EP0084085A1 - Vakuumpumpe mit einem Saugstutzen-Ventil und Betriebsverfahren dafür - Google Patents

Vakuumpumpe mit einem Saugstutzen-Ventil und Betriebsverfahren dafür Download PDF

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EP0084085A1
EP0084085A1 EP82109589A EP82109589A EP0084085A1 EP 0084085 A1 EP0084085 A1 EP 0084085A1 EP 82109589 A EP82109589 A EP 82109589A EP 82109589 A EP82109589 A EP 82109589A EP 0084085 A1 EP0084085 A1 EP 0084085A1
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EP
European Patent Office
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oil
piston
vacuum pump
cylinder
pump
Prior art date
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Application number
EP82109589A
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English (en)
French (fr)
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EP0084085B1 (de
Inventor
Hanns-Peter Dr. Berges
Peter Frieden
Hans-Peter Dr. Kabelitz
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Original Assignee
Leybold Heraeus GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/02—Liquid sealing for high-vacuum pumps or for compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump with a suction nozzle valve which has a closure element connected to the piston of a cylinder-piston device, one end of a pressure medium line opening into the cylinder, the other end of which is open or open depending on the operating state of the pump
  • the invention relates to an expedient operating method for a vacuum pump with a suction nozzle valve which operates as a function of the operating state of the pump.
  • Rotating vacuum pumps are operated with sealing fluids, preferably oil, in order to achieve high final vacuum values.
  • the oil is used to lubricate bearings and to cool the pump. After such pumps have stopped - whether due to a normal shutdown, a power failure or another malfunction - there is a risk that oil will rise in the recipient, especially if it is under vacuum, and cause undesirable contamination there.
  • a number of solutions are known, which are described in the essay "Intake manifold block prevents oil return in rotating vacuum pumps", Maschinengon, Würzburg, 79 (1973), 54, pages 1191 to 1193.
  • Air serves as the pressure medium.
  • the inlet opening of the pressure medium line is closed or open, depending on the operating state of the pump.
  • a centrifugal switch arranged on the pump shaft is provided, with the help of which the inlet opening of the pressure medium line is closed during the start-up of the pump. This causes the opening movement of the closure element of the suction nozzle valve. If, for whatever reason, the vacuum pump comes to a standstill, the centrifugal switch releases the inlet opening, so that air at atmospheric pressure penetrates into the cylinder with the piston of the suction nozzle valve and thereby causes the closing movement of the suction nozzle valve.
  • a nozzle is provided, via which the pump chamber is ventilated after the closing movement of the suction nozzle valve has been initiated.
  • a disadvantage of the previously known solution is that the undesirable air intake, which causes an increase in pressure in the recipient connected to the suction port, is still present, since it cannot be completely avoided that part of the air causing the movement of the piston of the suction port valve between the pistons and cylinder already enters the suction chamber at a time when the suction port valve has not yet reached its closed position.
  • air penetrates through the nozzle for ventilation of the pump chamber into the suction chamber, thereby increasing the air intake.
  • the air intake could only be achieved by a very tight play between the piston and the cylinder and by dispensing with a nozzle which later served to vent the pump.
  • the present invention has for its object to provide a vacuum pump with a suction port valve of the type mentioned, in which, despite the presence of a relatively large tolerance in the cylinder-piston device for the suction port valve, the undesirable air intake practically no longer occurs.
  • this object is achieved in that the inlet opening of the pressure medium line is overlaid with oil. If a pump designed in this way is shut down, then - at least initially - not oil but oil gets under the pistons which serve to actuate the intake valve, so that an air swallow can no longer occur.
  • the amount of oil overlying the inlet opening of the pressure medium line is so small that it only serves to seal the piston against the cylinder wall and any nozzle which may be present for later ventilation of the pump chamber.
  • control of the suction nozzle valve can be operated in such a way that it is dependent on the oil pressure in a u. a. to supply the bearings of the vacuum pump oil circuit. This enables a hydro-pneumatic actuation of the suction nozzle valve to be implemented in a particularly simple and safe manner.
  • the oil circuit of the pump is formed by the suction line 11, via which oil is conveyed from the oil reservoir 2 into the oil pressure line 13 by means of the oil pump 12.
  • a throttle 15 is arranged in the outlet opening 14 of the oil pressure line 13, which ensures the maintenance of the desired oil pressure (between 1.5 and 2 bar, preferably 1.7 bar) and via which the pressure is reduced to the pressure in the oil box 1.
  • the bearings in the pump are supplied with pressure oil via branches 16, 17, 18.
  • Three oil supply lines (16, 17, 18) are required in the case of a two-stage pump, in which two end bearings and an intermediate bearing of the two rotors have to be supplied with oil. In the case of a single-stage pump, two of the three branch lines are sufficient. After the bearings have flowed through, the oil that has entered the branch lines 16, 17, 18 returns to the oil reservoir 2.
  • An oil filter 19 is switched on in the pressure oil line 13 immediately behind the oil pump 12, so that it is ensured that only cleaned oil flows through the line 13 and through the branch lines connected to it.
  • Another branch line 21 opens into the control cylinder 22, in which the control piston 23 is located.
  • the pressure medium line 24 opens into the cylinder 22, the other end of which is connected to the cylinder 9 on the side of the piston 8 facing away from the valve plate 7.
  • the inlet opening 25 of the pressure medium line 24 in the cylinder 22 is designed as a valve seat.
  • a plug 26 with a sealing bead 27 is inserted into the inlet opening 25.
  • the end face 28 of a cylindrical projection 29 on the control piston 23 with a reduced diameter compared to the control piston serves as the closure member.
  • the control piston 23 is under the action of a spring 31, which is arranged between the control piston 23 and the end wall 32 with the inlet opening 25 of the pressure medium line 24 and is designed as a compression spring.
  • the cylindrical projection 29 can be screwed into the control piston 23 by means of the thread 33, so that the force of the spring 31 acting in the closed state of the control valve 27, 28 can be influenced.
  • a further line 34 opens into the cylinder 22 and is connected to an oil reservoir 35 of small volume which is open at the top.
  • the junction of the line 34 in the cylinder 22 lies on the side of the control piston 23 opposite the junction of the line 21.
  • the oil pump 12 conveys oil from the oil reservoir 2 into the oil pressure line 13.
  • the oil pump 12 can be designed as a rotary vane pump or gear pump and is coupled in a known manner to the pump shaft as a drive (cf. GB-PS 875 444).
  • the delivery properties of the pump 12 and the size of the throttle 15 are dimensioned such that the desired oil pressure builds up and is maintained in the line 13 after the vacuum pump has started. This pressure acts on the piston 23 and overcomes the force of the spring 31, so that the inlet opening 25 of the pressure medium line 24 is closed.
  • the suction nozzle valve 4 is in its open position, so that the recipient connected to the suction nozzle 3 is evacuated.
  • the inlet opening 25 is opened so that, owing to the atmospheric pressure prevailing on the surface of the oil in the oil reservoir 35, oil is pressed into the pressure medium line 24 and gets into the cylinder 9 under the piston 8.
  • the amount of oil located below the piston 23 and in the oil reservoir 35 is so small that the oil entering the cylinder 9 essentially serves only to seal the piston 8 against its cylinder wall.
  • the actual pressure medium for actuating the piston 8 is the air which, following the oil, passes through the oil supply 35 into the pressure medium line 24.
  • the total amount of oil in the cylinder 22 and in the oil reservoir 35 is therefore chosen so large or small that, on the one hand, a sealing of the gap between the piston 8 and the cylinder wall 9 is ensured during the closing process and, on the other hand, the pump is ventilated shortly after being switched off.
  • These processes cause the suction nozzle valve 4 to close without the undesirable air intake. After the suction port valve 4 is closed and the urging air has displaced the oil between the piston 8 and the cylinder wall 9, the pump chamber is ventilated.
  • the function of the suction nozzle valve control is independent of the existence of an oil filter 19, ie, even in an oil circuit without an oil filter 19 (cf. line section 20 shown in broken lines), the suction nozzle valve and its control means work perfectly.
  • a particular advantage of the described embodiment of the suction nozzle valve 4 and its control means which operate as a function of the oil pressure is that both cylinder-piston devices 8, 9 and 22, 23 because of the desired gaps between the piston and cylinder are hardly susceptible to tolerances and can therefore be produced without any particular expense.
  • the control means can be adjusted in such a way that even with relatively small pressure drops in the oil circuit (e.g. a drop in the set pressure of approx 1.7 bar to 1.4 bar) the inlet opening 25 of the pressure medium line 24 is released.
  • the response time of the suction nozzle valve 4 is so short due to the hydropneumatic actuation that it is ensured that the suction nozzle valve is closed even before the VA vacuum pump finally runs out.
  • the control of the suction port valve by the oil pressure in an oil circuit which is supplied by an oil pump arranged on the pump shaft, has the advantage of a quick and safe mode of operation, since the operating state of the pump can be clearly derived from the oil pressure in the oil circuit.
  • the outlet opening 14 of the line 13 is assigned a resilient cover 41 which - together with a special design of the wall 42 in the region of the outlet opening 14 - fulfills several functions.
  • the outlet opening 14 is surrounded by a concentric groove 43 in the wall 42 which extends into a bore 44 through which the oil serving to supply the pump chamber passes.
  • This bore is also equipped with a throttle 45, the size of which is adapted to the suction power or the oil requirement of the respective pump.
  • the resilient cover 41 which preferably consists of an elastic steel band section, covers both the outlet opening 14 of the oil pressure line 13 and the bore 44.
  • the pressure oil is expanded to the pressure in the oil box as a result of the throttle 15 and initially flows into the groove 43 surrounding the outlet opening 14. Part of the oil flows out of this groove, which is connected to the bore 44, as a result of the Suction effect of the pump chamber through the bore 44 or throttle 45. Excess oil returns to the oil reservoir 2.
  • the resilient cover 41 ensures that only such oil flows through the bore 44 and the throttle 45 that has emerged from the outlet opening 14. Therefore, only oil that has flowed through the oil filter 19 enters the pump chamber. The pump room is therefore no longer affected by dirty oil. Nevertheless, the pump works like a self-priming pump, i.e. that is, it determines the amount of oil it needs itself. B. small amounts of oil through the throttle 45, so that undesirably high proportions of oil vapor are not present in the pumped media emerging from the pump. Regardless of this, it is ensured that the bearings are supplied with pressure oil.
  • the resilient cover and the special groove design ensure that the oil is shut off when the pump is not running.
  • the negative pressure acting through the bore 44 in the pump chamber causes the resilient cover to bear tightly against the wall 42.
  • the cover completely blocks the bore 44, so that the oil supply to the vacuum pump is stopped.
  • Fig. 2 shows a rotary vane vacuum pump.
  • the pumped gases pass through the.
  • the compressed gases pass through the outlet channel 55 into the oil box 1, which is filled with oil up to the line 56, so that the resilient cover 41 lies below the oil level.
  • the actual exhaust pipe is not shown.
  • the end wall 42 of the pump body 57 arranged in the oil box 1 is shown in view in its lower part.
  • Figures 3 and 4 show sections through this end wall at the level of lines III-III and IV-IV.
  • the oil pressure line 13 ends with the throttle point 15.
  • the lubrication of the bearing of the pump shaft (not shown) arranged in the end wall 42 via the branch line 17 designed as a bore. This bore is closed to the outside by the plug 58.
  • the resilient cover 41 (shown in broken lines in FIG. 2) is fastened on the end wall 42 by means of the screws 46, 47. It covers the two openings 14 and 44 and the groove 43 surrounding the opening 14.
  • the nozzle 15 is produced by drilling the end wall 42 on both sides.
  • the nozzle 45 is screwed into the end wall 42 by means of a thread 59, so that different nozzles can be used depending on the suction power of the pump.

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Abstract

Bei einer ölgedichteten Vakuumpumpe mit einem Saugstutzenventil und einem Betriebsverfahren für diese Vakuumpumpe ist das Verschlußelement (7) des Saugstutzenventils (4) mit dem Kolben (8) einer Zylinder-Kolben-Einrichtung (8, 9) verbunden; in den Zylinder (9) mündet zusätzlich eine Druckmittelleitung (24), deren anderes Ende mit einer in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe offenen oder geschlossenen Eintrittsöffnung (25) versehen ist; die Eintrittsöffnung (25) ist ölüberlagert, und zwar mit einer derart geringen Ölmenge, daß das Öl während des Schließvorganges des Saugstutzenventils im wesentlichen nur der Abdichtung des zwischen dem Kolben (8) und dem Zylinder (9) bestehenden Spaltes dient.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit einem Saugstutzenventil, das ein mit dem Kolben einer Zylinder-Kolben-Einrichtung verbundenes Verschlußelement aufweist, wobei in den Zylinder das eine Ende einer Druckmittelleitung mündet, deren anderes Ende mit einer in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe offenen oder geschlos.senen Eintrittsöffnung versehen ist.Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein zweckmäßiges Betriebsverfahren für eine Vakuumpumpe mit einem in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe arbeitenden Saugstutzenventil.
  • Rotierende Vakuumpumpen werden mit Dichtungsflüssigkeiten, vorzugsweise öl, betrieben, um hohe Endvakuumwerte zu erreichen. Gleichzeitig dient das Öl der Schmierung von Lagerungen und der Kühlung der Pumpe. Nach dem Anhalten derartiger Pumpen - sei es durch normales Abschalten, Stromausfall oder eine andere Betriebsstörung - besteht die Gefahr, daß öl in den Rezipienten hochsteigt, insbesondere wenn dieser unter Vakuum steht, und dort unerwünschte Verunreinigungen verursacht. Zur Vermeidung dieser Nachteile sind eine Reihe von Lösungen bekannt, die in dem Aufsatz "Saugstutzensperre verhindert ölrücksteigen in rotierenden Vakuumpumpen", Maschinenmarkt, Würzburg, 79(1973), 54, Seiten 1191 bis 1193, beschrieben sind. Unter anderem ist es daraus vorbekannt, eine Vakuumpumpe mit einem Saugstutzen- ventil der eingangs erwähnten Art auszurüsten (Bild 4 dieses Aufsatzes). Als Druckmittel dient Luft. Die Eintritt öffnung der Druckmittelleitung ist je nach Betriebszustand der Pumpe geschlossen oder offen. Hierzu ist ein auf der Pumpenwelle angeordneter Fliehkraftschalter vorgesehen, mit dessen Hilfe die Eintrittsöffnung der Druckmittelleitung während des Anlaufens der Pumpe verschlossen wird. Dadurch wird die öffnungsbewegung des Verschlußelementes des Saugstutzenventils bewirkt. Kommt die Vakuumpumpe, aus welchem Grund auch immer, zum STillstand, dann bewirkt der Fliehkraftschalter ein Freigeben der Eintrittsöffnung, so daß Luft unter Atmosphärendruck in den Zylinder mit dem Kolben des Saugstutzenventils eindringt und dadurch die Schließbewegung des Saugstutzenventils bewirkt. Zusätzlich ist eine Düse vorgesehen, über die nach der Einleitung der Schließbewegung des Saugstutzenventils eine Belüftung des Pumpenraumes erfolgt.
  • Nachteilig an der vorbekannten Lösung ist, daß der unerwünschte Luftschluck, der ein Ansteigen des Druckes im am Saugstutzen angeschlossenen Rezipienten bewirkt, immer noch vorhanden ist, da nicht völlig vermieden werden kann, daß ein Teil der die Bewegung des Kolbens des Saugstutzenventils verursachenden Luft zwischen Kolben und Zylinder bereits zu einem Zeitpunkt in den Saugraum dringt, in dem das Saugstutzenventil noch nicht seine Schließstellung eingenommen hat. Zusätzlich dringt Luft durch die der Belüftung des Pumpenraumes dienende Düse in den Saugraum und vergrößert dadurch den Luftschluck. Der Luftschluck könnte bei der vorbekannten Lösung nur durch ein sehr.enges Spiel zwischen Kolben und Zylinder und durch Verzicht auf eine der späteren Belüftung der Pumpe dienende Düse erreicht werden. Eine solche Lösung hätte nicht nur den Nachteil, daß eine selbsttätige Belüftung des Pumpenraumes nach einem Stillstand nicht mehr eintritt, sondern auch den Mangel, daß eine mit äußerst engen Toleranzen hergestellte Zylinder-Kolben-Einrichtung empfindlich gegen Verschmutzungen ist. Tritt z. B. eine ölverschmutzung auf, die bei ölgedichteten Drehschieberpumpen häufiger vorkommt, dann arbeitet ein derartiges Saugstutzen-Ventil nicht mehr zuverlässig. Die öffnungszeit wird erheblich verlängert, beziehungsweise bei kleinen Druckdifferenzen öffnet das Ventil überhaupt nicht mehr. Ein weiterer Nachteil der Spieleinengung besteht in dem erheblichen Anstieg der Herstellkosten.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe mit einem Saugstutzenventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der trotz des Vorhandenseins einer relativ großen Toleranz in der Zylinder-Kolben-Einrichtung für das Saugstutzenventil der unerwünschte Luftschluck praktisch nicht mehr auftritt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Eintrittsöffnung der Druckmittelleitung ölüberlagert ist. Wird eine in dieser Weise ausgebildete Pumpe stillgesetzt, dann gelangt - zumindest zunächst - nicht Luft, sondern öl unter den der Betätigung des Saugstutzenventils dienenden Kolben, so daß ein Luftschluck nicht mehr auftreten kann.
  • Besonders vorteilhaft ist im Rahmen der Erfindung, daß die die Eintrittsöffnung der Druckmittelleitung überlagernde ölmenge so gering ist, daß sie lediglich der Abdichtung des Kolbens gegenüber der Zylinderwand und einer evtl. vorhandenen Düse zur späteren Belüftung des Pumpenraumes dient. Bei dieser Lösung gelangt anschließend, nachdem das Öl seine Abdichtungsfunktion erfüllt hat, Luft unter den Kolben Eine derartige hydro-pneumatische Betätigung des Saugstutzenventils hat im Vergleich zu einer vollständig hydraulischen Betätigung den Vorteil wesentlich kürzerer Schließzeiten.
  • Weiterhin ist zweckmäßig, das zwischen dem Kolben und dem Zylinder bestehende Spiel so groß zu wählen, daß nach dem Verschließen des Saugstutzenventils über den vorhandenen Spalt die Belüftung der Pumpe erfolgt. Eine gesonderte Düse zur Belüftung des Pumpenraumes ist dann nicht mehr erforderlich. Außerdem ist die Herstellung von Zylinder-Kolben-Einrichtungen mit relativ großem Spiel nicht mit hohen Kosten verbunden.
  • Ein weiterer Vorteil im Rahmen der Erfindung besteht darin, daß die Steuerung des Saugstutzenventils derart betrieben werden kann, daß sie in Abhängigkeit vom öldruck in einem u. a. der Versorgung der Lagerungen der Vakuumpumpe dienenden ölkreislauf erfolgt. Damit kann in besonders einfacher und sicherer Weise eine hydro-pneumatische Betätigung des Saugstutzenventils realisiert werden.
  • Weitere Vorteil und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Schema eines ölkreislaufs in einer Vakuumpumpe nach der ERfindung mit hydro-pneumatisch gesteuertem Saugstutzenventil,
    • Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Vakuumpumpe nach der Erfindung, teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht der vorderen Stirnwand des Pumpenkörpers,
    • Fig. 3 einen Schnitt durch die Stirnwand des Pumpenkörpers nach der Linie III-III in Fig. 2 und
    • Fig. 4 einen Schnitt durch die Stirnwand des Pumpenkörpers nach der Linie IV-IV in Fig. 2.
  • Beim Schema nach Fig. 1 sind im wesentlichen nur diejenigen Teile der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe dargestellt, die im Rahmen der Erfindung eine besondere Rolle spielen. Mit 1 ist der ölkasten oder das äußere Pumpengehäuse bezeichnet, das teilweise mit öl 2 gefüllt ist. Im Schnitt dargestellt ist weiterhin der Saugstutzen 3 mit dem Saugstutzenventil 4, das von dem plattenförmigen Ventilsitz 5 mit der öffnung 6 und dem Ventilteller 7 gebildet wird. Der Ventilteller 7 steht mit einem Kolben 8 in Verbindung, der im Zylinder 9 verschiebbar angeordnet ist.
  • Der ölkreislauf der Pumpe wird gebildet von der Ansaugleitung 11, über die mittels der ölpumpe 12 öl aus dem ölvorrat 2 in die Öldruckleitung 13 gefördert wird. Im Bereich der Austrittsöffnung 14 der Öldruckleitung 13 ist eine Drossel 15 angeordnet, welche für die Aufrechterhaltung des gewünschten Öldruckes (zwischen 1,5 und 2 bar, vorzugsweise 1,7 bar) sorgt und über die der Abbau des Druckes auf den Druck im ölkasten 1 erfolgt. über Abzweigungen 16, 17, 18 erfolgt die Versorgung der in der Pumpe vorhandenen Lagerungen mit Drucköl. Drei Ölversorgungsleitungen (16, 17, 18) sind im Falle einer zweistufigen Pumpe erforderlich, bei der zwei Endlager und ein Zwischenlager der beiden Rotoren mit öl versorgt werden müssen. Im Falle einer einstufigen Pumpe reichen zwei der drei Abzweigleitungen aus. Nach dem Druchströmen der Lagerungen gelangt das in die Abzweigleitungen 16, 17, 18 eingetretene öl wieder in den Ölvorrat 2.
  • In die Druckölleitung 13 ist unmittelbar hinter der Ölpumpe 12 ein Ölfilter 19 eingeschaltet, so daß sichergestellt ist, daß ausschließlich gereinigtes Öl durch die Leitung 13 und durch die daran angeschlossenen Abzweigleitungen strömt.
  • Eine weitere Abzweigleitung 21 mündet in den Steuerzylinder 22, in dem sich der Steuerkolben 23 befindet. Auf der der Einmündung der Leitung 21 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 23 mündet die Druckmittelleitung 24 in den Zylinder 22, deren anderes Ende mit dem Zylinder 9 auf der dem Ventilteller 7 abgewandten Seite des Kolbens 8 verbunden ist. Die Eintrittsöffnung 25 der Druckmittelleitung 24 in den Zylinder 22 ist als Ventilsitz ausgebildet. Dazu ist in die Eintrittsöffnung 25 ein Stöpsel 26 mit einem Dichtwulst 27 eingesteckt. Als Verschlußglied dient die Stirnseite 28 eines zylindrischen Ansatzes 29 am Steuerkolben 23 mit gegenüber dem Steuerkolben verringertem Durchmesser. Der Steuerkolben 23 steht unter der Wirkung einer Feder 31, die zwischen dem Steuerkolben 23 und der Stirnwand 32 mit der Eintrittsöffnung 25 der Druckmittelleitung 24 angeordnet und als Druckfeder ausgebildet ist. Der zylindrische Ansatz 29 ist mittels des Gewindes 33 in den Steuerkolben 23 einschraubbar, so daß auf die im Schließ zustand des Steuerventils 27, 28 wirkende Kraft der Feder 31 Einfluß genommen werden kann.
  • In den Zylinder 22 mündet eine weitere Leitung 34, die mit einem oben offenen Ölvorratsgefäß 35 geringen Volumens verbunden ist. Die Einmündung der Leitung 34 in den Zylinder 22 liegt auf der der Einmündung der Leitung 21 entgegengesetzten Seite des Steuerkolbens 23.
  • Während des Betriebs einer nach diesem Schema aufgebauten Pumpe fördert die Ölpumpe 12 Öl aus dem ölvorrat 2 in die Öldruckleitung 13. Die Ölpumpe 12 kann als Drehschieberpumpe oder Zahnradpumpe ausgebildet sein und ist in bekannter Weise mit der Pumpenwelle als Antrieb gekoppelt (vgl. GB-PS 875 444). Die Fördereigenschaften der Pumpe 12 und die Größe der Drossel 15 sind so bemessen, daß sich nach dem Anlaufen der Vakuumpumpe der gewünschte öldruck in der Leitung 13 aufbaut und gehalten wird. Dieser Druck wirkt auf den Kolben 23 und überwindet die Kraft der Feder 31, so daß die Eintrittsöffnung 25 der Druckmittelleitung 24 verschlossen ist.Das Saugstutzenventil 4 befindet sich in seiner Offenstellung, so daß der an den Saugstutzen 3 angeschlossene Rezipient evakuiert wird.
  • Während dieses Betriebszustandes strömen durch die Öldruckleitung 13 bestimmte Ölmengen, die mit Q1, Q2 und Q3 bezeichnet sind. Der Kolben 23 bildet mit der Wand des Zylinders 22 einen relativ großen Spalt 36, so daß sich der Zylinderraum 22 unterhalb des Kolbens 23 und der ölvorratsraum 35 mit Öl füllen. Wegen des Spaltes 36 wird ein ständiger Ölstrom mit der Menge Q4 aufrechterhalten. Überschüssiges Öl gelangt vom Ölvorrat 35 wieder in den Ölvorrat 2. Die Ölpumpe 12 ist so dimensioniert, daß der gesamte Ölkreislauf mit überschußöl gefahren wird, d. h., zu jeder Zeit strömt mehr Öl durch den Ölkreislauf, als von der Pumpe benötigt wird. Wird die Pumpe abgestellt, nimmt gleichzeitig die von der ölpumpe 12 geförderte ölmenge ab, so daß der öldruck in der Leitung 13 nachläßt. Bei Unterschreiten eines bestimmten Druckes wird die Eintrittsöffnung 25 freigegeben, so daß infolge des auf der Oberfläche des Öls in dem ölvorrat 35 herrschenden Atmosphärendruckes öl in die Druckmittelleitung 24 gedrückt wird und unter den Kolben 8 in Zylinder 9 gelangt. Die unterhalb des Kolbens 23 und im ölvorrat 35 befindliche ölmenge ist so gering, daß das in den Zylinder 9 gelangende öl im wesentlichen nur der Abdichtung des Kolbens 8 gegenüber seiner Zylinderwand dient. Das eigentliche Druckmittel zur Betätigung des Kolbens 8 ist die Luft, die im Anschluß an das öl durch den Ölvorrat 35 in die Druckmittelleitung 24 gelangt. Die gesamte im Zylinder 22 und im Ölvorratsgefäß 35 befindliche ölmenge ist deshalb so groß bzw. klein gewählt, daß einerseits eine Abdichtung des Spaltes zwischen Kolben 8 und Zylinderwand 9 während des Schließvorganges sichergestellt ist und andererseits die Pumpe kurz nach dem Abschalten belüftet wird. Diese Vorgänge bewirken ein Schließen des Saugstutzenventils 4 ohne den unerwünschten Luftschluck. Nachdem das Saugstutzenventil 4 geschlossen ist und die nachdrängende Luft das zwischen dem Kolben 8 und der Zylinderwandung 9 befindliche Öl verdrängt hat, erfolgt hierüber die Belüftung des Pumpenraumes. Die Funktion der Saugstutzenventilsteuerung ist unabhängig von der Existenz eines ölfilters 19, d. h., auch bei einem ölkreislauf ohne ölfilter 19 (vgl. gestrichelt eingezeichneten Leitungsabschnitt 20) arbeiten das Saugstutzenventil und seine Steuermittel einwandfrei.
  • Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Ausführung des Saugstutzenventils 4 und seiner in Abhängigkeit vom öldruck arbeitenden Steuermittel liegt noch darin, daß beide Zylinder-Kolben-Einrichtungen 8, 9 bzw. 22, 23 wegen der erwünschten Spalte zwischen Kolben und Zylinder kaum toleranzanfällig sind und deshalb ohne besonderen Kostenaufwand herstellbar sind. Durch geeignete Wahl der strömenden ölmengen Q1 und Q4, der Drosselstellendurchmesser und durch entsprechendes Anpassen der Kraft der Feder 31 können die Steuermittel derart justiert werden, daß bereits bei relativ kleinen Drucksenkungen im ölkreislauf (z. B. ein Absinken.des Solldruckes von ca. 1,7 bar auf 1,4 bar) die Eintrittsöffnung 25 der Druckmittelleitung 24 freigegeben wird. Die Ansprechzeit des Saugstutzenventils 4 ist aufgrund der hydropneumatischen Betätigung so klein, daß sichergestellt ist, daß bereits vor dem endgültigen Auslaufen der VAkuumpumpe das Saugstutzenventil geschlossen ist. Generell hat die Ansteuerung des Saugstutzenventils durch den Öldruck in einem Ölkreislauf, der von einer auf der Pumpenwelle angeordneten ölpumpe versorgt wird, den Vorteil einer schnellen und sicheren Betriebsweise, da vom Öldruck im Ölkreislauf eindeutig der Betriebszustand der Pumpe abgeleitet werden kann.
  • Der Austrittsöffnung 14 der Leitung 13 ist eine federnde Abdeckung 41 zugeordnet, die - gemeinsam mit einer besonderen Gestaltung der Wandung 42 im Bereich der Austrittsöffnung 14 mehrere Funktionen erfüllt. Die Austrittsöffnung 14 ist von einer konzentrischen Nut 43 in der Wandung 42 umgeben, die bis in eine Bohrung 44 reicht, durch die das der Versorgung des Pumpenraumes dienende Öl hindurchtritt. Diese Bohrung ist ebenfalls mit einer Drossel 45 ausgerüstet, deren Größe der Saugleistung bzw. dem ölbedarf der jeweiligen Pumpe angepaßt ist. Die federnde Abdeckung 41, die vorzugsweise aus einem elastischen Stahlbandabschnitt besteht, überdeckt sowohl die Austrittsöffnung 14 der Öldruckleitung 13 als auch die Bohrung 44. Ihre Kraft und der Abstand der Befestigungspunkte 46, 47 von den Ölkanälen 13, 44 sind so gewählt, daß sie für das aus der Austrittsöffnung 14 austretende Öl eine Druckstufe mit einer vernachlässigbaren Druckdifferenz darstellt. Praktisch tritt das Öl mit dem Druck des ölkastens aus der Austrittsöffnung 14 aus. Außerdem gilt auch an dieser Stelle des ölkreislaufs, daß er mit Überschußöl gefahren wird, d. h., daß selbst bei Enddruckbetrieb der Pumpe durch die Austrittsöffnung14 mehr öl austritt,als von der Pumpe durch die Bohrung 44 bzw. Drossel 45 angesaugt wird.
  • Während des Betriebs der Pumpe wird das Drucköl infolge der Drossel 15 auf den Druck im ölkasten entspannt und strömt zunächst in die die Austrittsöffnung 14 umgebende Nut 43. Aus dieser Nut, die mit der Bohrung 44 in Verbindung steht, strömt ein Teil des Öles infolge der Saugwirkung des Pumpenraumes durch die Bohrung 44 bzw. Drossel 45 hindurch. Überschüssiges öl gelangt in den ölvorrat 2 zurück. Durch die federnde Abdeckung 41 ist sichergestellt, daß durch die Bohrung 44 und die Drossel 45 nur solches Öl strömt, das aus der Austrittsöffnung 14 ausgetreten ist. In den Pumpenraum gelangt deshalb ausschließlich öl, das den Ölfilter 19 durchströmt hat. Beeinträchtigungen des Pumpenraumes durch verschmutztes öl treten deshalb nicht mehr auf. Dennoch arbeitet die Pumpe wie eine selbstansaugende Pumpe, d. h., sie bestimmt die von ihr benötigte Ölmenge selbst. In hohen Druckbereichen treten z. B. geringe Ölmengen durch die Drossel 45 hindurch, so daß unerwünscht hohe öldampfanteile in den aus der Pumpe austretenden geförderten Medien nicht vorhanden sind. Unabhängig davon ist sichergestellt, daß die Lagerungen mit Drucköl versorgt werden.
  • Weiterhin wird durch die federnde Abdeckung und die spezielle Nutausbildung eine Ölabsperrung bei Stillstand der Pumpe erreicht. In diesem Betriebszustand bewirkt der durch die Bohrung 44 hindurch wirkende Unterdruck im Pumpenraum, daß sich die federnde Abdeckung dicht an die Wandung 42 anlegt. Dadurch versperrt die Abdeckung die Bohrung 44 vollständig, so daß die Ölzufuhr zur Vakuumpumpe unterbleibt. Durch diese Lösung ergibt sich ein weiterer Vorteil. Es existiert generell das Problem, daß es bei einem versehentlichen Rückwärtslauf der Pumpe (infolge falschen Stromanschlusses) zu einem unerwünschten Ölanstieg im Saugstutzen kommt. Durch diese Anordnung wird dieser Ölanstieg zuverlässig verhindert.
  • Fig. 2 zeigt eine Drehschiebervakuumpumpe. Während des Betriebs der Pumpe gelangen die geförderten Gase durch den . Saugstutzen 3, das offene Saugstutzenventil 4, über den in der Zeichnungsebene nicht sichtbaren und deshalb als Pfeil dargestellten Saugkanal 51 in den Pumpenraum 52, in dem sich der Rotor 53 mit den Schiebern 54 befindet. Die komprimierten Gase gelangen durch den Austrittskanal 55 in den ölkasten 1, der bis zur Linie 56 mit Öl gefüllt ist, so daß die federnde Abdeckung 41 unterhalb des ölspiegels liegt. Der eigentliche Auspuffstutzen ist nicht dargestellt.
  • Die Stirnwand 42 des im Ölkasten 1 angeordneten Pumpenkörpers 57 ist in ihrem unteren Teil in Ansicht dargestellt. Schnitte durch diese Stirnwand in Höhe der Linien III-III und IV-IV zeigen die Figuren 3 und 4. In der Stirnwand 42 endet die Öldruckleitung 13 mit der Drosselstelle 15. Vor der Entspannung des Öls auf den Druck im Ölkasten infolge der Drossel 15 erfolgt noch die Schmierung des in der Stirnwand 42 angeordneten Lagers der Pumpwelle (nicht dargestellt) über die als Bohrung ausgebildete Abzweigleitung 17. Nach außen hin ist diese Bohrung durch den Stöpsel 58 verschlossen.
  • Mittels der Schrauben 46, 47 ist die federnde Abdeckung 41 (in Fig. 2 gestrichelt dargestellt) auf der Stirnwand 42 befestigt. Sie überdeckt die beiden Öffnungen 14 und 44 sowie die die öffnung 14 umgebende Nut 43. Die Düse 15 ist durch beidseitiges Bohren der Stirnwand 42 hergestellt. Die Düse 45 ist mittels eines Gewindes 59 in die Stirnwand 42 eingeschraubt, so daß je nach Saugleistung der Pumpe unterschiedliche Düsen verwendet werden können.

Claims (15)

1. Vakuumpumpe mit einem Saugstutzenventil, das ein mit dem Kolben einer Zylinder-Kolben-Einrichtung verbundenes Verschlußelement aufweist, wobei in den Zylinder das eine Ende einer Druckmittelleitung mündet, deren anderes Ende mit einer in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe offenen oder geschlossenen Eintrittsöffnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (25) der Druckmittelleitung (24) ölüberlagert ist.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die die Eintrittsöffnung (25) überlagernde ölmenge so gering ist, daß sie während des Schließvorganges im wesentlichen nur der Abdichtung des zwischen dem Kolben (8) und dem Zylinder(9) bestehenden Spaltes dient.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Spiel zwischen dem Kolben (8) und dem Zylinder (9) so groß gewählt ist, daß nach dem Verschließen des Saugstutzenventils über den vorhandenen Spalt die Belüftung des Pumpenraumes erfolgt.
4. Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Eintrittsöffnung (25) der Druckmittelleitung (24) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe arbeitende Steuermittel (22, 23, 31) mit einem Ölvorrat (35) zugeordnet sind. /2
5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein ölkreislauf (11, 13) mit einer gesonderten ölpumpe (12) vorhanden ist und daß die der Eintrittsöffnung (25) zugeordneten Steuermittel (22, 23, 31) derart ausgebildet sind, daß sie in Abhängigkeit vom Öldruck im Ölkreislauf arbeiten.
6. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ölpumpe (12) in an sich bekannter Weise auf der Pumpenwelle angeordnet ist
7. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, 5 oder 6, d a durch gekennzeichnet , daß die Steuermittel eine weitere Zylinder-Kolben-Einrichtung (22,23) umfassen.
8. Vakuumpumpe nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite des Kolbens (23) eine mit dem Ölkreislauf in Verbindung stehende Leitung (21) und auf der anderen Seite des Kolbens (23) die Druckmittelleitung (24) in den Zylinder (22) münden.
9. Vakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (25) der Druckmittelleitung (24) als Ventilsitz ausgebildet ist, dem ein mit dem Kolben (23) verbundenes Verschlußglied (29) zugeordnet ist.
10. Vakuumpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Verschlußglied ein in den Kolben (23) einschraubbarer Ansatz (29) ist.
11. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (23) unter der Wirkung einer Feder (31) steht, deren Kraft dem Öldruck auf der einen Seite des Kolbens (23) entgegengerichtet ist.
12. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Einmündung der Leitung (21) gegenüberliegenden Seite des Kolbens (23) ein oben offenes ölvorratsgefäß (35) an den Zylinder (22) angeschlossen ist und daß der zwischen dem Zylinder (22) und dem Kolben (23-) bestehende Spalt (36) so groß gewählt ist, daß während des Betriebs der Vakuumpumpe ein kontinuierlicher ölstrom durch den Spalt (36) aufrechterhalten wird.
13. Vakuumpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Volumen des die Eintrittsöffnung überlagernden Öls so groß gewählt ist, daß einerseits eine Abdichtung des Spaltes zwischen Kolben 8 und Zylinderwand 9 während des Schließvorganges sichergestellt ist und andererseits die Pumpe kurz nach dem Abschalten belüftet wird.
14. Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe mit einem in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe arbeitenden Saugstutzenventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Ansteuerung des Saugstutzenventils über den Druck in einem ölkreislauf der Vakuumpumpe erfolgt.
15. Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe mit einem in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Pumpe arbeitenden Saugstutzenventil, das ein mit dem Kolben einer Zylinder-Kolben-Einrichtung verbundenes Verschlußelement aufweist, wobei zur Betätigung des Ventils dem Zylinder ein Druckmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß dem Zylinder (22) zunächst öl zum Zwecke der Abdichtung und danach Luft als Druckmittel zugeführt werden.
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