DE1191070B

DE1191070B - Zweistufige, oelabgedichtete Drehkolben-Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE1191070B
Application number: DEH27817A
Authority: DE
Inventors: Basil Dixon Power
Original assignee: Edwards High Vacuum Ltd
Current assignee: Edwards High Vacuum Ltd
Priority date: 1955-08-15
Filing date: 1956-08-10
Publication date: 1965-04-15

Description

Zweistufige, ölabgedichtete Drehkolben-Vakuumpumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine zweistufige, ölabgedichtete Drehkolben-Vakuumpumpe. Sie betrifft die Verbesserung einer Pumpe, deren im Hochvakuum(=HV)-Arbeitsraum und im damit über eine Vorvakuumleitung verbundenen Niedervakuum-(=NV)-Arbeitsraum umlaufende Rotoren auf einer gemeinsamen, zwischen den Arbeitsräumen gelagerten Welle sitzen, wobei ein oberhalb der Arbeitsräume angeordnetes Ölreservoir vorgesehen ist, in das der Auslaß des NV-Arbeitsraumes führt und von dem aus eine Ölzufuhrleitung zum Lager des NV-seitigen äußeren Rotorwellenzapfens führt, und wobei weiterhin im Spalt zwischen der inneren Welle und der Wellenlagerung vom NV-Arbeitsraum zum HV-Arbeitsraum Öl durchfließen kann.
Bei Pumpen dieser Art wird als besonders vorteilhaftes Schmiermittel meist ein Öl verwendet, das sowohl zum Schmieren als auch zum Vakuumdichten geeignet ist. Beim praktischen Betrieb ergibt sich häufig, daß die im Öl gelösten Gase aus der Lösung entweichen, wenn das Öl in Zonen niedrigen Druckes gelangt. Es können auch von irgendwelchen flüchtigen Bestandteilen des Öles herrührende Dämpfe frei werden, die dann auf das Endvakuum der Pumpe wesentlichen Einfluß haben. Diese Nachteile sind besonders groß und stören, wenn die Gase oder Dämpfe in der Hochvakuumstufe der Pumpe frei werden.
Es ist schon vorgeschlagen worden, bei Zweistufenpumpen den Zuf(uß von Öl in die Hochvakuumstufe während des Betriebes ganz zu sperren. Der Hochvakuumstufe wird dabei zur Schmierung und Abdichtung eine gewisse Ölmenge zugeteilt, indem Öl unter statischen Bedingungen von einem eigenen Ölbehälter, der durch eine Zwischengehäusekammer gebildet ist, durch die das Fördermedium von der Hochvakuumstufe in die Niedervakuumstufe strömt, aus in das Pumpeninnere eindringt. Diese geringe, zur Versorgung der Hochvakuumstufe bestimmte Ölmenge wird dann während des Betriebes der Pumpe weder ersetzt noch etwa verbrauchtes Öl nachgefüllt. Diese Methode hat aber offensichtliche Nachteile, weil bei großer Pumpenbelastung und längerer Betriebsdauer die Gefahr besteht, daß soviel Öl von der Hochvakuumstufe zur Niedervakuumstufe abfließt, daß es in der Hochvakuumstufe zu Ölmangel und den damit verbundenen Störungen oder Schäden kommt.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei mehrstufigen Pumpen das Schmiermittel zuerst der Vorvakuumstufe zuzuführen, wo ein gewisser Prozentsatz der Gase und flüchtigen Bestandteile bei niedrigerem Vakuum frei wird. Ein kleiner Teil des teilweise gereinigten Öles kann dann seinen Weg - im Falle einer zweistufigen Pumpe - am gemeinsamen Mittellager der Stufen entlang in die Hochvakuumstufe fortsetzen, um diese zu schmieren und abzudichten, wonach das Schmiermittel von der Hochvakuumstufe durch die Niedervakuumstufe auf demselben Weg wieder zurückkehrt, auf dem die Luft gepumpt wird. Nach dieser Methode besteht aber eine dauernde Ölzufuhr in die Hochvakuumstufe, welche gelöste Gase und flüchtige Bestandteile enthält, die in dem groben Vakuum der Niedervakuumstufe nicht frei gemacht wurden, dann aber in der Hochvakuumstufe frei werden. Es ist nicht möglich, ein Vakuum zu erreichen, wie es erreichbar wäre, wenn Spuren von flüchtigen Bestandteilen und gelöstem Gas nicht dauernd Zugang zur Hochvakuumstufe hätten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile bei Pumpen der eingangs beschriebenen Art zu überwinden und eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, daß dem HV-Arbeitsraum immer eine bestimmte erforderliche, aber nicht zu reichliche Ölmenge zugeführt wird.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem durch den Spalt zwischen der inneren Welle und der Wellenlagerung gebildeten Ölflußweg zwei in Wellenrichtung mit Abstand voneinander liegende Ringkammern vorgesehen sind, wovon die dem NV-Arbeitsraum zunächst liegende Ringkammer mit einer nahe an der Einmündung der Vorvakuumleitung gelegenen Stelle des NV-Arbeitsraumes über eine Leitung verbunden ist, durch die in die Ringkammer eintretendes Öl ungehindert zu jener Stelle des NV-Arbeitsraumes fließen kann und wovon die dem HV-Arbeitsraum zunächst liegende Ringkammer mit der Vorvakuumleitung über eine steigende Trichterleitung verbunden ist, in die das in der Vorvakuumleitung von der Seite niederen zur Seite höheren Vakuums fließende Öl unter Bildung einer auf der Ringkammer lastenden Ölflüssigkeitssäule eintritt, so daß dann, wenn eine zur Aufrechterhaltung der ölflüssigkeitssäule ausreichende Ölflüssigkeitsmenge aus der Vorvakuumleitung in die Trichterleitung läuft, kein Öl längs der Trichterwelle fließt, dann jedoch, wenn nur eine zur Aufrechterhaltung der Ölflüssigkeitssäule nicht ausreichende Ölmenge in die Trichterleitung läuft, Öl längs der inneren Welle fließt.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine anfangs rasch entgaste Ölmenge ständig über die Hochvakuumstufe umläuft und daß dabei nur diejenige Ölmenge durch Zufluß aus der Niedervakuumstufe ersetzt wird, die etwa aus dem Kreislauf der Hochvakuumstufe verlorengegangen ist. Der ölzufluß in die Hochvakuumstufe hört also ganz auf, sobald die normale Ölmenge in der Hochvakuumstufe umläuft. Durch diese Maßnahmen kann ein außerordentlich gutes Endvakuum erzielt werden, ohne daß Störungen oder Schäden infolge von Ölmangel in der Hochvakuumstufe eintreten.
Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben-F i g. 1 zeigt eine zweistufige Vakuumpumpe gemäß der Erfindung im Schnitt längs der Linie 1-I in F i g. 2, und F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Pumpe gemäß F i g. 1 längs der Linie II-11 in F i g. 1.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, sind in einem Gehäuse 1, in Achsrichtung hintereinander, zwei Pumpen 2 und 3 angeordnet, die die Niedervakuumstufe und die Hochvakuumstufe der zweistufigen Vakuumpumpe verkörpern. Das Gehäuse 1 weist ferner einen oberhalb der Pumpen angeordneten Behälter 4 auf, der als Vorratsraum (Reservoir) für das Schmier- und Dichtöl dient. Durch eine Ansaugleitung 8, von der nur ein Rohrstück dargestellt ist, tritt das abzusaugende Gas in die Pumpe, d. h. zuerst in den HV-Arbeitsraum 3, ein.
Ölkanäle, von denen einer bei 5 (F i g. 1) angedeutet ist, erstrecken sich nach unten von dem Behälter zu ausgewählten Punkten der Niedervakuumstufe bzw. des NV-Arbeitsraumes der Pumpe. Das Öl, das durch diese Kanäle geführt wird, wird in der Niedervakuumstufe der Pumpe umgewälzt und von dort aus, zusammen mit dem geförderten Gas, durch einen nach oben gerichteten Auspuffkanal 6 herausgedrückt, der in den Behälter 4 unter Zwischenschaltung eines Auspuffventils 7 mündet. Das Fördergas selbst gelangt durch den Behälter 4 hindurch zu einem nicht gezeigten Auslaß. Eine Gehäusebohrung 9 dient als Lager bzw. Mittellager für die Wellenzapfen 10 und 11 der zwei Pumpen, wobei diese Zapfen miteinander entsprechend gekuppelt und jeder von ihnen am Umfang mit einer Schmiernut versehen ist. Die Schmiernut bzw. Ringkammer 12 im Wellenzapfen 10 der Niedervakuumstufe 2 steht über eine den Stator der Pumpe durchdringende Bohrung 13 mit einer Pumpenzone in Verbindung, in der ein Zwischenstufendruck herrscht. Von der Schmiernut bzw. Ring kammer 14 des Wellenzapfens 11 der Hochvakuumstufe 3 führt ein Kanal 15, »Trichterleitung« genannt, nach oben in einen kleinen Öltrichter 16, der seinerseits in einen Querkanal 17, die sogenannte Zwischenstufendruckleitung oder Vorvakuumleitung mündet, welch letztere die Verbindung zwischen der Niedervakuumstufe und der Hochvakuumstufe herstellt. Dieser Verbindungskanal 17 steht natürlich unter einem Zwischenstufendruck und ist in einem wesentlichen Abstand oberhalb des Mittellagers 9 angeordnet.
Es bestehen also zwei Wege für den Umlauf des Schmier- und Dichtöles zwischen der Nieder- und Hochvakuumstufe. Ein erster Weg wird gebildet durch den Arbeitsraum der Pumpe 2, das Spiel zwischen dem Lager 9 und den Wellenzapfen 10 und 11, den Arbeitsraum der Pumpe 3 und die Zwischenstufendruckleitung oder Vorvakuumleitung 17. Ein zweiter Weg zum Umlauf des Öles führt durch die Pumpe 3 allein und wird gebildet durch die Trichterleitung 15, 16, den Teil der Lagerbohrung 9 zwischen der Ringkammer 14 und dem Arbeitsraum der Pumpe 3, die Pumpe 3 und das Teilstück des Verbindungskanals 17 zwischen der Pumpe 3 und dem Öltrichter 16. Der Kanal 15 sieht eine Verbindungsmöglichkeit zwischen dem ersten und zweiten Weg vor, wobei - wie noch gezeigt werden wird - das Öl gezwungen wird, in den Kanal 15 zu fließen, um längs des Lagers 9 einen Druckanstieg zu schaffen, der den Ölfluß entlang dem Lager von Pumpe 2 nach Pumpe 3 verhindert.
Wenn die Pumpe in Betrieb gesetzt wird, wandert von der Niedervakuumstufe bzw. vom NV-Arbeitsraum aus Öl, das einen Mitteldruck zwischen dem atmosphärischen und dem Zwischenstufendruck aufweist, entlang dem Wellenzapfen 10 in eine zur Hochvakuumstufe bzw. zum HV-Arbeitsraum zeigende Richtung. Wenn dieses Öl die Schmiernut 12 erreicht, wird sein Druck etwa auf Zwischenstufendruck herabgesetzt, und zwar auf Grund des Kanals 13, der, wie bereits oben erwähnt, die Nut 12 mit einer Zone der Niedervakuumstufe verbindet, in der Zwischenstufendruck herrscht. Irgendwelches Entgasen und Reinigen des in der Nut 12 befindlichen Öles von flüchtigen Bestandteilen wird über den Kanal 13 erfolgen.
Wenn auf diesem Weg abfallender Druck herrscht, wird das Öl längs des Mittellagers 9 an der Schmiernut 14 vorbei in die Hochvakuumstufe weiterfließen, in der es umgewälzt und schließlich in den Verbindungskanal 17 ausgeworfen wird, wo es beginnt, zur Niedervakuumstufe zurückzufließen. Dabei gelangt das Öl zum Öltrichter 16 und fließt dann hinab in den Kanal bzw. die Trichterleitung 15, in der es sich anzusammeln bestrebt ist, um eine stehende Ölsäule oberhalb der Schmiernut 14 zu bilden. Der Öldruck in der Nut 14 wird daher ungefähr einen Wert erreichen, der dem im Verbindungskanal 17 herrschenden Zwischenstufendruck plus dem von der Ölsäule in Kanal 15 herrührenden Druck entspricht. Der Öldruck in der Schmiernut 14 wird folglich den des Öles in der Nut 12 übersteigen, so daß ein Fließen des Öles am Mittellager entlang von der Niedervakuumstufe zur Hochvakuumstufe verhindert wird. Da die Pumpe fortfährt zu arbeiten, wird sich also ein Ölkreislauf ergeben, der sich von der Nut 14 aus längs des Wellenzapfens 11 in den HV-Arbeitsraum 3, über die Zwischenstufendruckleitung oder Vorvakuumleitung 17 zum Öltrichter 16 und von da aus abwärts durch den Verbindungskanal 15 zurück zur Nut 14 erstreckt. Eine bestimmte Menge Öl wird somit abgesondert und dauernd durch die Hochvakuumstufe umgewälzt. Diese Ölmenge wird infolgedessen zunehmend immer freier von Gas und flüchtigen Bestandteilen, und zwar dank der Reinigungswirkung des Hoch- und Zwischenstufenvakuums.
Solange die Ölsäule im Kanal 15 erhalten bleibt, wird kein Öl von der Niedervakuumstufe entlang dem Mittellager 9 zur Hochvakuumstufe zugeführt werden. Wenn jedoch in der Hochvakuumstufe ein Ölverlust eintritt (beispielsweise durch Gas, das unter relativ hohem Druck durch die Pumpe gepreßt wird und einiges Öl mit sich in die Niedervakuumstufe reißt), wird der Ölspiegel im Kanal 15 sinken, und demzufolge wird das Öl wieder so lange über das Mittellager von der Niedervakuumstufe zur Hochvakuumstufe fließen, bis die Ölsäule wieder genügend aufgebaut ist, um dem Öldruck in der Nut 14 gegenüber dem in der Nut 12 ausreichend zu erhöhen.
Auf diese Weise werden Verluste an in der Hochvakuumstufe zirkulierendem Öl automatisch ausgeglichen und ein weiteres Wandern des Öles entlang den Wellenzapfen verhindert.

Claims

Patentanspruch: Zweistufige, ölabgedichtete Drehkolben-Vakuumpumpe, deren im Hochvakuum= HV)-Arbeitsraum und im damit über eine Vorvakuumleitung verbundenen Niedervakuum= NV)-Arbeitsraum umlaufende Rotoren auf einer gemeinsamen, zwischen den Arbeitsräumen gelagerten Welle sitzen, wobei ein oberhalb der Arbeitsräume angeordnetes Ölreservoir vorgesehen ist, in das der Auslaß des NV-Arbeitsraumes führt und von dem aus eine Ölzufuhrleitung zum Lager des NV-seitigen äußeren Rotorwellenzapfens führt, und wobei weiterhin im Spalt zwischen der inneren Welle und der Wellenlagerung vom NV-Arbeitsraum zum HV-Arbeitsraum Öl durchfließen kann, d a d u r c h gekennzeichnet, daß in diesem ölflußweg zwei in Wellenrichtung mit Abstand voneinander liegende Ringkammern (12 bzw. 14) vorgesehen sind, wovon die dem NV-Arbeitsraum (2) zunächst liegende Ringkammer (12) mit einer nahe an der Einmündung der Vorvakuumleitung (17) gelegenen Stelle des NV-Arbeitsraumes (2) über eine Leitung (13) verbunden ist, durch die in die Ringkammer (12) eintretendes Öl ungehindert zu jener Stelle des NV-Arbeitsraumes fließen kann und wovon die dem HV-Arbeitsraum (3) zunächst liegende Ringkammer (14) mit der Vorvakuumleitung (17) über eine steigende Trichterleitung (15, 16) verbunden ist, in die das in der Vorvakuumleitung von der Seite niederen zur Seite höheren Vakuums fließende Öl unter Bildung einer auf der Ringkammer (14) lastenden Ölflüssigkeitssäule eintritt, so daß dann, wenn eine zur Aufrechterhaltung der Ölflüssigkeitssäule ausreichende Ölmenge aus der Vorvakuumleitung (17) in die Trichterleitung (15, 16) läuft, kein Öl längs der inneren Welle (10, 11) fließt, dann jedoch, wenn nur eine zur Aufrechterhaltung der ölflüssigkeitssäule nicht ausreichende Ölmenge in die Trichterleitung (15, 16) läuft, Öl längs der inneren Welle (10, 11) fließt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 442185, 511218; französische Patentschrift Nr. 577 216; britische Patentschrift Nr. 686 951; USA.-Patentschriften Nr. 2 208 273, 2 646 206, 2668655.