EP0280892A2 - Vakuumpumpe mit einer Einrichtung zur Drehzahlmessung - Google Patents
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- F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
- F04C2270/86—Detection
Definitions
- the innovation relates to a vacuum pump with a device for measuring the speed of its piston or its rotor, with at least one piston or rotor, the shaft of which is mounted in at least one bearing plate, and with a side space into which a stump of the shaft protrudes.
- Roots vacuum pumps with canned motor drive are completely encapsulated so that all rotating parts are inside the pump housing. Furthermore, the side chambers of the Roots pumps are usually under vacuum during operation. After all, Roots pumps are often used for aggressive fluids whose penetration into the side spaces cannot be prevented. It is therefore difficult to measure the speed directly using a mechanical coupling with one of the stub shafts. Even with turbomolecular vacuum pumps, the rotor shaft usually ends in a room, e.g. B. in the engine compartment, which is under vacuum during operation of the pump.
- the object of the present innovation is to propose a vacuum pump with a device for measuring the speed of its piston or rotor, which is simple and robust and which does not require any mechanical coupling.
- this object is achieved in a vacuum pump of the type mentioned at the outset in that the Stub shaft carries a rotating element made of ferro-magnetic material (soft iron, steel or the like) with peripheral interruptions that a sensor equipped with a permanent magnet is mounted on the housing wall forming the side space at the level of the peripheral interruptions of the rotating element and that the sensor from the inside the side room is separated by a wall made of non-magnetic material.
- a mechanical coupling and a tight lead-out of a shaft are not necessary. Due to its peripheral interruptions, the rotating element induces current pulses in the coil of the sensor, which allow a speed measurement.
- the housing ring is denoted by 2 and the pistons rotating therein by 3 and 4.
- the cross section of the pistons is again shown separately and designated 3 ⁇ and 4 ⁇ .
- the shafts 5 and 6 of the pistons 3 and 4 are mounted in lateral end shields, of which only the wheel-side end shield 7 is shown.
- the housing ring 2 and the end shields form the scooping chamber 8 of the Roots pump 1 shown.
- the cover 9 forms the side space 11 on the wheel side.
- the gearwheels 12 and 13 which are fastened on the stumps of the shafts 5 and 6 protruding into the side space 11. They serve to synchronize the movement of the pistons 3 and 4.
- the side space 11 has an oil sump 14. Immersed in the oil is the spray disc 15, which is fastened together with the gear 13 on the stump of the shaft 6 and supplies both the bearings of the shafts 5 and 6 and the engagement of the gears 12 and 13 with lubricant.
- a rotating element 17 is fastened to the stump of the shaft 6, which in this exemplary embodiment is designed as a disk with peripheral openings 18.
- the cover 9 is provided with an opening 19 through which a pot 21 projects into the side space 11.
- a sensor generally designated 22, which comprises a ring coil and a magnetic core arranged therein.
- At least the bottom 20 of the pot 21 is made of non-magnetic material.
- the pot 21 is equipped with a flange 23 which is attached to the cover 9 in a vacuum-tight manner. Upstream of the pot 21 is a housing 24 which forms a chamber 25. In this chamber 25 electronic components, for. B. the pulse amplifier housed.
- the pot 21, flange 23 and housing 24 are expediently in one piece educated. To fix the electronic components in the chamber and also the sensor 22 in the pot 21, it may be expedient to pour these parts in goat resin. Via the cable 26, the amplified pulses are fed to a display device, not shown.
- FIG. 2 shows a combined molecular-turbomolecular vacuum pump 29, the housing of which is designated 31. It is equipped with a central bearing plate 32 which projects in the form of a bushing and in which a shaft 33 is supported by means of a spindle bearing 34.
- the armature of the drive motor 35, the rotor 36 of the molecular pump stage and the rotor 37 of the turbomolecular pump stage are coupled to the shaft 33.
- the rotor 37 is equipped with the rotor blades 38 which, together with the stator blades 390 held in the housing 1, form the turbomolecular pump stage.
- the respective pump is connected to the recipient to be evacuated by means of the flange 41.
- the molecular pump stage comprises the bell-shaped rotor 36 which overlaps the storage space 42 and is equipped on its outside with thread-like grooves 43. In these grooves, gas is pumped from the high vacuum side to the fore vacuum side when the pump is operating.
- An axially approximately equal length stator 44 is assigned to the rotor 36.
- a device 18 to 26 of the type shown in FIG. 1 is provided.
- the rotating element 17 is attached to the end of the shaft 33 which passes through the motor 35.
- the engine compartment is encapsulated with the help of the cover 45.
- By an opening 19 in the cover 45 projects the pot 21 with the sensor 22 into the engine compartment.
- 18 current pulses are induced in the coil of the sensor 22 as a result of the interruptions. These can be amplified and used for the electronic measurement of the speed of the rotor 36 or 37.
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Abstract
Description
- Die Neuerung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit einer Einrichtung zur Messung der Drehzahl ihres bzw. ihrer Kolben oder ihres Rotors, mit mindestens einem Kolben oder Rotor, dessen Welle in mindestens einem Lagerschild gelagert ist, und mit einem Seitenraum, in den ein Stumpf der Welle hineinragt.
- Moderne Wälzkolben-Vakuumpumpen mit Spaltrohrmotorantrieb sind komplett gekapselt, so daß sich alle rotierenden Teile innerhalb des Pumpengehäuses befinden. Weiterhin stehen die Seitenkammern der Wälzkolbenpumpen während des Betriebs in der Regel unter Vakuum. Schließlich werden Wälzkolbenpumpen häufig bei aggressiven Fördermedien eingesetzt, deren Eindringen in die Seitenräume nicht verhindert werden kann. Eine direkte Messung der Drehzahl über eine mechanische Kopplung mit einem der Wellenstümpfe ist deshalb nur schwierig möglich. Auch bei Turbomolekular-Vakuumpumpen endet die Rotorwelle üblicherweise in einem Raum, z. B. im Motorraum, der während des Betriebs der Pumpe unter Vorvakuum steht.
- Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe mit einer Einrichtung zur Messung der Drehzahl ihres bzw. ihrer Kolben oder ihres Rotors vorzuschlagen, die einfach sowie robust ist und die keiner mechanischen Kopplung bedarf.
- Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vakuumpumpe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Wellenstumpf ein rotierendes Element aus ferro-magnetischem Material (Weicheisen, Stahl oder dergleichen) mit peripheren Unterbrechungen trägt, daß an der den Seitenraum bildenden Gehäusewand in Höhe der peripheren Unterbrechungen des rotierenden Elementes ein mit einem Dauermagneten ausgerüsteter Sensor gehaltert ist und daß der Sensor vom Inneren des Seitenraumes durch eine Wandung aus unmagnetischem Material getrennt ist. Bei einer Einrichtung zur Drehzahlmessung dieser Art sind eine mechanische Ankopplung und ein dichtes Herausführen einer Welle nicht erforderlich. Das rotierende Element induziert aufgrund seiner peripheren Unterbrechungen Stromimpulse in der Spule des Sensors, welche eine Drehzahlmessung erlauben. Infolge der Trennung des Seitenraumes von dem Raum, in dem der Sensor untergebracht ist, besteht nicht die Gefahr, daß der Sensor und zugehörige elektronische Bauteile mit dem Fördermedium in Berührung kommen.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Neuerung sollen anhand von in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
- Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine WälzkolbenVakuumpumpe und
- Fig. 2 einen Schnitt durch eine kombinierte Molekular-Turbomolekular-Vakuumpumpe.
- Bei der in Figur 1 dargestellten Wälzkolbenpumpe 1 sind der Gehäusering mit 2 und die darin rotierenden Kolben mit 3 und 4 bezeichnet. Der Querschnitt der Kolben ist nochmals separat dargestellt und mit 3ʹ und 4ʹ bezeichnet. Die Wellen 5 und 6 der Kolben 3 und 4 sind in seitlichen Lagerschilden gelagert, von denen nur das räderseitige Lagerschild 7 dargestellt ist. Der Gehäusering 2 und die Lagerschilde bilden den Schöpfraum 8 der dargestellten Wälzkolbenpumpe 1.
- Gemeinsam mit dem Lagerschild 7 bildet der Deckel 9 den räderseitigen Seitenraum 11. Innerhalb des Seitenraumes 11 befinden sich die Zahnräder 12 und 13, die auf den in den Seitenraum 11 hineinragenden Stümpfen der Wellen 5 und 6 befestigt sind. Sie dienen der Synchronisierung der Bewegung der Kolben 3 und 4. Der Seitenraum 11 weist einen Ölsumpf 14 auf. In das Öl taucht die Spritzscheibe 15 ein, die gemeinsam mit dem Zahnrad 13 auf dem Stumpf der Welle 6 befestigt ist und sowohl die Lager der Wellen 5 und 6 als auch den Eingriff der Zahnräder 12 und 13 mit Schmiermittel versorgt.
- Weiterhin ist auf dem Stumpf der Welle 6 ein rotierendes Element 17 befestigt, das bei diesem Ausführungsbeispiel als Scheibe mit peripheren Durchbrechungen 18 ausgebildet ist. In Höhe der Durchbrechungen 18 ist der Deckel 9 mit einer Öffnung 19 versehen, durch die ein Topf 21 in den Seitenraum 11 hineinragt. Innerhalb des Tofpes 21 befindet sich ein allgemein mit 22 bezeichneter Sensor, der eine Ringspule und einen darin angeordneten magnetischen Kern umfaßt. Zumindest der Boden 20 des Topfes 21 besteht aus unmagnetischem Material.
- Wenn sich die Lochscheibe 17 dreht, werden infolge der Durchbrechungen 18 Stromimpulse in der Spule des Sensors induziert. Diese Impulse werden elektronisch verstärkt und dienen der Messung der Drehzahl der Rotoren. Anstelle der Lochscheibe 17 kann auch ein Zahnkranz oder ein Vielkant vorgesehen sein.
- Der Topf 21 ist mit einem Flansch 23 ausgerüstet, der vakuumdicht auf dem Deckel 9 befestigt ist. Dem Topf 21 außen vorgelagert ist ein Gehäuse 24, das eine Kammer 25 bildet. In dieser Kammer 25 sind elektronische Bauteile, z. B. der Impulsverstärker, untergebracht. Zweckmäßigerweise sind Topf 21, Flansch 23 und Gehäuse 24 einstückig ausgebildet. Zur Fixierung der elektronischen Bauteile in der Kammer und auch des Sensors 22 im Topf 21 kann es zweckmäßig sein, diese Teile in Geißharz einzugießen. Über das Kabel 26 werden die verstärkten Impulse einer nicht dargestellten Anzeigevorrichtung zugeführt.
- Fig. 2 zeigt eine kombinierte Molekular-Turbomolekular-Vakuumpumpe 29, deren Gehäuse mit 31 bezeichnet ist. Es ist mit einem zentralen, nach innen buchsenförmig hineinragenden Lagerschild 32 ausgerüstet, in dem sich eine Welle 33 mittels einer Spindellagerung 34 abstützt. Mit der Welle 33 gekoppelt sind der Anker des Antriebsmotors 35, der Rotor 36 der Molekularpumpenstufe und der Rotor 37 der Turbomolekularpumpenstufe.
- Der Rotor 37 ist mit den Rotorschaufeln 38 ausgerüstet, die gemeinsam mit den im Gehäuse 1 gehaltenen Statorschaufeln 390 die Turbomolekularpumpenstufe bilden. Mittels des Flansches 41 wird die jeweilige Pumpe an den zu evakuierenden Rezipienten angeschlossen.
- Die Molekularpumpenstufe umfaßt den den Lagerraum 42 übergreifenden, glockenförmigen Rotor 36, der auf seiner Außenseite mit gewindeähnlichen Nuten 43 ausgerüstet ist. In diesen Nuten findet beim Betrieb der Pumpe die Gasförderung von der Hochvakuumseite zur Vorvakuumseite statt. Dem Rotor 36 ist ein axial etwa gleichlanger Stator 44 zugeordnet.
- Um die Drehzahl des Rotors 36 bzw. 37 zu messen, ist eine Einrichtung 18 bis 26 der in Fig. 1 dargestellten Art vorgesehen. Das rotierende Element 17 ist stirnseitig an der Welle 33 befestigt, welche den Motor 35 durchsetzt. Der Motorraum ist mit Hilfe des Deckels 45 abgekapselt. Durch eine Öffnung 19 im Deckel 45 ragt der Topf 21 mit dem Sensor 22 in den Motorraum hinein. Während der Rotation der Lochscheibe 17 werden infolge der Unterbrechungen 18 Stromimpulse in der Spule des Sensors 22 induziert. Diese können verstärkt werden und zur elektronischen Messung der Drehzahl des Rotors 36 bzw. 37 herangezogen werden.
- Die Erfindung wurde anhand einer Wälzkolbenvakuumpumpe und einer Turbomolekularvakuumpumpe erläutert. Auch jede andere Vakuumpumpe der dem Oberbegriff des Anspruches 1) entsprechenden Gattung, z. B. eine Drehschiebervakuumpumpe, eine Klauenvakuumpumpe und dergleichen, kann mit der erfindungsgemäßen Drehzahlmeßeinrichtung ausgerüstet sein.
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