DE60216187T2

DE60216187T2 - Schmierungsvorrichtung für Seitenkanalvakuumpumpen

Info

Publication number: DE60216187T2
Application number: DE60216187T
Authority: DE
Inventors: Ian David Burgess Hill West Sussex Stones; Stuart John Hove East Sussex Hobbs
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: Edwards Ltd
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: US20030003004A1; DE60216187D1; JP2003042090A; EP1267081A3; EP1267081A2; US6863493B2; ATE346241T1; GB0114417D0; EP1267081B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Vakuumpumpen der regenerativen Bauart oder mit einem regenerativen Abschnitt, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben.
Eine solche Pumpe ist beispielsweise aus der US-A-5 536 148 oder der US-A-4 668 160 oder der US-A-4 767 265 bekannt.
Bei Vakuumpumpen der regenerativen Bauart ist ein Rotor auf einer vertikalen Welle zur Drehung in einem umgebenden Stator montiert. Die Welle ist durch obere und untere Lager abgestützt, die Schmierung benötigen. Um die Schmierung des oberen Nagers zu erleichtern, hat die Welle eine mittige Axialbohrung und damit in Verbindung stehende, mit dem oberen Lager fluchtende Radialbohrungen zur Zufuhr von Schmiermittel zu dem Lager.
Ein mit dem Schmieren des oberen Lagers verbundenes Problem ist das, dass zum schnellen Anfahren des Schmiermittelkreislaufs, wenn die Pumpe gestartet wird, das Vorhandensein eines relativ großen Volumens an Schmiermittel nötig ist, das zur Welle Zugang hat. Wenn jedoch das große Schmiermittelvolumen in Berührung mit der Welle bleibt, während die Welle mit normalen Arbeitsdrehzahlen umläuft, erzeugt das Schmiermittel einen Sogeffekt und fördert eine übermäßige Ölmenge zu den Lagern, sobald der Kreislauf hergestellt ist.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Schmiermittelsystem für eine Vakuumpumpe der regenerativen Bauart oder mit einem regenerativen Abschnitt zu schaffen, bei welchem das Volumen des Schmiermittels in Berührung mit der Welle zum Erzeugen einer eingestellten Menge zum Anfahren dosiert wird, wenn die Welle umzulaufen beginnt, aber danach die Zufuhr von Öl zum Lager in einer Weise dosiert wird, die nicht von der Drehzahl der Welle abhängig ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr beispielshalber beschrieben, wobei Bezug auf die Figuren der anliegenden schematischen Zeichnungen genommen wird, in denen:
1 einen Schnitt durch eine bekannte Verbundvakuumpumpe mit einem regenerativen Abschnitt zeigt,
2 einen Schnitt durch einen Teil einer Vakuumpumpe der regenerativen Bauart zeigt, die ein Schmiersystem nach der vorliegenden Erfindung zum Schmieren eines oberen Lagers einer umlaufenden Welle bei stillstehender Welle darstellt,
3 einen Schnitt ähnlich 2 zeigt, wobei aber das Schmiersystem bei Umlauf der Welle mit normalen Arbeitsdrehzahlen zeigt, und
4 eine Einzelheit im Schnitt zeigt, die ein Filter in dem Schmiersystem nach den 2 und 3 darstellt.
Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, die eine bekannte Verbundvakuumpumpe mit einem regenerativen Abschnitt 1 und einem Molekularpumpenabschnitt (Holweck-Abschnitt) 2 zeigt. Die Pumpe weist ein Gehäuse 3 auf, das aus einer Anzahl verschiedener Gehäuseteile hergestellt ist, die verschraubt oder in anderer Weise aneinander befestigt sind und mit entsprechenden Dichtungen zwischen ihnen ausgestattet sind.
Innerhalb des Gehäuses 3 ist eine vertikale Welle 6 montiert, die durch ein oberes Lager 4 und ein unteres Lager 5 abgestützt ist. Die Welle 6 ist um ihre Längsachse drehbar und wird durch einen Elektromotor 7 angetrieben, der die Welle 6 umgibt. An der Welle ist ein Rotor 9 zur Drehung damit fest angebracht. Eine Axialbohrung 8 verläuft entlang eines wesentlichen Längenabschnitts der Welle und steht mit radialen Ölbohrungen 8' zur Zufuhr von Schmiermittel aus dem Wellenschmiermittelbehälter zum oberen Lager 4 in Verbindung.
Es wird nun auf die 2 und 3 Bezug genommen, welche das untere Ende einer Vakuumpumpe der Regenerativbauart zeigen, die das Schmiermittelsystem nach der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Wie gezeigt, bildet ein Gehäuse 10 mit einer Grundplatte 12 und einer Deckplatte 14 einen Sumpf 16. Innerhalb des Sumpfes 16 und von der Grundplatte 12 abgestützt ist ein Wellenschmiermittelbehälter 18 vorhanden. Schmiermittel, beispiels weise Öl, das in den Sumpf 16 enthalten ist, tritt in gesteuerter Weise über Öffnungen 20 in der Wellenbehälterwand in den Wellenbehälter 18 ein, wie noch erklärt wird.
Eine vertikale Welle 22, die Teil einer Vakuumpumpe der Regenerativbauart ist, ist in einem oberen Lager 24 und einem unteren Lager 26 montiert. Die Welle 22 ist etwa zylindrisch und hat eine darin gebildete Axialbohrung 28, die an ihrem unteren Ende 29 in den Wellenbehälter 18 offen ist. Die Axialbohrung 28 steht an ihrem oberen Ende mit radialen Ölbohrungen 30 in Verbindung, die mit dem oberen Lager 24 fluchten.
Ein axiales Flügelrad 34 ist im Gehäuse 16 unmittelbar unterhalb des oberen Lagers 24 angeordnet und besteht aus einem Laufradgewinde 36, das auf der Außenfläche der Welle 22 gebildet ist, und einer feststehenden Gegenfläche 48, die vom äußeren Laufring des Lagers 24 nach unten verläuft.
Das axiale Flügelrad 34, die Einlässe 20, die Axialbohrung 28 und die Ölbohrungen 30 bilden einen Schmiermittelversorgungskreislauf, wie noch erläutert wird.
Wenn die Welle 22 feststeht, sind die Pegel des Schmiermittels im Wellenschmiermittelbehälter 18 und im Sumpf 16 gleich, wie in 2 gezeigt ist. Das bedeutet, dass eine relative große Menge Schmiermittel in Berührung mit der Welle 22 sowohl außerhalb der Welle als auch innerhalb der Axialbohrung 28 steht. Diese Situation ermöglicht ein schnelles Anfahren des Schmiermittelkreislaufs, wenn die Vakuumpumpe angelassen wird und die Welle 22 umzulaufen beginnt.
Wenn die Welle 22 normale Arbeitsdrehzahl erreicht, wird das Schmiermittel im Wellenbehälter 18 aus dem Behälter durch das offene untere Ende 29 der Axialbohrung 28 durch Zentrifugalkraft angesaugt. Das Schmiermittel wandert als dünner Film in der Axialbohrung 28 axial aufwärts zu den Ölbohrungen 30. Danach schmiert das Schmiermittel das obere Lager 24 und wird dann mittels des axialen Laufrads 34 zurück abwärts in den Sumpf 16 gedrängt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Schmiermittelzufuhr zur Axialbohrung 28 auf einem Pegel unterhalb desjenigen reguliert, mit welchem die Welle 22 pumpen kann, wodurch die Schwankungen der zum Lager als Funktion der Wellendrehzahl zugeführten Öl- menge entfallen. Zur Steuerung der Zufuhr von Schmiermittel zum Wellenbehälter 18 aus dem Sumpf 16 sind sorgfältig bemessene Flüssigkeitsöffnungen 20 vorhanden. Diese Öffnungen 20 erzeugen eine Schmiermittelströmungsrate zum Wellenbehälter 18 in Abhängigkeit vom Druck des Schmiermittels im Sumpf 16 über den Öffnungen 20. Die Öffnungen 20 sind speziell ausgelegt, so dass sie oberhalb der Höhe des Wellenbehälterflüssigkeitspegels im stationären Zustand liegen, um Rückdruck zu vermeiden. Diese Öffnungen 20 sind so ausgelegt, dass sie sicherstellen, dass der Bereich maximal erwarteter Ölpegel einen Bereich annehmbarer Schmiermittelzufuhrraten für das Lager 24 entspricht.
Es ist klar, dass eine regenerative Pumpe über einen weiten Bereich von Betriebsdrehzahlen arbeiten muß. Die Wirkung, welche dies auf die Schmiermittelpumpgeschwindigkeit hat, ist nicht handhabbar, da niedrige Drehzahlen zum Schmiermittelmangel im Lager führen können, während hohe Drehzahlen die Lager überfluten können.
Die Schmiermittelöffnungen 20 sind in einer Höhe angeordnet, die das Abfallen von Teilchen ermöglicht, während sie immer noch im Sumpf 16 sind, um eine Beförderung in den Wellenbehälter 8 zu vermeiden. Das Schmiermittel im Sumpf 16 ist keiner Turbulenz unterworfen und sollte irgendwelches solches Teilchenmaterial ohne Verstopfen der Schmiermittelöffnungen 20 sammeln.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen, die eine Modifikation des Schmiermittelsystems nach den 2 und 3 dahingehend zeigt, dass ein Filter 40 am unteren Ende der Axialbohrung 28 angeordnet ist. Wenn die Welle 22 umläuft, wird die erzeugte Zentrifugalkraft zum Treiben des Schmiermittels durch das Filter 40 auf die Wände der Axialbohrung 28 ausgenutzt.

Claims

Vakuumpumpe der Regenerativbauart bzw. mit einem regenerativen Abschnitt, mit einer drehbaren vertikalen Welle (22), die durch obere und untere Lager (24, 26) abgestützt ist, einem Schmiersystem zum Schmieren des oberen Lagers (24), das eine Axialbohrung (28) umfasst, die entlang der Welle (22) verläuft und an ihrem oberen Ende in Verbindung mit mindestens einer Ölbohrung (30) steht, die mit dem oberen Lager (24) fluchtet, wobei das untere offene Ende (29) der Axialbohrung (28) in einen Wellenbehälter (18) zur Aufnahme von Schmiermittel verläuft, und wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die durch die Drehung der Welle (22) erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, daß das Schmiermittel in dem Wellenbehälter (18) entlang der Axialbohrung (28) als dünner Film zu der Ölbohrung (30) und von da aus in das obere Lager (24) gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenbehälter (18) in einem Sumpf (16) angeordnet ist und mindestens eine Öffnung (20) in einer Wand des Wellenbehälters (18) gebildet ist, um den Durchtritt von Schmiermittel durch diese aus dem Sumpf (16) in gesteuerter Weise in Abhängigkeit vom statischen Druck des Schmiermittels in dem Sumpf (16) oberhalb der Öffnung (20) zu ermöglichen.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei ein Flügelrad (34) unmittelbar unterhalb des oberen Lagers (24) angeordnet ist, um Schmiermittel aus dem oberen Lager (24) in den Sumpf (16) zu befördern.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2, wobei das Flügelrad (34) als Gewinde auf der äußeren zylindrischen Oberfläche der Welle (22) ausgebildet ist und eine vom oberen Lager (24) aus verlaufende Gegenfläche (48) aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Filter (40) in der Axialbohrung (28) angeordnet ist.