DE3726684C2

DE3726684C2 -

Info

Publication number: DE3726684C2
Application number: DE19873726684
Authority: DE
Inventors: Werner 7860 Schopfheim De Rietschle
Original assignee: Werner Rietschle Maschinen- und Apparatebau 7860 Schopfheim De GmbH
Current assignee: Gardner Denver Schopfheim GmbH
Priority date: 1987-08-11
Filing date: 1987-08-11
Publication date: 1991-05-16
Also published as: DE3726684A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wälzkolbenpumpe mit zwei gegensin nig in einer Pumpenkammer rotierenden Wälzkolben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a Roots pump with two against each other Roots rotating in a pump chamber after the Preamble of claim 1.

Bei den bekannten Wälzkolbenpumpen dieser Art, die z.B. aus der US-PS 18 18 767 bekannt sind, wird die zwischen Einlaß und Auslaß erreichbare Druckdifferenz durch Verwendung von Auslaß ventilen erhöht, die ein Rückströmen von der Auslaßseite in die vom Einlaß herkommende Arbeitskammer verhindern, da die Auslaßventile nur öffnen, wenn der Druck in der Arbeitskammer den auslaßseitig herrschenden Druck überschreitet. Bei Betrieb einer solchen Wälzkolbenpumpe als Vakuumpumpe hat aber die er höhte Druckdifferenz eine stärkere Erwärmung wegen des gerin gen Massenstromes zur Folge.In the known Roots pumps of this type, e.g. out the US-PS 18 18 767 are known, the between inlet and Outlet pressure difference achievable by using outlet valves increased, which a backflow from the outlet side in prevent the working chamber coming from the inlet, since the Open exhaust valves only when the pressure in the working chamber exceeds the pressure prevailing on the outlet side. In operation such a Roots pump as a vacuum pump but he has increased pressure difference a stronger warming because of the gerin mass flow.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Wälzkolbenpumpe eine Überhitzung im Betrieb als Vakuumpumpe bei durch die Verwendung von Auslaßventilen erreichter erhöh ter Druckdifferenz und vermindertem Massenstrom zu vermeiden.The invention is based, with such an object Roots pump overheating when operating as a vacuum pump when increased by using exhaust valves ter pressure difference and reduced mass flow to avoid.

Diese Aufgabe wird bei der Wälzkolbenpumpe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Tel des Patentanspruchs 1 ange gebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention in the Roots pump by the in the characterizing Tel of claim 1 given characteristics solved.

Bei der erfindungsgemäßen Wälzkolbenpumpe ist wegen der durch Verwendung von Auslaßventilen erzielten, erhöhten Druckdif ferenz zwischen Einlaß und Auslaß prinzipiell eine Überhitzung infolge eines zu geringen Massenstromes zu befürchten. Der ge ringe Massenstrom kann die bei der Verdichtung anfallende Kom pressionswärme nicht mehr abtransportieren. Daher wird ein Kühlmittel, vorzugsweise das Fördermedium, in die Pumpenkammer eingeleitet, um überschüssige Wärme abzutransportieren; jedoch erfolgt die Einleitung in solcher Weise, daß keine schädliche Einwirkung auf das erzielte Vakuum und das Fördervolumen auf treten kann. Die Einspeisung des Kühlmittels erfolgt jeweils während einer Phase, in welcher der Dichtspalt am radial äuße ren Ende des Wälzkolbens den Einlaßbereich verlassen hat, so daß kein Kühlmittel zur Einlaßseite gelangen kann.In the Roots pump according to the invention is because of Using exhaust valves achieved increased pressure dif In principle, overheating occurs between the inlet and outlet to fear as a result of an insufficient mass flow. The ge ring mass flow can the Com no longer remove heat from the press. Therefore, a Coolant, preferably the pumped medium, into the pump chamber initiated to remove excess heat; however the initiation takes place in such a way that no harmful Influence on the vacuum achieved and the delivery volume can kick. The coolant is fed in in each case during a phase in which the sealing gap is radially outward ren end of the Roots has left the inlet area, so that no coolant can get to the inlet side.

Es ist aus der GB-PS 3 79 712 bereits bekannt, bei einem Flü gelzellen-Kompressor die Erwärmung zu vermindern, indem fein zerstäubtes Öl in die Arbeitskammern eingesprüht wird. Das Öl wirkt zugleich als Schmiermittel.It is already known from GB-PS 3 79 712, with a Flü Gel cell compressor to reduce the heating by fine atomized oil is sprayed into the working chambers. The oil also acts as a lubricant.

Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:Details of an embodiment of the invention follow from the following description and from the drawing to which Reference is made. The drawing shows:

Fig. 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung des Bauprinzips einer Ausführungsform der Wälzkol ben-Vakuumpumpe; und Figure 1 is a highly simplified, schematic representation of the construction principle of an embodiment of the Wälzkol ben vacuum pump. and

Fig. 2 einen axialen Teilschnitt bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Fig. 2 is a partial axial section in the embodiment of FIG. 1.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Wälzkolben-Vakuumpumpe sind zwei Wälzkolben 1, 2 im Abstand voneinander in einer 8förmigen Pumpenkammer 3 gegensinnig drehbar gelagert. Die Pumpenkammer 3 besteht aus zwei gleichen und symmetrisch angeordneten Pum penkammerhälften 3a, 3b. Die Pumpenkammerhälften 3a, 3b sind zylinderteilförmig und bilden am Übergang von einer Pumpenkam merhälfte in die andere zwei einander gegenüberliegende Kanten 4, 5. Jeder Wälzkolben 1, 2 bildet an seinem radial äußeren Ende mindestens einen Dichtspalt 1a bzw. 2a, 2b mit der Um fangsfläche der zugehörigen Pumpenkammerhälfte 3a bzw. 3b. Symmetrisch zur Kante 4 mündet in den Übergangsbereich zwi schen beiden Pumpenkammerhälften 3a, 3b ein Einlaß 6. Der Aus laß besteht aus zwei oder mehreren symmetrisch zur Kante 5 angeordneten, parallelen Auslaßkanälen 10, 12. Die Mündungsöffnungen der Auslaßka näle 10, 12 in der Innenwandung der Pumpenkammerhälften 3a, 3b liegen in einem gewissen Abstand von der Kante 5. An ihrem äußeren Ende sind die Auslaßkanäle 10, 12 jeweils mit einem Auslaßventil 14 bzw. 16 versehen. Jedes dieser Auslaßventile 14, 16 besteht aus einem am äußeren Ende des zugehörigen Auslaßkanals 10 bzw. 12 gebildeten ring förmigen Ventilsitz 14a, 16a und aus einer mit diesem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilklappe 14b bzw. 16b. Die Ventilklappen 14b, 16b sind leichtgängig beispielsweise in einem sie mit Spiel umgebenden siebartigen Käfig 14c bzw. 16c ge führt. Die Ventilklappen 14b, 16b sind vorzugsweise als dünne, in einem gewissen Ausmaß verformbare Scheiben aus einem Elastomermaterial ausgebildet. Durch diese Ausbil dung der Auslaßventile 14, 16 wird eine hohe Ansprechge schwindigkeit auf zwischen den beiden Seiten der Ventil klappen vorhandene Druckdifferenzen gewährleistet.In the Roots vacuum pump shown in Fig. 1, two Roots 1 , 2 are rotatably supported in opposite directions in an 8-shaped pump chamber 3 . The pump chamber 3 consists of two identical and symmetrically arranged pump chamber halves 3 a, 3 b. The pump chamber halves 3 a, 3 b are part of a cylinder and form two opposite edges 4 , 5 at the transition from one pump chamber half into the other. Each roots 1, 2 forms at its radially outer end at least one sealing gap 1 a or 2 a, 2 b with the circumferential surface of the associated pump chamber half 3 a or 3 b. Symmetrically to the edge 4 , an inlet 6 opens into the transition region between the two pump chamber halves 3 a, 3 b. The lass consists of two or more parallel outlet channels 10 , 12 arranged symmetrically to the edge 5 . The mouth openings of the Auslaßka channels 10 , 12 in the inner wall of the pump chamber halves 3 a, 3 b lie at a certain distance from the edge 5th At their outer end, the outlet channels 10 , 12 are each provided with an outlet valve 14 and 16 , respectively. Each of these outlet valves 14 , 16 consists of a ring-shaped valve seat 14 a, 16 a formed at the outer end of the associated outlet channel 10 and 12 and from a valve flap cooperating with this valve seat 14 b and 16 b. The valve flaps 14 b, 16 b are easy to run, for example, in a sieve-like cage 14 c or 16 c surrounding them with play. The valve flaps 14 b, 16 b are preferably formed as thin, to a certain extent deformable disks made of an elastomer material. Through this training of the exhaust valves 14 , 16 , a high response speed is ensured on the existing pressure differences between the two sides of the valve.

Im Betrieb der gezeigten Wälzkolben-Vakuumpumpe bleiben die Auslaßventile 14, 16 geschlossen, solange der auslaßseitige Druck größer ist als der Druck in der den betreffenden Auslaßventilen gegenüberliegenden Arbeitskam mer. Es tritt somit keine Rückströmung vom Auslaß in die Arbeitskammern auf, so daß am Dichtspalt zwischen Wälzkolben und Innenwandung der Arbeitskammer eine verminderte Druckdifferenz auftritt und folglich die Leckströmung zum Einlaß 6 vermindert wird. Aufgrund der verminderten Leckströmung wird eine höhere Druckdiffe renz zwischen Einlaß und Auslaß erreicht.In the operation of the Roots vacuum pump shown, the outlet valves 14 , 16 remain closed as long as the outlet-side pressure is greater than the pressure in the working chamber opposite the relevant outlet valves. There is therefore no backflow from the outlet into the working chambers, so that a reduced pressure difference occurs at the sealing gap between the roots and the inner wall of the working chamber and consequently the leakage flow to the inlet 6 is reduced. Due to the reduced leakage flow, a higher pressure difference between inlet and outlet is achieved.

Für die Auslaßventile 14, 16 sind verschiedene Ausführungs formen möglich. Wichtig ist, daß die Ventilklappen leicht gängig geführt sind und eine geringe Masse aufweisen, damit eine hohe Ansprechgeschwindigkeit erreicht wird. Die Aus bildung der Ventilklappen 14b, 16b als dünne Scheiben aus Elastomermaterial ist besonders vorteilhaft, weil eine Vergrößerung des wirksamen Strömungsquerschnitts bei ge öffnetem Auslaßventil durch eine begrenzte Wölbung der elastisch verformbaren Ventilklappen auftritt. Beim Öff nungsvorgang wird der Außenrand der Ventilklappen vom zu gehörigen Ventilsitz fortgewölbt.For the exhaust valves 14 , 16 different execution forms are possible. It is important that the valve flaps run smoothly and have a low mass so that a high response speed is achieved. From the formation of the valve flaps 14 b, 16 b as thin disks of elastomer material is particularly advantageous because an increase in the effective flow cross-section occurs when the exhaust valve is open due to a limited curvature of the elastically deformable valve flaps. During the opening process, the outer edge of the valve flaps bulges away from the associated valve seat.

Da durch die Verwendung von Auslaßventilen eine höhere Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß erreicht wird, tritt in erhöhtem Maße das Problem auf, daß wegen des geringen Massenstromes die bei der Ver dichtung anfallende Kompressionswärme nicht über die ge förderte Masse abtransportiert werden kann und eine Über hitzung der Pumpe auftritt. Durch die Einspeisung eines Kühlmittels wird die geförderte Masse vergrößert, so daß mehr Kompressionswärme abgeführt werden kann. Infolgedes sen wird, für eine gegebene maximale Betriebstemperatur der Pumpe, eine zusätzliche Steigerung der Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß erreicht.As through the use of exhaust valves a higher pressure difference between inlet and outlet is reached, the problem increases on that because of the low mass flow the Ver compression heat generated does not exceed the ge Funded mass can be removed and an over heating of the pump occurs. By feeding one Coolant, the delivered mass is increased so that more compression heat can be dissipated. As a result for a given maximum operating temperature the pump, an additional increase in the pressure difference reached between inlet and outlet.

In wenigstens einer der beiden die Seiten der Pumpenkammer 3 abschließenden Stirnwände sind zwei Mündungsöffnungen 20, 22 eines in der Zeichnung nur angedeuteten und an eine (nicht gezeigte) Kühlmittelquelle angeschlossenen Zufuhr kanals 24 angeordnet. Die Mündungsöffnungen 20, 22 liegen beispiels weise auf der Längssymmetrieachse A der Pumpenkammer 3. Die Lage der Mündungsöffnungen 20, 22 innerhalb der zugehöri gen Pumpenkammerhälften 3a, 3b ist von Bedeutung, weil vermieden werden muß, daß das eingeleitete Kühlmit tel zum Einlaß 6 gelangt. Die Mündungsöffnungen 20, 22 müssen also in einem Bereich liegen, in dem eine Arbeits kammer gebildet wird, welche durch den zugehörigen Wälz kolben vom Einlaß 6 abgesperrt ist. Dies ist beispielswei se für die Pumpenkammerhälfte 3b die Arbeitskammer 3c in Fig. 1. Die Mündungsöffnungen 20, 22 liegen also jeweils zwischen der Innenoberfläche der zugehörigen Pumpenkammerhälfte 3a, 3b und dem Drehzentrum des zugehö rigen Wälzkolbens 1, 2, vorzugsweise auf einem auf das zugehörige Drehzentrum bezogenen Radius, der etwa halb so groß ist wie der Radius der Pumpenkammerhälften 3a, 3b. An jeden der Wälzkolben 1, 2 ist eine kreisrunde Steuer scheibe 26, 28 drehfest angeschlossen. Diese Steuerschei ben 26, 28 liegen unmittelbar benachbart zu der Stirnwand der Pumpenkammer 3, in welcher die Mündungsöffnungen 20, 22 liegen. Jede Steuerscheibe 26, 28 weist zwei einander dia metral gegenüberliegende Steueröffnungen 30 gleicher Größe wie die Mündungsöffnungen 20, 22 auf. Diese Steueröffnun gen 30 liegen auf demselben Radius wie die Mündungsöffnun gen 20, 22 sowie z.B. auf der Quersymmetrieachse B des zugehö rigen Wälzkolben 1 bzw. 2. Während der Drehung der Steuer scheiben 26, 28 mit den Wälzkolben 1, 2 sind die Mündungs öffnungen 20, 22 jeweils kurzzeitig in Deckung mit einer der Steueröffnungen 30 der Steuerscheiben 26, 28. Im Win kelbereich zwischen den Steueröffnungen 30 weisen die Steuerscheiben 26, 28 eine geschlossene Stirnfläche auf, welche die Mündungsöffnungen 20, 22 verschließt. Die Steuer scheiben 26, 28 und die Mündungsöffnungen 20, 22 wirken so mit als Steuerschieber, der während der Drehung der Wälz kolben 1, 2 kurzzeitig Kühlmittel über den Kühlmittelzufuhr kanal 24 in die Pumpenkammer einströmen läßt. Da jede Steuerscheibe 26, 28 mit zwei Steueröffnungen 30 versehen ist, erfolgt die Einspeisung des Kühlmittels bei jeder vollständigen Umdrehung eines Wälzkolbens 1, 2 zweimal. Eine Beeinträchtigung der zwischen Einlaß und Auslaß er reichbaren Druckdifferenz durch das eingespeiste Kühlmit tel ist nicht zu befürchten, weil die Einspeisung jeweils in eine Arbeitskammer erfolgt, die durch den zugehörigen Wälzkolben vom Einlaß abgesperrt ist. Das Kühlmittel wird also mit dem gepumpten Medium zum Auslaß befördert.In at least one of the two end walls closing the sides of the pump chamber 3 , two orifices 20 , 22 of a supply channel 24, which is only indicated in the drawing and is connected to a (not shown) coolant source, are arranged. The mouth openings 20 , 22 are, for example, on the longitudinal axis of symmetry A of the pump chamber 3rd The location of the orifices 20 , 22 within the associated pump chamber halves 3 a, 3 b is important because it must be avoided that the introduced Kühlmit tel reaches the inlet 6 . The mouth openings 20 , 22 must therefore lie in an area in which a working chamber is formed, which piston is blocked off from the inlet 6 by the associated rolling piston. This is beispielswei se for the pump chamber half 3 b, the working chamber 3 c in Fig. 1. The orifices 20, 22 are thus in each case between the inner surface of the associated pump chamber half 3 a, 3 b and the center of rotation zugehö ring rolling piston 1, 2, preferably a radius related to the associated center of rotation, which is approximately half the size of the radius of the pump chamber halves 3 a, 3 b. At each of the roots 1 , 2 , a circular control disc 26 , 28 is rotatably connected. These control discs ben 26 , 28 are located directly adjacent to the end wall of the pump chamber 3 , in which the orifices 20 , 22 are located. Each control disk 26 , 28 has two diametrically opposed control openings 30 of the same size as the orifices 20 , 22 . These Steueröffnun conditions 30 are on the same radius as the Mündungsöffnun conditions 20 , 22 and, for example, on the transverse axis of symmetry B of the associated Roots 1 and 2 . During the rotation of the control discs 26 , 28 with the Roots 1 , 2 , the orifices 20 , 22 are each briefly in register with one of the control openings 30 of the control discs 26 , 28th In the winel area between the control openings 30 , the control disks 26 , 28 have a closed end face which closes the orifices 20 , 22 . The control discs 26 , 28 and the orifices 20 , 22 thus act as a control slide, the piston piston 1 , 2 briefly allows coolant to flow via the coolant supply channel 24 into the pump chamber during the rotation of the rolling. Since each control disk 26 , 28 is provided with two control openings 30 , the coolant is fed in twice with each complete revolution of a Roots 1 , 2 . An impairment of the pressure difference he achievable between the inlet and the outlet through the coolant fed in is not to be feared because the feed takes place in each case in a working chamber which is blocked by the associated Roots from the inlet. The coolant is therefore transported to the outlet with the pumped medium.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Mündungsöff nungen 20, 22 und entsprechend auch die Steueröffnungen 30 kreisrund ausgebildet. Die Zeitspanne, über welche eine Einspeisung des Kühlmittels gewünscht wird, kann verlän gert werden, indem die Mündungsöffnungen 20, 22 und/oder die Steueröffnungen 30 schlitzförmig ausgebildet werden.In the embodiment shown, the Mündungsöff openings 20 , 22 and correspondingly the control openings 30 are circular. The period of time over which a feed of the coolant is desired can be extended by making the orifices 20 , 22 and / or the control openings 30 slit-shaped.

Claims

1. Roots pump with two counter-rotating Roots in a Pumpenkam mer, with an inlet that opens at the transition point between the two cylindrical part-shaped pump chamber halves, and an outlet that is opposite the input, the outlet through two or more on both sides of the transition edge between the two Pump chamber halves in the pump chamber opening outlet channels ge is formed, each of which can be closed by an uncontrolled outlet valve, which opens and closes in response to the pressure difference between the pump chamber and the outlet channel and, in each case, consists of a valve seat fixed to the housing and a valve that cooperates with it and moves smoothly are formed, characterized in that the laßkanäle ( 10, 12 ) of the pump operated as a Wälzkol benpump lead to an at least approximately atmospheric environment that in at least one of the end walls and in each d he two pump chamber halves ( 3 a, 3 b) a connected to a coolant source coolant supply channel ( 24 ) opens and that to each Roots ( 1, 2 ) egg ne control disc ( 26, 28 ) is rotatably connected, the at least one during Rotation of the associated Wälzkol ben with the opening ( 20, 22 ) of the coolant supply channel ( 24 ) has a control opening ( 30 ) which can be brought into alignment and has an end face which closes the adjacent opening ( 20, 22 ) when the control opening ( 30 ) is not in register with the mouth opening ( 20, 22 ).

2. Roots pump according to claim 1, characterized in that the control discs ( 26 , 28 ) have two diametrically opposed control openings ( 30 ) on the same radius.

3. Roots pump according to claim 1 or 2, characterized in that each orifice ( 20 , 22 ) and the associated control opening ( 30 ) in the circumferential direction of the associated pump chamber half ( 3 a, 3 b) or the associated control disc ( 26 , 28th ) are arranged so that this orifice ( 20 , 22 ) with the associated control opening ( 30 ) at the time in which the associated Roots ( 1 , 2 ) in the associated pump chamber half ( 3 a, 3 b) one of the inlet ( 6 ) separated by the Roots working chamber ( 3 c).