EP0714482B1 - Vakuumpumpe mit ölabscheider - Google Patents

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EP0714482B1
EP0714482B1 EP94926181A EP94926181A EP0714482B1 EP 0714482 B1 EP0714482 B1 EP 0714482B1 EP 94926181 A EP94926181 A EP 94926181A EP 94926181 A EP94926181 A EP 94926181A EP 0714482 B1 EP0714482 B1 EP 0714482B1
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EP
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oil
line
pump
oil separator
vacuum pump
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Lutz Arndt
Winfried Kaiser
Peter Müller
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
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Leybold AG
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S418/00—Rotary expansible chamber devices
    • Y10S418/01—Non-working fluid separation

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump with the features of the preamble of claim 1.
  • Gas ballast supply means the inlet of gases into the scoop of a vacuum pump at a time when the scoop is closed towards the inlet side.
  • the gas ballast supply can prevent harmful condensation of extracted vapors.
  • the gas ballast supply usually takes place in the fore-vacuum stage.
  • Oil-sealed vacuum pumps use the gas volume flow to convey an oil volume flow that flows from an oil supply into the pump with every revolution.
  • the extracted oil returns to the oil supply.
  • the gases loaded with oil vapors are fed to the pump outlet.
  • the outlet of such pumps is therefore usually followed by an internal or external oil separator or gas filter, in which the vast majority of the oil vapors that are conveyed are separated from the gas volume flow.
  • the oil separated in the gas filter is returned directly to the oil sump of the pump. This oil return is only possible if an auxiliary pump is available, or - which is usually not the case - the gas filter is so far above the pumping chamber that the oil flows back into the oil sump due to its gravity.
  • a gate valve vacuum pump is known, the outlet of which is followed by an oil separator.
  • the oil separator is designed as a cyclone.
  • the previously known vacuum pump has a gas ballast device which comprises a gas channel with a valve.
  • a side channel opens into this gas channel and leads to the oil separator.
  • the side channel has the effect that a part of the oil mist located in the oil separation chamber is sucked into the working space of the pump as a gas ballast. If aggressive gases are pumped with this pump, there is the disadvantage that they get back into the pump's delivery chamber. Otherwise, the side channel is not used for returning the oil separated in the oil separation chamber.
  • GB-A-863 162 also belongs to the prior art. This discloses a gas compressor. There is no oil separator from which oil can be derived.
  • the present invention has for its object to provide a vacuum pump with the features mentioned above, in which there is no longer any risk of returning aggressive gases into the delivery chamber and in which the means for returning oil from the oil separator are particularly simple.
  • the line for returning the oil opens into the vacuum pump at a point at which there is a negative pressure during operation of the vacuum pump, which ensures the delivery of the oil from the oil separator to the pump.
  • the influence on the final pressure behavior is negligible. There is no longer any risk of oil backflow in the connected recipient.
  • the oil return in the line serving the gas ballast supply also has the advantage that it is particularly simple, inexpensive and can be retrofitted.
  • the rotary vane vacuum pump 1 shown in the figure essentially comprises the modules housing 2, rotor 3 and drive motor 4.
  • the housing 2 has essentially the shape of a pot with an outer wall 5, with the lid 6, with an inner part 7 with the scooping spaces 8, 9 and the bearing bore 11 and with the end plate 12 and the bearing piece 13, which the scooping spaces 8, Complete at the front.
  • the axis of the bearing bore 11 is designated 14. Eccentric to this are the axes 15 and 16 of the scooping spaces 8, 9.
  • two oil eyes 18, 19 are provided in the cover 6. Oil filler and oil drain ports are not shown.
  • the rotor 3 is located within the inner part 7. It is formed in one piece and has two armature sections 21, 22 arranged on the end face and a bearing section 23 located between the armature sections 21, 22. Bearing section 23 and the anchor sections 21, 22 have an identical diameter.
  • the anchor sections 21, 22 are equipped with slots 25, 26 for slides 27, 28. These are each milled from the associated end face of the rotor, so that exact slot dimensions can be achieved in a simple manner.
  • the bearing section 23 lies between the armature sections 21, 22.
  • the bearing section 23 and the bearing bore 11 form the only bearing of the rotor.
  • the armature section 22 and the associated scooping space 9 are longer than the armature section 21 with the scooping space 8.
  • the armature section 22 and scooping space 9 form the High vacuum stage.
  • the inlet of the high vacuum stage 9, 22 is connected to the intake manifold 30.
  • the outlet of the high vacuum stage 9, 22 and the inlet of the fore vacuum stage 8, 21 are connected via the housing bore or the intermediate channel 31, which extends parallel to the axes 15, 16 of the pumping chambers 8, 9.
  • the outlet of the forevacuum stage 8, 21 opens into the oil space 17, which comprises the oil sump 20.
  • the oil-containing gases calm down and leave the pump 1 through the outlet port 33.
  • the inlet and outlet openings of the two pump stages are not shown in the figure.
  • the bearing piece 13 is equipped with a bore 35 for the shaft 36 of the drive motor 4.
  • the shaft 36 is sealed to the bearing piece 13 by the shaft sealing rings 37 in the cutouts 38.
  • the coupling of the rotor 3 to the drive shaft 36 takes place in a form-fitting manner via cams and corresponding cutouts.
  • a line 41 connects to the outlet connection 33 of the pump 1 and opens into the oil separator or gas filter 42.
  • the gas freed from oil vapors leaves the oil separator via line 43.
  • the separated oil collects in space 44 and is to be returned to the oil supply of pump 1.
  • the separated oil passes via line sections 45, 46 into line 47, which is used to supply gas ballast to fore-vacuum stage 8, 21 of pump 1.
  • the line section 46 expediently opens into the line 47 at a point which is downstream of the gas ballast valve 48 with respect to the flow direction of the gas ballast. This ensures that oil return is possible even when the gas ballast valve is closed.
  • the separated oil flows through the line sections 45 and 49.
  • the line section 49 shown in dashed lines opens into the intermediate channel 31.
  • a line valve 45 is expediently provided with a float valve 50. This ensures that line 45 is shut off when there is no separated oil to be returned. A flooding of the pump 1 is avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe (1) mit einem ihrem Auslaß (33) nachgeordneten Ölabscheider (42) und mit einer Leitung (45, 46), über die das im Ölabscheider (42) abgeschiedene Öl in die Vakuumpumpe (1) zurückgefördert wird; eine einfache Ölrückführung besteht darin, daß die der Rückführung des Öls dienende Leitung (45, 46) in eine Leitung (47) mündet, die der Zufuhr von Gasballast in die Pumpe (1) dient.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • Unter Gasballastzufuhr wird der Einlaß von Gasen in den Schöpfraum einer Vakuumpumpe verstanden, und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn der Schöpfraum zur Einlaßseite hin abgeschlossen ist. Durch die Gasballastzufuhr können schädliche Kondensationen abgesaugter Dämpfe vermieden werden. Bei einer zweistufigen Vakuumpumpe erfolgt die Gasballastzufuhr üblicherweise in die Vorvakuumstufe. Es ist aber auch bekannt, der Hochvakuumstufe Gasballast zuzuführen.
  • Ölgedichtete Vakuumpumpen fördern mit dem Gasvolumenstrom einen Ölvolumenstrom, der bei jeder Umdrehung aus einem Ölvorrat in die Pumpe gelangt. Das geförderte Öl gelangt in den Ölvorrat zurück. Die mit Öldämpfen belasteten Gase werden dem Pumpenauslaß zugeführt. Dem Auslaß derartiger Pumpen ist deshalb in der Regel ein intern oder extern gelegener Ölabscheider bzw. Gasfilter nachgeordnet, in dem der weitaus größte Teil der mitgeförderten Öldämpfe vom Gasvolumenstrom getrennt wird.
  • Es ist bekannt, das im Gasfilter abgeschiedene Öl durch den Einlaß der Pumpe zurückzuführen. Das der Saugseite der Pumpe zugeführte Öl verschlechtert den Enddruck; außerdem besteht die Gefahr von unerwünschten Ölrückströmungen in den angeschlossenen Rezipienten, was zu Störungen der im Rezipienten ablaufenden Prozesse führen kann.
  • Bei einer anderen Lösung wird das im Gasfilter abgeschiedene Öl unmittelbar in den ölsumpf der Pumpe zurückgeführt. Diese Ölrückführung ist nur möglich, wenn eine Hilfspumpe vorhanden ist, oder - was in der Regel nicht der Fall ist - der Gasfilter so weit oberhalb des Schöpfraumes angeordnet ist, daß das Öl infolge seiner Schwerkraft in den Ölsumpf zurückströmt.
  • Aus der DE-B-10 98 150 ist eine Sperrschiebervakuumpumpe bekannt, deren Auslaß ein Ölabscheider nachgeordnet ist. Der Ölabscheider ist als Zyklon ausgebildet. Außerdem weist die vorbekannte Vakuumpumpe eine Gasballast-Einrichtung auf, die einen Gaskanal mit einem Ventil umfaßt. In diesem Gaskanal mündet ein Seitenkanal, der zum Ölabscheider führt. Der Seitenkanal hat die Wirkung, daß ein Teil des im Ölabscheideraum befindlichen Ölnebels als Gasballast in den Arbeitsraum der Pumpe hineingesaugt wird. Werden mit dieser Pumpe aggressive Gase gefördert, dann besteht der Nachteil, daß diese erneut in den Förderraum der Pumpe gelangen. Im übrigen dient der Seitenkanal nicht der Rückführung des im Ölabscheideraum abgeschiedenen Öls.
  • Zum Stand der Technik gehört auch noch der Inhalt der GB-A-863 162. Diese offenbart einen Gaskompressor. Ein Ölabscheider, aus dem Öl zurückzuführen ist, ist nicht vorhanden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe mit den eingangs erwähnten Merkmalen zu schaffen, bei der die Gefahr der Rückführung von aggressiven Gasen in den Förderraum nicht mehr besteht und bei der die Mittel zur Ölrückführung aus dem Ölabscheider besonders einfach gestaltet sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung gelangt nur das Öl aus dem Ölabscheider über die Gasballasteinrichtung in den Förderraum der Vakuumpumpe zurück. In den Ölabscheider geförderte aggressive Dämpfe werden nicht erneut in den Förderraum der Vakuumpumpe zurückgeführt.
  • Eine andere, nur bei zweistufigen Vakuumpumpen realisierbare Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht darin, daß die der Rückführung des abgeschiedenen Öls dienende Leitung in den Zwischenkanal mündet, der den Auslaß der HochvakuumStufe mit dem Einlaß der Vorvakuum-Stufe verbindet.
  • Bei beiden vorgeschlagenen Lösungen mündet die der Rückführung des Öls dienende Leitung an einer Stelle in die Vakuumpumpe, an der während des Betriebs der Vakuumpumpe ein Unterdruck herrscht, der die Förderung des Öls vom Ölabscheider zur Pumpe sicherstellt. Der Einfluß auf das Enddruckverhalten ist vernachlässigbar. Die Gefahr einer Ölrückströmung in den angeschlossenen Rezipienten besteht nicht mehr. Die Ölrückführung in die der Gasballastzufuhr dienende Leitung hat außerdem noch den Vorteil, daß sie besonders einfach, kostengünstig und nachrüstbar ist.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand einer in der Figur dargestellten zweistufigen Drehschiebervakuumpumpe erläutert werden.
  • Die in der Figur dargestellte Drehschiebervakuumpumpe 1 umfaßt im wesentlichen die Baugruppen Gehäuse 2, Rotor 3 und Antriebsmotor 4.
  • Das Gehäuse 2 hat im wesentlichen die Form eines Topfes mit einer äußeren Wandung 5, mit dem Deckel 6, mit einem Innenteil 7 mit den Schöpfräumen 8, 9 sowie der Lagerbohrung 11 und mit der Endscheibe 12 und dem Lagerstück 13, welche die Schöpfräume 8, 9 stirnseitig abschließen. Die Achse der Lagerbohrung 11 ist mit 14 bezeichnet. Exzentrisch dazu liegen die Achsen 15 und 16 der Schöpfräume 8, 9. Zwischen äußerer Wandung 5 und Innenteil 7 befindet sich der Ölraum 17, der während des Betriebs der Pumpe teilweise mit Öl gefüllt ist. Zur Kontrolle des Ölstandes sind im Deckel 6 zwei Ölaugen 18, 19 (maximaler, minimaler Ölstand) vorgesehen. Öleinfüll- und Ölablaßstutzen sind nicht dargestellt.
  • Innerhalb des Innenteils 7 befindet sich der Rotor 3. Er ist einteilig ausgebildet und weist zwei stirnseitig angeordnete Ankerabschnitte 21, 22 und einen zwischen den Ankerabschnitten 21, 22 befindlichen Lagerabschnitt 23 auf. Lagerabschnitt 23 und die Ankerabschnitte 21, 22 haben einen identischen Durchmesser. Die Ankerabschnitte 21, 22 sind mit Schlitzen 25, 26 für Schieber 27, 28 ausgerüstet. Diese sind jeweils von der zugehörigen Stirnseite des Rotors her eingefräst, so daß in einfacher Weise exakte Schlitzabmessungen erreicht werden können. Der Lagerabschnitt 23 liegt zwischen den Ankerabschnitten 21, 22. Lagerabschnitt 23 und Lagerbohrung 11 bilden die einzige Lagerung des Rotors.
  • Der Ankerabschnitt 22 und der zugehörige Schöpfraum 9 sind länger ausgebildet als der Ankerabschnitt 21 mit dem Schöpfraum 8. Ankerabschnitt 22 und Schöpfraum 9 bilden die Hochvakuumstufe. Während des Betriebs steht der Einlaß der Hochvakuumstufe 9, 22 mit dem Ansaugstutzen 30 in Verbindung. Der Auslaß der Hochvakuumstufe 9, 22 und der Einlaß der Vorvakuumstufe 8, 21 stehen über die Gehäusebohrung bzw. den Zwischenkanal 31 in Verbindung, der sich parallel zu den Achsen 15, 16 der Schöpfräume 8, 9 erstreckt. Der Auslaß der Vorvakuumstufe 8, 21 mündet in den ölraum 17, der den Ölsumpf 20 umfaßt. Im Ölraum 17 beruhigen sich die ölhaltigen Gase und verlassen die Pumpe 1 durch den Auslaßstutzen 33. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen der beiden Pumpenstufen in der Figur nicht dargestellt.
  • Koaxial mit der Achse 14 der Lagerbohrung 11 ist das Lagerstück 13 mit einer Bohrung 35 für die Welle 36 des Antriebsmotors 4 ausgerüstet. Die Abdichtung der Welle 36 zum Lagerstück 13 erfolgt durch die Wellendichtringe 37 in den Aussparungen 38. Die Kupplung des Rotors 3 mit der Antriebswelle 36 erfolgt formschlüssig über Nocken und korrespondierende Aussparungen.
  • An den Auslaßstutzen 33 der Pumpe 1 schließt sich eine Leitung 41 an, die in den ölabscheider bzw. Gasfilter 42 mündet. Das von Öldämpfen befreite Gas verläßt den Ölabscheider über die Leitung 43. Das abgeschiedene Öl sammelt sich im Raum 44 und soll in den Ölvorrat der Pumpe 1 zurückgeführt werden.
  • Dargestellt sind zwei Alternativen der Ölrückführung. Bei der ersten Alternative gelangt das abgeschiedene Öl über die Leitungsabschnitte 45, 46 in die Leitung 47, die der Zufuhr von Gasballast in die Vorvakuumstufe 8, 21 der Pumpe 1 dient. Zweckmäßig mündet der Leitungsabschnitt 46 in die Leitung 47 an einer Stelle, die in Bezug auf die Strömungsrichtung des Gasballastes stromabwärts vom Gasballastventil 48 liegt. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei geschlossenem Gasballastventil die Ölrückführung möglich ist.
  • Bei der zweiten Alternative strömt das abgeschiedene Öl durch die Leitungsabschnitte 45 und 49. Der gestrichelt dargestellte Leitungsabschnitt 49 mündet in den Zwischenkanal 31.
  • Zweckmäßig befindet sich im Leitungsabschnitt 45 ein Schwimmerventil 50. Dadurch ist sichergestellt, daß die Leitung 45 abgesperrt ist, wenn kein abgeschiedenes und zurückzuführendes Öl vorhanden ist. Ein Fluten der Pumpe 1 wird dadurch vermieden.

Claims (5)

  1. Vakuumpumpe (1) mit einem ihrem Auslaß (33) nachgeordneten Ölscheider (42), mit einer Gasballasteinrichtung, welche eine der Gaszufuhr dienende Leitung (47) umfaßt sowie mit einer weiteren Leitung (45, 46), die an die Leitung (47) angeschlossen ist und zum Ölabscheider (42) führt, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Leitung (45, 46) an den Ölsammelraum (44) des Ölabscheiders (42) angeschlossen ist und zur Ruckführung des im Ölabscheider (42) abgeschiedenen Öles in die Vakuumpumpe (1) dient.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Leitung (47) ein Gasballastventil (48) befindet und daß die weitere Leitung (45, 46) in die Leitung (47) an einer Stelle mündet, die in Bezug auf die Strömungsrichtung des Gasballastes stromabwärts vom Gasballastventil (48) liegt.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der weiteren Leitung (45, 46) ein Schwimmerventil befindet.
  4. Vakuumpumpe (1) mit einem ihrem Auslaß (33) nachgeordneten Ölabscheider (42) und mit einer weiteren Leitung (45, 49), über die das im Ölabscheider (42) abgeschiedene Öl in die Vakuumpumpe (1) zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführung des Öls dienende weitere Leitung (45, 49) in den Zwischenkanal (31) mündet, der den Auslaß der Hochvakuumstufe (9, 22) mit dem Einlaß der Vorvakuumstufe (8, 21) der Pumpe (1) verbindet.
  5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Leitung (45, 49) ein Schwimmerventil (50) befindet.
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EP0714482A1 EP0714482A1 (de) 1996-06-05
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