DE713255C

DE713255C - Single acting high vacuum pump

Info

Publication number: DE713255C
Application number: DEK154864D
Authority: DE
Inventors: Karl Dobrovsky
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1939-06-27
Filing date: 1939-06-27
Publication date: 1941-11-04

Description

Einfach wirkende Hochvakuumpumpe Zum Erreichen hoher Vakua werden im wesentlichen zwei Arten von Pumpen verwendet. Einerseits Drehkolben- (Kapsel-) Pumpen mit einer ölfüllung im Förderraum, andererseits Trockenluftpumpen mit hin und her gehendem Arbeitskolben und zwangsläufiger Flach- oder Drehschiebersteuerung.Single acting high vacuum pump Used to achieve high vacuums essentially two types of pumps are used. On the one hand rotary piston (capsule) Pumps with an oil filling in the pumping chamber, on the other hand dry air pumps with there and moving working piston and positive flat or rotary slide control.

Die Drehkolbenpumpen sind zwar zur Erzeugung eines beachtlich hohen Vakuums geeignet, benötigen aber zu ihrer Abdichtung nach außen und zur Ausfüllung des schädlichen Raumes eine ölfüllung. Da die aaszustoßenden Gase oder-Dämpfe durch diese Ölfüllung hindurchtreten müssen, ist Emulsionsbildung und Verunreinigung des öles durch Kondensate die Folge, was zu erheblichen Nachteilen führt. Bei solchen Pumpen berühren die Drehkolben nur auf einer Linie die Gegenflächen, was äußerste Genauigkeit in der Herstellung voraussetzt, wenn eine befriedigende Leistung erzielt werden soll. Infolgedessen lassen sich derartige Drehkolbenpumpen nur in kleinen Einheiten und in eng begrenzter Leistungsfähigkeit herstell-en. Geringster Verschleiß setzt das erreichbare Vakuum erheblich herab.The rotary lobe pumps are used to generate a considerably high Vacuum suitable, but required to seal them to the outside and to fill them the harmful space is filled with oil. As the gases or vapors to be discharged through this oil fill must pass is emulsification and contamination of the oil through condensates, which leads to considerable disadvantages. In such Pumps only touch the rotary lobes on one line with the mating surfaces, which is extreme Accuracy in manufacture is a prerequisite if a satisfactory performance is achieved shall be. As a result, rotary lobe pumps of this type can only be used in small ones Manufacture units and with a narrowly limited capacity. Lowest wear reduces the achievable vacuum considerably.

Die Trockenluftpumpen mit hin und her gehendem Arbeitskolben benötigen zwar keine ölfüllung und sind weniger empfindlich gegen Verschleiß; erreichen aber in ihren bisherigen Ausführungen bei weitem kein so hohes Vakuum, wie die Drehkolbengumpen, weil der Einfloß des -schädlichen Raumes auch runter Zuhilfenahme der bekannten Druakausgleichsteuerungen nicht restlos zu beseitigen ist. 1Vlindestens bleibt noch eine erhebliche Drosselwirkung in den langen arid engen Steuerkanälen zwischen den Zylinderenden und dem wirkt, je höher das Vakuum steigt. Diese Kanäle müssen eng gehalten werden, weil die an sich erwünschte Erweiterung ihr;. Steuerschieber, welche sich um so mehr a: Querschnittes eine Vergrößerung des schi w lichen Raumes bedeuten würde. Dem @er reichbaren Vakuum wird dadurch eine @unüberwindliche Grenze gesetzt.Need the dry air pumps with reciprocating working piston no oil filling and are less sensitive to wear; achieve but in their previous designs, nowhere near as high a vacuum as the rotary lobe pumps, because the inflow of the harmful space also down with the help of the known Pressure compensation controls cannot be completely eliminated. 1at least remains a considerable throttling effect in the long arid narrow control channels between the Cylinder ends and the works the higher the vacuum rises. These channels must be kept tight because the extension you want in itself. Control spool, which is all the more a: cross-section an enlargement of the ski area would mean. The vacuum that can be reached thereby becomes an insurmountable limit set.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die als Brennstoffpumpen und Verdichter für Kältemaschinen bekannten einfach wirkenden Kolbenpumpen mit hin und her gehendem Kolben und schwingendem Zylinder, bei denen der Pumpenzylinder mit seinem der Kurbelseite abgekehrten Stirnende die Ein-und Auslaßöffnungen steuert, als Hoffivakuumpumpen zu verwenden. Bei diesen bekannten Pumpen wird die Bewegung des Kolbenhubes und die Schwingbewegung des Zylinders von ein- und demselben Kurbelzapfen abgeleitet. Das Kolbenstangenende bewegt sich hierbei also auf einer Kreisbahn, so daß die Mittellage der Schwingbewegung des Zylinders mit den Totlagen des Kolbens zusammenfällt. Für Brennstoffpumpen u. dgl. mag eine derart abgeleitete Steuerung für die Ein- und Auslaßkanäle genügen. Zur Erreichung eines hohen Vakuums kommt es jedoch darauf an, das Überdecken und Freigeben der Ein- und Auslaßöffnungen durch die Stirnfläche des Zylindermantels in einem bestimmten Verhältnis zu den Kolbenendlagen vorzunehmen. Dies läßt sich bei unmittelbarer Ableitung der Schwingbewegungg des steuernden Zylinders vom Kurbelkreis nicht erreichen.The invention is based on the idea that as fuel pumps and compressors for refrigeration machines with known single-acting piston pumps and reciprocating piston and oscillating cylinder, in which the pump cylinder controls the inlet and outlet openings with its front end facing away from the crank side, to be used as high vacuum pumps. In these known pumps, the movement of the piston stroke and the oscillating movement of the cylinder from one and the same crank pin derived. The end of the piston rod moves on a circular path, so that the central position of the oscillating movement of the cylinder with the dead centers of the piston coincides. Such a derived control may be used for fuel pumps and the like suffice for the inlet and outlet channels. To achieve a high vacuum comes however, it is important to cover and uncover the inlet and outlet openings the end face of the cylinder jacket in a certain ratio to the piston end positions to undertake. This can be done with the direct derivation of the swinging movement controlling cylinder from the crank circuit.

Nach der - Erfindung. wird deshalb das Kolbenstangenende in einer geschlossenen, etwa eiförmigen oder elliptischen Kurvenbahn geführt, deren große Achse schräg zur Kolbenst,angenmittelstellung verläuft. Um der endlichen Kolbenstangenlänge Rechnung zu tragen, ist es :außerdem zweckmäßig, die etwa eiförmige Kurvenbahn unsymmetrisch zur Kolhenstangenmittelstellung zu legen. .After the - invention. is therefore the end of the piston rod in one closed, approximately egg-shaped or elliptical curved path, the large Axis inclined to the piston rod, approximate center position. To the finite length of the piston rod To take into account, it is: also useful, the approximately egg-shaped curved path asymmetrically to lay to the center of the piston rod. .

Diese gemäß der Erfindung zweckmäßigste Form der Kurvenbahn für das Kolbenstangenende läl.')t sich :auf verschiedene Weise durch Einschaltung bekannter Steuerelemente erreichen. Besonders einfach wird die Steuerung, wenn man das Kodbenstangenende über einen etwa rechtwinkeligen Lenker derart'mit dem Kurbelzapfen gelenkig verbindet, daß der Kurbelzapfen am etwa rechtwinkeligen Knie des Lenkers angreift, das Kblb,enstangenende mit dem kürzeren auf den Kolben zu gerichteten Arm des Lenkers gelenkig verbunden und der längere Arm in einem schwenkbar im Gehäuse gelagerten Stein oder Gleitlager verschiebbar geführt ist.According to the invention, this most expedient form of the curved path for the Piston rod end laps: in various ways by switching on known Reach controls. The control becomes particularly easy when the end of the Kodbenstangen articulated to the crank pin via an approximately right-angled handlebar, that the crank pin engages the approximately right-angled knee of the handlebar, the Kblb, enstangenende articulated to the shorter arm of the handlebar, which is directed towards the piston and the longer arm in a rock or slide bearing pivoted in the housing is slidably guided.

Um eine vollkommene Abdichtung zwischen der zylindrischen Gleitfläche und der Pumpenzylinderstirnseite zu 'erzielen, ist es zweckmäßig, daß der den schwenkbaren Pumpen-, umgebende Teil des Gehäuses mit yti gefüllt wird. Diese ölfüllung sorgt außer-. dem für ,ausreichende Schmierung der Gleitbächen. Um die für diese Zwecke bekannte Ölfüllung ,auch zu einer wirksamen Kühlung der sich bewegenden Teile benutzen zu können, wird gemäß der Erfindung der die Ölfüllung enthaltende Teil des Gehäuses sowie die Gleitfläche für die steuernde Zylinderstirnseite mit einem Kühlmantel umgeben.To ensure a perfect seal between the cylindrical sliding surface and the pump cylinder face to achieve ', it is appropriate that the pivotable Pumping, surrounding part of the housing is filled with yti. This oil filling ensures except-. for sufficient lubrication of the sliding surfaces. To those for these purposes known oil filling, also use it for an effective cooling of the moving parts to be able, according to the invention, the part of the housing containing the oil filling as well as the sliding surface for the controlling cylinder face with a cooling jacket surround.

Damit insbesondere beim Aufwärtsgang des Kolbens ein dichtes Anpressen der Gleitflächen zwischen dem Zylinder und seiner Gleitbahn sichergestellt ist, reicht das Eigeno-. des Zylinders nicht aus. Es ist deshalb vorteilhaft, daß der schwingende Pumpenzylinder mittels federnder Lagerung seiner Drehzapfen auf der 'zylindermantelförmigcn Gleitfläche mit ausreichendem Druck aufliegt.This means that the piston is pressed tightly, especially when the piston is upward the sliding surfaces between the cylinder and its slideway are ensured, suffices the own-. of the cylinder does not come off. It is therefore advantageous that the oscillating pump cylinder by means of spring mounting of its pivot on the 'cylinder jacket-shaped sliding surface rests with sufficient pressure.

Es ist bekannt, bei liegender Anordnung solcher Schwingzylinder das die Schwingzylinder umgebende Gehäuse in einem druckdichten Behälter unterzubringen, das so weit mit dem Fördermittel der Pumpe gefüllt ist, d:aß das Zylindergehäuse vollkommen darin eintaucht. Die Anordnung der Schwingzylinder in ihrem Gehäuse ist dort so getroffen, daß der unter Druck stehende Behälterinhalt, also das Fördermittel, die Zylinder auf ihre Gleitflächen preßt. Diese Art der Anpressung ist umständlich und nur bei ganz kleinen Pumpen, wie sie beispielsweise bei Eismaschinen Verwendung finden, anwendbar. Außerdem wirkt bei liegender Anordnung der Schwingzylinder das Zylindergewicht nicht in Richtung des Anpreßdruckes und m@uß deshalb durch ein besonderes Andrückmittel ersetzt werden.It is known that with a horizontal arrangement of such oscillating cylinders to accommodate the housing surrounding the vibrating cylinder in a pressure-tight container, which is so far filled with the conveying medium of the pump, d: ate the cylinder housing completely immersed in it. The arrangement of the oscillating cylinders in their housing is hit there in such a way that the pressurized container contents, i.e. the conveying means, presses the cylinders on their sliding surfaces. This type of pressure is cumbersome and only with very small pumps, such as those used in ice machines find applicable. This also works when the oscillating cylinder is arranged horizontally The cylinder weight is not in the direction of the contact pressure and therefore has to be given a special one Pressing means are replaced.

Um zu verhindern, daß bei hohem Vakuum größere Mengen öl am steuernden Rand der Zylinderstirnseite nach der Saugöffnung in der zylindermantelförmigen Gleitfläche übertreten, kann gemäß der Erfindung das den Pumpenzylinder und den Kurbeltrieb umgebende Gehäuse druckdicht ausgebildet und der Raum über der Ölfüllung evakuiert werden. Zur Erzeugung dieses Vakuums kann das unter Druck stehende Kühlwasser in der Weise herangezogen werden, daß es vor oder hinter dem Durchströmen des Kühlmantels eine Strahlpumpe betätigt, welche die Luft über dem ölspie .g'el absaugt.In order to prevent larger amounts of oil from passing over at the controlling edge of the cylinder face after the suction opening in the cylinder jacket-shaped sliding surface at high vacuum, the housing surrounding the pump cylinder and the crank mechanism can be made pressure-tight and the space above the oil filling can be evacuated according to the invention. To generate this vacuum, the pressurized cooling water can be used in such a way that it actuates a jet pump before or after flowing through the cooling jacket, which sucks the air above the oil spout.

Gegenüber den bekannten Kolbenpumpen für hohes Vakuum bringt die Erfindung den Vorteil :eines noch höheren :erreichbaren Endvakuums. Gegenüber den bekannten ölgefüllten Drehkolben- und Kapselpumpen tritt beim Erfindungsgegenstand das Fördermittel nicht durch die ölfüllung hindurch, so daß das öl nicht verunreinigt wird und eine Emulsionsbildung nicht zu befürchten ist.Compared to the known piston pumps for high vacuum, the invention brings the advantage: an even higher: achievable ultimate vacuum. Compared to the known Oil-filled rotary lobe pumps and capsule pumps are used in the subject of the invention not through the oil filling so that the oil is not contaminated and emulsification occurs is not to be feared.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt ' Abb. i die neue Hochvakuumpumpe mit Gehäuse und Kühlmantel im Längsschnitt, bei höchster Kolbenstellung, Abb.2 einen entsprechenden Längsschnitt nur durch die bewegten Teile und die ölfüllung bei der tiefsten Kolbenstellung.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown, namely 'Fig. i shows the new high vacuum pump with housing and cooling jacket in the longitudinal section, with the piston in the highest position, Fig. 2 a corresponding longitudinal section only due to the moving parts and the oil filling at the lowest piston position.

Der Arbeitsraum der Hochvakuumpumpe wird durch einen an beiden Stirnflächen offenen Zylinder i gebildet, der um Drehzapfen 2 schwingt. In dem Zylinder bewegt sich ein Kolben 3, der durch einen Kurbeltrieb q., 5, 6, 7, 8, 9, 23 in üblicher Weise eine hin und her gehende Bewegung erhält. Das dem Kurbeltrieb abgekehrte offene Stirnende des Zylinders ist mit überdeckungsflächen i o, i i versehen, die, ;ebenso wie der entsprechend geformte Stirnrand des Zylinders, auf der zylindrisch geformten Gleitfläche 12 des unteren Teils des Gehäuses 13 gleiten. Die Gleitfläche 12 ist von der Eintrittsöffnung 14 und der Austrittsöffnung i 5 für das Fördermittel durchbrochen, welche dem Radius des Pumpenzylinders i entsprechend gekrümmt sind und durch die Kanten i 6 und 17 gesteuert werden, die durch den Mantel des Zylinders i und die überdeckungsflächen io und i i gebildet werden. Um eine ausreichende iTb:erdeckung nach innen zu erhalten, ist der Abstand der Kanten 16 und 17 voneinander etwas kleiner als der Abstand der Innenkanten i 8' und i 9.The working space of the high vacuum pump is formed by a cylinder i, which is open at both end faces and which swings around pivot pin 2. A piston 3 moves in the cylinder and is given a reciprocating movement in the usual manner by a crank mechanism q., 5, 6, 7, 8, 9, 23. The open end of the cylinder facing away from the crank mechanism is provided with covering surfaces io, ii which, like the correspondingly shaped end edge of the cylinder, slide on the cylindrically shaped sliding surface 12 of the lower part of the housing 13. The sliding surface 12 is pierced by the inlet opening 14 and the outlet opening i 5 for the conveying means, which are curved according to the radius of the pump cylinder i and are controlled by the edges i 6 and 17 , which are defined by the jacket of the cylinder i and the overlapping surfaces io and ii are formed. In order to obtain sufficient inward coverage, the distance between the edges 16 and 17 is somewhat smaller than the distance between the inner edges i 8 'and i 9.

Da es für die richtige Förderung der Pumpe darauf ankommt, daß der Zuströmkanal i ¢ im Augenblick des oberen Kolbentotpunktes abzuschließen beginnt, die Überdeckung bei dieser Stellung also gleich Null ist, und .daß der Ausstoßkanal 15 in dem Augenblick zu öffnen beginnt, ,also zunächst ebenfalls die Überdeckung Null aufweist, wenn sich der Kolben in der unteren Totlage befindet, wird der obere Kolbenstangenkopf 7 nicht auf einer Kreisbahn, sondern auf einer etwa eiförmigen, zur Kolbenstangenmittelstellung 2o unsymme= trischen Kurvenbahn 2i geführt, deren große Achse 22 schräg zur Kolbenstangenmittelstellung 2o angeordnet ist. Diese Kurvenbahn wird in einfachster Weise dadurch erreicht, daß der Kurbelzapfen 5 am etwa rechtwinkeligen Knie 23 eines Lenkers 6, 23, 8 angreift, während der Kolbenstangenkopf 7 am Ende des kürzeren Hebelarmes 6 dieses Lenkers angreift. Der längere Hebelarm 8 ist in einem im Gehäuse 13 schwenkbar gelagerten Stein oder Gleitlager g verschiebbar geführt. Zur zuverlässigen Abdichtung und Schmie-_ rung der zylindrischen Gleitfläche 12 und der Gegenflächen iö und I I der Pumpenzylinderstirnseite sowie zur mittelbaren Kühlung des Pumpenzylinders i ist der untere Teil des Gehäuses 13 mit öl gefüllt und außen mit einem wasserdurchströmten Kühlmantel 24 umgeben. Der Kühlmantel erstreckt sichauch über den Boden des Gehäuses, welcher die Gleitfläche 12 bildet. Umeinen möglichst geringen Druckunterschied zwischen Ölfüllung und Ansaugeöffnung 1q. zu erreichen, wird der obere Teil des Gehäuses 13, welcher den Kurbeltrieb umschließt, druckdicht ausgebildet. Von dieser Gehäusehaube 25 führt ein Saugrohr 26 zu einer Strahlpumpe 27, welche durch das unter Druck stehende Kühlwasser betrieben wird. Die Strahlpumpe 27 kann gegebenenfalls auch in die Zulaufleitung 28 zu- den Kühlräumen 2q. eingeschaltet werden.Since it is important for the correct delivery of the pump that the inflow channel i ¢ begins to close at the moment of the piston top dead center, the overlap in this position is therefore equal to zero, and that the discharge channel 15 begins to open at the moment, i.e. initially also has the overlap zero, when the piston is in the lower dead position, the upper piston rod head 7 is not guided on a circular path, but on an approximately egg-shaped cam path 2i asymmetrical to the piston rod center position 2o, the large axis 22 of which is oblique to the piston rod center position 2o is arranged. This curved path is achieved in the simplest manner in that the crank pin 5 engages the approximately right-angled knee 23 of a link 6, 23, 8, while the piston rod head 7 engages the end of the shorter lever arm 6 of this link. The longer lever arm 8 is guided displaceably in a stone or slide bearing g which is pivotably mounted in the housing 13. The lower part of the housing 13 is filled with oil and surrounded on the outside with a cooling jacket 24 through which water flows, for reliable sealing and lubrication of the cylindrical sliding surface 12 and the mating surfaces iö and I I of the pump cylinder end face as well as for the indirect cooling of the pump cylinder i. The cooling jacket also extends across the bottom of the housing which forms the sliding surface 12. In order to minimize the pressure difference between the oil filling and the suction opening 1q. To achieve, the upper part of the housing 13, which encloses the crank mechanism, is pressure-tight. From this housing cover 25, a suction pipe 26 leads to a jet pump 27, which is operated by the pressurized cooling water. The jet pump 27 can optionally also be placed in the feed line 28 to the cooling spaces 2q. be switched on.

Zur weiteren Vergrößerung der Leistung können auch mehrere der beschriebenen Pumpenzylinder nebeneinander in einem gemeinsamen Pumpengehäuse untergebracht und durch eine mehrfach gekröpfte Kurbelwelle angetrieben werden. Hierbei können in bekannter Weise entweder sämtliche Ein- und Auslaßräume miteinander verbunden, also .die Pumpeneinheiten parallel geschaltet werden, was größte Liefermenge ergibt, oder in einer oder mehreren Gruppen hint@ereinandergeschaltet werden, wodurch ein größtmögliches Vakuum erreicht wird.To further increase the performance, several of the described Pump cylinders housed side by side in a common pump housing and driven by a multi-cranked crankshaft. Here, in in a known way, either all inlet and outlet spaces are connected to one another, ie .the pump units are connected in parallel, which results in the greatest delivery quantity, or in one or more groups one behind the other, whereby a the greatest possible vacuum is achieved.

Um auch beieintretendem Verschleiß der Lagerung der Zylinderschwenkzapfen 2 und bei vorkommenden geringfügigen Ungenauigkeiten in der Einstellung der Zapfenlagerung zur zylindrischen Gehäusegleitfläche 12 stets ein sattes Anliegen der steuernden Zylinderstirnseite i o, i i, 16, 17 zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die Lagerung gegen eine Feder 29 abzustützen, die einen ausreichenden Anpreß,druck der Gleitflächen aufeinander sicherstellt. In order to ensure that the controlling cylinder end face io, ii, 1 6, 1 7 is always in contact with the control cylinder end face io, ii, 1 6, 1 7, even if the bearing of the cylinder pivot pin 2 is worn and if there are slight inaccuracies in the setting of the pin bearing to the cylindrical housing sliding surface 12, it is advisable to place the bearing against a Support spring 29, which ensures sufficient contact pressure of the sliding surfaces on each other.

Claims

PATENT CLAIMS: i: Single-acting high vacuum pump with back and forth moving piston and cylinder, which is open at both ends, swinging around a transverse axis deriving both movements from one and the same crank pin, whereby the Pump cylinder with its end facing away from the crank side, the inlet and outlet openings controls, characterized in that the piston rod end (rod head) (7) in a closed, approximately egg-shaped or elliptical curved path (21) is guided, whose major axis (22) runs obliquely to the piston rod center position (2o).

2. High vacuum pump according to claim r, characterized in that the approximately egg-shaped Cam track (21) runs asymmetrically to the piston rod center position (20).

3. High vacuum pump according to claims i and 2, characterized in that the piston rod end (7) is connected to the crank pin (5) in such a way that the crank pin is articulated via an approximately right-angle link (6,2-, 8) approximately right-angled knee (23) of the handlebar engages, the piston rod end (7) hinged to the shorter arm (6) of the handlebars directed towards the calves and the longer arm (8) in a stone or pivotably mounted in the housing (13) Slide bearing (9) is slidably guided. q ..

High vacuum pump according to claims i to 3, wherein the part of the housing surrounding the pivotable pump cylinder is filled with 01 , characterized in that the part of the housing (13) containing the oil filling (30) and the sliding surface (12) for the controlling cylinder face ( io, 11, 16, 17) is surrounded by a cooling jacket (24).

5. High vacuum pump according to claims i to q., Characterized in that the oscillating pump cylinder rests on the cylindrical sliding surface (12) by means of a resilient bearing (29) of its pivot pin (2).

6. High vacuum pump according to claims i to 5, characterized in that the pump cylinder and the housing (13) surrounding the crank drive is designed to be pressure-tight and the space is evacuated above the oil filling.

7. High vacuum pump according to claim 6, characterized in that d: ate the liquid flowing through the cooling jacket (13) actuated a jet pump (27), which evacuates the space above the oil filling (30).