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Doppelt wirkende Zwillingsvakuumpumpe mit zwei parallel nebeneinanderliegenden
Zylindern und Steuerung durch zwei an den Zylinderstirnseiten angeordnete, für beide
Zylinder gemeinsame, mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufende Flachschieber
Doppelt wirkende Zwillingsvakuumpumpen mit zwei parallel nebeneinanderliegenden
Zylindern werden in der Regel durch seitlich an den Zylindern angeordnete hin und
hergehende Flachschieber gesteuert, deren Bewegungsrichtung parallel zu der der
Kolben verläuft, Diese hin und her gehenden Flachschieber werden meist mit einem
Druckausgleichkanal ausgestattet, durch den die Erreichung eines höheren Vakuums
möglich ist. Solche Maschinen haben jedoch den Nachteil, daß ihr schädlicher Raum
infolge der relativ langen Verbindungskanäle zwischen Schieberspiegel und Zylinder
groß ist, was die Höhe des erreichbaren Vakuums nachteilig beeinflußt.
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Es wurde deshalb für einfach wirkende Zwillingskolbenpumpen vorgeschlagen,
die hin und her ,gehenden Flachschieber statt an den Zylinderseiten an den Zylinderstirnflächen
anzuordnen, wobei auf jedem Zylinderdeckel ein Schieber vorgesehen ist, ,so daß
die Bewegungsrichtung der Schieber rechtwinklig zu der der Kolben liegt. Dadurch
wurde -es möglich, die vollständig im Zylinderdeckel liegenden Verbindungskanäle
zwischen den Gleitflächen der Schieber und den Zylindern parallel zur Kolbenstangenachse
anzuordnen und auf den Kolbenstirnflächen Paßstücke vorzusehen, welche in den Totlagen
der Kolben diese Verbindungskanäle ausfüllen. Außerdem wurde zur Verringerung des
schädlichen Raumes der Querschnitt dieser Verbindungskanäle so klein wie irgend
möglich gehalten, was jedoch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb
der Kanäle zur Folge hatte.
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Diese Schieberanordnung konnte sich je-
doch nicht durchsetzen,
@da der dort vorgeschlagene Antrieb der 'hin und her gehenden, rechtwinklig zur
Kolbenrichtung bewegten Schieber Schwierigkeiten bereitete und ein umfangreiches
Gestänge nötig macht. Außerdem kann diese Schieberanordnung nur bei einfach wirkenden
Zylindern angewendet werden, da bei den der Kurbelwelle zugewandten Zylinderdeckeln
infolge der durch diese hindurchtretenden Kolbenstangen und 'der zugehörigen Stopfbüchsen
das Anbringen von hin und her gehenden Schiebern nicht möglich ist. Da dort auf
dem Deckel jedes Zylinders ein besonderer Schieber angeordnet ist, (die beide nur
durch Gestänge miteinander verbunden sind, kann ein Druckausgleich vom einen Zylinder
zum andern nicht durchgeführt werden.
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Ein anderer Vorschlag geht dahin, bei Zwillingskolbenpumpen an den
Zylinderstirnseiten umlaufende Flachschieber anzuordnen, derart, daß die beiden
nebeneinanderliegenden Zylinder durch je einen solchen Schieber auf jeder Stirnseite
miteinander verbunden werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß
für
zwei doppelt wirkende Zylinder nur zwei Schieber erforderlich sind, die auf einer
gemeinsamen Welle befestigt werden können, welche in einfachster Weise über ein
Kegelräderpaar von der Kurbelwelle aus in gleichförmige Drehung versetzt wird.
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Diese bekannte Anordnung war aber so getroffen,- daß die Verbindungskanäle
in den Zylinderdeckeln nicht geradlinig parallel zur Kolbenachse geführt und daher
auch nicht durch Paßstücke auf den Kolbenstirnseiten in den Totlagen der Kolben
ausgefüllt werden konnten. Außerdem besitzen diese umlaufenden Flachschieber. keinen
Druckausgleich. Durch diese beiden Mängel war aber die Erreichung eines hohen Vakuums
ausgeschlossen.
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Schließlich sind Drehschieber bekannt, die mit ihren zylindrischen
Gleitflächen eine pendelnde Kreisbewegung in rohrförmigen Schiebergehäusen ausführen.
Hierbei handelt es sich also nicht um mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufende
Schieber, sondern wie bei den hin und her gehenden Flachschiebern um Pendelschieber,
denen die nachteilige Eigenschaft gemeinsam ist, daß bei Hinzunahme eines Druckausgleichkanalsder
Schieberhub um die doppelte Breite dieses Kanals vergrößert werden muß, womit bei
gleicher Hubzahl eineErhöhung der Schiebergeschwindigkeitund damiteineHerabsetzung,dergrößtmöglichen
Maschinendrehzahl verbunden ist. Außerdem werden solche Schieber durch die Abnutzung
der zylindrischen Gleitflächen undicht: Um die Nachteile der erwähnten Schieberanordnungen
und Bauweisen wird gemäß der Erfindung der bekannte, an den. Zylinderstirnseiten
angeordnete, mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufende Flachschieber mit einem
Druckausgleichkanal ausgerüstet. Außerdem werden die beiden nebeneinanderliegenden
Zylinder so nahe aneinandergerückt, daß der Durchmesser des Kreises, auf dem die
Innenkanten der Schieberkanalöffnungen liegen, größer ist als der geringste Abstand
der beiden Zylinderlaufflächen, und in an sich bekannter Weise auf den Kolbenstirnflächen
Paßstücke zum Ausfüllen der Verbindungskanäle in den Zylinderdeckeln während der
Kolbentotlagen vorgesehen.
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Dadurch wird es möglich, Aden schädlichen Raum auf ein Mindestmaß
herabzudrücken und gleichzeitig seine Größe von dem Querschnitt der zwischen Zylinder
und- Schieberspiegel liegenden Verbindungskanäle unabhängig zu machen, so daß also
diese Verbindungskanäle reichlich groß ausgeführt werden können, wodurch auch bei
nachträglicher Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit die Strömungsgeschwindigkeit in
diesen weiten Kanälen in durchaus zulässigen Grenzen gehalten werden kann. Die Erfüllung
,dieser beiden Bedingungen ist bisher nicht gelungen, und nur sie ermöglichen die
Erreichung eines maximalen Vakuums. Durch das nahe Aneinanderrücken der Zylinder
und den Fortfall 'der seitlich_angeordneten Schieber ist außerdem eine besonders
gedrängte und billige Bauweise der ganzen Maschine möglich.
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Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt: Abb. i einen Längsschnitt durch die beiden parallel
nebeneinanderliegenden Zylinder einer solchen Zwillingsvakuumpumpe, Abb. 2 einen
zu dem Schnitt nach Abb. i rechtwinklig geführten Längsschnitt, Abb. 3 einen Längsschnitt
gemäß Abb. i bei Druckausgleichstellung der umlaufenden Flachschieber, Abb. 4 einen
Längsschnitt in der Ebene -,r--i7 nach Abb. 5 durch den oberen Zylinderdeckel und
den oberen Flachschieber in Ein- bzw. Ausströmstellung, Abb. 5 einen Querschnitt
in der Ebene y-y nach Abb.4 durch den oberen Flachschieber in der gleichen Stellung,
Abb. 6 eine Ansicht :des oberen Flachschiebers in Druckausgleichstellung von unten
auf die Schiebergleitfläche.
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Die umlaufenden Flachschieber a und a1 (Abb. i), die durch eine Spindel
b verbunden sind, -werden über eine Zwischenspindel c mittels Kegel- oder Schraubenräder
von der Kurbelwelle d angetrieben. Die beiden völlig gleichen Flachschieber weisen
ebenso wie jeder hin und her gehende Schieber einen Eintrittskanal e, einen
Austrittskanal i und einen Druckausgleichkanal1 auf. Die Anordnung dieser
Kanäle geht aus Abb. 5 hervor. Die Mündungen der drei Kanäle in der Gleitfläche
des Schiebers sind aus Abb. 6 ersichtlich.
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Bei der in Abb. i und 4 gezeichneten Stellung steht der Raure hl über
dem Kolben ml durch den Einströmkanal e und den Verbindungskanal f (Abb. 2) mit
dem zu evakuierenden Gefäß in Verbindung, während der Austrittskanal i dieses
Schiebers den Raum Ir' über dem Kolben m durch die öffnung g2 im oberen Zylinderdeckel
und den Kanal h (Abb. 2) im Gehäuse mit der atmosphärischen Luft verbindet. Um die
Maschine zu entlasten, ist über dem Austrittskanal i in bekannter Weise eine Rückschlagklappe
x angeordnet, die ein Zurückströmen der Luft in die Zylinderräume verhindert.
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Nachdem die beiden Kolben ihre Totpunktstellung erreicht haben (Abb.
3) und den neuen Hub beginnen, treten die beiden Ausgangsöffnungen des Druckausgleichkanals
1 und 11 in den Schiebern a und a1 über die Durchtrittsöffnungen g1, g2, g3, g4
in den beiden Zylinderdeckeln s und s1, von denen -der Deckel 5
die
beiden Zylinder oben abschließt, der Dekkel s', welcher die beiden Stopfbüchsen
t und t' für die Kolbenstangen o und o' trägt, den unteren Zylinderabschluß bildet.
Es kann nun die restliche Luftmenge in den schädlichen Räumen bei lag und h3 sich
nach den Zylinderräumen h1 bzw. h4 ausgleichen.
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Da die beiden Zylinder so nahe aneinandergerückt sind, daß der geringste
Abstand An
der beiden Zylinderlaufflächen kleiner ist als der Durchmesser
D= des Kreises, auf dem die Innenkanten der Schieberöffnungen e, i, L liegen,
können in den Totpunktstellungen der beiden Kolben die Paßstücke ra'- und ?a3 in
die Verbindungskanäle g= und g3 eintreten und diese nahezu vollständig ausfüllen.
Der verbleibende Zwischenraum zwischen Paßstück und Wandung des geradlinigen parallelachsigen
Verbindungskanales ist so gering, daß es praktisch gleichgültig ist, wie groß der
Querschnitt dieses Verbindungskanals gehalten wird.
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Demzufolge ist bei reichlicher Bemessung der Verbindungskanäle der
Reibungswiderstand des hindurchströmenden Gases gering, was sich auf den volumetrischen
Wirkungsgrad günstig auswirkt und den Kraftbedarf der Maschine herabsetzt.
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Die mit der nahezu vollständigen Ausfüllung der Verbindungskanäle
erreichte Verringerung des schädlichen Raumes auf ein Mindestmaß verringert .die
während der Totpunktstellungen der Kolben auszugleichende Luftmenge, was eine Erhöhung
des erreichbaren Vakuums zur Folge hat. Außerdem wird derwährend des Druckausgleichs
zurückzulegende Weg der Kolben klein gehalten werden können, wodurch der Beginn
der Ansaugperiode früher gelegt werden kann, was ebenfalls den volumetrischen Wirkungsgrad
günstig beeinflußt.
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Nach Beendigung des angedeuteten Kolbenhubes haben sich auch die beiden
umlaufenden Flachschieber ca und al um i8o° gedreht, so daß nunmehr der Einströmkanal
e über der Zylinderdeckelöffnung g° steht. Der untere Schieber al nimmt gleichzeitig
eine solche Stellung ein, daß der Einströmkanal el unter g3 und der Ausströmkanal
il unter g4 liegt. Die Druckausgleichstellung für beide Schieber ist in Abb. 3 dargestellt.
Dort verbindet der Druckausgleichkanall im oberen Schieber a den Zylinderraum hl
mit h2 und der D ruckausgleichkanal h im unteren Schieber d die Räume h3 und 1t4.
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Um ein sicheres Anliegen nicht nur des oberen Schiebers a, sondern
auch des unteren Schiebers al auch bei Inbetriebsetzung der Maschine zu gewährleisten,
solange also ein Unterdruck noch nicht vorhanden ist, wird zweckmäßigerweise der
untere Schieber mit der Schieberspindel b nicht nur unverdrehbar, sondern auch unverschiebbar
verbunden. Der obere Schieber ist durch eine Keilführung unverdrehbar, aber in Spindelrichtung
verschiebbar mit der Spindel b verbunden. Die Spindel b trägt an ihrem unteren
Ende einen Bund w,
auf welchen von unten die in dem Gehäuse v untergebrachte
Druckfeder u drückt und somit die Spindel b und den Schieber al so weit anhebt,
daß die Gleitfläche dieses Schiebers leicht auf ihren Schieberspiegel gedrückt wird.
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Der Antrieb der beiden Kolben m und yral erfolgt in der üblichen Weise
über die Kolbenstangen o, ol, welche mittels der Flanschen p und pl mit den Kreuzköpfen
q und ql verbunden sind, die ihren Antrieb von .der Kurbelwelle d über die
Pleuelstangen r und rl erhalten.
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Um eine sichere Lage der beiden für die beiden Zylinder gemeinsamen
Zylinderdeckels und s' zu erreichen, kann konzentrisch zur Schieberspindel
b je ein Ring z bzw. z' als Verbindung zwischen Zylinderkörper den Zylinderdeckel
eingeschaltet werden.
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Wenn sich auch die geschilderten Vorteile des Erfindungsgegenstandes
bei doppelt wirkenden Zwillingspumpen nur erreichen lassen bei Verwendung von rotierenden
Flachschiebern, so kann es in besonderen Fällen namentlich bei einfach wirkenden
Zwillingspumpen zweckmäßig sein, den dann nur erforderlichen einen Schieber, welcher
die beiden Arbeitskammern der Zylinder miteinander verbindet, als hin und her gehenden
Flachschieber mit Druckausgleichkanal auszubilden. Die Ansaugöffnung kann dabei
ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel im Zylinderdeckel zwischen den beiden Zylindern
liegen, die dann infolge des Fehlens der bei dem Drehschieber zwischen den Zylindern
liegenden Schi-eberspindel näher zusammengerückt werden können. Der Antrieb könnte
in einfachster Weise durch eine zu den Kolbenstangen parallel laufendeWelle erfolgen,
die in der Höhe des Schiebers eine Kurbel trägt, welche .durch eine Kurbelstange
mit dein Schieber verbunden ist und die hin und her gehende Bewegung vermittelt.