DE1179666B - Drehkolbenpumpe zur Vakuumerzeugung - Google Patents

Description

• Drehkolbenpumpe zur Vakuumerzeugung Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenpumpe zur Vakuumerzeugung, vorzugsweise eine Gasballastpumpe, mit in einem Auslaßkanal angeordnetem, ölüberlagertem Auslaßventil und einem zusätzlichen Ölkanal für die Ölzufuhr aus dem Ölvorrat der Pumpe zum Pumpenförderraum.
• Es sind Drehkolbenpumpen zur Vakuumerzeugung bekannt, bei denen zu Beginn jeder Kompressionsperiode des Fördervolumens eine definierte Ölmenge in den Förderraum der Pumpe eingebracht wird. Diese Ölmenge wird einerseits zur Schmierung der gleitenden Teile benötigt, und sie dient andererseits zur Abdichtung der an den Schieberanlagen und an den Rotorstirnseiten auftretenden Spalte. Während die gewünschte Schmierwirkung bereits mit einer relativ kleinen Ölmenge sicher erreicht wird, ist für die angestrebte Abdichtwirknng eine größere Öleinspritzung nötig. Die Ölmenge richtet sich dabei nach den Betriebsbedingungen der Pumpe und muß so bemessen sein, daß auch bei hohen Differenzdrükken an den Spalten, wie sie z. B. beim Betrieb mit Gasballast auftreten, eine weitgehende Abdichtung erzielt wird. Ist die hierzu zur Verfügung stehende Ölmenge zu gering, so tritt eine hohe Luftrückströmung nach der Ansaugseite hin und damit eine wesentliche Verringerung des erreichbaren Endvakuums ein. In der Praxis wird daher die in den Förderraum einer Drehkolbenpumpe eingebrachte Ölmenge so eingestellt, daß der geforderte Endvakuumdruck gegebenenfalls bei Betrieb mit Gasballast sicher erreicht wird.
• Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Lauf der Drehkolbenpumpe gegen Endvakuum (Betrieb ohne Gasballast) bereits eine erheblich geringere Ölmenge zur Spaltabdichtung ausreicht. Da andererseits die bei jedem Hub in den Förderraum eingespritzte Ölmenge wieder aus diesem Raum ausgestoßen werden muß, wäre es an sich vorteilhaft, dieses Ölvolumen so klein wie möglich zu halten, da beim Ausstoß der inkompressiblen Ölmenge im Auslaßkanal Druckspitzen auftreten, die Geräusch und Erschütterung hervorrufen und die vermutlich auch als Ursache für einen erhöhten Verschleiß wichtiger Pumpenteile anzusehen sind. Außerdem bedeutet die an sich überflüssige Umwälzung einer zu großen Ölmenge bei geringer Förderleistung einen unnötig hohen Leistungsbedarf.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Ölzufuhr in den Förderraum der Pumpe der jeweiligen Betriebsart in der Weise anzupassen, daß bei der Umschaltung von Betrieb mit Gasballast auf Betrieb ohne Gasballastzufuhr eine Veränderung der in den Förderraum eingebrachten Ölmenge durch Einschaltung einer von außen zu betätigenden Drosselstelle in die ölzufuhrleitung vorgenommen wüd, beispielsweise durch Koppelung der Bewegung des Drosselelementes mit derjenigen des Gasballastventils. Es ist auch bereits bekannt, bei einer Hochvakuumkapselpumpe zur Verhinderung des Ölrücklaufes ein durch Öldruck steuerbares Verschlußorgan im Ölrücklaufkanal anzuordnen. Bei laufender Pumpe wird dabei Öldruck in einem Zylinder erzeugt, in welchem ein am Abschlußorgan. festsitzender Kolben bewegt wird, so daß die Ölrücklaufleitung geöffnet und bei Stillstand der Pumpe geschlossen ist.
• Eine andere bekannte Vorrichtung zur Steuerung des Ölzulaufes bei Rotationspumpen mit Gleitschieber leitet mittels eines Absperrhahnes über ein Horizontalrohr laufend neues Öl in' die Pumpenkammer, welches von dort durch den Auspuffdom in eine Abführleitung getrieben wird. Durch die dauernde Erneuerung des Öles will man ein Verschmutzen des Öles verhindern und damit die Pumpwirkung zur Erlangung eines hohen Vakuums verbessern.
• Um die Ölzufuhr aus dem Ölvorrat über einen Ölkanal in den Schöpfraum bzw. Kompressionsraum möglichst genau den jeweiligen. Betriebsverhältnissen anzupassen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß bei einer Vakuumpumpe der eingangs erwähnten Art die Ölzufuhr aus dem Ölkanal durch eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Druck in dem an den Kompressionsraum anschließenden Auslaßkanal gesteuert wird. Es ist demnach erforderlich, eine Bestimmung des im Äuslaßkanal auftretenden Druckes durchzuführen, durch den dann mit Hilfe eines Steuerelementes die Ölzufuhr zum Förderraum entsprechend gedrosselt oder vergrößert werden kann.
• Da der Druck im Auslaßkanal einer Drehkolbenpumpe zeitlich ungleichförmig stoßweise verläuft, erscheint es vorteilhaft, die Steuereinrichtung mit einer Dämpfungsvorrichtung in Wirkverbindung zu bringen, so daß aus den Augenblickswerten des Druckes im Auslaßkanal ein zeitlicher Mittelwert gebildet wird, dem die Steuerung der Ölzufuhr folgt.
• Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung kann vorteilhaft so aufgebaut sein, daß die Steuereinrichtung eine in den Ölkanal zwischen dem Ölvorrat und dem Förderraum der Pumpe eingeschaltete veränderbare Durchflußöffnung aufweist, welche in ihrer Größe gemäß den Druckwerten im Auslaßkanal verändert wird. Man kann dabei die konstruktive Ausführung so gestalten, daß die Durchflußöffnung in einem Steuerkolben vorgesehen ist, welcher in einem Steuerzylinder gegen eine Feder bewegbar ist, und daß ein auf einer Seite des Steuerkolbens im Steuerzylinder verbleibender Hohlraum über eine Steuerdruckleitung mit dem Auslaßkanal in Verbindung steht. Bei dem als »Steuerzylinder« bezeichneten Teil kann es sich auch um einen Hohlkörper handeln, der keinen kreisförmigen Innenquerschnitt aufweist. Es ist ferner auch möglich, im Steuerkolben zwei oder mehrere Durchlaßöffnungen mit verschiedenem Querschnitt anzuordnen. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Durchlaßöffnung nicht als durchgehende Bohrung, sondern als umlaufende Ringnut in der Außenfläche des Steuerkolbens ausgebildet, wodurch der Aufbau der Steuervorrichtung vereinfacht wird.
• Bei großer Förderleistung der Drehkolbenpumpe herrscht im Auslaßkanal ein Überdruck, der mit der eingebauten Feder gleichwirkend den Steuerkolben in eine Endlage entsprechend der größten freigegebenen Durchftußöfffnung drängt. Läuft die Pumpe dagegen ohne Gasballast gegen Endvakuum, so wird der Steuerkolben durch den Unterdruck im Auslaßkanal unter Zusammenpressung der Feder zurückgezogen und die Durchflußöffnung verkleinert.
• Wie sich aus theoretischen Untersuchungen ableiten läßt, gibt es für jeden mittleren Druckwert eine stabile Lage des Kolbens, und man muß insbesondere Feder- und Kolbenquerschnitt so dimensionieren, daß die Kräfte groß genug sind, um die Reibung zu überwinden und ein betriebssicheres Arbeiten zu gewährleisten. Ein wesentliches Merkmal der beschriebenen Anordnung ist die vorgeschlagene Uämpfungsvorrichtung mit relativ hoher Dämpfung, die praktisch so groß sein muß, daß der Kolben keine Schwingungen um seine Gleichgewichtslage ausführen kann, sondern den jeweiligen Zustand aperiodisch erreicht. Da die Vorichtung in öl aufgebaut werden kann, läßt sich eine wirksame Dämpfung praktisch ohne jeden besonderen Aufwand erreichen.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung an Hand der Zeichnung, die einen Längsschnitt durch eine Drehkolbenpumpe zeigt, näher erläutert: In einem Pumpengehäuse 1 ist ein Drehkolben 2 mit zwei plattenförmigen Arbeitsschiebern bzw. Drehschiebern 3, 4 angeordnet. Diese Drehschieber 3, 4 werden durch Druckfedern 5 mit ihren Abdichtflächen gegen die Innenumfangswand des Pumpengehäuses 1 angedrückt. Durch die Drehschieber 3, 4 wird der zwischen der Innenumfangswand des Gehäuses 1 und der Umfangsfläche des Drehkolbens 2 gebildete sichelförmige Schöpfraum in Förderzellen unterteilt, die sich während der Drehung des Drehkolbens ständig verändern.
• Am oberen Ende eines Auslaßkanals 6, der sich an den letzten Bereich des Schöpfraumes, den Kompressionsraum, anschließt, ist ein Auslaßventil 7 mit einer Ventilplatte 8 angeordnet. Diese Ventilplatte 8 kann beim Ausstoßvorgang bis zur Auflage nur einen relativ geringen Hubweg zurücklegen, wodurch eine unerwünscht große ölrückströmung parallel zur Ölsteuerung verhindert wird.
• Über eine ölzufuhrleitung (bzw. Ölkanal) 9, die einerseits mit dem Ölvorrat 10 über dem Auslaßventil und andererseits mit dem Förderraum bzw. Schöpfraum der Pumpe in Verbindung steht, erfolgt die gesteuerte Ölzufuhr in den Förderraum. In diese Ölzuführungsleitung 9 ist eine in einem Steuerkolben 11 befindliche Durchflußöffnung 12 eingeschaltet, welche je nach der Stellung des Steuerkolbens 11 den vollen Querschnitt des Ölkanals 9 freigibt oder diesen nahezu bis zur völligen Sperrung verschließt.
• Der Steuerkolben 11 befindet sich in einem Steuerzylinder oder Kolbengehäuse 13, das auf seiner, dem Auslaßventil zugewandten Seite, über eine Steuerdruckleitung 14 mit dem Auslaßkanal 6 in Verbindung steht. Gegen eine ringförmige Stirnfläche des Steuerkolbens 11 ist außerdem eine Spiraldruckfeder 15 abgestützt, die bei großer Förderleistung der Drehkolbenpumpe eine einwandfreie Bewegung des Steuerkolbens 11 in die Endlage der vollen Freigabe der Durchlaßöffnung 12 herbeiführt. Durch eine Öffnung 24 steht der rechts vom Steuerkolben 11 verbleibende Hohlraum des Steuerzylinders 13 mit dem unter Atmosphärendruck stehenden Ölvorrat in Verbindung. Die Größe dieser Öffnung bestimmt die Dämpfung des Kolbens. Bei Lauf gegen Endvakuum wird der Kolben durch den im Auslaßkanal 6 herrschenden Unterdruck gegen die Wirkung der Spiraldruckfeder 15 in die entgegengesetzte Endlage gebracht, wodurch der Ölkanal bzw. die Ölzuführungsleitung 9 je nach Einstellung mehr oder weniger vollständig verschlossen wird.
• In einem Aufsatz 16 ist in an sich bekannter Weise über dem Auslaßventil 7 ein ölfangkasten 17 mit Spritzschutz 18 angeordnet. Das Rohr 23 deutet den Ansaugkanal der Pumpe an.
• Ein wesentlicher Vorteil der neuen Erfindung liegt vor allem darin, daß die vorgeschlagene Steuervorrichtung für die Ölzufuhr in einfachster Weise mit nur geringfügigen konstruktiven Abänderungen auch in bereits vorhandene Drehkolbenpumpen eingebaut werden kann.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Drehkolbenpumpe zur Vakuumerzeugung, vorzugsweise Gasballastpumpe, mit einem in einem Auslaßkanal angeordneten ölüberlagerten Auslaßventil und einem zusätzlichen Ölkanal fair die Ölzufuhr aus dem Ölvorrat der Pumpe zum Pumpenförderraum, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Ölzufuhr aus diesem Ölkanal (9) durch eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Druck in dem an den Kompressionsraum anschließenden Auslaßkanal (6) gesteuert wird.
2. 2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine in den Ölkanal (9) zwischen dem Ölvorrat (10) und dem Förderraum eingeschaltete veränderbare Durchflußöffnung aufweist, welche in ihrer Größe gemäß den Druckwerten im Auslaßkanal verändert wird.
3. 3. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mit einer Dämpfungsvorrichtung verbunden ist.
4. 4. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnung (12) in einem Steuerkolben (11) vorgesehen ist, welcher in einem Steuerzylinder (13) gegen eine Feder (15) bewegbar ist, und daß ein auf einer Seite des Steuerkolbens (11) im Steuerzylinder (13) verbleibender Hohlraum über eine Steuerdruckleitung (14) mit dem Auslaßkanal (6) in Verbindung steht.
5. 5. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkolben (11) mindestens zwei Durchlaßöffnungen (12) mit verschiedenem Querschnitt vorgesehen sind.
6. 6. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnung als Ringnut in der Außenfläche des Steuerkolbens (11) ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 430 318, 559 948, 673 497, 702 480, 716 593, 760 649, 859 789; schweizerische Patentschrift Nr. 107 271; britische Patentschrift Nr. 389 087. .