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Rotierende mechanische Vakuumpumpe Die Erfindung betrifft eine rotierende
mechanische Vakuumpumpe mit Ölabdichtung des Auspuffventils und einer Einrichtung
zum Einlaß einer geringen Menge eines gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, in
den Schöpfraum der Pumpe zum Zwecke der Geräuschdämpfung. Die Einrichtung kann unter
Umständen zusätzlich auch zum automatischen Belüften der Pumpe bzw. des Rezipienten
nach dem Stillsetzen der Pumpe dienen.
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Bekanntlich verursachen rotierende Ölluftpumpen beim Arbeiten gegen
sehr niedrige Drücke ein hartes, metallisch-schlagendes Geräusch. Dieses Schnattern
der Pumpe tritt immer dann auf, wenn das mit einem relativ großen Geschwindigkeitsvektor
umlaufende, praktisch inkompressible Öl auf seinem Weg plötzliche, durch ebenfalls
inkompressible Stoffe bedingte, starke Änderungen in der Richtung des Geschwindigkeitsvektors
erfährt oder wenn der Betrag des Geschwindigkeitsvektors des Öles plötzlich durch
einen Zusammenstoß des Öles mit einem anderen inkompressiblen Medium gegen Null
geht und dabei kein die Impulsänderung verlangsamendes kompressibles Medium vorhanden
ist. Die Härte des Schlages ist eine Funktion der Impulsänderung und damit der Masse
und Kompressibilität des am Ort des Schlages vorhandenen kompressiblen Mediums,
der Masse des beförderten Öles und deren Geschwindigkeit. Der in die Funktion eingehende
Proportionalitätsfaktor enthält Materialkonstanten.
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Es ist bekannt, daß man das Schlagen der Pumpe dadurch vermeiden kann,
daß man wenigstens eine Mindestmenge eines unter den bei der Kompression auftretenden
Druckspitzen nicht kondensierbaren kompressiblen Mediums, z. B. Luft, von außen
her in den Schöpfraum der Pumpe einströmen läßt, z. B. durch Öffnen des Lufteinlaßventils
für den Gasballast. Bei ein- und zweistufigen ölvakuum-Schieber- und Kolbenpumpen
muß der Einlaß des kompressiblen Mediums zu einem Zeitpunkt erfolgen, bei dem die
Saugöffnung bereits wieder vom Schöpfvolumen abgetrennt ist, so daß der Einlaß in
das abgetrennte Schöpfvolumen stattfindet. Zweckmäßigerweise läßt man das kompressible
Medium so nahe am Auspuff einströmen, wie es durch die dort herrschenden Druckverhältnisse
möglich ist, und zwar wegen der dadurch bedingten Verschlechterung des Vakuums nicht
kontinuierlich, sondern nur über kurze Zeitspannen, was man durch eine gesteuerte
Zufuhr des Mediums erreichen kann.
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Bei einem Aggregat aus einer Kolbenpumpe in der Hochvakuumstufe und
einer Schieberpumpe in der Vorvakuumstufe oder mit zwei Schieberpumpen kann der
Einlaß des kompressiblen Mediums von außen her fortlaufend in den Saugstutzen der
Vorvakuurnpumpe erfolgen. Natürlich ist auch eine gesteuerte Zufuhr des Mediums
in den Saugteil der Vorpumpe möglich, was jedoch komplizierter zu verwirklichen
ist und keine Vorteile mit sich bringt.
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Die für die Geräuschdämpfung der Ölluftpumpen erforderlichen Mengen
des zuzuführenden kompressiblen Mediums sind im Vergleich zu den beim sogenannten
Gasballast zur Verhinderung der Kondensation von abgesaugten Dämpfen eingelassenen
Luftmengen äußerst gering. Ein Einlaß von kompressiblem Medium durch Haarkapillaren
wäre zwar möglich, ist aber unzweckmäßig, da bereits die geringsten Mengen von Staub,
Öl oder sonstigen nicht gasförmigen Stoffen genügen, um eine solche Kapillare oder
vergleichbare Anordnungen, die mit engen Öffnungen arbeiten, zu verstopfen, so daß
die beabsichtigte Geräuschdämpfung nicht eintritt.
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Es ist weiterhin bekannt, die Geräuschentwicklung einer Pumpe beim
Arbeiten gegen hohes Vakuum dadurch zu verringern, daß man intermittierend geringe
Mengen Luft in den Schöpfraum der Pumpe unter Verwendung von sogenannten Schöpfbohrungen
einläßt. Eine bekannte Pumpe dieser Art enthält im Lagerdeckel des Wellenstummels
des Rotors eine zur Atmosphäre hin offene Bohrung, die innen von der Stirnseite
des Wellenstummels verschlossen wird. Im selben radialen Abstand von der Drehachse
wie diese Bohrung ist der Wellenstummel mit einem Sackloch versehen, das bei jeder
Umdrehung des Rotors einmal kurzzeitig mit der zur Atmosphäre hin offenen Bohrung
in Verbindung tritt. Beim Weiterdrehen des Rotors wird dann die in dem meist als
»Schöpfbohrung« bezeichneten Sackloch befindliche Luft durch eine in den Lagerdeckel
eingestochene
Nut dem Förderraum der Pumpe zugeführt. Es ist auch
bekannt, die Schöpfbohrungen als radial verlaufende Sacklöcher in der Mantelfläche
des Wellenstumpfes auszubilden.
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Bei einer anderen, bekannten Pumpe ist außer der oben beschriebenen
Schöpfvorrichtung zur Einführung geringer Mengen von Luft in den Förderraum auch
eine entsprechende, getrennte Schöpfvorrichtung zur Einführung dosierter Mengen
Öl in den Förderraum der Pumpe vorgesehen. Die Schöpfbohrungen für die Öl- bzw.
Luftzufuhr sind dabei in einer drehfesten und axial verschiebbaren Steuerscheibe
angeordnet.
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Es ist weiterhin bekannt, das Gasballastventil einer mechanischen
Vakuumpumpe mit einem Ventil zum Einlaß von Öl in den Förderraum der Pumpe so zu
koppeln, daß bei Verminderung der Gasballastzufuhr auch die Ölzufuhr gedrosselt
wird.
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Die bekannten Anordnungen zur Luftzufuhr unter Verwendung von Schöpfbohrungen
besitzen den Nachteil, daß besonders bei kleinen Pumpen die Schöpfbohrungen wegen
der geringen einzulassenden Luftmengen sehr klein gehalten werden müssen, außerdem
hängen die eingelassenen Mengen stark von den Herstellungstoleranzen ab.
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Durch die Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Anordnungen
beseitigt werden. Insbesondere soll eine Vorrichtung zum Einlaß geringer Mengen
eines kompressiblen Mediums, vorzugsweise Luft, in den Förderraum einer rotierenden
Vakuumpumpe angegeben werden, die keine engen Öffnungen oder Kapillaren enthält
und außerdem eine leichte Einjustierung der einzulassenden Mengen ermöglicht.
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Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine rotierende mechanische
Vakuumpumpe der eingangs erwähnten Art zum Zwecke der Geräuschdämpfung mit einem
Gas- und öleinlaßkanal versehen ist, der eine erste Einlaßöffnung, die mit einem
mit Öl gefüllten Raum, und eine zweite Einlaßöffnung, die mit einem mit dem gasförmigen
Medium gefüllten Raum in Verbindung stehen, aufweist und der dauernd oder intermittierend
mit dem, in Rotordrehrichtung gesehen, letzten bzw. auspuffseitigen Teil des Pumpenförderraumes
in Verbindung steht, wobei noch eine Verstelleinrichtung für den Querschnitt der
ersten oder Öleinlaßöffnung vorgesehen ist, bei deren Verstellung je nach Bedarf
weniger Öl und mehr Gas in den auspuffseitigen Teil des Schöpfraumes eintreten kann.
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Die Erfindung soll nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung
mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung
längs der Ebene 1-I in Fig. 2; Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Ebene II-II
in Fig. 1; Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung
längs einer Ebene 111-11I in Fig. 4, wobei der übersichtlichkeit halber einige Teile
weggebrochen sind; Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Ebene IV-IV in Fig. 3; Fig.
5 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 in Verbindung mit einer Drehschieberpumpe,
die im Längsschnitt gezeichnet ist, und Fig.6 zeigt eine andere Anwendungsmöglichkeit
der Anordnung nach Fig. 1 und 2 in Verbindung mit einer Drehschieberpumpe, die im
Querschnitt gezeichnet ist.
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Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung wird ein Unterdruckraum
1, in den eine definierte. kleine Menge Luft eingelassen werden soll, von
einem Raum 2, der unter Atmosphärendruck steht, durch eine Zwischenwand 3
getrennt. Der Raum 2 ist zum Teil mit Ö14 gefüllt, der minimal bzw. maximal
zulässige Ölstand ist mit 5 bzw. 6 bezeichnet.
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In eine Öffnung 7 der Metallplatte 3 ist ein Rohrstutzen
8 eingesetzt, der mit einem Gewinde 9 versehen ist, in das ein weiteres
Rohr 10 eingeschraubt ist.
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In die Seitenwand des Teiles des Rohrstutzens 8,
der in den
Ölvorrat 4 hineinreicht und das Innengewinde 9 trägt, ist eine Öffnung
11 gebohrt, die das Innere des Rohrstutzens 8 mit dem Ölvorrat
4 verbindet. Das Rohr 10 weist an seinem oberen Ende eine Öffnung
12 auf, die so angeordnet ist, daß sie immer oberhalb des maximalen Ölstandes
6 liegt. Die Öffnung 12 verbindet das Innere 13 des Rohres
10
mit dem oberhalb des Ölspiegels gelegenen Teil des Raumes 2, in
dem sich das kompressible Medium, beispielsweise Luft, befindet.
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Das mit einem Außengewinde versehene untere Ende des Rohres
10 kann durch Verdrehen des Sechskantkopfes 14 mehr oder weniger weit
in den Rohrstutzen 8 eingeschraubt werden. Beim Einschrauben des Rohres
10 in den Rohrstutzen 8 verschließt das untere Ende des Rohres
10 allmählich die Bohrung 11. Durch Verdrehen des Rohres
10
kann also der Querschnitt der Öffnung 11 mit beliebigen Zwischenwerten
zwischen vollständiger Öffnung und vollständigem Schließen verändert werden.
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Zur Erklärung der Arbeitsweise dieser Anordnung soll angenommen werden,
daß im Raum
1 ein Unterdruck und im Raum 2 Atmosphärendruck herrscht. Durch
den Rohrstutzen 8 wird dann Öl aus dem Ölsumpf
4 über die Öffnung
11 sowie Luft aus dem oberhalb des Ölspiegels liegenden Teil des Raumes
2
über die Öffnung
12 angesaugt. Durch entsprechende Bemessung der
Größe der Öffnungen 11 und 12 läßt sich nun leicht erreichen, daß bei vollständig
geöffneter Öffnung
11, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, die Luftzufuhr
durch die Öffnung
12 in den Unterdruckraum
1 vollständig durch das
durch die Öffnung
11
einströmende Öl unterbunden wird. Andererseits ist es
selbstverständlich, daß bei ganz eingeschraubtem Rohr 10 und vollständig geschlossener
Öffnung 11 nur Luft und kein Öl angesaugt wird. Durch Verdrehen des Rohres
10 und die damit bewirkte Einstellung des Querschnittes der ölzuflußöffnung
11
kann ein den Bedürfnissen angepaßtes öl-Luft-Gemisch herizestellt werden,
das in den Unterdruck-
| raum 1 eingesaugt wird. In der Praxis liegt der Durch- |
| messer der Öffnungen 11 und 12 bei einigen
Milli- |
| metern, so daß kein Verstopfen zu befürchten ist, |
| andererseits ist es trotzdem möglich, genau be- |
| messene, kleine Luftmengen in den Raum 1 ein- |
| zuführen. Da eine nachträgliche Einjustierung der |
| Luftzufuhr möglich ist, brauchen bei der Herstellung |
| keine engen Toleranzen eingehalten zu werden, so |
| daß die Anordnung sehr wirtschaftlich gefertigt |
| werden kann. |
| Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform |
| der Erfindung, die sich von der Anordnung nach |
| Fig. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß der Öl- und |
| Luftstrom in der Zuflußrichtung vertauscht sind. In |
eine Zwischenwand 3, die wieder einen Unterdruckraum
1 von einem unter Atmosphärendruck stehenden Raum
2 trennt, ist ein
Rohrstutzen
8' eingesetzt. Das eine Ende des Rohrstutzens
8' mündet
im Ölsumpf
4, und die im Ölsumpf gelegene Öffnung
15
kann durch eine
Schraubenspindel
16 mit konischer Spitze mehr oder weniger weit verschlossen
werden; diese Anordnung entspricht etwa einem Nadelventil. Die Schraubenspindel
16 läuft in einem Gewinde, das in einem Haltebügel 17 vorgesehen ist. In
den Rohrstutzen
8' mündet von der Seite ein Rohr
10', das nach oben
gebogen ist, und die Öffnung
18 dieses Rohres befindet sich an einer solchen
Stelle, daß sie immer oberhalb des Ölspiegels liegt.
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Die Arbeitsweise der in Fig. 3 und 4 dargestellten Vorrichtung entspricht
im Prinzip derjenigen, die in Verbindung mit Fig. 1 und 2 erläutert wurde. Durch
Verdrehen der Schraubenspindel 16 läßt sich die Stärke des Ölstromes einstellen,
bei völlig freier Ölströmung wird der Zustrom von Luft durch das Rohr
10' vollständig unterbunden, bei ganz gedrosselter Ölströmung kann nur Luft
in den Raum 1 einströmen. Die Menge der durch das Rohr 10' in den
Raum 1 angesaugten Luft kann wie bei der erstbeschriebenen Ausführungsform durch
Einstellen des Ölstromes geregelt werden.
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In Fig. 5 und 6 ist eine Drehschieberpumpe im Längs- und Querschnitt
dargestellt, bei der die erfindungsgemäße Geräuschdämpfungseinrichtung Verwendung
finden kann. Fig. 5 und 6 unterscheiden sich nur durch den Ort, an dem die Geräuschdämpfungseinrichtung
gemäß der Erfindung angebracht ist; darauf soll jedoch erst später eingegangen werden.
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Die in Fig. 5 und 6 dargestellte Pumpe enthält ein Gehäuse 20, das
einen Schöpfraum 21 einschließt, in dem ein drehbarer Rotor oder Anker
22 gelagert ist, der zwei Schieber 23 enthält. Der Rotor 22 trägt zwei Achsstummel
24 und 25, die im Gehäuse laufen. Der Achsstummel 25 ist mit einer Antriebsachse
26
verbunden, die über eine Dichtung 27 nach außen geführt ist und
ein Antriebsrad 28 trägt. In Fig. 5 sind der Rotor 22 sowie die Achsstummeln
24 und 25 nicht geschnitten dargestellt.
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In den Schöpfraum mündet ein Ansaugstutzen 29
und ein Auspuff
30, der durch eine Ventilplatte 31 in bekannter Weise verschlossen ist. Über
der Ventilplatte befindet sich ein Ölfänger 32.
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Zur Geräuschdämpfung ist bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Anordnung vorgesehen; gleiche Teile sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Die Bohrung 7 in der Zwischenwand 3 setzt
sich in das Lagerstück 33 des Gehäuses fort, in dem der Achsstummel 25 gelagert
ist. In diesem Achsstummel 25
befinden sich zwei um 180' versetzte Schöpfbohrungen
34. Diese Schöpfbohrungen bekommen in einem Zeitpunkt, in dem beim Arbeiten
der Pumpe gegen ein hohes Vakuum, bzw. gegen das Endvakuum im auspuffseitigen Schöpfvolumen,
noch ein Unterdruck herrscht, durch eine Bohrung 36 im Lagerstück 33 Verbindung
mit dem auspuffseitigen Schöpfvolumen, werden also evakuiert. Bei der weiteren Drehung
des Achsstummels 25 kommen diese Schöpfbohrungen mit der Zuführungsbohrung
35 zur Geräuschdämpfungseinrichtung 8, 10 in Verbindung und saugen
dort ein öl-Luft-Gemisch an, das sie wieder durch die Bohrung 36 im Lagerstück
33 in das unter Vakuum stehende, auspuffseitige Schöpfvolumen abgeben, wenn sie
diese Bohrung 36
erreichen usw. Durch diese Anordnung wird also intermittierend
eine ganz genau dosierte Luftmenge in das auspuffseitige Schöpfvolumen eingeführt,
so daß das Schnattern der Pumpe weitgehend verhindert wird. Die Bohrung
36 ist in Fig. 5 nur schematisch, und außerdem versetzt, angedeutet.
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Bei der beschriebenen Anlage ist eine Bemessung der angesaugten Luftmenge
sowohl durch die Einstellung der in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 dargestellten
Geräuschdämpfungseinrichtung als auch durch die Größe der Schöpfbohrungen möglich.
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Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung
nach Fig. 5 darin, daß die Geräuschdämpfungseinrichtung 8, 10 nicht mit Schöpfbohrungen
in Verbindung steht, sondern auf der Ventilplatte 31' des Auspuffventils
angeordnet ist. Die Ventilplatte 31' tritt also an die Stelle der Trennwand
3 in den Fig. 1 bis 4. Mit dieser Anordnung erreicht man außer der gewünschten Geräuschdämpfung
zusätzlich noch eine selbsttätige Belüftung der Pumpe bzw. des Rezipienten nach
dem Stillsetzen der Pumpe. Der Rohrstutzen 8 durchsetzt also hier die bewegliche
Ventilplatte 31', die den Auspuff 30
abschließt.
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Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung arbeitet folgendermaßen: Beim
Inbetriebsetzen der Pumpe stößt diese 0I sowohl unterhalb des Ventilplättchens
31' als auch durch das Rohr 8 aus. Ist das während des Stillstandes
eingedrungene Öl ausgestoßen und der Rezipient genügend evakuiert, so tritt im auspuffseitigen
Teil 21' des Schöpfraumes ein Unterdruck auf. Dadurch wird Öl aus dem Ölfänger
32 durch die in ihrer Größe variable ölzufiußöffnung 11 sowie Luft
durch die obere Öffnung 12 angesaugt. Die Ölzuflußöffnung wird dabei so groß
eingestellt, daß die Pumpe gerade die zur Geräuschminderung erforderliche Luftmenge
mit ansaugt. Beim Stillsetzen der Pumpe kann dann natürlich Luft durch das Rohr
10
eindringen, so daß die Pumpe und der Rezipient belüftet werden, was bei
der Zuführung des Öl-Luft-Gemisches durch Schöpfbohrungen, wie in Fig. 5 dargestellt
wurde, so gut wie nie vorkommt. Das Anordnen der Geräuschdämpfungseinrichtung am
Auspuff hat außer einer automatischen Belüftung der Pumpe noch den Vorteil, daß
die Arbeitsweise der Geräuschdämpfungseinrichtung von der Viskosität des Öles kaum
beeinflußt wird, da sich das Ventil und das direkt mit ihm in Verbindung stehende
Öl sehr schnell stark erwärmen, so daß man praktisch immer dieselben Verhältnisse
hat. Die Anordnung kann nur dort Verwendung finden, wo ein Belüften der Pumpe nach
dem Stillegen zulässig ist.
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Natürlich kann bei der Pumpe nach Fig. 5 und 6 auch die in Fig. 3
und 4 dargestellte Anordnung Verwendung finden. Das Prinzip der Geräuschdämpfungseinrichtung
gemäß der Erfindung besteht darin, daß über verhältnismäßig große Kanäle ein Öl-Luft-Gemisch
mit einstellbarem Luftanteil hergestellt wird, das in den auspuffseitigen Schöpfraum
der Pumpe eingeführt wird.