DE2951591A1 - MULTI-STAGE ROLLING PISTON PUMP - Google Patents
MULTI-STAGE ROLLING PISTON PUMPInfo
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Description
ASSLARASSLAR
Die Erfindung betrifft eine Uälzkolb.enpumps mit einem Steuerkolben und dazu zuei oder mehr Arbeitskolben mit einer zur Rotationsachse symmetrischen Massenverteilung, dia zuei oder mehr hintereinander geschaltete Pumpstufen bilden und von denen das Gas nur nach dem Verdrä'ngerprinzip von einer Stufe in die nächste transportiert wird. Dabei können die einzelnen Stufen unterschiedliches Saugvermögen aufweisen.The invention relates to a Uälzkolb.enpumps with a control piston and zuei or more working pistons with a mass distribution symmetrical to the axis of rotation, dia zuei or form more pump stages connected in series and of which the gas only flows from one stage into the next is transported. The individual levels can have different pumping speeds.
Für das Absaugen groQer Gasmengen, insbesondere zur Vakuumerzeugung, aber auch zum Umuälzen von Gasen bei relativ kleinen Druckdifferenzen werden trocken-laufende Uälzkolbenpumpen eingesetzt, die sich durch einen besonders günstigen Wirkungsgrad auszeichnen. Der Nachteil ist ihr geringes Kompressionsverhältnis. Daher können sie nur in Verbindung mit anderen Pumpentypen oder als Kombination von mehreren hintereinander geschalteten Uälzkolbenpumpen zur Vakuumerzeugung eingesetzt werden.For the suction of large quantities of gas, especially for vacuum generation, but also for circulating gases with relatively small pressure differences, dry-running circulating piston pumps are used, which are characterized by a particularly favorable degree of efficiency. The disadvantage is their low compression ratio. They can therefore only be used in conjunction with other types of pumps or as a combination of several pumps connected in series Roots piston pumps can be used to generate vacuum.
Bekannt ist eine zweistufige Uälzkolbenpumpe, bestehend aus zuei einstufigen Uälzkolbenpumpen, also 4 Kolben in einem Gehäuse. Abgesehen davon, daß hier lediglich zwei einstufige Pumpen hintereinander geschaltet wurden, ist diese Pumpe nurA two-stage Uälzkolbenpump, consisting of zuei single-stage Uälzkolbenpumpen, so 4 pistons in one housing is known. Apart from the fact that only two single-stage pumps were connected in series, this pump is only
-4 in einem begrenzten Druckbereich von 100 mbar bis 1G mbar einsetzbar, so daß ein Einsatz gegen Atmosphärendruck nur in Kombination mit mindestens einer weiteren geeigneten Pumpe möglich ist.-4 in a limited pressure range from 100 mbar to 1G mbar can be used, so that it can only be used against atmospheric pressure in combination with at least one other suitable pump is possible.
In der kanadischen Patentschrift Nr. 104054Π wird eine Rotationsmaschine mit einem Steuerkolben und zwei Arbeitskolben beschrieben. Diese Maschine ist in erster Linie zum Einsatz als Motor oder Kompressor vorgesehen. Zum Fördern von Gasmengen ist sie äußerst schlecht geeignet, da die Gase in den -^rbeitsräumen komprimiert und anschließend wieder expandiartIn Canadian Patent No. 104054Π a rotary machine described with a control piston and two working pistons. This machine is primarily used intended as a motor or compressor. It is extremely unsuitable for pumping quantities of gas, since the gases in the - ^ working spaces compressed and then expanded again
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Dies ist für die reine Förderung von Gasen ein unnötiger Arbeitsgang, der einen nicht unerheblichen überflüssigen Enargieaufuand erfordert; aber auch bei der Verwendung als Motor oder Kompressor besitzt diese naschine den Nachteil, daß die Hassenverteilung der Kolben assymmetrisch zur Rotationsachse ist, uas einem geräuscharmen und erschütterungsfreien Lauf entgegensteht. This is an unnecessary operation for the pure conveyance of gases, the one not inconsiderable superfluous energy expenditure requires; But even when used as a motor or compressor, this machine has the disadvantage that the Hasse distribution of the pistons asymmetrical to the axis of rotation is, among other things, opposes a low-noise and vibration-free run.
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Pumpsystem, dessenThe invention makes it its task to provide a pumping system whose
-4 Einsatzgebiet sich von 1000 mbar bis 10 mbar erstreckt, das bei hohen Drehzahlen einen ruhigen und erschütterungsfreien Lauf garantiert und in dem keine überflüssige Kompressionsarbeit geleistet uird, vorzustellen. Dabei sollen die herausragenden Vorteile einer Uälzkolbenpumpe, die sich in einem hohen, spezifischen Saugvermögen und in einem trockenen Lauf ausdrücken, erhalten bleiben.-4 application area extends from 1000 mbar to 10 mbar, the A smooth and vibration-free run is guaranteed at high speeds and in which no superfluous compression work is performed. The outstanding Advantages of a Uälz piston pump, which result in a high, specific pumping speed and a dry run express, remain.
Die Aufgabe uird gelöst durch eine mehrstufige Uälzkolbenpumpe, dis in ihrem Aufbau wesentlich von der bisher bekannten zweistufigen Uälzkolbenpumpe abweicht. In mehreren, durch Halbzylinder begrenzten Schöpfräumen,die sternförmig um einen Steuerkolben angeordnet sind, rotieren gegenläufig zum Steuerkolben mehrere Arbeitskolben, die durch Zahnradpaare mit dem Steuerkolben gekoppelt sind. Zwischen den Kolben sowie zwischen Kolben und Gehäuse sind Spalte, so daß im Schöpfraum die bewegten Teile nicht aneinander reiben. Dadurch wird eine Schmierung im Arbeitsraum überflüssig, wodurch die Voraussetzung für einen trockenen Lauf gegeben ist. Die unvermeidliche Gasrückströmung durch die Spalte ist im Fein- und Hochvakuumbereich unbedeutend, weil der Strömungswiderstand mit abnehmendem Druck wesentlich zunimmt. Die Lager und die zum Synchronlauf benötigten Zahnräder sitzen außerhalb des Schöpfraumes. Die Kolben besitzen mindestens zwei Dichtleisten. Eine dynamische Auswuchtung, die durch eine zur Rotationsachse symmetrischen Massenverteilung der Kolben ermöglicht wird, bewirkt einen geräuscharmen und erschütterungsfreien Lauf. Ein guter, volumetrischer Wirkungsgrad wird durch die Wahl eines günstigen Kolbenprofils erreicht. ...The task is solved by a multi-stage circulation piston pump, dis in their structure substantially from the previously known two-stage Roots piston pump differs. In several scooping spaces, delimited by half cylinders, which are star-shaped around one Control piston are arranged, rotating in opposite directions to the control piston several working pistons, which are connected to the by gear pairs Control pistons are coupled. There are gaps between the piston and between the piston and the housing, so that in the pump chamber Do not rub the moving parts against each other. This creates a No need for lubrication in the work area, which is the prerequisite for a dry run. The inevitable Gas backflow through the gap is insignificant in the fine and high vacuum range, because the flow resistance is with decreasing pressure increases significantly. The bearings and the gears required for synchronous operation are located outside the pump chamber. The pistons have at least two sealing strips. A dynamic balancing that is carried out by a to the axis of rotation symmetrical mass distribution of the pistons is made possible, results in a low-noise and vibration-free run. A good volumetric efficiency is achieved by choosing a favorable piston profile achieved. ...
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die Förderung zwangsläufig und erfolgt von Stufe zu Stufe im Pump' ngehäuse.Funding is inevitable and takes place from level to level in Pump housing.
Durch eine innere Abstufung der einzelnen Pumpstufen, dia durch eine unterschiedliche Drehzahl der Arbeitskolben untereinander und/oder durch unterschiedliche Uälzkreisdurchmesser der Arbeitskolben erreicht uird, gleicht die Pumpe einem Pumpstand, bestehend aus mehreren Uälzkolbenpumpen mit unterschiedlichem Saugvermögen. Bei einer solchen Kombination ergeben sich hohe Energieeinsparungen beim Antrieb, ohne daß das Saugv/ermögen wesentlich gemindert wird. Die Anzahl der einzelnen Stufen und die Art der Abstufung richtet sich nach den jeueiligen Erfordernissen und ist nur konstruktiv begrenzt.Through an internal gradation of the individual pump stages, dia by a different speed of the working pistons among each other and / or by different Uälzkreisdiameter When the working piston is reached, the pump resembles a pumping station, consisting of several circulation piston pumps with different pumping speeds. Such a combination results in high energy savings in the drive without that Saugv / enable is significantly reduced. The number of individual levels and the type of gradation depends on the respective requirements and is only limited by design.
Die letzte oder die letzten Stufen einer mehrstufigen Uälzkolbenpumpe können mit einer Gaskühlung ausgestattet sein. Das Kühlgas wird durch einen Wasserkreislauf zusätzlich gekühlt. Damit erreicht man eine Verdichtung auf Atmosphärendruck ohne thermische Überlastungen. Somit kann die Pumpe imThe last or the last stage of a multistage Roz piston pump can be equipped with gas cooling. The cooling gas is additionally cooled by a water circuit. This achieves compression to atmospheric pressure without thermal overload. Thus, the pump can be used in
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gesamten Arbeitsbereich von 1000 mbar bis 10 mbar im Dauerbetrieb eingesetzt werden, ohne daß eine zusätzliche Vorpumpe benötigt wird. Da die 1. Stufe bei höheren Drücken zunächst mehr Gas ausstößt, als die nächste Stufe wegsaugen kann, wird das überschüssige Gas durch ein Überdruckventil in die Atmosphäre ausgestoßen.entire working range from 1000 mbar to 10 mbar can be used in continuous operation without the need for an additional backing pump is needed. Since the 1st stage at higher pressures initially emits more gas than the next stage can suck away, will the excess gas is expelled into the atmosphere through a pressure relief valve.
Anhand der folgenden Zeichnungen soll die erfindungsgemäße Pumpe und ihre wirkungsweise näher erläutert werden.Based on the following drawings, the inventive Pump and its mode of operation are explained in more detail.
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Fig. 1Fig. 1
Zueistufige UälzkolbenpumpeTwo-stage circulation piston pump
Fig. 2Fig. 2
Dreistufiga Uälzkolbenpumpe mit innerer Abstufung durch verschiedene Drehzahlen der Arbaitskolben und mit überdruckventil Three-stage circulating piston pump with internal gradation through different Speeds of the working pistons and with pressure relief valve
Fig. 3Fig. 3
Zueistufige Uälzkolbenpumpe mit innerer Abstufung durch verschiedene UälzkreisdurchmesserTwo-stage Uälz piston pump with internal gradation through different Pitch circle diameter
Fig. 4Fig. 4
Zueistufige Uälzkolbenpumpe mit GaskühlungTwo-stage circulating piston pump with gas cooling
Fig. 5 I - IVFig. 5 I - IV
Arbeitsueise einer zweistufigen Uälzkolbenpumpe ohne innere AbstufungA two-stage circulation piston pump without an internal one gradation
Fig. 6 I - VIIIFig. 6 I - VIII
Arbeitsueise einer dreistufigen Uälzkolbenpumpe mit innerer Abstufung und mit GaskühlungA three-stage circulating piston pump with internal gradation and with gas cooling
Fig. 1 zeigt eine zueistufige Uälzkolbenpumpe, bei der sich in einem Pumpengehäuse 1 mit einer Einlaßöffnung 2 und einer AuslaQöffnung 3 ein Steuerkolben 4 und zuei Arbeitskolben and 6 befinden. Die beiden Arbeitskolben 5 und 6 rotieren gegenläufig zum Steuerkolben 4 und bilden mit dem Gehäuse Schöpfräume 8 und 9. Das Gas uird von Stufe zu Stufe und schließlich zur AuslaQöffnung 3 transportiert. Zwischen den Arbeitskolben 5 und 6 und dem Gehäuse einerseits und den Arbeitskolben 5 und 6 und dem Steuerkolben 4 andererseits findet oine stetige Abdichtung statt, ohne daß es zu einer Berührung kommt. Der gegenläufige synchrone Lauf des Steuerkolbens 4 und der beiden Arbeitskolben 5 und 6 uird über 3 Zahnräder, die auf den verlängerten Uellenenden außerhalb der Schöpfräume sitzen, erreicht'.Fig. 1 shows a too-stage Uälzkolben pump in which in a pump housing 1 with an inlet port 2 and one Outlet opening 3, a control piston 4 and a working piston and 6 are located. The two working pistons 5 and 6 rotate in opposite directions to the control piston 4 and form with the housing Pumping chambers 8 and 9. The gas is transported from stage to stage and finally to the outlet opening 3. Between Working pistons 5 and 6 and the housing on the one hand and the working pistons 5 and 6 and the control piston 4 on the other hand a steady seal takes place without it becoming a Touch comes. The counter-rotating, synchronous running of the control piston 4 and the two working pistons 5 and 6 is via 3 Cogwheels that sit on the elongated ends of the shaft outside the pumping chambers are reached '.
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Fig. 2 zeigt eine dreistufige Uälzkolbenpumpe mit innerer Abstufung, In dem Pumpengehäuse 1 mit der Einlaßöffnung 2 und der AuslaGöffnung 3 befinden sich ein Steuerkolben 4 und drei Arbeitskolben 5, 6 und 7, die gegenläufig zum Steuerkolben 4 rotieren. Die innere Abstufung wird durch unterschiedliche Drehzahlen der Arbeitskolben erreicht. Die Drehzahlen der Arbeitskolben 5, 6 und 7 verhalten sich wie 2 zu 3 zu 4. Dies kommt auch in den entsprechenden Kolbenprofilen zum Ausdruck.Fig. 2 shows a three-stage Uälz piston pump with internal gradation, In the pump housing 1 with the inlet opening 2 and the outlet opening 3 there are a control piston 4 and three Working pistons 5, 6 and 7, which rotate in opposite directions to control piston 4. The inner gradation is through different Speeds of the working pistons reached. The speeds of the working pistons 5, 6 and 7 behave like 2 to 3 to 4. This is also expressed in the corresponding piston profiles.
Damit in den Kanälen 20 und 22 beim Absaugen bei hohen Drücken kein Überdruck entsteht, wird die überschüssige Gasmenge über die Überdruckventile 26 und 27 in die Atmosphäre ausgestoßen.So that in the channels 20 and 22 when suctioning at high pressures If no overpressure occurs, the excess amount of gas is expelled through the overpressure valves 26 and 27 into the atmosphere.
Fig. 3 zeigt eine zweistufige Uälzkolbenpumpe mit dem Gehäuse 1, der EinlaSöffnung 2, der Auslaßöffnung 3, dem Steuerkolben 4, den Arbeitskolben S und 6 und den Schöpfräumen 8 und 9, bei der die innsre Abstufung durch unterschiedliche Uälzkreisdurchmesser erreicht uird.3 shows a two-stage circulation piston pump with the housing 1, the inlet opening 2, the outlet opening 3 and the control piston 4, the working piston S and 6 and the suction chambers 8 and 9, in which the inner gradation by different Uälzkreisdiameter achieved.
Fig. 4 zeigt eine zweistufige Uälzkolbenpumpe mit Gaskühlung. In dem Pumpengehäuse 1 mit der Einlaßöffnung 2 und der Auslaßöffnung 3 befinden sich ein Steuerkolben 4 und zuei Arbeitskolben 5 und 6, die gegenläufig zum Steuerkolben 4 rotieren. Über die KanäleHa und 11b kann Kühlgas in die Arbeitsräume der Arbeitskolben 6 und 7 eingelassen werden. Die breiten Köpfe 12 der Arbeitskolben dienen zur Steuerung des Kühlgaseinlasses. Durch ein System von Uasserkammern 13, 14 und 15, die Teil eines Uasserkreislaufes sind, wird das Kühlgas zusätzlich abgekühlt.Fig. 4 shows a two-stage roller piston pump with gas cooling. In the pump housing 1 with the inlet port 2 and the outlet port 3 there is a control piston 4 and working pistons 5 and 6, which rotate in opposite directions to the control piston 4. Cooling gas can enter the work rooms via channels Ha and 11b the working pistons 6 and 7 are let in. The wide heads 12 of the working pistons are used to control the cooling gas inlet. Through a system of water chambers 13, 14 and 15, which are part of a water circuit, the cooling gas is additionally cooled down.
In Fig. 5 ist die grundsätzliche Arbeitsweise einer zweistufigen Uälzkolbenpumpe ohne innere Abstufung dargestellt:In Fig. 5, the basic operation is a two-stage Roots piston pump shown without internal gradation:
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Phase IPhase I.
Der Arbeitsraum 8 steht mit der Einlaßöffnung 2 in Verbindung und saugt bei Drehung der Kolben 4, 5 und 6 Gas bei dem Druck P1 an.The working space 8 is in communication with the inlet opening 2 and as the pistons 4, 5 and 6 rotate, sucks in gas at the pressure P1.
Phase IIPhase II
auch gegen den Kanal 17 abgeschlossen.also completed against channel 17.
Phase IIIPhase III
Über den Kanal 17 uird das Gas in den sich bildenden Arbeitsraum 9 gefördert.The gas is conveyed into the working space 9 which is being formed via the channel 17.
Phase IVPhase IV
auch gegen den Kanal 17 abgeschlossen.also completed against channel 17.
Phase VPhase v
In Fig. 6 ist die grundsätzliche Arbeitsweise einer dreistufigen Uälzkolbenpumpe mit innerer Abstufung und mit Gaskühlung dargestellt.In Fig. 6 is the basic mode of operation of a three-stage Uälzkolben pump with internal gradation and with gas cooling shown.
Phase I - Der Arbeitsraum 8 steht mit der Einlaßöffnung 2 in Verbindung und saugt bei Drehung der Kolben 4, 5, 6 und 7 Gas mit dem Druck P1 an.Phase I - The working space 8 is with the inlet opening 2 in Connection and sucks in gas at pressure P1 when pistons 4, 5, 6 and 7 rotate.
Phase II - Der Arbeitsraum 8 ist souohl gegen die Einlaßöffnung 2 als auch gegen den Kanal 20 abgeschlossen.Phase II - The working space 8 is closed off from the inlet opening 2 as well as from the channel 20.
Phase III - Über den Kanal 20 uird das Gas in den sich bildenden Arbeitsraum 9 gefördert.Phase III - The gas is conveyed into the working space 9 that is being formed via the channel 20.
Phase IV - Der Arbeitsraum 9 ist souohl gegen den Kanal 20 als auch gegen den Kanal 22 abgeschlossen. Das Gas steht unter dem Druck P2. 130027/0316 ·-*■-■■Phase IV - The working space 9 is closed off from the channel 20 as well as from the channel 22. The gas is under pressure P2. 130027/0316 · - * ■ - ■■
Phase V - über den Kanal 22 wird das Gas in den sich bildenden Arbeitsraum 10 gefördert.Phase V - via the channel 22 the gas is in the forming Workroom 10 promoted.
Phase UI - Der Arbeitsraum 10 ist sowohl gegen den Kanal als auch gegen die AuslaOöffnung 3 abgeschlossen. Das Gas steht unter dem Druck P3.Phase UI - The workspace 10 is both against the canal as well as closed against the outlet opening 3. The gas is under pressure P3.
Phase VII - Der Arbeitsraum 10 uird über den Kanal 11 und den Kühler 25 mit kaltem Gas auf den Druck P4 aufgefüllt.Phase VII - The work space 10 uird via the channel 11 and the Cooler 25 filled with cold gas to pressure P4.
Phase VIII - Über die AuslaQöffnung 3 uird das Gas ausgestoßen.Phase VIII - The gas is expelled via the outlet opening 3.
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