DE102006058837B4

DE102006058837B4 - Schmiermittelgedichtete Drehschiebervakuumpumpe

Info

Publication number: DE102006058837B4
Application number: DE102006058837.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Wagner
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: DE102006058837C5; JP2008151127A; EP1936200A3; EP1936200A2; EP1936200B1; JP5106077B2; US7854601B2; US20080145209A1; DE102006058837A1

Abstract

Schmiermittelgedichtete Drehschiebervakuumpumpe mit Motor, wenigstens einer ein Pumpstufengehäuse (10) aufweisende Pumpstufe (17, 18), Sicherheitsventil (3), Schmiermittelpumpe, welche Einlass (21) und Auslass (22) aufweist, ein das Pumpstufengehäuse (10) wenigstens teilweise umgebendes Schmiermittelreservoir (30) und Hydraulikleitung (31), wobei das durch die Hydraulikleitung (31) geförderte Schmiermittel das Öffnen des Sicherheitsventils (3) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Auslass der Schmiermittelpumpe und Sicherheitsventil (3) ein Kanal (32) von der Hydraulikleitung (31) abzweigt, durch den unter Druck stehendes Schmiermittel in das Schmiermittelreservoir (30) strömt.

Description

Die Erfindung betrifft eine schmiermittelgedichtete Drehschiebervakuumpumpe mit Motor, einer ein Pumpstufengehäuse aufweisende Pumpstufe, Sicherheitsventil, Schmiermittelpumpe, welche Einlass und Auslass aufweist, ein das Pumpstufengehäuse wenigstens teilweise umgebendes Schmiermittelreservoir und Hydraulikleitung, wobei das durch die Hydraulikleitung geförderte Schmiermittel das Öffnen des Sicherheitsventils bewirkt.
Eine Drehschiebervakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs zeigt die DE 10 2004 024 554 A1 . Das Schmiermittel in dieser Pumpe wird unter anderem dazu benutzt, um ein hydraulisch arbeitendes Sicherheitsventil zu öffnen. Dabei ist das Sicherheitsventil nur solange geöffnet, solange eine von der Welle der Vakuumpumpe angetriebene Schmiermittelpumpe das dem Sicherheitsventil zugeführte Schmiermittel unter Druck setzt.
Das Schmiermittel dient außerdem der Schmierung der Schieber, welche in einem zylindrischen Schöpfraum umlaufen und so die Pumpwirkung erzeugen. Gleichzeitig dichtet das Schmiermittel die Spalte zwischen Schieber, Welle und Gehäuse des Schöpfraumes ab. Dieses Gehäuse, das Pumpstufengehäuse, ist in ein sogenanntes Schmiermittelreservoir eingetaucht, daher zum großen Teil von Schmiermittel umgeben. Wärme, die innerhalb dieses Pumpstufengehäuses entsteht, wird an das umgebende Schmiermittel abgegeben.
Weiterhin gehört zum Stand der Technik ( US 3 707 339 A ) eine ölgedichtete mechanische Vakuumpumpe, die ebenfalls als Drehschiebervakuumpumpe ausgebildet ist. Bei dieser zum Stand der Technik gehörenden Vakuumpumpe ist ein Auslassventil angeordnet, vor dem eine Bohrung als Kanal abzweigt, durch den unter Druck stehendes Schmiermittel in das Schmiermittelreservoir strömt.
Das Problem dieses Standes der Technik ist nun, dass sich das Schmiermittel zunehmend erwärmt, wodurch es sich chemisch verändert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Drehschiebervakuumpumpe vorzustellen, deren Aufbau eine Überhitzung des Schmiermittels verhindert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Drehschiebervakuumpumpe mit den Merkmalen des ersten Anspruchs.
Ein zwischen Auslass der Schmiermittelpumpe und Sicherheitsventil von der Hydraulikleitung abzweigender Kanal ermöglicht, dass unter Druck stehendes Schmiermittel in das Schmiermittelreservoir strömt. Dieses strömende Schmiermittel sorgt dafür, dass sich das Schmiermittel im Schmiermittelreservoir nicht statisch verhält, sondern in Bewegung ist. Inbesondere wird durch diese Bewegung dafür gesorgt, dass das Pumpstufengehäuse berührendes Schmiermittel von diesem weg gefördert wird und zu dem das Schmiermittelreservoir umgebende Pumpengehäuse gelangt. Dort kann es die am Pumpstufengehäuse aufgenomme Wärme wieder abgeben. Eine Überhitzung des Schmiermittels wird auf diese Art verhindert.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Die Anordnung einer Schmiermittelpumpe auf der Welle zwischen Motor und Pumpstufe gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung verkürzt die Länge der Hydraulikleitung, da das Sicherheitsventil in der Regel in der Nähe des Motors angeordnet ist.
Gemäß einer zweiten Weiterbildung ist zwischen Schmiermittelpumpe und Pumpstufe ein Schmiermittelströmungswiderstand angeordnet. Dieser verringert die die Menge an in die Pumpstufe strömendes und dabei unter Druck stehendes Schmiermittel.
Gemäß einer dritten Weiterbildung ist zwischen Schmiermittelpumpe und Pumpstufe ein Gleitlager zur Lagerung der Welle angeordnet. Durch diese Maßnahme kann das Gleitlager durch aus der Schmiermittelpumpe austretendes Schmiermittel geschmiert werden. Dieses austretende Schmiermittel ist nicht das durch den eigentlichen Schmiermittelpumpenauslass austretende Schmiermittel, sondern das durch die Spalte zwischen Gehäuse und Welle leckende Schmiermittel. Weiterer Vorteil dieser Maßnahme ist daher, dass eine weniger gute Abdichtung der Schmiermittelpumpe ausreicht, wodurch ihr Aufbau erheblich vereinfacht wird und die Kostent gesenkt werden.
In einer anderen Weiterbildung liegt der Auslass der Schmiermittelpumpe auf der einer Stellfläche der Drehschiebervakuumpumpe zugewandten Seite der Welle. In Bezug auf die Schwerkraftrichtung in der bestimmungsgemäßen Aufstellung der Pumpe bedeutet dies, dass der Auslass der Schmiermittelpumpe unterhalb der Wellenmittelachse angeordnet ist. Dies vereinfacht die Kanalführung.
In einer Weiterbildung mündet der von der Hydraulikleitung abzweigende Kanal in einer Höhe zwischen dem Wellenmittelachse und einer Stellfläche der Drehschiebervakuumpumpe in das Schmiermittelreservoir. Diese Anordnung sorgt dafür, dass unter Druck stehendes Schmiermittel zwischen der Oberfläche des im Schmiermittelreservoir befindlichen Schmiermittel und dem Boden einströmt. Hierdurch wird eine Verwirbelung aller Bereiche des Schmiermittelreservoir gefördert und damit der Wärmeaustausch verbessert.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Weitere Vorteile werden ebenfalls aufgezeigt. Es zeigen:

1: Senkrechter Schnitt durch eine Vakuumpumpe entlang der Wellenachse.
2: Senkrechter Schnitt durch die Vakuumpumpe entlang A-A'.

In den nachfolgenden Abbildungen bezeichnen gleiche Ziffern gleiche Teile.
Die erste Abbildung zeigt einen Schnitt längs der Wellenachse durch eine schmiermittelgedichtete Drehschiebervakuumpumpe, im folgenden kurz Vakuumpumpe. Über einen Gaseinlass 1 gelangt Gas in die Vakuumpumpe, wird in ihrem Inneren verdichtet und über einen Gasauslass 2 ausgestoßen. Unmittelbar im Gasstrom hinter dem Gaseinlass 1 ist das Sicherheitsventil 3 angeordnet, welches hydraulisch betrieben wird: Das Schmiermittel der Vakuumpumpe bewirkt, sobald es unter Druck steht, das Öffnen dieses Sicherheitsventils 3. Eine Gasführung 4 verbindet das Sicherheitsventil 3 mit dem Schöpfraum 11 einer ersten Pumpstufe 17, so dass Gas vom Gaseinlass 1 in den Schöpfraum 11 gelangen kann, sobald das Sicherheitsventil 3 geöffnet ist. Die Pumpstufe ist in einem Pumpstufengehäuse 10 angeordnet, welches wenigstens teilweise von im Schmiermittelreservoir 30 befindlichen Schmiermittel umgeben ist. Im zylindrischen Schöpfraum 11 läuft ein Schieber 13 um. Der Umlauf entsteht durch die Drehung einer exzentrisch den Schöpfraum 11 durchsetzenden Welle 15. Zwischen Schieber 13 und Schöpfraum 11 entsteht ein sichelförmiger Raum, der durch den Umlauf des Schiebers 13 periodisch vergrößert und verkleinert wird, wodurch die Pumpwirkung entsteht. Das verdichtete Gas wird über eine Überleitung 16 an die zweite Pumpstufe 18 übergeben und in deren Schöpfraum 12, in dem Schieber 14 umlaufen, weiter verdichtet und schließlich ausgestoßen.
Die Welle 15 wird über einen Motor angetrieben. Im Beispiel umfasst dieser Motor auf der Welle 15 angeordnete Permanentmagnete 8 und stehende Spule 7, welche ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt und so die Welle 15 in Drehung versetzt. Ein Trennelement 5 bewirkt eine hermetische Abtrennung der Spulen 7 von der Welle 15. Eine Steuerelektronik 6 ist über elektrische Leitungen mit der Spule 7 verbunden und bewirkt deren Bestromung. Die Erfindung lässt sich auch an Vakuumpumpen mit anderen Motoren einsetzen, beispielsweise Asynchronmotoren.
Drehbar unterstützt wird die Welle 15 von einem Gleitlager 35, welches zwischen Motor und Pumpstufe 17 angeordnet ist, und einem endseitigen Gleitlager 36, welches an dem Wellenende vorgesehen ist, welches auf der von der ersten Pumpstufe abgewandten Seite der zweiten Pumpstufe 18 liegt.
Zwischen Motor und erster Pumpstufe 17 ist eine Schmiermittelpumpe angeordnet. Diese umfasst einen in einem Schmiermittelschöpfraum 24 umlaufenden Schieber 23, wobei dieser Umlauf durch die Drehung der Welle 15 bewirkt wird. Der Querschnitt ist hier rechteckig dargestellt. Für die Fertigung vorteilhaft ist es, einen kreisförmigen Querschnitt vorzusehen.
Zwischen Schmiermittelpumpe und Pumpstufe 17 ist ein Schmiermittelströmungswiderstand 34 angeordnet. Aufgabe des Schmiermittelströmungswiderstandes 34 ist es, den Fluss von unter Druck stehenden und aus der Schmiermittelpumpe austretenden Schmiermittel in Richtung Pumpstufe 17 zu erschweren. Er braucht nicht vollständig unterbunden werden, da ein geringer Fluss genutzt werden kann, das Gleitlager 35 zu schmieren. Im vorliegenden Beispiel ist dieser als Stufe in der Welle ausgebildet, die durch eine Änderung des Wellendurchmessers gebildet wird. Zusätzlich können Strukturen auf der Wellenoberfläche vorgesehen sein, beispielsweise Rillen. Vorteilhaft weiterbilden lässt sich diese Idee, indem eine derart gewinderartig um die Welle 15 herumlaufende Rille vorgesehen wird, dass eine Förderwirkung entsteht, welche der Strömungsrichtung des Schmiermittels entgegengerichtet ist.
Das Schmiermittelreservoir 30 dient zur Aufnahme größerer Mengen von Schmiermittel. Dieses Schmiermittel bildet mit demjenigen in Schöpfräumen 11, Gleitlagern 35 und Sicherheitsventil 3 einen Kreislauf und dient zu dessen Austausch. Der waagrechte Kanalteil 32a mündet an der Kanalmündung 33 in dieses Schmiermittelreservoir 30. Aus ihm tritt Schmiermittel aus, welches von der Schmiermittelpumpe unter Druck gesetzt wird. Durch diesen Strom wird das im Schmiermittelreservoir 30 befindliche Schmiermittel in Bewegung versetzt, wodurch warmes, nahe der Oberfläche des Pumpstufengehäuses 10 befindliches Schmiermittel von dort weg zum Pumpengehäuse 40 bewegt wird. Dort gibt es die aufgenommene Wärme ab. Hierdurch wird die Temperatur des Schmiermittels herabgesetzt und die Lebensdauer erhöht, da weniger chemische Zersetzungsprozesse ablaufen. Die Bewegung des Schmiermittels ist durch den kreisförmigen Pfeil veranschaulicht.
Die zweite Abbildung zeigt einen Schnitt in einer Ebene quer zur Wellenachse und auf Höhe der Schmiermittelpumpe. Diese Darstellung veranschaulicht das Leitungssystem, durch welches das unter Druck stehende Schmiermittel gefördert wird. Die Welle 15 weist einen Schlitz auf, in welchem ein Schieber 23 beweglich gelagert ist und welcher bei Wellendrehung durch Fliehkräfte von der Wellenachse radial nach außen gedrückt wird. Die Welle 15 durchsetzt den zylindrischen Schöpfraum 24 exzentrisch. Durch die Drehung der Welle 15 wird der Raum zwischen Schieber 23 und Wandung zunächst vergrößert, wodurch Schmiermittel durch den Einlass 21 der Schmiermittelpumpe angesaugt wird. Dieses Schmiermittel wird um die Welle 15 herum gefördert und über den Auslass 22 der Schmiermittelpumpe in eine Hydraulikleitung 31 gedrückt. Dieser verbindet den Auslass 22 mit dem Sicherheitsventil 3, welches im Gasstrom hinter dem Gaseinlass 1 angeordnet ist. Von der Hydraulikleitung zweigt ein Kanal 32 ab, so dass unter Druck stehendes Schmiermittel sowohl in der Hydraulikleitung 31 als auch im Kanal 32 gefördert wird. Der Kanal 32 steht mit dem waagrechten Kanalteil 32a der in Verbindung.
Der Auslass 22 der Schmiermittelpumpe liegt auf der der Stellfläche 9 zugewandten Seite der Welle 15. Dies ist in Bezug auf die Schwerkraft unterhalb der Wellenachse. Der Kanal 32 mündet in einer Höhe zwischen Wellenmittelachse und einer Stellfläche 9 der Drehschiebervakuumpumpe in das Schmiermittelreservoir 30, wodurch die Umwälzung des Schmiermittels im Schmiermittelreservoir 30 verbessert wird.

Claims

Schmiermittelgedichtete Drehschiebervakuumpumpe mit Motor, wenigstens einer ein Pumpstufengehäuse (10) aufweisende Pumpstufe (17, 18), Sicherheitsventil (3), Schmiermittelpumpe, welche Einlass (21) und Auslass (22) aufweist, ein das Pumpstufengehäuse (10) wenigstens teilweise umgebendes Schmiermittelreservoir (30) und Hydraulikleitung (31), wobei das durch die Hydraulikleitung (31) geförderte Schmiermittel das Öffnen des Sicherheitsventils (3) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Auslass der Schmiermittelpumpe und Sicherheitsventil (3) ein Kanal (32) von der Hydraulikleitung (31) abzweigt, durch den unter Druck stehendes Schmiermittel in das Schmiermittelreservoir (30) strömt.
Drehschiebervakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Motor und Pumpstufe (17, 18) von einer ein- oder mehrstückigen Welle (15) durchsetzt werden, und die Schmiermittelpumpe auf der Welle zwischen Motor und Pumpstufe angeordnet ist.
Drehschiebervakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schmiermittelpumpe und Pumpstufe (17, 18) ein Schmiermittelströmungswiderstand (34) angeordnet ist.
Drehschiebervakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schmiermittelpumpe und Pumpstufe (17, 18) ein Gleitlager (35) zur Lagerung der Welle (15) angeordnet ist.
Drehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (22) der Schmiermittelpumpe auf der einer Stellfläche (9) der Drehschiebervakuumpumpe zugewandten Seite der Welle (15) liegt.
Drehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (32) in einer Höhe zwischen Wellenmittelachse und einer Stellfläche (9) der Drehschiebervakuumpumpe in das Schmiermittelreservoir (30) mündet.