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Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Vakuumpumpen und insbesondere auf das Gebiet der Verteilung von flüssigem Schmiermittel innerhalb eines Getriebekastens einer Vakuumpumpe.
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Vakuumpumpen weisen typischerweise ein Paar von gegenläufigen Wellen auf, die jeweils einen daran montierten Rotor haben. Diese Rotoren arbeiten im Zusammenwirken mit einer Gehäusekomponente der Vakuumpumpe zum Befördern von Strömungsmittel von einem Einlass der Vakuumpumpe zu einem Auslass der Vakuumpumpe. Um sicherzustellen, dass die Wellen synchron umlaufen, wird ein Paar von genau zeitsteuernden Getrieberädern benutzt, um eine Welle synchron mit der anderen anzutreiben. Die Wellen sind über Lager in der Vakuumpumpe montiert. Diese zeitsteuernden Getrieberäder und Lager sind in einem Getriebekasten der Vakuumpumpe angeordnet und benötigen im Betrieb der Schmierung. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass eine innere Pumpe vorgesehen wird, die Schmiermittel direkt zu den Getrieberädern und Lagern durch eine oder mehrere Düsen zuführt. Ein Gerät dieser Bauart ist typischerweise komplex, kann zum Blockieren neigen und kann einen hohen Leistungsverbrauch haben. Infolgedessen kann es teuer und unzuverlässig sein.
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Ein alternativer Ansatz ist das Anheben des Pegels eines flüssigen Schmiermittels in einem Behälter, der innerhalb des Getriebekastens angeordnet ist, so dass ein Teil einer zu schmierenden Komponente während seiner Drehung in dem flüssigen Schmiermittel eingetaucht ist. Jedoch bedeutet dies, dass beträchtliche Mengen von flüssigem Schmiermittel in dem Getriebekasten gespeichert werden müssen. Dies kann zu einem übermäßigen Benetzen der Komponenten führen, was einen beträchtlichen Anstieg des Leistungsbedarfs für die Vakuumpumpe verursacht. Zusätzlich stellt überschüssiges flüssiges Schmiermittel eine Herausforderung für die Dichtungskomponenten des Geräts dar, weshalb diese Komponenten von gesteigerter Komplexität sein müssen, um ein Eindringen des Schmiermittels in ein bestrichenes Volumen der Vakuumpumpe zu vermeiden.
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Um diese Nachteile zu überwinden, kann ein Ölwerfer Anwendung finden, um das Schmiermittel auf die Komponenten zu verteilen, die eine Schmierung benötigen. Ein Ölwerfer besteht im allgemeinen aus einer Scheibe, die auf einer gemeinsamen Welle dieser Komponenten montiert ist, und einen größeren Durchmesser als diese Komponenten hat, so dass die Scheibe teilweise in einem flüssigen Schmiermittel eingetaucht ist, das in einen Behälter unterhalb der Welle enthalten ist, wobei die eine Schmierung benötigenden Komponenten oberhalb des Schmiermittelpegels angeordnet sind. Während die Scheibe umläuft, nimmt sie Schmiermittel aus dem Behälter auf und schleudert es aufwärts zu den Komponenten hin.
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Die von einem Ölwerfer dieser Bauart zugeführte Schmiermittelmenge ist in hohem Maße von dem Ausmaß abhängig, zu welchem die Scheibe in dem Schmiermittel eingetaucht ist. Wenn der Schmiermittelpegel zu hoch ist, werden der auf die Spritzscheibe wirkende Widerstand und daher auch der Leistungsverbrauch zum Drehen der Spritzscheibe gesteigert, es tritt ein übermäßiges Benetzen auf, und die oben erwähnten Nachteile treten auf. Wenn der Schmiermittelpegel zu niedrig ist, erfolgt ein unzureichendes Benetzen, und die Komponenten können sich festfressen, was zu Zuverlässigkeitsproblemen bei der Pumpe führt. In der Praxis sind die betrieblichen Extreme des Schmiermitteltiegels nahe beieinander, was erfordert, dass der Schmiermittelpegel überwacht und sehr eng gesteuert wird. Dies resultiert in kurzen Wartungsintervallen und einem Übermaß an menschlicher Intervention.
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Um die Standzeit einer Vakuumpumpe auszudehnen, ist es wünschenswert, die Menge an flüssigem Schmiermittel zu steigern, die vor Auslieferung der Vakuumpumpe zum Benutzer im Getriebekasten vorhanden ist, so dass der Schmiermittelpegel während des Betriebs der Vakuumpumpe nicht zu niedrig ist. Es ist auch wünschenswert, den Einfluss dieser gesteigerten Menge an flüssigem Schmiermittel auf den Leistungsverbrauch und die Benetzung der zu schmierenden Komponenten zu minimieren.
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Eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 1 939 717 A bekannt.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vakuumpumpe, die eine Welle, einen Getriebekasten, durch welche die Welle hindurch verläuft, und welche einen Primär-Schmiermittelbehälter enthält, einen in den Primärbehälter hineinragende Schmiermittelwerfer, der auf der Welle damit zusammen drehbar montiert ist, und einen Sekundär-Schmiermittelbehälter zur Aufnahme von Schmiermittel aufweist, das durch den Schmiermittelwerfer aus dem Primärbehälter ausgeworfen wird, wobei der Sekundärbehälter einen Auslass aufweist, aus welchem Schmiermittel in den Primärbehälter zurückgeführt wird.
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Durch Vorsehen eines solchen Sekundärbehälters kann eine gesteigerte Menge an Schmiermittel in dem Primär-Schmiermittelbehälter des Getriebekastens vor der Auslieferung der Vakuumpumpe an den Benutzer eingefüllt werden. Beim Anfahren der Pumpe wird zusätzliches Schmiermittel aus dem Primärbehälter in den Sekundärbehälter ausgeworfen.
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Während des nachfolgenden Betriebs der Vakuumpumpe wird dieses zusätzliche Schmiermittel allmählich in den Primärbehälter zurückgeleitet, so dass ein ausreichender Schmiermittelpegel darin während eines verlängerten Betriebs der Vakuumpumpe aufrecht erhalten wird. Da das zusätzliche Schmiermittel zum Primärbehälter zurückgeleitet wird, verteilt die fortgesetzte Tätigkeit des Werfers dieses zusätzliche Schmiermittel schnell in dem Getriebekasten, wobei ein Teil des ausgeworfenen Schmiermittels im Sekundärbehälter aufgefangen und gespeichert wird. Daher kann die Standzeit der Pumpe ausgedehnt werden, da der Pegel des Schmiermittels im Primärbehälter effektiv über die Standzeit der Pumpe konstant bleibt. Irgendein gesteigerter Leistungsverbrauch, der während des anfänglichen Betriebs der Pumpe aufgrund des durch die Wechselwirkung zwischen der Schmiermittelspritzscheibe und dem zusätzlichen Schmiermittel auftretenden erhöhten Widerstands erforderlich ist, wird durch den normalen höheren Leistungsverbrauch verdeckt, der bei der Vakuumpumpe beim anfänglichen Betrieb auftritt.
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Der Sekundärbehälter kann Mittel zur Steuerung der Rückführungsrate von Schmiermittel zum Primärbehälter enthalten. Diese Mittel können innerhalb des Sekundärbehälters angeordnet sein, vorzugsweise über oder innerhalb des Auslasses des Sekundärbehälters. Die Mittel zur Steuerung der Rückführungsrate von Schmiermittel kann ein Gerät nach Art eines Stopfens sein, das in den Auslass eingeführt wird, oder ein Deckel, der über dem Auslass angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich können die Mittel zur Steuerung der Rückführungsrate von Schmiermittel in einem Strömungsweg angeordnet sein, der vom Auslass des Sekundärbehälters zum Primärbehälter verläuft. Der Strömungspfad kann durch ein Leitung dargestellt werden, und die Mittel zur Steuerung der Rate der Schmiermittelrückführung, wenn sie in dieser Leitung angeordnet sind, können ein Gerät nach Art eines Stopfens sein, wie schon oben erwähnt, oder können die Form von Wellungen in der Leitung und/oder Variationen der Innenabmessung der Leitung umfassen, so dass die Strömung dadurch gedrosselt wird.
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Die genannten Mittel sind erfindungsgemäß aus porösem Material gebildet, beispielsweise aus dem gesinterten Metall, einem gesintertem Kunststoff und/oder einem Filzkissen.
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Der gedrehte Kasten kann ein Wälzlager zur Abstützung der Welle enthalten, und der Auslass des Sekundärbehälters kann in Strömungsverbindung mit einem Laufring des Lagers stehen. Wenn das gemacht wird, wird das Lagerschmiermittel gefiltert, um irgendwelche Teilchen vor dem Schmieren des Lagers abzuscheiden, um dadurch den Verschleiß des Lagers zu reduzieren.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend lediglich beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungsfiguren mehr im einzelnen beschrieben, in welchen:
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1 einen vertikalen Teilschnitt durch einen Getriebekasten einer Vakuumpumpe zeigt, und
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2 eine isometrische Darstellung eines Teils des Getriebekastens nach 1 zeigt.
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Einige Komponenten eines Getriebekastens 10 einer Vakuumpumpe sind in den 1 und 2 dargestellt. Ein Hohlraum, der als Primärbehälter 20 für ein flüssiges Schmiermittel dient, vorzugsweise Öl, ist durch eine Gehäusekomponente 30 der Vakuumpumpe gebildet. Zwei Wellen 40, 45 ragen in den Getriebekasten 10 hinein und verlaufen in ein gestrichenes Volumen (nicht dargestellt) der Vakuumpumpe. Es werden Lager zur Abstützung der Wellen innerhalb des Getriebekastens 10 eingesetzt. Ein Lager 48 ist in 1 dargestellt, das eine der Wellen 45 abstützt.
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Auf den Wellen sind innerhalb des bestrichenen Volumens der Vakuumpumpe ineinandergreifende Rotorkomponenten montiert. Bei der Drehung der Wellen wird Strömungsmittel durch die Vakuumpumpe von einem Einlass zu einem Auslass derselben aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Rotorkomponenten und einer Statorkomponente gefördert, die ebenfalls innerhalb des Gehäuses 30 der Vakuumpumpe gebildet ist. Ein Zeitsteuerzahnrad 50, 55 ist auf jeder Welle montiert, um Drehmoment von einer Welle zur anderen zu übertragen, während der Synchronismus zwischen den beiden Rotorkomponenten aufrecht erhalten wird. Diese Zeitsteuerzahnräder 50, 55 sind ebenfalls innerhalb des Getriebekastens 10 angeordnet.
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Ein Ölwerfer 60 zum Verteilen von Öl innerhalb des Getriebekastens 10 während des Betriebs der Vakuumpumpe ist auf einer der Wellen 45 montiert. Der Ölwerfer 60, vorzugsweise eine Scheibe, ist so bemessen, dass ihr radialer Rand in das flüssige Schmiermittel, typischerweise Öl, eintaucht, das in dem Primärbehälter 20 während des normalen Betriebs der Vakuumpumpe vorhanden ist. Der optimale Ölpegel wird durch die Position von Komponenten, wie beispielsweise Zahnrädern und Lager, bestimmt, die im Getriebekasten 10 vorhanden sind. Der maximale Pegel wird durch die Durchmesser der Zahnräder, Wellendichtungen und Lager vorgegeben und sollte niedriger als diese Komponenten sein, so dass kein Teil der Komponenten durch das Öl verläuft. Der untere Pegel wird durch den Durchmesser des Ölwerfers 60 vorgegeben, dessen Rand durch das Öl verlaufen muss, ohne dass er mit der anderen Welle 40 kollidiert. Wenn die Welle 45 umläuft, läuft auch der Ölwerfer 60 um und sein radialer äußerster Rand wird durch die Oberfläche des im Primärbehälter 20 befindlichen Öls gezogen. Das Öl wird durch den Ölwerfer gesammelt und zu den Innenflächen des Getriebekastens hin geworfen, wodurch Öl in dem Getriebekasten 10 verteilt wird.
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Das Maß des Eintauchens des Ölwerfers 60 in das Öl beeinflusst den Leistungsverbrauch der Vakuumpumpe. Wenn dieses Maß zu groß ist, trägt der vom Ölwerfer 60 erfahrene Widerstand beträchtlich zu einem erhöhten Leistungsbedarf bei. Es ist daher wünschenswert, das Öl im Primärbehälter 20 der Vakuumpumpe niedrig zu halten, das heißt, in Berührung nur mit dem radialen Rand des Ölwerfers 60 im normalen Betrieb der Vakuumpumpe, um den Leistungsverbrauch niedrig zu halten.
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Die Ölmenge, die in der Vakuumpumpe vorhanden ist, wenn sie an den Benutzer ausgeliefert wird, stellt jedoch, wie oben erörtert, einen begrenzenden Faktor für die Standzeit der Vakuumpumpe dar, da die Vakuumpumpe außer Betrieb genommen werden muss, wenn im Getriebekasten 10 nur noch unzureichend Öl verbleibt, um ein ausreichendes Maß an Schmierung für die Lager 48 zu schaffen. Es besteht daher ein widerstreitendes Bedürfnis der Versorgung der Vakuumpumpe mit einer ausreichenden Menge Öl, so dass die Standzeit der Vakuumpumpe ausgedehnt werden kann.
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Ein weiterer Nachteil der Versorgung der Vakuumpumpe mit einer beträchtlichen Menge Öl liegt darin, dass die Zahnräder 50, 55 in Öl eingetaucht werden können, so dass eine erhöhte Ölmenge dazu tendiert, entlang der Wellen 40, 45 zu dem bestrichenen Volumen der Vakuumpumpe hin zu laufen. Zwischen dem Getriebekasten 10 und dem bestrichenen Volumen ist ein Dichtungsmechanismus 75 vorgesehen, um den Durchtritt von Öl in das bestrichene Volumen zu verhindern. Der Dichtungsmechanismus 75 ist so ausgelegt, dass er einen Durchtritt von Öl in Dampfform unterbindet. Wenn jedoch ein erhöhter Ölpegel entlang der Wellen 40, 45 läuft, erfährt der Dichtungsmechanismus eine übermäßige Benetzung, welche die Leistung des Dichtungsmechanismus 75 ungünstig beeinflussen kann, was dazu führt, dass etwas Öl in das bestrichene Volumen der Vakuumpumpe gelangen kann. Dies wiederum kann die Pumpleistung der Vakuumpumpe aufgrund der Kontaminierung des hindurchbeförderten Strömungsmittels durch das Öl beeinträchtigen.
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Um eine erhöhte Ölmenge innerhalb des Getriebekastens 10 aufnehmen zu können, ohne dass die oben erörterten Nachteile auftreten, ist ein Sekundärbehälter 70 vorgesehen. Der Sekundärbehälter 70 ist innerhalb des Getriebekastens 10 an einer Stelle angeordnet, die erhöht oberhalb des Primärbehälters 20 liegt, wie in den 1 und 2 dargestellt ist.
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Im Betrieb laufen die Wellen 40, 45 um und bewirken daher die Drehung des Ölwerfers 60, was wiederum das Werfen von Öl in dem Getriebekasten 10 bewirkt. Ein Teil des Öls wird direkt vom Primärbehälter 20 zum Sekundärbehälter 70 überführt, und ein Teil wird in Berührung mit einer Innenwandfläche des Getriebekastens 10 gebracht, von wo aus es in den Sekundärbehälter 70 abläuft.
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Die Ölpegel innerhalb des Primärbehälters 20 sind in 1 dargestellt. Die gestrichelte Linie A zeigt einen geeigneten Pegel für den normalen Betrieb der Pumpe, der einen Pegel darstellt, bei welchem der Einfluss auf den Leistungsverbrauch minimiert ist. Die durchgezogene Linie B zeigt eine größere Ölmenge, die wünschenswerterweise in der Vakuumpumpe vorhanden sein sollte, wenn sie an den Benutzer ausgeliefert wird. Beim anfänglichen Anfahren der Vakuumpumpe können viele Faktoren vorhanden sein, die den Leistungsverbrauch der Vakuumpumpe erhöhen, und so ist ein erhöhter Leistungsverbrauch aufgrund des erhöhten Eintauchens des Ölwerfers 60 in dem Öl weniger signifikant. Die Tätigkeit des Ölwerfers 60 bewirkt das Füllen des Sekundärbehälters 70 (dargestellt durch die gestrichelte Linie A'), wodurch der Ölpegel im Primärbehälter 20 reduziert wird (auf die gestrichelte Linie A).
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Der Betrieb der Vakuumpmpe geht mit diesem niedrigeren Ölpegel im Primärbehälter 20 weiter, so dass der auf den Ölwerfer entfallende Leistungsverbrauch auch auf einem Minimum gehalten wird. Die Zahnräder 50, 55 sind weniger in Öl eingehüllt, so dass die Leistung des Dichtungssystems 75 maximiert wird, und ein Übertritt von Öl in das bestrichene Volumen minimiert, wenn nicht gar vollständig verhindert wird.
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Der Sekundärbehälter 70 weist einen Auslass auf, der mit einer Leitung 77 verbunden ist, die letztlich Öl in den Primärbehälter 20 zurückführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Drossel oder ein anderes Mittel vorgesehen, um die Strömungsrate von aus dem Sekundärbehälter 70 in den Primärbehälter 20 zurückfließendem Öl zu steuern. Die Drossel kann durch eine Wellung und/oder eine kleine Bohrungskonfiguration der Leitung 77 hergestellt sein. Alternativ, wie in diesem Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 dargestellt ist, kann ein Stopfen 80 über oder in dem Auslass des Sekundärbehälters 70 angeordnet sein. Der Stopfen 80 ist vorzugsweise aus einem porösem Material hergestellt, so dass die Strömungsrate von Öl, das hindurchpassiert, reduziert ist. Dies steuert effektiv die Ölmenge, die in den Primärbehälter 20 zurückgeleitet wird, und daher die Rate der Erhöhung des Ölpegels im Primärbehälter 20, die wiederum bestimmt, wie viel Öl auf die Komponenten des Getriebekastens 10 durch den Ölwerfer 60 verteilt wird. Das poröse Material kann ein gesintertes Metall oder ein gesintertes Kunststoffmaterial sein, oder es kann alternativ durch ein oder mehrere Filzkissen gebildet sein. Die Verwendung eines solchen Stopfens 80 hat den zusätzlichen Vorteil, dass er als Ölfilter wirkt und irgendwelche Teilchen zurückhält, die in dem hindurchpassierenden Öl enthalten sind.
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Der Strömungsweg des Öls von Sekundärbehälter 70 zum Primärbehälter 20 kann durch eine oder mehrere Komponenten geführt werden, die Schmierung benötigen, wie beispielsweise das Lager 48. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein Stopfen 80 vorgesehen ist, da das zum Lager 48 zugeführte Öl sauberer ist, als es wäre, wenn es direkt vom Primärbehälter 20 zugeführt würde. Infolgedessen kann die Lebensdauer des Lagers 48 verlängert werden, da Verschleiß durch solche Teilchen minimiert wird.
