EP2310684A1 - Vakuumpumpe, insbesondere wälzkolbenpumpe - Google Patents

Vakuumpumpe, insbesondere wälzkolbenpumpe

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EP2310684A1
EP2310684A1 EP09779711A EP09779711A EP2310684A1 EP 2310684 A1 EP2310684 A1 EP 2310684A1 EP 09779711 A EP09779711 A EP 09779711A EP 09779711 A EP09779711 A EP 09779711A EP 2310684 A1 EP2310684 A1 EP 2310684A1
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EP
European Patent Office
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valve
vacuum pump
spring
pump according
flap
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EP09779711A
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Hannes Kamecke
Wolfgang Giebmanns
Dirk Schiller
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Leybold GmbH
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
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Publication date
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    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/21—Pressure difference

Definitions

  • Vacuum pump in particular Roots pump
  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a Wäizkolben- or Roots pump,
  • Vacuum pumps have pumping elements arranged in a pumping chamber, in which Roots pumps are two rolling heads.
  • the rotation of the Wälzkolben is carried out conveying the medium to be pumped from a suction side of a pumping chamber to a pressure side, the capacity of Wälzkoibenpumpen is limited in particular by a maximum pressure difference between the suction side and pressure side.
  • the maximum pressure difference is exceeded, a thermal overload of the Roots pump, in particular of the drive motor can take place.
  • Roots pumps have a connection channel connecting the pressure side to the suction side, through which the conveyed medium can flow back from the pressure side to the suction side.
  • a valve In the connecting channel a valve, the so-called bypass valve is arranged. Upon reaching a predetermined pressure difference opens the usually weight and / or spring-loaded valve.
  • Roots pump arranged valve Such, in the connecting channel of a Roots pump arranged valve is known for example from DE 28 44 019. It deals this is a poppet valve which has a plate-shaped valve body for closing a passage opening in the connecting channel.
  • Disconnect valve of the Wäizkolbenpumpe is opened very quickly or abruptly. Due to the abutment of the valve butterfly or connected to the valve components occur increased operating noise. Furthermore, this can cause damage to the pump housing. To avoid damage and to reduce operating noise, special valves have been developed in which the valve disk is not only spring-loaded, but also has a hydraulic damper. As a result, the rapid, or sudden movement of the valve disk is damped.
  • Poppet valves with or without hydraulic or mechanical damping have the disadvantage that large masses must be moved. This leads to poppet valves being sluggish.
  • large-volume Roots pumps correspondingly large poppet valves must be provided so that in a short time a sufficient amount of medium can flow back through the connecting channel.
  • This has the further disadvantage that a large space is required for the poppet valve. This leads to large pump housing dimensions and thus to increased costs.
  • Another disadvantage of spring and weight-loaded poppet valves is that due to the acceleration of gravity, the Einbauiage must be considered.
  • a special arrangement of the poppet valve in a 45 ° angle to the conveying direction of the Wäizkolbenpumpe is known from DE 28 44 019. This makes it possible, the Roots pump at least in two different Install mounting positions in which the poppet valve! always arranged at a 45 ° angle to the gravitational acceleration,
  • the object of the invention is to provide a vacuum pump, in particular a Roots pump, can be realized with the shorter process times in modern manufacturing processes.
  • the vacuum pump according to the invention which is in particular a Roots pump, also has a valve arranged in the connecting channel between the pressure side and the suction side.
  • the valve has a spring-loaded valve body, which closes a passage opening of the connecting channel, wherein when a maximum pressure difference between the pressure side and suction side is exceeded, a particularly automatic opening of the valve takes place.
  • the valve body is designed as a pivotable valve flap. This has the particular advantage that the mass to be moved can be significantly reduced. As a result, not only a faster opening can be realized, but in particular the noise when opening the valve can be significantly reduced. Damage to the pump housing due to the opening of the valve are thus avoided.
  • Another significant advantage of the invention is that a considerable reduction of the tree space can be achieved, since the provision of a flap valve does not require the provision of a cylindrical housing projection in which the poppet valve! is arranged. Rather, it is possible to arrange the flap valve, for example, in a corner region of the housing, so that the outer dimensions of the pump housing can be significantly reduced. Furthermore, it is possible to freely choose the geometric shape of the valve flap. It does not have to be a round passage opening in the connecting channel, which is closed by a round valve plate.
  • the passage opening in the kausungskanai substantially rectangular and / or elongated configured.
  • the passage opening can extend over substantially the entire width of the connection channel.
  • the connecting channel is guided along the pump chamber housing and extends substantially over the entire width of the pump housing and the pumping chamber.
  • the minimum cross section of the connecting channel must be defined in order to be able to return a sufficient amount of conveyed medium via the connecting channel to the suction side in the short term when a load occurs.
  • the pivot axis of the valve flap is preferably located on a side facing away from the pump chamber.
  • the pivot axis of the valve flap extends parallel to the axes of rotation of the pump elements designed as Wälzkolben in a Roots pump. It is thus possible that the pivot axis extends over the entire width of the pump housing.
  • the pivot axis by the arrangement of the pivot axis on the side facing away from the pump chamber side of the connecting channel, it is possible to arrange the pivot axis in a corner or an edge region of the pump housing. As a result, the space required for the arrangement of the flap valve can be significantly reduced, so that the outer dimension of the pump housing are significantly smaller than in the provision of corresponding poppet valves.
  • the pivot axis does not have to be a physical shaft or axis. Rather, it can also be a virtual axis.
  • the pivot axis may also be formed by a film hinge or the like. It is also possible to produce the valve cap at least in the region of the pivot axis made of elastic material, so that upon opening of the valve flap an elastic deformation or bending of the flap takes place in this area.
  • valve body is formed in two parts, wherein the two parts are preferably formed according to a swinging door and preferably each having an opposing pivot axis. Further, it is possible that the one or both pivot axes are arranged in the flow channel, so that a fully opened valve flap is arranged in the connecting channel and aligned in the flow direction. This makes it possible, if necessary, to further reduce the space.
  • flap valves have a lower flow resistance, so that smaller cross-sections and thus a smaller space can be realized.
  • the valve flap is spring-loaded.
  • the spring connected to the valve flap is therefore connected directly or indirectly to the valve flap itself or to a swivel arm connected to the valve flap. It is preferred in this case to use as spring a torsion spring, which surrounds in particular the pivot axis of the valve flap. As a result, the space required for the flap valve space can be further reduced.
  • valve flap may be connected with a swivel arm.
  • the pivot arm is then connected to the pivot axis.
  • a torsion spring may be provided.
  • springs are used whose characteristic is substantially constant over the entire swing angle of the valve flap.
  • an adjusting element by which the spring force can be adjusted. By adjusting the spring force, it is possible to set the pressure difference at which the valve opens. Furthermore, an adjustment or fine adjustment of the spring force can take place. Furthermore, it is through the Provide a Ei ⁇ stellelements possible to compensate for changing spring properties.
  • the adjusting element can be, for example, a rotatable adjusting knob connected to one end of the torsion spring, by means of which the torsion spring can be twisted.
  • Such an adjustment element has, for example, latching elements and is rotatable about the central axis of the torsion spring.
  • the valve body is not round but has a parallel to the pump housing extending width, which is greater than the height of the valve body. It is preferred to provide a valve body with an oval elliptical or in particular rectangular cross section. This makes it possible that the Ventii emotions extends in particular parallel to the axis of rotation of the pumping elements. It is thus possible to realize a large flow cross-section with a small space. This is advantageous over several juxtaposed Telier valves, since no mechanical connections of the individual poppet valves, separate bearings, etc., must be provided.
  • the invention provided in a particularly preferred embodiment according to the single valve body thus extends in the longitudinal direction parallel to the pump housing. Preferably, the valve body extends substantially over the entire width of the housing parallel to the axis of rotation of the pumping element.
  • valve body does not have a round cross-section. Rather, it is a particular rectangular, oval or elliptical Valve body.
  • the valve body has a width that is greater than its height, with the valve body paratie! In particular, the width of the valve body extends in the direction of the width of the connecting channel.
  • the valve body is spring-loaded, tension springs being provided in a particularly preferred embodiment. These have the advantage that a buckling of the springs is avoided.
  • the spring elements are arranged in the lateral edge region of the valve flap.
  • valve flap or the pump housing guide elements in particular guide pins are provided to ensure a defined movement of the valve flap during opening.
  • the Guide elements are in this case preferably arranged parallel to one another and in the direction of movement of the valve body, so that a purely translational movement of the valve body takes place during opening.
  • valve flap it is possible to provide curved Jardinsseiemente how guideways and the like. This makes it possible to allow the valve flap to be moved along the guiding track when the valve cap is opened, similar to a pivoting movement. In this embodiment, it is possible to move the valve flap in a simple manner in the edge region of the connecting channel, so that the flow resistance is significantly reduced. Also, with appropriate design of the guide elements, the valve flap, for example, in only partially open state serves as a baffle for the medium flowing through the connecting channel.
  • the guide elements such as guide pins or guide tracks are preferably arranged in the edge region, in particular in the lateral edge region of the valve flap, so that the medium flowing through the passage opening is influenced as little as possible and thus the guide elements have a low flow resistance.
  • valves it is possible to arrange a plurality of valves across the width of the pump housing. This has the advantage, for example, that a specific valve can be used with several pump types, with the number of valves being higher for larger pumps than for smaller pumps.
  • the inventions described above are particularly advantageous in Roots pumps.
  • the maximum pressure difference between the suction side and pressure side can be limited, so that when a defined maximum pressure is exceeded, a return flow of the conveyed fluid from the outlet side to the suction side he follows.
  • the maximum pressure difference is approx. 50 mbar, for smaller Roots pumps approx. 80 mbar. From this correspondingly defined limit pressure opening of the valve takes place.
  • Wäizkolbenpumpen suction power of 250 to 1300m 3 / h can preferably be achieved in a single-stage design.
  • 1 is a schematic sectional view of a Roots pump
  • Fig. 2 is an enlarged view of the in the connecting channel of
  • Fig. 3 is a schematic diagram of another embodiment of a
  • Kiappenventils with torsion spring in side view and top view are Kiappenventils with torsion spring in side view and top view
  • FIG. 4 is a schematic diagram of another embodiment of a
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of another preferred embodiment
  • Fig. 6 is a schematic sectional view of that shown in Fig. 5
  • a Roots pump according to the invention has two Wälzkolbe ⁇ 12 arranged in a pump chamber 10.
  • the Wälzkolben 12 rotate about perpendicular to the plane of rotation axes 14.
  • the Wälzkolben 12 are in a housing 16 is arranged.
  • By the WäSzkoiben 12 is carried out conveying the medium in the direction of an arrow 18 from a suction side 20 in the direction of a pressure side 30th
  • connection channel 22 arranged laterally next to the pump chamber 10 is provided in the housing 16.
  • the connecting channel 22 preferably extends over the entire width of the pump housing 16 running perpendicular to the plane of the drawing.
  • the connecting channel thus preferably has a rectangular cross section.
  • a valve 24 is arranged in the connecting kana! 22.
  • the spring-loaded valve 24 opens automatically, so that part of the fluid delivered flows back from the pressure side in the direction of an arrow 26 to the suction side 20.
  • the valve 14 designed according to the invention as a flap valve has a valve flap 28 (FIG. 2) which closes off a rectangular passage opening 32 of the connecting channel 22.
  • the passage opening 32 preferably extends substantially over the entire width of the connection channel 22 and thus approximately the entire housing 16.
  • the valve flap 28 is pivotable about a pivot axis 34 in the direction of an arrow 36.
  • a pivot spring 34 surrounding the torsion spring 40 By means of a pivot spring 34 surrounding the torsion spring 40, a holding or closing force is applied to the valve flap 28. Due to this closing force, the valve 14 opens only from a defined pressure difference between the pressure side 30 and the suction side 20 (FIG. 1) of the suction chamber 10.
  • the pivot axis 34 is disposed on the side facing away from the pumping chamber 10 side, so that for opening the valve flap 28, a pivoting of the valve flap takes place in a housing corner. Due to the thus required for the flap valve low Installation space relatively small outer dimensions of the pump housing 16 can be realized.
  • valve flap 28 has a rectangular basic shape in order to close off a likewise rectangular passage opening 32 (FIG. 2).
  • the valve flap 28 can be connected via pivot arms 42 with the pivot axis 34, wherein either the Schwe ⁇ karme are mounted on the rigid axle 34, or at a fixed connection of the pivot arms with the pivot axis 34, the pivot axis 34 is supported accordingly.
  • the two pivot arms 42 are each connected to a torsion spring which surrounds the pivot axis 34 and is also firmly connected thereto.
  • a tension spring 44 is provided instead of torsion springs. This is firmly connected to the housing 16 and a pivot arm 46.
  • the pivot arm 46 is arranged in thetientsungsbetspiel shown in FIG. 4 on the opposite side of the flap 28 with respect to the axis of rotation 34.
  • the flap 28 is connected via a connecting element 48 with the axis of rotation 34.
  • the flap is also in the embodiment shown in FIG. 4 is substantially rectangular, according to the embodiment shown in Fig. 3 is formed.
  • valve 24 has a valve body 50 which, when the maximum pressure difference is exceeded, is not pivoted but displaced in the direction of an arrow 52 in the two lateral edge areas respectively connected to a tension spring 54, which in the illustrated Ausbowungsbeispie! are attached to a projection 56 of the housing and on an inner side 58 of the valve body 50.
  • the valve body has a rectangular cross-section whose width b is greater than the height h.
  • the valve body 50 extends substantially over the entire width of the connecting channel 22.
  • valve body 50 In order to enable a pivoting similar movement of the valve body 50, instead of the guide pins 58, in particular in the lateral edge region of the valve body 50 may be provided curved, in particular ring-segment-shaped guideways. As a result, for example, a movement of the Ventil ⁇ l stressess 50 along a circular path or the like in the direction of an inner side 60 of the housing 16 can be realized.

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Abstract

Eine Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Wälzkolbenpumpe handelt, weist in einem Schöpfraum (10) angeordnete Wälzkörper (12) auf. Die Druckseite (30) der Pumpe ist mit der Saugseite (20) über einen Verbindungskanal (22) verbunden. In dem Verbindungskanal (22) ist ein Ventil (24) angeordnet, das eine Durchlassöffnung (32) verschließt. Bei Überschreiten einer Druckdifferenz zwischen der Druckseite (30) und der Saugseite (20) öffnet das Ventil automatisch. Zur Verringerung des erforderlichen Bauraums, sowie zur Verringerung entstehender Schaltgeräusche des Ventils ist erfindungsgemäß als Ventilkörper eine Ventilklappe (28) vorgesehen.

Description

Vakuumpumpe, insbesondere Wälzkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Wäizkolben- oder Rootspumpe,
Vakuumpumpen weisen in einem Schöpfraum angeordnete Pumpelemente auf, bei denen es sich bei Wälzkolbenpumpen um zwei Wälzkoben handelt. Durch die Rotation der Wälzkolben erfolgt ein Fördern des zu pumpenden Mediums von einer Saugseite eines Schöpfraums zu einer Druckseite, Die Förderleistung von Wälzkoibenpumpen ist insbesondere durch eine maximaie Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druckseite begrenzt. Diese Siegt bei Wälzkolbenpumpen mit großvolumigem Schöpfraum bei ca. 50 mbar und bei kleineren Wälzkolbenpumpen bei ca. 80 mbar. Bei Überschreiten der maximalen Druckdifferenz kann eine thermische Überlastung der Wälzkolbenpumpe, insbesondere des Antriebsmotors erfolgen. Um derartige Überlastungen zu vermeiden, weisen einige Wälzkolbenpumpen einen die Druckseite mit der Saugseite verbindenden Verbindungskanal auf, durch den das geförderte Medium von der Druckseite zur Saugseite zurückströmen kann. Im Verbindungskanal ist ein Ventil, das sogenannte Umwegleitungsventil angeordnet. Bei Erreichen einer vorgegebenen Druckdifferenz öffnet das üblicherweise gewichts- und/oder federbelastete Ventil.
Ein derartiges, in dem Verbindungskanal einer Wälzkolbenpumpe angeordnetes Ventil ist beispielsweise aus DE 28 44 019 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Tellerventil, das zum Verschließen einer Durchlassöffnung in dem Verbindungskanal einen tellerförmigen Ventilkörper aufweist.
In modernen Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Vakuurn- Beschichtungsverfahren müssen sehr kurze Prozesszeiten realisiert werden. Beispielsweise müssen Taktzeiten von unter einer Minute realisiert werden. Dies hat zur Folge, dass die eingesetzten Vakuumpumpen, insbesondere Wälzkolbenpumpen innerhalb einiger Sekunden den gesamten Betriebsbereich der Pumpe durchfahren müssen, Dies führt dazu, dass das
Umwegleitungsventil der Wäizkolbenpumpe sehr schnell bzw. schlagartig geöffnet wird. Aufgrund des Anschlagens des Ventiltelters oder von mit dem Ventil verbundenen Bauteilen treten erhöhte Betriebsgeräusche auf. Ferner können hierdurch Beschädigungen am Pumpengehäuse auftreten. Zur Vermeidung von Beschädigungen und der Verringerung der Betriebsgeräusche wurden Spezialventile entwickelt, bei denen der Ventilteller nicht nur federbelastet ist, sondern zusätzlich einen hydraulischen Dämpfer aufweist. Hierdurch wird die schnelle, bzw. schlagartige Bewegung des Ventiltellers gedämpft.
Tellerventtie mit oder ohne hydraulischer oder mechanischer Dämpfung weisen den Nachteil auf, dass große Massen bewegt werden müssen. Dies führt dazu, dass Tellerventile träge sind. Insbesondere bei großvolumigen Wälzkolbenpumpen müssen entsprechend große Tellerventile vorgesehen sein, so dass in kurzer Zeit eine ausreichende Menge an Medium durch den Verbindungskanal zurückströmen kann. Dies hat ferner den Nachteil, dass für das Tellerventil ein großer Bauraum benötigt wird. Dies fuhrt zu großen Pumpengehäuseabmessungen und somit zu erhöhten Kosten. Ein weiterer Nachteil von feder- und gewichtsbelasteten Tellerventilen besteht darin, dass aufgrund der Erdbeschleunigung die Einbauiage berücksichtigt werden muss. Eine besondere Anordnung des Tellerventils in einem 45° Winkel zur Förderrichtung der Wäizkolbenpumpe ist aus DE 28 44 019 bekannt. Hierdurch ist es möglich, die Wälzkolbenpumpe zumindest in zwei unterschiedlichen Einbaulagen einzubauen, in denen das Tellerventi! stets in einem 45° Winkel zur Erdbeschleunigung angeordnet ist,
Aufgabe der Erfindung ist es eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Wälzkolbenpumpe zu schaffen, mit der kürzere Prozesszeiten in modernen Fertigungsverfahren realisiert werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 10.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Wälzkolbenpumpe handelt, weist ebenfalls ein in dem Verbindungskanal zwischen Druckseite und Saugseite angeordnetes Ventil auf. Das Ventil weist einen federbeiasteten Ventilkörper auf, der eine Durchlassöffnung des Verbindungskanals verschließt, wobei bei Überschreiten einer maximalen Druckdifferenz zwischen Druckseite und Saugseite ein insbesondere automatisches Öffnen des Ventils erfolgt. Erfindungsgemäß ist der Ventilkörper als schwenkbare Ventilklappe ausgebildet. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die zu bewegende Masse erheblich reduziert werden kann. Hierdurch kann nicht nur ein schnelleres Öffnen realisiert werden, sondern insbesondere die Geräuschentwicklung beim Öffnen des Ventils erheblich reduziert werden. Beschädigungen des Pumpengehäuses aufgrund des Öffnen des Ventils sind somit vermieden. Durch Vorsehen eines Klappenventiis anstatt eines Tellerventils ist es erfindungsgemäß möglich, kürzere Prozesszeiten zu realisieren. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine erhebliche Baumraumreduzierung erzielt werden kann, da beim Vorsehen eines Klappenventils nicht ein zylindrischer Gehäuseansatz vorgesehen sein muss, in dem das Tellerventi! angeordnet ist. Vielmehr ist es möglich, das Klappenventil beispielsweise in einem Eckbereich des Gehäuses anzuordnen, so dass die Außenabmessungen des Pumpengehäuses erheblich verkleinert werden können. Des Weiteren ist es möglich, die geometrische Form der Ventilklappe frei zu wählen. Es muss sich nicht um eine runde Durchgangsöffnung in dem Verbindungskanai handeln, die von einem runden Ventilteller verschlossen wird. Vielmehr ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Durchlassöffnung in dem Verbindungskanai im Wesentlichen rechteckig und/oder länglich ausgestaltet. Insbesondere kann sich die Durchlassöffnung im Wesentlichen über die gesamte Breite des Verbindungskanals erstrecken. Vorzugsweise ist hierbei der Verbindungskanal am Schöpfraumgehäuse entlang geführt und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des Pumpengehäuses bzw. des Schöpfraums. In Abhängigkeit des Schöpfvolumens der Wälzkolbenpumpe muss der mindest Querschnitt des Verbindungskanals definiert werden, um bei Auftreten einer Belastung kurzfristig eine ausreichende Menge an geförderten Medium über den Verbindungskanal zur Saugseite zurückführen zu können. Durch das Vorsehen einer insbesondere rechteckigen Ventilklappe kann bei Ubschreiten der maximalen Druckdifferenz im Wesentlichen der gesamte Querschnitt des Verbindungskanals geöffnet werden. Dies ist beim Vorsehen von Teüerventilen nicht möglich.
Da beim Öffnen des Klappenventils ein Verschwenken der Ventilklappe um eine Drehachse und im Unterschied zu Telierventilen kein Verschieben des gesamten VentütelJers erfolgt, sind die bewegten Massen deutlich geringer. Eine gesonderte hydraulische oder pneumatische Dämpfung ist nicht erforderlich, kann aber im speziellen Einsatzfällen vorgesehen werden. Ferner stellt sich der Ventiikörper beim Öffnen parallel zur Strömungsrichtung, wodurch ein Anschlagen vermieden wird.
Da die Masse der bewegten Teile bei einem Klappenventil gering ist und so verteilt ist, dass der Schwerpunkt der Ventilklappe gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung im Bereich der Schwenkachse liegt, ist das Ansprechverhalten des Klappenventils unabhängig von der Einbaulage der Wälzkolbenpurnpe. Dies stellt in der Aniagenkonstruktion einen erheblichen Vorteil dar, da die Wälzkolbenpumpe nicht mehr, wie aus DE 28 44 019 bekannt, nur in zwei unterschiedlichen Einbaulagen eingebaut werden kann. Vielmehr besteht ein besonderer Vorteii der Erfindung darin, dass die Position und Lage des Ventils innerhalb der Pumpe frei wählbar ist. Hierdurch kann der erforderliche Bauraum reduziert werden.
Die Schwenkachse der Ventilklappe befindet sich vorzugsweise auf einer vom Schöpfraum abgewandten Seite, Vorzugsweise verläuft die Schwenkachse der Ventilklappe parallel zu den Drehachsen der als Wälzkolben bei einer Wälzkolbenpumpe ausgebildeten Pumpelemente. Es ist somit möglich, dass sich die Schwenkachse über die gesamte Breite des Pumpengehäuses erstreckt. Insbesondere durch die Anordnung der Schwenkachse auf der vom Schöpfraum abgewandten Seite des Verbindungskanals ist es möglich, die Schwenkachse in einer Ecke bzw. einem Randbereich des Pumpengehäuses anzuordnen. Hierdurch kann der Bauraum, der für die Anordnung des Klappenventils erforderlich ist, erheblich reduziert werden, so dass die Außenabmessung des Pumpengehäuses deutlich kleiner als beim Vorsehen entsprechender Tellerventile sind.
Bei der Schwenkachse muss es sich nicht um eine körperliche Welle oder Achse handeln. Vielmehr kann es sich auch um ein virtuelle Achse handeln. Beispielsweise kann die Schwenkachse auch durch ein Filmgelenk oder dergleichen ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, die VentilkJappe zumindest im Bereich der Schwenkachse aus elastischem Material herzustellen, so dass beim Öffnen der Ventilklappe eine elastische Verformung bzw. Biegung der Klappe in diesem Bereich erfolgt.
Ferner ist es möglich, dass der Ventilkörper zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile vorzugsweise entsprechend einer Schwingtür ausgebildet sind und vorzugsweise jeweils eine einander gegenüberliegende Schwenkachse aufweisen. Ferner ist es möglich, dass die eine oder die beiden Schwenkachsen im Strömungskanal angeordnet sind, so dass eine vollständig geöffnete Ventilklappe im Verbindungskanal angeordnet und in Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Hierdurch ist es ggf. möglich, den Bauraum weiter zu verringern.
Ferner weisen Klappenventile einen geringeren Strömungswiderstand auf, so dass kleinere Querschnitte und somit ein kleinerer Bauraum realisiert werden können.
Die Ventilklappe ist erfindungsgemäß federbeiastet Die mit der Ventilklappe verbundene Feder ist daher mittelbar oder unmittelbar mit der Ventilklappe selbst oder mit einem mit der Ventilklappe verbundenen Schwenkarm verbunden. Bevorzugt ist es hierbei, als Feder eine Drehfeder zu verwenden, die insbesondere die Schwenkachse der Ventilklappe umgibt. Hierdurch kann der für das Klappenventil erforderliche Bauraum weiter reduziert werden.
Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Pumpe und insbesondere des Pumpengehäuses kann es vorteilhaft sein, die Ventilklappe mit einem Schwenkarm zu verbinden. Der Schwenkarm ist sodann mit der Schwenkachse verbunden. Bei einer derartigen Ausführungsform kann eine Drehfeder vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich und je nach Ausgestaltung des Pumpengehäuses zweckmäßig eine Zug- oder Druckfeder vorzusehen, die mit dem Schwenkarm verbunden ist.
Vorzugsweise werden Federn verwendet, deren Kennlinie über den gesamten Schwenkwinkel der Ventilklappe im Wesentlichen konstant ist. Ferner ist es möglich ein Einstellelement vorzusehen, durch das die Federkraft eingestellt werden kann. Durch das Einstellen der Federkraft ist es möglich, die Druckdifferenz einzustellen, bei der das Ventil öffnet. Ferner kann eine Justage bzw. Feineinstellung der Federkraft erfolgen. Des Weiteren ist es, durch das Vorsehen eines Eiπstellelements möglich, sich verändernde Federeigenschaften auszugleichen. Bei dem Einstelleiement kann es sich beispielsweise um einen mit einem Ende der Drehfeder verbundenen drehbaren Einstellknopf handeln, durch den die Drehfeder verdrillt werden kann. Ein derartiges Einstellelement weist beispielsweise Rastelemente auf und ist um die Mittelachse der Drehfeder drehbar. Beim Verwendung von Zugoder Druckfedern ist es möglich, die Federkraft dadurch einzustellen, dass die Lage der Halterung eines Endes der Zug- oder Druckfeder verändert werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Ventilkörper nicht rund ausgebildet sondern weist eine sich parallel zum Pumpengehäuse erstreckende Breite auf, die größer ist als die Höhe des Ventilkörpers. Bevorzugt ist es, einen Ventilkörper mit ovalem elliptischem oder insbesondere rechteckigem Querschnitt vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, dass sich der Ventiikörper insbesondere parallel zur Drehachse der Pumpelemente erstreckt. Es ist somit möglich, bei kleinem Bauraum einen großen Strömungsquerschnitt zu realisieren. Dies ist gegenüber mehreren nebeneinander angeordneten Telierventilen vorteilhaft, da keine mechanischen Verbindungen der einzelnen Tellerventile, gesonderte Lagerungen etc. vorgesehen sein müssen. Der in besonders bevorzugter Ausführungsform erfindungsgemäß vorgesehene einzige Ventilkörper erstreckt sich somit in Längsrichtung parallel zum Pumpengehäuse. Vorzugsweise erstreckt sich der Ventilkörper im Wesentlichen über die gesamte Breite des Gehäuses parallel zur Drehachse des Pumpelements.
Bei einer alternativen Ausführungsform des in der Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Wälzkolbenpumpe handelt, vorgesehenen Ventils, die eine selbständige Erfindung darstellt, erfolgt kein Verschwenken des Ventilkörpers, sondern ein Verschieben des Ventilkörpers. Gemäß dieser Erfindung weist der Ventilkörper keinen runden Querschnitt auf. Vielmehr handelt es sich um einen insbesondere rechteckigen, ovalen oder elliptisch Ventilkörper. Erfindungsgemäß weist der Ventiikörper eine Breite auf, die größer ist a!s seine Höhe, wobei sich der Ventilkörper paratie! zum Pumpengehäuse erstreckt Insbesondere verläuft die Breite des Ventilkörpers in Richtung der Breite des Verbindungskanals, Wenngleich ein derartiger Ventilkörper nicht sämtliche der vorstehenden beschriebenen Vorteile einer Ventilklappe aufweist, so handelt es sich doch gegenüber einem Teilerventil um ein deutlich verbessertes Ventil. Aufgrund der nicht runden Ausgestaltung des Veπtiikörpers kann eine erheblich größere Durchlassöffnung realisiert werden, die sich in besonders bevorzugter Ausführungsform im Wesentlichen über die gesamte Breite des Verbindungskanals erstreckt. Durch das Ventil wird somit im Wesentlichen der gesamte Querschnitt des Verbiπdungskanals beim Öffnen frei gegeben. Aufgrund der größeren realisierbaren Durchlassöffnung strömt bereits bei nicht vollständig geöffnetem Ventil ein deutlich größerer Massenstrom durch die Durchlassöffnung als bei einem Tellerventil. Bei einem derartigen, insbesondere rechteckigen Ventiikörper ist es ohne Vergrößerung des Pumpengehäuses möglich, eine deutlich größere Durchlassöffnung zu realisieren, da sich diese im Wesentlichen über die gesamte Breite des Verbindungskanals erstrecken kann. Somit kann auch bei dieser Ausführungsform die Geräuschentwicklung gegenüber Tellerventilen deutlich reduziert werden.
Um das Ventil bis zum Überschreiten einer maximalen Druckdifferenz geschlossen zu halten, ist der Ventilkörper federbeiastet, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform Zugfedern vorgesehen sind. Diese haben den Vorteil das ein Knicken der Federn vermieden ist. Um den bei Tellerventilklappen auftretenden Strömungswiderstand möglichst gering zu halten, ist es bevorzugt, dass die Federelemente im seitlichen Randbereich der Ventilklappe angeordnet sind.
Vorzugsweise sind mit der Ventilklappe oder dem Pumpengehäuse Führungselemente, insbesondere Führungsstifte vorgesehen, um eine definierte Bewegung der Ventilklappe beim Öffnen sicherzustellen. Die Führungseiemente sind hierbei vorzugsweise zueinander parallel und in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers angeordnet, so dass eine rein translatorische Bewegung des Ventilkörpers beim Öffnen erfolgt.
Ferner ist es möglich, gekrümmte Führungseiemente, wie Führungsbahnen und dergleichen vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, beim Öffnen der Ventilkiappe ähnlich einer Schwenkbewegung ein Bewegen der Ventilklappe entlang der Fuhrungsbahn zu ermöglichen. Bei dieser Ausfuhrungsform ist es möglich, die Ventilklappe auf einfache Weise in den Randbereich des Verbindungskanals zu bewegen, so dass der Strömungswiderstand deutlich reduziert ist. Auch kann bei entsprechender Ausgestaltung der Führungselemente die Ventilklappe beispielsweise in nur teilweise geöffnetem Zustand als Leitblech für das durch den Verbindungskanal strömende Mediums dient.
Die Führungselemente, wie Fuhrungsstifte oder Fuhrungsbahnen sind vorzugsweise im Randbereich, insbesondere im seitlichen Randbereich der Ventiiklappe angeordnet, so dass das durch die Durchlassöffnung strömende Medium möglichst wenig beeinflusst wird und die Führungseiemente somit einen geringen Strömungswiderstand aufweisen.
Ferner ist es bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen möglich, über die Breite des Pumpengehäuses mehrere Ventile anzuordnen. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass ein bestimmtes Ventil bei mehreren Pumpentypen eingesetzt werden kann, wobei die Anzahl der Ventile bei größeren Pumpen höher ist als bei kleineren Pumpen.
Die vorstehend beschriebenen Erfindungen sind insbesondere bei Wälzkolbenpumpen vorteilhaft. Durch das Vorsehen entsprechender Ventile kann die maximale Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druckseite begrenzt werden, so dass bei überschreiten eines definierten Maxirnaldrucks ein Rückströmen des geförderten Fluids von der Auslassseite zur Saugseite erfolgt. Bei Wälzkolbenpumpen mit großvolumigem Schöpfraum liegt die maximale Druckdifferenz bei ca, 50 mbar, bei kleineren Wälzkolbenpumpen bei ca. 80 mbar. Ab diesem entsprechend definierten Grenzdruck erfolgt ein Öffnen des Ventils. Mit derartigen Wäizkolbenpumpen können vorzugsweise auch in einer einstufiger Ausgestaltung Saugleistungen von 250 bis 1300m3/h erzielt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Wälzkolbenpumpe,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des in dem Verbindungskanal der
Wälzkolbenpumpe angeordneten Klappenventils,
Fig. 3 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform eines
Kiappenventils mit Drehfeder in Seitenansicht und Draufsicht,
Fig. 4 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform eines
Klappenventüs mit Zugfeder in Seitenansicht,
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform eines Ventils in Seitenansicht, und
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht der in Fig. 5 dargestellten
Ausführungsform entlang der Linie VI-VI,
Eine erfindungsgemäße Wälzkolbenpumpe weist zwei in einem Schöpfraum 10 angeordnete Wälzkolbeπ 12 auf. Die Wälzkolben 12 drehen sich um senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Drehachsen 14. Die Wälzkolben 12 sind in einem Gehäuse 16 angeordnet. Durch die WäSzkoiben 12 erfolgt ein Fördern des Mediums in Richtung eines Pfeils 18 von einer Saugseite 20 in Richtung einer Druckseite 30.
Insbesondere zur Vermeidung von Überhitzungen ist in dem Gehäuse 16 ein seitlich neben dem Schöpfraum 10 angeordneter Verbindungskanal 22 vorgesehen. Der Verbindungskanai 22 erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Breite des Pumpengehäuses 16. Der Verbindungskanal weist somit vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf.
In dem Verbindungskana! 22 ist ein Ventil 24 angeordnet. Bei Überschreiten einer maximalen Druckdifferenz zwischen Druckseite 30 und Saugseite 20 öffnet das federbelastete Ventil 24 automatisch, so dass ein Teil des das geförderten Fluids von der Druckseite in Richtung eines Pfeils 26 zur Saugseite 20 zurückströmt.
Das erfindungsgemäß als Klappenventil ausgebildete Ventil 14 weist eine Ventiiklappe 28 (Fig. 2) auf, die eine rechteckige Durchlassöffnung 32 des Verbindungskanals 22 verschließt. Die Durchlassöffnung 32 erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Breite des Verbindungskanals 22 und somit annähernd des gesamten Gehäuses 16. Die Ventilklappe 28 ist um eine Schwenkachse 34 in Richtung eines Pfeils 36 schwenkbar. Mittels einer die Schwenkachse 34 umgebenden Drehfeder 40 wird eine Halte- bzw, Schließkraft auf die Ventilklappe 28 aufgebracht. Aufgrund dieser Schließkraft öffnet das Ventil 14 erst ab einer definierten Druckdifferenz zwischen der Druckseite 30 und der Saugseite 20 (Fig. 1) des Schöpfraums 10.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwenkachse 34 auf der vom Schöpfraum 10 abgewandten Seite angeordnet, so dass zum Öffnen der Ventilklappe 28 ein Verschwenken der Ventilklappe in eine Gehäuseecke erfolgt. Aufgrund des somit für das Klappenventil erforderlichen geringen Bauraums können relativ kleine Außenabmessungen des Pumpengehäuses 16 realisiert werden.
Aus der prinzipiellen Darstellung in Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Ventilklappe 28 eine rechteckige Grundform aufweist, um eine ebenfalls rechteckige Durchlassöffnung 32 (Fig. 2) zu verschließen. Die Ventilklappe 28 kann über Schwenkarme 42 mit der Schwenkachse 34 verbunden werden, wobei entweder die Schweπkarme auf der starren Achse 34 gelagert sind, oder bei einer festen Verbindung der Schwenkarme mit der Schwenkachse 34, die Schwenkachse 34 entsprechend gelagert ist. In der in Fig, 3 dargestellten prinzipiellen Ausführungsform eines erfindungsgemäßem Klappenventils sind die beiden Schwenkarme 42 jeweils mit einer Drehfeder verbunden, die die Schwenkachse 34 umgibt und mit dieser ebenfalls fest verbunden ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Klappenventils (Fig. 4) ist anstelle von Drehfedern eine Zugfeder 44 vorgesehen. Diese ist mit dem Gehäuse 16 und einem Schwenkarm 46 fest verbunden. Der Schwenkarm 46 ist in dem in Fig. 4 dargestellten Ausfuhrungsbetspiel auf der bezüglich der Drehachse 34 gegenüberliegenden Seite der Klappe 28 angeordnet. Die Klappe 28 ist über ein Verbindungselement 48 mit der Drehachse 34 verbunden. Die Klappe ist auch bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen rechteckig, entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Bei der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsform sind ähnliche oder identische Bauteile mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der wesentliche Unterschied dieser Ausführungsform zu der in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsform besteht darin, dass das Ventil 24 einen Ventilkörper 50 aufweist, der bei Überschreiten der maximalen Druckdifferenz nicht verschwenkt, sondern in Richtung eines Pfeils 52 verschoben wird» Hierzu ist der Ventilkörper 50 in den beiden seitlichen Randbereichen jeweils mit einer Zugfeder 54 verbunden, die im dargestellten Ausfuhrungsbeispie! an einem Ansatz 56 des Gehäuses sowie an einer Innenseite 58 des Ventilkörpers 50 befestigt sind. Der Ventilkörper weist einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen Breite b größer als die Höhe h ist Vorzugsweise erstreckt sich der Ventilkörper 50 im Wesentlichen über die gesamte Breite des Verbindungskanals 22.
Um beim Öffnen des Ventilkörpers 50, das heißt beim Bewegen des Ventilkörpers in Richtung des Pfeils 52 eine sichere Führung zu gewährleisten sind im dargestellten Ausführungsbeispiel vier als Führungsstifte ausgebildete Führungselemente 58 vorgesehen.
Um eine dem Verschwenken ähnliche Bewegung des Ventilkörpers 50 zu ermöglichen, können statt der Führungsstifte 58, insbesondere auch im seitlichen Randbereich des Ventilkörpers 50 gekrümmte, insbesondere ringsegmentförmige Führungsbahnen vorgesehen sein. Hierdurch ist beispielsweise ein Bewegen des Ventϊlkörpers 50 entlang einer Kreisbahn oder dergleichen in Richtung einer Innenseite 60 des Gehäuses 16 realisierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumpumpe, insbesondere Wäizkoibenpumpe, mit
in efnem Schöpfraum (10) angeordneten Pumpelementen (12),
einem eine Druckseite (30) mit einer Saugseite (20) des Schöpfraums (10) verbindenden Verbindungskanai (22), und
einem in dem Verbindungskanai (22) angeordneten Ventil (24) mit einem eine Durchiassöffnung (32) verschließenden federbelasteten Ventilkörper (28), wobei das Ventil (24) bei Überschreiten einer maximalen Druckdifferenz zwischen Druckseite und Saugseite öffnet,
d a d u r c h g e k en n z e i c h n e t, d a s s
der Ventilkörper aSs schwenkbare Ventiiklappe (28) ausgebildet ist.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (50) eine sich parallel zum Pumpengehäuse (16) erstreckende Breite (b) aufweist, die größer ist, als die Höhe (h) des Ventilkörpers (50).
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwenkachse (34) der Ventiiklappe (28) auf einer vom Schöpfraum (10) abgewandten Seite des Verbindungskanals (22) angeordnet ist.
4. Vakuumpumpe nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (34) der Ventilklappe (28) parallel zu den Drehachsen (14) der als Wälzkörper (12) ausgebildeten Pumpenelemente verläuft.
5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ve ntii klappe (28) oder ein mit der Ventilklappe verbundener Schwenkarm (42, 46) mit einer Feder (40, 44) verbunden ist.
6. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Drehfeder (40) ausgebildet ist, die vorzugsweise die Schwenkachse (34) der VentÜklappe (28) umgibt,
7. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Zug- oder Druckfeder (44) ausgebildet ist, die mit dem Schwenkarm (46) verbunden ist.
8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Einsteilelement zum Einstellen der Federkraft.
9. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt der Ventilklappe (28) im Wesentlichen mit der Schwenkachse (34) zusammenfällt
10. Vakuumpumpe, insbesondere Wälzkolbenpumpe, mit
in einem Schöpfraum (10) angeordneten Pumpelementen (12),
einem eine Druckseite (30) mit einer Saugseite (20) des Schöpfraums (10) verbindenden Verbindungskanal (22), und
einem in dem Verbindungskanal (22) angeordneten Ventil (24) mit einem eine Durchlassöffnung (32) verschließenden federbelasteten Ventilkörper (50), wobei das Ventil (24) bei Überschreiten einer maximalen Druckdifferenz zwischen Druckseite und Saugseite öffnet, d a d u r c h g e k en n z e i c h n e t, d a s s
der Ventükörper (50) eine sich parallel zum Pumpengehäuse (16) erstreckende Breite (b) aufweist, die größer ist, als die Hohe (h) des Ventilkörpers (50),
11. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchiassöffnung (32) im Wesentlichen rechteckig ist und sich vorzugsweise im Wesentlichen über eine gesamte Breite des Verbindungskanals (22) erstreckt,
12. Vakuumpumpe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei insbesondere als Zugfedern ausgebildete Federelemente (54) vorgesehen sind, die vorzugsweise in den seitlichen Randbereich des Ventϊlkörpers (50) angeordnet sind.
13. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch mit dem Ventükörper (50) oder dem Pumpengehäuse (16) verbundenen Führungselementen, insbesondere Führungsstiften oder Führungsbahnen, die vorzugsweise in den seitlichen Randbereichen des Ventilkörpers (50) angeordnet sind.
14. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Breite des Verbindungskanals (22) mehrere Ventüe (24) angeordnet sind.
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