten und/oder unterschiedli­ che Saugvermögen haben. Das Modul selbst ist ein Mit­ glied der Familie. Es hat den höchsten Enddruck und das kleinste Saugvermögen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 10 schematisch darge­ stellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

• - Fig. 1 bis 4 Ansichten verschiedener Ausfüh­ rungsformen von erfindungsgemäßen Pumpen,
• - Fig. 4 bis 7 Schnitte durch ein Einzelmodul der erfindungsgemäßen Pumpen
• - Fig. 8 bis 10 schematische Darstellungen mögli­ cher Varianten.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungen der erfindungsgemäßen Pumpe sind mit 1, ihre Schwing­ kolbenpumpen-Module mit 2 bezeichnet. Die Module sind an einer Schiene 3 (Fig. 1, 2, 4) oder an zwei Schienen 4, 5 befestigt, die zum einen Tragfunktion ha­ ben und zum anderen mit Kanälen ausgerüstet sind, die als gemeinsamer Einlaßkanal, als gemeinsamer Auslaßka­ nal, als Zwischenkanäle oder auch als der Aufnahme von elektrischen Leitungen dienende Kanäle verwendet werden können.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Ansichten einer Ausführungs­ form mit drei Modulen 2. Sie sind übereinander an einer Schiene 3 befestigt, die vertikal angeordnet ist und mit einem sich unterhalb der Module 2 erstreckenden Fuß 6 ausgerüstet ist. Einlaß und Auslaß der Module 2 mün­ den jeweils in einer ihrer beiden Stirnseiten. Mit die­ ser Stirnseite sind sie an der Schiene 3 befestigt.

Die Schiene 3 ist mit sich längs erstreckenden Kanälen ausgerüstet. Einer davon bildet einen Einlaßkanal, mit dem alle Einlässe der Module 2 dichtend verbunden sind. Ein zweiter bildet einen Auslaßkanal, der mit allen Auslässen der Module in Verbindung steht. Bodenseitig sind Einlaßkanal und Auslaßkanal geschlossen. Im Be­ reich der oberen Stirnseite der Schiene 3 sind sie mit Anschlußstutzen 7, 8 ausgerüstet. Der dem Einlaßkanal zugeordnete Stutzen 7 bildet den Eintritt 9, der dem Auslaßkanal zugeordnete Stutzen 8 bildet den Austritt 10 der erfindungsgemäßen Pumpe 1.

Die Ausführung der Pumpe 1 nach den Fig. 1 und 2 ist mit drei Modulen 2 ausgerüstet. Ihr Saugvermögen ent­ spricht der Summe der Saugvermögen der baugleichen Ein­ zelmodule. Bei der Herstellung von Pumpen 1 dieser Art mit davon abweichenden Saugvermögen kann die Anzahl der Module 2 entsprechend variiert werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der die Module 2 an zwei Schienen 4, 5 befestigt sind. Sie stützen sich über einen gemeinsamen Fuß 6 ab. Bei einer Ausführung dieser Art kann die erste Schiene 4 den Einlaßkanal und die zweite Schiene 5 den Auslaßkanal aufnehmen. Voraus­ setzung ist, dass sich Einlaß und Auslaß der Module 2 auf verschiedenen Stirnseiten befinden. Schiene 5 ent­ hält den Auslaßkanal mit dem Anschlußstutzen 8, der den Austritt 10 bildet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist den beiden Modulen 2 eine Hochvakuumpumpe 12 (z. B. Reibungsvakuumpumpe, wie Turbomolekular-, Molekular-, Compoundpumpe) vorgeschaltet. Diese ist an der Schiene 4 befestigt. Ihr Auslaß steht mit dem Einlaßkanal in der Schiene 4 in Verbindung. In diesem Fall ist der Einlaßkanal an beiden Stirnseiten der Schiene 4 geschlossen. Der Ein­ laßstutzen 13 der Hochvakuumpumpe 12 bildet den Ein­ tritt 9 des Pumpensystems nach Fig. 3.

Fig. 3 zeigt noch beispielhaft, dass ein mehreren oder allen Pumpen 2, 12 gemeinsames Versorgungs-, Steuer- und/oder Anzeigegerät 14 an einer der Schienen 4, 5 be­ festigt sein kann. Durch in den Schienen 4, 5 befindli­ che Kanäle können die erforderlichen Leitungen geführt werden. Ein allen Pumpen gemeinsames Gerät 14 der be­ schriebenen Art kann auch bei Pumpen 1 nach den Fig. 1, 2 oder 4 mit nur einer Schiene 3 vorhanden und an dieser Schiene 3 befestigt sein. Ein den Modulen 2 ge­ meinsames Stuergerät 14 erlaubt es, insbesondere mit einer geraden Anzahl von Modulen 2 ausgerüstete Pumpen 1 vibrationsfrei zu betreiben. Erfindungsgemäß ge­ schieht das dadurch, dass die Kolben der Module 2 paar­ weise mit identischer Frequenz und mit einander entge­ gengerichteter Bewegungsrichtung betrieben werden.

Fig. 4 zeigt ebenfalls eine Ausführung mit zwei Schwingkolbenpumpen-Modulen 2 und einer Hochvakuumpumpe 12. Unterschiedlich gegenüber Fig. 3 ist, dass nur ei­ ne Schiene 3 vorgesehen ist, in der sich der gemeinsame Einlaßkanal und der gemeinsame Auslaßkanal befinden. Der Einlaßkanal ist beidseitig geschlossen. Der Einlaß­ stutzen der Hochvakuumpumpe 12 bildet den Eintritt 9 der Pumpe 1. Der Auslaßkanal mündet in den stirnseitigen Auslaßstutzen 8, der den Austritt 10 der Pumpe 1 bildet. Unterschiedlich gegenüber Fig. 3 ist außerdem noch, dass sich die Schiene 3 auf einem fahrbaren Un­ terteil 15 mit Handgriff 16 - hier eine Art Sackkarre - abstützt. Schließlich ist in Fig. 4 ein Gerät 14 nicht dargestellt.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispieles für ein Schwingkolbenpum­ pen-Modul 2. Bei den Fig. 5, 6 handelt es sich um zueinander senkrechte Längsschnitte durch ein Modul 2, die zum einen die Schiene 3 in Seitenansicht (Fig. 5) und zum anderen im Schnitt zeigen (Fig. 6). Fig. 7 ist ein Schnitt durch das Modul 2 nach den Fig. 5, 6 in Höhe der Linie VII-VII.

In den Fig. 5 bis 7 ist der zentral angeordnete Kol­ ben mit 21 bezeichnet. Der Kolben 21 ist in Zylinderab­ schnitten 22, 23 geführt, die mittig voneinander beab­ standet sind. Der Kolben 21 trägt mittig einen Perma­ nentmagnetring 24. Dieser Ring 24 befindet sich zwi­ schen Permanentmagnetringen 25, 26, die Bestandteile des Stators 27 sind. Die Summe der Abstände zwischen dem Ring 24 und den Ringen 25, 26 entspricht der Ampli­ tude der Kolbenbewegung. Ein weiterer Bestandteil des Stators 27 ist ein Jochbauteil 28, das Spulen 29 umfaßt und den Permanentmagnetringen 24, 25, 26 zugeordnet ist.

Zusammen mit einem den Stator 27 umgebenden ersten Ge­ häuse 31 ist das Modul 2 rotationssymmetrisch aufge­ baut. Im Bereich der Stirnseiten des Kolbens 21 bildet das Gehäuse 31 die Kompressionskammern 32 und 33. Seit­ lich neben den Kompressionskammern 32, 33 befindet sich jeweils eine Gaseinlaßkammer 34 bzw. 35. Über Einlaß­ schlitze 36 bzw. 37 in den Zylinderabschnitten 22, 23 münden sie in die jeweilige Kompressionskammer 32 bzw. 33. Die Kolbenbewegung bewirkt das Öffnen und Schließen der Einlaßschlitze 36, 37.

Den Kompressionskammern 32, 33 sind stirnseitig jeweils ein Auslaßventil 41 bzw. 42 zugeordnet, die ebenfalls zum Kolben 21 betätigt werden. Sie befinden sich in Auslaßkammern 43, 44, die in einem zweiten, äußeren Ge­ häuse 45 ausgeformt sind, das das erste Gehäuse 31 auf­ nimmt. Auslaßventile dieser Art sind nur aus der DE 196 34 517 A1 bekannt. Ein flexibler oder flexibel aufge­ hängter Ventilteller 46 wird vom Kolben 21 betätigt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stirn­ seiten des Kolbens 21 seitlich mit Noppen 47 ausgerüs­ tet, die die äußeren Ränder der flexibel ausgebildeten, zentral in den Auslaßkammern 43, 44 befestigten Ventil­ teller 46 anheben.

Insbesondere Fig. 7 läßt erkennen, daß das äußere Ge­ häuse 45 im Querschnitt etwa oval ausgebildet ist. Es umfaßt den rotationssymmetrisch aufgebauten Linearan­ trieb im Gehäuse 31. In den einander gegenüberliegenden Bereichen mit dickerer Gehäusewandung befinden sich auf der einen Seite eine Einlaßbohrung 51 und auf der ande­ ren Seite eine Auslaßbohrung 52. Sie erstrecken sich parallel zum Kolben 21. Die Einlaßbohrung 51 steht über seitliche Bohrungen 53 mit den Gaseinlaßkammern 34, 35 in Verbindung. Die Auslaßkammern 43, 44 stehen über seitliche Bohrungen 54 mit der Auslaßbohrung 52 in Ver­ bindung.

Bei der dargestellen Ausführung münden beide Bohrungen 51, 52 in eine der beiden Stirnseiten des Moduls 2 (vgl. insbesondere Fig. 6) und bilden den Einlaß 55 bzw. Auslaß 56 des Moduls 2. Dieser Stirnseite ist die Schiene 3 zugeordnet. In der Schiene 3 befinden sich der Einlaßkanal 57, der mit dem Einlaß 55 der Module 2 in dichter Verbindung steht. In Höhe der Auslässe 56 der Module 2 befindet sich der Auslaßkanal 58 der Schiene 3, welche ebenfalls - über im einzelnen nicht dargestellte Mittel, z. B. mechanische Mittel oder Kle­ ber, - dicht miteinander verbunden sind. Einlaßkanal 57 und Auslaßkanal 58 sind in Fig. 7 gestrichelt angedeu­ tet.

Weitere Kanäle 59 in der Schiene 3 sind in Fig. 6 dar­ gestellt. Sie dienen der Aufnahme von elektrischen Lei­ tungen, die z. B. der Versorgung der Linearantriebe die­ nen. Auch die Verbindung der Module 2 sowie - falls vorhanden - der Hochvakuumpumpe 12 mit einem gemeinsa­ men Versorgungs-, Anzeige- und Steuergerät (Fig. 3) kann über die weiteren Kanäle erfolgen.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen mögliche Varianten in Bezug auf die Schaltung der Module 2.

Bei der Lösung nach den Fig. 8a, b sind alle Module 2 parallel geschaltet. Dieses gilt dann zweckmäßig auch für die in einem Modul 2 vorhandenen Stufen, wenn es zweistufig ausgebildet ist (Fig. 5, 6). Stirnseitig münden die Einlässe 55 der Module 2 in den gemeinsamen Einlasskanal 57 in der Schiene 3 (Fig. 8b). Die Aus­ lässe 56 münden in den gemeinsamen Auslasskanal 58.

Bei der Ausführung nach den Fig. 9a, 9b sind alle Module 2 hintereinander (in Reihe) geschaltet, z. B. auch die im Modul 2 vorhandenen Stufen, wie es in der DE 199 17 560.8 beschrieben ist. Der Einlasskanal 57 in der Schiene 3 (Fig. 9b) reicht nur bis zum Einlass 55 des ersten Moduls 2. Zwischenkanäle 61 verbinden je­ weils den Auslass 56 eines Moduls 2 mit dem Einlass 55 des nächsten Moduls 2. Der Auslass 56 des letzten Mo­ duls 2 steht mit einem Auslasskanal 58' in Verbindung, der beispielsweise separat (vgl. auch Fig. 5, gestri­ chelte Ergänzung) in der Schiene 3 vorgesehen ist.

Die Fig. 10a, b zeigen eine Lösung, bei der die ers­ ten beiden Module 2 parallel, die beiden weiteren Mo­ dule 2 hintereinander geschaltet sind (Fig. 10a). Die zugehörige Anordnung von Kanälen 57, 58, 58', 61 in der Schiene 3 zeigt Fig. 10b.

Die bisher beschriebenen Module 2 der erfindungsgemäßen Pumpe 1 weisen an beiden Stirnseiten des Kolbens 21 Kompressionskammern 32, 33 auf. Im Rahmen der Erfindung können auch Module mit nur einer bzw. mit mehr als zwei Kompressionskammern eingesetzt werden. Letztere sind an sich bekannt aus der EP 607 687 A2. Die darin beschrie­ benen Kolbenpumpen sind allerdings mit einem Kurbelwel­ lenantrieb ausgerüstet.

Claims (18)

1. Schwingkolbenpumpe (1), insbesondere Schwingkol­ benvakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren baugleichen Modulen (2) einer Schwingkolbenpumpe besteht, die je nach Kundenbe­ darf parallel und/oder hintereinander geschaltet sind und die jeweils mit einem Schwingkolbenan­ trieb ausgerüstet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolbenpumpen-Module (2) gemeinsam an einer Schiene (3) befestigt sind.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich Ein- und Auslaß (55, 56) der Schwingkol­ benpumpen-Module (2) im Bereich einer der beiden Stirnseiten befinden, daß die Module (2) mit die­ ser Stirnseite an der Schiene (3) befestigt sind, daß sich bei parallel geschalteten Modulen (2) in der Schiene jeweils ein gemeinsamer Einlaßkanal (57) und ein gemeinsamer Auslaßkanal (58) befinden und daß eine Mündung des Einlaßkanals den Eintritt (9) der Pumpe (1) und eine Mündung des Auslaßka­ nals den Austritt (10) der Pumpe (2) bilden.

4. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schiene (3) Zwischenkanäle (61) vorhanden sind, die bei hintereinander geschalteten Modulen (2) den Auslass (56) eines Moduls (2) mit dem Einlass (55) des folgenden Moduls (2) verbin­ den.

5. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Stirnseiten der Schwingkolbenpumpen- Module (2) jeweils mit dem Einlaß (55) und die weiteren Stirnseiten jeweils mit dem Auslaß (56) ausgerüstet sind und daß zwei Schienen (4, 5) vor­ handen sind, von denen die eine mit einem gemein­ samen Einlaßkanal (57) und die andere mit einem gemeinsamen Auslaßkanal (58) ausgerüstet ist.

6. Pumpe nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schiene(n) (3, 4, 5) Trag­ funktionen hat (haben).

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene(n) (3, 4, 5) Be­ standteil eines Gestells, eines Wagens (15, 16) oder dergleichen ist (sind).

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene(n) (3, 4, 5) mit weiteren Kanälen (59) ausgerüstet ist (sind), die der Aufnahme von elektrischen Leitungen dienen.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene(n) (3, 4, 5) von einem Strangpressprofilteil gebildet wird (wer­ den).

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Modul (2) zwei oder mehr Pumpstufen befinden und dass diese je nach Kundenbedarf parallel oder hintereinander geschal­ tet sind.

11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schwingkolbenpumpe (1) eine Hochvakuumpumpe (12) vorgeschaltet ist und dass der Einlaß der Hochvakuumpumpe (12) den Einlaß (9) des Pumpsystems bildet.

12. Pumpe nach Anspruch 10 und nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochvaku­ umpumpe (12) ebenfalls an der Schiene (3) bzw. an einer der Schienen (4, 5) befestigt ist.

13. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß alle Module (2) der Schwingkolbenpumpe (1) und der gegebenenfalls vor­ handenen Hochvakuumpumpe (12) mit einem gemeinsa­ men Versorgungs-, Anzeige- und/oder Steuergerät (14) ausgerüstet sind.

14. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Module (2) mit ei­ nem äußeren Gehäuse (45) ausgerüstet sind, in dem sich parallel zum Kolben (21) erstreckende Bohrun­ gen (51, 52) befinden, von denen eine eine Einlaß­ bohrung und die weitere eine Auslaßbohrung bilden.

15. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Gehäuse (45) oval ausgebildet ist und dass sich jeweils eine der Bohrungen (51, 52) in den Bereichen mit dickerer Wandstärke befinden.

16. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebe der einzelnen Module (2) so ge­ steuert werden, daß die Schwingkolben (21) der Pumpenmodule (2) paarweise eine gegenläufige Bewe­ gung ausführen.

17. Verfahren zur Herstellung von Schwingkolbenpumpen (1), insbesondere Schwingkolbenvakuumpumpen, mit unterschiedlichen Saugvermögen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere baugleiche Schwingkolbenpum­ pen-Module (2) parallel und/oder hintereinander geschaltet werden und daß die Anzahl der parallel und/oder hintereinander geschalteten Module so ge­ wählt wird, daß die Summe ihrer Saugvermögen dem gewünschten Saugvermögen bzw. der Enddruck dem ge­ wünschten Enddruck entspricht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß sie neben- oder übereinander an einer ge­ meinsamen (3) oder an zwei Schienen (4, 5) mon­ tiert werden und daß die Einlaßöffnungen (55) der Module (2) mit einem gemeinsamen Einlaßkanal (57) und die Auslaßöffnungen (56) der Module (2) mit einem gemeinsamen Auslaßkanal (58) dicht verbunden werden.