DE2844019A1

DE2844019A1 - Vakuumpumpe, insbesondere waelzkolben-vakuumpumpe

Info

Publication number: DE2844019A1
Application number: DE19782844019
Authority: DE
Inventors: Heinz Frings; Karl-Heinz Ronthaler
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1978-10-09
Filing date: 1978-10-09
Publication date: 1980-04-17
Also published as: FR2438753B1; US4470767A; FR2438753A1; GB2032527B; DE2844019C2; GB2032527A

Description

-3- 78.032

LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Vakuumpumpe, insbesondere Wälzkolben-Vakuumpumpe

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Wälzkolben-Vakuumpumpe, mit einer Ver-bindungs leitung zwischen der Saugseite und der Druckseite der Pumpe sowie mit einem in dieser Verbindungsleitung angeordneten, bei Überschreitung einer maximal zulässigen Druckdifferenz öffnenden, gewichtsbelasteten Ventils. Mit einem solchen Ventil kann eine thermische oder mechanische überlastung der Pumpe vermieden werden, die insbesondere bei Wälzkolben-Vakuumpumpen eintritt, wenn eine maximal zulässige Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite überschritten wird.

Eine Vakuumpumpe dieser Gattung ist aus dem Katalog der Firma Balzers AG "Komponenten für die Vakuumtechnik", Ausgabe 1977, Seite C 8 bekannt. Die darin offenbarte Wälzkolben-Vakuumpumpe hat eine Überströmleitung mit einem Überströmventil mit vertikal geführtem Verschlußelement. Nachteilig an dieser vorbekannten Pumpe ist, daß sie nur mit einer Förderrichtung, nämlich vertikal von oben nach unten betrieben werden kann. Der Grund dafür ist das gewichtsbelastete überStrömventil,das nur bei der dargestelltenEinbaulage die gewünschten Eigenschaften hat. Bei jeder anderen Einbaulage kann es seine Funktion nicht erfüllen.

Aus der DE-OS 19 39 717 ist es bekannt, eine Wälzkolbenpumpe

030016/0417

derart auszubilden, daß sie sowohl mit vertikaler als auch mit horizontaler Förderrichtung betrieben werden kann. Aus den geschilderten Gründen kann bei einer Wälzkolbenpumpe dieser Art ein lageabhängiges gewichtsbelastetes Ventil der weiter oben beschriebenen Art nicht verwendet werden. Es wäre denkbar, an Stelle des gewichtsbelasteten Ventiles ein lageunabhängiges Ventil, z.B. ein federbelastetes Ventil zu verwenden. Diese haben aber bei der Verwendung als Überströmventil erhebliche Nachteile. Bei Wälzkolbenpumpen mit Umwegleitung (federbelasteten Überströmventilen) treten häufig sehr starke selbstangefachte Strömungspulsationen in dem System Wälzkolbenpumpe - Überströmleitung auf, die bei einem federbelasteten Überströmventil nicht nur starke Geräusche sondern auch erhebliche Schwingungen und ein Hämmern des Ventils bis zur Zerstörung von Pumpe und Ventil zur Folge haben können .Das liegt offensichtlich daran, daß eine Wälzkolbenpumpe mit einer Überströmleitung wie ein Verstärker mit Rückkopplung wirken kann. Die Wälzkolbenpumpe bildet dabei den Verstärker, die Überströmleitung mit dem federbelasteten Überströmventil die Rückkopplung.

Nachteile dieser Art haben gewichtsbelastete Überströmventile kaum. Ihr Nachteil besteht in der Lageabhängigkeit, so daß die bisher bekannten, damit ausgerüsteten Vakuumpumpen nur mit einer Förderrichtung betrieben werden konnten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein gewichtsbelastetes Überströmventil aufweist und dennoch ohne Umbau mit vertikaler und horizontaler Förderrichtung betrieben

030016/0Ä17

28U019

werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Achse des gewichtsbelasteten Ventils mit der Achse der Förderrichtung einen Winkel von 4 5 bildet. Unabhängig davon, ob eine in dieser Weise ausgebildete Vakuumpumpe mit vertikaler oder horizontaler Förderrichtung betrieben wird, bildet die Achse des gewichtsbelasteten Ventils mit der Vertikalen einen Winkel von 45 , so daß es in jeder der beidenEinbaulagen der Vakuumpumpe identische Eigenschaften hat und damit in jeder der beiden Lagen seine Funktion erfüllen kann. Das gewichtsbelastete Ventil ist also so an der Vakuumpumpe angeordnet, daß in jeder der beiden Einbaulagen der Pumpe die Forderung nach seiner Lageabhängigkeiterfüllt ist. Ein Umbau des Ventils bei Veränderung der Förderrichtung ist nicht erforderlich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durcheine Wälzkolbenpumpe, senkrecht zu den Achsen der Wälzkolben, mit vertikaler Förderrichtung,

Figur 2 die Wälzkolbenpumpe nach Figur 1 bei einer Einbaulage mit horizontaler Förderrichtung und

Figur 3 vergrößert dargestellt, ein Überströmventil nach der Erfindung.

030D16/0417

28U019

In den Figuren 1 und 2 sind das Gehäuse der Pumpe mit 1, die Saugseite mit 2, die Pruckseite mit 3 und die Verbindungsleitung zwischen der Saugseite 2 und der Druckseite 3 mit 4 bezeichnet. Im Schöpfraum 5 der Pumpe befinden sich zwei Drehkolben 6 und 7, die sich um die parallelen Achsen 8 und 9 wie Zahnräder drehen und dadurch die Förderung bewirken. Die Drehkolben laufen gegeneinander und gegenüber der Gehäusewand berührungsfrei. Die Förderrichtung ist jeweils durch die gestrichelte Linie 10 und die Pfeile 11 gekennzeichnet.

In der Überströmleitung 4 ist das allgemein mit 13 bezeichnete Überströmventil angeordnet. Es umfaßt die zu verschließende öffnung 14 und das Verschlußelement 15. Am Verschlußelement ist eine Lagerbuchse 16 befestigt, der ein Lagerzapfen 17 zugeordnet ist. Der Lagerzapfen 17 ist an einem deckelartigen Gehäuseteil 18 befestigt, so daß das Ventil für Wartungsarbeiten leicht zugänglich ist.

Die Längsachse des Ventils ist strichpunktiert dargestellt und mit 19 bezeichnet. Sie weist eine solche Lage auf, daß sie mit der die Förderrichtung kennzeichnenden Linie 10 einen Winkel ^C von 4 5° bildet. Das hat zur Folge, daß sie bei den beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Einbaulagen der Pumpe jeweils mit der Vertikalen ebenfalls einen Winkel von 45° bildet. Bei der Einbaulage nach Figur 1 mit vertikaler Förderrichtung ist das der Winkel <?ζ · Bei der Einbaulage nach Figur 2 mit horizontaler Förderrichtung ist das der Winkel a . Bei dieser Einbaulage bildet der Winkel ^i den Komplementärwinkel zum Winkel von 90 zwischen der Horizontalen und der Vertikalen.

030016/0417

Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß trotz unterschiedlicher Förderrichtung sich die Einbaulage des gewichtsbelasteten Ventils 13 nicht verändert hat. Die sowohl vom Gewicht des Verschlußelementes 15 und der Lagerbuchse 16 als auch von der Lage der Ventilachse 19 abhängige Rückstellkraft des Ventils 13 ist in allen Fällen gleich.

Um eine einwandfreie Funktion des unter 45 angeordneten Ventils sicherzustellen,müssen die Lagerflächen gute Laufeigenschaften, vorzugsweise Trockenlaufeigenschaften, haben. Das kann dadurch erreicht werden,daß eine dafür geeignete Materialpaarung gewählt wird. Bei einer zweckmäßigen Paarung besteht eine der beiden gegeneinander gleitenden Flächen aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) während als Werkstoff für die Gegenflache_ein Material mit glatter Oberfläche, z.B. Aluminium, gewählt ist. In den Figuren 1 und 2 ist eine derartige Materialpaarung angedeutet. Dazu trägt die Lagerbuchse 16 an ihrer Innenseite einen die Lauffläche bildenden Ring 21 aus PTFE. Der Lagerzapfen 17 selbst besteht aus Aluminium. Auch ein möglichst großer Durchmesser der zylindrischen Lagerflachen,_z.β. etwa gleich oder größer als die zu verschließende Öffnung 14, dient der sicheren Funktion.

Mit Lagerflächen dieser Art kann das Verschlußstück mit äußerst geringem Spiel, z.B. mit einem Lagerspalt in der Größenordnung von einigen Hunderstel mm gelagert werden. Sorgt man bei einer solchen Lagerung dafür, daß der von dem Verschlußstück, der Lagerbuchse und dem Lagerzapfen gebildete Raum bis auf den Lagerspalt nach außen hin abgeschlossen ist, dann wird gleichzeitig mit einer Bewegung des Verschlußstückes die Wirkung eines

030016/0417

Stoßdämpfers erzielt, da das noch vorhandene Gas nur mit großen Widerstand durch den Lagerspalt gedrückt oder gesaugt werden kann. Gleichzeitig kann das Lager als Reibungsbremse wirken, wenn man dafür sorgt, daß die Eigenschaften dieser Br t. -nse nicht durch Werkstoff abtrag unwirksam wird oder komplizierte Nachstellvorrichtungen vorhanden sein müssen. Mit der erwähnten Materialpaarung PTFE - Aluminium kann erreicht werden, daß der Abrieb in der Lagerbuchse klein bleibt und das weichere Lagermaterial auf den härteren Lagerzapfen aufgetragen wird, so daß sich der Spalt zwischen Lagerbuchse und Lagerzapfen effektiv nicht verändert.

In der Figur 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Überströmventil dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verschlußstück 15 im wesentlichen kolbenförmig ausgebildet. An meinereinen, der Öffnung 14 zugewandten Stirnseite ist ein Dichtring 23 eingelassen. Eine dem Dichtring 23 zugewandte, die Öffnung 14 'umgebende Eindrehung 24 bildet den VEntilsitz. Das kolbenförmige Verschlußelement 15 ist in einem Zylinder 25 geführt, der seinerseits mit dem deckelar— tigen Gehäuseteil 18 verbunden ist. Die Achse 19 des Zylinders 25 und damit des Ventils 13 bildet mit der Vertikalen den Winkel/-* gleich 45°.

Die Lagerflächen d_ ses Überströmventils werden gebildet von der Mantelfläche des Kolbens 15, welcher zweckmäßig aus Aluminium besteht, und der Innenfläche eines Lagerringes 26 aus PTFE, welcher von der Innenseite des Zylinders 25 getragen wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel besteht außer über dem Lagerplatz keine Verbindung des Innenraumes des Zylinders 25 nach außen, so daß auch bei diesem Ventil die Stoßdämpfwirkung realisiert ist.

030Ö16/0417

Claims

78.032

ANSPRÜCHE

f1.JVakuumpumpe, insbesondere Wälzkolben-Vakuumpumpe, mit einer Verbindungsleitung zwischen der Saugseite und der Druckseite der Pumpe sowie mit einem in dieser Verbindungsleitung angeordneten, bei Überschreitung einer maximal zulässigen Druckdifferenz öffnenden, gewichtsbelasteten Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (19) des Ventils (13) mit der Förderrichtung (10) einen Winkel von 45 bilden.
2. Pumpe nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil

(13) ein Verschlußelement (15) mit einer Lagerbuchse (16) aufweist und daß der Lagerbuchse ein an einem Bauteil (18) des Pumpengehäuses (1) befestigter Lagerzapfen (17) zugeordnet ist.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Verschlußstück (15), der Lagerbuchse (16) und dem Lagerzapfen (17) gebildete Raum bis auf den möglichst kleinen Lagerspalt nach außen hin abgeschlossen ist.
4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein im wesentlichen kolbenförmig gestalteten Verschlußstück (15) aufweist, welches in einem vmeinem Bauteil (18) des Pumpengehäuses gehaltenen Zylinder (25) geführt ist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Verschlußstück (15), dem Zylinder (25) und dem Gehäuse-

030016/CU17

284A0 1 9

bauteil (18) gebildete Raum bis auf den möglichst kleinen Lagerspalt nach außen hin abgeschlossen ist.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein maximaler Lagerspalt von wenigen Hunderstein mm vorgesehen ist.
7. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen (17) bzw. der Zylinder (25) an einem deckelartigen Gehäuseteil (18) befestigt sind.
8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ventilöffnung (14) etwa gleich oder kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Lagerflächen ist.
9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflächen von Werkstoffen mit Trockenlaufeigenschaften gebildet werden.
10.Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Lagerflächen aus Polyetrafluoräthylen und die andere Lagerfläche aus einem Material mit glatter Oberfläche, vorzugsweise Aluminium, besteht.

0 30016/0417