DE3639512C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumpumpsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches System ist z. B. aus der Druckschrift DD-PS 82 183 bekannt. Die Parallelschaltung zweier Pumpstränge hat den Zweck, an die Wälzkolbenpumpe nicht den ursprünglichen Behälterdruck gelangen zu lassen, sondern nur ein Grobvakuum, das durch den anderen Pumpstrang herge­ stellt wurde. Dadurch verringert sich die Pumpdauer erheblich.

Bei der Dichtheitsprüfung von großen Behältern mit hundert Litern Inhalt oder mehr benötigt man eine erhebliche Zeit, um den für die Dichtheitsprüfung benötigten Enddruck zu er­ reichen. Dies stört besonders bei der automatischen Fertigung, da die Dichtheitsprüfung hier innerhalb einer Taktzeit der Fertigungsstraße erfolgen muß. Es ist bekannt, daß durch Ver­ wendung von Pumpsätzen hohen Saugvermögens die für die Eva­ kuierung des Behälters benötigte Zeit abgekürzt werden kann. Bei Einsatz einer Wälzkolbenpumpe, die bekannterweise ein im Vergleich zu anderen Vakuumpumpen sehr hohes Saugvermögen hat, stellt sich jedoch die erwartete Verringerung der Pump­ dauer nicht ein. Eine Wälzkolbenpumpe, auch Roots-Pumpe ge­ nannt, besteht aus einem Gehäuse und zwei um zwei parallele Achsen drehbaren Kolben, deren Querschnitt der Ziffer acht ähnelt. Die Wellen der Kolben ragen zu beiden Seiten des Schöpfraums in Ölkammern, in denen sich die Wellenlager und das Antriebsgetriebe befinden. Wird nun eine solche Pumpe an einen zu evakuierenden großen Behälter angeschlossen, dann steigt der Druck im Schöpfraum kurzzeitig fast bis auf den Behälterdruck, d. h. beispielsweise Atmosphärendruck, an. Durch die unvermeidlichen Spalte zwischen den Wellen und der Trenn­ wand von Schöpfraum und Ölkammern dringt die Behälteratmo­ sphäre, z. B. Luft, aus dem Schöpfraum in die Ölkammern ein und füllt diese. Beim weiteren schnellen Evakuieren sinkt dann der Druck im Schöpfraum schnell ab, so daß die in den Ölkammern befindliche Luft durch die Wellendurchtrittsspalte wieder in den Schöpfraum zurückströmt. Aufgrund der geringen Abmessungen dieser Spalte und des inzwischen erzielten Vakuums entstehen hier leicht Strömungsformen des sogenannten Über­ gangsbereichs oder sogar der Molekularströmung, d. h. daß der Strömungswiderstand in diesen Spalten stark ansteigt und das Ausgasen der Ölkammern stark verzögert wird. Aufgrund dieser Umstände verzichtet der Fachmann in der Regel auf Wälzkolben­ pumpen für schnell wirkende Pumpensysteme und bevorzugt hierfür z. B. Drehschieberpumpen, selbst wenn deren Saugvermögen um Größenordnungen niedriger als das einer Wälzkolbenpumpe ist. Der erwünschten Verkürzung der Pumpzeiten sind damit enge Grenzen gesetzt.

Gemäß der aus der eingangs genannten Druck­ schrift bekannten Technik wird zuerst durch einen Hilfspump­ strang ein Grobvakuum im Behälter hergestellt und erst dann die Wälzkolbenpumpe mit ihrem bekannt hohen Saugvermögen ein­ gesetzt. Dann treten die oben erwähnten Nachteile nicht mehr auf. Freilich müssen dann beide Pumpstränge für den Gesamt­ durchsatz, d. h. also ziemlich groß ausgelegt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vakuumpumpsystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Bauart zu schaffen, bei dem auf einfache Weise eine erhöhte Pumpleistung auf der Vorvakuumstufe erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch das im Hauptanspruch gekennzeichnete System gelöst.

Die Steuerung der verschiedenen Ventile abhängig vom Druck im Behälter kann entweder von einem Manometer ausgehen, das den Druck im Behälter überwacht, oder aber von anderen Kri­ terien, die mit der Entwicklung des Prüfbehälterdrucks mittel­ bar oder unmittelbar zusammenhängen. Insbesondere eignet sich hierfür die Stromaufnahme der weiteren Pumpanordnung, die mit zunehmendem Vakuum abnimmt und Rückschlüsse auf den aktu­ ellen Druck im Behälter zuläßt. Aber auch eine Zeitsteuerung der Ventile ist denkbar, falls die zeitliche Entwicklung des Druckabfalls im Behälter nicht allzu stark variiert. In diesem Zusammenhang ist auf die US-PS 24 92 075 zu verweisen, die ein Pumpsystem mit einem druckabhängig gesteuerten Ventil zeigt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels mithilfe einer Zeichnung erläutert, die ein vakuumtechnisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Sy­ stems zeigt.

Ein zu evakuierender Prüfbehälter 1 hat beispielsweise ein Volumen von 300 Litern. An diesen Behälter sind zwei Pump­ stränge über ein erstes Ventil 2 bzw. ein zweites Ventil 3 anschließbar. Der Hauptstrang besteht aus einer leistungsfä­ higen Wälzkolbenpumpe 4 mit einem Saugvermögen von beispiels­ weise 350 m³/h, und einer Vorvakuumpumpe, beispielsweise einer Drehschieberpumpe 5 mit einem Saugvermögen von 30 m³/h. Der Hilfsstrang, der über das zweite Ventil 3 an den Behälter 1 anschließbar ist, besteht ebenfalls aus einer Wälzkolbenpum­ pe 6 mit z. B. 100 m³/h und mindestens einer Vorvakuumpumpe, im vorliegenden Beispiel zwei parallelen Drehschieberpumpen 7 und 8. Das Ventil 3 ist in einer ersten Phase des Evakuie­ rungsvorgangs geöffnet, während das erste Ventil 2 daran an­ schließend geöffnet wird. Falls nötig, wird zwischen die Wälz­ kolbenpumpe 6 des Hilfsstrangs und die zugeordneten Drehschie­ berpumpen 7 und 8 ein Kühler 9 eingefügt, um die Erwärmung des geförderten Mediums zu begrenzen.

Die Ventile 2 und 3 werden von einem Manometer 10 bei einem vorgegebenen Grenzdruck im Behälter umgeschaltet, indem der Hilfsstrang abgetrennt und der Hauptstrang zugeschaltet wird. Der Grenzdruck wird so festgelegt, daß sich nach dem Umschal­ ten an den Wellenenden der Wälzkolbenpumpe 4 mit Sicherheit keine laminare Strömumg mehr einstellt, so daß die Ölkammern nur noch sehr langsam und mit sehr wenig Gas gefüllt werden. Dieser Grenzdruck läßt sich einfach experimentell bestimmen, da die für die Evakuierung des Behälters benötigte Zeit plötz­ lich abnimmt, wenn der Druck, bei dem umgeschaltet wird, ste­ tig über diesen Grenzdruck hinaus verringert wird.

Wie bereits erwähnt, kann die Steuerung der Ventile 2 und 3 auch durch andere Kriterien erfolgen, die mittelbar oder unmittelbar mit der Entwicklung des Drucks im Behälter zusam­ menhängen. So ist es bekannt, daß die elektrische Leistungs­ aufnahme eines Pumpsatzes von der geförderten Gasmenge abhängt und daher mit fallendem Druck stetig abnimmt. Man könnte also die Umschaltung der Ventile 2 und 3 abhängig von einem Grenz­ wert des von der Pumpe 6 aufgenommenen Stroms steuern. Eine weitere Möglichkeit im Rahmen der Erfindung ergibt sich ins­ besondere im Rahmen einer Fließbandfertigung, bei der der zeitliche Verlauf der Druckabnahme im Behälter stets ähnlich ist, da dann einfach die Umschaltung nach einer gewissen Zeit erfolgen kann.

Der Hilfsstrang wird nach dem Schließen des Ventils 3 als Vorpumpe für die Wälzkolbenpumpe 4 des Hauptstrangs verwendet, so daß die Vorpumpe 5 des Hauptstrangs verhältnismäßig klein dimensioniert sein kann und im wesentlichen nur die Aufgabe hat, die Wälzkolbenpumpe 4 vor dem Öffnen des Ventils 2 zu entgasen. Ein Ventil 11 in einer Verbindungsleitung 12 zwischen der Saugseite der Wälzkolbenpumpe 6 des Hilfsstrangs und der Druckseite der Wälzkolbenpumpe 4 des Hauptstrangs dient dieser Durchschaltung und wird synchron mit dem Ventil 2 des Hauptstrangs betätigt. Schließlich kann noch ein weite­ res Ventil 13 vorgesehen sein, das synchron mit dem Ventil 3 gesteuert wird und zwischen der Druckseite der Wälzkolben­ pumpe 4 und der Saugseite der Vorvakuumpumpe 5 des Haupt­ strangs liegt. Ist dieses Ventil gesperrt, dann dient die Vorvakuumpumpe 5 des Hauptstrangs nur noch der Entgasung der Ölkammern der Wälzkolbenpumpe 4 des Hauptstrangs.

Die Wälzkolbenpumpe 6 des Hilfsstrangs 6 kann auch beispiels­ weise durch eine Pumpe anderer Bauart ersetzt sein oder der Kühler 9 kann entfallen. Die Vorpumpen 5, 7, 8 können Drehschieberpumpen oder andere me­ chanische Vorpumpen sein und eine oder mehrere Pumpstufen umfassen. Schließlich können auch die Ventile 2, 3, 11 und 13 zu einer konstruktiven Baueinheit zusammengefaßt sein, da sie alle zum gleichen Zeitpunkt betätigt werden.

Claims (2)

1. Vakuumpumpsystem zur Evakuierung eines Behälters, mit einem ersten, aus einer Wälzkolbenpumpe in Reihe mit einer Vorva­ kuumpumpe bestehenden Pumpstrang und einem dazu parallelen zweiten Pumpstrang sowie mit je einem Ventil zwischen dem Behälter und jedem der Pumpstränge, wobei Mittel zur Steuerung der Ventile vorgesehen sind, derart, daß das Ventil in dem ersten Pumpstrang geöffnet wird und zugleich das Ventil des zweiten Pumpstrangs geschlossen wird, wenn ein vorgegebener Druck im Behälter (1) unterschritten ist, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Verbindungsleitung (12) mit einem weiteren Ven­ til (11) zwischen die Druckseite der Wälzkolbenpumpe (4) und die Saugseite des zweiten Pumpstrangs (6-8) eingefügt ist und daß dieses Ventil (11) von den Steuermitteln (10) synchron mit dem Ventil (2) im ersten Pumpstrang auf- und zusteuerbar ist.

2. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Ventil (13) in der Verbindungsleitung zwi­ schen der Wälzkolbenpumpe (4) und der Vorvakuumpumpe (5) liegt, das von den Steuermitteln synchron mit dem Ventil (3) im zweiten Pumpstrang auf- und zusteuerbar ist, und daß eine Verbindungsleitung zwischen der Saugseite der Vorvakuumpumpe (5) und Ölkammern der Wälzkolbenpumpe (4) vorgesehen ist.